CN116689945A - 激光照射装置 - Google Patents

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一宫佑希
陈之文
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Abstract

本发明提供激光照射装置，其以简单的装置结构实现高生产率。激光照射装置的激光照射单元包含：激光光源，其射出激光；空间光调制器，其根据相位图案对从激光光源射出的激光进行调制而射出；以及成像装配体，其将通过空间光调制器进行了调制的激光成像而照射至板状物。控制器具有：相位图案存储部，其存储多个相位图案，当该多个相位图案显示于空间光调制器时，在板状物的面内激光所照射的位置相互不同；以及相位图案控制部，其将显示于空间光调制器的相位图案切换成相位图案存储部所存储的多个相位图案中的规定的相位图案。

Description

激光照射装置
技术领域
本发明涉及激光照射装置。
背景技术
作为将激光照射至对象物的激光照射装置，例如已知有专利文献1所记载的装置。在这样的激光照射装置中，利用激光光源产生的激光在通过空间光调制器进行了调制之后，通过物镜会聚至对象物。在专利文献1的激光照射装置中变更照射至对象物的激光的被照射范围的情况下，使用电扫描器或MEMS扫描器等扫描单元作为被照射范围变更单元来变更被照射范围。
专利文献1：日本特开2021-102217号公报
但是，关于需要扫描单元的该方法，装置结构略复杂，装置大型化。另外，例如关于通过使载置对象物的加工工作台移动而变更被照射范围的方法，存在使加工工作台移动花费时间这样不同的课题。另外，例如关于通过增大被照射范围而减少移动的方法，从空间光调制器的耐光性的观点出发能够投入的功率受限，因此无法确保被照射范围中的功率密度，不可能实现。
发明内容
由此，本发明的目的在于提供能够以简单的装置结构实现高生产率的激光照射装置。
根据本发明，提供激光照射装置，其中，该激光照射装置具有：保持工作台，其对板状物进行保持；激光照射单元，其对该保持工作台所保持的该板状物照射激光；以及控制器，其对该激光照射单元进行控制，该激光照射单元包含：激光光源，其射出该激光；空间光调制器，其根据相位图案对从该激光光源射出的激光进行调制而射出；以及成像装配体，其将通过该空间光调制器进行了调制的激光成像而照射至该板状物，该控制器具有：相位图案存储部，其存储多个相位图案，当该多个相位图案显示于该空间光调制器时，在该板状物的面内激光所照射的位置相互不同；以及相位图案控制部，其将显示于该空间光调制器的相位图案切换成该相位图案存储部所存储的多个该相位图案中的规定的相位图案，该相位图案控制部通过对显示于该空间光调制器的该相位图案进行切换，能够使该激光在该板状物的面内进行二维地扫描。
优选激光照射装置还具有使该保持工作台与该激光的成像点相对地移动的移动单元。
优选该板状物是经由凸块而搭载有多个在一个面上具有该凸块的半导体芯片的基板，该相位图案存储部所存储的多个相位图案包含当显示于该空间光调制器时激光所照射的位置是与搭载于该基板的各个半导体芯片对应的区域的各个相位图案，该相位图案控制部通过对显示于该空间光调制器的该相位图案进行切换，能够使该激光在该基板的面内在与该半导体芯片对应的区域进行二维地扫描，并且能够对该激光的被照射范围所包含的凸块进行回流。
优选所述成像装配体是所述空间光调制器所具有的成像功能。
本发明能够以简单的装置结构实现高生产率。
附图说明
图1是示出实施方式的激光照射装置的结构例的立体图。
图2是示出作为图1所示的激光照射装置的激光的照射对象的板状物的一例的立体图。
图3是图2所示的板状物的主要部分剖视图。
图4是示出图1所示的激光照射装置的光学系统的结构例的图。
图5是示出通过第1相位图案进行了调制的激光在板状物上成像的状态的立体图。
图6是示出通过第2相位图案进行了调制的激光在板状物上成像的状态的立体图。
图7是示出通过第3相位图案进行了调制的激光在板状物上成像的状态的立体图。
图8是示出通过第4相位图案进行了调制的激光在板状物上成像的状态的立体图。
图9是图5和图6所示的板状物的主要部分剖视图。
标号说明
1：激光照射装置；10：保持工作台；20：激光照射单元；21：激光；22：激光光源；25：空间光调制器；26：成像装配体；30：移动单元；70：拍摄单元；80：显示单元；90：控制器；91：相位图案存储部；92：相位图案控制部；100：板状物；110：基板；111：正面；112：背面；120：半导体芯片；121：正面(一个面)；122：背面(另一个面)；130：凸块。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。本发明并不被以下实施方式所记载的内容限定。另外，在以下所记载的构成要素中包含本领域技术人员能够容易想到的内容、实质上相同的内容。另外，以下所记载的结构可以适当组合。另外，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行结构的各种省略、置换或变更。
根据附图，对本发明的实施方式的激光照射装置1进行说明。图1是示出实施方式的激光照射装置1的结构例的立体图。图2是示出作为图1所示的激光照射装置1的激光21的照射对象的板状物100的一例的立体图。图3是图2所示的板状物100的主要部分剖视图。图4是示出图1所示的激光照射装置1的光学系统的结构例的图。另外，在以下的说明中，X轴方向是水平面上的一个方向。Y轴方向是在水平面上与X轴方向垂直的方向。Z轴方向是与X轴方向和Y轴方向垂直的方向。
实施方式的激光照射装置1具有：保持工作台10、激光照射单元20、移动单元30、拍摄单元70、显示单元80以及控制器90。激光照射装置1是对保持工作台10所保持的板状物100(参照图2和图3)照射激光21(参照图4)的装置。
在实施方式中，图2和图3所示的板状物100包含：基板110；以及经由凸块130而载置于基板110上的半导体芯片120，板状物100是预想利用激光21对凸块130进行回流从而将半导体芯片120倒装安装于基板110的被加工物。即，实施方式的激光照射装置1是通过对保持工作台10所保持的板状物100的载置于基板110上的半导体芯片120照射激光21而能够对凸块130进行回流从而将半导体芯片120连接于基板110的装置。
在实施方式中，基板110是矩形状。基板110例如是PCB基板(Printed CircuitBoard：印刷电路板)、分割成芯片之前的器件晶片等。在基板110的正面111侧经由凸块130而配置有多个半导体芯片120。半导体芯片120在正面121上具有1个以上的凸块130。凸块130是设置于半导体芯片120的正面121的突起状的端子。
对基板110和半导体芯片120进行加热使凸块130熔化从而半导体芯片120与基板110上的电极连接。另外，板状物100除了实施方式中的半导体芯片120经由凸块130而排列于基板110的板状物100以外，还可以是将多个半导体芯片120层叠且在各个半导体芯片120间存在凸块130的板状物100等。
图1所示的保持工作台10利用保持面11对板状物100进行保持。保持面11是由多孔陶瓷等形成的圆板形状。在实施方式中，保持面11是与水平方向平行的平面。保持面11例如经由真空吸引路径而与真空吸引源连接。保持工作台10对载置于保持面11上的板状物100进行吸引保持。
另外，板状物100在半导体芯片120载置于基板110上的状态下保持于保持工作台10。此时，半导体芯片120在使具有凸块130的一个面(正面121)朝下的状态下经由凸块130而载置于正面111侧朝上的基板110的正面111侧。
保持工作台10通过旋转单元13绕与Z轴方向平行的轴心旋转。旋转单元13支承于X轴方向移动板14。旋转单元13和保持工作台10借助X轴方向移动板14而通过移动单元30的X轴方向移动单元40在X轴方向上移动。旋转单元13和保持工作台10借助X轴方向移动板14、X轴方向移动单元40和Y轴方向移动板15而通过移动单元30的Y轴方向移动单元50在Y轴方向上移动。
激光照射单元20是使激光21照射至保持工作台10所保持的板状物100的单元。如图4所示，激光照射单元20包含：激光光源22、均匀照射单元23、导光单元24、空间光调制器25以及成像装配体26。
激光光源22射出激光21。激光光源22例如包含光纤激光器、具有单一的激光二极管(LD)的单一光源或配置有多个激光二极管的多光源等。从激光光源22射出的激光21是对于板状物100(半导体芯片120)具有吸收性的波长的连续波(CW)。
均匀照射单元23配置于激光光源22的后段。均匀照射单元23用于通过从均匀照射单元23射出的激光21对后述的空间光调制器25形成均匀照射面。在该均匀照射面中，激光21的功率密度均匀。
在激光光源22为多光源的情况下，特别优选设置均匀照射单元23。关于均匀照射单元23，即使在激光光源22为单一光源的情况下，优选为了在呈高斯分布的光源的情况下形成完全的平顶(top-hat)分布而设置均匀照射单元23，另外，即使在呈平顶分布的光源的情况下，优选为了形成更完整的平顶分布而设置均匀照射单元23。
作为均匀照射单元23，例如可以利用：通过准直透镜与非球面透镜的组合来形成均匀照射面的单元；通过准直透镜、DOE(Diffractive Optical Element；衍射光学元件)和聚光透镜的组合来形成均匀照射面的单元；通过棒状透镜(由玻璃构成的筒状部件)或光导管(是由镜围绕的中空的筒状部件，也被称为均化棒(homogenizer))和导光单元(中继透镜和光纤)的组合来形成均匀照射面的单元；通过准直透镜、第一透镜阵列以及第二透镜阵列(将多个棒状透镜捆扎而形成为阵列状的结构、将透镜面加工成阵列状的结构)和聚光透镜的组合来形成均匀照射面的单元；等等。
导光单元24是用于将通过均匀照射单元23形成的均匀照射面的光转移至空间光调制器25的单元。另外，在激光照射单元20未包含均匀照射单元23的情况下，导光单元24将直接来自激光光源22的光转移至空间光调制器25。导光单元24例如由光纤或中继透镜(组透镜)构成。
空间光调制器25配置于激光光源22与成像装配体26之间。空间光调制器25包含空间光调制元件，根据所显示的相位图案，对从激光光源22射出的激光21进行调制而射出。空间光调制器25通过控制所射出的激光21的强度(功率密度)的空间密度分布而对激光21进行调制，被称为所谓的SLM(Spatial Light Modulator：空间光调制器)。
空间光调制器25通过变更所显示的相位图案而变更对板状物100照射激光21时的板状物100的被照射范围的位置。作为空间光调制器25，例如可以利用周知的反射型液晶LCOS(Liquid-Crystal on Silicon：硅基液晶)、透过型液晶LCP(Liquid Crystal Panel：液晶面板)、变形反射镜(Deformable Mirror)、DMD(Digital Micro-mirror Device：数字微镜设备)等周知的SLM器件。实施方式的空间光调制器25是LCOS。
成像装配体26将所入射的激光21在板状物100的被照射面上成像。实施方式的激光照射单元20通过成像装配体26在保持工作台10上的板状物100中的与半导体芯片120的背面122对应的区域将激光21成像。另外，在激光照射单元20中，可以对多个半导体芯片120同时进行照射。实施方式的成像装配体26包含：成像系统27、放大成像透镜28以及远心透镜29。
成像系统27由单一的透镜或包含组透镜的成像透镜构成，在图5所示的一例中，构成为依次配置有双凸透镜和双凹透镜。另外，在空间光调制器25通过空间光调制元件还兼具成像系统27(成像透镜)的功能的情况下，可以省略成像系统27。
放大成像透镜28将利用成像系统27形成的像(共轭像)放大而成像于板状物100的被照射面。另外，可以省略放大成像透镜28。
远心透镜29用于使激光21对板状物100的被照射面垂直地入射即与光轴平行地入射。另外，也可以将成像系统27构成为远心透镜29，另外也可以省略远心透镜29而构成光学系统。
图1所示的移动单元30是使保持工作台10与激光照射单元20相对地移动的单元。移动单元30包含X轴方向移动单元40、Y轴方向移动单元50以及Z轴方向移动单元60。
X轴方向移动单元40是使保持工作台10与激光照射单元20在X轴方向上相对地移动的单元。在实施方式中，X轴方向移动单元40使保持工作台10在X轴方向上移动。在实施方式中，X轴方向移动单元40设置于激光照射装置1的装置主体2上。
X轴方向移动单元40将X轴方向移动板14支承为在X轴方向上移动自如。在实施方式中，X轴方向移动单元40包含周知的滚珠丝杠41、周知的脉冲电动机42以及周知的导轨43。滚珠丝杠41设置成绕轴心旋转自如。脉冲电动机42使滚珠丝杠41绕轴心旋转。导轨43将X轴方向移动板14支承为在X轴方向上移动自如。导轨43固定地设置于Y轴方向移动板15。
Y轴方向移动单元50是使保持工作台10与激光照射单元20在Y轴方向上相对地移动的单元。在实施方式中，Y轴方向移动单元50使保持工作台10在Y轴方向上移动。在实施方式中，Y轴方向移动单元50设置于激光照射装置1的装置主体2上。
Y轴方向移动单元50将Y轴方向移动板15支承为在Y轴方向上移动自如。在实施方式中，Y轴方向移动单元50包含周知的滚珠丝杠51、周知的脉冲电动机52以及周知的导轨53。滚珠丝杠51设置成绕轴心旋转自如。脉冲电动机52使滚珠丝杠51绕轴心旋转。导轨53将Y轴方向移动板15支承为在Y轴方向上移动自如。导轨53固定地设置于装置主体2上。
Z轴方向移动单元60是使图4所示的成像装配体26所成像的激光21的成像点在光轴方向上移动的单元。光轴方向是Z轴方向，是与保持工作台10的保持面11垂直的方向。Z轴方向移动单元60使保持工作台10与激光照射单元20中的至少成像装配体26在Z轴方向上相对地移动。在实施方式中，Z轴方向移动单元60设置于从激光照射装置1的装置主体2竖立设置的立壁部3。
Z轴方向移动单元60将激光照射单元20中的至少成像装配体26支承为在Z轴方向上移动自如。在实施方式中，Z轴方向移动单元60包含周知的滚珠丝杠61、周知的脉冲电动机62以及周知的导轨63。滚珠丝杠61设置成绕轴心旋转自如。脉冲电动机62使滚珠丝杠61绕轴心旋转。导轨63将激光照射单元20支承为在Z轴方向上移动自如。导轨63固定地设置于立壁部3。
拍摄单元70对保持工作台10的保持面11所保持的板状物100进行拍摄。拍摄单元70包含对保持面11所保持的板状物100进行拍摄的CCD(Charge Coupled Device，电感耦合元件)相机或红外线相机。拍摄单元70例如按照与激光照射单元20的成像装配体26(参照图4)相邻的方式进行固定。拍摄单元70对板状物100进行拍摄，得到用于执行对准即进行板状物100与激光照射单元20的对位的图像，将所得到的图像输出至控制器90。
显示单元80是由液晶显示装置等构成的显示部。显示单元80例如将加工条件的设定画面、拍摄单元70所拍摄的板状物100的状态、加工动作的状态等显示在显示面上。在显示单元80的显示面包含触摸面板的情况下，显示单元80可以包含输入部。输入部能够接受操作者登记加工内容信息等各种操作。输入部可以是键盘等外部输入装置。显示单元80通过来自输入部等的操作而对显示于显示面的信息和图像进行切换。显示单元80可以包含通知装置。通知装置发出声和光中的至少一方而向激光照射装置1的操作者通知预先设定的通知信息。通知装置可以是扬声器或发光装置等外部通知装置。
控制器90分别控制激光照射装置1的上述各构成要素而使激光照射装置1执行对板状物100的加工动作等。控制器90对激光照射单元20、移动单元30、拍摄单元70和显示单元80进行控制。控制器90是计算机，该控制器90包含：作为运算单元的运算处理装置；作为存储单元的存储装置；以及作为通信单元的输入输出接口装置。运算处理装置例如包含CPU(Central Processing Unit，中央处理器)等微处理器。存储装置具有ROM(Read OnlyMemory，只读存储器)或RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)等存储器。运算处理装置根据存储装置所保存的规定的程序而进行各种运算。运算处理装置按照运算结果，经由输入输出接口装置将各种控制信号输出至上述各构成要素，进行激光照射装置1的控制。控制器90具有相位图案存储部91和相位图案控制部92。
相位图案存储部91存储多个相位图案。当相位图案存储部91所存储的多个相位图案显示于空间光调制器25时，在板状物100的面内激光21所照射的位置相互不同。具体而言，各个相位图案显示于空间光调制器25时激光21所照射的位置成为与搭载于基板110的各个不同的半导体芯片120对应的区域。
相位图案控制部92按照在板状物100的面内使激光21所照射的位置改变的方式将显示于空间光调制器25的相位图案切换成相位图案存储部91所存储的多个相位图案中的规定的相位图案。相位图案控制部92对显示于空间光调制器25的相位图案进行切换，由此激光21在板状物100的面内进行二维地扫描。更详细而言，相位图案控制部92将显示于空间光调制器25的相位图案切换成使激光21向与各个半导体芯片120对应的区域照射的相位图案，由此激光21在基板110的面内在与半导体芯片120对应的区域进行二维地扫描，对激光21的被照射范围所包含的凸块130进行回流。
接着，说明激光照射装置1向背面112侧保持于保持工作台10的实施方式的板状物100照射激光21而对凸块130进行回流的动作。图5是示出通过第1相位图案进行了调制的激光21-1在板状物100上成像的状态的立体图。图6是示出通过第2相位图案进行了调制的激光21-2在板状物100上成像的状态的立体图。图7是示出通过第3相位图案进行了调制的激光21-3在板状物100上成像的状态的立体图。图8是示出通过第4相位图案进行了调制的激光21-4在板状物100上成像的状态的立体图。图9是图5和图6所示的板状物100的主要部分剖视图。
激光照射装置1首先在激光照射单元20的空间光调制器25上显示第1相位图案。第1相位图案是按照调制后的图5所示的激光21-1的照射范围成为与半导体芯片120-1对应的区域的方式对激光21进行调制的相位图案。
接着，激光照射装置1从板状物100的正面111侧照射激光21。由此，从半导体芯片120-1的与具有凸块130的一个面(正面121)相反侧的另一个面(背面122)照射通过第1相位图案进行了调制的激光21-1。此时，激光21-1的照射范围是与半导体芯片120-1对应的区域，因此对与半导体芯片120-1整个面对应的凸块130进行回流，将半导体芯片120-1连接于基板110。激光照射装置1例如对一个半导体芯片120照射1秒钟的激光21。
接着，激光照射装置1将显示于激光照射单元20的空间光调制器25的相位图案从第1相位图案切换成第2相位图案。切换相位图案所需的时间例如为30毫秒左右。第2相位图案是按照调制后的图6所示的激光21-2的照射范围成为与半导体芯片120-2对应的区域的方式对激光21进行调制的相位图案。
由此，激光21的照射范围从与半导体芯片120-1对应的区域切换成与半导体芯片120-2对应的区域。即，从半导体芯片120-2的与具有凸块130的一个面(正面121)相反侧的另一个面(背面122)照射通过第2相位图案进行了调制的激光21-2，对与半导体芯片120-2整个面对应的凸块130进行回流，将半导体芯片120-2连接于基板110。
同样地，激光照射装置1将显示于激光照射单元20的空间光调制器25的相位图案从第2相位图案切换成第3相位图案。第3相位图案是按照调制后的图7所示的激光21-3的照射范围成为与半导体芯片120-3对应的区域的方式对激光21进行调制的相位图案。
由此，激光21的照射范围从与半导体芯片120-2对应的区域切换成与半导体芯片120-3对应的区域。即，从半导体芯片120-3的与具有凸块130的一个面(正面121)相反侧的另一个面(背面122)照射通过第3相位图案进行了调制的激光21-3，对与半导体芯片120-3整个面对应的凸块130进行回流，将半导体芯片120-3连接于基板110。
同样地，激光照射装置1将显示于激光照射单元20的空间光调制器25的相位图案从第3相位图案切换成第4相位图案。第4相位图案是按照调制后的图8所示的激光21-4的照射范围成为与半导体芯片120-4对应的区域的方式对激光21进行调制的相位图案。
由此，激光21的照射范围从与半导体芯片120-3对应的区域切换成与半导体芯片120-4对应的区域。即，从半导体芯片120-4的与具有凸块130的一个面(正面121)相反侧的另一个面(背面122)照射通过第4相位图案进行了调制的激光21-4，对与半导体芯片120-4整个面对应的凸块130进行回流，将半导体芯片120-4连接于基板110。
这样，在将激光21照射至板状物100的状态下切换相位图案，由此在板状物100的面内依次切换激光21的照射范围。即，如图9所示，在激光21能够照射的范围内，通过相位图案变更激光21入射至板状物100的角度，激光21能够在板状物100的面内进行二维地扫描。
如以上所说明的那样，实施方式的激光照射装置1使用空间光调制器25切换相位图案而变更激光21入射至板状物100的角度，由此能够二维地扫描照射激光21的板状物100的被照射范围。因此，起到如下的效果：能够确保功率密度，并且无需另外设置扫描单元而能够实现简单的装置结构。
另外，与使保持工作台10和使激光21在板状物100上成像的成像装配体物理地移动的情况相比，空间光调制器25的相位图案切换所花费的时间短，因此有助于生产率的提高。另外，保持工作台10的移动所需的时间例如为1秒钟左右，相位图案的切换所需的时间例如为30毫秒左右。
即，例如如图5至图8所示，在对4个半导体芯片120照射激光21的情况下，在利用保持工作台10的移动而切换作为照射对象的半导体芯片120的情况下，移动花费4秒钟、激光照射花费1秒钟，合计花费8秒钟。与此相对，在实施方式中，相位图案的切换花费120毫秒、激光照射花费1秒钟，合计花费4秒钟。
另外，本发明并不限于上述实施方式。即，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变形并实施。
例如，在板状物100的照射对象区域比空间光调制器25的能够照射的范围大的情况下，在规定的位置通过相位图案的切换对空间光调制器25的能够照射的范围(第1能够照射的范围)进行了激光照射之后，利用移动单元30使板状物100移动，再次通过相位图案的切换而对空间光调制器25的能够照射的范围(第2能够照射的范围)进行激光照射。由此，即使照射对象区域为宽范围，也能够有效地进行激光照射而对凸块130进行回流。
另外，不限于一个相位图案与对一个半导体芯片120的照射对应的方式，一个相位图案也能够与对多个半导体芯片120的照射对应。
另外，在实施方式中，成像装配体26构成为包含与空间光调制器25分开设置的成像系统27、放大成像透镜28和远心透镜29，但成像装配体26也可以是空间光调制器25所具有的成像功能。

Claims (4)

1.一种激光照射装置，其中，
该激光照射装置具有：
保持工作台，其对板状物进行保持；
激光照射单元，其对该保持工作台所保持的该板状物照射激光；以及
控制器，其对该激光照射单元进行控制，
该激光照射单元包含：
激光光源，其射出该激光；
空间光调制器，其根据相位图案对从该激光光源射出的激光进行调制而射出；以及
成像装配体，其将通过该空间光调制器进行了调制的激光成像而照射至该板状物，
该控制器具有：
相位图案存储部，其存储多个相位图案，当该多个相位图案显示于该空间光调制器时，在该板状物的面内激光所照射的位置相互不同；以及
相位图案控制部，其将显示于该空间光调制器的相位图案切换成该相位图案存储部所存储的多个该相位图案中的规定的相位图案，
该相位图案控制部通过对显示于该空间光调制器的该相位图案进行切换，能够使该激光在该板状物的面内进行二维地扫描。
2.根据权利要求1所述的激光照射装置，其中，
该激光照射装置还具有使该保持工作台与该激光的成像点相对地移动的移动单元。
3.根据权利要求1或2所述的激光照射装置，其中，
该板状物是经由凸块而搭载有多个在一个面上具有该凸块的半导体芯片的基板，
该相位图案存储部所存储的多个相位图案包含当显示于该空间光调制器时激光所照射的位置是与搭载于该基板的各个半导体芯片对应的区域的各个相位图案，
该相位图案控制部通过对显示于该空间光调制器的该相位图案进行切换，能够使该激光在该基板的面内在与该半导体芯片对应的区域进行二维地扫描，并且能够对该激光的被照射范围所包含的凸块进行回流。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的激光照射装置，其中，
所述成像装配体是所述空间光调制器所具有的成像功能。
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