TW202245955A - 雷射加工裝置 - Google Patents

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Abstract

[課題]提供一種可一邊抑制裝置的巨大化且抑制由碎屑所致之透鏡的汙染，一邊使雷射光束垂直射入被加工物之雷射加工裝置。[解決手段]雷射加工裝置的雷射光束照射單元包含：雷射振盪器，其射出雷射光束；fθ主透鏡，其將從雷射振盪器射出之雷射光束進行聚光並照射至保持於保持台之被加工物；掃描單元，其配設於雷射振盪器與fθ主透鏡之間的光路上，且將雷射光束進行掃描並導往fθ主透鏡；以及fθ副透鏡，其配設於雷射振盪器與掃描單元之間的光路上，且使雷射光束從平行光變化為漫射光。

Description

雷射加工裝置
本發明係關於一種雷射加工裝置。
作為將正面積層有包含Low-k膜等功能層之半導體晶圓進行分割並進行晶片化之方法，提案有一種加工方法，其在照射雷射光束而去除所層積之功能層後，藉由利用切割刀片之切割加工而進行分割（參閱專利文獻1）。
然而，此方法為了防止因雷射光束的照射所產生之碎屑等熔融物未充分地排出而回填於加工槽內，需要多次照射雷射光束而形成寬度充分的加工槽，有生產性不佳之問題。
為了解決此問題，開發了一種雷射加工裝置，其在雷射振盪器與聚光器之間配置掃描雷射光束之掃描光學系統，藉由一邊在Y軸方向（加工槽的寬度方向）與X軸方向（加工進給方向）掃描雷射光束一邊進行照射，而能防止熔融物的回填且同時施以有效率的加工（參閱專利文獻2）。 [習知技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2005-064231號公報 [專利文獻2]日本特開2016-068149號公報
[發明所欲解決的課題] 然而，如上述的雷射加工裝置，在一邊掃描雷射光束一邊施以加工之情形中，通常使用fθ透鏡作為聚光器。在此，若從fθ透鏡起至加工點為止的距離近，則透鏡會因碎屑等熔融物的飛散而被汙染，因此正要求將從透鏡起至加工點為止的距離，亦即，將fθ透鏡的後側焦點的位置定位於儘量遠離fθ透鏡之位置。
另一方面，為了使雷射光束垂直地射入晶圓，雖需要將掃描光學系統的掃描鏡配置於fθ透鏡的前側焦點的位置，但若fθ透鏡與掃描鏡的距離近，則fθ透鏡有會因掃描鏡高速動作而振動之可能性，因此較佳為前側焦點的位置亦定位於儘量遠離fθ透鏡之位置。
然而，難以同時實現此等，存在物理上的極限。於是，雖已想到藉由形成中間像而獲取fθ透鏡與掃描鏡間的距離之方法，但有fθ透鏡本身會變大而導致裝置巨大化之問題。
因而，本發明之目的係提供一種雷射加工裝置，其可一邊抑制裝置的巨大化且抑制由碎屑所致之透鏡的汙染，一邊使雷射光束垂直射入被加工物。
[解決課題的技術手段] 根據本發明，提供一種雷射加工裝置，其具備：保持台，其保持被加工物；雷射光束照射單元，其對保持於該保持台之該被加工物聚光照射脈衝狀的雷射光束而施以加工；以及移動單元，其使該保持台與該雷射光束的聚光點相對地移動，並且，該雷射光束照射單元包含：雷射振盪器，其射出雷射光束；fθ主透鏡，其將從該雷射振盪器射出之雷射光束進行聚光並照射至保持於該保持台之該被加工物；掃描單元，其配設於該雷射振盪器與該fθ主透鏡之間的光路上，且將該雷射光束進行掃描並導往該fθ主透鏡；以及fθ副透鏡，其配設於該雷射振盪器與該掃描單元之間的光路上，且使該雷射光束從平行光變化為漫射光。
較佳為，該fθ主透鏡的前側焦點被定位於該掃描單元中該雷射光束從該fθ副透鏡射入之掃描鏡上
較佳為，該fθ主透鏡及該fθ副透鏡在相對於該掃描單元之距離及位置已被固定之狀態下被單元化。
較佳為，該掃描單元配置於腔室內部，該fθ主透鏡及該fθ副透鏡被配置成一邊透射該雷射光束一邊將該腔室的內部與周圍的環境進行分離之窗狀。
[發明功效] 根據本案發明，可一邊抑制裝置的巨大化且抑制由碎屑所致之透鏡的汙染，一邊使雷射光束垂直射入被加工物。
以下，基於本發明的實施方式，一邊參閱圖式一邊詳細地進行說明。本發明並未被以下的實施方式所記載之內容限定。並且，在以下所記載之構成要素中，包含本發明所屬技術領域中具有通常知識者能輕易思及者、實質上相同者。再者，以下所記載之構成能適當組合。並且，在不脫離本發明的主旨之範圍內可進行構成的各種省略、取代或變更。
首先，針對本發明的實施方式之雷射加工裝置1的構成，基於圖式進行說明。圖1係表示實施方式之雷射加工裝置1的構成例之立體圖。在以下的說明中，X軸方向為水平面中之一方向。Y軸方向為水平面中與X軸方向正交之方向。Z軸方向為與X軸方向及Y軸方向正交之方向。實施方式的雷射加工裝置1的加工進給方向為X軸方向，分度進給方向為Y軸方向。
如圖1所示，雷射加工裝置1具備：保持台10、雷射光束照射單元20、移動單元40、顯示單元50及控制單元60。實施方式之雷射加工裝置1為以下裝置：藉由雷射光束照射單元20而對保持於保持台10之被加工物100照射脈衝狀的雷射光束21，藉此將被加工物100進行加工。由雷射加工裝置1所進行之被加工物100的加工例如為在被加工物100的表面形成槽之槽加工、或沿著分割預定線切斷被加工物100之切斷加工等。
被加工物100在實施方式中為將矽（Si）、藍寶石（Al 2O 3）、砷化鎵（GaAs）、碳化矽（SiC）或鉭酸鋰（LiTa 3）等作為基板101之圓板狀的半導體元件晶圓、光元件晶圓等晶圓。此外，被加工物100不受限於實施方式，在本發明中亦可不為圓板狀。
被加工物100具有：分割預定線103，其格子狀地設定於基板101的正面102；以及元件104，其形成於藉由分割預定線103所劃分之區域。元件104例如為IC（Integrated Circuit，積體電路）或LSI（Large Scale Integration，大型積體電路）等積體電路、CCD（Charge Coupled Device，電荷耦合元件）或CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金氧半導體）等影像感測器。被加工物100例如係將黏貼著環狀的框架110且直徑大於被加工物100的外徑之黏貼膠膜111黏貼於被加工物100的背面105，而被支撐於框架110的開口內。
保持台10係以保持面11保持被加工物100。保持面11係由多孔陶瓷等所形成之圓板形狀。保持面11在實施方式中為與水平方向平行之平面。保持面11例如透過真空吸引路徑而與真空吸引源連接。保持台10吸引保持載置於保持面11上之被加工物100。保持台10周圍配置有多個夾持部12，所述夾持部12夾持支撐被加工物100之框架110。
保持台10係藉由旋轉單元13而繞著與Z軸方向平行之軸心進行旋轉。旋轉單元13被X軸方向移動板14支撐。旋轉單元13及保持台10係透過X軸方向移動板14並藉由移動單元40的X軸方向移動單元41而於X軸方向移動。旋轉單元13及保持台10係透過X軸方向移動板14、X軸方向移動單元41及Y軸方向移動板15並藉由移動單元40的Y軸方向移動單元42而於Y軸方向移動。
雷射光束照射單元20係對保持於保持台10之被加工物100照射脈衝狀的雷射光束21之單元，所述雷射光束21具有用於將被加工物100進行加工之預定的波長。在實施方式中，雷射光束照射單元20的一部分被支撐柱4的前端支撐，所述支撐柱4的基端部安裝於從裝置本體2立設之立設壁3。關於雷射光束照射單元20的詳細構成，於後述說明。
移動單元40係使保持台10與從雷射光束照射單元20照射之雷射光束21的聚光點211（參閱圖3）相對地移動之單元。移動單元40包含X軸方向移動單元41及Y軸方向移動單元42。
X軸方向移動單元41係使保持台10與由雷射光束照射單元20所照射支雷射光束21的聚光點211（參閱圖3）在加工進給方向亦即X軸方向相對地移動之單元。X軸方向移動單元41在實施方式中使保持台10於X軸方向移動。X軸方向移動單元41在實施方式中設置於雷射加工裝置1的裝置本體2上。X軸方向移動單元41以於X軸方向移動自如之方式支撐X軸方向移動板14。
Y軸方向移動單元42係使保持台10與由雷射光束照射單元20所照射之雷射光束21的聚光點211（參閱圖3）於分度進給方向亦即Y軸方向相對地移動之單元。Y軸方向移動單元42在實施方式中使保持台10於Y軸方向移動。Y軸方向移動單元42在實施方式中設置於雷射加工裝置1的裝置本體2上。Y軸方向移動單元42以於Y軸方向移動自如之方式支撐Y軸方向移動板15。
X軸方向移動單元41及Y軸方向移動單元42分別包含例如習知的滾珠螺桿、習知的脈衝馬達及習知的導軌。滾珠螺桿被設置成繞著軸心旋轉自如。脈衝馬達使滾珠螺桿繞著軸心進行旋轉。X軸方向移動單元41的導軌係固定設置於Y軸方向移動板15，並以於X軸方向移動自如之方式支撐X軸方向移動板14。Y軸方向移動單元42的導軌係固定設置於裝置本體2，並以於Y軸方向移動自如之方式支撐Y軸方向移動板15。
顯示單元50為藉由液晶顯示裝置等所構成之顯示部。顯示單元50例如使加工條件的設定畫面、未圖示的攝像單元所拍攝之被加工物100的狀態、加工動作的狀態等顯示於顯示面51。顯示單元50的顯示面51包含觸控面板之情形，顯示單元50亦可包含輸入部。輸入部能接受操作員登錄加工內容資訊等的各種操作。輸入部可為鍵盤等外部輸入裝置。顯示單元50係藉由來自輸入部等的操作而切換顯示於顯示面51之資訊、圖像。顯示單元50亦可包含通知裝置。通知裝置係發出聲音及光的至少一者而對雷射加工裝置1的操作員通知已預定之通知資訊。通知裝置可為揚聲器或發光裝置等外部通知裝置。
控制單元60分別控制雷射加工裝置1的上述各構成要素，使雷射加工裝置1執行對於被加工物100之加工動作。控制單元60為包含以下裝置之電腦：作為運算手段的運算處理裝置、作為記憶手段的記憶裝置及作為通信手段的輸入輸出界面裝置。運算處理裝置例如包含CPU（Central Processing Unit，中央處理器）等微處理器。記憶裝置具有ROM（Read Only Memory，唯讀記憶體）或RAM（Random Access Memory，隨機存取記憶體）等記憶體。運算處理裝置係根據儲存於記憶裝置之預定的程式而進行各種運算。運算處理裝置係遵照運算結果並透過輸入輸出界面裝置而將各種控制訊號輸出至上述之各構成要素，進行雷射加工裝置1的控制。
接著，針對雷射光束照射單元20的構成進行詳細說明。圖2係說明圖1所示之雷射加工裝置1的雷射光束照射單元20的概略構成之說明圖。如圖2所示，雷射光束照射單元20具有：雷射振盪器22、聲光偏轉器（Acousto-Optic Deflector，AOD）23、鏡24、25、fθ副透鏡26、fθ主透鏡27、掃描單元30及腔室33。
雷射振盪器22射出雷射光束21，所述雷射光束21具有用於將被加工物100進行加工之預定波長。雷射光束照射單元20照射之雷射光束21可為對被加工物100具有透過性之波長的雷射光束，亦可為對被加工物100具有吸收性之波長的雷射光束。
聲光偏轉器23係藉由施加預定的高頻率，而將由雷射振盪器22所射出之雷射光束21的光路朝預定方向（在實施方式中為Y軸方向）進行偏向並進行掃描。聲光偏轉器23係對應所施加之高頻率的頻率數而調整將雷射光束21的光路進行偏向之角度。藉此，雷射光束21於Y軸方向進行掃描。
鏡24、25在實施方式中設置於聲光偏轉器23與fθ副透鏡26之間的光路上。鏡24、25係將由雷射振盪器22所射出且已藉由聲光偏轉器23而偏向之雷射光束21傳輸往fθ副透鏡26。
fθ副透鏡26設於雷射振盪器22與fθ主透鏡27之間的光路上。fθ副透鏡26在實施方式中設於鏡25與掃描單元30之間的光路上。在實施方式中，已藉由聲光偏轉器23而偏向之雷射光束21會射入fθ副透鏡26。fθ副透鏡26使已射入之雷射光束21從平行光變化為漫射光。fθ副透鏡26可為單透鏡，亦可為透鏡組。
已被掃描單元30掃描之雷射光束21會射入fθ主透鏡27。fθ主透鏡27將由雷射振盪器22所射出之雷射光束21進行聚光而照射至保持於保持台10之被加工物100。fθ主透鏡27係組合多片透鏡之透鏡組。
掃描單元30配設於雷射振盪器22與fθ主透鏡27之間的光路上，係將雷射光束21進行掃描並導往fθ主透鏡27之單元。掃描單元30在實施方式中包含多邊形掃描器。掃描單元30包含掃描鏡31與掃描馬達32。
掃描鏡31被設置成能繞著與分度進給方向（Y軸方向）平行的軸心進行旋轉或搖動。掃描鏡31在實施方式中分別設置於繞著軸心旋轉之多角柱體（在實施方式中為八角柱體）的側面。掃描鏡31的軸心被未圖示的鏡架保持。fθ主透鏡27的前側焦點271（參閱圖3）係定位於掃描單元30中雷射光束21從fθ副透鏡26射入之掃描鏡31上。掃描馬達32輸出用於使掃描鏡31繞著軸心旋轉或搖動之旋轉驅動力。
掃描單元30使已藉由fθ副透鏡26而變化成漫射光之雷射光束21在掃描鏡31朝向fθ主透鏡27於與XZ平面平行的方向反射，且藉由使掃描鏡31繞著與Y軸方向平行的軸心進行旋轉，而使雷射光束21於X軸方向掃描。
腔室33在內部配設掃描單元30。fθ副透鏡26及fθ主透鏡27在實施方式中被固定設於腔室33。腔室33具有作為fθ副透鏡26及fθ主透鏡27的透鏡保持座之功能。藉此，fθ副透鏡26與fθ主透鏡27在互相的相對距離及相對位置已被固定之狀態下被單元化。並且，fθ副透鏡26及fθ主透鏡27在將腔室33的內部與周圍的環境進行分離之壁部中，配置成透射雷射光束21之窗狀。
接著，針對fθ副透鏡26的效果進行說明。圖3係表示在圖2所示之雷射光束照射單元20中之fθ主透鏡27的前側焦點271及後側焦點272的一例之說明圖。圖4係表示在比較例的雷射光束照射單元中之fθ主透鏡27的前側焦點271-1及後側焦點272-1的一例之說明圖。
圖4所示之比較例的雷射光束照射單元中，平行光的雷射光束21在掃描鏡31進行反射而射入fθ主透鏡27。因此，fθ主透鏡27的後側焦點272-1的位置係與雷射光束21的聚光點211-1的位置相等。
相對於此，圖3所示之實施方式的雷射光束照射單元20中，已藉由fθ副透鏡26而變化成漫射光之雷射光束21在掃描鏡31進行反射而射入fθ主透鏡27。因此，雷射光束21的聚光點211被定位於比fθ主透鏡27的後側焦點272的位置更從fθ主透鏡27分離之位置。
並且，圖4所示之比較例中，亦即，在平行光的雷射光束21射入之情形中，從fθ主透鏡27起至前側焦點271-1為止的距離與從fθ主透鏡27起至後側焦點272-1為止的距離為相等。相對於此，圖3所示之實施方式的從fθ主透鏡27起至fθ主透鏡27的前側焦點271為止的距離，係比平行光的雷射光束21射入之情形的從fθ主透鏡27起至前側焦點271-1（參閱圖4）為止的距離更長。
在此，為了使雷射光束21垂直地射入被加工物100，需要將fθ主透鏡27的前側焦點271的位置定位於雷射光束21從fθ副透鏡26射入之掃描鏡31上。因此，在圖4所示之比較例的雷射光束照射單元中，為了使雷射光束21垂直地射入被加工物100，需要自圖4所示之狀態縮小掃描鏡31與fθ主透鏡27之距離。然而，若縮小掃描鏡31與fθ主透鏡27之距離，則受到由掃描單元30的高速旋轉所致之影響，而有fθ主透鏡27會振動之可能性。
相對於此，圖3所示之實施方式的雷射光束照射單元20中，藉由具有使射入掃描單元30的掃描鏡31之雷射光束21變化成漫射光之fθ副透鏡26，而可使定位於被加工物100上的加工點之雷射光束21的聚光點211與fθ主透鏡27之距離大於fθ主透鏡27與後側焦點272之距離。並且，藉由具有fθ副透鏡26，而在雷射光束照射單元20中，因變得無需考量fθ主透鏡27的後側焦點272的位置，故設計自由度提升，可增大fθ主透鏡27的前側焦點271的距離。
如以上說明，實施方式之雷射加工裝置1係藉由fθ副透鏡26而使雷射光束21在漫射之狀態下射入fθ主透鏡27，藉此可使雷射光束21聚光於比已射入平行光之情形中雷射光束21進行聚光之位置（後側焦點272）更後側。藉此，可增大從fθ主透鏡27起至加工點為止的距離。並且，因不需考量fθ主透鏡27的後側焦點272的位置，故fθ主透鏡27的設計自由度提升，且可以將fθ主透鏡27的前側焦點271從fθ主透鏡27分離之方式進行設計。
因此，即使以不受掃描鏡31的高速旋轉的影響之方式將掃描鏡31與fθ主透鏡27配置於充分分離之位置，亦可將fθ主透鏡27的前側焦點271定位於掃描鏡31上。因此，可一邊抑制裝置整體的巨大化且抑制由碎屑所致之fθ主透鏡27的汙染，一邊使雷射光束21垂直射入被加工物100。
此外，本發明並不受限於上述實施方式。亦即，在不脫離本發明的主旨的範圍內可進行各種變形並實施
1:雷射加工裝置 10:保持台 20:雷射光束照射單元 21:雷射光束 211,211-1:聚光點 22:雷射振盪器 26:fθ副透鏡 27:fθ主透鏡 271,271-1:前側焦點 272,272-1:後側焦點 30:掃描單元 31:掃描鏡 33:腔室 40:移動單元 100:被加工物
圖1係表示實施方式之雷射加工裝置的構成例之立體圖。 圖2係表示圖1所示之雷射加工裝置的雷射光束照射單元的概略構成之示意圖。 圖3係表示在圖2所示之雷射光束照射單元中之fθ主透鏡的前側焦點及後側焦點的一例之示意圖。 圖4係表示在比較例的雷射光束照射單元中之fθ主透鏡的前側焦點及後側焦點的一例之示意圖。
10:保持台
11:保持面
20:雷射光束照射單元
21:雷射光束
22:雷射振盪器
23:聲光偏轉器
24:鏡
25:鏡
26:fθ副透鏡
27:fθ主透鏡
30:掃描單元
31:掃描鏡
32:掃描馬達
33:腔室
100:被加工物

Claims (4)

  1. 一種雷射加工裝置，其具備： 保持台，其保持被加工物； 雷射光束照射單元，其對保持於該保持台之該被加工物聚光照射脈衝狀的雷射光束而施以加工；以及 移動單元，其使該保持台與該雷射光束的聚光點相對地移動， 該雷射光束照射單元包含： 雷射振盪器，其射出雷射光束； fθ主透鏡，其將從該雷射振盪器射出之雷射光束進行聚光並照射至保持於該保持台之該被加工物； 掃描單元，其配設於該雷射振盪器與該fθ主透鏡之間的光路上，且將該雷射光束進行掃描並導往該fθ主透鏡；以及 fθ副透鏡，其配設於該雷射振盪器與該掃描單元之間的光路上，且使該雷射光束從平行光變化為漫射光。
  2. 如請求項1之雷射加工裝置，其中，該fθ主透鏡的前側焦點被定位於該掃描單元中該雷射光束從該fθ副透鏡射入之掃描鏡上。
  3. 如請求項1或2之雷射加工裝置，其中，該fθ主透鏡及該fθ副透鏡係在相對於該掃描單元之距離及位置已被固定之狀態下被單元化。
  4. 如請求項1或2之雷射加工裝置，其中，該掃描單元配設於腔室的內部， 該fθ主透鏡及該fθ副透鏡被配置成一邊透射該雷射光束一邊將該腔室的內部與周圍的環境進行分離之窗狀。
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