TWI402125B - Laser processing device - Google Patents

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TWI402125B
TWI402125B TW097105729A TW97105729A TWI402125B TW I402125 B TWI402125 B TW I402125B TW 097105729 A TW097105729 A TW 097105729A TW 97105729 A TW97105729 A TW 97105729A TW I402125 B TWI402125 B TW I402125B
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Hiroshi Morikazu
Taiki Sawabe
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Description

雷射加工裝置 發明領域
本發明係有關於適合在晶圓等被加工物表面形成有預定寬度、長度及深度之加工溝之雷射加工裝置。
 發明背景
例如，噴墨列表機所使用之列表機頭形成有寬度30~200μm、長度10~15mm、深度100~200μm之墨槽溝。這種墨槽溝由蝕刻所形成，且例如揭示於下述專利文獻1及專利文獻2。
【專利文獻1】U.S.Patent No.7,040,735 B2說明書 【專利文獻2】U.S.Patent No.6,986,982 B2說明書
然而，在藉由蝕刻形成墨槽溝時，由於在晶圓等被加工物的表面上不形成墨槽溝的領域必須施以光罩法來實施，因此生產性不佳，同時不易使溝之壁面成形。
另一方面，使雷射加工實用化，作為生產性佳之加工方法，下述專利文獻3揭示出將集光點的形狀設成橢圓形，且將橢圓形之集光點的長軸沿著加工線定位於被加工物，並朝加工輸送方向移動被加工物之雷射加工方法。
【專利文獻3】特開2006－51517號
 發明之揭示
要藉由雷射加工形成預定深度之加工溝必須在同一處照射多次雷射光束。然而，上述專利文獻3所記載之雷射加工方法中，由於必須朝加工輸送方向移動被加工物達相當於所設定之加工溝的長度之距離，故僅在加工所設定之深度所需之次數以內就必須朝加工輸送方向移動被加工物。因此，若考量用以保持被加工物之卡盤台機構的慣性等，則在增加加工輸送速度上是有所限制的，且在生產性面上不一定可獲得滿足。
本發明有鑑於上述情況，其主要的技術性課題在於提供可有效地加工有預定寬度、長度及深度之加工溝之雷射加工裝置。
為解決上述主要之技術性問題，根據本發明提供下述雷射加工裝置，該雷射加工裝置包含用以保持被加工物之卡盤台及將雷射光束照射至保持於該卡盤台之被加工物的雷射光束照射機構，且，前述雷射光束照射機構包含：雷射光束振盪機構，係振盪脈衝雷射光束；偏向機構，係使經前述雷射光束振盪機構振盪之脈衝雷射光束偏向；及集光器，係使經前述偏向機構偏向之脈衝雷射光束集光，同時具有使集光點的形狀形成為橢圓形之橢圓形集光點形成機構。
前述橢圓形集光點形成機構由圓柱形透鏡構成，且前 述圓柱形透鏡由凸透鏡構成。
又，前述橢圓形集光點形成機構包含：第1圓柱形透鏡，係由凹透鏡構成；第2圓柱形透鏡，係由配設於前述第1圓柱形透鏡之雷射光束照射方向下游的凸透鏡構成；及間隔調整機構，係調整前述第1圓柱形透鏡及前述第2圓柱形透鏡之間隔。
前述偏向機構由聲光偏向機構構成，且該聲光偏向機構包含：聲光元件，係使經前述雷射光束振盪機構振盪之脈衝雷射光束偏向；RF振盪器，係將RF施加於前述聲光元件；及偏向角度調整機構，係調整從該RF振盪器輸出之RF的頻率，且前述偏向機構使經前述雷射光束振盪機構振盪之脈衝雷射光束朝由前述集光器集光之橢圓形集光點的長軸方向偏向。
又，前述偏向機構由聲光偏向機構構成，且該聲光偏向機構包含：聲光元件，係使經前述雷射光束振盪機構振盪之脈衝雷射光束偏向；RF振盪器，係將RF施加於前述聲光元件；及偏向角度調整機構，係調整從該RF振盪器輸出之RF的頻率，且前述偏向機構使經前述雷射光束振盪機構振盪之脈衝雷射光束朝由前述集光器集光之橢圓形集光點的短軸方向偏向。
再者，前述偏向機構包含第1聲光偏向機構及第2聲光偏向機構，該第1聲光偏向機構具有：聲光元件，係使經前述雷射光束振盪機構振盪之脈衝雷射光束偏向；RF振盪器，係將RF施加於前述聲光元件；及偏向角度調整機構， 係調整從該RF振盪器輸出之RF的頻率，且，前述第1聲光偏向機構使經前述雷射光束振盪機構振盪之脈衝雷射光束朝由前述集光器集光之橢圓形集光點的長軸方向偏向。又，前述第2聲光偏向機構具有：聲光元件，係使經前述雷射光束振盪機構振盪之脈衝雷射光束偏向；RF振盪器，係將RF施加於前述聲光元件；及偏向角度調整機構，係調整從該RF振盪器輸出之RF的頻率，且，前述第2聲光偏向機構使經前述雷射光束振盪機構振盪之脈衝雷射光束朝由前述集光器集光之橢圓形集光點的短軸方向偏向。
本發明之雷射加工裝置中，由於雷射光束照射機構具有：雷射光束振盪機構，係振盪脈衝雷射光束；偏向機構，係使經前述雷射光束振盪機構振盪之脈衝雷射光束偏向；及集光器，係使經前述偏向機構偏向之脈衝雷射光束集光，同時具有用以使集光點的形狀形成為橢圓形之橢圓形集光點形成機構，故藉由偏向機構使由橢圓形集光點形成機構所形成之橢圓形集光點偏向，可在被加工物形成具預定寬度、長度及深度之加工溝。因此，不必移動保持被加工物之卡盤台，而可增加加工速度，並提高生產性。
 實施發明之最佳形態
以下，針對依照本發明所構成之雷射加工裝置的較佳實施形態參照所附圖式更詳細地說明。
第1圖係顯示依照本發明所構成之雷射加工裝置的透 視圖。第1圖所示之雷射加工裝置具有靜止基台2、可朝箭頭X所示之加工輸送方向移動地配設於該靜止基台2且用以保持被加工物之卡盤台機構3、可朝與上述箭頭X所示之方向垂直之箭頭Y所示之分度輸送方向移動地配設於靜止基台2之雷射光束照射單元支持機構4、可朝箭頭Z所示之方向移動地配設於該雷射光束照射單元支持機構4之雷射光束照射單元5。
上述卡盤台機構3具有沿著箭頭X所示之加工輸送方向平行地配設於靜止基台2上之一對引導軌道31、31、可朝箭頭X所示之加工輸送方向(X軸方向)移動地配設於該引導軌道31、31上之第一滑動塊32、可朝箭頭Y所示之分度輸送方向(Y軸方向)移動地配設於該第一滑動塊32上之第2滑動塊33、藉由圓筒構件34支持於該第2滑動塊33上之覆蓋台35、作為被加工物保持機構之卡盤台36。該卡盤台36具有由多孔性材料所形成之吸附卡盤361，藉由未圖示之吸附機構將被加工物，例如圓盤狀之半導體晶圓保持於吸附卡盤361上。如此所構成之卡盤台36係藉由配設於圓筒構件34內之未圖示之脈衝馬達來旋轉。
上述第1滑動塊32在其下面設有欲與前述一對引導軌道31、31嵌合之一對被引導溝321、321，同時在其上面設有沿著箭頭Y所示之分度輸送方向平行地形成之一對引導軌道322、322。如此所構成之第1滑動塊32係藉由被引導溝321、321與一對引導軌道31、31嵌合，而可沿著一對引導軌道31、31朝箭頭X所示之加工輸送方向移動。卡盤台機構 3具有用以使第1滑動塊32沿著一對引導軌道31、31朝箭頭X所示之加工輸送方向移動之加工輸送機構37。加工輸送機構37包含平行地配設於上述一對引導軌道31與31之間之公螺桿371及用以旋轉驅動該公螺桿371之脈衝馬達372等驅動源。公螺桿371之其中一端係可自由旋轉地支持於固定於前述靜止基台2之軸承塊373，且另一端則與前述脈衝馬達372之輸出軸傳動連結。另，公螺桿371可與形成於突出設於第1滑動塊32之中央部下面之未圖示之母螺紋塊之貫通母螺孔螺合。因此，藉由脈衝馬達372使公螺桿371正轉及逆轉驅動，可使第1滑動塊32沿著引導軌道31、31朝箭頭X所示之加工輸送方向移動。
上述第2滑動塊33在其下面設有欲與設於上述第1滑動塊32上面之一對引導軌道322、322嵌合之一對被引導溝331、331，藉由該被引導溝331、331與一對引導軌道322、322嵌合，可朝箭頭Y所示之分度輸送方向移動。卡盤台機構3具有用以使第2滑動塊33沿著設於第1滑動塊32之一對引導軌道322、322朝箭頭Y所示之分度輸送方向移動之第1分度輸送機構38。第1分度輸送機構38包含平行地配設於上述一對引導軌道322與322之間之公螺桿381及用以旋轉驅動該公螺桿381之脈衝馬達382等驅動源。公螺桿381之其中一端係可自由旋轉地支持於固定於前述第1滑動塊32上面之軸承塊383，且另一端則與前述脈衝馬達382之輸出軸傳動連結。另，公螺桿381可與形成於突出設於第2滑動塊33之中央部下面之未圖示之母螺紋塊之貫通母螺孔螺合。因 此，藉由脈衝馬達382使公螺桿381正轉及逆轉驅動，可使第2滑動塊33沿著引導軌道322、322朝箭頭Y所示之分度輸送方向移動。
上述雷射光束照射單元支持機構4具有沿著箭頭Y所示之分度輸送方向平行地配設於靜止基台2上之一對引導軌道41、41及可朝Y所示之方向移動地配設於該引導軌道41、41上之可動支持基台42。該可動支持基台42由可移動地配設於引導軌道41、41上之移動支持部421及安裝於該移動支持部421之安裝部422所構成。安裝部422在其中一側面平行地設有朝箭頭Z所示之方向延伸之一對引導軌道423、423。雷射光束照射單元支持機構4具有用以使可動支持基台42沿著一對引導軌道41、41朝箭頭Y所示之分度輸送方向移動之第2分度輸送機構43。第2分度輸送機構43包含平行地配設於上述一對引導軌道41、41之間之公螺桿431及用以旋轉驅動該公螺桿431之脈衝馬達432等驅動源。公螺桿431之其中一端係可自由旋轉地支持於固定於前述靜止基台2之未圖示之軸承塊，且另一端則與前述脈衝馬達432之輸出軸傳動連結。另，公螺桿431可與形成於突出設於構成可動支持基台42之移動支持部421之中央部下面之未圖示之母螺紋塊之母螺孔螺合。因此，藉由脈衝馬達432使公螺桿431正轉及逆轉驅動，可使可動支持基台42沿著引導軌道41、41朝箭頭Y所示之分度輸送方向移動。
雷射光束照射單元5具有單元座51及安裝於該單元座51之雷射光束照射機構52。單元座51設有可滑動地嵌合於 設於上述安裝部422之一對引導軌道423、423之一對被引導溝511、511，且藉由使該被引導溝511、511與上述引導軌道423、423嵌合，可移動地支持於箭頭Z所示之方向(Z軸方向)。
雷射光束照射單元5具有用以使單元座51沿著一對引導軌道423、423朝箭頭Z所示之方向移動之移動機構53。移動機構53具有配設於一對引導軌道423、423之間之公螺桿(未圖示)及用以旋轉驅動該公螺桿之脈衝馬達532等驅動源，藉由脈衝馬達532使未圖示之公螺桿正轉及逆轉驅動，可使單元座51及雷射光束照射機構52沿著引導軌道423、423朝箭頭Z所示之方向移動。另，在圖示之實施形態中，藉由使脈衝馬達532正轉驅動，可使雷射光束照射機構52朝上方移動，且藉由使脈衝馬達532逆轉驅動，可使雷射光束照射機構52朝下方移動。
雷射光束照射機構52具有固定於上述單元座51且實質上水平地延伸出去之圓筒形之套管521。又，雷射光束照射機構52如第2圖所示包含配設於套管521內之脈衝雷射光束振盪機構522、作為用以使經脈衝雷射光束振盪機構522振盪之雷射光束朝加工輸送方向(X軸方向)及分度輸送方向(Y軸方向)偏向之偏向機構之聲光偏向機構6、配設於套管521前端且用以將經脈衝雷射光束振盪機構522振盪之脈衝雷射光束照射至保持於上述卡盤台36之被加工物之加工頭7。上述脈衝雷射光束振盪機構522由YAG雷射振盪器或YVO4雷射振盪器所構成之脈衝雷射光束振盪器522a及附 設於其之反覆頻率設定機構522b所構成。
聲光偏向機構6如第3圖所示由用以使經脈衝雷射光束振盪機構522振盪之雷射光束朝加工輸送方向(X軸方向)偏向之第1聲光偏向機構61及用以使經脈衝雷射光束振盪機構522振盪之雷射光束朝分度輸送方向(Y軸方向)偏向之第2聲光偏向機構62所構成。
上述第1聲光偏向機構61包含用以使經脈衝雷射光束振盪機構522振盪之雷射光束朝加工輸送方向(X軸方向)偏向之第1聲光元件611、用以產生欲施加於該第1聲光元件611之RF(radio frequency)之第1RF振盪器612、用以放大該第1RF振盪器612所產生之RF的功率且施加於第1聲光元件611之第1RF放大器613、用以調整第1RF振盪器612所產生之RF的頻率之第1偏向角度調整機構614、用以調整第1RF振盪器612所產生之RF的振幅之第1輸出調整機構615。上述第1聲光元件611可對應於所施加之RF的頻率來調整用以使雷射光束偏向之角度，同時對應於所施加之RF的振幅來調整雷射光束之輸出。另，上述第1偏向角度調整機構614及第1輸出調整機構615係藉由後述控制機構來控制。
上述第2聲光偏向機構62包含用以使經脈衝雷射光束振盪機構522振盪之雷射光束朝與加工輸送方向(X軸方向)垂直之分度輸送方向偏向之第2聲光元件621、用以產生欲施加於該第2聲光元件621之RF之第2RF振盪器622、用以放大該第2RF振盪器622所產生之RF的功率且施加於第2聲光元件621之第2RF放大器623、用以調整第2RF振盪器622所 產生之RF的頻率之第2偏向角度調整機構624、用以調整第2RF振盪器622所產生之RF的振幅之第2輸出調整機構625。上述第2聲光元件621可對應於所施加之RF的頻率來調整用以使雷射光束偏向之角度，同時對應於所施加之RF的振幅來調整雷射光束之輸出。另，上述第2偏向角度調整機構624及第2輸出調整機構625係藉由後述控制機構來控制。
又，聲光偏向機構6具有當RF未施加於上述第1聲光元件611時，如第3圖之虛線所示用以吸收未藉由第1聲光元件611偏向之雷射光束之雷射光束吸收機構63。
聲光偏向機構6如上所述地構成，且以下針對其作用參照第3圖來說明。
當在構成聲光偏向機構6之第1聲光偏向機構61之第1偏向角度調整機構614施加例如5V的電壓，且在第1聲光元件611施加與5V對應之頻率的RF時，經脈衝雷射光束振盪機構522振盪之脈衝雷射光束會如第3圖之一點鎖線所示地偏向，且透過加工頭7之後述方向變換鏡71及集光器72集中至集光點Pa。又，當在第1偏向角度調整機構614施加例如10V的電壓，且在第1聲光元件611施加與10V對應之頻率的RF時，經脈衝雷射光束振盪機構522振盪之脈衝雷射光束會如第3圖之實線所示地偏向，且透過加工頭7之後述方向變換鏡71及集光器72從上述集光點Pa朝加工輸送方向(X軸方向)集中至朝第3圖的左邊變位預定量之集光點Pb。又，當在第1偏向角度調整機構614施加例如15V的電壓，且在第1聲光元件611施加與15V對應之頻率的RF時，經脈衝雷射光 束振盪機構522振盪之脈衝雷射光束會如第3圖之兩點鎖線所示地偏向，且透過加工頭7之後述方向變換鏡71及集光器72從上述集光點Pb朝加工輸送方向(X軸方向)集中至朝第3圖的左邊變位預定量之集光點Pc。另一方面，當在第1聲光偏向機構61之第1偏向角度調整機構614施加例如0V的電壓，且在第1聲光元件611施加與0V對應之頻率的RF時，經脈衝雷射光束振盪機構522振盪之脈衝雷射光束會如第3圖之虛線所示被引導至雷射光束吸收機構63。如上所述，藉由第1聲光元件611偏向之雷射光束會對應於施加於第1偏向角度調整機構614之電壓而朝加工輸送方向(X軸方向)偏向。
另一方面，當將具預定頻率之RF施加於第2聲光元件621時，構成聲光偏向機構6之第2聲光偏向機構62會使經脈衝雷射光束振盪機構522振盪之脈衝雷射光束集中至朝與加工輸送方向(X軸方向)垂直之分度輸送方向(Y軸方向：第3圖中與紙面垂直之方向)變位預定量之集光點。
上述加工頭7如第3圖所示由方向變換鏡71及具有用以形成橢圓形之集光點之橢圓形集光點形成機構之集光器72所構成。方向變換鏡71可變換經上述脈衝雷射光束振盪機構522振盪且藉由上述聲光偏向機構6偏向之脈衝雷射光束的方向使其朝向集光器72。
用以形成橢圓形之集光點之集光器72在圖示之實施形態中包含由具有第1圓柱形透鏡81a之第1圓柱形透鏡單元8a、具有被定位在集光方向與該第1圓柱形透鏡81a垂直之 方向的第2圓柱形透鏡81b之第2圓柱形透鏡單元8b、用以調整第1圓柱形透鏡單元8a與第2圓柱形透鏡單元8b之間隔之後述間隔調整機構所構成之橢圓形集光點形成機構。上述方向變換鏡71與第1圓柱形透鏡單元8a與第2圓柱形透鏡單元8b及後述間隔調整機構如第4圖所示配設於安裝在上述套管521前端之加工頭外罩70內。
關於上述第1圓柱形透鏡單元8a參照第5圖至第7圖來說明。第5圖係顯示第1圓柱形透鏡單元8a之透視圖，第6圖係顯示第5圖所示之第1圓柱形透鏡單元8a的分解透視圖。第5圖及第6圖所示之第1圓柱形透鏡單元8a由第1圓柱形透鏡81a、用以保持該第1圓柱形透鏡81a之透鏡保持構件82、用以保持該透鏡保持構件82之第1框體83、用以保持該第1框體83之第2框體84所構成。
第1圓柱形透鏡81a如第7圖所示截面形成為半圓形。該第1圓柱形透鏡81a在圖示之實施形態中由凹透鏡所構成之圓柱形透鏡構成，且其焦點距離(f1)設定為－300mm。用以保持該第1圓柱形透鏡81a之透鏡保持構件82在圖示之實施形態中由合成樹脂形成為圓形。第1圓柱形透鏡81a係露出上面及下面而埋設於該由合成樹脂形成之透鏡保持構件82。又，在透鏡保持構件82如第6圖所示在外周面的一處突出形成有被作動片821。
上述第1框體83如第6圖所示形成為一邊的長度為E之正方形，且在其上面形成有上述透鏡保持構件82欲嵌合之圓形凹部831，同時形成有用以收納設於透鏡保持構件82之 被作動片821之作動室832。在圓形凹部831之底壁831a中央部形成有孔831b。又，在用以形成作動室832之壁面832a形成有成為彈簧座之凹部832b。另，在第1框體83在凹部832b之軸線上形成有螺孔832c。在如此所構成之第1框體83中如第5圖所示，透鏡保持構件82嵌合於圓形凹部831，且被作動片821收納於作動室832。
因此，嵌合於第1框體83之圓形凹部831之透鏡保持構件82可在被作動片821可在作動室832內移動之範圍內沿著圓形凹部831之內周面旋動。並且，在前述凹部832b與被作動片821之間有壓縮線圈彈簧85存在著。又，第1調整螺絲86螺合於上述螺孔832c，且其前端抵接於被作動片821。因此，若朝其中一個方向旋轉第1調整螺絲86使其前進，則會抵抗壓縮線圈彈簧85的彈力，而使透鏡保持構件82朝其中一個方向旋動，且若朝另一個方向旋轉第1調整螺絲86使其後退，則會藉由壓縮線圈彈簧85的彈力使透鏡保持構件82朝另一個方向旋動。如此一來，設於透鏡保持構件82之被作動片821、第1調整螺絲86及壓縮線圈彈簧85具有用以使透鏡保持構件82沿著圓形凹部831之內周面旋動之旋動調整機構。
上述第2框體84形成為矩形，且在其上面如第6圖所示形成有上述第1框體83欲嵌合之矩形凹部841。該矩形凹部841之寬度A形成為與上述正方形之第1框體83的一邊的長度E相對應之尺寸，且長度B則形成為較第1框體83的一邊的長度E長的尺寸。矩形凹部841由底壁842a與側壁842b、 842c、842d、842e來區劃。在底壁842a中央部形成有孔842f。在用以區劃矩形凹部841之壁面842d的內面形成有成為彈簧座之凹部842g。形成該凹部842g且與壁面842d相向之側壁842e形成有螺孔842h。又，在第2框體84之側壁842b形成有用以使上述第1調整螺絲86插通之長孔842j。上述第1框體83如第5圖所示嵌合於如上述所構成之第2框體84之矩形凹部841。
並且，在形成於上述壁面842d內面之凹部842g與第1框體83之側壁之間有壓縮線圈彈簧87存在著。又，第2調整螺絲88螺合於形成於側壁842e之螺孔842h，且其前端抵接於第1框體83之側壁。因此，若朝其中一個方向旋轉第2調整螺絲88使其前進，則會抵抗壓縮線圈彈簧87的彈力，而使第1框體83朝其中一個方向移動，且若朝另一個方向旋轉第2調整螺絲88使其後退，則會藉由壓縮線圈彈簧87的彈力使第1框體83朝另一個方向移動。如此一來，第2調整螺絲88及壓縮線圈彈簧87具有用以使第1框體83朝與第1圓柱形透鏡81a之集光方向垂直之方向相對於第2框體84移動之移動調整機構。
接著，針對上述第2圓柱形透鏡單元8b參照第8圖及第9圖來說明。第8圖係顯示第2圓柱形透鏡單元8b之透視圖，第9圖係顯示第8圖所示之第2圓柱形透鏡單元8b之分解透視圖。第8圖及第9圖所示之第2圓柱形透鏡單元8b亦與上述第1圓柱形透鏡單元8a同樣由第2圓柱形透鏡81b、用以保持該第2圓柱形透鏡81b之透鏡保持構件82、用以保持該透鏡 保持構件82之第1框體83、用以保持該第1框體83之第2框體84所構成。第2圓柱形透鏡81b在圖示之實施形態中由凸透鏡所構成之圓柱形透鏡構成，且其焦點距離(f2)設定為50mm。另，構成第2圓柱形透鏡單元8b之透鏡保持構件82、第1框體83、第2框體84與上述構成第1圓柱形透鏡單元8a之透鏡保持構件82、第1框體83、第2框體84實質上為同一構造，故在同一構件賦予相同符號且省略其詳細說明。
如上所構成之第1圓柱形透鏡單元8a及第2圓柱形透鏡單元8b設於第10圖所示之間隔調整機構10。以下針對間隔調整機構10來說明。第10圖所示之間隔調整機構10包含支持基板11、設於該支持基板11下端之第1支持台12、配設成可沿著支持基板11前面朝上下方向移動之第2支持台13。
支持基板11在前面中央部具有朝上下方向形成之引導溝111。在該支持基板11之側面中間部固定有第1調整板112。第1支持台12相對於支持基板11的前面呈直角地突出。在該第1支持台12在中央部形成有孔121。又，在第1支持台12兩側形成有相對於支持基板11前面呈直角地延伸之定位軌道122、123。該定位軌道122、123之間隔設定為對應於構成上述第2圓柱形透鏡單元8b之第2框體84之寬向尺寸之尺寸。
上述第2支持台13由支持部14及設於該支持部14下端之機台部15所構成。支持台14在後面形成有嵌合於已形成於上述支持基板11之引導溝111之被引導軌道141。藉由該被引導軌道141嵌合於引導溝111，第2支持台13可沿著引導 溝111朝上下方向移動於支持基板11。另，在支持部14上端固定有位於上述第1調整板112下方之第2調整板142。上述機台部15相對於支持部14前面呈直角地突出。在該機台部15在中央部形成有孔151。又，在機台部15前後端形成有與支持部14前面平行地延伸之定位軌道152、153。該定位軌道152、153之間隔設定為對應於構成上述第1圓柱形透鏡單元8a之第2框體84之寬向尺寸之尺寸。
間隔調整機構10具有用以使第2支持台13沿著支持基板11之引導溝111朝上下方向移動之移動機構16。移動機構16在圖示之實施形態中包含安裝於移動機構16之脈衝馬達161及藉由該脈衝馬達161旋轉驅動之公螺桿162。公螺桿162之其中一端與上述脈衝馬達161之驅動軸連結，且另一端則可自由旋轉地支持於設於支持基板11之軸承塊112。並且，公螺桿162可與形成於固定在第2支持台13之支持部14上端之移動板142的貫通母螺孔142a螺合。因此，藉由脈衝馬達161正轉及逆轉驅動公螺桿162，第2支持台13可沿著引導溝111朝上下方向移動。
在如上所構成之間隔調整機構10之第1支持台12如第11圖所示設有上述第2圓柱形透鏡單元8b。即，將第2圓柱形透鏡單元8b之第2框體84載置於第1支持台12之定位軌道122、123之間。另，載置於第1支持台12上之預定位置之第2圓柱形透鏡單元8b藉由未圖示之適當的固定機構固定於第1支持台12。如此一來，載置於第1支持台12上之第2圓柱形透鏡單元8b之第2圓柱形透鏡81b的集光方向會被定位在 第11圖中Y所示之方向。
又，上述第1圓柱形透鏡單元8a設在間隔調整機構10之第2支持台13之機台部15。即，將第1圓柱形透鏡單元8a之第2框體84載置於構成第2支持台13之機台部15之定位軌道152、153之間。另，載置於第2支持台13之機台部15上之預定位置之第1圓柱形透鏡單元8a係藉由未圖示之適當的固定機構固定於第2支持台13之機台部15。如此一來，載置於第2支持台13之機台部15上之第1圓柱形透鏡單元8a之第1圓柱形透鏡81a的集光方向會被定位在第11圖中X所示之方向。
圖示之實施形態中之集光器7如上所述地構成，設於第1支持台12之第2圓柱形透鏡單元8b之第2圓柱形透鏡81b配設於設在第2支持台13之第1圓柱形透鏡單元8a之第1圓柱形透鏡81a之雷射光束照射方向下游。以下，針對上述集光器7之作用參照第12圖來說明。
第12(a)圖顯示經上述脈衝雷射光束振盪機構522振盪且透過聲光偏向機構6及方向變換鏡71射入集光器7之雷射光束L藉由第1圓柱形透鏡81a與第2圓柱形透鏡81b朝Y軸方向集光之狀態之說明圖，第12(b)圖係顯示上述雷射光束L藉由第1圓柱形透鏡81a與第2圓柱形透鏡81b朝X軸方向集光之狀態之說明圖。
如第12(a)圖所示，由於由凹透鏡構成之第1圓柱形透鏡81a不會朝Y軸方向集光，故上述雷射光束L會藉由凸透鏡所構成之第2圓柱形透鏡81b朝Y軸方向集光。另一方面，由於 由凹透鏡構成之第1圓柱形透鏡81a在X軸方向會朝負方向集光，故如第12(b)圖所示，上述雷射光束L會藉由第1圓柱形透鏡81a朝X軸方向擴展。並且，由於由凸透鏡構成之第2圓柱形透鏡81b在X軸方向不會集光，故通過第2圓柱形透鏡81b之雷射光束L會以藉由第1圓柱形透鏡81a朝X軸方向擴展之狀態照射。結果，透過第1圓柱形透鏡81a與第2圓柱形透鏡81b照射之雷射光束的集光點S的形狀會如第12(c)圖所示成為長軸D1與短軸D2之橢圓形。
如上所述，透過第1圓柱形透鏡81a與第2圓柱形透鏡81b照射之雷射光束的橢圓形集光點S的長軸D1可藉由沿著支持基板11之引導溝111朝上下方向移動設有上述第1圓柱形透鏡單元8a之第2支持台13來變更。
即，若將第1圓柱形透鏡81a之焦點距離設為(f1)，且將第2圓柱形透鏡81b之焦點距離設為(f2)，並將第1圓柱形透鏡81a至第2圓柱形透鏡81b的距離設為(d1)，且將第2圓柱形透鏡81b至被加工物的距離設為(d2)，並將上述雷射光束L的直徑設為(Φ)，則集光點S的長軸D1為D1=[Φ{f1-(d1+d2)}]÷f1。因此，藉由變更第1圓柱形透鏡81a至第2圓柱形透鏡81b的距離(d1)及/或第2圓柱形透鏡81b至被加工物的距離(d2)，可變更集光點S之長軸D1的長度。另一方面，透過第1圓柱形透鏡81a與第2圓柱形透鏡81b照射之雷射光束的橢圓形集光點S之短軸D2為D2=Φ(f2-d2)÷f2。
回到第1圖繼續說明，在構成上述雷射光束照射機構52 之套管521之前端部配設有藉由上述雷射光束照射機構52檢測欲進行雷射加工之加工領域之照相機構17。該照相機構17由照相元件(CCD)等構成，且將所照的圖像信號傳送至後述控制機構。
圖示之實施形態中之雷射加工裝置具有控制機構20。控制機構20由電腦構成，且包括依照控制程式來演算處理之中央處理裝置(CPU)201、用以儲存控制程式等之唯讀記憶體(ROM)202、用以儲存後述被加工物之設計值的資料或演算結果等之可讀寫之隨機存取記憶體(RAM)203、計數器204、輸入介面205及輸出介面206。上述加工輸送量檢測機構374、分度輸送量檢測機構384及照相機構17等之檢測信號輸入至控制機構20之輸入介面205。並且，從控制機構20之輸出介面206將控制信號輸出至上述脈衝馬達372、脈衝馬達382、脈衝馬達432、脈衝馬達532、雷射光束照射機構52之脈衝雷射光束振盪機構522、第1聲光偏向機構61、第2聲光偏向機構62及間隔調整機構10之脈衝馬達161等。另，上述隨機存取記憶體(RAM)203包括用以記憶後述形成於被加工物之加工線的設計值的資料之第1記憶領域203a或用以記憶後述檢測值的資料之第2記憶領域203b及其他記憶領域。
圖示之實施形態中之雷射加工裝置如上所述地構成，以下針對其作用來說明。
第13圖係顯示由以格子狀配列於由矽形成之基板31之表面31a的多數分隔道32來區劃多數領域且在該所區劃之 領域形成列表機頭33之晶圓30。在該列表機頭33如第14(a)圖及第14(b)圖所示，形成有具寬度A、長度B、深度C之墨槽溝331。如此一來，形成於基板31表面31a之各列表機頭33的位置及形成於各列表機頭33之墨槽溝331的位置以及各尺寸等之XY座標值的資料(設計值)儲存於上述控制機構20之隨機存取記憶體(RAM)203之第1記憶領域203a。
接著，針對形成於上述列表機頭33之墨槽溝331的加工例來說明。
首先，將作為被加工物之晶圓30載置於第1圖所示之雷射加工裝置之卡盤台36上。並且，藉由使未圖示之吸附機構作動，以將晶圓30吸附保持於卡盤台36上。另，用以吸附保持晶圓30之卡盤台36藉由加工輸送機構37定位於照相機構17正下方。若將卡盤台36定位於照相機構17正下方，則可執行藉由照相機構17及未圖示之控制機構來檢測欲進行晶圓30之雷射加工之加工領域的對準作業。
如上所述，在進行用以檢測欲進行保持於卡盤台36上之晶圓30之雷射加工之加工領域的對準後，控制機構20使加工輸送機構37作動，且使卡盤台36移動至雷射光束照射機構52之集光器7所位於之雷射光束照射領域，且使預定之列表機頭33之中心位置定位於集光器7正下方。並且，如第15(a)圖所示，當形成於列表機頭33之墨槽溝331的長度B較短時，控制機構20會使上述間隔調整機構10之脈衝馬達161作動，且使第2支持台13移動，以調整安裝於第1支持台12之第2圓柱形透鏡單元8b與安裝於第2支持台13之第1圓柱 形透鏡單元8a之間隔，藉此使從集光器7射出之脈衝雷射光束之集光點S的長軸D1與形成於列表機頭33之墨槽溝331的長度B一致。
如上所述，在將從集光器7射出之脈衝雷射光束之集光點S的長軸D1調整成與形成於列表機頭33之墨槽溝331的長度B一致後，控制機構20使脈衝雷射光束振盪機構522作動，且將例如10V的電壓施加於第1聲光偏向機構61之第1偏向角度調整機構614，以將脈衝雷射光束之集光點控制成第3圖中之Pb，同時依序變更施加於第2聲光偏向機構62之第2偏向角度調整機構624的電壓，以使集光點僅在相當於形成集光點S之墨槽溝331的寬度A之距離中朝Y軸方向依序變位。然後，藉由多次反覆實施脈衝雷射光束之集光點S的變位作動，可如第15(b)圖所示，形成具寬度A、長度B、深度C之墨槽溝331。另，由脈衝雷射光束振盪機構522振盪之脈衝雷射光束的波長係設定為對矽基板具吸收性之例如355nm，且平均輸出設定為例如10W。
如上所述，當在預定之列表機頭33形成墨槽溝331後，控制機構20會使加工輸送機構37及第1分度輸送機構38作動，以使卡盤台36移動，藉此使形成於保持在卡盤台36之晶圓30的未加工列表機頭33位於集光器7正下方。然後，控制機構20實施上述用以形成墨槽溝331之雷射加工。如此一來，可在形成於保持在卡盤台36之晶圓30的所有列表機頭33形成墨槽溝331。
接著，針對形成於列表機頭33之墨槽溝331的長度B較 長時之加工例參照第16圖說明。調整施加於第1聲光偏向機構61之第1偏向角度調整機構614及第2聲光偏向機構62之第2偏向角度調整機構624的電壓，以將脈衝雷射光束之集光點S定位於形成於列表機頭33之墨槽溝331之第16(a)圖中下方左端。並且，在固定施加於第2聲光偏向機構62之第2偏向角度調整機構624的電壓之狀態下，依序變更施加於第1聲光偏向機構61之第1偏向角度調整機構614的電壓，可使集光點S在到達所形成之墨槽溝331之圖中右端的範圍內朝X軸方向(集光點S之長軸方向)依序變位。並且，藉由多次反覆實施脈衝雷射光束之集光點S的變位作動，可如第16(b)圖所示以相當於集光點S之短軸D1的寬度形成具長度B、深度C之雷射加工溝331a。
接著，調整施加於第2聲光偏向機構62之第2偏向角度調整機構624的電壓，以如第16(b)圖所示使脈衝雷射光束之集光點S位於雷射加工溝331a上側，且如上所述依序變更施加於第1聲光偏向機構61之第1偏向角度調整機構614的電壓，可使集光點S在到達墨槽溝331之圖中右端之範圍內朝X軸方向(集光點S之長軸方向)依序變位。如此一來，藉由實施至脈衝雷射光束之集光點S到達形成於列表機頭33之墨槽溝331之第16(a)圖及第16(b)圖上方為止，可如第16(c)圖所示形成具寬度A、長度B、深度C之墨槽溝331。
如上所述，在圖示之實施形態中之電射加工裝置中，即使要形成較脈衝雷射光束S大的溝亦可藉由控制施加於第1聲光偏向機構61之第1偏向角度調整機構614及施加於 第2聲光偏向機構62之第2偏向角度調整機構624的電壓，來移動集光點S而形成具預定寬度A、長度B、深度C之溝，且不必移動保持有被加工物之卡盤台，因此可提高加工速度且使生產性提高。
接著，參照第17圖及第18圖說明依照本發明所構成之雷射加工裝置的其他實施形態。
第17圖及第18圖所示之實施形態為構成雷射光束照射機構52之集光器72之橢圓形集光點形成機構僅由凸透鏡所構成之圓柱形透鏡構成，且其他構造與上述實施形態實質上相同即可，故在同一構件賦予相同符號且省略其詳細說明。
第17圖及第18圖所示之實施形態中，如第18(a)圖所示，上述雷射光束L藉由凸透鏡所構成之圓柱形透鏡810朝Y軸方向集光。另一方面，凸透鏡所構成之圓柱形透鏡810不會朝X軸方向集光。因此，在集光點P中雷射光束之集光點S的形狀會如第18(c)圖所示成為長軸D1與短軸D2之橢圓形。該集光點S之長軸D1的長度與雷射光束L的直徑相等。
如上所述，第17圖及第18圖所示之實施形態中，由於橢圓形集光點形成機構僅由凸透鏡所構成之圓柱形透鏡構成，故無法變更集光點S之長軸D1的長度，但藉由控制施加於第1聲光偏向機構61之第1偏向角度調整機構614及/或施加於第2聲光偏向機構62之第2偏向角度調整機構624的電壓，可使集光點S在長軸D1方向及/或短軸D2方向變位，並可形成具預定寬度、長度、深度的溝。
2‧‧‧靜止基台
3‧‧‧卡盤台機構
4‧‧‧雷射光束照射單元支持機構
5‧‧‧雷射光束照射單元
6‧‧‧聲光偏向機構
7‧‧‧加工頭
8a‧‧‧第1圓柱形透鏡單元
8b‧‧‧第2圓柱形透鏡單元
10‧‧‧間隔調整機構
11‧‧‧支持基板
12‧‧‧第1支持台
13‧‧‧第2支持台
14‧‧‧支持部
15‧‧‧機台部
16‧‧‧移動機構
17‧‧‧照相機構
20‧‧‧控制機構
30‧‧‧晶圓
31‧‧‧引導軌道
31‧‧‧基板
31a‧‧‧基板表面
32‧‧‧分隔道
32‧‧‧第一滑動塊
33‧‧‧列表機頭
33‧‧‧第2滑動塊
34‧‧‧圓筒構件
35‧‧‧覆蓋台
36‧‧‧卡盤台
37‧‧‧加工輸送機構
38‧‧‧第1分度輸送機構
41‧‧‧引導軌道
42‧‧‧可動支持基台
43‧‧‧第2分度輸送機構
51‧‧‧單元座
52‧‧‧雷射光束照射機構
53‧‧‧移動機構
61‧‧‧第1聲光偏向機構
62‧‧‧第2聲光偏向機構
63‧‧‧雷射光束吸收機構
70‧‧‧加工頭外罩
71‧‧‧方向變換鏡
72‧‧‧集光器
81a‧‧‧第1圓柱形透鏡
81b‧‧‧第2圓柱形透鏡
82‧‧‧透鏡保持構件
83‧‧‧第1框體
84‧‧‧第2框體
85‧‧‧壓縮線圈彈簧
86‧‧‧第1調整螺絲
87‧‧‧壓縮線圈彈簧
88‧‧‧第2調整螺絲
111‧‧‧引導溝
112‧‧‧第1調整板、軸承塊
121‧‧‧孔
122、123‧‧‧定位軌道
141‧‧‧被引導軌道
142‧‧‧第2調整板、移動板
142a‧‧‧貫通母螺孔
151‧‧‧孔
152、153‧‧‧定位軌道
161‧‧‧脈衝馬達
162‧‧‧公螺桿
201‧‧‧中央處理裝置
202‧‧‧唯讀記憶體
203‧‧‧隨機存取記憶體
203a‧‧‧第1記憶領域
203b‧‧‧第2記憶領域
204‧‧‧計數器
205‧‧‧輸入介面
206‧‧‧輸出介面
321‧‧‧引導溝
322‧‧‧引導軌道
331‧‧‧墨槽溝
331‧‧‧被引導溝
331a‧‧‧雷射加工溝
361‧‧‧吸附卡盤
371‧‧‧公螺桿
372‧‧‧脈衝馬達
373‧‧‧軸承塊
374‧‧‧加工輸送量檢測機構
381‧‧‧公螺桿
382‧‧‧脈衝馬達
383‧‧‧軸承塊
384‧‧‧分度輸送量檢測機構
421‧‧‧移動支持部
422‧‧‧安裝部
423‧‧‧引導軌道
431‧‧‧公螺桿
432‧‧‧脈衝馬達
511‧‧‧被引導溝
521‧‧‧套管
522‧‧‧脈衝雷射光束振盪機構
522a‧‧‧脈衝雷射光束振盪器
522b‧‧‧反覆頻率設定機構
532‧‧‧脈衝馬達
611‧‧‧第1聲光元件
612‧‧‧第1RF振盪器
613‧‧‧第1RF放大器
614‧‧‧第1偏向角度調整機構
615‧‧‧第1輸出調整機構
621‧‧‧第2聲光元件
622‧‧‧第2RF振盪器
623‧‧‧第2RF放大器
624‧‧‧第2偏向角度調整機構
625‧‧‧第2輸出調整機構
810‧‧‧圓柱形透鏡
821‧‧‧被作動片
831‧‧‧圓形凹部
831a‧‧‧底壁
831b‧‧‧孔
832‧‧‧作動室
832a‧‧‧壁面
832b‧‧‧凹部
832c‧‧‧螺孔
841‧‧‧矩形凹部
842a‧‧‧底壁
842b、842c、842d、842e‧‧‧側壁
842f‧‧‧孔
842g‧‧‧凹部
842h‧‧‧螺孔
842j‧‧‧長孔
S‧‧‧集光點
Pa、Pb、Pc‧‧‧集光點
D1‧‧‧長軸
D2‧‧‧短軸
L‧‧‧雷射光束
第1圖係依照本發明所構成之雷射加工裝置之透視圖。
第2圖係第1圖所示之雷射加工裝置所具有之雷射光束照射機構的構成方塊圖。
第3圖係構成第2圖所示之雷射光束照射機構的加工頭的說明圖。
第4圖係第3圖所示之加工頭的透視圖。
第5圖係構成第3圖所示之加工頭的集光器之第1圓柱形透鏡單元的透視圖。
第6圖係分解顯示第5圖所示之第1圓柱形透鏡單元之構成構件的透視圖。
第7圖係保持有用以構成第5圖所示之第1圓柱形透鏡單元之第1圓柱形透鏡的透鏡保持構件之截面圖。
第8圖係構成第3圖所示之加工頭的集光器之第2圓柱形透鏡單元的透視圖。
第9圖係分解顯示第8圖所示之第2圓柱形透鏡單元之構成構件的透視圖。
第10圖係第1圖所示之雷射加工裝置所具有且用以調整第1圓柱形透鏡單元與第2圓柱形透鏡單元之間隔之間隔調整機構的透視圖。
第11圖係顯示在第10圖所示之間隔調整機構設有第1圓柱形透鏡單元與第2圓柱形透鏡單元之狀態之透視圖。
第12(a)圖~第12(c)圖係顯示藉由作為橢圓形集光點形成機構之第1圓柱形透鏡與第2圓柱形透鏡形成橢圓形之集 光點的狀態之說明圖。
第13圖係形成有作為被加工物之列表機頭的晶圓之平面圖。
第14(a)圖、第14(b)圖係加工於形成在第13圖所示之晶圓的列表機頭之墨槽溝的說明圖。
第15(a)圖、第15(b)圖係顯示藉由第1圖所示之雷射加工裝置在形成於第13圖所示之晶圓的列表機頭加工墨槽溝之加工例的說明圖。
第16(a)圖~第16(c)圖係顯示藉由第1圖所示之雷射加工裝置在形成於第13圖所示之晶圓的列表機頭加工墨槽溝之其他加工例的說明圖。
第17圖係顯示第1圖所示之雷射加工裝置所具有之雷射光束照射機構的其他實施形態之構成方塊圖。
第18(a)圖~第18(c)圖係顯示藉由作為構成第17圖所示之雷射光束照射機構之橢圓形集光點形成機構之凸透鏡所構成之圓柱形透鏡來形成橢圓形之集光點之狀態的說明圖。
6‧‧‧聲光偏向機構
7‧‧‧加工頭
8a‧‧‧第1圓柱形透鏡單元
8b‧‧‧第2圓柱形透鏡單元
52‧‧‧雷射光束照射機構
61‧‧‧第1聲光偏向機構
62‧‧‧第2聲光偏向機構
63‧‧‧雷射光束吸收機構
71‧‧‧方向變換鏡
72‧‧‧集光器
81a‧‧‧第1圓柱形透鏡
81b‧‧‧第2圓柱形透鏡
611‧‧‧第1聲光元件
612‧‧‧第1RF振盪器
613‧‧‧第1RF放大器
614‧‧‧第1偏向角度調整機構
615‧‧‧第1輸出調整機構
621‧‧‧第2聲光元件
622‧‧‧第2RF振盪器
623‧‧‧第2RF放大器
624‧‧‧第2偏向角度調整機構
625‧‧‧第2輸出調整機構
Pa、Pb、Pc‧‧‧集光點
X‧‧‧箭頭

Claims (4)

  1. 一種雷射加工裝置，包含用以保持被加工物之卡盤台及將雷射光束照射至保持於該卡盤台之被加工物的雷射光束照射機構，且，前述雷射光束照射機構包含：雷射光束振盪機構，係振盪脈衝雷射光束；偏向機構，係使經前述雷射光束振盪機構振盪之脈衝雷射光束偏向；及集光器，係使經前述偏向機構偏向之脈衝雷射光束集光，同時具有使集光點的形狀形成為橢圓形之橢圓形集光點形成機構，又，前述橢圓形集光點形成機構包含：第1圓柱形透鏡，係由凹透鏡構成；第2圓柱形透鏡，係由配設於前述第1圓柱形透鏡之雷射光束照射方向下游的凸透鏡構成；及間隔調整機構，係調整前述第1圓柱形透鏡與前述第2圓柱形透鏡之間隔。
  2. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中前述偏向機構由聲光偏向機構構成，且該聲光偏向機構包含：聲光元件，係使經前述雷射光束振盪機構振盪之脈衝雷射光束偏向；RF振盪器，係將RF施加於前述聲光元件；及偏向角度調整機構，係調整從該RF振盪器輸出之RF的頻率， 且前述偏向機構使經前述雷射光束振盪機構振盪之脈衝雷射光束朝由前述集光器集光之橢圓形集光點的長軸方向偏向。
  3. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中前述偏向機構由聲光偏向機構構成，且該聲光偏向機構包含：聲光元件，係使經前述雷射光束振盪機構振盪之脈衝雷射光束偏向；RF振盪器，係將RF施加於前述聲光元件；及偏向角度調整機構，係調整從該RF振盪器輸出之RF的頻率，且前述偏向機構使經前述雷射光束振盪機構振盪之脈衝雷射光束朝由前述集光器集光之橢圓形集光點的短軸方向變更。
  4. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中前述偏向機構包含第1聲光偏向機構及第2聲光偏向機構，該第1聲光偏向機構具有：聲光元件，係使經前述雷射光束振盪機構振盪之脈衝雷射光束偏向；RF振盪器，係將RF施加於前述聲光元件；及偏向角度調整機構，係調整從該RF振盪器輸出之RF的頻率，且，前述第1聲光偏向機構使經前述雷射光束振盪機構振盪之脈衝雷射光束朝由前述集光器集光之橢圓形集光點的長軸方向偏向， 又，前述第2聲光偏向機構具有：聲光元件，係使經前述雷射光束振盪機構振盪之脈衝雷射光束偏向；RF振盪器，係將RF施加於前述聲光元件；及偏向角度調整機構，係調整從該RF振盪器輸出之RF的頻率，且，前述第2聲光偏向機構使經前述雷射光束振盪機構振盪之脈衝雷射光束朝由前述集光器集光之橢圓形集光點的短軸方向偏向。
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