TWI581888B - Laser processing device - Google Patents

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TWI581888B
TWI581888B TW103107006A TW103107006A TWI581888B TW I581888 B TWI581888 B TW I581888B TW 103107006 A TW103107006 A TW 103107006A TW 103107006 A TW103107006 A TW 103107006A TW I581888 B TWI581888 B TW I581888B
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Tomoaki Endo
Kentaro Odanaka
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Description

雷射加工裝置 發明領域
本發明是有關於一種對半導體晶圓等被加工物實施雷射加工的雷射加工裝置。
發明背景
在半導體晶圓製造程序中，在呈略圓板狀的半導體晶圓的表面上以排列成格子狀之被稱為切割道(street)的分割預定線劃分成複數個區域，並在這些劃分的區域中形成IC、LSI等裝置。並且，藉由沿著切割道將半導體晶圓切斷而分割成形成裝置的區域，以製造出一個個半導體晶片。又，在藍寶石基板的表面層疊光電二極體等感光元件及雷射二極體等發光元件而成的光裝置晶圓亦藉由沿著切割道切斷而分割成一個個光電二極體、雷射二極體等光裝置，並可廣泛應用於電器中。
作為沿切割道分割上述之半導體晶圓及光裝置晶圓等晶圓的方法，已有藉由沿形成在晶圓上之切割道照射脈衝雷射光線以形成雷射加工溝，並沿雷射加工溝斷裂的方法被提出。
然而，沿著被加工物之矽或藍寶石等晶圓的切割 道照射雷射光線時，矽或藍寶石等會熔融，而使熔融屑即碎屑(debris)飛散而附著在形成於晶圓的矩形區域中的裝置表面，產生使裝置品質降低的問題。又，還有如上述之飛散的碎屑等粉塵會附著在安裝於照射雷射光線的聚光器之聚光透鏡上而妨礙雷射光線之照射的問題。
為解決上述問題，已有具備收集被加工物因受到雷射光線照射機構之聚光器發出的雷射光線照射而產生的碎屑等粉塵以排出之粉塵排出機構的雷射加工裝置的方案被提出(參照例如，專利文獻1)。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2007-69249號公報
發明概要
然而，上述專利文獻1所揭示的雷射加工裝置，在以粉塵排出機構吸引被加工物因受到聚光器發出之雷射光線照射而產生的碎屑等粉塵時，粉塵會沿著聚光器所照射之雷射光線的光路飛揚成漩渦狀，妨礙聚光器所照射之雷射光線的光路而有導致加工異常的問題。
本發明是有鑑於上述事實而作成者，其主要技術課題為提供一種可以在不妨礙聚光器所照射之雷射光線的光路下，將被加工物受聚光器發出的雷射光線照射而產生 之碎屑等粉塵排出之雷射加工裝置。
為解決上述主要技術課題，根據本發明，提供一種雷射加工裝置，特徵在於，為雷射加工裝置，並設有保持被加工物的夾頭台和，具有對保持在該夾頭台上之被加工物照射雷射光線以加工被加工物之聚光器的雷射光線照射機構和，將被加工物因受到該聚光器發出的雷射光線照射而產生之粉塵排出的粉塵排出機構；該粉塵排出機構包含配置於該聚光器下側的吸塵器和，連接於該吸塵器之吸引機構；該吸塵器藉由具有容許該聚光器所照射的雷射光線通過之開口的矩形頂板和，從該頂板兩側邊分別垂下之第1側板及第2側板而形成為U形；該吸引機構包含其中一端連接於該吸塵器之該頂板及第2側板之一端部所界定形成之矩形開口，另一端連接至吸引源之吸引導管。
由吸塵器之頂板和第一側板的另一端以及第2側板的另一端所界定形成的矩形開口，連接於空氣供給機構。
本發明之雷射加工裝置，設有可將被加工物因受到聚光器發出之雷射光線照射而產生的粉塵排出之粉塵排出機構。該粉塵排出機構具備配置於聚光器下側之吸塵器和，連接該吸塵器之吸引機構。吸塵器藉由設有容許聚光器所照射的雷射光線通過之開口的矩形頂板和，從該頂板兩側邊分別垂下而形成之第1側板及第2側板而形成為U形。吸引機構由於設有其中一端連接於由吸塵器之頂板與 第1側板的一端以及第2側板的一端所界定形成之矩形開口，且另一端連接至吸引源的吸引導管，故可將吸塵器內之空氣吸引至吸引導管側。因此，對被加工物照射脈衝雷射光線所產生之粉塵會隨著被吸引至吸引導管側的氣流而被排出至吸引導管側。如此，因照射雷射光線所產生的粉塵便不會形成漩渦狀，而是隨著在吸塵器內流動的氣流被排出至吸引導管側，因此不會妨礙聚光器所照射之雷射光線的光路，並可解決導致加工異常的問題。
10‧‧‧半導體晶圓
101‧‧‧雷射加工溝
110‧‧‧粉塵
2‧‧‧靜止基台
3‧‧‧夾頭台機構
31、322‧‧‧導軌
32‧‧‧第1滑塊
321、331‧‧‧被導引槽
33‧‧‧第2滑塊
34‧‧‧圓筒構件
35‧‧‧蓋板
36‧‧‧夾頭台
361‧‧‧吸附夾頭
362‧‧‧夾具
37‧‧‧加工傳送機構
371、381‧‧‧公螺桿
372、382‧‧‧脈衝馬達
373、383‧‧‧軸承塊
38‧‧‧分度傳送機構
4‧‧‧雷射光線照射單元
41‧‧‧支撐構件
42‧‧‧套管
5‧‧‧雷射光線照射機構
51‧‧‧聚光器
6‧‧‧攝像機構
7‧‧‧粉塵排出機構
71‧‧‧吸塵器
710‧‧‧連結部
710a‧‧‧螺栓插接孔
711‧‧‧頂板
711a‧‧‧開口
711b、711c‧‧‧矩形開口
712‧‧‧第1側板
713‧‧‧第2側板
72‧‧‧吸引機構
721‧‧‧吸引導管
721a‧‧‧通路
721b‧‧‧母螺孔
73‧‧‧空氣供給機構
731‧‧‧空氣供給導管
731a‧‧‧過濾器裝設部
731b‧‧‧組裝部
732‧‧‧空氣擴散過濾器
733‧‧‧連通導管
734‧‧‧空氣供給源
74‧‧‧連結螺栓
A、X1、X‧‧‧箭頭
P‧‧‧聚光點
W‧‧‧被加工物
圖1為依照本發明所構成之雷射加工裝置的立體圖；圖2為裝設於圖1所示之雷射加工裝置之聚光器的粉塵排出機構之主要部位立體圖；圖3為圖2所示之粉塵排出機構之立體分解圖；圖4為裝設於圖1所示之雷射加工裝置之聚光器的粉塵排出機構之剖視圖；圖5(a)、(b)為以圖1所示之雷射加工裝置實施雷射加工溝形成步驟的說明圖；以及圖6為實施圖4所示之雷射加工溝形成步驟之狀態下的粉塵排出機構之剖視圖。
用以實施發明之形態
以下，將參照附加之圖式，針對依據本發明所構成之雷射加工裝置的較佳實施形態，作詳細說明。
圖1顯示依照本發明所構成之雷射加工裝置1之立體圖。圖1所示之雷射加工裝置1具備，靜止基台2和，配置成可在該靜止基台2上沿箭頭X所示之加工傳送方向(X軸方向)移動並用於保持被加工物的夾頭台機構3和，作為配置在基台2上之雷射光線照射機構的雷射光線照射單元4。
上述夾頭台機構3具備，在靜止基台2上沿著X軸方向平行配置的一對導軌31、31和，配置成可在該導軌31、31上沿X軸方向移動之第1滑塊32和，配置成可在該第1滑塊32上沿Y軸方向移動之第2滑塊33和，受到該第2滑塊33上的圓筒構件34所支撐的蓋板35和，作為被加工物保持機構的夾頭台36。此夾頭台36具有由多孔性材料所製成之吸附夾頭361，並形成為以圖未示之吸引機構將作為被加工物之例如圓板狀之半導體晶圓保持在為吸附夾頭361之頂面的保持面上。如此構成之夾頭台36，透過配置於圓筒構件34內之圖未示的脈衝馬達而得以轉動。再者，夾頭台36上配設有用於固定透過保護膠帶支撐半導體晶圓等被加工物之環狀框架的夾具362。
上述第1滑塊32，於其底面設有與上述一對導軌31、31嵌合的一對被導引構槽321、321，同時於其頂面設有沿X軸方向平行地形成之一對導軌322、322。如此所構成的第1滑塊32，藉由使被導引槽321、321嵌合在一對導軌31、31上，構成為可沿一對導軌31、31在X軸方向上移動。本實施形態之夾頭台機構3具備用於使第1滑塊32沿著一對導軌31、31在X軸方向移動之加工傳送機構37。加工傳送機 構37包含在上述一對導軌31和31之間平行配設的公螺桿371和，用以驅動該公螺桿371轉動之脈衝馬達372等驅動源。公螺桿371，其一端受到固定於上述靜止基台2之軸承塊373支撐為可自由轉動，其另一端則被上述脈衝馬達372的輸出軸傳動連結。再者，公螺桿371螺合於突出設置於第1滑塊32之中央部底面之圖未示的母螺塊所形成之貫通母螺孔中。因此，透過以脈衝馬達372正轉及逆轉驅動公螺桿371，就能使第1滑塊32沿著導軌31、31在X軸方向上移動。
上述第2滑塊33，在其底面設置可與設置在上述第1滑塊32之頂面的一對導軌322、322嵌合的一對被導引槽331、331，並藉由將此被導引槽331、331嵌合至一對導軌322、322，而構成為可在Y軸方向上移動。夾頭台機構3具備了用來使第2滑塊33沿著設置在第1滑塊32上的一對導軌322、322在Y軸方向上移動的分度傳送機構38。分度傳送機構38包含在上述一對導軌322和322之間平行配置的公螺桿381和，用於驅動該公螺桿381轉動的脈衝馬達382等的驅動源。公螺桿381，其一端受到固定於上述第1滑塊32之頂面的軸承塊383支撐為可自由轉動，其另一端則被上述脈衝馬達382的輸出軸傳動連結。再者，公螺桿381螺合於突出設置於第2滑塊33之中央部底面的圖未示之母螺塊所形成的貫通母螺孔中。因此，透過以脈衝馬達382正轉及逆轉驅動公螺桿381，就能使第2滑塊33沿著導軌322、322在Y軸方向上移動。
上述雷射光線照射單元4具備了配置在上述基台 2上的支撐構件41和，受該支撐構件41支撐且實質上呈水平延伸的套管42和，配置於該套管42的雷射光線照射機構5和，配置在套管42的前端部用於檢測雷射加工之應當加工區域的攝像機構6。雷射光線照射機構5具備了配設在套管42內的YAG雷射振盪器或YVO4雷射振盪器等雷射振盪機構(圖未示)和，配置於套管42前端用於將雷射光線振盪機構所振盪出的脈衝雷射光線聚光以照射在保持於上述夾頭台36上之被加工物的聚光器51。上述攝像機構6由攝像元件(CCD)等所構成，並將拍攝之影像信號傳送至圖未示之控制機構。
雷射加工裝置1具備將保持於夾頭台36上之被加工物因受聚光器51所發出的雷射光線照射而產生之粉塵排出之粉塵排出機構7。關於此粉塵排出機構7，將參照圖2至圖4加以說明。
粉塵排出機構7具備配置於聚光器51下側之吸塵器71和，連接至該吸塵器71之吸引機構72和，對吸塵器71供給空氣之空氣供給機構73。吸塵器71藉由設有容許聚光器51所照射之雷射光線通過之開口711a的矩形頂板711和，從該頂板711的兩側邊分別垂下而形成之第1側板712及第2側板713而形成為U形。如圖2及圖4所示，如此所構成之吸塵器71藉由頂板711和第1側板712及第2側板713的兩端分別形成矩形開口711b、711c，同時其下側為開放狀態。再者，在構成吸塵器71之頂板711的一端將頂板711之厚度部分的段差設於上側以使連結部710為突出形成，此連結部 710上設有2個螺栓插接孔710a。如此所構成之吸塵器71，在圖式所示之實施形態中是使第1側板712及第2側板713沿著箭頭X所示之加工傳送方向(X軸方向)配置。
構成粉塵排出機構7的吸引機構72具有其中一端連接在由吸塵器71之頂板711和第1側板712及第2側板713的兩端所分別形成之矩形開口711b、711c之其中一者(在本實施形態中為矩形開口711b)的吸引導管721。此吸引導管721設有如圖3所示之截面為矩形之通路721a，在其中一端部之頂板中與構成上述吸塵器71的連結部710上所設置的2個螺栓插接孔710a相對應的位置上設有2個母螺孔721b。使如此所構成之吸引導管721的一端與吸塵器71之頂板711和第1側板712及第2側板713所形成之其中一邊的矩形開口711b接合，再藉由將插接配設於構成吸塵器71之連結部710上所設置的2個螺栓插接孔710a的2個連結螺栓74，螺合至設置於吸引導管721之一端部頂板上的2個母螺孔721b中，以使吸塵器71連結固定於將吸引導管721的一端部。再者，如圖4所示，構成吸塵器71的第1側板712及第2側板713(圖4僅顯示第2側板713)的下端和保持於夾頭台36上的被加工物W之頂面的間隔是設定成0.5~1.0mm。如上所構成的吸引導管721的另一端則連接至吸引源722。
構成粉塵排出機構7的空氣供給機構73是由空氣供給導管731和，裝設於該空氣供給導管731側面的3個空氣擴散過濾器732和，將空氣供給導管731連接至空氣供給源734的連通導管733所形成。空氣供給導管731，形成為由過 濾器裝設部731a和組裝部731b形成之L字形，並使過濾器裝設部731a之前端閉塞。如此所形成的空氣供給導管731的過濾器裝設部731a的側面裝設有3個空氣擴散過濾器732。並且，在將安裝於過濾器裝設部731a之側面的3個空氣擴散過濾器732插入吸塵器71之由頂板711和第1側板712及第2側板713所形成的另一邊的矩形開口711c的狀態下，將組裝部731b安裝於構成吸塵器71的第1側板712上。如此進行，在安裝在吸塵器71的第1側板712上之構成空氣供給導管731的組裝部731b的另一端連接連通導管733。
粉塵排出機構7，藉由連接在吸引源722的吸引導管721而以1m3/分的吸引量吸引吸塵器71內的空氣，同時通過藉由連通導管733連接至空氣供給源734的空氣供給導管731以及3個空氣擴散過濾器732以供應0.7m3/分的空氣至吸塵器71內。
雷射加工裝置1如上述所構成，以下將針對其作用作說明。
使作為被加工物之半導體晶圓10載置於圖1所示之雷射加工裝置1之夾頭台36上，並藉由使圖未示之吸引機構作動，將半導體晶圓10吸引保持於夾頭台36上。再者，半導體晶圓10為，在表面形成格子狀的切割道，並在格子狀的切割道所劃分出的複數個區域中形成IC、LSI等裝置。吸引保持半導體晶圓10的夾頭台36是透過加工傳送機構37定位於攝像機構6的正下方。使夾頭台36定位於攝像機構6的正下方時，可以藉由攝像機構6及圖未示之控制機構進行檢測 半導體晶圓10之雷射加工之應當加工區域的校準(aligment)作業。亦即，攝像機構6及圖未示之控制機構，將實施用於使沿著形成於半導體晶圓10之預定方向上的切割道和照射雷射光線的雷射光線照射機構5的聚光器51進行位置校準的型樣匹配(pattern matching)等影像處理，而執行雷射光線照射位置的校準。又，對於與形成於半導體晶圓10上之預定方向為垂直相交的方向上所形成的切割道，也同樣地執行雷射光線照射位置的校準。
如上所述，只要檢測出保持於夾頭台36之半導體晶圓10上所形成的切割道，並進行雷射光線照射位置的校準，就能如圖5(a)所示，將夾頭台36移動至雷射光線照射機構5之聚光器51所在的雷射光線照射區域，使預定之切割道的一端(在圖5(a)中為左側)定位於聚光器51的正下方。並且，使聚光器51所照射之脈衝雷射光線的聚光點P對準半導體晶圓10的表面(頂面)附近。接著，一邊照射雷射光線照射機構5之聚光器51所發出之對於半導體晶圓為具有吸收性之波長的脈衝雷射光線，一邊以預定之加工傳送速度使夾頭台36沿圖5(a)之箭頭X1所示之方向移動。並且，當切割道的另一端(在圖5(b)中為右側)到達聚光器51的正下方位置時，停止脈衝雷射光線的照射同時停止夾頭台36的移動。其結果，如圖5(b)所示，可在半導體晶圓10上沿著切割道形成雷射加工溝101(雷射加工溝形成步驟)。
再者，上述之雷射加工溝形成步驟，可以在例如以下之加工條件下進行。
雷射光線之光源：YVO4脈衝雷射光線或YAG脈衝雷射
波長：355nm
重複頻率：50kHz
平均輸出：4W
聚光點直徑：φ20μm
加工傳送速度：150mm/秒
上述之雷射加工溝形成步驟中，藉由對半導體晶圓10表面照射從聚光器51發出的脈衝雷射光線，會使半導體晶圓被熔融而產生碎屑等粉塵。然而，本實施形態中設有上述粉塵排出機構7，可如圖6所示地，使吸塵器71內的空氣如箭頭A所示地以1m3/分的吸引量被吸引至吸引導管721側，並且可通過空氣供給導管731及3個空氣擴散過濾器732將0.7m3/分的空氣供應至吸塵器71內，故半導體晶圓10因照射脈衝雷射光線而產生之粉塵110就會隨著上述箭頭A所示的氣流往吸引導管721側排出。如此，因照射脈衝雷射光線所產生之粉塵110就不會形成漩渦狀，並於吸塵器71內隨著上述箭頭A所示的氣流往吸引導管721側排出，因此就不會妨礙聚光器51所照射之脈衝雷射光線的光路，並使導致加工異常的問題得以解除。
110‧‧‧粉塵
36‧‧‧夾頭台
51‧‧‧聚光器
71‧‧‧吸塵器
710‧‧‧連結部
711‧‧‧頂板
711a‧‧‧開口
711b、711c‧‧‧矩形開口
72‧‧‧吸引機構
721‧‧‧吸引導管
731‧‧‧空氣供給導管
731a‧‧‧過濾器裝設部
732‧‧‧空氣擴散過濾器
74‧‧‧連結螺栓
A、X1‧‧‧箭頭
W‧‧‧被加工物

Claims (2)

  1. 一種雷射加工裝置，設有：夾頭台，保持被加工物；雷射光線照射機構，具有對保持在該夾頭台上的被加工物照射雷射光線來加工被加工物之聚光器；和粉塵排出機構，將被加工物因受到該聚光器發出的雷射光線照射而產生之粉塵排出；該粉塵排出機構包含配置於該聚光器下側之吸塵器和，連接於該吸塵器之吸引機構，該吸塵器藉由具有容許從該聚光器所照射的雷射光線通過之開口的矩形頂板和，從該頂板的兩側邊分別垂下之第1側板及第2側板而形成為U形，該吸引機構包含其中一端連接由該吸塵器之該頂板及該第2側板之一端部所界定形成之矩形開口，另一端連接至吸引源之吸引導管。
  2. 如請求項1所述的雷射加工裝置，其中，由該吸塵器的該頂板與該第1側板的另一端及該第2側板的另一端所界定形成的矩形開口，連接於空氣供給機構。
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