TWI584903B - Laser processing device - Google Patents

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Description

雷射加工裝置 發明領域
本發明係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
在半導體元件製造製程中，在略呈圓板形狀之半導體晶圓的表面，藉由配列成格子狀之稱為切割道的分割預定線，區劃成複數的區域，在該等被區劃出的區域形成IC、LSI等元件(device)。然後，沿著切割道切斷半導體晶圓，藉此，將形成有元件的區域分割而製造各個半導體晶片。又，在藍寶石基板的表面，積層有發光二極體等之受光元素(element)或雷射二極體等之發光元素等的光元件晶圓，也沿著切割道進行切斷，藉此，分割成各個發光二極體、雷射二極體等光元件，而廣泛地利用於電氣機器。
關於將上述半導體晶圓或光元件晶圓等晶圓沿著切割道而分割的方法，已提出了如下之方法：沿著形成於晶圓的切割道，照射對於晶圓具有吸收性之波長的脈衝雷射光線，進行剝離(ablation)加工，藉此，形成雷射加工溝，並沿著切割道將晶圓分割。
又，關於將上述半導體晶圓或光元件晶圓等晶圓沿著切割道而分割的其他方法，以下方法已廣為人知：使用對於晶圓具有透過性之波長的脈衝雷射光線，將聚光點對焦於應分割之區域內部而照射脈衝雷射光線，藉此，於晶圓內部沿著切割道連續地形成改質層，沿著因為形成該改質層而使強度變低的切割道來施加外力，藉此來將晶圓分割。
對被加工施行雷射加工的雷射加工裝置具備有：保持被加工物的被加工物保持手段；以及雷射光線照射手段，係將雷射光線照射於被保持在該被加工物保持手段之被加工物者。雷射光線照射手段係由以下所構成：雷射光線振盪手段，係振盪雷射光線者；聚光器，係將該雷射光線振盪手段所振盪出的雷射光線聚光，而照射於被保持在被加工物保持手段的被加工物者；及光學系統，係配設於雷射光線振盪手段與聚光器之間，調整雷射光線輸出之輸出調整手段、或調整光束徑之光束擴展器等(例如，參照專利文獻1)。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本發明特開2006-108478號公報
發明概要
然而，當雷射光線振盪手段所振盪之雷射光線波 長為355nm或266nm般達到紫外線區域的短波長時，光學系統會在較短時間內受損傷。因此，當雷射光線振盪手段所振盪之雷射光線波長為短波長時，須更換光學系統的頻率會較高，而有經濟成本較高的問題。
本發明係有鑑於上述事實而做成者，主要的技術課題係提供一種可抑制光學系統損傷的雷射加工裝置。
根據本發明，提供一種雷射加工裝置，具備有：被加工物保持手段，係保持被加工物者；雷射光線照射手段，係將雷射光線照射於被保持在該被加工物保持手段之被加工物者，且該雷射光線照射手段包含有：雷射光線振盪手段，係振盪雷射光線者；聚光器，係將該雷射光線振盪手段所振盪出之雷射光線聚光，並照射於被保持在該被加工物保持手段之被加工物者；光學系統，係配設於該雷射光線振盪手段與該聚光器之間，傳送該雷射光線振盪手段所振盪出之雷射光線者；以及波長轉換機構，係配設於該光學系統與該聚光器之間，並將該雷射光線振盪手段所振盪出的雷射光線之波長轉換為短波長者。
前述波長轉換機構宜由以下所構成：波長轉換手段，係具備有波長轉換結晶者；及貝林-布洛卡稜鏡(Pellin-Broca prism)，係將通過該波長轉換手段而波長轉換的雷射光線與未波長轉換的雷射光線分割者，又，將藉由該貝林-布洛卡稜鏡所分割出之波長轉換了的雷射光線，導向該聚光器。
前述波長轉換機構宜更具備有光束收集器，該光束收集器係在藉由該貝林-布洛卡稜鏡所分割出之雷射光線中，將未波長轉換之雷射光線吸收者。該波長轉換手段宜係構成為：包含複數之前述波長轉換結晶，且可選擇或組合複數個之前述波長轉換結晶。
在本發明中，由於在光學系統與聚光器之間，配設有將雷射光線振盪手段所振盪出的雷射光線之波長轉換為短波長的波長轉換機構，故通過光學系統的脈衝雷射光線之波長較長，因此可抑制光學系統的損傷。
2‧‧‧靜止基台
3‧‧‧夾頭台機構
4‧‧‧雷射光線照射單元支持機構
5‧‧‧雷射光線照射單元
6‧‧‧雷射光線照射手段
31、31、41、41、322、322、423、423‧‧‧引導軌
32‧‧‧第1滑動塊
33‧‧‧第2滑動塊
35‧‧‧罩台
34‧‧‧圓筒構件
36‧‧‧夾頭台
37‧‧‧加工送進手段
38‧‧‧第1分度送進手段
42‧‧‧可動支持基台
43‧‧‧第2分度送進手段
51‧‧‧單元持具
53‧‧‧聚光點位置調整手段
61‧‧‧套筒
62‧‧‧脈衝雷射光線振盪手段
63‧‧‧光學系統
64‧‧‧聚光器
65‧‧‧波長轉換機構
66‧‧‧波長轉換手段
67‧‧‧第1波長轉換手段
68‧‧‧第2波長轉換手段
69‧‧‧貝林-布洛卡稜鏡
70‧‧‧光束收集器
321、321、331、331、511、511‧‧‧被引導溝
361‧‧‧吸附夾
362‧‧‧夾具
371‧‧‧公螺桿
372、382、432、532‧‧‧脈衝馬達
373、383‧‧‧軸承塊
381、431‧‧‧公螺桿
421‧‧‧移動支持部
422‧‧‧裝接部
621‧‧‧脈衝雷射振盪器
622‧‧‧重複頻率設定手段
631‧‧‧光束徑調整器
632‧‧‧輸出調整手段
641‧‧‧方向轉換鏡
642‧‧‧聚光透鏡
671、681‧‧‧旋轉圓盤
671a、671b、671c、671d、681a、681b、681c、681d‧‧‧貫通孔
672a、672b、672c、682a、682b、682c‧‧‧波長轉換結晶
W‧‧‧被加工物
圖1係依照本發明而構成之雷射加工裝置的立體圖。
圖2係裝備於圖1所示之雷射加工裝置的雷射光線照射手段的區塊構成圖。
圖3係構成圖2所示之雷射光線照射手段的波長轉換機構的區塊構成圖。
圖4係構成圖3所示之波長轉換機構的波長轉換手段的立體圖。
用以實施發明之形態
以下，參照圖示詳細地說明依照本發明而構成之雷射加工裝置的較佳實施形態。
圖1顯示了依本發明而構成之雷射加工裝置的立體圖。圖1所示之雷射加工裝置具備有：靜止基台2；夾頭 台機構3，係可朝箭號X所示之加工送進方向(X軸方向)移動地配設於該靜止基台2，且可保持被加工物者；雷射光線照射單元支持機構4，係可朝與上述X軸方向正交、以箭號Y顯示的分度送進方向(Y軸方向)移動地配設於靜止基台2上者；及雷射光線照射單元5，係可朝箭號Z所示之聚光點位置調整方向(Z軸方向)移動地配設在該雷射光線照射單元支持機構4者。
上述夾頭台機構3具備有：一對引導軌31、31，係沿著X軸方向平行地配設於靜止基台2上者；第1滑動塊32，係可朝X軸方向移動地配設於該引導軌31、31上者；第2滑動塊33，係可朝箭號Y所示之分度送進方向移動地配設於該第1滑動塊32上者；罩台35，係藉由圓筒構件34支持於該第2滑動塊33上者；及夾頭台36，係作為被加工物保持手段者。該夾頭台36具備有由多孔性材料所形成的吸附夾361，且藉由未圖示之吸引手段將作為被加工物之例如圓盤狀半導體晶圓保持在吸附夾361的上面(保持面)。如此所構成的夾頭台36係藉由配設在圓筒構件34內之未圖示的脈衝馬達來旋轉。另外，在夾頭台36，配設有用以固定後述之環狀框的夾具362。
上述第1滑動塊32，在其下面設有與上述一對引導軌31、31嵌合的一對被引導溝321、321；並且，在其上面設有沿著Y軸方向平行地形成的一對引導軌322、322。如此所構成的第1滑動塊32係構成為：藉由被引導溝321、321與一對引導軌31、31嵌合，可沿著一對引導軌31、31而朝X 軸方向移動。在圖示之實施形態中的夾頭台機構3具備有加工送進手段37，用以使第1滑動塊32沿著一對引導軌31、31朝X軸方向移動。加工送進手段37包含有：公螺桿371，係與上述一對引導軌31、31平行地配設於其之間者；及脈衝馬達372等之驅動源，係用以旋轉驅動該公螺桿371者。公螺桿371其一端係可自由旋轉地支持於固定在上述靜止基台2的軸承塊373，其另一端則與上述脈衝馬達372的輸出軸傳動連結。另外，公螺桿371與貫通母螺孔螺合，該貫通母螺孔係形成在突出設置於第1滑動塊32中央部下面的未圖示之母螺塊者。因此，藉由脈衝馬達372將公螺桿371正轉及逆轉驅動，藉此，可使第1滑動塊32沿著引導軌31、31朝X軸方向移動。
上述第2滑動塊33，在其下面設有與設在上述第1滑動塊32上面之一對引導軌322、322相嵌合的一對被引導溝331、331，且構成為：藉由將該等被引導溝331、331嵌合於一對引導軌322、322，可朝箭號Y所示之分度送進方向移動。在圖示之實施形態中的夾頭台機構3具備有第1分度送進手段38，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322、322朝Y軸方向移動。第1分度送進手段38包含有：公螺桿381，係與上述一對引導軌322與322平行地配設於其之間者；及脈衝馬達382等之驅動源，係用以旋轉驅動該公螺桿381者。公螺桿381其一端係可自由旋轉地支持於固定在上述第1滑動塊32上面的軸承塊383，其另一端則與上述脈衝馬達382的輸出軸傳動連結。另外，公螺桿381 與貫通母螺孔螺合，該貫通母螺孔係形成在突出設置於第2滑動塊33中央部下面的未圖示之母螺塊者。因此，藉由脈衝馬達382將公螺桿381正轉及逆轉驅動，藉此，可使第2滑動塊33沿著引導軌322、322朝Y軸方向移動。
上述雷射光線照射單元支持機構4具備有：沿著箭號Y所示之分度送進方向平行地配設於靜止基台2上的一對引導軌41、41；可朝Y軸方向移動地配設在該等引導軌41、41上的可動支持基台42。該可動支持基台42係由以下各部所構成：可移動地配設於引導軌41、41上的移動支持部421；及安裝於該移動支持部421的裝接部422。裝接部422在其中一側面，平行地設有朝Z軸方向延伸的一對引導軌423、423。雷射光線照射單元支持機構4具備有第2分度送進手段43，用以使可動支持基台42沿著一對引導軌41、41朝Y軸方向移動。第2分度送進手段43包含有：公螺桿431，係與上述一對引導軌41、41平行地配設於其之間者；及脈衝馬達432等之驅動源，係用以旋轉驅動該公螺桿431者。公螺桿431其一端係可自由旋轉地支持於固定在上述靜止基台2的未圖示之軸承塊，其另一端則與上述脈衝馬達432的輸出軸傳動連結。另外，公螺桿431與母螺孔螺合，該母螺孔係形成在突出設置於構成可動支持基台42之移動支持部421中央部下面的未圖示之母螺塊者。因此，藉由脈衝馬達432將公螺桿431正轉及逆轉驅動，藉此，可使可動支持基台42沿著引導軌41、41朝Y軸方向移動。
雷射光線照射單元5具備有：單元持具51、及安 裝於該單元持具51的雷射光線照射手段6。單元持具51設有一對被引導溝511、511，該等一對被引導溝511、511係可滑動地嵌合於設在上述裝接部422之一對引導軌423、423者，且藉由將該等被引導溝511、511嵌合於上述引導軌423、423，單元持具51可朝Z軸方向移動地被支持著。
雷射光線照射單元5具備有聚光點位置調整手段53，用以使單元持具51沿著一對引導軌423、423朝Z軸方向移動。聚光點位置調整手段53包含有：配設於一對引導軌423、423之間的公螺桿(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將未圖示之公螺桿正轉及逆轉驅動，藉此可使單元持具51及雷射光線照射手段6沿著引導軌423、423朝Z軸方向移動。另外，在本實施形態中，藉由正轉驅動脈衝馬達532，可使雷射光線照射手段6朝上方移動，而藉由逆轉驅動脈衝馬達532，則可使雷射光線照射手段6朝下方移動。
雷射光線照射手段6包含有圓筒形狀之套筒61，該套筒61係固定於上述單元持具51且實質上朝水平延伸出者。關於該雷射光線照射手段6，參照圖2進行說明。雷射光線照射手段6具備有：脈衝雷射光線振盪手段62，係配設於上述套管61內者；光學系統63，係將藉由該脈衝雷射光線振盪手段62所振盪出之脈衝雷射光線傳送者；聚光器64，係將藉由該光學系統63所傳送出之脈衝雷射光線聚光，並照射於保持在上述夾頭台36之保持面的被加工物W者；及波長轉換機構65，係配設於上述光學系統63與聚光 器64之間，將藉由脈衝雷射光線振盪手段62所振盪出之脈衝雷射光線的波長，轉換為適於將被加工物進行加工的短波長者。
上述脈衝雷射光線振盪手段62係由以下所構成：脈衝雷射振盪器621，係振盪例如波長為1064nm之脈衝雷射光線者；及重複頻率設定手段622，係設定脈衝雷射振盪器621所振盪之脈衝雷射光線的重複頻率者。上述光學系統63係由以下所構成：光束徑調整器631，係調整由脈衝雷射光線振盪手段62所振盪出之脈衝雷射光線的光束徑者；及輸出調整手段632，係將脈衝雷射光線振盪手段62所振盪出之脈衝雷射光線的輸出，調整為預定之輸出者。該等脈衝雷射光線振盪手段62之脈衝雷射光線振盪器621及重複頻率設定手段622、光學系統63之光束徑調整器631及輸出調整手段632係藉由未圖示之控制手段來控制。
上述聚光器64具備有：方向轉換鏡641，係使由脈衝雷射光線振盪手段62所振盪、藉由光學系統63所傳送並且藉由後述之波長轉換機構65進行了波長轉換的脈衝雷射光線，朝向夾頭台36之保持面而進行方向轉換者；及聚光透鏡642，係將藉由該方向轉換鏡641進行了方向轉換的脈衝雷射光線聚光，而照射於被保持在夾頭台36之被加工物W者。如此構成之聚光器64係如圖1所示般裝接於套筒61的前端。
接著，參照圖3，說明配設於上述光學系統63與聚光器64之間的波長轉換機構65。波長轉換機構65具備 有：具有由LBO結晶、CLBO結晶或BBO結晶所構成之波長轉換結晶的波長轉換手段66、貝林-布洛卡稜鏡69及光束收集器70。
波長轉換手段66如圖4所示，係由第1波長轉換手段67與第2波長轉換手段68所構成。第1波長轉換手段67具備有旋轉圓盤671。旋轉圓盤671具有4個貫通孔671a、671b、671c、671d。在如此形成之旋轉圓盤671的貫通孔671a、671b、671c中，分別配設有由LBO結晶(LiB3O5結晶)所形成之波長轉換結晶672a、672b、672c，而在貫通孔671d中則不配設波長轉換結晶。第2波長轉換手段68也具備有與第1波長轉換手段67一樣的旋轉圓盤681。旋轉圓盤681具有4個貫通孔681a、681b、681c、681d。在如此形成之旋轉圓盤681的貫通孔681a、681b、681c中，分別配設有由CLBO結晶(CsLiB6O10結晶)所形成之波長轉換結晶682a、682b、682c，而在貫通孔681d中則不配設波長轉換結晶。如此構成之第1波長轉換手段67與第2波長轉換手段68係依軸方向彼此對向地配設，並藉由未圖示之旋動機構使其分別以軸心為中心旋動。另外，由上述LBO結晶所形成之波長轉換結晶672a、672b、672c以及由上述CLBO結晶所形成之波長轉換結晶682a、682b、682c，分別具有將已輸入之雷射光線波長轉換成1/2之波長的機能。因此，由上述脈衝雷射光線振盪手段62所振盪出之波長為1064nm的脈衝雷射光線，藉由僅通過由LBO結晶所形成之波長轉換結晶672a、672b、672c或由CLBO結晶所形成之波長轉換結晶682a、 682b、682c，可轉換為波長532nm的脈衝雷射光線。又，由上述脈衝雷射光線振盪手段62所振盪出之波長為1064nm的脈衝雷射光線，藉由通過由LBO結晶所形成之波長轉換結晶672a、672b、672c及由CLBO結晶所形成之波長轉換結晶682a、682b、682c，可轉換為波長266nm的脈衝雷射光線。
在如以上之波長轉換手段66中，由於可使已通過光學系統63之波長為1064nm的脈衝雷射光線轉換為波長532nm及266nm的脈衝雷射光線，故通過光學系統63的脈衝雷射光線的波長較長，因此可抑制光學系統63的損傷。又，在波長轉換手段66中，適當選擇並且組合配設於第1波長轉換手段67的由LBO結晶所形成之波長轉換結晶672a、672b、672c、以及配設於第2波長轉換手段68的由CLBO結晶所形成之波長轉換結晶682a、682b、682c，藉此，可將雷射光線的波長轉換為適合將被加工物進行加工的波長，又，由於即使波長轉換結晶損傷了，亦可適當選擇未使用的波長轉換結晶來繼續進行雷射加工，故可提升生產性。
回到圖3繼續說明，通過了具有如上所述波長轉換結晶之波長轉換手段66的脈衝雷射光線，到達貝林-布洛卡稜鏡69。貝林-布洛卡稜鏡69將藉由上述波長轉換手段66而波長轉換的脈衝雷射光線與未波長轉換的脈衝雷射光線分割。然後，貝林-布洛卡稜鏡69將藉由波長轉換手段66而波長轉換的脈衝雷射光線導向上述聚光器64，並將未波長轉換的脈衝雷射光線導向光束收集器70。如此，被導向光束收集器70的未波長轉換之脈衝雷射光線，會被光束收集 器70吸收。
如以上所述，使由脈衝雷射光線振盪手段62所振盪出之波長1064nm的脈衝雷射光線藉由波長轉換手段66而轉換成波長532nm及266nm的脈衝雷射光線，通過聚光器64而照射於被保持在夾頭台36的被加工物W，藉此，可實施例如以下之雷射加工：剝離加工，係沿著形成於晶圓之切割道而形成雷射加工溝者；通孔加工，係形成從晶圓背面抵達配設於表面之電極的雷射加工孔者；剝除(liftoff)加工，係將雷射光線從磊晶基板之背面側照射至緩衝層側，藉此將磊晶基板剝離，並將光元件層移至移設基板者。
以上，已說明了用以將由上述脈衝雷射光線振盪手段62所振盪出之波長1064nm的脈衝雷射光線轉換為波長532nm及266nm之脈衝雷射光線的由第1波長轉換手段67與第2波長轉換手段68構成的波長轉換手段66，但在使用了振盪波長為532nm之脈衝雷射光線的脈衝雷射光線振盪手段時，使用第1波長轉換手段67或第2波長轉換手段68中任一者即可。另外，波長轉換手段66宜儘可能地配設於聚光器64附近，盡量使脈衝雷射光線振盪手段所振盪出之波長長的雷射光線的光路長為較長。
6‧‧‧雷射光線照射手段
36‧‧‧夾頭台
62‧‧‧脈衝雷射光線振盪手段
63‧‧‧光學系統
64‧‧‧聚光器
65‧‧‧波長轉換機構
621‧‧‧脈衝雷射振盪器
622‧‧‧重複頻率設定手段
631‧‧‧光束徑調整器
632‧‧‧輸出調整手段
641‧‧‧方向轉換鏡
642‧‧‧聚光透鏡
W‧‧‧被加工物

Claims (4)

  1. 一種雷射加工裝置，具備有：被加工物保持手段，係保持被加工物者；雷射光線照射手段，係將雷射光線照射於被保持在該被加工物保持手段之被加工物，且該雷射光線照射手段包含有：雷射光線振盪手段，係振盪出雷射光線；聚光器，係將該雷射光線振盪手段所振盪出之雷射光線聚光，而照射於被保持在該被加工物保持手段之被加工物；光學系統，係配設於該雷射光線振盪手段與該聚光器之間，傳送該雷射光線振盪手段所振盪出之雷射光線，前述光學系統具有光束徑調整器及輸出調整手段，前述光束徑調整器是調整從雷射光線振盪手段所振盪出之雷射光線的光束徑，前述輸出調整手段是將從雷射光線振盪手段所振盪出之雷射光線的輸出調整成預定的輸出；以及波長轉換機構，係配設於該光學系統與該聚光器之間，並將該雷射光線振盪手段所振盪出的雷射光線之波長轉換為短波長。
  2. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中前述波長轉換機構係由以下所構成：波長轉換手段，係具備有波長轉換結晶；及貝林-布洛卡稜鏡(Pellin-Broca prism)，係將通過該波長轉換手段而進行了波長轉換的雷射光線與未進行波長轉換的雷射光線分割， 又，將藉由該貝林-布洛卡稜鏡所分割出之進行了波長轉換的雷射光線，導向該聚光器。
  3. 如申請專利範圍第2項之雷射加工裝置，其中前述波長轉換機構更具備有光束收集器，該光束收集器係吸收藉由該貝林-布洛卡稜鏡所分割出之雷射光線中之未進行波長轉換之雷射光線。
  4. 如申請專利範圍第2項之雷射加工裝置，其中該波長轉換手段包含複數個前述波長轉換結晶，前述波長轉換手段在使用時從複數個前述波長轉換結晶進行選擇並進行組合，以實現波長轉換。
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