TWI597118B - Laser processing method and laser processing device - Google Patents

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TWI597118B
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Description

雷射加工方法及雷射加工裝置 發明領域
本發明是有關於一種在由第1材料形成之第1構件與由第2材料形成之第2構件連接之被加工物，形成由第1構件到達第2構件之雷射加工孔之雷射加工方法及雷射加工裝置。
發明背景
半導體元件製程中，是藉由成格子狀配列於為略圓板形狀之半導體晶圓之表面且稱為分割道之分割預定線，劃分複數之區域，並於該被劃分之區域形成IC、LSI等之元件。而且藉由沿著分割道切斷半導體晶圓，將形成有元件之區域分割，製造各個半導體晶片。
為謀求裝置之小型化、高機能化，積層複數之元件，並連接設置於積層之元件之焊墊的模組構造趨於實用化。該模組構造是於半導體晶圓中設有焊墊之處形成貫通孔(介層孔)，並於該貫通孔(介層孔)填入與焊墊連接之鋁等導電性材料之構成(例如，參照專利文獻1)。
設置於上述之半導體晶圓之貫通孔(介層孔)是藉由鑽孔機而形成。而且，設置於半導體晶圓之貫通孔(介 層孔)的直徑小如90~300μm，鑽孔機進行穿孔時會有生產性差的問題。
為了解決上述問題，提案有一種晶圓的穿孔方法，其是在基板表面形成有複數之元件，並且於在該元件形成有焊墊之晶圓，從基板之內面側照射脈衝雷射光線，而有效率地形成到達焊墊之介層孔(例如，參照專利文獻2)。
又，提案有一種雷射加工裝置，其是在從基板之內面側照射脈衝雷射光線，而形成到達焊墊之介層孔時，藉由雷射光線之照射，使物質電漿化，並藉由檢測該電漿發出之物質固有的頻譜，判定雷射光線已到達由金屬構成之焊墊(例如，參照專利文獻3)。
先行技術文献 專利文獻
【專利文獻1】日本特開第2003-163323號公報
【專利文獻2】日本特開第2007-67082號公報
【專利文獻3】日本特開第2009-125756號公報
發明概要
而且，雖然脈衝雷射光線之波長是選擇相對於形成焊墊的金屬吸收率較低，相對於形成基板之矽或鉭酸鋰等的基板材料吸收率較高者，但是從基板之內面側照射脈衝雷射光線，形成到達焊墊的介層孔時，當形成於基板之介層孔到達焊墊並且於焊墊照射脈衝雷射光線時，由金屬 構成之焊墊會熔融而飛散，金屬的微粒子會附著於介層孔之內壁，具有使元件之品質降低的問題。
本發明是有鑑於上述事實而作成者，其主要之技術課題是提供一種雷射加工方法及雷射加工裝置，該雷射加工方法是在由第1材料形成之第1構件與由第2材料形成之第2構件連接的被加工物，形成由第1構件到達第2構件之雷射加工孔時，可抑制形成第2構件之第2材料的微粒子附著於雷射加工孔之內壁。
為了解決上述主要之技術課題，根據本發明，是提供一種雷射加工方法，是在由第1材料形成之第1構件與由第2材料形成之第2構件連接之被加工物，形成由第1構件到達第2構件之雷射加工孔，其特徵在於包含下述步驟：檢測雷射光線照射於第1構件及第2構件而產生之電漿之波長；在僅檢測出具有第1構件之波長之電漿光時，繼續照射具有第1輸出之脈衝雷射光線，並在檢測出具有第2構件波長之電漿光時，將具有比該第1輸出高之第2輸出之脈衝雷射光線照射預定發數後停止。
形成前述第1構件之第1材料是由鉭酸鋰所構成，且前述第1輸出是設定成每1脈衝之能量為40μJ，第2輸出設定成每1脈衝之能量為80μJ
又，根據本發明，是提供一種雷射加工裝置，包含有：被加工物保持手段，是用以保持被加工物；及雷射光線照射手段，是在保持於該被加工物保持手段之被加工 物照射脈衝雷射光線，且該雷射光線照射手段具有：雷射光線振盪手段，是用以振盪雷射光線；輸出調整手段，是用以調整由該雷射光線振盪手段所振盪之雷射光線之輸出；及聚光器，是將業經該輸出調整手段調整輸出之雷射光線聚光，並且照射於保持在該被加工物保持手段之被加工物，且其特徵在於，前述雷射加工裝置具備：電漿檢測手段，是用以檢測由該雷射光線照射手段於被加工物照射雷射光線所產生之電漿之波長；及控制手段，是根據來自該電漿檢測手段之檢測信號控制該雷射光線照射手段，該電漿檢測手段具有：分光鏡，是用以將電漿光分歧成第1路徑與第2路徑；第1帶通濾波器，是配設於該第1路徑，並且僅使第1材料發出之電漿之波長通過；第1光偵測器，是接受通過該第1帶通濾波器之光而將光強度信號輸出到該控制手段；第2帶通濾波器，是配設於該第2路徑，並且僅使第2材料發出之電漿之波長通過；及第2光偵測器，是接受通過該第2帶通濾波器之光且將光強度信號輸出到該控制手段，該控制手段在使該雷射光線照射手段作動而在被加工物照射脈衝雷射光線，實施由被加工物之第1構件到達第2構件之雷射加工時，根據由該第1光偵測器及該第2光偵測器輸出之光強度信號，在僅由該第1光偵測器輸出光強度信號時，控制該輸出調整手段，繼續照射脈衝雷射光線，以使成為第1輸出，而在由該第2光偵測器輸出光強度信號時，則控制該雷射光線照射手段，調整該輸出調整手段，並在照射預定發數之脈衝雷射光線後停止，以成為比第1輸 出高之第2輸出。
根據本發明之在由第1材料形成之第1構件與由第2材料形成之第2構件連接之被加工物，形成由第1構件到達第2構件之雷射加工孔的雷射加工方法中，檢測雷射光線照射於第1構件及第2構件而產生之電漿之波長，在僅檢測出具有第1構件之波長之電漿光時，繼續照射具有第1輸出之脈衝雷射光線，而檢測出具有第2輸出之波長之電漿光時，則將具有比該第1輸出高之第2輸出之脈衝雷射光線照射預定發數後停止，因此即使因為具有第1輸出之脈衝雷射光線照射於第2構件而第2構件熔融飛散，並且第2構件之微粒子附著於形成於第1構件之雷射加工孔之內壁，若脈衝雷射光線到達第2構件，則將脈衝雷射光線之輸出變更為比第1輸出高之第2輸出而照射，故附著於雷射加工孔內壁之第2構件之微粒子會被吹散而放出到外部，因此可抑制第2構件之微粒子附著於雷射加工孔之內壁。
又，本發明之雷射加工裝置中，具備：電漿檢測手段，是用以檢測由雷射光線照射手段於被加工物照射脈衝雷射光線所產生之電漿之波長；及控制手段，是根據來自電漿檢測手段之檢測信號控制該雷射光線照射手段，電漿檢測手段具有：分光鏡，是用以將電漿光分歧成第1路徑與第2路徑；第1帶通濾波器，是配設於第1路徑，並且僅使第1材料發出之電漿光之波長通過；第1光偵測器，是接受通過第1帶通濾波器之光而將光強度信號輸出到該控制手 段；第2帶通濾波器，是配設於該第2路徑，並且僅使第2材料發出之電漿光之波長通過；及第2光偵測器，是接受通過第2帶通濾波器之光且將光強度信號輸出到該控制手段，控制手段在使雷射光線照射手段作動而在被加工物照射脈衝雷射光線，實施由被加工物之第1構件到達第2構件之雷射加工時，根據由第1光偵測器及第2光偵測器輸出之光強度信號，在僅由該第1光偵測器輸出光強度信號時，控制輸出調整手段，繼續照射脈衝雷射光線，以使成為第1輸出，而在由第2光偵測器輸出光強度信號時，則控制雷射光線照射手段，控制輸出調整手段，並在照射預定發數之脈衝雷射光線後停止，以成為比第1輸出高之第2輸出，故即使因具有第1輸出之脈衝雷射光線照射於第2構件而第2構件熔融飛散，並且第2構件之微粒子附著於形成於第1構件之雷射加工孔之內壁，若脈衝雷射光線到達第2構件，則將脈衝雷射光線之輸出變更為比第1輸出高之第2輸出而照射，因此附著於雷射加工孔內壁之第2構件之微粒子會吹散而放出到外部，故可抑制第2構件之微粒子附著於雷射加工孔之內壁。
1‧‧‧雷射加工裝置
2‧‧‧靜止基台
3‧‧‧夾頭台機構
31‧‧‧導軌
32‧‧‧第1滑動塊
321‧‧‧被導引溝
322‧‧‧導軌
33‧‧‧第2滑動塊
331‧‧‧被導引溝
34‧‧‧圓筒構件
35‧‧‧覆罩平台
36‧‧‧夾頭台
361‧‧‧吸附夾頭
362‧‧‧夾具
37‧‧‧加工進給手段
371‧‧‧公螺桿
372‧‧‧脈衝馬達
373‧‧‧軸承塊
374‧‧‧X軸方向位置檢測手段
374a‧‧‧線性標度
374b‧‧‧讀取頭
38‧‧‧第1分度進給手段
381‧‧‧公螺桿
382‧‧‧脈衝馬達
383‧‧‧軸承塊
384‧‧‧Y軸方向位置檢測手段
384a‧‧‧線性標度
384b‧‧‧讀取頭
4‧‧‧雷射光線照射單元支撐機構
41‧‧‧導軌
42‧‧‧可動支撐基台
421‧‧‧移動支撐部
422‧‧‧裝固部
423‧‧‧導軌
43‧‧‧第2分度進給手段
431‧‧‧公螺桿
432‧‧‧脈衝馬達
5‧‧‧雷射光線照射單元
51‧‧‧單元支架
511‧‧‧被導引溝
52‧‧‧雷射光線照射手段
521‧‧‧殼體
53‧‧‧聚光點位置調整手段
532‧‧‧脈衝馬達
6‧‧‧脈衝雷射光線振盪手段
61‧‧‧脈衝雷射光線振盪器
62‧‧‧重複頻率設定手段
7‧‧‧聲光偏向手段
71‧‧‧聲光部件
72‧‧‧RF振盪器
73‧‧‧RF放大器
74‧‧‧偏向角度調整手段
75‧‧‧輸出調整手段
76‧‧‧雷射光線吸收手段
8‧‧‧聚光器
81‧‧‧方向變換鏡
82‧‧‧聚光鏡
9‧‧‧電漿檢測手段
91‧‧‧電漿受光手段
911‧‧‧聚光鏡
912‧‧‧鏡盒
913‧‧‧角度調整用手柄
92‧‧‧分光鏡
92a‧‧‧第1光路
92b‧‧‧第2光路
93‧‧‧第1帶通濾波器
94‧‧‧第1光偵測器
95‧‧‧方向變換鏡
96‧‧‧第2帶通濾波器
97‧‧‧第2光偵測器
11‧‧‧拍攝手段
20‧‧‧控制手段
201‧‧‧中央處理裝置
202‧‧‧唯讀記憶體
203‧‧‧隨機存取記憶體
203a‧‧‧第1記憶區域
203b‧‧‧第2記憶區域
204‧‧‧計數器
205‧‧‧輸入介面
206‧‧‧輸出介面
30‧‧‧晶圓
300‧‧‧鉭酸鋰基板
300a‧‧‧表面
300b‧‧‧內面
301‧‧‧分割預定線
302‧‧‧元件
303‧‧‧焊墊/電極
(303a~303j)‧‧‧焊墊
304‧‧‧雷射加工孔
40‧‧‧環狀框架
50‧‧‧保護膠帶
a1‧‧‧第1加工進給開始位置座標值
D‧‧‧間隔
F1~Fn‧‧‧列
E1~En‧‧‧行
W‧‧‧被加工物
Pa‧‧‧聚光點
Pb‧‧‧聚光點
Pc‧‧‧聚光點
LB‧‧‧脈衝雷射光線
圖1是依據本發明構成之雷射加工裝置的立體圖。
圖2是裝設於圖1所示之雷射加工裝置之雷射光線照射手段的構成區塊圖。
圖3是裝設於圖1所示之雷射加工裝置之電漿檢測手段 的構成區塊圖。
圖4是裝設於圖1所示之雷射加工裝置之控制手段的構成區塊圖。
圖5是作為被加工物之半導體晶圓的平面圖。
圖6是放大顯示圖5所示之半導體晶圓之一部份的平面圖。
圖7是顯示將圖5所示之半導體晶圓貼附於裝固於環狀框架之保護膠帶之表面之狀態的立體圖。
圖8是顯示圖5所示之半導體晶圓保持在圖1所示之雷射加工裝置之夾頭台之預定位置之狀態中與座標之關係的說明圖。
圖9(a)-(b)是藉由圖1所示之雷射加工裝置實施之穿孔製程的說明圖。
圖10(a)-(b)是藉由圖1所示之雷射加工裝置實施之穿孔製程的說明圖。
圖11(a)-(b)是顯示，用以檢測脈衝雷射光線照射於鉭酸鋰基板時產生之電漿之光強度的第1光偵測器之輸出電壓、及脈衝雷射光線照射於由銅構成之焊墊時產生之電漿之光強度之第2光偵測器的輸出電壓圖。
較佳實施例之詳細說明
以下，參照附圖，更詳細說明本發明之雷射加工方法及雷射加工裝置的較佳實施形態。
圖1是顯示依據本發明構成之雷射加工裝置1的 立體圖。圖1所示之雷射加工裝置1具備有：靜止基台2；夾頭台機構3，是可朝箭頭記號X所示之加工進給方向(X軸方向)移動地配設於該靜止基台2，用以保持被加工物；雷射光線照射單元支撐機構4，是可在與X軸方向直交且以箭頭記號Y所示之分度進給方向(Y軸方向)移動地配設於靜止基台2；及雷射光線照射單元5，是可在以箭頭記號Z所示之聚光點位置調整方向(Z軸方向)移動地配設於該雷射光線照射單元支撐機構4。
上述夾頭台機構3具備有：沿著X軸方向平行地配設於靜止基台2上之一對導軌31、31；可在X軸方向移動地配設於該導軌31、31上之第1滑動塊32；可在Y軸方向移動地配設於該第1滑動塊32上之第2滑動塊33；藉由圓筒構件34而受支撐於該第2滑動塊33上之覆罩平台35；及作為被加工物保持手段之夾頭台36。該夾頭台36具備由多孔性材料形成之吸附夾頭361，且將為被加工物之例如圓盤狀半導體晶圓由未圖示之吸引手段保持於吸附夾頭361上。如此構成之夾頭台36是藉由配設於圓筒構件34內之未圖示脈衝馬達而旋轉。再者，於夾頭台36配設有用以固定後述之環狀框架之夾具362。
上述第1滑動塊32於其下面設有與上述一對導軌31、31嵌合之一對被導引溝321、321，並且於其上面設有沿著Y軸方向而平行地形成之一對導軌322、322。如此構成之第1滑動塊32構造成，藉由被導引溝321、321嵌合於一對導軌31、31，可沿著一對導軌31、31而在X軸方向移動。圖 示之實施形態中之夾頭台機構3具備有用以使第1滑動塊32沿著一對導軌31、31在X軸方向移動之X軸方向移動手段(加工進給手段37)。該加工進給手段37包含有：平行地配設於上述一對導軌31與31之間之公螺桿371、及用以使該公螺桿371旋轉驅動之脈衝馬達372等之驅動源。公螺桿371是其一端可自由旋轉地支撐於固定在上述靜止基台2之軸承塊373，且其另一端傳動連結於上述脈衝馬達372之輸出軸。再者，公螺桿371是螺合於貫通母螺孔，貫通母螺孔是形成於突出設置於第1滑動塊32之中央部下面之未圖示之母螺桿。因此，藉由脈衝馬達372，驅動公螺桿371正轉及逆轉，可使第1滑動塊32沿著導軌31、31朝X軸方向移動。
圖示之實施形態中之雷射加工裝置具有用以檢測上述夾頭台36之加工進給量、即X軸方向位置之X軸方向位置檢測手段374。X軸方向位置檢測手段374是由下述構成：沿著導軌31配設之線性標度374a、及配設於第1滑動塊32並且與第1滑動塊32一起沿著線性標度374a移動之讀取頭374b。該X軸方向位置檢測手段374之讀取頭374b是在圖示之實施形態中，依每1μm將1脈衝之脈衝信號傳送到後述之控制手段。接著，後述之控制手段計數輸入之脈衝信號，藉此檢測夾頭台36之加工進給量、即X軸方向的位置。再者，若上述加工進給手段37之驅動源使用脈衝馬達372，亦可藉由計數將驅動信號輸出到脈衝馬達372之後述之控制手段的驅動脈衝，檢測夾頭台36之加工進給量、即X軸方向之位置。又，若上述加工進給手段37之驅動源使用伺服馬 達時，亦可將用以檢測伺服馬達之旋轉數之旋轉編碼器輸出之脈衝信號傳送到控制手段，並計數控制手段輸入之脈衝信號，藉此檢測夾頭台36之加工進給量、即X軸方向之位置。
上述第2滑動塊33於其下面設有與設置於上述第1滑動塊32之上面之一對導軌322、322嵌合之一對被導引溝331、331，且構成為藉由將該被導引溝331、331嵌合於一對導軌322、322，而可朝Y軸方向移動。圖示之實施形態中的夾頭台機構3具備用以使第2滑動塊33沿著設置於第1滑動塊32之一對導軌322、322在Y軸方向移動之第1Y軸方向移動手段(第1分度進給手段38)。該第1分度進給手段38包含有平行地配置於上述一對導軌322與322之間之公螺桿381、以及用以驅動該公螺桿381旋轉之脈衝馬達382等之驅動源。公螺桿381其一端是可自由旋轉地受支撐於固定於上述第1滑動塊32之上面之軸承塊383，且其他端傳動連結於上述脈衝馬達382之輸出軸。再者，公螺桿381是螺合於貫通母螺孔，貫通母螺孔形成於突出設置在第2滑動塊33之中央部下面且未圖示之母螺塊。因此，可藉由脈衝馬達382而驅動公螺桿381正轉及逆轉，故第2滑動塊33可沿著導軌322、322朝Y軸方向移動。
圖示之實施形態中之雷射加工裝置具有用以檢測上述第2滑動塊33之分度加工進給量、即Y軸方向位置之Y軸方向位置檢測手段334。該Y軸方向位置檢測手段384是由下述構成：沿著導軌322配設之線性標度384a、配設於第 2滑動塊33並且與第2滑動塊33一起沿著線性標度384a移動之讀取頭384b。該Y軸方向位置檢測手段384之讀取頭384b在圖示之實施形態中，是依每1μm將1脈衝之脈衝信號送到控制手段。而且後述之控制手段藉計數由輸入之脈衝信號，檢測夾頭台36之分度進給量、即Y軸方向的位置。再者，若上述第1分度進給手段38之驅動源使用脈衝馬達382，亦可藉由計數將驅動信號輸出到脈衝馬達382之後述之控制手段的驅動脈衝，檢測夾頭台36之分度進給量、即Y軸方向之位置。又若上述第1分度進給手段38之驅動源使用伺服馬達，亦可將檢測伺服馬達之旋轉數之旋轉編碼器輸出之脈衝信號送到後述之控制手段，計數控制手段輸入之脈衝信號，藉此檢測夾頭台36之分度進給量、Y軸方向之位置。
上述雷射光線照射單元支撐機構4具備有：沿著Y軸方向平行地配設於靜止基台2上之一對導軌41、41、及可在箭頭記號Y所示之方向上移動地配設於該導軌41、41上之可動支撐基台42。該可動支撐基台42是由可在導軌41、41上移動地配設之移動支撐部421、及安裝於該移動支撐部421之裝固部422所構成。裝固部422有沿著Z軸方向延伸之一對導軌423、423平行設置於一側面。圖示之實施形態中之雷射光線照射單元支撐機構4具備有用以使可動支撐基台42沿著一對導軌41、41在Y軸方向上移動之第2Y軸方向移動手段(第2分度進給手段43)。該第2分度進給手段43包含有：平行地配設於上述一對導軌41、41之間之公螺桿431、及用以驅動該公螺桿431旋轉之脈衝馬達432等之驅動源。 公螺桿431是其一端可自由旋轉地受支撐於固定在上述靜止基台2之未圖示之軸承塊，且另一端傳動連結於上述脈衝馬達432之輸出軸。再者，公螺桿431螺合於母螺孔，且該母螺孔是形成於突出設置在構成可動支撐基台42之移動支撐部421之中央部下面之未圖示之母螺塊。因此，藉由脈衝馬達432驅動公螺桿431正轉及逆轉，藉此可動支撐基台42可沿著導軌41、41在Y軸方向上移動。
圖示之實施形態中之雷射光線照射單元5具備有：單元支架51、及安裝於該單元支架51之雷射光線照射手段52。單元支架51設有可滑動地嵌合於設置在上述裝固部422之一對導軌423、423之一對被導引溝511、511，且藉由將該被導引溝511、511嵌合於上述導軌423、423，可在Z軸方向移動地受支撐。
圖示之實施形態中之雷射光線照射單元5具備有用以使單元支架51沿著一對導軌423、423而在Z軸方向移動之Z軸方向移動手段(聚光點位置調整手段53)。聚光點位置調整手段53包含有：配設於一對導軌423、423之間之公螺桿(未圖示)、及用以驅動該公螺桿旋轉之脈衝馬達532等之驅動源，且藉由脈衝馬達532驅動未圖示之公螺桿正轉及逆轉，可使單元支架51及雷射光線照射手段52沿著導軌423、423在Z軸方向上移動。再者，圖示之實施形態中，藉由驅動脈衝馬達532正轉，使雷射光線照射手段52朝上方移動，並藉由驅動脈衝馬達532逆轉，使雷射光線照射手段52朝下方移動。
上述雷射光線照射手段52具備有：實質上水平配置之圓筒形狀之殼體521、如圖2所示，配射於殼體521內之脈衝雷射光線振盪手段6、作為將脈衝雷射光線振盪手段6振盪出之雷射光線之光軸偏向加工進給方向(X軸方向)之光偏向手段之聲光偏向手段7、及將通過該聲光偏向手段7之脈衝雷射光線照射於保持於上述夾頭台36之被加工物W之聚光器8。
上述脈衝雷射光線振盪手段6是由YAG雷射振盪器或者YVO4雷射振盪器構成之脈衝雷射光線振盪器61、及附設於其之重複頻率設定手段62所構成。脈衝雷射光線振盪器61將由重複頻率設定手段62設定之預定頻率之脈衝雷射光線(LB)振盪。重複頻率設定手段62設定脈衝雷射光線振盪器61振盪之脈衝雷射光線之重複頻率。該等脈衝雷射光線振盪手段6之脈衝雷射光線振盪器61及重複頻率設定手段62是由後述之控制手段控制。
上述聲光偏向手段7具備有：將脈衝雷射光線振盪手段6振盪出之脈衝雷射光線(LB)之光軸偏向於加工進給方向(X軸方向)之聲光部件71、生成施加到該聲光部件71之RF(radio frequency)之RF振盪器72、放大由該RF振盪器72生成之RF之功率而施加到聲光部件71之RF放大器73、用以調整藉由RF振盪器72生成之RF之頻率之偏向角度調整手段74、及用以調整藉由RF振盪器72生成之RF之振幅之輸出調整手段75。上述聲光部件71可對應於施加之RF之頻率而調整脈衝雷射光線之光路偏向的角度，並且可對應於施加 之RF之振幅調整脈衝雷射光線之輸出。再者，光偏向手段亦可使用利用電子光學部件之電子光學偏向手段來取代上述聲光偏向手段7。上述之偏向角度調整手段74及輸出調整手段75由後述之控制手段所控制。
又，圖示之實施形態中之雷射光線照射手段52具備有雷射光線吸收手段76，雷射光線吸收手段76是用以在對上述聲光部件71施加預定頻率之RF時，如圖2中虛線所示，吸收因聲光部件71而偏向之脈衝雷射光線。
上述聚光器8是裝固於殼體521之前端，具備有：用以將藉由上述聲光偏向手段7偏向之脈衝雷射光線朝向下方來變換方向之方向變換鏡81、及由遠心鏡構成之聚光鏡82，且該遠心鏡是用以將經該方向變換鏡81變換方向之脈衝雷射光線聚光。
圖示之實施形態中之雷射光線照射手段52是如以上所構成，以下，參照圖2就其作用加以說明。
若由控制手段對聲光偏向手段7之偏向角度調整手段74施加例如5V之電壓，對聲光部件71施加對應於5V之頻率之RF時，由脈衝雷射光線振盪手段6所振盪出之脈衝雷射光線，其光軸會如圖2中一點鏈線所示般地偏向，並且聚光於聚光點Pa。又，由後述之控制手段對偏向角度調整手段74施加例如10V之電壓，並對聲光部件71施加對應於10V之頻率之RF時，由脈衝雷射光線振盪手段6振盪出之脈衝雷射光線，其光軸會如圖2中實線所示般偏向，並且由上述聚光點Pa在加工進給方向(X軸方向)上聚光於圖2中朝左方變位 預定量之聚光點Pb。另一方面，由後述之控制手段對偏向角度調整手段74施加例如15V之電壓，並對聲光部件71施加對應於15V之頻率之RF時，由脈衝雷射光線振盪手段6所振盪出之脈衝雷射光線，其光軸如圖2中二點鏈線所示般偏向，由上述聚光點Pb在加工進給方向(X軸方向)上聚光於朝圖2中朝左方變位預定量之聚光點Pc。又，若由後述之控制手段對聲光偏向手段7之偏向角度調整手段74施加例如0V之電壓，並對聲光部件71施加對應於0V之頻率之RF時，由脈衝雷射光線振盪手段6振盪出之脈衝雷射光線會如圖2中虛線所示般導向雷射光線吸收手段76。如此，因聲光部件71而偏向之雷射光線會對應於施加到偏向角度調整手段74之電壓而朝加工進給(X軸方向)偏向。
回到圖1繼續說明，圖式之實施形態中之雷射加工裝置具備有電漿檢測手段9，該電漿檢測手段9是安裝於構成雷射光線照射單元5之雷射光線照射手段52之殼體521，並且用以檢測由雷射光線照射手段52對被加工物照射雷射光線而產生之電漿。該電漿檢測手段9是如圖3所示，具備有：電漿受光手段91，是用以接受由雷射光線照射手段52之聚光器8照射之雷射光線照射於保持在夾頭台36之被加工物W而產生之電漿；分光鏡92，將由該電漿受光手段91所接受之電漿光分成第1光路92a與第2光路92b；第1帶通濾波器93，配設於第1光路92a，並且僅使波長為第1設定波長(形成後述之被加工物之第1構件之第1材料發出的波長)之光通過；第1光偵測器94，接受通過該第1帶通濾波器 93之光而輸出光強度信號；方向變換鏡95，配設於第2光路92b；第2帶通濾波器96，僅使經該方向變換鏡95變換方向之電漿光之波長為第2設定波長(形成後述之被加工物之第2構件之第2材料發出的波長)之光通過；及第2光偵測器97，接受通過該第2帶通濾波器96之光而輸出光強度信號。上述電漿光受光手段91是由聚光鏡911、及收容該聚光鏡911之鏡盒912所構成，鏡盒912是如圖1所示，安裝於雷射光線照射手段52之殼體521。又，如圖1所示，鏡盒912配設有角度調整用手柄913，並且可調整聚光鏡911之設置角度。再者，上述第1帶通濾波器93是使波長為660~680nm範圍的光通過，以僅使圖示之實施形態中鉭酸鋰之電漿光之波長(670nm)通過。又，上述第2帶通濾波器96在圖示之實施形態中是使波長為500~540nm之範圍的光通過，以使銅之電漿光之波長(515nm)通過。圖示之實施形態中的電漿檢測手段9是如以上所構成，接受通過第1帶通濾波器93之光之第1光偵測器94及接受通過第2帶通濾波器96之光之第2光偵測器97將分別對應於受光之光強度之電壓信號輸出到後述之控制手段。
回到圖1繼續說明，圖示之實施形態中之雷射加工裝置具備有拍攝手段11，拍攝手段11是配設於殼體521之前端部，並藉由上述雷射光線照射手段52拍攝應雷射加工之加工區域。該拍攝手段11除了利用可視光線拍攝之一般的拍攝部件(CCD)之外，是由下述所構成：對被加工物照射紅外線之紅外線照明手段、捕捉由該紅外線照射手段所照 射之紅外線之光學系統、輸出對應於由該光學系統所捕捉之紅外線之電信號之拍攝部件(紅外線CCD)等，所拍攝之圖像信號送到後述之控制手段。
圖示之實施形態中之雷射加工裝置具備有圖4所示之控制手段20。控制手段20是由電腦所構成，且具備有：依據控制程式進行運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、儲存後述之控制圖或被加工物之設計值之資料或運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。來自上述X軸方向位置檢測手段374、Y軸方向位置檢測手段384、電漿光檢測手段9之第1光偵測器94及第2光偵測器97、拍攝手段11等之檢測信號輸入至控制手段20之輸入介面205。而且，由控制手段20之輸出介面206輸出控制信號到上述脈衝馬達372、脈衝馬達382、脈衝馬達432、脈衝馬達532、構成雷射光線照射手段52之脈衝雷射光線振盪手段6之脈衝雷射光線振盪器61、重複頻率設定手段62及聲光偏向手段7之偏向角度調整手段74、輸出調整手段75等。再者，上述隨機存取記憶體(RAM)203具備有：用以記憶形成被加工物之物質與電漿之波長的關係之第1記憶區域203a或用以記憶後述之晶圓之設計值之資料之第2記憶區域203b或其他記憶區域。
圖示之實施形態中之雷射加工裝置是如以上所構成，以下說明其作用。
圖5顯示作為被雷射加工之被加工物之晶圓30之平面 圖。圖5所示之晶圓30在圖示之實施形態中，是藉由成格子狀配列於厚度為300μm之鉭酸鋰基板300(第1構件)之表面300a之複數之分割預定線301而劃分成複數區域，並於該業經劃分之區域分別形成有元件302。該各元件302是全部相同的構成。在元件302之表面，如圖6所示，分別形成有複數之焊墊303(303a~303j)(第2構件)。作為該第2構件之焊墊303(303a~303j)在圖示之實施形態中是由銅所形成。再者，圖示之實施形態中，303a與303f、303b與303g、303c與303h、303d與303i、303e與303j之X方向位置是相同的。於該複數之焊墊303(303a~303j)分別形成有由內面300b到達焊墊303加工孔(介層孔)。各元件302中之焊墊303(303a~303j)之X方向(圖6中左右方向)之間隔A、及形成於各元件302之焊墊303中挾著分割預定線301而在X方向(圖6中左右方向)鄰接之焊墊、即焊墊303e與焊墊303a之間的間隔B在圖示之實施形態中是設定為相同間隔。又，各元件302中之焊墊303(303a~303j)之Y方向(圖6中上下方向)的間隔C、及形成於各元件302之焊墊303中挾著分割預定線301而在Y方向(圖6中上下方向)隣接之焊墊、即焊墊303f與焊墊303a及焊墊303j與焊墊303e之間的間隔D在圖示之實施形態中是設定為相同間隔。就如此構成之晶圓30，配設於圖5所示之各行E1‧‧‧‧En及各列F1‧‧‧‧Fn之元件302之個數與上述各間隔A,B,C,D及X,Y座標值是其設計值之資料儲存於上述隨機存取記憶體(RAM)203之第2記憶區域203b。
使用上述之雷射加工裝置，就於形成於晶圓30 之各元件302之焊墊303(303a~303j)部形成雷射加工孔(介層孔)之雷射加工的之實施形態加以說明。
晶圓30是如圖7所示，將表面300a貼附在裝固於環狀框架40且由聚烯烴等之合成樹脂片構成之保護膠帶50。因此，晶圓30的內面300b為上側。如此，經由保護膠帶50受支撐於環狀框架40之晶圓30將保護膠帶50側載置於圖1所示之雷射加工裝置之夾頭台36上。而且，藉由使未圖示之吸引手段作動，晶圓30經由保護膠帶50而吸引保持於夾頭台36上。因此，晶圓30使內面300b為上側而被保持。又，環狀框架40是由夾具362所固定。
如上述，吸引保持晶圓30之夾頭台36藉由加工進給手段37定位於拍攝手段11之正下方。當夾頭台36定位於拍攝手段11之正下方時，夾頭台36上之晶圓30為定位於圖8所示之座標位置的狀態。在該狀態下，實施形成於保持在夾頭台36之晶圓30之格子狀分割預定線301是否平行地配設於X軸方向與Y軸方向之校準作業。即、藉由拍攝手段11拍攝保持於夾頭台36之晶圓30，並實行圖樣匹配等之圖像處理來進行校準作業。此時，晶圓30之形成有分割預定線301之表面300a位於下側，但由於形成晶圓30之鉭酸鋰基板300為透明體，故可透過晶圓30之內面300b而拍攝分割預定線301。
其次，移動夾頭台36，將形成於晶圓30之元件302中最上位之行E1且在圖8中最左端之元件302定位於拍攝手段11之正下方。而且，進一步將形成於元件302之電極 303(303a~303j)中之在圖8中左上之電極303a定位於拍攝手段11之正下方。在該狀態下，若是拍攝手段11檢測電極303a，則將其座標值(a1)作為第1加工進給開始位置座標值而傳送到控制手段20。接著，控制手段20將該座標值(a1)作為第1加工進給開始位置座標值而儲存於隨機存取記憶體(RAM)203(加工進給開始位置檢測製程)。此時，拍攝手段11與雷射光線照射手段52之聚光器8在X軸方向上設置預定間隔而配設，因此X座標值儲存加上上述拍攝手段11與聚光器8之間隔的值。
如此，若檢測圖8中最上位之行E1之元件302中之第1加工進給開始位置座標值(a1)，則使夾頭台36朝Y軸方向分度進給分割預定線301之間隔並且朝X軸方向移動，然後將圖8中距離最上位第2行E2中最左端之元件302定位於拍攝手段11之正下方。而且，進一步將形成於元件302之電極303(303a~303j)中之圖8左上之焊墊303a定位於拍攝手段11之正下方。在該狀態下，若拍攝手段11檢測電極303a，則將該座標值(a2)作為第2加工進給開始位置座標值而傳送到控制手段20。接著，控制手段20將該座標值(a2)作為第2加工進給開始位置座標值而儲存於隨機存取記憶體(RAM)203。此時，拍攝手段11與雷射光線照射手段52之聚光器8是如上述，在X軸方向上設有預定間隔而配設，因此X座標值儲存加總上述拍攝手段11與聚光器8之間隔的值。以後，控制手段20反覆執行上述之分度進給與加工進給開始位置檢測製程，直到圖8中最下位之行En為止，並且 檢測形成於各行之元件302之加工進給開始位置座標值(a3~an)，將此儲存於隨機存取記憶體(RAM)203。再者，圖示之實施形態中，形成於晶圓30之複數元件302中在圖8中最下位之行En之最左端的元件302設定作為計測元件，並且該計測元件之加工進給開始位置座標值(an)作為計測位置座標值(an)而儲存於隨機存取記憶體(RAM)203。
若實施上述之加工進給開始位置檢測製程，則實施在形成於晶圓30之各元件302之各電極303(303a~303j)的內面將雷射加工孔(介層孔)穿孔之穿孔製程。穿孔製程是首先使加工進給手段37作動並且移動夾頭台36，將儲存在上述隨機存取記憶體(RAM)203之第1加工進給開始位置座標值(a1)定位於雷射光線照射手段52之聚光器8之正下方。如此，第1加工進給開始位置座標值(a1)定位於聚光器8之正下方的狀態為圖9之(a)所示之狀態。由圖9之(a)所示之狀態，控制手段20控制上述加工進給手段37，使夾頭台36以預定之移動速度朝圖9之(a)中箭頭記號X1所示之方向加工進給，同時使雷射光線照射手段52作動，並由聚光器8照射脈衝雷射光線。再者，由聚光器8照射之雷射光線之聚光點P集中於晶圓30之上面附近。此時，控制手段20根據來自X軸方向位置檢測手段374之讀取頭374b之檢測信號，輸出用以控制聲光偏向手段7之偏向角度調整手段74及輸出調整手段75之控制信號。
另一方面，RF振盪器72輸出對應於來自偏向角度調整手段74及輸出調整手段75之控制信號RF。由RF振盪 器72輸出之RF功率藉由RF放大器73而被放大，並施加於聲光部件71。該結果是聲光部件71使脈衝雷射光線振盪手段6所振盪之脈衝雷射光線之光軸在圖2中由一點鏈線所示之位置到二點鏈線所示之位置的範圍偏向而與移動速度同步。該結果是，可在第1加工進給開始位置座標值(a1)照射預定輸出之脈衝雷射光線。
實施上述之穿孔製程時，控制手段20藉由計數器204計數雷射光線振盪手段6振盪之脈衝雷射光線之發數，並且由電漿檢測手段9之第1光偵測器94輸入光強度信號。在此，說明由第1光偵測器94輸出之光強度信號。在構成晶圓30之鉭酸鋰基板300照射脈衝雷射光線時，會產生波長670nm之電漿。該波長為670nm之電漿是如圖3所示，藉由構成電漿檢測手段9之電漿受光手段91之聚光鏡911聚光，並通過第1帶通濾波器93而到達第1光偵測器94。
圖11之(a)是顯示了用以檢測在鉭酸鋰基板300照射上述之脈衝雷射光線時產生之電漿之光強度之第1光偵測器94的輸出電壓。圖11之(a)中，横軸是表示脈衝雷射光線之發數，縱軸是表示電壓值(V)。圖11之(a)所示之實施形態中，脈衝雷射光線之發數為80~85發左右的電壓值為2.5V左右，脈衝雷射光線之發數超過85發並且穿孔製程接近結束時，電壓值會急速降低。
又，圖11之(b)是顯示用以檢測於由銅構成之焊墊303照射脈衝雷射光線時產生之電漿之光強度之第2光偵測器97之輸出電壓。圖11之(b)中，橫軸是表示脈衝雷射光 線之發數，縱軸是表示電壓值(V)。圖11之(b)所示之實施形態中，脈衝雷射光線之發數從80~85發，電壓值開始上昇。所謂該第2光偵測器97之輸出電壓開始上昇是意味著於鉭酸鋰基板300形成貫通孔，並且脈衝雷射光線開始照射焊墊303。
如上所述，根據來自第1光偵測器94及第2光偵測器97之輸出電壓，控制手段20是如下控制脈衝雷射光線之輸出。即，將前述雷射光線照射手段52控制成，當僅由第1光偵測器94輸入輸出電壓時，則繼續照射具有第1輸出之脈衝雷射光線，若由第2光偵測器97輸入輸出電壓，則使具有比第1輸出高之第2輸出之脈衝雷射光線在照射預定發數後停止。具體而言，將前述雷射光線照射手段52控制成，僅由第1光偵測器94輸入輸出電壓時，控制前述輸出調整手段75，繼續照射脈衝雷射，以成為第1輸出(平均輸出2W、脈衝能量為40μJ)，若由第2光偵測器97輸入輸出電壓，則控制前述輸出調整手段75，使脈衝雷射光線照射預定發數(10發)後停止，以成為比第1輸出高之第2輸出(平均輸出4W、脈衝能量為80μJ)。再者，將脈衝雷射光線之輸出控制成比第1輸出還高之第2輸出(平均輸出4W、脈衝能量為80μJ)之時期，可為例如來自第2光偵測器97之輸出電壓為05V之時點(脈衝雷射光線之發數為100發之時點)，由該時點照射10發。如此，藉由脈衝雷射光線到達焊墊303，並且脈衝雷射光線照射於由銅構成之焊墊303，由銅構成之焊墊303會熔融而飛散，即使銅之微粒子附著於形成於鉭酸 鋰基板300之雷射加工孔之內壁，若脈衝雷射光線到達焊墊303後，將脈衝雷射光線之輸出變更為比第1輸出高之第2輸出(平均輸出4W、脈衝能量為80μJ)而照射，因此附著於加工孔之內壁之銅的微粒子會吹散而放出到外部，故可抑制銅之微粒子附著於雷射加工孔之內壁。
再者，上述穿孔製程中之加工調件是如以下所設定。
光源：LD激化Q轉換Nd：YVO4
波長：532nm
平均輸出：第1平均輸出2W
第2平均輸出4W
脈衝能量：第1脈衝能量40μJ
第1脈衝能量80μJ
重複頻率：50kHz
脈衝幅：10ps
聚光點徑：φ 15μm
另一方面，控制手段20輸入來自X軸方向位置檢測手段374之讀取頭374b之檢測信號，並藉由計數器204計數該檢測信號。接著，計數器204計數之計數值達到下一焊墊303b之座標值後，控制手段20控制雷射光線照射手段52，實施上述穿孔製程。之後控制手段20在計數器204計數之計數值剛好達到焊墊303之座標值時，控制手段20使雷射光線照射手段52作動並實施上述穿孔製程。接著，如圖9之 (b)所示，形成於半導體晶圓30之E1行之最右端之元件302的焊墊303c中在圖9之(b)中最右端之電極303e之位置實施上述穿孔製程後，停止上述加工進給手段37之作動且停止夾頭台36之移動。其結果是，如圖9之(b)所示般，在半導體晶圓30之鉭酸鋰基板300，形成到達焊墊303之加工孔304。
其次，控制手段20控制上述第1分度進給手段38，使雷射光線照射手段52之聚光器8朝與圖9之(b)中紙面垂直之方向分度進給。另一方面，控制手段20輸入來自Y軸方向位置檢測手段384之讀取頭384b之檢測信號，藉由計數器204計數該檢測信號。而且若計數器204計數之計數值到達相當於焊墊303之圖6中Y軸方向之間隔C的值，則停止第1分度進給手段38之作動，並停止雷射光線照射手段52之聚光器8之分度進給。其結果是，聚光器8定位於與上述焊墊303e對向之焊墊303j(參照圖6)之正上方。該狀態為圖10(a)所示之狀態。在圖10(a)所示之狀態下，控制手段20控制上述加工進給手段37，使夾頭台36朝圖10(a)中箭頭記號X2所示之方向以預定之移動速度加工進給，同時使雷射光線照射手段52作動並且實施上述穿孔製程。接著控制手段20是如上所述，藉由計數器204計數來自X軸方向位置檢測手段374之讀取頭374b之檢測信號，並在其計數值剛好達到焊墊303時，控制手段20使雷射光線照射手段52作動並且實施上述穿孔製程。接著，如圖10之(b)所示，在晶圓30之E1行最左端之元件302形成之焊墊303f之位置，實施上述穿孔製程後，停止上述加工進給手段37之作動，並停止夾頭台36之 移動。其結果是，在半導體晶圓30之鉭酸鋰基板300，如圖10之(b)所示，在焊墊303之內面側形成雷射加工孔304。
如以上所述，若在形成於半導體晶圓30之E1行之元件302之焊墊303之內面側形成雷射加工孔304，控制手段20使加工進給手段37及第1分度進給手段38作動，並將第2加工進給開始位置座標值(a2)定位於雷射光線照射手段52之聚光器8之正下方，且第2加工進給開始位置座標值(a2)是儲存於形成於半導體晶圓30之E2行之元件302之焊墊303中之上述隨機存取記憶體(RAM)203。接著，控制手段20控制雷射光線照射手段52與加工進給手段37及第1分度進給手段38，並在形成於半導體晶圓30之E2行之元件302之焊墊303的內面側實施上述之穿孔製程。以後，也對形成於半導體晶圓30之E3~En行之元件302之焊墊303之內面側實施上述之穿孔製程。其結果是，在半導體晶圓30之鉭酸鋰基板300，於形成於各元件302之焊墊303的內面側形成雷射加工孔304。
再者，上述穿孔製程中，在圖6中之X軸方向之間隔A區域與間隔B區域及圖6中之Y軸方向之間隔C區域與間隔D區域，不照射雷射光線。如此，由於脈衝雷射光線不照射於半導體晶圓30，故上述控制手段20對聲光偏向手段7之偏向角度調整手段74施加0V之電壓。該結果是，對應於0V之頻率的RF會施加於聲光部件71，由脈衝雷射光線振盪手段6所振盪之脈衝雷射光線(LB)是如圖2中虛線所示，會被導向雷射光線吸收手段76，因此不會照射於半導體晶圓 30。
以上，根據圖示之實施形態說明本發明，但本發明並非僅限於該實施形態者，可在本發明之主旨的範圍內為各種變形。例如，上述之實施形態中，是就於形成於基板(第1構件)表面之複數元件分別配設有焊墊(第2構件)之晶圓，由基板(第1構件)之內面側形成到達複數焊墊(第2構件)之複數雷射加工孔之例來作說明，但亦可廣泛地適用於在由第1材料形成之第1構件與由第2材料形成之第2構件所接合之被加工物，形成由第1構件到達第2構件之雷射加工孔的情況。
8‧‧‧聚光器
9‧‧‧電漿檢測手段
36‧‧‧夾頭台
91‧‧‧電漿受光手段
911‧‧‧聚光鏡
912‧‧‧鏡盒
92‧‧‧分光鏡
92a‧‧‧第1光路
92b‧‧‧第2光路
93‧‧‧第1帶通濾波器
94‧‧‧第1光偵測器
95‧‧‧方向變換鏡
96‧‧‧第2帶通濾波器
97‧‧‧第2光偵測器
97‧‧‧
W‧‧‧被加工物

Claims (3)

  1. 一種雷射加工方法，是在由第1材料形成之第1構件與由第2材料形成之第2構件連接之被加工物，形成由第1構件到達第2構件之雷射加工孔，其特徵在於包含下述步驟：檢測雷射光線照射於第1構件及第2構件而產生之電漿之波長；在僅檢測出具有第1構件之波長之電漿光時，繼續照射具有第1輸出之脈衝雷射光線，而在檢測出具有第2構件之波長之電漿光時，則將具有比該第1輸出高之第2輸出之脈衝雷射光線照射預定發數後停止。
  2. 如申請專利範圍第1項之雷射加工方法，其中形成第1構件之第1材料是由鉭酸鋰所構成，且該第1輸出是設定成每1脈衝之能量為40μJ，該第2輸出是設定成每1脈衝之能量為80μJ。
  3. 一種雷射加工裝置，是包含有：被加工物保持手段，是用以保持被加工物；及雷射光線照射手段，是在保持於該被加工物保持手段之被加工物照射脈衝雷射光線，且該雷射光線照射手段具有：雷射光線振盪手段，是用以振盪雷射光線；輸出調整手段，是用以調整由該雷射光線振盪手段所振盪之雷射光線之輸出；及聚光器，是將業經該輸出調整手段調整輸出之雷射光線聚光，並且照射於保持在該被加工物保持手段之被加工物， 其特徵在於，前述雷射加工裝置具備：電漿檢測手段，是用以檢測由該雷射光線照射手段於被加工物照射雷射光線所產生之電漿之波長；及控制手段，是根據來自該電漿檢測手段之檢測信號控制該雷射光線照射手段，該電漿檢測手段具有：分光鏡，是用以將電漿光分歧成第1路徑與第2路徑；第1帶通濾波器，是配設於該第1路徑，並且僅使第1材料發出之電漿之波長通過；第1光偵測器，是接受通過該第1帶通濾波器之光而將光強度信號輸出到該控制手段；第2帶通濾波器，是配設於該第2路徑，並且僅使第2材料發出之電漿之波長通過；及第2光偵測器，是接受通過該第2帶通濾波器之光且將光強度信號輸出到該控制手段，該控制手段在使該雷射光線照射手段作動而在被加工物照射脈衝雷射光線，實施由被加工物之第1構件到達第2構件之雷射加工時，根據由該第1光偵測器及該第2光偵測器輸出之光強度信號，在僅由該第1光偵測器輸出光強度信號時，控制該輸出調整手段，繼續照射脈衝雷射光線，以使成為第1輸出，而在由該第2光偵測器輸出光強度信號時，則控制該雷射光線照射手段，調整該輸出調整手段，並在照射預定發數之脈衝雷射光線後停止，以成為比第1輸出高之第2輸出。
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