TWI615229B - 雷射加工裝置及雷射加工方法 - Google Patents

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Description

雷射加工裝置及雷射加工方法 發明領域
本發明是關於對晶圓等被加工物照射雷射光束以實施雷射加工的雷射加工裝置及雷射加工方法。
發明背景
在半導體裝置製造程序上，在概呈圓板形的半導體晶圓表面上將稱為「切割道(street)」的分割預定線排列成格子狀以劃分成複數個區域，在這些被劃分的各區域中形成了IC、LSI等裝置。並且，藉由使半導體晶圓沿切割道切斷，可分割半導體晶圓以製造出各個個別的半導體晶片。
又，在藍寶石(sapphire)基板表面形成發光二極體(LED)、雷射二極體(LD)等光裝置的光裝置晶圓也是藉由沿著切割道切斷，分割成各個個別的光裝置，被分割的光裝置則廣泛地被應用在電子機器上。
作為沿著切割道分割半導體晶圓或光裝置晶圓等晶圓的方法，有藉由沿著形成於晶圓的切割道照射對晶圓具有吸收性波長的脈衝雷射光束，進行剝蝕(ablation)加工以形成雷射加工溝，並沿著此雷射加工溝使光裝置晶圓斷裂之方法被提出。
然而，在此雷射加工步驟中，對半導體晶圓和光裝置晶圓照射雷射光束時，會使矽(silicon)和藍寶石熔融而產生熔融屑，也就是稱為熔渣(debris)的微細粉塵，此粉塵飛散而附著在形成於晶圓上的裝置表面，會有使裝置品質降低之問題。此外，此飛散的粉塵會附著在安裝於照射雷射光束之聚光器上的聚光用物鏡上，而有妨礙雷射光束之照射的問題。
熔渣的發生並不受限於剝蝕加工，以使相對於晶圓具有透過性波長的雷射光束聚光於晶圓內部進行照射，以在晶圓內部形成改質層的雷射加工方法，亦會自晶圓表面產生少量的熔渣。
作為除去熔渣的對策，已有例如，沿著聚光用的物鏡的光軸設有可噴出空氣的噴出口，並設有從噴出口的周圍吸引熔渣以防止熔渣堆積於裝置表面之粉塵排出機構的雷射加工裝置的方案被提出(參照例如，日本專利特開2007-69249號公報及特開2011-121099號公報)。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2007-69249公報
專利文獻2：日本專利特開2011-121099號公報
發明概要
專利文獻1及2所揭示的雷射加工裝置，雖然在除去熔渣上可達到某種程度的成功，但要充分地除去熔渣是困難的，因此仍需要更進一步的改善。
本發明是有鑑於此點而作成者，其目的為提供可有效率地對雷射加工時產生的熔渣進行集塵以使其可從被加工物上除去的雷射加工裝置及雷射加工方法。
根據請求項1所記載的發明，提供一種雷射加工裝置，該雷射加工裝置的特徵在於具備，保持被加工物的保持機構；包括雷射光束振盪機構，和具有使經該雷射光束振盪機構振盪的雷射光束聚光的聚光鏡之加工頭，並可對保持於該保持機構的被加工物照射雷射光束的雷射光束照射機構；以及形成使經該聚光鏡聚光而聚光在被加工物上的雷射光束通過的通過孔，並且具有相對於該通過孔對稱地伸長的吸引路，和分別選擇性地與該吸引路的一端和另一端連接的吸引源，並可對經由該聚光鏡聚光的雷射光束於照射在被加工物上所產生的熔渣進行集塵的集塵機構。
根據請求項2所記載的發明，提供一種使用請求項1記載的雷射加工裝置，以對已設定複數條加工預定線的被加工物實施雷射加工的雷射加工方法，該雷射加工方法的特徵在於，以前述保持機構保持被加工物的保持步驟；將以該保持機構保持的被加工物之該加工預定線和前述集塵機構的前述吸引路的伸長方向定位成平行的定位步驟； 實施該定位步驟後，以該雷射光束照射機構沿著第1加工預定線從被加工物的一端到另一端實施雷射加工，並接著以該雷射光束照射機構沿著鄰接於第1加工預定線的第2加工預定線從被加工物的該另一端到該一端實施雷射加工的雷射加工步驟；以及在該雷射加工步驟的實施過程中，使前述吸引源作動以使該雷射加工步驟產生的熔渣透過前述通過孔吸引至前述吸引路，而從被加工物上除去熔渣的吸引步驟。該吸引步驟是在該吸引路之前述一端和前述另一端之中，使對被加工物進行雷射加工的加工進行方向的後方側之端連接於該吸引源且使另一端被封閉。
根據本發明的雷射加工裝置，由於設置鄰接於加工頭且具有使一端和另一端分別選擇性地連接至吸引源之吸引路的集塵機構，故在進行第1方向的雷射加工和與該第1方向相反的第2方向的雷射加工時，藉由以一端和另一端切換對吸引路之吸引源的連接，可有效率地對產生的熔渣進行集塵而使其可從被加工物上除去。
2‧‧‧雷射加工裝置
10‧‧‧螺桿
11‧‧‧晶圓
11a‧‧‧表面
11b‧‧‧背面
12、34、42‧‧‧脈衝馬達
13‧‧‧分割預定線
14‧‧‧X軸傳送機構
15‧‧‧裝置
16‧‧‧量尺
17‧‧‧晶圓單元
18‧‧‧讀取頭
20‧‧‧夾頭台
22‧‧‧支撐構件
24‧‧‧吸附部
26‧‧‧挾持器
28、38、6‧‧‧導軌
30‧‧‧Y軸移動滑塊
32‧‧‧滾珠螺桿
36‧‧‧Y軸傳送機構
4‧‧‧靜止基台
40‧‧‧Z軸移動滑塊
44‧‧‧Z軸傳送機構
46‧‧‧雷射光束照射單元
48‧‧‧套管
50‧‧‧加工頭
52‧‧‧校準單元
54‧‧‧攝像單元
55‧‧‧集塵機構
56‧‧‧吸引管
56a‧‧‧一端
56b‧‧‧另一端
57‧‧‧吸引路
58‧‧‧盒體
59‧‧‧安裝部
60‧‧‧雷射光束振盪機構
61‧‧‧通過孔
62‧‧‧雷射光束調變機構
64‧‧‧重複頻率設定機構
66‧‧‧脈衝寬度設定機構
68‧‧‧波長設定機構
70‧‧‧聚光鏡
71‧‧‧雷射光束
72‧‧‧窗玻璃
74、76‧‧‧環狀安裝構件
75‧‧‧圓孔
77‧‧‧溝槽
78、82‧‧‧電磁切換閥
8‧‧‧X軸移動滑塊
80‧‧‧吸引源
84a、84b‧‧‧擋門
86a、86b‧‧‧空氣供給口
88‧‧‧空氣供給源
89‧‧‧防止熔渣附著空氣
T‧‧‧切割膠帶
F‧‧‧環狀框架
X1、X2‧‧‧箭頭
圖1為有關本發明實施形態的雷射加工裝置之立體圖；圖2為雷射光束照射單元的方塊圖；圖3為半導體晶圓的表面側立體圖；圖4為晶圓單元的立體圖；圖5為加工頭及集塵機構的局部截面側視圖； 圖6為模式地顯示雷射加工方法的加工方向之圖；圖7為說明加工進行方向是X2方向時的集塵機構之作用的局部截面側視圖；以及圖8為說明加工進行方向是X1方向時的集塵機構之作用的局部截面側視圖。
用以實施發明之形態
以下，將參照圖式詳細地說明本發明的實施形態。參照圖1，為有關於本發明實施形態的雷射加工裝置2的立體圖。雷射加工裝置2包含搭載於靜止基台4上之沿X軸方向伸長的一對導軌6。
X軸移動滑塊8藉由滾珠螺桿10及脈衝馬達12所構成的X軸傳送機構(X軸進給機構)14，而可在加工傳送方向，亦即X軸方向上移動。X軸移動滑塊8是透過圓筒狀支撐構件22搭載作為保持機構的夾頭台20。
夾頭台20具有以多孔性陶瓷(ceramics)等形成的吸附部(吸附夾頭)24。夾頭台20上配設有用於挾持圖4所示的環狀框架F的複數個(本實施形態為4個)挾持器26。
X軸傳送機構14包含，沿著導軌6配設於靜止基台4上的量尺16，和可讀取量尺16的X座標值之配設於X軸移動滑塊8下面的讀取頭18。讀取頭18並連接至雷射加工裝置2的控制器。
靜止基台4上還固定有沿著Y軸方向伸長的一對導軌28。Y軸移動滑塊30藉由滾珠螺桿32及脈衝馬達34所構 成的Y軸傳送機構(分度傳送機構)36而可在Y軸方向上移動。
Y軸移動滑塊30上形成有沿Z軸方向伸長的一對(圖中只顯示出一條)導軌38。Z軸移動滑塊40藉由圖未示之滾珠螺桿及脈衝馬達42所構成的Z軸傳送機構44而可在Z軸方向上移動。
在圖1所示之雷射加工裝置2，雖然是透過Y軸傳送機構36使加工頭50在Y軸方向上移動，然而，藉由讓加工頭50固定在Y軸方向上，並形成夾頭台20可沿X軸方向及Y軸方向移動的構成亦可。
46為雷射光束照射單元(雷射光束照射機構)，雷射光束照射單元46的套管48中收容有之後將詳細說明的雷射光束振盪機構等，套管48的前端則裝設可將雷射光束聚光於應當加工晶圓上的加工頭50。
如圖2的方塊圖所示，雷射光束照射單元46的套管48內，配置有雷射光束振盪機構60和雷射光束調變機構62。
可使用YAG(yttrium aluminium garnet，釔鋁石榴石)雷射振盪器或YVO4(yttrium vanadate，釩酸釔)雷射振盪器，作為雷射光束振盪機構60。雷射光束調變機構62包含重複頻率設定機構64、脈衝寬度設定機構66，以及波長設定機構68。
構成雷射光束調變機構62的重複頻率設定機構64、脈衝寬度設定機構66以及波長設定機構68為公知之形 態，故在本說明書中將省略其詳細的說明。
套管48中搭載有校準單元(校準機構)52。校準單元52具有用於拍攝保持於夾頭台20上的晶圓W的攝像單元(攝像機構)54。加工頭50和攝像單元54是在X軸方向上排列、配置。
加工頭50上安裝有對熔渣進行集塵之集塵機構55的U形吸引管56。吸引管56於內部形成吸引路，並以使包含吸引路之中心的平面和X軸方向成平行的方式安裝於加工頭50。
又，配設有鄰接於夾頭台20，用於儲存洗淨水的盒體58。藉由將吸引管56的前端部浸漬於盒體58中所儲存的洗淨水中，可洗淨堆積於吸引管56內的熔渣以從吸引管56內除去熔渣。
參照圖3，顯示作為以雷射加工裝置2加工之被加工物的一種的半導體晶圓(以下，有時亦簡稱為晶圓)11的表面側立體圖。在晶圓11的表面11a上使複數條分割預定線(切割道)13形成格子狀，並且在以分割預定線13所劃分的各區域中形成IC、LSI等裝置15。11b為晶圓11的背面。
在晶圓11實施雷射加工之時，晶圓11是以使外周部黏貼於已黏貼在環狀框架F上的切割膠帶T上而形成之晶圓單元17的形態投入雷射加工裝置2中。
參照圖5，顯示構成本發明之主要部分的加工頭50及集塵機構55的局部截面側視圖。在加工頭50內部裝設有聚光鏡70。72是作為聚光鏡70之保護蓋的窗玻璃(window glass)，並被環狀安裝構件74、76挾持而固定在加工頭50的前端側內部。
在環狀安裝構件74中，於周圍方向上以預定間隔隔開而形成複數個圓孔75，在環狀安裝構件76中，則於周圍方向上以預定間隔隔開而形成複數個溝槽77。
55是對雷射加工所產生熔渣進行集塵的集塵機構，於內部設有形成吸引路57之U形吸引管56。在吸引管56中使照射於被加工物的雷射光束通過之通過孔61形成在其下端部中央，且吸引管56形成為相對於通過孔61呈對稱。通過孔61的尺寸可形成為例如2.5×5mm左右。
吸引管56是藉安裝部59安裝於加工頭50，並在安裝於加工頭50的狀態下，以使包含吸引管56所形成之吸引路57的中心的平面與圖1中的X軸方向成平行的方式固定於加工頭50。
吸引管56的一端56a透過電磁切換閥78選擇性地連接至吸引源80，吸引管56的另一端56b則透過電磁切換閥82選擇性地連接至吸引源80。
在吸引管56的一端56a附近配置有擋門84a，而另一端56b附近也配置有擋門84b。擋門84a是隨電磁切換閥78的作動連動而被作動，且使電磁切換閥78於遮斷位置時以擋門84a封閉吸引管56的一端56a，電磁切換閥78於連通位置時，則使擋門84a從吸引路57退出以透過電磁切換閥78將吸引路57連接至吸引源80。
同樣地，擋門84b是隨電磁切換閥82的作動連動 而被作動，且使電磁切換閥82於遮斷位置時以擋門84b封閉吸引管56的另一端56b，電磁切換閥82切換至連通位置時，則使擋門84b從吸引路57退出以透過電磁切換閥82將吸引路57連接至吸引源80。吸引源80的吸引量可為例如約280公升/分。
聚光鏡70和窗玻璃72間之加工頭50的側壁上設有一對空氣供給口86a、86b，此等空氣供給口86a、86b可連接至提供壓縮空氣的空氣供給源88。
以下，針對使用構成為如上所述的雷射加工裝置2以沿著晶圓11的分割預定線13實施雷射加工的加工方法作說明。首先，以夾頭台20保持圖4所示之晶圓單元17，以實施以挾持器26挾持固定環狀框架F的保持步驟。
接著，將晶圓11移動到攝像單元54的正下方，用攝像單元54拍攝晶圓11的表面11a，實施使沿應當雷射加工的第1方向伸長的分割預定線13和雷射加工頭50排列在X軸方向上的校準。
透過此校準，將以夾頭台20保持的晶圓11的分割預定線13和包含集塵機構55的吸引路57中心的平面定位成平行(定位步驟)。
實施定位步驟後，如圖7所示，一邊使保持在夾頭台20的晶圓11朝著箭頭X1的方向進行加工傳送，一邊透過加工頭50的聚光鏡70沿著晶圓11的第1分割預定線13照射波長為例如355nm的雷射光束71，以從晶圓11的一端向另一端實施雷射加工(去程加工)。在該去程的雷射加工時，因 為是使晶圓11朝箭頭X1進行加工傳送，故加工進行方向變成箭頭X2方向。
在此，於去程的雷射加工時，將電磁切換閥78切換至連通位置，使吸引路57透過電磁切換閥78連接至吸引源80，並且還將電磁切換閥82切換至遮斷位置，進而以擋門84b封閉吸引管56的另一端56b。藉此，吸引路57變成透過吸引管56的一端56a連接至吸引源80。
此外，於此雷射加工時，如圖5所示，一邊從空氣供給源88如虛線所示地供給防止熔渣附著於窗玻璃72的防止熔渣附著空氣89，一邊實施雷射加工。來自空氣供給源88的空氣供給量為，例如約30公升/分。
從空氣供給源88透過空氣供給口86a、86b所提供的空氣是通過環狀安裝構件74的圓孔75及環狀安裝構件76的溝槽77，以如虛線89所示地流到加工頭50的內部再從加工頭50前端噴出。
以雷射光束71對晶圓11實施剝蝕(ablation)加工而沿分割預定線13形成雷射加工溝時，會在雷射加工點產生熔渣(粉塵)。
此熔渣是透過在集塵機構55的吸引管56所形成的通過孔61而被吸引至吸引路57內，並透過吸引管56的一端56a及電磁切換閥78吸引至吸引源80而除去(吸引步驟)。
在此雷射加工時，雖然未特別顯示於圖7，但如圖5所示，由於在加工頭50的下端部有防止熔渣附著空氣89流動，因此，可防止熔渣附著於窗玻璃72。
從晶圓11的一端到另一端之以圖6箭頭X2所示的去程方向之雷射加工結束時，分度切割鄰接於第1分割預定線13的第2分割預定線13，並實施圖6箭頭X1所示之從晶圓11的另一端往一端之方向的回程之雷射加工。
參照圖8說明此回程的雷射加工。回程的雷射加工是一邊使保持在夾頭台20的晶圓11朝箭頭X2方向加工傳送，一邊實施雷射加工。因此，加工進行方向變成X1方向。
於回程的雷射加工時，將電磁切換閥82切換至連通位置，使吸引路57透過吸引幫浦56的另一端56b及電磁切換閥82連接至吸引源80，並且使電磁切換閥78切換至遮斷位置，進而以擋門84a封閉吸引管56的一端56a。
在回程的雷射加工時於加工點產生的熔渣是透過吸引管56的通過孔61被吸收至吸引路57內，進而透過吸引管56的另一端56b及電磁切換閥82吸引至吸引源80而除去(吸引步驟)。
在此回程的雷射加工時，雖未特別圖示，但是從空氣供給源88透過空氣供給口86a、86b使壓縮空氣供給到加工頭50的內部，由於形成如以圖5之虛線所示之防止熔渣附著空氣89的流動，故可防止加工點所產生的熔渣附著於窗玻璃72。
如此，使用了本實施形態的雷射加工裝置之雷射加工方法，在去程的雷射加工時，是如圖7所示地，成為使對晶圓11進行雷射加工的箭頭X2所示之加工進行方向的後方側之吸引管56的一端56a連接至吸引源80，並且將另一端 56b以擋門84b封閉。
由於晶圓11是朝以箭頭X1所示的加工傳送方向移動，故加工進行方向的後方側相較於前方側，熔渣會變多。因此，藉由從成為箭頭X2所示的加工進行方向的後方側的吸引管56的一端56a側吸引熔渣，可以有效率地吸引熔渣。
另一方面，在圖8所示之回程的雷射加工時，成為使對晶圓11進行雷射加工的箭頭X1所示的加工進行方向的後方側之吸引管56的另一端56b連接到吸引源80，並且將另一端56a以擋門84a封閉。
由於晶圓11是朝以箭頭X2所示的加工傳送方向移動，故加工進行方向的後方側相較前方側，熔渣會變多。因此，藉由從成為箭頭X1所示之加工進行方向的後方側的吸引管56的另一端56b側吸引熔渣，可以有效率地吸引熔渣。
也就是說，在吸引步驟中，形成吸引路57的吸引管56的一端56a和另一端56b之中，使對晶圓11進行雷射加工的加工進行方向的後方側之端部連接至吸引源80，並且將另一方的端部以擋門84a或84b封閉。藉此，可有效率地對雷射加工時產生的熔渣進行集塵以使其從晶圓11上除去。
持續進行雷射加工時，會使熔渣堆積於吸引管56內。因此，宜於預定的時間點(例如已加工預定片數的晶圓11後)或較方便的時間，將吸引管56的前端部分浸漬於盒體 58中所儲存的洗淨水中，並使吸引管56的一端56a和另一端56b都連接至吸引源80，以吸取洗淨水而洗淨附著於吸引管56內的熔渣。
作為其他的實施形態，也可以做成於雷射加工時讓洗淨水流到吸引管56內，防止所吸引的熔渣堆積在吸引管56的內壁。
如上所述之實施形態的雷射加工方法，雖然是以對晶圓11實施剝蝕加工之例作說明，然而，雷射加工方法並不侷限於此，將對晶圓11有穿透性之波長(例如1064nm)的雷射光束的聚光點定位於晶圓11之內部，而進行在晶圓11內部形成改質層的SD(stealth dicing，隱形切割)加工時，由於從照射雷射光束的晶圓11之表面會產生一些熔渣，對此，本實施形態的集塵機構55也是有效的。
此外，上述之實施形態中，是針對將本發明的雷射加工方法應用在作為被加工物而於表面具有圖形(分割預定線13和裝置15)的半導體晶圓上之例作說明，然而，本發明的雷射加工方法不侷限在半導體晶圓11，也可同樣地適用在表面不具有圖形的平板狀被加工物上。
又，在上述的實施形態中，是針對將集塵機構55配置於加工頭50之例作說明，然而，集塵機構的配置並不受限於此，亦可將構成集塵機構的吸引管安裝在例如圖1所示之Y軸移動滑塊30上，並做成使吸引管的前端部分配置在加工頭50的前端部附近，以構成可實施熔渣之吸引。
50‧‧‧加工頭
55‧‧‧集塵機構
56‧‧‧吸引管
56a‧‧‧一端
56b‧‧‧另一端
57‧‧‧吸引路
59‧‧‧安裝部
61‧‧‧通過孔
70‧‧‧聚光鏡
72‧‧‧窗玻璃
74、76‧‧‧環狀安裝構件
75‧‧‧圓孔
77‧‧‧溝槽
78、82‧‧‧電磁切換閥
80‧‧‧吸引源
84a、84b‧‧‧閘門
86a、86b‧‧‧空氣供給口
88‧‧‧空氣供給源
89‧‧‧防止熔渣附著空氣

Claims (3)

  1. 一種雷射加工裝置，其特徵在於包含：保持機構，保持被加工物；雷射光束照射機構，包括雷射光束振盪機構，和具有使經該雷射光束振盪手段振盪的雷射光束聚光之聚光鏡的加工頭，而對保持於該保持機構的被加工物照射雷射光束；以及集塵機構，具有形成使經該聚光鏡聚光而聚光在被加工物上的雷射光束通過的通過孔且相對於該通過孔對稱地伸長之吸引路，和選擇性與該吸引路的一端和另一端當中加工進行方向之後方側之端連接的吸引源，並可對經由該聚光鏡聚光的雷射光束照射在被加工物上所產生的熔渣進行集塵。
  2. 如請求項1之雷射加工裝置，其中該集塵機構具備U形吸引管，該U形吸引管於下端部中央形成該通過孔，且於內部形成有該吸引路。
  3. 一種雷射加工方法，是利用如請求項1或2所記載的雷射加工裝置對已設定複數條加工預定線的被加工物實施雷射加工的雷射加工方法，其特徵在於包含：保持步驟，以前述保持機構保持被加工物；定位步驟，將以該保持機構保持的被加工物之該加工預定線和前述集塵機構的前述吸引路的伸長方向定位成平行； 雷射加工步驟，實施該定位步驟後，以該雷射光束照射機構沿著第1加工預定線，從被加工物的一端到另一端實施雷射加工，並接著以該雷射光束照射機構沿著鄰接於第1加工預定線的第2加工預定線從被加工物的該另一端到該一端實施雷射加工；以及吸引步驟，在該雷射加工步驟的實施過程中，使前述吸引源作動以將該雷射加工步驟產生的熔渣透過前述通過孔吸引至前述吸引路，而從被加工物上除去熔渣；該吸引步驟是在該吸引路之前述一端和前述另一端之中，使對被加工物進行雷射加工的加工進行方向的後方側之端連接於該吸引源且使另一端被封閉。
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