TWI655051B - Laser oscillation mechanism - Google Patents

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TWI655051B TW104131597A TW104131597A TWI655051B TW I655051 B TWI655051 B TW I655051B TW 104131597 A TW104131597 A TW 104131597A TW 104131597 A TW104131597 A TW 104131597A TW I655051 B TWI655051 B TW I655051B
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Abstract

本發明之課題是提供一種雷射振盪機構，其可在不使裝置大型化的情形下使用繞射光學元件(DOE)來將雷射光線振盪器所振盪產生之雷射光線分歧成複數個。解決手段是雷射振盪機構，其具備振盪產生雷射光線之雷射光線振盪器、及將雷射光線振盪器所振盪產生之雷射光線分歧的分歧組件，其中分歧組件是由將該雷射光線振盪器所振盪產生之雷射光線在有效區域分歧成複數個的繞射光學元件(DOE)、及將已藉由繞射光學元件(DOE)而分歧之雷射光線之中欲排除之雷射光線從該有效區域折射而排除的體積布拉格光柵(VBG)所構成。

Description

雷射振盪機構 發明領域
本發明是有關於一種裝備在對被加工物施以雷射加工之雷射加工裝置等上的雷射振盪機構。
發明背景
在半導體器件的製造步驟中，是在大致呈圓板狀的半導體晶圓的表面上藉由排列成格子狀之分割預定線劃分成複數個區域，並在此劃分的區域中形成IC、LSI等器件。並且，可藉由沿著分割預定線將半導體晶圓切斷而將形成有器件的區域分割以製造出一個個的半導體器件。
作為分割上述之晶圓的方法，正嘗試使用對於晶圓具有穿透性之波長的脈衝雷射光線，並將聚光點對準用來分割之區域的內部而照射脈衝雷射光線的雷射加工方法。使用此雷射加工方法的分割方法是以下的技術：從晶圓的一面側將聚光點對準內部來照射對於晶圓具有穿透性之波長的脈衝雷射光線，而在被加工物之內部沿著分割預定線連續地形成改質層，並沿著由於形成此改質層而使強度降低之分割預定線施加外力，藉以分割晶圓。
又，作為將晶圓沿分割預定線分割之方法，藉由 將對於晶圓具有吸收性之波長的脈衝雷射光線沿分割預定線照射以施行燒蝕加工來形成雷射加工溝，並藉由沿著形成有成為此破斷起點之雷射加工溝的分割預定線賦予外力而進行割斷之技術已被實用化。
施行上述之雷射加工的雷射加工裝置具備有保持被加工物之被加工物保持組件、對保持於該被加工物保持組件上之被加工物進行雷射加工的雷射光線照射組件、及使該被加工物保持組件與該雷射光線照射組件相對地移動之移動組件。為了使用這種雷射加工裝置來提升上述之雷射加工的加工效率，正在嘗試中的有將雷射光線分歧成複數個以形成複數個聚光點的方式(參照例如專利文獻1、專利文獻2)。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2006-95529號公報
專利文獻1：日本專利特開2008-290086號公報
發明概要
然而，當為了如上述專利文獻1及2中所揭示之雷射光線照射組件一般，使雷射光線振盪器所振盪產生之雷射光線分歧成複數個以形成複數個聚光點而採用分光鏡時，會有分歧成p偏光與s偏光且每1脈衝之功率密度減半並且偏光面相異，加工品質不穩定的問題。
又，當使用繞射光學元件(DOE)來使雷射光線分歧時，由於會維持每1脈衝之功率密度且不會分歧成p偏光與s偏光所以不會產生上述問題，然而由於繞射光學元件(DOE)之分歧角度小所以為了排除已通過繞射光學元件(DOE)之零階光，必須要在距離繞射光學元件(DOE)1~數m處的中央配置雷射光線吸收組件，而有裝置大型化之問題。
本發明是有鑑於上述事實而作成的發明，其主要技術課題為提供一種雷射振盪機構，其可在不使裝置大型化的情形下使用繞射光學元件(DOE)來將雷射光線振盪器所振盪產生之雷射光線分歧成複數個。
為了解決上述主要的技術課題，依據本發明所提供的雷射振盪機構，具備振盪產生雷射光線之雷射光線振盪器、及將該雷射光線振盪器所振盪產生之雷射光線分歧的分歧組件，該雷射振盪機構的特徵在於：該分歧組件是由下列所構成：將該雷射光線振盪器所振盪產生之雷射光線在有效區域分歧成複數個的繞射光學元件(DOE)、及將已藉由該繞射光學元件而分歧之雷射光線之中欲排除之雷射光線從該有效區域折射而排除的體積布拉格光柵(VBG)。
上記體積布拉格光柵(VBG)是使零階光折射而從該有效區域排除。
又，配置複數個上述體積布拉格光柵(VBG)，並使零階光、二階光折射而從該有效區域排除。
構成本發明之雷射振盪機構的分歧組件，由於是由將雷射光線振盪器所振盪產生之雷射光線在有效區域分歧成複數個的繞射光學元件(DOE)、及將已藉由該繞射光學元件(DOE)所分歧之雷射光線之中欲排除之雷射光線從該有效區域折射而排除的體積布拉格光柵(VBG)所構成，所以可以相鄰於繞射光學元件來配置體積布拉格光柵以將欲從有效區域排除之雷射光線確實地排除，並且可以避免裝置之大型化。
又，構成本發明之雷射振盪機構的分歧組件，由於使用繞射光學元件來分歧脈衝雷射光線，所以可維持每1脈衝之功率密度並且不會分歧成p偏光與s偏光，因此加工品質穩定。
2‧‧‧靜止基台
3‧‧‧工作夾台機構
31、322‧‧‧導軌
32‧‧‧第1滑塊
321、331‧‧‧被導引溝
33‧‧‧第2滑塊
34‧‧‧圓筒構件
35‧‧‧支撐台
36‧‧‧工作夾台
361‧‧‧吸附夾頭
362‧‧‧夾具
37‧‧‧X軸方向移動組件
371、381‧‧‧公螺桿
372、382‧‧‧脈衝馬達
373、383‧‧‧軸承塊
38‧‧‧Y軸方向移動組件
4‧‧‧雷射光線照射單元
41‧‧‧支撐構件
42‧‧‧套殼
5‧‧‧雷射光線照射組件
50、50a‧‧‧雷射振盪機構
51、51a‧‧‧脈衝雷射光線振盪器
52、52a‧‧‧分歧組件
521、521a‧‧‧繞射光學元件(DOE)
522‧‧‧體積布拉格光柵(VBG)
522a‧‧‧第1體積布拉格光柵
522b‧‧‧第2體積布拉格光柵
523、523a‧‧‧雷射光線吸收組件
55‧‧‧聚光器
551‧‧‧方向變換鏡
552‧‧‧聚光透鏡
6‧‧‧攝像組件
LB‧‧‧脈衝雷射光線
LB0‧‧‧零階光
LB1a、LB1b‧‧‧一階光
LB2a、LB2b‧‧‧二階光
θ‧‧‧分歧角度
W‧‧‧被加工物
Wa、Wb‧‧‧雷射加工溝
L‧‧‧預定之間隔
X、Y‧‧‧方向
圖1是裝備有依照本發明所構成之雷射振盪機構之雷射加工裝置的立體圖。
圖2是裝備有依照本發明所構成之雷射振盪機構之雷射光線照射組件的方塊構成圖。
圖3是顯示依照本發明所構成之雷射振盪機構之其他實施形態的方塊構成圖。
圖4是顯示已使用圖1所示之雷射加工裝置加工過的被加工物之加工狀態的說明圖。
用以實施發明之形態
以下，針對依本發明所構成之雷射振盪機構的理 想實施形態，參照所附圖式詳細地進行說明。
圖1中所示為裝備有依照本發明所構成之雷射振盪機構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、配置成可在該靜止基台2上於箭頭X所示之加工進給方向(X軸方向)上移動並保持被加工物的工作夾台機構3、以及配置在基台2上之作為雷射光線照射組件的雷射光線照射單元4。
上述工作夾台機構3具備有在靜止基台2上沿著X軸方向平行地配置的一對導軌31、31、在該導軌31、31上配置成可在X軸方向上移動之第1滑塊32、在該第1滑塊32上配置成可在與X軸方向直交之以箭頭Y所示之Y軸方向上移動的第2滑塊33、在該第2滑塊33上藉由圓筒構件34而受到支撐的支撐台35、以及作為被加工物保持組件的工作夾台36。此工作夾台36具備有由多孔性材料所形成之吸附夾頭361，並形成為可藉由圖未示之吸引組件將成為被加工物之例如圓形之半導體晶圓保持在成為吸附夾頭361的上表面之保持面上。如此構成的工作夾台36是藉由配置於圓筒構件34內的圖未示的脈衝馬達使其旋轉。再者，工作夾台36上配置有用於將透過保護膠帶支撐半導體晶圓等被加工物之環狀框架固定的夾具362。
上述第1滑塊32，於其下表面設有與上述一對導軌31、31嵌合的一對被導引溝321、321，並且於其上表面設有沿著Y軸方向平行地形成的一對導軌322、322。如此所構成的第1滑塊32是藉由將被導引溝321、321嵌合在一對導 軌31、31上，而構成為可沿一對導軌31、31在X軸方向上移動。圖示之實施形態中的工作夾台機構3，具備有用於使第1滑塊32沿一對導軌31、31在X軸方向上移動的X軸方向移動組件37。X軸方向移動組件37包含有在上述一對導軌31和31之間平行地配置的公螺桿371、和用於旋轉驅動該公螺桿371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上的軸承塊373支撐成旋轉自如，其另一端則受到上述脈衝馬達372之輸出軸傳動連結。再者，是將公螺桿371螺合在突出於第1滑塊32的中央部下表面而設置之圖未示的母螺塊上所形成之貫通螺孔中。因此，藉由以脈衝馬達372正轉以及逆轉驅動公螺桿371，就能使第1滑塊32沿導軌31、31在X軸方向上移動。
上述第2滑塊33，在其下表面設置有可與設置於上述第1滑塊32之上表面的一對導軌322、322嵌合的一對被導引溝331、331，並藉由將此被引導溝331、331嵌合於一對導軌322、322，而構成為可在Y軸方向上移動。圖示之實施形態中的工作夾台機構3具備有用於使第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Y軸方向移動組件38。Y軸方向進給組件38包含在上述一對導軌322和322之間平行地配置的公螺桿381、和用於旋轉驅動該公螺桿381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之上表面的軸承塊383支撐成旋轉自如，其另一端則受到上述脈衝馬達382之輸出軸傳動連結。再者，是將公螺桿381螺合在突出於第2滑塊33的 中央部下表面而設置之圖未示的母螺塊上所形成之貫通螺孔中。因此，藉由以脈衝馬達382正轉以及逆轉驅動公螺桿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具備有配置於上述基台2上的支撐構件41、被該支撐構件41所支撐且實質上水平延伸的套殼42、配置於該套殼42之雷射光線照射組件5、及配置於套殼42的前端部且可檢測用來雷射加工之加工區域的攝像組件6。再者，攝像組件6具備有照亮被加工物之照明組件、能補捉以該照明組件所照亮之區域的光學系統、及拍攝以該光學系統所捕捉到之影像的攝像元件(CCD)等。
參照圖2說明上述雷射光線照射組件5。
雷射光線照射組件5具備有雷射振盪機構50與聚光器55。雷射振盪機構50是由振盪產生脈衝雷射光線之脈衝雷射光線振盪器51、及將該脈衝雷射光線振盪器51所振盪產生之脈衝雷射光線分歧的分歧組件52所構成。脈衝雷射光線振盪器51在圖示之實施形態中會振盪產生例如對於由矽晶圓所構成之被加工物具有吸收性之波長(例如355nm)的脈衝雷射光線LB。
構成雷射光線照射組件5之分歧組件52，是由將脈衝雷射光線振盪器51所振盪產生之脈衝雷射光線LB在有效區域分歧成複數個的繞射光學元件(DOE)521、和將已藉由該繞射光學元件(DOE)521所分歧之脈衝雷射光線之中欲排除的脈衝雷射光線從該有效區域折射而排除之體積布拉 格光柵(VBG)522所構成。繞射光學元件(DOE)521，是如圖2所示地將脈衝雷射光線LB分歧成光軸上之零階光LB0、和相對於該零階光LB0呈等角度的一階光LB1a及一階光LB1b。再者，一階光LB1a與一階光LB1b兩者之間的分歧角度(θ)為0.1~0.2度。
構成分歧組件52之體積布拉格光柵(VBG)522，在圖示之實施形態中，是在已藉由繞射光學元件(DOE)521而分歧的零階光LB0、一階光LB1a與一階光LB1b之中，如虛線所示地使零階光LB0朝向配置於有效區域外之位置上的雷射光線吸收組件523折射。並且，體積布拉格光柵(VBG)522會將一階光LB1a與一階光LB1b導引至聚光器55。像這樣，由於是藉由體積布拉格光柵(VBG)522使欲排除之零階光LB0朝向設置於有效區域外之位置的雷射光線吸收組件523折射，所以能夠將體積布拉格光柵(VBG)522相鄰於繞射光學元件(DOE)521而配置，而能夠避免裝置之大型化。
聚光器55是由將藉由體積布拉格光柵(VBG)522所引導之一階光LB1a及一階光LB1b朝下方變換方向之方向變換鏡551、和將已藉由該方向變換鏡551變換過方向之一階光LB1a與一階光LB1b聚光而照射於被工作夾台36所保持之被加工物W上的聚光透鏡552所構成。藉由此聚光透鏡552所聚光之一階光LB1a及一階光LB1b，會如圖2所示地在Y軸方向上隔著預定之間隔(L)而被聚光。
如上述地將藉由聚光透鏡552所聚光之一階光 LB1a及一階光LB1b在Y軸方向上隔著預定之間隔(L)而照射於被加工物W上，並藉由使工作夾台36在X軸方向上以預定之加工速度加工進給，以在被加工物W上如圖4所示地形成2條雷射加工溝槽Wa、Wb。再者，圖示之實施形態中的雷射振盪機構50之分歧組件52，由於使用繞射光學元件(DOE)521來分歧脈衝雷射光線，所以可維持每1脈衝之功率密度的並且不會分歧成p偏光與s偏光，因此加工品質穩定。
接著，針對本發明之雷射振盪機構的其他實施形態，參照圖3來進行說明。
圖3所示之雷射振盪機構50a是由振盪產生脈衝雷射光線之雷射光線振盪器51a、及將該雷射光線振盪器51a所振盪產生之脈衝雷射光線分歧的分歧組件52a所構成。脈衝雷射光線振盪器51a，宜與在上述圖2所示之脈衝雷射光線振盪器51為相同的裝置。
構成雷射光線照射組件5之分歧組件52a，是由將脈衝雷射光線振盪器51a所振盪產生之脈衝雷射光線LB在有效區域分歧成複數個的繞射光學元件(DOE)521a、和將已藉由該繞射光學元件(DOE)521a所分歧之脈衝雷射光線之中欲排除的脈衝雷射光線從該有效區域折射而排除的第1體積布拉格光柵(VBG)522a及第2體積布拉格光柵(VBG)522b所構成。繞射光學元件(DOE)521a，是如圖3所示地將脈衝雷射光線LB分歧成光軸上之零階光LB0、一階光LB1a及一階光LB1b、和二階光LB2a及二階光LB2b。
構成分歧組件52a之第1體積布拉格光柵(VBG)522a，在圖示之實施形態中，是在已藉由繞射光學元件(DOE)521a而分歧之零階光LB0、一階光LB1a及一階光LB1b、和二階光LB2a及二階光LB2b之中，使二階光LB2a及二階光LB2b如1點鏈線所示地朝向配置於有效區域外之位置上的雷射光線吸收組件523a及523a折射。並且，第1體積布拉格光柵(VBG)522a會將零階光LB0與一階光LB1a及一階光LB1b導向第2體積布拉格光柵(VBG)522b。
構成分歧組件52a之第2體積布拉格光柵(VBG)522b，在圖示之實施形態中，是在已藉由第1體積布拉格光柵(VBG)522a而分歧之零階光LB0、和一階光LB1a及一階光LB1b之中，使零階光LB0如虛線所示地朝向配置於有效區域外之位置上的雷射光線吸收組件523a折射。並且，第2體積布拉格光柵(VBG)522b會將一階光LB1a及一階光LB1b與上述圖2所示之雷射光線照射組件5同樣地引導到聚光器55。
如以上所述，由於是使欲藉由第1體積布拉格光柵(VBG)522a排除之二階光LB2a及二階光LB2b及欲藉由第2體積布拉格光柵(VBG)522b排除之零階光LB0分別朝向配置在有效區域外之位置上的雷射光線吸收組件523a折射，所以可將第1體積布拉格光柵(VBG)522a及第2體積布拉格光柵(VBG)522b相鄰於繞射光學元件(DOE)521a而配置，而能夠避免裝置之大型化。
以上，雖然根據圖示之實施形態說明了本發明， 但本發明並非僅受限於實施形態者，也可按照本發明之要旨進行各種變形。例如，在上述之實施形態中，雖然顯示了將本發明之雷射振盪機構裝備於雷射加工裝置上而照射對被加工物具有吸收性之波長的脈衝雷射光線以形成2條雷射加工溝之例，但也能夠藉由將對被加工物具有穿透性之波長的脈衝雷射光線的聚光點定位在被加工物之內部來照射以在被加工物之內部形成2條改質層。
又，本發明之雷射振盪機構，能夠適用於雷射加工裝置以外之雷射機器。

Claims (3)

  1. 一種雷射振盪機構，具備：振盪產生雷射光線之雷射光線振盪器、及將該雷射光線振盪器所振盪產生之雷射光線分歧的分歧組件，該雷射振盪機構的特徵在於；該分歧組件是由下列所構成：將該雷射光線振盪器所振盪產生之雷射光線在有效區域分歧成複數個的繞射光學元件(DOE)；以及使已藉由該繞射光學元件(DOE)而分歧之複數個雷射光線入射，且將該已入射之複數個雷射光線之中欲排除之零階光的雷射光線，從該有效區域折射而排除的體積布拉格光柵(VBG)。
  2. 如請求項1之雷射振盪機構，其中，該體積布拉格光柵(VBG)是使零階光折射而從該有效區域排除。
  3. 如請求項1之雷射振盪機構，其中，是配置複數個該體積布拉格光柵(VBG)，並使零階光、二階光折射而從該有效區域排除。
TW104131597A 2014-11-10 2015-09-24 Laser oscillation mechanism TWI655051B (zh)

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