TWI661888B

TWI661888B - Laser processing device

Info

Publication number: TWI661888B
Application number: TW104131596A
Authority: TW
Inventors: 麥可卡德
Original assignee: 日商迪思科股份有限公司
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2015-09-24
Publication date: 2019-06-11
Also published as: JP2016087639A; KR20160052433A; JP6483404B2; CN105562934A; CN105562934B; TW201618878A; KR102338625B1

Abstract

本發明的課題為提供一種可抑制在加工點產生之碎屑附著於被加工物之表面的雷射加工裝置。作為解決手段，雷射加工裝置具備：工作夾台，保持被加工物；雷射光線照射機構，對被加工物照射雷射光線；及碎屑附著防止機構，防止於加工點產生之碎屑附著於被加工物上。碎屑附著防止機構具備：本體部，避開照射於被加工物之雷射光線而配設於加工點之附近；及流體供給流道，連接形成於本體部的下表面之開口及流體供給源。下表面會與工作夾台所保持之被加工物的表面保有些微間隙而大致平行地相面對。流體是從開口被供給至本體部的下表面與被加工物的表面之間的間隙。

Description

雷射加工裝置

發明領域

本發明是有關於一種雷射加工裝置。

發明背景

已知有一種加工方法，其是照射對半導體晶圓或光元件晶圓等板狀的被加工物而言具有吸收性之波長的雷射光線，而藉由燒蝕加工來形成雷射加工溝。可藉此雷射加工溝，使Low-k膜在不剝離下切斷，或是形成光元件晶圓之斷裂起點。

然而，因雷射光線之照射，會有被加工物熔融，產生被稱為碎屑之微細的粉塵，且碎屑飛散而附著在元件上之情形，因此，恐有造成元件機能降低之虞。於是，作為除去碎屑之對策，已提出的有一種具有粉塵排出機構之雷射加工裝置，該粉塵排出機構具有沿著例如聚光用對物透鏡之光軸噴出氣體之噴出口，且自噴出口之周圍吸引碎屑(例如，參見專利文獻1、2)。

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

專利文獻2：日本專利特開2011-121099號公報

發明之概要

然而，專利文獻1及專利文獻2中所記載之雷射加工裝置，並無法做到充分的碎屑之集塵，仍有碎屑附著在被加工物的表面之虞。

本發明是有鑑於上述事項而作成的，其目的在於提供一種可抑制在加工點產生之碎屑附著在被加工物的表面之雷射加工裝置。

為解決上述問題並達成目的，本發明的雷射加工裝置之特徵在於該雷射加工裝置具備：工作夾台，保持板狀之被加工物；雷射光線照射機構，對該工作夾台所保持之被加工物照射以聚光透鏡聚光之雷射光線來進行加工；及碎屑附著防止機構，防止因該雷射光線照射於被加工物而於加工點產生之碎屑附著於被加工物上，該碎屑附著防止機構具備：本體部，具有平坦之下表面，並避開照射於被加工物之該雷射光線而配設於該加工點之附近；及流體供給流道，連接形成於該本體部的下表面之開口、及流體供給源，且該本體部的下表面會與該工作夾台所保持之被加工物的表面保有些微間隙而大致平行地相面對，並將流體從該開口供給至該本體部的下表面與被加工物的表面之間的該間隙，以形成以高速流動於被加工物之表面的該流體之層。

又，在前述雷射加工裝置中，前述碎屑附著防止機構可以構成為：使該本體部之下表面圍繞供該雷射光線通過之貫通孔而延伸，且在包夾該貫通孔而與連接有該流體供給流道之該開口相對應的位置上具備吸引開口，該吸引開口是藉由吸引道而與吸引源連接，並從該吸引開口吸引自該開口供給且已通過該加工點上之該流體，以收集在該加工點產生之碎屑。

於是，在本案發明之雷射加工裝置中，由於具備在加工點附近從與被加工物保有些微間隙而平行地相面對之下表面供給流體的碎屑附著防止機構，因此可以達到下列效果：可以形成以高速流動於加工點附近之被加工物的表面上的流體之層，而可藉由流體之層抑制在加工點產生而飛散之碎屑附著於被加工物的表面之情形。

1‧‧‧雷射加工裝置

10‧‧‧工作夾台

10a‧‧‧保持面

11‧‧‧夾具部

2‧‧‧本體

20‧‧‧雷射光線照射機構

21‧‧‧殼體

22‧‧‧聚光透鏡

3‧‧‧柱部

30‧‧‧攝像機構

40‧‧‧X軸移動機構

50‧‧‧Y軸移動機構

60‧‧‧碎屑附著防止機構

61‧‧‧本體部

62‧‧‧流體供給部

63‧‧‧安裝構件

64‧‧‧下側構件

64a‧‧‧下表面

64b‧‧‧缺口

65‧‧‧連結構件

66‧‧‧開口

67‧‧‧流體供給流道

68‧‧‧流體供給源

69‧‧‧貫通孔

70‧‧‧流體吸引部

71‧‧‧吸引開口

72‧‧‧吸引道

73‧‧‧吸引源

C‧‧‧間隙

D‧‧‧元件

DR‧‧‧元件區域

F‧‧‧環狀框架

G‧‧‧碎屑

GR‧‧‧外周剩餘區域

L‧‧‧雷射光線

P‧‧‧加工點

R‧‧‧雷射加工溝

T‧‧‧黏著膠帶

W‧‧‧被加工物

WS‧‧‧表面

X、Y、Z‧‧‧方向

圖1是顯示實施形態1之雷射加工裝置的構成例之立體圖。

圖2是圖1所示之雷射加工裝置之主要部位的截面圖。

圖3是顯示圖1所示之雷射加工裝置的加工中的狀況之平面圖。

圖4是實施形態2之雷射加工裝置之主要部位的截面圖。

用以實施發明之形態

關於用以實施本發明之形態(實施形態)，將參照著圖式來詳細地說明。本發明並不因以下實施形態所記載之內容而受到限定。又，在以下所記載之構成要素中包含本發明所屬技術領域中具有通常知識者可輕易設想得到的、或是實質上是相同者。而且，以下所記載之構成均可適當組合。又，在不超出本發明之要旨的範圍內，可進行各種構成之省略、置換或變更。

[實施形態1]

根據圖式說明本發明之實施形態1之雷射加工裝置。圖1是顯示實施形態1之雷射加工裝置的構成例之立體圖。圖2是圖1所示之雷射加工裝置之主要部位的截面圖。圖3是顯示圖1所示之雷射加工裝置的加工中的狀況之平面圖。

實施形態1之雷射加工裝置1，是藉由使保持板狀的被加工物W之工作夾台10與雷射光線照射機構20相對移動，來對被加工物W施行燒蝕加工，而在被加工物W上形成雷射加工溝R(如圖3所示)之裝置。實施形態1之雷射加工裝置1是在被加工物W之外緣部形成雷射加工溝R之裝置。

在實施形態1中，被加工物W是受雷射加工裝置1加工之加工對象，且是以矽、藍寶石、鎵等為母材之圓板狀的半導體晶圓或光元件晶圓。被加工物W具有元件區域DR及外周剩餘區域GR，該元件區域DR是藉由積層於表面WS之Low-k膜，而在以形成為格子狀之複數條分割預定線所區劃出的區域中形成有元件D，該外周剩餘區域GR則包圍元件區域DR。再者，在圖1中之比一點鏈線還內側處是元件區域DR，還外側處是外周剩餘區域GR。在圖1中，為了方便，是以一點鏈線表示元件區域DR與外周剩餘區域GR之分界。

Low-k膜是將SiOF、BSG(SiOB)等無機物系之膜或聚醯亞胺系、聚對二甲苯系等聚合物膜之有機物系之膜積層於被加工物W之表面WS上而構成。被加工物W是藉由在形成有複數個元件D之表面WS之相反側的背面上貼附黏著膠帶T，且將黏著膠帶T之外緣貼附於環狀框架F，而被黏著膠帶T支撐於環狀框架F之開口處。

如圖1所示，雷射加工裝置1是包含下列而構成：保持板狀的被加工物W之工作夾台10、於工作夾台10所保持之被加工物W的表面WS形成雷射加工溝R的雷射光線照射機構20、對被加工物W之表面WS進行拍攝之攝像機構30、X軸移動機構40、Y軸移動機構50、碎屑附著防止機構60、及圖未示之控制機構。

工作夾台10是在保持面10a上載置加工前之被加工物W，以保持已透過黏著膠帶T被貼附於環狀框架F之開口處之被加工物W。工作夾台10是使構成保持面10a之部分為由多孔陶瓷等所形成之圓盤狀，且是藉由透過圖未示之真空吸引路徑與圖未示之真空吸引源連接，而吸引已載置於保持面10a上之被加工物W的方式來進行保持。再者，工作夾台10是藉由X軸移動機構40以在X軸方向上加工進給，且藉由旋轉驅動源(圖未示)繞中心軸線(與Z軸平行)旋轉，並且藉由Y軸移動機構50以在Y軸方向上分度進給。又，在工作夾台10之周圍設有複數個夾具部11，該等夾具部11是以空氣致動器驅動來夾持被加工物W周圍之環狀框架F。

雷射光線照射機構20是對工作夾台10所保持之被加工物W照射以聚光透鏡22(如圖2所示)聚光之雷射光線L(如圖2所示)以進行加工之機構。雷射光線照射機構20是照射對被加工物W而言具有被加工物W吸收性之波長(例如355nm)的雷射光線L，而對被加工物W施行燒蝕加工，以在被加工物W之表面WS形成雷射加工溝R。

如圖2所示，雷射光線照射機構20具備：受裝置本體2之柱部3所支持之殼體21、設於殼體21內之圖未示的雷射光線振盪部、及聚光透鏡22等。雷射光線振盪部是具備周知之雷射振盪器、1/2波長板、分光鏡、光束調整機構等而構成，並朝向聚光透鏡22振盪產生雷射光線L。

聚光透鏡22是面對工作夾台10之保持面10a而設於殼體21之前端部。聚光透鏡22將雷射光線L聚光至工作夾台10所保持之被加工物W之表面WS上。

攝像機構30是安裝於雷射光線照射機構20之殼體21，以拍攝應由雷射光線照射機構20進行雷射加工之加工區域。攝像機構30會將拍攝取得之圖像輸出至控制機構。

碎屑附著防止機構60是防止下列情形之機構：因為將雷射光線L照射到被加工物W上，而使在被加工物W之表面WS上於照射雷射光線L之加工點P(如圖2及圖3所示)產生之碎屑G(如圖2所示)附著於被加工物W之表面WS之特別是元件D上。如圖1及圖2所示，碎屑附著防止機構60是安裝於雷射光線照射機構20之殼體21之前端部。

如圖2所示，碎屑附著防止機構60具有本體部61及流體供給部62。本體部61具備有安裝構件63、下側構件64、及連結構件65，該安裝構件63是安裝於雷射光線照射機構20之殼體21的前端部，該下側構件64於Z軸方向上位於安裝構件63與工作夾台10所保持之被加工物W之表面WS之間，該連結構件65是連結安裝構件63與下側構件64。下側構件64具有面對工作夾台10所保持之被加工物W之表面WS，且形成為平坦之下表面64a。下表面64a為本體部61之下表面，且與工作夾台10所保持之被加工物W之表面WS保有些微間隙C(如圖2所示)，並與工作夾台10所保持之被加工物W之表面WS大致平行地相互面對。又，在實施形態1中，下表面64a與被加工物W之表面WS間的間隙C為約40μm左右，且在本發明中，只要是可以形成下列的流體之層者即可：可以藉由從後述之流體供給源68所供給之流體將於間隙C內之加工點P產生之碎屑G吹走，以抑制碎屑G附著於被加工物W之表面WS之情形；並以10μm~200μm左右為佳。

又，本體部61是使安裝構件63與下側構件64避開由雷射光線照射機構20照射至被加工物W之雷射光線L，而配設於加工點P之附近。再者，於實施形態1中，碎屑附著防止機構60是如圖3所示，藉由形成自下側構件64之外周面形成為凹陷而可以供雷射光線L通過之缺口64b，使本體部61之下側構件64避開由雷射光線照射機構20照射至被加工物W之雷射光線L，而配設在加工點P之附近。

流體供給部62是在本體部61的下表面64a與被加工物W的表面WS之間供給流體的供給部。如圖2所示，流體供給部62具有開口66及流體供給流道67，該開口66是貫通本體部61之下側構件64且形成於本體部61之下表面64a，該流體供給流道67是連通於開口66。開口66是以在其截面上使開口面積形成為固定且隨著朝向下側而逐漸靠近加工點P的形式相對於Z軸方向傾斜而形成。流體供給流道67是形成為管狀且連接開口66與流體供給源68之流道，並貫通安裝構件63而設置。流體供給流道67是用於將來自流體供給源68之流體引導至開口66之流道。再者，在實際形態1中，流體供給源68是以流量25~300l/min將作為流體之經加壓的空氣供應到開口66，且是將開口66形成為直徑3~30mm左右之大小。再者，流體供給源68之流量及開口66之面積，只要是足以將產生於加工點P之碎屑G吹走而可抑制碎屑G附著在被加工物W之表面WS的程度之流量、面積即可。

控制機構是分別控制構成雷射加工裝置1之上述之構成要素的機構。控制機構是令雷射加工裝置1進行對被加工物W之燒蝕加工動作的機構。再者，控制機構是以具有例如CPU等所構成之演算處理裝置或ROM、RAM等之圖未示之微處理器為主體而被構成，並與顯示加工動作之狀態之顯示機構、及操作員登記加工內容資訊等時所使用的操作機構相連接。

接著說明本實施形態之雷射加工裝置1之加工動作。首先，在操作員登記加工內容資訊、操作員將被加工物W載置於已離開雷射光線照射機構20之工作夾台10之保持面10a上、並出現加工動作之開始指示時，雷射加工裝置1即開始加工動作。在加工動作中，控制機構會將被加工物W吸引保持在工作夾台10之保持面10a上，並以夾具部11夾持環狀框架F。控制機構是藉由X軸移動機構40及Y軸移動機構50使工作夾台10朝向雷射光線照射機構20之下方移動，而將工作台10所保持之被加工物W定位至攝像機構30之下方，並令攝像機構30進行拍攝。攝像機構30會將所拍攝到的圖像之資訊輸出至控制機構。並且，控制機構會實施用於進行工作夾台10所保持之被加工物W之外緣部與雷射光線照射機構20之位置對準的型樣匹配(pattern matching)等的圖像處理，來調整工作夾台10所保持之被加工物W與雷射光線照射機構20之相對位置。此時，宜將被加工物W與雷射光線照射機構20之相對位置調整為使開口66比雷射光線照射機構20更靠近被加工物W之中央。

並且，控制機構將流體自流體供給源68經由開口66供給至本體部61的下表面64a與被加工物W的表面WS之間，於其等的間隙C內形成以高速流動的流體之層。然後，控制機構會一邊令X軸移動機構40、旋轉驅動源、Y軸移動機構50使被加工物W之外緣部與雷射光線照射機構20沿著被加工物W之外緣部相對地移動，一邊由雷射光線照射機構20朝向被加工物W之表面WS照射雷射光線L。如此進行，以在雷射加工裝置1中，將流體由開口66供給至本體部61的下表面64a與被加工物W的表面WS間之間隙C，形成以高速流動於被加工物W之表面WS的流體之層，而照射雷射光線L。再者，在本發明中，流體之層的流速只要是足以將產生於加工點P之碎屑G吹走而可以抑制碎屑G附著在被加工物W之表面WS之程度的流速即可。

然後，在由雷射光線照射機構20照射雷射光線L之加工點P上會進行燒蝕加工，且隨著被加工物W之移動而形成雷射加工溝R。又，在加工點P會產生碎屑G，而產生之碎屑G會如圖3所示，藉由自開口66流出之流體所形成之層而從加工點P被吹走，使其附著在被加工物W之表面WS之情形受到抑制。

當對被加工物W的外緣部之全周形成雷射加工溝R之後，控制機構就會停止來自雷射光線照射機構20之雷射光線L的照射，並在使工作夾台10移動至離開雷射光線照射機構20之位置後，解除工作夾台10之吸引保持及夾具部11之夾持。然後，操作員將外緣部之全周形成有雷射加工溝R之被加工物W從工作夾台10上取下，並且再次將雷射加工前之被加工物W載置於工作台夾10上，並重覆前述步驟，以於被加工物W上形成雷射加工溝R。

如上所述，依據實施形態1之雷射加工裝置1，具備在加工點P附近從與被加工物W保有些微間隙C且平行地相面對之下表面64a供給流體的碎屑附著防止機構60。因此，可在加工點P附近之加工物W之表面WS上形成高速地流動的流體之層，而可將在加工點P產生且飛散之碎屑G藉由流體之層吹走，而可以抑制其附著在被加工物W之表面WS之情形。又，在實施形態1中，宜調整被加工物W與雷射光線照射機構20之相對位置，以使開口66比雷射光線照射機構20更靠近被加工物W之中央，並由雷射光線照射機構20照射雷射光線L，而於被加工物W之外緣部形成雷射加工溝R。此時，產生於加工點P之碎屑G會被吹往外緣側而不會通過被加工物W之元件區域DR上，因此可更確實地抑制碎屑G附著在被加工物W的表面WS之情形。

[實施形態2]

根據圖式來說明本發明之實施形態2之雷射加工裝置。圖4是實施形態2之雷射加工裝置之主要部位的截面圖。再者，在圖4中，對與實施形態1相同之部分，會附加相同之符號而省略說明。

實施形態2之雷射加工裝置1，是在被加工物W之全部的分割預定線上都形成雷射加工溝R之裝置。如圖4所示，實施形態2之雷射加工裝置1之碎屑附著防止機構60於本體部61之安裝構件63之中央部安裝有雷射光線照射機構20之殼體21之前端部。碎屑附著防止機構60於下側構件64之中央部形成有供雷射光線照射機構20所照射之雷射光線L通過的貫通孔69。

碎屑附著防止機構60藉由在下側構件64設置貫通孔69，使本體部61避開照射至被加工物W之雷射光線L而配設在加工點P之附近。碎屑附著防止機構60之本體部61的下側構件64之下表面64a會圍繞供雷射光線L通過之貫通孔69，而延伸至比雷射光線照射機構20更遠離流體供給部62的開口66之側。再者，在實施形態2中，貫通孔69是以孔徑隨著靠近被加工物W之表面WS而逐漸變小的形式形成為錐狀截面。

又，實施形態2之雷射加工裝置1之碎屑附著防止機構60具備有流體吸引部70。流體吸引部70是將本體部61的下表面64a與被加工部W的表面WS之間的流體和碎屑G一起吸引的吸引部。如圖4所示，流體吸引部70具備貫通本體部61之下側構件64且形成於本體部61之下表面64a之吸引開口71、及連通於吸引開口71之吸引道72。

吸引開口71設置在包夾貫通孔69而與連接有流體供給流道67之開口66相對應的位置上。在實施形態2中，吸引開口71是設置在與開口66之間包夾著貫通孔69的位置上。吸引開口71是以在其截面上將開口面積形成為固定，且隨著朝向下側而逐漸靠近加工點P(也就是靠近開口66)之形式相對於Z軸方向傾斜而形成。吸引道72是形成為管狀且連接吸引開口71與吸引源73之通道，並貫通安裝構件63而設置。吸引道72是藉由吸引源73之吸引力而將本體部61的下表面64a與被加工部W的表面WS之間的流體引導至吸引源73用之通道。如此進行，使吸引開口71藉由吸引道72來與吸引源73連接。再者，在實施形態2中，吸引源73所造成之空氣的流量及吸引開口71之面積，只要是足以吸引產生於加工點P之碎屑G，而可抑制碎屑G附著在被加工物W之表面WS的程度之流量、面積即可。

實施形態2之雷射加工裝置1在加工動作上，是使控制機構根據攝像機構30拍攝到的圖像之資訊，實施用於進行工作夾台10所保持之被加工物W的分割預定線與雷射光線照射機構20之位置對準的型樣匹配等的圖像處理，來調整工作夾台10所保持之晶圓W與雷射光線照射機構20之相對位置。

然後，控制機構會將流體自流體供給源68通過開口66供給至本體部61的下表面64a與被加工物W的表面WS之間，並且以吸引源73將本體部61的下表面64a與被加工物W的表面WS之間的流體通過吸引開口71吸引至吸引源73。接著，控制機構會一邊藉由X軸移動機構40、旋轉驅動源、及Y軸移動機構50使工作夾台10與雷射光線照射機構20相對地移動，一邊由雷射光線照射機構20對元件區域DR內的全部的分割預定線照射雷射光線L。

然後，在由雷射光線照射機構20照射雷射光線L之加工點P上進行燒蝕加工，並隨著被加工物W之移動而形成雷射加工溝R。又，從吸引開口71吸引由開口66供給且已通過加工點P上之流體。又，在加工點P上會產生碎屑G，而產生之碎屑G會因為藉由自開口66供給且已通過加工點P上之流體所形成之層而從加工點P被吹走，並通過吸引開口 71而被吸引，以使附著在被加工物W的表面WS上之情形受到抑制。如此進行，實施形態2之雷射加工裝置1會收集在加工點P產生之碎屑G。

當對被加工物W的全部的分割預定線都形成雷射加工溝R之後，控制機構即停止來自雷射光線照射機構20之雷射光線L的照射，並在使工作夾台10移動至離開雷射光線照射機構20的位置後，解除工作台10之吸引保持及夾具部11之夾持。然後，操作員將已於全部之分割預定線上形成有雷射加工溝R之被加工物W從工作夾台10上取下，並且再次將雷射加工前之被加工物W載置於工作台10上，並重覆前述步驟，以於被加工物W上形成雷射加工溝R。

如上所述，依據實施形態2之雷射加工裝置1，除了實施形態1之效果外，還使連接於吸引源73之吸引開口71吸引已通過加工點P之含有碎屑G的流體。因此，雷射加工裝置1可快速地將於加工點P產生且飛散之碎屑G從加工點P吹走並吸引，而可確實地抑制碎屑G對被加工物W之表面WS的附著。又，進行吸引時也可以利用抽氣機只藉由供應空氣來使其產生吸引力。

又，本發明不受上述實施形態所限定。亦即，在不脫離本發明之要點之範圍內，可進行各種變形來實施。

Claims

一種雷射加工裝置，具備：工作夾台，保持板狀之被加工物；雷射光線照射機構，對該工作夾台所保持之被加工物照射以聚光透鏡聚光之雷射光線來進行加工；及碎屑附著防止機構，防止因將該雷射光線照射於被加工物而於加工點產生之碎屑附著於被加工物上，該碎屑附著防止機構具備：本體部，具有平坦之下表面，並避開照射於被加工物之該雷射光線而配設於該加工點之附近；及流體供給流道，連接形成於該本體部的下表面之開口、及流體供給源，且該本體部之下表面是與該工作台所保持之被加工物之表面保有些微間隙而大致平行地相面對，該開口與被加工物之表面相面對，並將流體從該開口供給至該本體部的下表面與被加工物的表面之間的該間隙，以形成以高速流動於被加工物之表面的該流體之層。
如請求項1之雷射加工裝置，其中前述碎屑附著防止機構是使該本體部之下表面圍繞供該雷射光線通過之貫通孔而延伸，且在包夾該貫通孔而與連接有該流體供給流道之該開口相對應之位置上具備吸引開口，該吸引開口是藉由吸引道而與吸引源連接，並從該吸引開口吸引自該開口供給且已通過該加工點上的該流體，以收集在該加工點產生之碎屑。