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CN104972225A - 激光加工装置 - Google Patents

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CN104972225A
CN104972225A CN201510160741.0A CN201510160741A CN104972225A CN 104972225 A CN104972225 A CN 104972225A CN 201510160741 A CN201510160741 A CN 201510160741A CN 104972225 A CN104972225 A CN 104972225A
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CN
China
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laser
melt
laser beam
opening
suction
Prior art date
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Application number
CN201510160741.0A
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English (en)
Inventor
相川力
小川雄辉
松本浩一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Disco Corp
Original Assignee
Disco Corp
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Publication date
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Abstract

本发明提供激光加工装置。该激光加工装置具备用于保持被加工物的卡盘工作台、和向被保持于卡盘工作台上的被加工物照射激光光线的激光光线照射构件，该激光光线照射构件具备振荡出激光光线的激光光线振荡构件、和聚光器，该聚光器具有使从激光光线振荡构件振荡出的激光光线聚光的聚光透镜，激光加工装置具备熔化物处理构件，该熔化物处理构件具备：具有允许从聚光器照射的激光光线穿过的开口且从该开口朝向被加工物喷射高速气体的气体喷射部；和具有吸入口的熔化物吸入部，吸入口以围绕气体喷射部的开口的方式设置且吸入因从开口喷射的高速气体而飞散的熔化物，气体喷射部与高压气体供给构件连接，熔化物吸入部与熔化物吸入构件连接。

Description

激光加工装置
技术领域
本发明涉及对半导体晶片等被加工物实施激光加工的激光加工装置。
背景技术
在半导体器件制造工艺中，在大致圆板形状的半导体晶片的表面上利用以格子状排列的分割预定线来划分多个区域，且在该划分后的区域上形成IC、LSI等器件。而且，通过沿着分割预定线切断半导体晶片，对形成有器件的区域进行分割，来制造各个半导体器件。另外，在蓝宝石基板的表面上层叠有光电二极管等受光元件和激光二极管等发光元件等的光器件晶片也沿着分割预定线进行切断，由此分割成各个光电二极管、激光二极管等光器件，从而广泛地利用于电气设备中。
作为上述的沿着分割预定线对半导体晶片和光器件晶片等晶片进行分割的方法，提出了如下方法：沿着形成在晶片上的分割预定线照射对于晶片具有吸收性的波长的激光光线，来进行消融加工，由此，形成激光加工槽，且沿着该激光加工槽进行折断(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-272697号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，存在如下问题：在通过对作为被加工物的硅或蓝宝石等晶片进行烧蚀加工来形成激光加工槽时，硅或蓝宝石等熔化而产生熔化物(碎屑)，由于熔化物的填埋，因此即使沿着形成于晶片上的分割预定线照射激光光线，也无法形成所期望的深度的激光加工槽。
本发明正是鉴于上述事实而提出的，其主要的技术课题在于提供一种激光加工装置，该激光加工装置有效地处理因从聚光器对被加工物照射激光光线而产生的熔化物(碎屑)，能够形成所期望的深度的激光加工槽。
用于解决问题的手段
为了解决上述主要的技术课题，根据本发明，提供一种激光加工装置，其具备用于保持被加工物的卡盘工作台、以及向被保持于该卡盘工作台上的被加工物照射激光光线的激光光线照射构件，该激光光线照射构件具备振荡出激光光线的激光光线振荡构件、以及聚光器，该聚光器具有使从该激光光线振荡构件振荡出的激光光线聚光的聚光透镜，所述激光加工装置的特征在于，所述激光加工装置具备熔化物处理构件，该熔化物处理构件配设在该聚光器的激光光线照射方向下游侧，用于处理因激光加工而生成的熔化物，该熔化物处理构件具备：气体喷射部，该气体喷射部具有允许从该聚光器照射的激光光线穿过的开口，从该开口朝向被加工物喷射高速气体；以及熔化物吸入部，该熔化物吸入部具有吸入口，所述吸入口以围绕该气体喷射部的该开口的方式设置，且吸入因从该开口喷射的高速气体而飞散的熔化物，该气体喷射部与高压气体供给构件连接，该熔化物吸入部与熔化物吸入构件连接。
优选的是，上述高压气体供给构件以从该气体喷射部的该开口喷射的流量成为30升/分钟·mm2～200升/分钟·mm2的方式供给气体。
发明效果
根据本发明的激光加工装置，由于熔化物处理构件的气体喷射部与高压气体供给构件连接，熔化物吸入部与熔化物吸入构件连接，所以因向被加工物照射激光光线而产生的熔化物由于从气体喷射部的开口喷射的高速气体而从激光加工槽飞散去除。从而，能够利用持续地照射的脉冲激光光线进行激光加工而形成所期望的深度的激光加工槽。另外，由于从气体喷射部的开口喷射的高速气体而从激光加工槽被飞散的熔化物，从以围绕气体喷射部的开口的方式配设的熔化物吸入部的吸入口经过多个气体吸入通路而被吸入至熔化物吸入构件。从而，由于从气体喷射部的开口喷射的高速气体而从激光加工槽被飞散的熔化物不会附着于被加工物的表面上。
附图说明
图1是本发明的实施方式的激光加工装置的立体图。
图2是简略地示出图1所示的激光加工装置所具备的激光光线照射构件的结构的框图。
图3是图1所示的激光加工装置所具备的聚光器和熔化物处理构件的剖视图。
图4是作为被加工物的半导体晶片贴附于在环状框架上安装的切割带(dicingtape)的表面上的状态的立体图。
图5是通过图1所示的激光加工装置实施的激光加工槽形成工序的说明图。
图6是实施激光加工槽形成工序的状态下的熔化物处理构件的剖视图。
标号说明：
2：静止基座；
3：卡盘工作台机构；
36：卡盘工作台；
37：加工进给构件；
38：第1分度进给构件；
4：激光光线照射单元支承机构；
42：可动支承基座；
43：第2分度进给构件；
5：激光光线照射单元；
51：单元保持装置；
52：激光光线照射构件；
53：聚光器；
531：聚光器外罩；
532：方向变换镜；
533：聚光透镜；
6：摄像构件；
7：熔化物处理构件；
71：气体喷射部；
711：开口；
72：熔化物吸入部；
721：吸入口；
73：高压气体供给构件；
74：熔化物吸入构件；
10：半导体晶片。
具体实施方式
下面参照所附的附图，对按照本发明构成的激光加工装置的优选实施方式进行详细的说明。
在图1中示出了按照按照本发明构成的激光加工装置1的立体图。图1所示的激光加工装置1具备：静止基座2；保持被加工物的卡盘工作台机构3，其配设在该静止基座2上，且可在由箭头X所示的加工进给方向上移动；激光光线照射单元支承机构4，其配设在静止基座2上，且可在与由上述箭头X所示的方向正交的由箭头Y所示的分度进给方向上移动；以及激光光线照射单元5，其配设在该激光光线单元支承机构4上，且可在由箭头Z所示的方向上移动。
上述卡盘工作台机构3具备：一对导轨31、31，它们沿着由箭头X所示的加工进给方向，平行地配设在静止基座2上；第1滑动块32，其配设在该导轨31、31上，且可在由箭头X所示的加工进给方向上移动；第2滑动块33，其配设在该第1滑动块32上，且在由箭头Y所示的分度进给方向上移动；支承工作台35，其借助圆筒部件34被该第2滑动块33支承；以及作为被加工物保持构件的卡盘工作台36。该卡盘工作台36具备由多孔性材料形成的吸附卡盘361，在吸附卡盘361上由未图示的吸入构件来保持作为被加工物的例如圆盘状的半导体晶片。这样构成的卡盘工作台36通过在圆筒部件34内配设的未图示的脉冲电机进行旋转。在如上所述地构成的卡盘工作台36上配设有用于固定后面叙述的环状框架的夹紧装置362。
在上述第1滑动块32的下表面设置有与上述一对导轨31、31嵌合的一对导槽321、321，并且在上述第1滑动块32的上表面设置有沿着由箭头Y所示的分度进给方向，平行地形成的一对导轨322、322。这样构成的第1滑动块32被构成为通过使导槽321、321与一对导轨31、31嵌合，可沿着一对导轨31、31在由箭头X所示的加工进给方向上移动。在本实施方式中的卡盘工作台机构3具备用于使第1滑动块32沿着一对导轨31、31在由箭头X所示的加工进给方向上移动的加工进给构件37。加工进给构件37包括：在上述一对导轨31与31之间平行地配设的外螺纹杆(malescrew rod)371；以及用于旋转驱动该外螺纹杆371的脉冲电机372等驱动源。外螺纹杆371的一端旋转自如地被支撑于固定在上述静止基座2上的轴承块373，外螺纹杆371的另一端与上述脉冲电机372的输出轴进行传动连结。此外，外螺纹杆371螺合于在第1滑动块32的中央部下表面突出设置的未图示的内螺纹块上形成的贯通内螺纹孔。从而，通过由脉冲电机372对外螺纹杆371进行正转及反转驱动，使第1滑动块32沿着导轨31、31在由箭头X所示的加工进给方向上移动。
上述第2滑动块33被构成为：在其下表面设置有与在上述第1滑动块32的上表面设置的一对导轨322、322嵌合的一对导槽331、331，且使该导槽331、331与一对导轨322、322嵌合，由此可在由箭头Y所示的分度进给方向上移动。卡盘工作台机构3具备第1分度进给构件38，第1分度进给构件38用于使第2滑动块33沿着设置于第1滑动块32的一对导轨322、322在由箭头Y所示的分度进给方向上移动。第1分度进给构件38包括在上述一对导轨322与322之间平行地配设的内螺纹杆381、以及用于旋转驱动该内螺纹杆381的脉冲电机382等驱动源。内螺纹杆381的一端旋转自如地被支撑于在上述第1滑动块32的上表面固定的轴承块383，内螺纹杆381的另一端与上述脉冲电机382的输出轴传动连结。此外，内螺纹杆381螺合于在第2滑动块33的中央部下表面突出地设置的未图示的内螺纹块上形成的贯通内螺纹孔。从而，通过由脉冲电机382对内螺纹杆381进行正转及反转驱动，使第2滑动块33沿着导轨322、322在由箭头Y所示的分度进给方向上移动。
上述激光光线照射单元支承机构4具备：一对导轨41、41，它们沿着由箭头Y所示的分度进给方向平行地配设在静止基座2上；以及可动支承基座42，其配设在该导轨41、41上，且可在由箭头Y所示的方向上移动。该可动支承基座42由在导轨41、41上以可移动的方式配设的移动支承部421、以及安装于该移动支承部421的安装部422构成。在安装部422的一个侧面上平行地设置有沿着由箭头Z所示的方向延伸的一对导轨423、423。激光光线照射单元支承机构4具备第2分度进给构件43，第2分度进给构件43用于使可动支承基座42沿着一对导轨41、41在由箭头Y所示的分度进给方向上移动。第2分度进给构件43包括在上述一对导轨41、41之间平行地配设的螺纹杆431、以及用于旋转驱动该螺纹杆431的脉冲电机432等驱动源。螺纹杆431的一端旋转自如地被支撑于在上述静止基座2上固定的未图示的轴承块，螺纹杆431的另一端与上述脉冲电机432的输出轴传动连结。此外，螺纹杆431螺合于在构成可动支承基座42的移动支承部421的中央部下表面突出设置的未图示的内螺纹块上形成的内螺纹孔。因此，通过由脉冲电机432对螺纹杆431进行正转及反转驱动，使可动支承基座42沿着导轨41、41在由箭头Y所示的分度进给方向上移动。
本实施方式中的激光光线照射单元5具备：单元保持装置51；以及安装于该单元保持装置(unit holder)51上的激光光线照射构件52。单元保持装置51设置有以可滑动的方式与设置于上述安装部422上的一对导轨423、423嵌合的一对导槽511、511，通过使该导槽511、511与上述导轨423、423嵌合，以可在由箭头Z所示的聚光点位置调整方向上移动的方式被支承。
激光光线照射构件52具备被固定在上述单元保持装置51且实质上水平地延伸的圆筒形状的壳体521。另外，如图2所示，激光光线照射构件52包括：脉冲激光光线振荡构件522，其配设于壳体521内且振荡出脉冲激光光线；输出调整构件523，其调整由该脉冲激光光线振荡构件522振荡出的脉冲激光光线的输出；以及聚光器53，其配设于壳体521的末端且向被保持于上述卡盘工作台36上的被加工物照射由脉冲激光光线振荡构件522振荡出的脉冲激光光线。上述脉冲激光光线振荡构件522包括：脉冲激光光线振荡器522a，其由YAG激光振荡器或YVO4激光振荡器构成；以及重复频率设定构件522b，其附设于脉冲激光光线振荡器522a。如图1所示，聚光器53安装于壳体521的前端。关于该聚光器53，将会在后面详细地进行说明。
参照图1继续进行说明，在构成激光光线照射构件52的壳体521的末端部配设有摄像构件6，摄像构件6利用上述激光光线照射构件52对要进行激光加工的加工区域进行摄像。该摄像构件6由摄像元件(CCD)等构成，将所摄像的图像信号发给未图示的控制构件。此外，在聚光器53的下端部配设有熔化物处理构件7，熔化物处理构件7用于处理因从聚光器53向被加工物照射激光光线而生成的熔化物。关于该熔化物处理构件7，将会在后面详细地进行说明。
激光光线照射单元5具备用于使单元保持装置51沿着一对导轨423、423在由箭头Z所示的方向上移动的移动构件54。移动构件54包括在一对导轨423、423之间配设的螺纹杆(未图示)、以及用于旋转驱动该螺纹杆的脉冲电机542等驱动源，通过由脉冲电机542对未图示的螺纹杆进行正转及反转驱动，使单元保持装置51和激光光线照射构件52沿着导轨423、423在由箭头Z所示的方向上移动。此外，在图示的实施方式中，通过使脉冲电机542进行正转驱动，使得激光光线照射构件52向上方移动，通过使脉冲电机542进行反转驱动，使得激光光线照射构件52向下方移动。
接着，参照图3对上述聚光器53和熔化物处理构件7进行说明。
聚光器53具备上端闭塞的筒状的聚光器外罩531，在该聚光器外罩531的上部设置有使构成上述激光光线照射构件52的壳体521的前端部插入的开口531a。在聚光器外罩531内配设有：方向变换镜532，其将从上述脉冲激光光线振荡构件522振荡出的脉冲激光光线朝下方进行方向变换；以及聚光透镜533，其对由该方向变换镜532朝下方进行了方向变换的脉冲激光光线进行聚光而向被保持于卡盘工作台36上的被加工物W照射。
在构成上述的聚光器53的聚光器外罩531的下侧即激光光线照射方向下游侧配设有熔化物处理构件7，熔化物处理构件7用于处理因向被保持于卡盘工作台36上的被加工物W照射激光光线而产生的熔化物。该熔化物处理构件7具备：气体喷射部71，其具有允许经过聚光器53的聚光透镜533而照射来的激光光线穿过的开口711且从该开口711朝向被保持于卡盘工作台36上的被加工物W喷射高速气体；以及熔化物吸入部72，其具备以围绕该气体喷射部71的该开口711的方式设置的吸入口721。
关于构成熔化物处理构件7的气体喷射部71，在聚光器外罩531的下表面与开口711之间设置有气体室712，该气体室712经由多个气体导入口713与高压气体供给构件73连接。此外，构成气体喷射部71的开口711的直径(d1)优选设定为φ0.5～3mm，在本实施方式中设定为φ1mm。另外，在本实施方式中，高压气体供给构件73由空气供给构件构成，且被设定为使从开口711喷射的空气设定为30～200升/(分钟·mm2)。
在构成熔化物处理构件7的熔化物吸入部72上设置有与上述吸入口721连通的多个气体吸入通路722，该多个气体吸入通路722与熔化物吸入构件74连接。此外，构成熔化物吸入部72的吸入口721的直径(d2)优选设定为φ5～50mm，在本实施方式中设定为φ5mm。另外，在图示的实施方式中，熔化物吸入构件74由空气供给构件构成，且被设定为使从吸入口721吸入的空气为30～200升/(分钟·mm2)。
熔化物处理构件7如上所述那样构成，当激光光线照射构件52进行工作而对被保持于卡盘工作台36上的被加工物W实施激光加工的时候，在从上述开口711和吸入口721的下端到被加工物W的上表面之间的间隔(S)为0.5～3mm的范围内实施激光加工。
本实施方式中的激光加工装置1是如上所述那样构成的，下面对其作用进行说明。
在图4中示出了由上述的激光加工装置加工的作为被加工物的半导体晶片10贴附于在环状框架F安装的切割带T的表面上的状态的立体图。在半导体晶片10的表面10a上形成有格子状的分割预定线101，在由格子状的分割预定线101划分的多个区域上形成有IC、LSI等器件102。当在这样构成的半导体晶片10上沿着分割预定线101形成激光加工槽时，在图1所示的激光加工装置的卡盘工作台36上载置半导体晶片10的切割带T侧。而且，通过使未图示的吸入构件进行工作，半导体晶片10隔着切割带T被吸附保持在卡盘工作台36上(晶片保持工序)。此外，半导体晶片10隔着切割带T而使环状框架F借助配设于卡盘工作台36上的夹紧装置362得以固定。
实施了上述的晶片保持工序之后，使加工进给构件37进行工作而将吸附保持了半导体晶片10的卡盘工作台36定位于摄像构件6的正下方。如果卡盘工作台36定位于摄像构件6的正下方，则由摄像构件6和未图示的控制构件执行对要激光加工的半导体晶片10的加工区域进行检测的校准作业。即，摄像构件6和未图示的控制构件执行图案匹配等图像处理，来完成激光光线照射位置的校准，所述图案匹配用于进行与激光光线照射构件52的聚光器53的位置对准，激光光线照射构件52的聚光器53沿着在半导体晶片10的规定方向上形成的分割预定线101照射激光光线。另外，对于形成于半导体晶片10的在与规定方向正交的方向上形成的分割预定线101，同样完成激光光线照射位置的校准。
通过如上所述的方式，检测在被保持于卡盘工作台36上的半导体晶片10上形成的分割预定线、且进行激光光线照射位置的校准之后，如图5(a)所示，使卡盘工作台36移动至激光光线照射构件52的聚光器53所在的激光光线照射区域，且将规定的分割预定线的一端(图5(a)中左端)定位于聚光器53的正下方。而且，使从聚光器53照射的脉冲激光光线的聚光点P对准于半导体晶片10的表面(上表面)附近。接着，从激光光线照射构件52的聚光器53向半导体晶片照射具有吸收性的波长的脉冲激光光线并且使卡盘工作台36在图5(a)中的由箭头X1所示的方向上以规定的加工进给速度进行移动。而且，在分割预定线101的另一端(图5(b)中右端)到达聚光器53的正下方位置时，停止照射脉冲激光光线并且停止卡盘工作台36的移动。其结果是，如图5(b)和图5(c)所示，在半导体晶片10上沿着分割预定线101形成有激光加工槽110(激光加工槽形成工序)。
此外，上述激光加工槽形成工序例如在下面的加工条件下进行。
<加工条件：1>
激光光线的光源  ：YVO4激光或YAG激光
波长            ：355nm
重复频率        ：800kHz
平均输出        ：8W
聚光光斑直径    ：
加工进给速度    ：400mm/秒
<加工条件：2>
激光光线的光源  ：CO2激光
重复频率        ：20kHz
平均输出        ：20W
聚光光斑直径    ：
加工进给速度    ：600mm/秒
在上述的激光加工槽形成工序中，从聚光器53向半导体晶片10的表面照射脉冲激光光线，从而半导体晶片被熔化而产生碎屑等熔化物。然而，在上述的实施方式中具备上述的熔化物处理构件7，因此如图6所示那样因向半导体晶片10照射脉冲激光光线而产生的熔化物120由于从气体喷射部71的开口711喷射的高速气体(空气)而从激光加工槽110飞散去除，因此能够利用持续地照射的脉冲激光光线来进行激光加工槽110的形成，进而形成期望深度的激光加工槽110。此外，由于从气体喷射部71的开口711喷射的高速气体(空气)而从激光加工槽110飞散的熔化物120，从以围绕气体喷射部71的开口711的方式配设的熔化物吸入部72的吸入口721经过多个气体吸入通路722被吸入至熔化物吸入构件74。从而，由于从气体喷射部71的开口711喷射的高速气体(空气)而从激光加工槽110飞散的熔化物120不会附着于半导体晶片10的表面上。

Claims (2)

1.一种激光加工装置，其具备用于保持被加工物的卡盘工作台、以及向被保持于该卡盘工作台上的被加工物照射激光光线的激光光线照射构件，该激光光线照射构件具备：振荡出激光光线的激光光线振荡构件、以及聚光器，该聚光器具有使从该激光光线振荡构件振荡出的激光光线聚光的聚光透镜，所述激光加工装置的特征在于，
所述激光加工装置具备熔化物处理构件，该熔化物处理构件配设在该聚光器的激光光线照射方向下游侧，用于处理因激光加工而生成的熔化物，
该熔化物处理构件具备：气体喷射部，该气体喷射部具有允许从该聚光器照射的激光光线穿过的开口，从该开口朝向被加工物喷射高速气体；以及熔化物吸入部，该熔化物吸入部具有吸入口，所述吸入口以围绕该气体喷射部的该开口的方式设置，且吸入因从该开口喷射的高速气体而飞散的熔化物，该气体喷射部与高压气体供给构件连接，该熔化物吸入部与熔化物吸入构件连接。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，
该高压气体供给构件以从该气体喷射部的该开口喷射的流量成为30升/分钟·mm2～200升/分钟·mm2的方式供给气体。
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