激光加工装置和通孔的形成方法与流程

本发明涉及激光加工装置和通孔的形成方法。

背景技术：

在半导体制造处理中，进行照射激光光线而形成通孔的加工。为了高速地形成多个通孔，一边使用恒流扫描仪(galvano scanner)或声光元件(AOD)等而使激光光线的朝向高速地偏转一边进行开孔(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2008-119741号公报

在专利文献1中记载了用于在晶片中生产性良好地形成多个通孔的方法。这里，通常希望通孔是侧壁与底面垂直的形状，但作为按照专利文献1所示的以往的方法而形成的通孔，由于激光光线的入射角度相对于所形成的一个通孔是恒定的，因此侧壁与底面所呈的角不是直角，而是形成为锥形形状，有可能无法形成为期望的形状。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供能够将被加工物加工成期望的形状的激光加工装置、以及能够将通孔的形状加工成期望的形状的通孔的形成方法。

根据本发明，提供一种激光加工装置，其对被加工物进行开孔，其中，该激光加工装置具有：卡盘工作台，其对被加工物进行保持；激光光线照射构件，其照射激光光线；以及控制部，其对该激光加工装置进行控制，该激光光线照射构件包含：激光光线振荡构件，其振荡出激光光线；聚光透镜，其对从该激光光线振荡构件振荡出的激光光线进行会聚而对保持在该卡盘工作台上的被加工物进行照射；第1光路变更构件，其配设于从该激光光线振荡构件振荡出的激光光线的行进方向下游，具有使激光光线的光路相对于该聚光透镜的光轴变更的一对第1轴共振扫描器；以及第2光路变更构件，其配设在该第1光路变更构件与该聚光透镜之间，具有使激光光线的光路相对于该聚光透镜的光轴变更的一对第2轴共振扫描器。

优选该一对第1轴共振扫描器和一对第2轴共振扫描器在分别成对形成的共振扫描器中以相同相位进行激振。

在本发明的通孔的形成方法中，包含如下的工序：从激光光线振荡构件振荡出激光光线；将振荡出的激光光线引导到一对第1轴共振扫描器，使激光光线的光路相对于聚光透镜的光轴在第1轴方向上变更；将通过了该一对第1轴共振扫描器的激光光线引导到一对第2轴共振扫描器，使激光光线的光路在与该第1轴垂直的第2轴方向上变更；以及对由卡盘工作台保持的被加工物照射光路在第1轴方向和第2轴方向上变更的激光光线。

优选在所述的通孔的形成方法中，将该第1轴共振扫描器与该第2轴共振扫描器固定为90°的相位差而进行激振，形成通孔。

优选在所述的通孔的形成方法中，该一对第1轴共振扫描器和一对第2轴共振扫描器在分别成对形成的共振扫描器中以相同相位进行激振。

根据本发明的激光加工装置和通孔的形成方法，能够进行能够将被加工物加工成期望的形状的激光加工。

附图说明

图1是示出实施方式的激光加工装置的结构例的立体图。

图2是示出图1所示的激光加工装置的加工对象的晶片等的立体图。

图3是示出图1所示的激光加工装置的激光光线照射构件的结构例的图。

图4是示意性地示出图3所示的激光光线照射构件的第1光路变更构件的结构例的图。

图5的(a)是示出图3所示的激光光线照射构件的第1光路变更构件的一方的第1轴共振扫描器的反射镜的旋转角度的变化的图，图5的(b)是示出图3所示的激光光线照射构件的第1光路变更构件的另一方的第1轴共振扫描器的反射镜的旋转角度的变化的图，图5的(c)是示出图3所示的激光光线照射构件的第2光路变更构件的一方的第2轴共振扫描器的反射镜的旋转角度的变化的图，图5的(d)是示出图3所示的激光光线照射构件的第2光路变更构件的另一方的第2轴共振扫描器的反射镜的旋转角度的变化的图。

图6是示出在图3所示的激光光线照射构件的第2光路变更构件的第2扫描器中 射出的激光光线对被加工物进行开孔的状态的剖视图。

图7是示出通过实施方式的通孔的形成方法形成了通孔的晶片的俯视图。

图8是放大地示出图7中的VIII部的俯视图。

标号说明

1：激光加工装置；10：卡盘工作台(被加工物保持构件)；20：激光光线照射构件；22：激光振荡器(激光光线振荡构件)；23：聚光透镜；60：第1光路变更构件；61、61a、61b：第1轴共振扫描器；70：第2光路变更构件；71、71a、71b：第2轴共振扫描器；W：晶片(被加工物)；L：激光光线；L_AX：光路；P：光轴。

具体实施方式

关于用于实施本发明的方式(实施方式)，一边参照附图一边详细地进行说明。本发明不限于以下的实施方式中记载的内容。并且，以下记载的结构要素包含本领域技术人员能够容易地得出的实质上相同的要素。此外，以下记载的结构可以适当组合。并且，在不脱离本发明的要旨的范围中可以进行结构的各种省略、替换或者变更。

根据附图对本发明的实施方式的激光加工装置和通孔的形成方法进行说明。图1是示出实施方式的激光加工装置的结构例的立体图。图2是示出图1所示的激光加工装置的加工对象的晶片等的立体图。图3是示出图1所示的激光加工装置的激光光线照射构件的结构例的图。图4是示意性示出图3所示的激光光线照射构件的第1光路变更构件的结构例的图。图5的(a)是示出图3所示的激光光线照射构件的第1光路变更构件的一方的第1轴共振扫描器的反射镜的旋转角度的变化的图，图5的(b)是示出图3所示的激光光线照射构件的第1光路变更构件的另一方的第1轴共振扫描器的反射镜的旋转角度的变化的图，图5的(c)是示出图3所示的激光光线照射构件的第2光路变更构件的一方的第2轴共振扫描器的反射镜的旋转角度的变化的图，图5的(d)是示出图3所示的激光光线照射构件的第2光路变更构件的另一方的第2轴共振扫描器的反射镜的旋转角度的变化的图。图6是示出在图3所示的激光光线照射构件的第2光路变更构件的第2扫描器中射出的激光光线对被加工物进行开孔的状态的剖视图。图7是示出通过实施方式的通孔的形成方法形成了通孔的晶片的俯视图。图8是放大地示出图7中的VIII部的俯视图。

实施方式的通孔的形成方法是通过图1所示的激光加工装置1来实施的方法(即， 使用激光加工装置1的方法)。激光加工装置1是对作为被加工物的晶片W进行开孔的装置。

如图2和图7所示，利用激光加工装置1进行开孔的晶片W在实施方式中是将硅、蓝宝石、镓等作为母材的圆板状的半导体晶片或光器件晶片。晶片W中，在由呈格子状形成在正面WS上的多条分割预定线S划分出的区域中形成有器件D。通过沿着分割预定线S将晶片W切断，而对形成有器件D的区域进行分割，从而制造成一个个的半导体芯片。晶片W中，在形成有多个器件D的正面WS上粘接有粘合带T，将粘合带T的外缘粘接于环状框架F，从而利用粘合带T将晶片W支承于环状框架F的开口。对晶片W形成通孔VH(图8所示)，该通孔VH是从正面WS的背侧的背面WR侧到达器件D的焊盘PD(图6所示)的孔。

激光加工装置1形成通孔VH，该通孔VH从晶片W的正面WS的形成有焊盘PD的位置的背面WR到达焊盘PD。如图1所示，激光加工装置1至少具有：卡盘工作台10(相当于被加工物保持构件)，其对晶片W进行保持；激光光线照射构件20，其为了形成通孔VH而从保持于卡盘工作台10的晶片W的背面WR照射激光光线L(图3所示)；X轴移动构件40；Y轴移动构件50；以及控制部100。

卡盘工作台10将加工前的晶片W载置在保持面10a上，对隔着粘合带T粘接于环状框架F的开口的晶片W进行保持。卡盘工作台10中，构成保持面10a的部分是由多孔陶瓷等形成的圆盘形状，经由未图示的真空吸引路径而与未图示的真空吸引源连接，隔着粘合带T对载置于保持面10a的晶片W进行吸引而进行保持。另外，卡盘工作台10通过X轴移动构件40在X轴方向上进行加工进给，并且通过旋转驱动源(未图示)绕中心轴线(与Z轴平行)旋转，并且通过Y轴移动构件50在Y轴方向上进行分度进给。并且，在卡盘工作台10的周围设置有多个夹持部11，该夹持部11由空气致动器驱动而对晶片W的周围的环状框架F进行夹持。

激光光线照射构件20对保持于卡盘工作台10的晶片W照射对于晶片W具有吸收性的波长(例如，355nm)的激光光线L，从晶片W的背面WR侧形成通孔VH。即，激光光线照射构件20对晶片W的背面WR侧照射具有吸收性的波长的激光光线L，而对晶片W实施烧蚀加工。

如图1和图3所示，激光光线照射构件20具有：支承于装置主体2的柱部3的外壳21、激光振荡器22(相当于激光光线振荡构件)、聚光透镜23、第1光路变更 构件60、第2光路变更构件70、以及反射镜24。

激光振荡器22振荡出对于晶片W具有吸收性的波长的激光光线L。聚光透镜23与卡盘工作台10的保持面10a相对地设置于外壳21的前端部。聚光透镜23对从激光振荡器22振荡出的激光光线L进行会聚而会聚到保持于卡盘工作台10的晶片W。作为聚光透镜23优选使用F-θ透镜、更优选为远心(Telecentric)F-θ透镜。在本实施方式中，在激光加工装置1中，作为聚光透镜23使用远心F-θ透镜。

如图3所示，第1光路变更构件60配设于激光振荡器22的激光光线L的行进方向下游，具有一对第1轴共振扫描器61，该一对第1轴共振扫描器61使激光光线L的光路L_AX相对于聚光透镜23的光轴P(图3所示)与Y轴方向(相当于第1轴方向)平行地变更。第1光路变更构件60使激光振荡器22的激光光线L的光路L_AX在Y轴方向(相当于第1轴方向)上往复振动。一对第1轴共振扫描器61在Y轴方向上隔着间隔地配置。第1轴共振扫描器61具有：平板状的反射镜62，其被设置为绕与X轴方向平行的轴心Qx旋转自如；以及扫射部63，其通过共振运动而使反射镜62绕轴心Qx旋转。

由激光振荡器22振荡出的激光光线L借助配设在激光振荡器22与第1光路变更构件60之间的反射镜24而入射至一方的第1轴共振扫描器61a(以下，由标号61a表示)的反射镜62。一方的第1轴共振扫描器61a的反射镜62将激光光线L朝向另一方的第1轴共振扫描器61b(以下，由标号61b表示)反射。另一方的第1轴共振扫描器61b的反射镜62将激光光线L朝向第2光路变更构件70反射。

如图5的(a)所示，作为一方的第1轴共振扫描器61a的反射镜62，将使反射镜62旋转的角度设为零以便将激光光线L与Y轴方向平行地朝向另一方的第1轴共振扫描器61b的反射镜62反射，借助扫射部63而旋转以使得伴随着时间经过使绕轴心Qx的角度形成正弦曲线。如图5的(b)所示，作为另一方的第1轴共振扫描器61b的反射镜62，将使反射镜62旋转的角度设为零以便将与Y轴方向平行的激光光线L与Z轴方向平行地朝向第2光路变更构件70反射，借助扫射部63而旋转以使得伴随着时间经过使绕轴心Qx的角度形成正弦曲线。即，在角度为零的朝向上，反射镜62的反射面与Y轴方向所呈的角度θ(图4所示)为45度。并且，一方的第1轴共振扫描器61a的反射镜62与另一方的第1轴共振扫描器61b的反射镜62绕轴心Qx相互连动地向相同方向旋转。

具体而言，当一方的第1轴共振扫描器61a的反射镜62绕轴心Qx向箭头KX1(图4所示)方向旋转时，另一方的第1轴共振扫描器61b的反射镜62绕轴心Qx向箭头KX1(图4所示)方向旋转。当一方的第1轴共振扫描器61a的反射镜62绕轴心Qx向箭头KX1的反向的箭头KX2方向旋转时，另一方的第1轴共振扫描器61b的反射镜62绕轴心Qx向箭头KX1的反向的箭头KX2方向旋转。并且，一方的第1轴共振扫描器61a的反射镜62的最大振动角A与另一方的第1轴共振扫描器61b的反射镜62的最大振动角A相等，一方的第1轴共振扫描器61a的反射镜62的旋转频率与另一方的第1轴共振扫描器61b的反射镜62的旋转频率相等，反射镜62借助扫射部63而绕轴心Qx旋转。从一方的第1轴共振扫描器61a的反射镜62的角度为零的朝向开始的旋转与从另一方的第1轴共振扫描器61b的反射镜62的角度为零的朝向开始的旋转二者相位相等，反射镜62借助扫射部63而绕轴心Qx旋转。这样，一对第1共振扫描器61a、61b在成对形成的共振扫描器中以相同相位进行激振。

如图3所示，第2光路变更构件70配设在第1光路变更构件60与聚光透镜23之间，具有一对第2轴共振扫描器71，该一对第2轴共振扫描器71使激光光线L的光路L_AX相对于聚光透镜23的光轴P与X轴方向(相当于第2轴方向)平行地变更。如图3所示，第2光路变更构件70使激光振荡器22的激光光线L的光路L_AX在X轴方向(相当于第2轴方向)上往复振动。一对第2轴共振扫描器71在X轴方向上隔着间隔地配置。第2轴共振扫描器71具有：平板状的反射镜72，其被设置为绕与Y轴方向平行的轴心Qy旋转自如；以及扫射部73，其通过共振运动使反射镜72绕轴心Qy旋转。

对一方的第2轴共振扫描器71(以下，由标号71a表示)的反射镜72入射另一方的第1轴共振扫描器61b的反射镜62所反射的激光光线L。一方的第2轴共振扫描器71a的反射镜72将激光光线L朝向另一方的第2轴共振扫描器71(以下，由标号71b表示)反射。另一方的第2轴共振扫描器71b的反射镜72将激光光线L朝向聚光透镜23反射。

如图5的(c)所示，作为一方的第2轴共振扫描器71a的反射镜72，将使反射镜62旋转的角度设为零以便将与Z轴方向平行的激光光线L与X轴方向平行地朝向另一方的第2轴共振扫描器71b的反射镜72反射，借助扫射部73而旋转以使得伴随着时间经过使绕轴心Qy的角度形成正弦曲线。如图5的(d)所示，作为另一方的 第2轴共振扫描器71b的反射镜72，将使反射镜62旋转的角度设为零以便将与X轴方向平行的激光光线L与Z轴方向平行地朝向聚光透镜23反射，借助扫射部73而旋转以使得伴随着时间经过使绕轴心Qy的角度形成正弦曲线。即，在角度为零的朝向上，反射镜72的反射面与X轴方向所呈的角度为45度。并且，一方的第2轴共振扫描器71a的反射镜72与另一方的第2轴共振扫描器71b的反射镜72绕轴心Qy相互连动地向相同方向旋转。

具体而言，当一方的第2轴共振扫描器71a的反射镜72绕轴心Qy向箭头Ky1方向旋转时，另一方的第2轴共振扫描器71b的反射镜72绕轴心Qy向箭头Ky1方向旋转。当一方的第2轴共振扫描器71a的反射镜72绕轴心Qy向箭头Ky1的反向的箭头Ky2方向旋转时，另一方的第2轴共振扫描器71b的反射镜72绕轴心Qy向箭头Ky1的反向的箭头Ky2方向旋转。并且，一方的第2轴共振扫描器71a的反射镜72的最大振动角A与另一方的第2轴共振扫描器71b的反射镜72的最大振动角A相等，一方的第2轴共振扫描器71a的反射镜72的旋转频率与另一方的第2轴共振扫描器71b的反射镜72的旋转频率相等，反射镜72借助扫射部73而绕轴心Qy旋转。从一方的第2轴共振扫描器71a的反射镜72的角度为零的朝向开始的旋转与从另一方的第2轴共振扫描器71b的反射镜72的角度为零的朝向开始的旋转二者相位相等，反射镜72借助扫射部73而绕轴心Qy旋转。这样，一对第2轴共振扫描器71a、71b在成对形成的共振扫描器中以相同相位进行激振。

并且，第2轴共振扫描器71a、71b的反射镜72的最大振动角A与第1轴共振扫描器61a、61b的反射镜62的最大振动角A相等，反射镜62、72借助扫射部63、73而绕轴心Qx、Qy旋转。第2轴共振扫描器71a、71b的反射镜72的旋转频率与第1轴共振扫描器61a、61b的反射镜62的旋转频率相等，反射镜62、72借助扫射部63、73而绕轴心Qx、Qy旋转。此外，第2轴共振扫描器71a、71b的反射镜72的旋转的相位与第1轴共振扫描器61a、61b的反射镜62的旋转的相位错开1/4周期，反射镜62、72借助扫射部63、73而绕轴心Qx、Qy旋转。另外，共振扫描器61a、61b、71a、71b也被称为共振型振荡器、共振振荡器等。并且，作为共振扫描器61a、61b、71a、71b，能够将如下的方向定义为反射镜62的角度为零：将成为驱动时的最大振动角A、－A时的对各个反射镜62的表面的法线所呈的角度进行2等分的方向作为法线的朝向的表面的方向。并且，共振扫描器61a、61b、71a、71b也可以将未 共振时的反射镜62的表面的朝向设为零。

这样，激光加工装置1将第1轴共振扫描器61a、61b与第2轴共振扫描器71a、71b固定为90°的相位差而进行激振，形成通孔VH。并且，作为激光光线照射构件20，第1轴共振扫描器61a、61b的反射镜62与第2轴共振扫描器71a、71b的反射镜72借助扫射部63、73而绕轴心Qx、Qy像上述那样旋转，从而使激光光线L的光路变更以使得光斑呈圆形。并且，在激光光线照射构件20中，作为聚光透镜23使用远心f-θ透镜，由此，虽然从保持于卡盘工作台10上的晶片W的背面WR侧形成通孔VH，也可以使激光光线L的光路变更以使得在晶片W的背面WR和通孔VH的底面上以相同大小形成相同形状的圆形。另外，反射镜24、第1光路变更构件60以及第2光路变更构件70设置在外壳21内等处。

控制部100分别对构成激光加工装置1的上述的结构要素进行控制。控制部100使激光加工装置1进行形成从晶片W的背面WR到达焊盘PD的通孔VH的加工动作。另外，控制部100以由例如CPU等构成的运算处理装置或具有ROM、RAM等的未图示的微处理器作为主体而构成，与显示加工动作的状态的显示构件、或操作员登记加工内容信息等时使用的操作构件连接。

接着，参照附图对使用了本实施方式的激光加工装置1的通孔的形成方法进行说明。通孔的形成方法是利用激光加工装置1对晶片W的背面WR照射激光光线L而形成到达焊盘PD的通孔VH的方法。

首先，在通孔的形成方法中，操作员将加工内容信息登记在控制部100中，操作员将晶片W载置在从激光光线照射构件20分离的卡盘工作台10的保持面10a上，在存在加工动作的开始指示的情况下，激光加工装置1开始进行加工动作。在加工动作中，控制部100将晶片W吸引保持在卡盘工作台10的保持面10a上，并利用夹持部11夹持环状框架F。控制部100通过X轴移动构件40和Y轴移动构件50使卡盘工作台10朝向激光光线照射构件20的下方移动，而将保持于卡盘工作台10的晶片W定位在激光光线L的未图示的拍摄构件的下方，并使拍摄构件进行拍摄。拍摄构件对控制部100输出所拍摄的图像的信息。并且，控制部100实施模式匹配等图像处理，在算出在晶片W中形成通孔VH的位置之后，对保持于卡盘工作台10上的晶片W与激光光线照射构件20的相对位置进行调整，以使得在所算出的位置中的一个处形成通孔VH。

并且，控制部100使激光振荡器22振荡出激光光线L，并将振荡出的激光光线L引导到一对第1轴共振扫描器61a、61b并相对于聚光透镜23的光轴P使激光光线L的光路L_AX在Y轴方向上变更。并且，控制部100将通过了一对第1轴共振扫描器61a、61b的激光光线L引导到一对第2轴共振扫描器71a、71b并使光路在X轴方向上变更，而对由卡盘工作台10保持的晶片W照射光路在Y轴方向、X轴方向上变更的激光光线L。并且，如图6和图8所示，控制部100从晶片W的背面WR侧形成通孔VH。

作为控制部100，当形成一个通孔VH时，在使激光光线L的振荡停止之后，对保持于卡盘工作台10上的晶片W与激光光线照射构件20的相对位置进行调整以便形成下一通孔VH，此后与先前同样地形成通孔VH。作为控制部100，当形成所有的通孔VH时，在使激光光线L的振荡停止而使卡盘工作台10移动到从激光光线照射构件20分离的位置之后，解除卡盘工作台10的吸引保持和夹持部11的夹持。并且，操作员从卡盘工作台10取下形成了所有的通孔VH的晶片W，并且再次将通孔VH形成前的晶片W载置在卡盘工作台10上，重复进行上述的工序而在晶片W中形成通孔VH。

这样，通孔的形成方法具有如下的工序：从激光振荡器22振荡出激光光线L；将振荡出的激光光线L引导到一对第1轴共振扫描器61a、61b，使激光光线L的光路L_AX相对于聚光透镜23的光轴P在Y轴方向上变更；将通过了一对第1轴共振扫描器61a、61b的激光光线L引导到一对第2轴共振扫描器71a、71b，使光路L_AX在与激光光线L的Y轴方向垂直的X轴方向上变更；以及对由卡盘工作台10保持的晶片W照射光路在Y轴方向和X轴方向上变更的激光光线L。

如上所述，根据实施方式的激光加工装置1，激光光线照射构件20具有：第1光路变更构件60，其具有使激光光线L的光路与Y轴方向平行地变更的一对第1轴共振扫描器61a、61b；以及第2光路变更构件70，其具有使激光光线L的光路与X轴方向平行地变更的一对第2轴共振扫描器71a、71b。激光光线照射构件20使第1轴共振扫描器61a、61b的反射镜62的最大振动角A和旋转频率与第2轴共振扫描器71a、71b的反射镜72的最大振动角A和旋转频率相等。并且，激光光线照射构件20使第1轴共振扫描器61a、61b的反射镜62的旋转的相位与第2轴共振扫描器71a、71b的反射镜72的旋转的相位错开1/4周期。因此，激光加工装置1使激光光 线L偏心以使得光斑呈圆形。并且，激光加工装置1中，作为聚光透镜23使用远心f-θ透镜，从而虽然从保持于卡盘工作台10上的晶片W的背面WR侧形成通孔VH，也可以使激光光线L的光路变更以使得在晶片W的背面WR和通孔VH的底面上以相同大小形成相同形状的圆形。

并且，在通孔的形成方法中，由于使用上述的结构的激光加工装置1从晶片W的背面WR侧形成通孔VH，因此能够在晶片W中从背面WR侧朝向正面WS侧形成内径均匀的俯视观察为圆形的通孔VH。因此，在上述的实施方式的激光加工装置1和通孔的形成方法中，由于能够在晶片W中形成内径均匀的俯视观察为圆形的通孔VH，因此能够使通孔VH的底面与内周面垂直，能够进行能够将通孔VH的形状加工成期望的形状的激光加工。由此，上述的实施方式的形成方法能够将作为被加工物的晶片加工成期望的形状。

另外，本发明不限于上述实施方式。即，在不脱离本发明的主旨的范围中可以进行各种变形而实施。例如，也可以在一方的第1轴和第2轴共振扫描器61a、71a与另一方的第1轴和第2轴共振扫描器61b、71b之间配设反射激光光线L的反射镜，使一对第1轴共振扫描器61a、61b的反射镜62彼此相互连动地向反向旋转，并且使一对第2轴共振扫描器71a、71b的反射镜72彼此相互连动地向反向旋转。

并且，本发明的激光加工装置1也可以任意地变更一对第1轴共振扫描器61a、61b的反射镜62的最大振动角A和旋转频率、一对第2轴共振扫描器71a、71b的反射镜72的最大振动角A和旋转频率、以及第1轴共振扫描器61a、61b的反射镜62的旋转与第2轴共振扫描器71a、71b的反射镜72的旋转的相位的偏差，而变更激光光线的光路以使得光斑成为任意的形状。在本发明的激光加工装置1和形成方法中，不限于通孔VH，也可以将被加工物加工成形成槽等的其他的形状。