激光加工方法和激光加工装置与流程

本发明涉及对晶片等被加工物进行激光加工的激光加工方法和激光加工装置。

背景技术

当沿着晶片的分割预定线使切削刀具切入而进行切割时，包覆于晶片的low-k膜等膜容易发生剥离。为了解决该问题，提出了如下方法：在沿着晶片的分割预定线形成了激光加工槽之后，利用切削刀具进行切断(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2005-209719号公报

在上述专利文献1所公开的方法中，在对晶片照射激光束而形成激光加工槽时，利用掩模对激光束的光斑形状进行整形，从而形成规定的槽宽的激光加工槽。

然而，有时激光束与掩模的相对位置会随时间变化、温度变化等而发生偏移。当掩模相对于激光束的位置发生偏移时，所照射的激光束的能量分布出现偏差，因此存在激光加工槽的槽形状(截面形状)变形的问题。并且，当激光加工槽的槽形状发生变形时，有可能在使用切削刀具进行切割时导致切削刀具弯曲而破损。

因此，以往也定期对仿真晶片进行加工来判定其激光加工槽的槽形状的优劣，但定期对仿真晶片进行加工来判定激光加工槽的槽形状的优劣是非常麻烦的。并且，由于当在仿真晶片上发现异常时已经在异常的状态下进行了产品晶片的加工，因此还存在无法避免在仿真工件上发现异常之前已被加工的产品晶片的损伤的问题。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述事实而完成的，其目的在于提供激光加工方法和激光加工装置，能够容易且迅速地确认激光加工槽的槽形状。

本发明是激光加工方法，对被加工物照射脉冲激光束而形成激光加工槽，其中，该激光加工方法具有如下的步骤：激光加工槽形成步骤，隔着掩模向被加工物照射能量强度分布为高斯分布的脉冲激光束而形成激光加工槽，其中，在该掩模中形成有限制该脉冲激光束的通过范围的缝；拍摄图像形成步骤，在实施该激光加工槽形成步骤的期间，对该脉冲激光束照射至被加工物而产生的发光进行拍摄而形成拍摄图像；以及槽形状判定步骤，根据该拍摄图像上的该发光的形状对该激光加工槽的槽形状的优劣进行判定。

在该激光加工方法中，优选还具有如下的掩模位置调整步骤：在所述激光加工槽的槽形状通过所述槽形状判定步骤被判定为劣的情况下，使所述掩模相对于所述脉冲激光束移动而对该掩模的位置进行调整。

并且，本发明是激光加工装置，其向被加工物照射脉冲激光束而形成激光加工槽，其中，该激光加工装置具有：保持单元，其对被加工物进行保持；脉冲激光束照射单元，其具有脉冲激光束振荡单元和聚光器，其中，该脉冲激光束振荡单元振荡出照射至该保持单元所保持的被加工物的能量强度分布为高斯分布的脉冲激光束，该聚光器包含聚光透镜，该聚光透镜对从该脉冲激光束振荡单元振荡出的该脉冲激光束进行会聚而会聚于该保持单元所保持的被加工物；加工进给单元，其使该保持单元和该脉冲激光束照射单元在加工进给方向上相对移动；分度进给单元，其使该保持单元和该脉冲激光束照射单元在与该加工进给方向垂直的分度进给方向上相对移动；控制单元，其对该脉冲激光束照射单元、该加工进给单元以及该分度进给单元进行控制；掩模，其配设在该脉冲激光束振荡单元与该聚光透镜之间，在该掩模中形成有限制该脉冲激光束的通过范围的缝；以及拍摄单元，其对该脉冲激光束照射至被加工物而产生的发光进行拍摄而形成拍摄图像，该控制单元具有槽形状判定部，该槽形状判定部根据该拍摄图像上的该发光的形状对该激光加工槽的槽形状的优劣进行判定。

在该激光加工装置中，优选具有掩模移动单元，该掩模移动单元使所述掩模相对于所述脉冲激光束移动，所述控制单元还具有掩模位置调整部，该掩模位置调整部根据所述槽形状判定部的判定使该掩模移动单元进行动作而对该掩模的位置进行调整。

在本发明的激光加工方法和激光加工装置中，一边通过掩模向被加工物照射能量强度分布为高斯分布的脉冲激光束而形成激光加工槽，一边对脉冲激光束照射至被加工物而产生的发光进行拍摄而形成拍摄图像，根据该拍摄图像上的发光的形状对激光加工槽的槽形状的优劣进行判定，因此能够容易且迅速地判定激光加工槽的槽形状的优劣。因此，能够减少晶片损伤的可能性。

附图说明

图1是示出激光加工装置的一例的立体图。

图2是示出激光加工装置的结构的框图。

图3的(a)是示出脉冲激光束的光轴与掩模的光轴一致的状态的说明图，图3的(b)是示出在图3的(a)的状态时形成的激光加工槽的槽形状的一例的纵剖视图。

图4的(a)是示出脉冲激光束的光轴与掩模的光轴不一致的状态的说明图，图4的(b)是示出在图4的(a)的状态时形成的激光加工槽的槽形状的一例的纵剖视图。

图5的(a)是例示出正常的发光的形状的俯视图，图5的(b)是例示出异常的发光的形状的俯视图。

标号说明

1：激光加工装置；10：基台；11：支承部；12：伸出部；2：保持单元；21：吸附部；22：卡盘工作台；23：支承部；24：夹具；3：激光束照射单元；31：脉冲激光束振荡单元；311：脉冲激光束振荡器；312：重复频率设定单元；32：聚光器；321：聚光透镜；33：分色镜；34：掩模；34a：缝；35：掩模移动单元；36：照明单元；361：闪光灯光源；362：光阑；363：透镜；364：方向转换镜；37：分束器；38：拍摄单元；381：透镜组；381a：像差校正透镜；381b：成像透镜；382：拍摄元件；4：加工进给单元；41：滚珠丝杠；42：导轨；43：脉冲电动机；44：可动板；5：分度进给单元；51：滚珠丝杠；52：导轨；53：脉冲电动机；54：可动板；6：控制单元；61：脉冲激光束振荡单元控制部；62：照明单元控制部；63：槽形状判定部；64：掩模位置调整部；7：对准单元；g1、g2：激光加工槽；lb：脉冲激光束；l1：光轴；l2：光轴；p1：拍摄图像；p2：拍摄图像；s1：发光的形状；s2：发光的形状。

具体实施方式

图1所示的激光加工装置1是通过脉冲激光束照射单元3对保持于保持单元2的未图示的晶片照射脉冲激光束的装置。

在激光加工装置1的基台10的前部(﹣y方向)设置有：加工进给单元4，其将保持单元2相对于脉冲激光束照射单元3在x轴方向(加工进给方向)上进行加工进给；以及分度进给单元5，其将保持单元2相对于脉冲激光束照射单元3在y轴方向(分度进给方向)上进行分度进给。

加工进给单元4具有：滚珠丝杠41，其具有x轴方向的轴心；一对导轨42，它们与滚珠丝杠41平行配设；脉冲电动机43，其使滚珠丝杠41转动；以及可动板44，其内部的螺母与滚珠丝杠41螺合，该可动板44的底部与导轨42滑动接触。当利用脉冲电动机43使滚珠丝杠41转动时，与此相伴地可动板44被导轨42引导而在x轴方向上移动。通过使可动板44在x轴方向上移动，从而保持于保持单元2的晶片被加工进给。脉冲电动机43通过从控制单元6提供的脉冲信号来进行动作。控制单元6对提供给脉冲电动机43的脉冲信号数进行计数，从而识别保持单元2的加工进给量，对保持单元2的x轴方向上的位置进行控制。

在保持单元2与加工进给单元4之间设置有分度进给单元5，该分度进给单元5使保持单元2和脉冲激光束照射单元3在y轴方向(分度进给方向)上相对移动。即，保持单元2能够通过加工进给单元4在x轴方向上进行往返移动，并且能够通过分度进给单元5在与x轴方向垂直的y轴方向上进行分度进给。分度进给单元5具有：滚珠丝杠51，其具有y轴方向的轴心；一对导轨52，它们与滚珠丝杠51平行配设；脉冲电动机53，其使滚珠丝杠51转动；以及可动板54，其内部的螺母与滚珠丝杠51螺合，该可动板54的底部与导轨52滑动接触。当利用脉冲电动机53使滚珠丝杠51转动时，与此相伴地可动板54被导轨51引导而在y轴方向上移动。通过使可动板54在y轴方向上移动，从而保持于保持单元2的晶片被分度进给。脉冲电动机53通过从控制单元6提供的脉冲信号来进行动作。控制单元6对提供给脉冲电动机53的脉冲信号数进行计数，从而识别保持单元2的分度进给量，对保持单元2的y轴方向上的位置进行控制。

保持单元2具有：卡盘工作台22，其具有吸附晶片的吸附部21；以及圆柱状的支承部23，其将卡盘工作台22支承为能够在分度进给单元5的可动板54上旋转。在卡盘工作台22的吸附部21的周围配设有夹具24，该夹具24用于将安装于晶片的未图示的环状框架固定在卡盘工作台22上。卡盘工作台22通过支承部23内的未图示的脉冲电动机来进行旋转驱动。被支承工作台22上的吸附部21吸附保持的晶片随着支承工作台22的旋转而进行旋转。控制单元6对提供给该脉冲电动机的脉冲信号数进行计数，从而识别卡盘工作台22的旋转量，对晶片的旋转量进行调节。

在激光加工装置1的基台10的后端部(+y方向端部)竖立设置有支柱部11，在支柱部11的上端部设置有脉冲激光束照射单元3。并且，在该例中，在支柱部11内设置有控制单元6。在支柱部11的上端部设置有向前方(﹣y方向)伸出的伸出部12。在伸出部12内设置有脉冲激光束振荡单元31。在伸出部12的前端附近的下表面上沿x方向排列设置有：聚光器32，其使从脉冲激光束振荡单元31振荡出的脉冲激光束会聚于保持单元2所保持的晶片的正面；以及对准单元7，其用于对晶片的分割预定线与聚光器32的相对位置进行调整。

对准单元7具有对保持于保持单元2的晶片进行拍摄的功能。拍摄到的图像被发送给控制单元6。控制单元6根据对准单元7所拍摄到的图像对分度进给单元5进行驱动，从而进行聚光器32与晶片的分割预定线的y轴方向上的对位。

如图2所示，脉冲激光束照射单元3具有脉冲激光束振荡单元31、分色镜33以及聚光器32。

脉冲激光束振荡单元31具有脉冲激光束振荡器311和重复频率设定单元312。脉冲激光束振荡器311振荡出能量强度分布为高斯分布的脉冲激光束lb。脉冲激光束振荡器311的振荡频率被重复频率设定单元312设定为规定的值。

分色镜33设置在脉冲激光束振荡单元31与聚光器32之间。分色镜33具有如下功能：对从脉冲激光束振荡单元31振荡出的脉冲激光束lb进行反射而引导至聚光器32，并且使脉冲激光束lb的振荡波长以外的波长的光透过。

聚光器32具有聚光透镜321。聚光透镜321对从脉冲激光束振荡单元31振荡并被分色镜33反射的脉冲激光束lb进行会聚而照射至保持单元2所保持的晶片w。

在分色镜33与聚光透镜321之间配设有掩模34。在掩模34上形成有限制脉冲激光束lb的通过范围的缝34a。通过掩模移动单元35来保持掩模34。掩模移动单元35被控制单元6控制而使掩模34在与脉冲激光束lb的照射方向(即z方向)垂直的方向(xy方向)上移动。

并且，脉冲激光束照射单元3具有照明单元36和分束器37。

照明单元36具有：闪光灯光源361，其发出照明光(白色光)；光阑362，其限定从闪光灯光源361发出的照明光的视野尺寸；透镜363，其对通过了光阑362的照明光进行会聚；以及方向转换镜364，其将被透镜363会聚的照明光朝向分束器37反射。

分束器37将照明单元36的方向转换镜364所反射的照明光引导至分色镜33，并且使来自保持于保持单元2的晶片w的光朝向拍摄单元38分支。

拍摄单元38具有：透镜组381；以及拍摄元件(ccd)382，其对透镜组381所捕捉到的像进行拍摄。透镜组381由像差校正透镜381a和成像透镜381b构成。拍摄单元38利用拍摄元件382来接收脉冲激光束lb照射至晶片w而产生的发光并进行光电转换，从而形成拍摄图像。拍摄单元38将拍摄图像发送给控制单元6。

控制单元6具有：脉冲激光束振荡单元控制部61，其对脉冲激光束振荡单元31的脉冲激光束振荡器311所进行的脉冲激光束lb的振荡动作进行控制；照明单元控制部62，其对照明单元36的闪光灯光源361的发光动作进行控制；槽形状判定部63，其根据脉冲激光束lb照射至晶片w而产生的发光的形状(拍摄图像上的发光的形状)，判定激光加工槽的槽形状的优劣；以及掩模位置调整部64，其根据槽形状判定部63的判定结果使掩模移动单元35进行动作，调整掩模34相对于脉冲激光束lb的位置。

控制单元6至少具有cpu、rom以及ram，cpu通过在作业区域使用ram来执行程序，从而实现脉冲激光束振荡单元控制部61、照明单元控制部62、槽形状判定部63以及掩模位置调整部64的功能。

在控制单元6所具有的例如ram中存储有照射激光束时的正常时的发光的图像，槽形状判定部63进行该正常时的发光的形状与拍摄图像上的发光的形状的图案匹配，如果其q值(一致度)为阈值以上则判定为良，如果不足阈值则判定为劣。

接着，对如上述那样构成的激光加工装置1的动作进行说明。另外，以下的动作大致在控制单元6的控制下进行。

(1)激光加工槽形成步骤

当使作为被加工物的晶片w吸附保持于卡盘工作台22的吸附部21时，通过加工进给单元4对卡盘工作台22在﹣x方向上进行驱动，从而将晶片w定位在对准单元7的正下方。然后，通过对准单元7来拍摄晶片w，根据该拍摄到的图像来进行晶片w的分割预定线与聚光器32的y轴方向的对位。

接着，加工进给单元4将晶片w的分割预定线的一端定位在聚光器32的正下方。然后，一边使脉冲激光束lb的聚光点与晶片w的正面对齐而照射脉冲激光束lb，一边通过加工进给单元4使卡盘工作台22在x方向上按照规定的加工进给速度进行移动。在卡盘工作台22移动至晶片w的分割预定线的另一端位于聚光器32的正下方之后，中止脉冲激光束lb的照射并且停止卡盘工作台22的移动。由此，沿着晶片w的在规定的方向上延伸的分割预定线而形成未贯通至晶片w的背面的激光加工槽。

每当结束1条线的激光加工时，通过分度进给单元5将卡盘工作台22按照分割预定线的间隔在y方向上进行分度进给，与上述同样地照射激光束。然后，在晶片w的在规定的方向上延伸的所有的分割预定线的激光加工结束之后，使卡盘工作台22旋转90°。然后，对在与该规定的方向垂直的方向上延伸的分割预定线也实施同样的激光加工。由此，在晶片w上呈格子状形成激光加工槽。

上述激光加工例如按照以下的加工条件进行。

脉冲激光束的光源：yvo4激光器或yag激光器

波长：355nm

重复频率：50khz

平均输出：3w

聚光光斑直径：

加工进给速度：100mm/秒

在上述的激光加工中，从激光束照射单元3照射的脉冲激光束lb从掩模34的缝34a中通过从而被整形而照射至晶片w。

如图3的(a)所示，在脉冲激光束lb的光轴(能量强度分布的中心)l1与掩模34的光轴(缝34a的中心)l2一致时，脉冲激光束lb的能量强度分布(高斯分布)c的缓坡部分相对于其光轴l1对称地下落，脉冲激光束lb在能量强度分布无偏差的状态下照射至晶片w，因此如图3的(b)所示，在晶片w上形成相对于掩模34的光轴l2对称(在图示的例中为左右对称)的槽形状的激光加工槽g1。在图3的(b)的例子中，形成了侧面垂直且槽底平坦的所谓浴槽状的激光加工槽g，但也可以形成槽底为凹曲面的所谓u字状的激光加工槽。

然而，当因时间变化、温度变化而导致脉冲激光束振荡单元31与分色镜33彼此的光轴发生偏移、或者分色镜33与掩模34彼此的光轴发生偏移时，如图4的(a)所示，脉冲激光束lb的光轴l1与掩模34的光轴l2变得不一致。当激光束lb与掩模34彼此的光轴l1、l2不一致时，隔着掩模34照射至晶片w的脉冲激光束lb的能量强度分布c出现偏差。在图4的(a)的例子中，脉冲激光束lb的光轴l1相对于掩模34的光轴l2向右侧偏移，由此，从缝34a中通过的脉冲激光束lb的能量强度分布出现偏差。在该情况下，与照射光斑内的左侧部分相比，右侧部分的能量强度变大。其结果是，如图4的(b)所示，形成右侧深左侧浅的左右非对称的发生了变形的槽形状的激光加工槽g2。这样当激光加工槽g2的槽形状发生变形时，有可能在之后的使用切削刀具的切割中出现切削刀具破损。

因此，在该激光加工装置1中，在隔着掩模34向晶片w照射脉冲激光束lb而形成激光加工槽的激光加工槽形成步骤中，对脉冲激光束lb照射至晶片w而产生的发光进行拍摄而形成拍摄图像(拍摄图像形成步骤)，根据该拍摄图像上的发光的形状对激光加工槽的槽形状的优劣进行判定(槽形状判定步骤)。在该优劣判定的结果是激光加工槽的槽形状被判定为劣的情况下，使掩模34移动而对掩模34的水平方向的位置进行调整(掩模位置调整步骤)。

(2)拍摄图像形成步骤

在拍摄图像形成步骤中，使照明单元36的闪光灯光源361按照规定的时机发光。该光经过光阑362、透镜363、方向转换镜364而射出，并经由分束器37、分色镜33、聚光器32向晶片w照射。然后，脉冲激光束lb照射至晶片w而产生的发光经由聚光透镜321、分色镜33、分束器37被引导至拍摄单元38。被引导至拍摄单元38的光经由透镜组381在拍摄元件382中成像。拍摄元件382对成像后的光进行光电转换而形成拍摄图像。该拍摄图像被发送给控制单元6。控制单元6将该拍摄图像在ram上展开。在ram上展开例如图5的(a)和图5的(b)所示的拍摄图像p1、p2。

图5的(a)的拍摄图像p1是正常时、即脉冲激光束lb的光轴l1与掩模34的光轴l2互相一致的状态(参照图3的(a))时所拍摄到的拍摄图像，拍摄图像p1上的发光的形状s1形成为y方向(长度方向)上的宽度大部分均匀的形状。另一方面，图5的(b)的拍摄图像p2是异常时、即脉冲激光束lb的光轴l1与掩模34的光轴l2互相发生偏移的状态(参照图4的(a))时所拍摄到的拍摄图像，拍摄图像p2上的发光的形状s2形成为y方向(长度方向)上的宽度不均匀的形状。

(3)槽形状判定步骤

在槽形状判定步骤中，控制单元6的槽形状判定部63实施在ram上展开的拍摄图像上的发光的形状s1、s2的图像与预先存储的正常时的发光的形状的图像之间的图案匹配。然后，如果两者的一致度为阈值以上则判定为良，如果不足阈值则判定为劣。例如，在图5的(a)的情况下，拍摄图像p1上的发光的形状s1与正常时的发光的形状的一致度为阈值以上，槽形状被判定为良。另一方面，在图5的(b)的情况下，拍摄图像p2上的发光的形状s2与正常时的发光的形状的一致度不足阈值，槽形状被判定为劣。

(4)掩模位置调整步骤

在掩模位置调整步骤中，控制单元6的掩模位置调整部64根据槽形状判定步骤中的判定结果来驱动掩模移动单元35，对掩模34相对于脉冲激光束lb的位置进行调整。例如，从槽形状被判定为劣的分割预定线的下一条分割预定线起实施该调整。此时，掩模位置调整部64根据拍摄图像上的发光的形状对掩模移动单元35的驱动进行控制，从而对掩模34的位置进行调整以使拍摄图像上的发光的形状更接近正常时的发光的形状。例如，在图5的(b)所示的拍摄图像p2的情况下，使掩模34在x方向上移动以使发光的形状s2的宽度(y方向上的尺寸)均匀。

在以这种方式调整了掩模34的位置之后，当与上述同样地对晶片w照射脉冲激光束时，能够在希望的位置形成希望形状的激光加工槽。并且之后，通过使切削刀具切入该激光加工槽而将晶片w完全切断，由此，晶片w被分割成各个芯片。

如以上所说明的那样，根据本发明，一边隔着掩模34向晶片w照射能量强度分布c为高斯分布的脉冲激光束lb而形成激光加工槽，一边对脉冲激光束lb照射至晶片w而产生的发光进行拍摄而形成拍摄图像p1、p2，根据该拍摄图像p1、p2上的发光的形状s1、s2对激光加工槽的槽形状的优劣进行判定，因此能够容易且迅速地判定激光加工槽的槽形状的优劣。因此，不需要用于对槽形状进行检查的时间，提高了激光加工装置1的运行效率。

并且，在本实施方式中，由于根据槽形状的优劣的判定结果来自动调整掩模34相对于脉冲激光束lb的位置，所以能够将因在异常状态下进行激光加工而导致的晶片w的损伤抑制为最小限度，并且能够缩短掩模34的位置调整所需的时间，进一步提高生产性。并且，通过调整掩模34的位置，不容易形成槽形状异常的激光加工槽，因此减少了在使用切削刀具进行切割时因切削刀具变形而导致的破损。

另外，在上述的实施方式中，作为被加工物例示了晶片w，但本发明的激光加工方法和激光加工装置也能够应用在对晶片w以外的被加工物的激光加工中。

并且，拍摄图像形成步骤、槽形状判定步骤以及掩模位置调整步骤能够在晶片w的所有分割预定线的激光加工中实施，但对于1张晶片而言，只要在进行例如2条线左右的激光槽加工的期间实施上述步骤便足够。