激光加工装置的制作方法

1.本发明涉及对卡盘工作台所保持的被加工物照射脉冲激光光线而进行加工的激光加工装置。


背景技术：

2.晶片由交叉的多条分割预定线划分而在正面上形成有ic、lsi等多个器件，该晶片通过激光加工装置、切割装置分割成各个器件芯片，分割得到的器件芯片被用于移动电话、个人计算机等电子设备。
3.器件是通过在半导体晶片的上表面上层叠多个电路层而形成的，在分割预定线上也层叠有低介电常数的绝缘层(low-k膜)，当利用切割装置的切削刀具对该分割预定线进行切削时，担心在该绝缘层产生剥离并到达电路层而使器件损伤。因此，在利用切削刀具进行切削之前，沿着分割预定线照射激光光线而将绝缘层去除(例如参照专利文献1)。
4.专利文献1：日本特开2005-64231号公报
5.但是，在上述的专利文献1记载的技术中，为了对一条分割预定线形成多个激光加工槽，需要使卡盘工作台所保持的晶片于激光光线照射单元在x轴方向上反复相对地移动来进行照射，存在生产率差的问题。


技术实现要素：

6.由此，本发明的目的在于提供激光加工装置，其能够高效地从分割预定线去除绝缘层。
7.根据本发明，提供激光加工装置，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；激光光线照射单元，其对该卡盘工作台所保持的被加工物照射脉冲激光光线；x轴进给机构，其将该卡盘工作台与该激光光线照射单元在x轴方向上相对地进行加工进给；以及y轴进给机构，其将该卡盘工作台与该激光光线照射单元在垂直于x轴方向的y轴方向上相对地进行加工进给，该激光光线照射单元包含：激光振荡器，其振荡出脉冲激光并射出脉冲激光光线；光斑成形部，其将该激光振荡器所射出的脉冲激光光线的光斑形状成形为在y轴方向上长而在x轴方向上短；多面镜，其使通过该光斑成形部而成形的光斑在x轴方向上分散；以及聚光器，其使通过该多面镜而分散的脉冲激光光线会聚于该卡盘工作台所保持的被加工物。
8.优选该被加工物是由交叉的多条分割预定线划分而在正面上形成有多个器件的半导体晶片，通过该光斑成形部而成形的光斑形状的y轴方向上的长度与分割预定线的宽度对应地形成。优选激光光线照射单元还包含水膜形成单元，该水膜形成单元在该聚光器与该卡盘工作台所保持的被加工物之间形成水膜。
9.根据本发明的激光加工装置，能够通过光斑成形部与分割预定线的宽度对应地设定光斑形状的y轴方向的长度，并且能够通过多面镜使脉冲激光光线在x轴方向上分散而进行照射，因此能够从分割预定线高效地去除绝缘层，生产率提高。
附图说明
10.图1是本发明实施方式的激光加工装置的整体立体图。
11.图2是将图1的激光加工装置的一部分分解而示出的分解立体图。
12.图3的(a)是配设于图1的激光加工装置的水膜形成器的立体图，图3的(b)是将图3的(a)的水膜形成器分解而示出的分解立体图。
13.图4的(a)是示出配设于图1所示的激光加工装置的激光光线照射单元的光学系统的概略的框图，图4的(b)是通过图4的(a)所示的光斑成形部而成形的光斑的俯视图。
14.图5是示出通过图1所示的激光加工装置对晶片实施激光加工的方式的立体图。
15.图6的(a)是图5所示的激光加工时的水膜形成器和晶片的剖视图，图6的(b)是示出图6的(a)所示的激光加工时的光斑在x轴方向上分散的方式的俯视图。
16.标号说明
17.2：激光加工装置；4：水膜形成单元；40：水膜形成器；42：壳体；421：壳体上部部件；422：壳体下部部件；423：透明部；43：液体提供部；44：泵；45：过滤器；8：激光光线照射单元；81：激光振荡器；82：衰减器；83：光斑成形部；86：聚光器；86a：聚光透镜(fθ透镜)；10：晶片；12：器件；14：分割预定线；16：绝缘层(low-k膜)；21：基台；22：保持单元；23：移动机构；26：框体；261：垂直壁部；262：水平壁部；30：x轴方向可动板；31：y轴方向可动板；33：罩板；34：卡盘工作台；35：吸附卡盘；50：x轴进给机构；52：y轴进给机构；60：液体回收池；65：液体排出孔；70：液体回收路；88：对准单元；91：多面镜；100：加工槽；lb：脉冲激光光线；s：光斑；w：水。
具体实施方式
18.以下，参照附图对本发明实施方式的激光加工装置进行详细说明。
19.在图1中示出本实施方式的激光加工装置2的立体图。激光加工装置2具有：保持单元22，其配置于基台21上，对板状的被加工物(例如硅制的晶片10)进行保持；移动机构23，其使保持单元22移动；框体26，其由在基台21上的移动机构23的侧方沿箭头z所示的z轴方向竖立设置的垂直壁部261和从垂直壁部261的上端部沿水平方向延伸的水平壁部262构成；以及激光光线照射单元8。如图所示，晶片10例如借助粘接带t而支承于环状的框架f，并被保持于保持单元22。另外，上述的激光加工装置2实际上通过为了便于说明而省略的壳体等覆盖整体，构成为粉尘或尘埃等不进入至内部。
20.在本实施方式的激光加工装置2中，除了上述的结构以外，根据需要配设有水膜形成单元4，该水膜形成单元4在配设于激光光线照射单元8的聚光器86与保持单元22所保持的被加工物之间形成水膜。图2是示出对于图1记载的激光加工装置2将构成水膜形成单元4的一部分的液体回收池60从激光加工装置2取下并分解的状态的立体图。
21.参照图2对本实施方式的激光加工装置2进行进一步说明。在框体26的水平壁部262的内部收纳有构成对保持单元22所保持的晶片10照射脉冲激光光线的激光光线照射单元8的光学系统(后文进行说明)。在水平壁部262的前端部下表面侧配设有构成激光光线照射单元8的一部分的聚光器86，并且在相对于聚光器86在图中箭头x所示的x轴方向相邻的位置配设有对准单元88。对准单元88用于对保持单元22所保持的晶片10进行拍摄而检测要实施激光加工的区域，进行聚光器86与被加工物的加工位置的对位。
22.在对准单元88中具有对晶片10的正面进行拍摄的使用可见光线的拍摄元件(ccd)。优选根据构成晶片10的材质而包含照射红外线的红外线照射单元、捕捉通过红外线照射单元照射的红外线的光学系统以及输出与该光学系统所捕捉的红外线对应的电信号的拍摄元件(红外线ccd)。
23.保持单元22包含：矩形状的x轴方向可动板30，其在x轴方向上移动自如地搭载于基台21上；矩形状的y轴方向可动板31，其在图2中与该x轴方向垂直的箭头y所示的y轴方向上移动自如地搭载于x轴方向可动板30上；圆筒状的支柱32，其固定于y轴方向可动板31的上表面上；以及矩形状的罩板33，其固定于支柱32的上端。在罩板33上配设有通过形成于罩板33上的长孔而向上方延伸的卡盘工作台34。卡盘工作台34对圆形状的被加工物进行保持，构成为能够通过未图示的旋转驱动单元进行旋转。在卡盘工作台34的上表面上配置有圆形状的吸附卡盘35，该圆形状的吸附卡盘35由多孔质材料形成，实质上水平地延伸。吸附卡盘35利用在支柱32中通过的流路而与未图示的吸引单元连接，在吸附卡盘35的周围均匀地配置有四个夹具36。夹具36在将晶片10固定于卡盘工作台34时对保持晶片10的框架f进行把持。由x轴方向和y轴方向限定的平面实质上构成水平面。
24.移动机构23至少具有：x轴进给机构50，其将保持单元22和激光光线照射单元8在x轴方向上相对地进行加工进给；以及y轴进给机构52，其将保持单元22和激光光线照射单元8在y轴方向上相对地进行加工进给。x轴进给机构50将电动机50a的旋转运动借助滚珠丝杠50b转换成直线运动并传递至x轴方向可动板30，使x轴方向可动板30沿着基台21上的导轨27、27在x轴方向上进退。y轴进给机构52将电动机52a的旋转运动借助滚珠丝杠52b转换成直线运动并传递至y轴方向可动板31，使y轴方向可动板31沿着x轴方向可动板30上的导轨37、37在y轴方向上进退。另外，虽省略图示，但在卡盘工作台34、x轴进给机构50和y轴进给机构52上分别配设有位置检测单元，准确地检测卡盘工作台34的x轴方向的位置、y轴方向的位置、周向(旋转方向)的旋转位置，通过省略图示的控制单元驱动x轴进给机构50、y轴进给机构52和未图示的旋转驱动单元，能够将卡盘工作台34准确地定位于任意的位置和角度。
25.参照图1～图3对水膜形成单元4进行说明。如图1所示，水膜形成单元4具有：水膜形成器40、泵44、过滤器45、液体回收池60、将水膜形成器40和泵44连接的管46a以及将液体回收池60和过滤器45连接的管46b。另外，管46a、管46b优选部分或整体由软管形成。
26.如图3的(a)所示，水膜形成器40配设于聚光器86的下端部。在图3的(b)中示出水膜形成器40的分解图。由图3的(b)可理解，水膜形成器40由壳体42和液体提供部43构成。壳体42形成为俯视大致矩形状，由壳体上部部件421和壳体下部部件422构成。
27.壳体上部部件421在图中箭头y所示的y轴方向上分成两个区域421a、421b，在图中里侧的区域421a形成用于供聚光器86插入的圆形的开口部421c，在近前侧的区域421b形成有板状部421d。在壳体下部部件422中，在与壳体上部部件421的开口部421c对应的区域形成有形状与开口部421c相同且俯视时配设位置与开口部421c一致的圆筒状的开口部422a。在开口部422a的底部具有圆板形状的透明部423，将开口部422a的底部封闭。透明部423具有允许后述的脉冲激光光线lb通过的性质，例如由玻璃板形成。在壳体下部部件422中，在与壳体上部部件421的板状部421d对应的区域形成有用于从壳体42的底壁422d喷出液体(在本实施方式中为水w)的液体流路部422b。液体流路部422b是由壳体上部部件421的板状
部421d、侧壁422c以及底壁422d形成的空间。在液体流路部422b的底壁422d形成有沿x轴方向延伸的缝状的喷出口422e，在连接液体提供部43的那侧的侧面上形成有用于对液体流路部422b提供水w的液体提供口422f。上述的透明部423的下表面与沿加工进给方向延伸的缝状的喷出口422e形成在同一平面上，透明部423形成壳体下部部件422的底壁422d的一部分。
28.液体提供部43具有：提供水w的提供口43a；形成于与形成于壳体42的液体提供口422f对置的位置的排出口(省略图示)；以及将提供口43a和该排出口连通的连通路(省略图示)。将该液体提供部43从y轴方向组装于壳体42，由此形成水膜形成器40。
29.水膜形成器40具有上述那样的结构，从泵44喷出的水w经由液体提供部43而提供至壳体42，从形成于壳体42的底壁422d的喷出口422e喷出。如图1所示，水膜形成器40按照液体提供部43和壳体42沿着y轴方向的方式安装于聚光器86的下端部。由此，形成于壳体42的底壁422d的喷出口422e定位成沿着x轴方向延伸。
30.返回图2，对液体回收池60进行说明。如图2所示，液体回收池60具有外框体61和防水罩66。
31.外框体61具有：沿x轴方向延伸的外侧壁62a；沿y轴方向延伸的外侧壁62b；在外侧壁62a和62b的内侧隔开规定的间隔平行地配设的内侧壁63a、63b；以及将外侧壁62a、62b和内侧壁63a、63b的下端连结的底壁64。通过外侧壁62a、62b、内侧壁63a、63b和底壁64，形成长边方向沿着x轴方向、短边方向沿着y轴方向的长方形的液体回收路70。在构成液体回收路70的内侧壁63a、63b的内侧形成有上下贯通的开口。在构成液体回收路70的底壁64设置有倾斜，在液体回收路70的最低位置的角部(图中左方的角部)配设有液体排出孔65。在液体排出孔65上连接有管46b，经由管46b而与过滤器45连接。
32.防水罩66具有：由门型形状构成的固定配件66a；以及在两端固着有固定配件66a的树脂制的折皱部件66b、66b。固定配件66a按照能够跨越在y轴方向上对置配设的外框体61的两个内侧壁63a、63a的尺寸形成。分别配设于折皱部件66b、66b的两个固定配件66a中的一方固定于配设成与外框体61在x轴方向上对置的内侧壁63b。这样构成的液体回收池60通过未图示的固定件固定于激光加工装置2的基台21上。保持单元22的罩板33被两个折皱部件66b、66b的固定配件66a彼此夹持而安装。通过上述的结构，当罩板33通过x轴进给机构50在x轴方向上移动时，罩板33沿着液体回收池60的内侧壁63a移动。
33.在图4中示出表示激光光线照射单元8的光学系统的概略的框图。如图4所示，激光光线照射单元8具有：激光振荡器81，其射出脉冲激光光线lb；衰减器82，其根据需要调整激光振荡器81所射出的脉冲激光光线lb的输出；光斑成形部83，其将激光振荡器81所射出的脉冲激光光线lb的光斑s的形状如图4的(b)所示那样在保持单元22上成形为在y轴方向上长而在x轴方向上短；多面镜91，其按照使通过光斑成形部83而成形的光斑s在保持单元22上沿x轴方向分散的方式发挥功能；以及聚光器86，其使通过多面镜91而沿x轴方向分散的脉冲激光光线lb会聚于保持单元22所保持的晶片10。
34.配设于聚光器86的上部的多面镜91具有使多面镜91在箭头r1所示的方向上高速旋转(例如10000rpm)的未图示的电动机。在聚光器86的内部配设有使脉冲激光光线lb会聚而照射至晶片10的聚光透镜(fθ透镜)86a。如图所示，多面镜91在侧壁面上具有多个反射镜m(在本实施方式中为18面)，侧视形成多边形。聚光透镜86a位于上述多面镜91的下方，将通
过在箭头r1所示的方向上旋转的多面镜91的反射镜m而反射的脉冲激光光线lb会聚而照射至卡盘工作台34上的晶片10。多面镜91进行旋转，由此通过反射镜m而反射的脉冲激光光线lb的照射角度在规定的范围内连续地变化，通过脉冲激光光线lb而形成的光斑s在箭头r2所示的x轴方向的规定范围内分散。
35.在光斑成形部83中，例如采用衍射光学元件(doe)。通过采用该doe，控制从衰减器82导入的脉冲激光光线lb的衍射现象，如图4的(b)所示，将形成于保持单元22的卡盘工作台34上的光斑s的形状成形为在y轴方向上长而在x轴方向上短。光斑s的形状例如设定成x轴方向的尺寸为10μm、y轴方向的尺寸为50μm。另外，该y轴方向的长度的尺寸与后述的晶片10(参照图5)的划分正面10a的分割预定线14的宽度尺寸(约55μm)对应地形成为比该宽度尺寸略小的尺寸。另外，在上述的实施方式中，在光斑成形部83中采用了衍射光学元件(doe)，但本发明不限于此，可以采用能够将脉冲激光光线lb的光斑形状成形的其他周知的技术。作为该周知的技术，例如可以使用数字微镜器件(digtial micromirror device，dmd)、空间光调制器(slm)、柱面透镜(cylindrical lens)、掩模、相位板等而将脉冲激光光线lb的光斑s的形状变更成任意的形状。
36.另外，激光光线照射单元8具有未图示的聚光点位置调整单元。虽省略了聚光点位置调整单元的具体结构的图示，但例如可以构成为具有将螺母部固定于聚光器86且沿箭头z所示的z方向延伸的滚珠丝杠以及与该滚珠丝杠的一个端部连结的电动机。通过这样的结构，将电动机的旋转运动转换成直线运动，使聚光器86沿着沿z方向配设的导轨(省略图示)移动，由此对通过聚光器86而会聚的激光光线lb的聚光点的z方向的位置进行调整。
37.本发明的激光加工装置2具有大致如上所述的结构，下面对其功能、作用进行说明。
38.在通过本实施方式的激光加工装置2实施激光加工时，如图5所示，准备借助粘接带t而支承于环状的框架f的晶片10。晶片10在硅基板上在由分割预定线14划分的正面10a上形成有多个器件12。在晶片10的正面10a的分割预定线14上层叠有低介电常数的绝缘层(low-k膜)。若准备了该晶片10，则以正面10a朝上的方式载置于上述的卡盘工作台34的吸附卡盘35上，通过夹具36进行固定，并且使未图示的吸引源进行动作，在吸附卡盘35上生成吸引力，对晶片10进行吸引保持。另外，在图5中，省略了卡盘工作台34、吸附卡盘35和夹具36。
39.若将晶片10保持于卡盘工作台34，则通过上述的移动机构23使卡盘工作台34适当地移动，将晶片10定位于对准单元88的正下方。若将晶片10定位于对准单元88的正下方，则通过对准单元88对晶片10上进行拍摄。接着，根据通过对准单元88拍摄的晶片10的图像，通过图案匹配等方法，进行晶片10的加工位置(分割预定线14)和聚光器86的对位。根据通过该对位而得到的位置信息，使卡盘工作台34移动，由此如图5所示，将聚光器86与水膜形成器40一起定位于晶片10的上方。接着，通过未图示的聚光点位置调整单元使聚光器86在z方向上移动，在作为晶片10的激光光线lb的照射开始位置的分割预定线14的一个端部的表面高度形成光斑s。在图6的(a)中与晶片10一起示出将水膜形成器40沿y轴方向切断的概略剖视图。由图6的(a)可理解，在聚光器86的下端部配设有水膜形成单元4的水膜形成器40，构成水膜形成器40的壳体42的底壁422d与晶片10的正面10a例如形成有0.5mm～2.0mm左右的间隙p。
40.若实施了聚光器86与晶片10的对位，则经由液体回收池60的液体回收路70而对水膜形成单元4填充所需充分的水w，使泵44进行动作。在水膜形成单元4的内部循环的水w例如是纯水。
41.水膜形成单元4具有上述的结构，由此从泵44的喷出口44a喷出的水w经由管46a而提供至水膜形成器40。提供至水膜形成器40的水w从形成于水膜形成器40的壳体42的底壁422d的喷出口422e朝向下方喷出。如图6的(a)所示，从喷出口422e喷出的水w一边充满壳体42的底壁422d与晶片10之间(特别是形成于透明部423与晶片10之间的间隙p)一边形成水w的层，然后流下，利用液体回收池60进行回收。利用液体回收池60进行回收的水w经由上述的管46b而导入至过滤器45，利用过滤器45进行清洁化而返回至液体提供泵44。这样，通过液体提供泵44喷出的水w在水膜形成单元4内循环。
42.使水膜形成单元4开始进行动作并经过规定的时间(几分钟左右)，由此壳体42的底壁422d(特别是透明部423与晶片10之间的间隙p)被水w充满，形成水w的层，使水膜形成单元4成为水w稳定地循环的状态。
43.在水膜形成单元4中，在水w稳定地循环的状态下，一边使激光光线照射单元8进行动作一边使x轴进给机构50进行动作，使卡盘工作台34在作为加工进给方向的x轴方向(图5中箭头x1所示的方向)上以规定的移动速度移动。从聚光器86照射的激光光线lb通过水膜形成器40的透明部423和水w的层而照射至作为晶片10的被加工位置的分割预定线14上。这样，在对晶片10照射脉冲激光光线lb时，如图6的(b)所示，通过上述的多面镜91的旋转作用，激光光线lb在x轴方向上分散，其结果是，在晶片10的分割预定线14上，在光斑s如箭头r3所示那样分散而进行照射的状态下，晶片10在箭头x1所示的方向上移动。
44.另外，上述的激光加工装置2中的激光加工条件例如可以按照以下的加工条件来实施。
[0045][0046]
在对规定的反射镜m照射激光光线lb之后，对相对于多面镜91的旋转方向r1位于下游侧的下一个反射镜m照射激光光线lb，对晶片10持续分散地照射激光光线lb。这样，从激光振荡器81射出激光光线lb，在多面镜91旋转的期间，沿着分割预定线14实施激光加工。这里，在本实施方式中，脉冲激光光线lb的光斑s的形状如根据图4的(a)、图4的(b)所说明的那样，在晶片10的分割预定线14上成形为在y轴方向上长而在x轴方向上短，特别是在本实施方式中，光斑s的y轴方向的长度形成为与分割预定线14的宽度(55μm)对应的50μm。即，对于一条分割预定线14，无需使保持单元22所保持的晶片10和激光光线照射单元8在x轴方向上反复相对地移动而进行照射，能够通过一次激光加工以宽范围高效地去除分割预定线14上的绝缘层16而形成加工槽100。
[0047]
若对规定的分割预定线14实施了上述的激光加工，则使上述的移动机构23进行动作，由此将聚光器86定位于与已经实施了激光加工的沿第1方向延伸的分割预定线14在y轴方向上相邻的未加工的分割预定线14的一个端部上，实施与上述的激光加工同样的加工，
将沿第1方向延伸的分割预定线14上的绝缘层16去除，形成加工槽100。并且，若对沿着与实施了加工的分割预定线14相同的方向的所有分割预定线14实施了加工，则使卡盘工作台34旋转90度，由此对沿与之前进行了加工的第1方向的分割预定线14垂直的第2方向延伸的未加工的分割预定线14也实施同样的激光加工。这样，能够对晶片10上的所有分割预定线14形成将绝缘层16去除的加工槽100。
[0048]
若通过上述的实施方式沿着形成于晶片10的分割预定线14形成了加工槽100，则将晶片10搬送至省略图示的切割装置，利用配设于该切割装置的切削刀具沿着分割预定线14进行切削，将晶片10分割成各个器件芯片。如上所述，在本实施方式中，通过激光加工装置2而与分割预定线14的宽度尺寸(55μm)对应地在较宽的范围(50μm)内高效地去除分割预定线14上的绝缘层16，形成加工槽100。因此，消除了利用厚度(例如30μm)比该分割预定线14的宽度尺寸小的切削刀具对晶片10的分割预定线14进行切削而形成器件芯片因而在绝缘层16上产生剥离并到达器件12的电路层而使器件12损伤这一问题。
[0049]
当实施上述的激光加工时，在处于晶片10的被照射激光光线lb的位置的水w中产生气泡。与此相对，在本实施方式中，如根据图6所说明的那样，在形成于晶片10上的间隙p中始终以规定的流速流动液体w。由此，在脉冲激光光线lb的照射位置附近产生的气泡快速地从形成于晶片10上的间隙p与水w一起流到外部而被去除。特别是，根据本实施方式，形成于壳体42的底壁422d的喷出口422e相对于同样地配设于底壁422d的透明部423在y轴方向上相邻的位置以沿加工进给方向延伸的缝状形成。通过这样构成，从与作为脉冲激光光线lb分散的方向的x轴方向垂直的y轴方向提供水w，将在照射脉冲激光光线lb的位置产生的气泡去除。由此，能够避开由于激光加工而产生的气泡，对晶片10照射激光光线lb，能够继续实施良好的烧蚀加工。
[0050]
另外，在晶片10上的间隙p中水w持续地流动，由此由于烧蚀加工而产生且释放至水w中的碎屑从晶片10上与气泡一起快速地被去除。上述的包含气泡和碎屑的水w经由管46b而导入至过滤器45，并再次提供至液体提供泵44。这样，液体w在水膜形成单元4中循环，由此通过过滤器45适当地捕捉碎屑或尘埃等，使水w维持清洁的状态。本实施方式的激光加工装置2配设有这样的水膜形成单元4，由此无需对晶片10的正面10a包覆保护带或水溶性树脂等保护膜，生产率进一步提高。
[0051]
在上述的实施方式中，关于通过激光光线照射单元8而形成的光斑s的形状，将y轴方向的长度与分割预定线14的宽度55μm对应地设定成50μm，但本发明不限于此。重要的是，在通过配设于激光光线照射单元8的光斑成形部83来成形光斑s的形状时，成形为比分割预定线14的宽度尺寸小且比将晶片10沿着分割预定线14进行分割时使用的切削刀具的厚度大的尺寸。