CN102848081B - 激光光线照射装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的激光光线照射装置具有：激光光线振荡单元，其振荡出激光光线；聚光透镜，其会聚该激光光线振荡单元振荡出的激光光线；衍射光学元件，其配设于该激光光线振荡单元与该聚光透镜之间，规定该激光光线振荡单元振荡出的激光光线的点形状；以及0次光排除单元，其从由该衍射光学元件规定了点形状的一次光和未生成为一次光的0次光之中排除0次光而仅将规定了点形状的一次光导入到该聚光透镜，该0次光排除单元具有：第1棱镜，其具有入射面、和出射面；第2棱镜，其具有0次光反射面和一次光出光面；以及衰减器，其对在该第2棱镜的该0次光反射面反射的0次光进行吸收。
Description
技术领域
本发明涉及向半导体晶片或光器件晶片等被加工物照射激光光线的激光光线照射装置。
背景技术
在半导体器件制造步骤中，在大致圆板形状的硅基板表面由呈格子状排列的被称作间隔道的分割预定线划分出多个区域，在该划分出的区域形成LC、LSI等器件。而且对沿着间隔道切断半导体晶片而形成器件的区域进行分割，制造出各个半导体芯片。另外，对于在蓝宝石基板表面层叠光电二极管等受光元件和激光二极管等发光元件等而成的光器件晶片也沿着间隔道进行切断，从而将其分割为各个光电二极管、激光二极管等光器件，广泛应用于电气设备。
作为上述沿着间隔道分割半导体晶片和光器件晶片的方法，提出了如下方法：沿着间隔道照射相对于晶片具有吸收性的波长的脉冲激光光线以形成激光加工槽，沿着该激光加工槽进行断开。
另外，为了提高加工精度，还提出了将激光光线的点形状形成为椭圆形的激光加工装置。该激光加工装置为了使激光光线的点形状形成为椭圆形而具备由柱面透镜构成的点整形单元（例如参见专利文献1）。
并且，作为使激光光线的点形状形成为规定形状的结构较为简单的方法，公知有使用衍射光学元件（DOE：DiffractiveOpticElement）的技术。
【专利文献1】日本特开2006-289388号公报
然而，在使用衍射光学元件使激光光线的点形状形成为规定形状的方法中，利用衍射光学元件生成一次光并使激光光线的点形状形成为规定形状时，未被生成为一次光的0次光也与一次光一起照射到被加工物，存在降低加工性能的问题。
发明内容
本发明就是鉴于上述事实情况而完成的，其主要技术课题在于，提供一种既能通过衍射光学元件生成一次光，使激光光线的点形状形成为规定形状，又能排除未生成为一次光的0次光的激光光线照射装置。
为了解决上述主要技术课题，本发明提供一种激光光线照射装置，其具有：激光光线振荡单元，其振荡出激光光线；聚光透镜，其对由该激光光线振荡单元振荡出的激光光线进行会聚；衍射光学元件，其配设于该激光光线振荡单元与该聚光透镜之间，规定该激光光线振荡单元振荡出的激光光线的点形状；以及0次光排除单元，其从由该衍射光学元件规定了点形状的一次光和未生成为一次光的0次光中排除0次光而仅将规定了点形状的一次光导入到该聚光透镜，该0次光排除单元具有：第1棱镜，其具有入射面和出射面，该入射面是一次光和0次光入射的面，该出射面是相对于该入射面倾斜且一次光和相对于一次光具有角度的0次光出射的面；第2棱镜，其具有0次光反射面和一次光出光面，该0次光反射面是允许从该第1棱镜的该出射面出射的一次光的入射并反射0次光的面，该一次光出光面是出射一次光的面；以及衰减器，其对在该第2棱镜的该0次光反射面反射的0次光进行吸收。
优选上述第1棱镜的入射面被设定为使得通过衍射光学元件的一次光垂直地入射，第1棱镜的出射面和第2棱镜的0次光反射面被平行地设定，第1棱镜的入射面与第2棱镜的出射面被平行地设定，由衍射光学元件规定的点形状以相似形状导入到聚光透镜。优选对上述第2棱镜的0次光反射面实施了角度分离涂布。
本发明的激光光线照射装置具有：衍射光学元件，其配设于激光光线振荡单元与聚光透镜之间，规定激光光线振荡单元振荡出的激光光线的点形状；以及0次光排除单元，其从由衍射光学元件规定了点形状的一次光和未生成为一次光的0次光中排除0次光而仅将规定了点形状的一次光导入到聚光透镜，0次光排除单元具有：第1棱镜，其具有入射面和出射面，该入射面是一次光和0次光入射的面，该出射面是相对于该入射面倾斜且一次光和相对于一次光具有角度的0次光出射的面；第2棱镜，其具有0次光反射面和一次光出光面，该0次光反射面是允许从该第1棱镜的该出射面出射的一次光的入射并反射0次光的面，该一次光出光面是出射一次光的面；以及衰减器，其对在第2棱镜的0次光反射面反射的0次光进行吸收，因此能够由0次光排除单元排除未生成为由衍射光学元件规定为点形状的一次光的0次光，因而能防止照射0次光导致的加工性能的降低。
附图说明
图1是装配了根据本发明构成的激光光线照射装置的激光加工机的立体图。
图2是根据本发明构成的激光光线照射装置的概要构成图。
图3是作为被加工物的光器件晶片的立体图。
图4是表示将图3所示的光器件晶片贴附于装配在环状框架的粘接带表面的状态的立体图。
图5是使用图1所示的激光加工装置在图3所示的光器件晶片形成激光加工槽的激光加工槽形成步骤的说明图。
符号说明
2静止基座；3卡盘台机构；36卡盘台；37加工进给单元；38第1分度进给单元；4激光光线照射单元支撑机构；42可动支撑基座；43第2分度进给单元；5激光光线照射单元；53聚光点位置调整单元；6激光光线照射装置；62脉冲激光光线振荡单元；63聚光器；631转向镜；632聚光透镜；633衍射光学元件；6340次光排除单元；635第1棱镜；636第2棱镜；637衰减器；7摄像单元；10光器件晶片；F环状框架；T粘接带
具体实施方式
下面参照附图详细说明根据本发明构成的激光光线照射装置的优选实施方式。
图1表示装配了根据本发明构成的激光光线照射装置的激光加工机的立体图。
图1所示的激光加工机具有静止基座2、对以能够在箭头X所示的加工进给方向（X轴方向）移动的方式配设于该静止基座2的被加工物进行保持的卡盘台机构3、以能够在与加工进给方向（X轴方向）正交的箭头Y所示的分度进给方向（Y轴方向）移动的方式配设于静止基座2的激光光线照射单元支撑机构4、以能够在垂直于后述的卡盘台的保持面的箭头Z所示的聚光点位置调整方向（Z轴方向）移动的方式配设于该激光光线照射单元支撑机构4的激光光线照射单元5。
上述卡盘台机构3具有沿着箭头X所示的加工进给方向（X轴方向）平行配设于静止基座2上的一对导轨31、31、以能够在X轴方向上移动的方式配设于该导轨31、31上的第1滑动块32、以能够在箭头Y所示的分度进给方向（Y轴方向）移动的方式配设于该第1滑动块32上的第2滑动块33、被圆筒部件34支撑于该第2滑动块33上的罩台35、作为被加工物保持单元的卡盘台36。该卡盘台36具有由多孔性材料形成的吸附盘361，凭借未图示的吸引单元将作为被加工物的例如圆板状的半导体晶片保持于作为被加工物保持面的吸附盘361上。如上构成的卡盘台36凭借配设于圆筒部件34内的未图示的脉冲电动机而进行旋转。在卡盘台36还配设有用于固定后述的环状的框架的夹具362。
上述第1滑动块32在其下表面设有与上述一对导轨31、31嵌合的一对被引导槽321、321，并且在其上表面设有沿着Y轴方向平行形成的一对导轨322、322。如上构成的第1滑动块32构成为通过被引导槽321、321与一对导轨31、31嵌合，能够沿着一对导轨31、31在X轴方向移动。图示的实施方式中的卡盘台机构3具有用于使第1滑动块32沿着一对导轨31、31在X轴方向移动的由滚珠丝杠机构构成的加工进给单元37。加工进给单元37具有平行配设于上述一对导轨31与31之间的外螺纹杆371、用于旋转驱动该外螺纹杆371的脉冲电动机372等驱动源。外螺纹杆371的一端以旋转自如的方式支撑于固定在上述静止基座2的轴承块373，其另一端与上述脉冲电动机372的输出轴传动连接。并且，外螺纹杆371与在突出设置于第1滑动块32的中央部下表面的未图示的内螺纹块上形成的贯穿内螺纹孔螺合。因此凭借脉冲电动机372对外螺纹杆371进行正转和反转驱动，从而第1滑动块32沿着导轨32、32在X轴方向移动。
上述第2滑动块33在其下表面设有与设置于上述第1滑动块32的上表面的一对导轨322、322嵌合的一对被引导槽331、331，其构成为通过将该被引导槽331、331与一对导轨322、322嵌合，能够在Y轴方向移动。图示的实施方式中的卡盘台机构3具有用于使第2滑动块33沿着设置于第1滑动块32的一对导轨322、322在Y轴方向移动的由滚珠丝杠机构构成的第1分度进给单元38。第1分度进给单元38具有平行设置于上述一对导轨322与322之间的外螺纹杆381、用于对该外螺纹杆381进行旋转驱动的脉冲电动机382等驱动源。外螺纹杆381的一端以旋转自如的方式支撑于固定在上述第1滑动块32上表面的轴承块383，其另一端与上述脉冲电动机382的输出轴传动连接。并且，外螺纹杆381与在突出设置于第2滑动块33的中央部下表面的未图示的内螺纹块上形成的贯穿内螺纹孔螺合。因此，凭借脉冲电动机382对外螺纹杆381进行正转和反转驱动，从而第2滑动块33沿着导轨322、322在Y轴方向移动。
上述激光光线照射单元支撑机构4具有沿着箭头Y所示的分度进给方向（Y轴方向）平行配设于静止基座2上的一对导轨41、41、以能在Y轴方向移动的方式配设于该导轨41、41上的可动支撑基座42。该可动支撑基座42具有以可移动的方式配设于导轨41、41上的移动支撑部421、安装于该移动支撑部421的装配部422。装配部422在一个侧面平行设置有在箭头Z所示的聚光点位置调整方向（Z轴方向）延伸的一对导轨423、423。图示的实施方式的激光光线照射单元支撑机构4具有用于使可动支撑基座42沿着一对导轨41、41在Y轴方向移动的由滚珠丝杠机构构成的第2分度进给单元43。第2分度进给单元43具有平行配设于上述一对导轨41、41之间的外螺纹杆431、用于对该外螺纹杆431旋转驱动的脉冲电动机432等驱动源。外螺纹杆431的一端以旋转自如的方式支撑于固定在上述静止基座2的未图示的轴承块，其另一端与上述脉冲电动机432的输出轴传动连接。并且，外螺纹杆431与在突出设置于构成可动支撑基座42的移动支撑部421的中央部下表面的未图示的内螺纹块上形成的内螺纹孔螺合。因此，凭借脉冲电动机432对外螺纹杆431进行正转和反转驱动，从而可动支撑基座42沿着导轨41、41在Y轴方向移动。
激光光线照射单元5具有单元支座51、安装于该单元支座51的激光光线照射装置6。单元支座51设有以能够滑动的方式与设置于上述装配部422的一对导轨423、423嵌合的一对被引导槽511，将该被引导槽511嵌合于上述导轨423、423，从而被支撑为能够在箭头Z所示的聚光点位置调整方向（Z轴方向）移动。
激光光线照射单元5具有用于使单元支座51沿着一对导轨423、423在垂直于上述卡盘台36的被加工物保持面的方向即Z轴方向移动的聚光点位置调整单元53。聚光点位置调整单元53与上述加工进给单元37、第1分度进给单元38和第2分度进给单元43同样由滚珠丝杠机构构成。该聚光点位置调整单元53具有配设于一对导轨423、423之间的外螺纹杆（未图示）、用于对该外螺纹杆进行旋转驱动的脉冲电动机532等的驱动源，凭借脉冲电动机532对未图示的外螺纹杆进行正转和反转驱动，从而使单元支座51和激光光线照射装置6沿着导轨423、423在箭头Z表示的聚光点位置调整方向移动。并且，在图示的实施方式中，通过对脉冲电动机532进行正转驱动，使激光光线照射装置6向上方移动，通过对脉冲电动机532进行反转驱动，使激光光线照射装置6向下方移动。
激光光线照射装置6具有固定于上述单元支座51且实质上水平延伸的圆筒形状的壳体61。在该圆筒形状的壳体61的前端部配设有凭借上述激光光线照射装置6检测应进行激光加工的加工区域的摄像单元7。该摄像单元7具有照明被加工物的照明单元、捕捉该照明单元照明的区域的光学***、对该光学***所捕捉的像进行摄像的摄像元件（CCD）等，将摄像的图像信号发送给未图示的控制单元。
如图2所示，激光光线照射装置6具有配设于上述壳体61内且振荡出脉冲激光光线LB的脉冲激光光线振荡单元62、对该脉冲激光光线振荡单元62振荡出的脉冲激光光线进行会聚而照射到保持于上述卡盘台36的被加工物W的聚光器63。上述脉冲激光光线振荡单元62构成为具有由YAG激光振荡器或YVO4激光振荡器构成的脉冲激光振荡器621、附设于该脉冲激光振荡器621的重复频率设定单元622。脉冲激光振荡器621振荡出重复频率设定单元622所设定的规定频率的脉冲激光光线LB。重复频率设定单元622设定由脉冲激光振荡器621振荡出的脉冲激光光线的重复频率。
上述聚光器63具有装配于壳体61的前端，将上述脉冲激光光线振荡单元62振荡出的脉冲激光光线LB向图2中的下方（垂直于作为卡盘台36的上表面的保持面的方向）进行方向转换的转向镜631、会聚由该转向镜631转换了方向的激光光线而照射到保持于卡盘台36的被加工物W的聚光透镜632、配设于脉冲激光光线振荡单元62与聚光透镜632之间且规定脉冲激光光线振荡单元62振荡出的脉冲激光光线LB的点形状的衍射光学元件（DOE：DiffractiveOpticElement）633、从该衍射光学元件633规定了点形状的一次光和未生成为一次光的0次光中排除0次光而仅将规定了点形状的一次光导入到聚光透镜632的0次光排除单元634。
上述衍射光学元件633构成为在图示的实施方式中，脉冲激光光线振荡单元62振荡出的截面（点形状）为圆形S1的脉冲激光光线LB的点形状形成为椭圆形。如上构成的衍射光学元件633将脉冲激光光线振荡单元62振荡出的点形状为圆形S1的脉冲激光光线LB分为规定为椭圆形S2的点形状的一次光LB1和未生成为一次光LB1的0次光LB0，使彼此具有规定角度α而入射到0次光排除单元634。
上述0次光排除单元634具有：第1棱镜635，其具有由一次光LB1和0次光LB0入射的入射面635a、倾斜于该入射面635a且由一次光LB1和相对于一次光LB1具有角度的0次光LB0出射的出射面635b；第2棱镜636，其具有允许从该第1棱镜635的出射面635b出射的一次光LB1入射且反射0次光LB0的0次光反射面636a、出射一次光LB1的一次光出射面636b；以及衰减器637，其对在该第2棱镜636的0次光反射面636a反射的0次光LB0进行吸收。第1棱镜635的入射面635a被设定为使得通过了衍射光学元件633的一次光LB1垂直入射。另外，第1棱镜635的出射面635b和第2棱镜636的0次光反射面636a被设定为相隔间隔s彼此平行，相对于第1棱镜635的入射面635a以角度β形成。并且该角度β被设定为使用第2棱镜636的0次光反射面636a反射从第1棱镜635的出射面635b出射的0次光LB0，允许从第1棱镜635的出射面635b出射的一次光LB1入射到第2棱镜636的角度。另外，第2棱镜636的0次光反射面636a被实施了角度分离涂布，以反射具备很小的角度差的一个0次光LB0，使另一个一次光LB1入射。作为其角度分离涂布剂，可使用MgF2、聚对苯二甲酸乙酯（PET）、三醋酸纤维素（TAC）等。而且，第1棱镜635的入射面635a与第2棱镜的出射面636b设定为平行。如上构成的0次光排除单元634利用第2棱镜636的0次光反射面636a反射通过了衍射光学元件633的0次光LB0而导入到衰减器637。另一方面，0次光排除单元634将由衍射光学元件633把点形状规定为椭圆形S2的一次光LB1以相似形S3导入到上述聚光透镜632。如上导入到聚光透镜632的点形状为椭圆形S3的一次光LB1通过聚光透镜632来会聚，作为椭圆形的聚光点S4照射到保持于卡盘台36的被加工物W。
图示的实施方式的激光加工机如上构成，以下说明其作用。图3示出由上述激光加工机加工的作为被加工物的光器件晶片的立体图。图3所示的光器件晶片10例如在厚度为100μm的蓝宝石基板表面层叠了5μm厚度的由氮化物半导体构成的作为光器件层的发光层（外延层）110。而且，在发光层（外延层）110由呈格子状形成的多个间隔道111划分而成的多个区域形成有发光二极管、激光二极管等光器件112。
在使用上述激光加工机沿着间隔道111对光器件晶片10进行激光加工时，将光器件晶片10贴附于装配在环状框架的粘接带表面。即如图4所示，将光器件晶片10的背面10b侧贴附于装配在环状框架F的粘接带T的表面（晶片贴附步骤）。因此，就贴附于装配在环状框架F的粘接带T表面的光器件晶片10而言，表面10a成为上侧。
实施了上述晶片贴附步骤后，将贴附有光器件晶片10的粘接带T放置于上述图1所示的激光加工装置的卡盘台36上。然后，通过启动未图示的吸引单元，将光器件晶片10经由粘接带T吸附保持于卡盘台36上（晶片保持步骤）。因此，就吸附保持于卡盘台36的光器件晶片10而言，表面10a成为上侧。而且，装配了贴附有光器件晶片10的粘接带T的环状框架F被配设于卡盘台36的夹具362固定住。如上，吸附保持了光器件晶片10的卡盘台36被加工进给单元37定位于摄像单元7的正下方。
在卡盘台36被定位于摄像单元7的正下方时，执行凭借摄像单元7和未图示的控制单元检测光器件晶片10的应进行激光加工的加工区域的对准作业。即，摄像单元7和未图示的控制单元执行用于进行在光器件晶片10的规定方向形成的间隔道111与沿着该间隔道111照射激光光线的激光光线照射装置6的聚光器63之间的位置对齐的图形匹配等图像处理，完成激光光线照射位置的对准（对准步骤）。另外，对在与上述规定方向正交的方向形成于光器件晶片10的间隔道111也同样完成激光光线照射位置的对准。
如上检测在卡盘台36上吸附保持的光器件晶片10的表面10a上形成的间隔道111，实施了激光光线照射位置的对准时，启动加工进给单元37和第1分度进给单元38，如图5（a）所示将卡盘台36移动至激光光线照射装置6的聚光器63所处的激光光线照射区域，将规定的间隔道111的一端（图5（a）中的左端）定位于激光光线照射装置6的聚光器63的正下方。接着，启动激光光线照射装置6，从聚光器63照射相对于构成光器件晶片10的蓝宝石基板具有吸收性的波长的脉冲激光光线，并以规定的进给速度使卡盘台36沿着图5（a）中箭头X1所示的方向移动（激光加工槽形成步骤）。而且，如图5（b）所示，在规定的间隔道111的另一端（图5（b）中的右端）到达了聚光器63的正下方时，停止脉冲激光光线的照射并停止卡盘台36的移动。在该激光加工槽形成步骤中，使脉冲激光光线的聚光点P对准光器件晶片10的上表面附近。其结果，在光器件晶片10沿着间隔道111形成激光加工槽120。
例如如下设定上述激光加工槽形成步骤的加工条件。
光源：YAG脉冲激光
波长：355nm
重复频率：10kHz
平均输出：3.5W
聚光点径：短轴10μm、长轴200μm的椭圆形
加工进给速度：100mm/秒
如上所述，在沿着形成于光器件晶片10的第1方向的所有间隔道111实施了上述激光加工槽形成步骤后，使保持光器件晶片10的卡盘台36定位于转动了90度的位置处。然后，沿着在与光器件晶片10的上述第1方向正交的第2方向形成的所有间隔道111实施上述激光加工槽形成步骤。
在上述激光加工槽形成步骤中，照射到光器件晶片10的激光光线如上凭借衍射光学元件633而使得点形状形成为椭圆形，因此形成加工精度较高的激光加工槽120。还由于0次光排出单元634排除了未生成为由衍射光学元件633规定为椭圆形点形状的一次光LB1的0次光LB0，因此能防止照射0次光导致的加工性能的降低。
如上，沿着所有间隔道111实施了激光加工槽形成步骤的光器件晶片10被移送到沿着形成有激光加工槽120的间隔道111进行断开的晶片分割步骤。
Claims (2)
1.一种激光光线照射装置，其具有：
激光光线振荡单元，其振荡出激光光线；
聚光透镜，其对由该激光光线振荡单元振荡出的激光光线进行会聚；
衍射光学元件，其配设于该激光光线振荡单元与该聚光透镜之间，规定该激光光线振荡单元振荡出的激光光线的点形状；以及
0次光排除单元，其从由该衍射光学元件规定了点形状的一次光和未生成为一次光的0次光中排除0次光而仅将规定了点形状的一次光导入到该聚光透镜，
该0次光排除单元具有：
第1棱镜，其具有入射面和出射面，该入射面是一次光和0次光入射的面，该出射面是相对于该入射面倾斜且一次光和相对于一次光具有角度的0次光出射的面；
第2棱镜，其具有0次光反射面和一次光出光面，该0次光反射面是允许从该第1棱镜的该出射面出射的一次光的入射并反射0次光的面，该一次光出光面是出射一次光的面；以及
衰减器，其对在该第2棱镜的该0次光反射面反射的0次光进行吸收，
该第1棱镜的该入射面被设定为使通过了该衍射光学元件的一次光垂直地入射，该第1棱镜的该出射面和该第2棱镜的该0次光反射面被平行地设定，该第1棱镜的该入射面和该第2棱镜的该出射面被平行地设定，由该衍射光学元件规定的点形状以相似形状导入到该聚光透镜。
2.根据权利要求1所述的激光光线照射装置，其中，对该第2棱镜的该0次光反射面实施了角度分离涂布。
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