CN109382582A - 激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明为激光加工装置。利用简单的结构使激光光线沿分割预定线的宽度方向摆动并且使摆动速度高速化。沿着晶片(W)的分割预定线进行激光加工的激光加工装置(1)包含：激光振荡器(41)，其射出激光光线；多面镜(42)，其反射从激光振荡器射出的激光；以及fθ透镜(44)，其使由多面镜反射的激光光线会聚照射在晶片上。多面镜的各反射面(43)由设与旋转轴(45)的轴向平行的角度为零度时的角度零度的零度反射面(43a)、从零度起朝正向倾斜了角度的正反射面(43b‑43d)、以及从零度起朝负向倾斜了角度的负反射面(43e‑43g)形成，使激光光线在分割预定线的宽度范围内沿与加工进给方向垂直的方向和加工进给方向摆动。

Description

激光加工装置
技术领域
本发明涉及一种沿着分割预定线对晶片进行激光加工的激光加工装置。
背景技术
在半导体晶片的表面上呈格子状地形成有多条分割预定线，在由分割预定线划分出的区域中形成有IC、LSI等各种器件。以往，作为激光加工装置，已知有沿着分割预定线对晶片照射激光光线进行烧蚀加工的激光加工装置(例如，参照专利文献1)。在烧蚀加工中，通过沿着分割预定线照射相对于晶片具有吸收性的波长的激光光线，部分地去除激光光线的照射部位，形成沿着分割预定线的槽。
专利文献1：日本特开平10-305420号公报
但是，分割预定线的线宽根据晶片的种类而不同，在对线宽较大的晶片进行激光加工时，需要使激光光线沿分割预定线的宽度方向摆动。一般而言，通过使用一对电扫描仪和fθ透镜，能够使激光光线沿分割预定线的宽度方向摆动，自如地改变槽宽。但是，需要高速地改变一对电扫描仪的反射镜的角度，使激光光线沿宽度方向摆动，因此，存在装置结构变得复杂的问题。此外，对激光光线的摆动速度要求实现进一步的高速化。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种能够利用简单的结构使激光光线沿分割预定线的宽度方向摆动并且能够使摆动速度高速化的激光加工装置。
根据本发明，提供一种激光加工装置，其对于在由交叉的多条分割预定线划分出的各区域中分别形成有器件的晶片，沿着该分割预定线会聚照射激光光线进行激光加工，其中，该激光加工装置具有：卡盘工作台，其保持晶片；激光加工单元，其沿着由该卡盘工作台保持的晶片上的该分割预定线对晶片会聚照射吸收性波长的激光光线，形成加工槽；以及加工进给单元，其对该卡盘工作台和该激光加工单元相对地进行加工进给，该激光加工单元包含：激光振荡器，其射出激光光线；多面镜，其具有通过旋转轴旋转的多个反射面；以及fθ透镜，其入射被该多面镜的该反射面反射后的激光光线，并使该激光光线会聚照射在晶片上，该多面镜的该反射面具有：设与该旋转轴的轴向平行的方向为零度的零度反射面、从该零度起朝正向倾斜了角度的正反射面、以及从该零度起朝负向倾斜了角度的负反射面，该激光加工装置使激光光线在该分割预定线的宽度范围内沿与加工进给方向垂直的方向和加工进给方向摆动。
根据该结构，通过对多面镜照射激光光线，利用多面镜的零度反射面、正反射面、负反射面反射激光光线。这时，通过伴随多面镜的旋转而形成的零度反射面、正反射面、负反射面的切换、以及伴随多面镜的旋转而发生的各反射面上的针对激光光线的反射角的变化，使激光光线在分割预定线的宽度范围内沿与加工进给方向垂直的方向和加工进给方向摆动。此外，能够根据多面镜的旋转速度来确定激光光线的摆动速度。这样，能够利用简单的结构使激光光线摆动，并且能够使激光光线的摆动速度高速化。
根据本发明，通过在多面镜上形成零度反射面、正反射面、负反射面，能够利用简单的结构，使激光光线在分割预定线的宽度范围内沿与加工进给方向垂直的方向和加工进给方向摆动。
附图说明
图1是本实施方式的激光加工装置的立体图。
图2A、图2B是示出比较例的激光加工的一例的图。
图3是本实施方式的激光光学***的示意图。
图4是本实施方式的多面镜的立体图。
图5A、图5B、图5C、图5D、图5E是示出本实施方式的激光加工的一例的示意图。
图6A、图6B、图6C是示出本实施方式的激光光线的摆动幅度的调整的一例的示意图。
标号说明
1：激光加工装置；20：卡盘工作台；21：保持面；30：加工进给单元；40：激光加工单元；41：激光振荡器；42；多面镜；43：反射面；43a：零度反射面；43b-43d：正反射面；43e-43g：负反射面；44：fθ透镜；45：旋转轴；D：规定间隔；L：分割预定线；W：晶片。
具体实施方式
以下，参照附图对激光加工装置进行说明。图1是激光加工装置的立体图。图2A和图2B是示出比较例的激光加工的一例的图。另外，激光加工装置只要是能够实施本实施方式的晶片的加工方法的结构即可，并不限定于图1所示的结构。
如图1所示，激光加工装置1构成为使照射激光光线的激光加工单元40和保持晶片W的卡盘工作台20相对移动而对晶片W进行激光加工。在晶片W的表面上呈格子状地排列有多条分割预定线L，在由分割预定线L划分出的各区域中形成有多个器件。保护带T的中央部分粘贴于晶片W，在保护带T的外周部分粘贴有环状框架F。另外，晶片W可以是在半导体基板上形成有半导体器件的半导体晶片，也可以是在无机材料基板上形成有光器件的光器件晶片。
在激光加工装置1的基台10上设置有加工进给单元30，该加工进给单元30相对于激光加工单元40在X轴方向和Y轴方向上对卡盘工作台20进行加工进给。加工进给单元30具有：一对导轨31，它们配置在基台10上并与X轴方向平行；以及马达驱动的X轴工作台32，其以能够滑动的方式设置在一对导轨31上。此外，加工进给单元30具有：一对导轨33，它们配置在X轴工作台32的上表面上并与Y轴方向平行；以及马达驱动的Y轴工作台34，其以能够滑动的方式设置在一对导轨33上。
在X轴工作台32和Y轴工作台34的背面侧分别形成有未图示的螺母部，这些螺母部与滚珠丝杠35、37螺合。并且，通过对与滚珠丝杠35、37的一端部连结的驱动马达36、38进行旋转驱动，卡盘工作台20沿着导轨31、33在X轴方向和Y轴方向上移动。此外，在Y轴工作台34上设置有保持晶片W的卡盘工作台20。在卡盘工作台20的上表面上形成有保持面21，在卡盘工作台20的周围设置有对晶片W的周围的环状框架F进行夹持固定的夹持部22。
在卡盘工作台20的后方的立壁部11上突出设置有臂部12，在臂部12的末端设置有对卡盘工作台20上的晶片W进行烧蚀加工的激光加工单元40。激光加工单元40沿着晶片W的分割预定线L集中照射吸收性波长的激光光线而形成加工槽。另外，烧蚀是指如下的现象：当激光光线的照射强度为规定的加工阈值以上时，在固体表面上将电子转换成热、光学和力学能量，其结果是，***性地释放出中性原子、分子、正负离子、自由基、簇、电子和光，固体表面被蚀刻。
此外，在激光加工装置1中设置有对装置各部进行集中控制的控制单元50。控制单元50由执行各种处理的处理器、存储器等构成。存储器根据用途由ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等一个或多个存储介质构成。在存储器中，除了存储有控制装置各部的控制程序，还存储有激光加工条件等。在激光加工装置1中，通过使卡盘工作台20相对于激光加工单元40在加工进给方向上移动，由此沿着晶片W的分割预定线L实施烧蚀加工。
另外，如图2A的比较例所示，关于带Low-K膜51的晶片W，在机械切割中容易产生膜剥离，因此，组合烧蚀加工和机械切割进行分割。在该情况下，在与纸面垂直的方向上实施加工进给，沿着分割预定线L(参照图1)去除Low-K膜51。通过反复进行加工进给，利用烧蚀加工形成距晶片W的表面规定宽度的加工槽59。由此，晶片W的表面通过去除Low-K膜51而形成的加工槽59在外部露出。
在该情况下，如图2B所示，在烧蚀加工中，为了避免切削刀具55与Low-K膜51接触，需要在分割预定线L(参照图1)上比切削刀具55的刀具宽度更宽地形成加工槽59。但是，为了在分割预定线L的宽度方向上较大地形成加工槽59，必须沿着分割预定线L多次往复地反复进行加工进给。此外，不论是否为带Low-K膜51的晶片W，只要在通过烧蚀加工在分割预定线L上形成比较宽的加工槽57的情况下，也都必须反复进行加工进给，存在加工时间延长的问题。
因此，在本实施方式中，不仅由与旋转轴的轴向平行的反射面构成多面镜42(参照图4)的反射面，还由具有各种斜率的反射面构成多面镜42的反射面。由此，通过使多面镜42旋转，能够使激光光线在分割预定线L的宽度范围内沿与加工进给方向垂直的方向和加工进给方向摆动。一边使激光光线沿分割预定线L的宽度方向摆动一边实施烧蚀加工，因此，无需沿着分割预定线L反复进行加工进给，能够缩短针对晶片W的加工时间。
以下，参照图3和图4，对激光光学***进行说明。图3是本实施方式的激光光学***的示意图。图4是本实施方式的多面镜的立体图。另外，图4示出多面镜的一例，多面镜形成为包含零度反射面、负反射面、正反射面的多边形即可。
如图3所示，收纳在激光加工单元40中的激光光学***中，由多面镜42的多个反射面43反射从激光振荡器41出射的激光光线，并使用fθ透镜44会聚照射在晶片W上。激光振荡器41向多面镜42射出相对于晶片W具有吸收性的波长的激光光线。多面镜42使旋转轴45与加工进给方向垂直，利用设置于外周面的多个反射面43向fθ透镜44反射激光光线。多面镜42旋转，从而使激光光线沿加工进给方向摆动。
此外，多面镜42的各反射面43相对于旋转轴45的轴向具有各种斜率，利用该各反射面43的斜率使激光光线沿与加工进给方向垂直的方向摆动。由多面镜42的各反射面43反射后的激光光线入射至fθ透镜44，fθ透镜44使激光光线垂直地会聚照射在晶片W上。这样，利用多面镜42改变激光光线相对于fθ透镜44的入射位置，使基于fθ透镜44形成的激光光线的聚光点在分割预定线L(参照图5A至图5E)的宽度范围内移动。
如图4所示，在设与旋转轴45的轴向平行的方向为零度时，多面镜42的各反射面43以零度为基准朝正向和负向倾斜。即，各反射面43由与旋转轴45的轴向平行的零度反射面43a、从零度起朝正向倾斜了角度的正反射面43b-43d、以及从零度起朝负向倾斜了角度的负反射面43e-43g构成。正反射面43b-43d从零度起朝正向分3个阶段改变角度，负反射面43e-43g从零度起朝负向分3个阶段改变角度。
当利用零度反射面43a反射激光光线时，朝分割预定线L(参照图5A至图5E)的宽度方向的中心照射激光光线。当利用正反射面43b-43d反射激光光线时，使激光光线向分割预定线L的宽度方向的一端侧摆动。当利用负反射面43e-43g反射激光光线时，使激光光线向分割预定线L的宽度方向的另一端侧摆动。这样，多面镜42旋转而切换反射面43相对于旋转轴45的斜率，由此，被多面镜42反射后的激光光线沿分割预定线L的宽度方向反复运动。
此外，借助多面镜42的旋转，从旋转轴45的轴向观察时的各反射面43相对于激光光线的反射角可变(参照图5B)。即，通过借助多面镜42的旋转连续地改变各反射面43的激光光线的反射角，使被多面镜42反射后的激光光线沿分割预定线L的长度方向运动。这样，通过反射面43相对于旋转轴45的轴向的斜率和由于多面镜42的旋转而引起的反射面43的反射角的变化，使激光光线的聚光点在分割预定线L的内侧沿宽度方向和长度方向移动。
这时，当多面镜42的旋转速度升高时，多面镜42的反射面43相对于激光光线的切换加快，并且各反射面43的相对于激光光线的反射角的变化加快。由此，伴随多面镜42的旋转速度的增加，激光光线在分割预定线L的宽度方向和长度方向上的摆动速度高速化。因此，能够利用多面镜42的旋转速度调节摆动速度，因此，与使用电扫描仪等的结构相比，能够简化装置结构，并且能够使激光光线的摆动速度高速化。
接着，参照图5A至图5E和图6A至图6C，对激光加工进行说明。图5A至图5E是示出本实施方式的激光加工的一例的图。图6A至图6C是示出本实施方式的激光光线的摆动幅度的调整的一例的图。另外，图5A至图5E和图6A至图6C的分割预定线上的箭头表示形成加工槽时的激光光线的照射点的移动轨迹。此外，为了便于说明，在分割预定线上仅示出形成加工槽时的箭头，而省略对加工槽的描述。
如图5A所示，当开始激光加工时，使多面镜42旋转，并且向多面镜42的反射面43照射激光光线。当利用多面镜42的负反射面43g反射激光光线时，利用相对于旋转轴45(参照图4)的轴向而言的负向的斜率，使激光光线入射到fθ透镜44的图中右侧。激光光线透过fθ透镜44而会聚照射到晶片W(参照图5B)的分割预定线L的宽度方向的右端侧，如图5A所示，沿着分割预定线L上的右端侧的箭头Ag进行烧蚀加工而形成加工槽。
这时，如图5B所示，通过使多面镜42旋转，从侧方观察多面镜42时，负反射面43g的反射角发生变化。当激光光线以较小的反射角被负反射面43g反射时，激光光线入射到fθ透镜44的近前侧，当激光光线以较大的反射角被负反射面43g反射时，激光光线入射到fθ透镜44的里侧。激光光线相对于fθ透镜44的入射位置摆动，从而使聚光点在分割预定线L的长度方向上前后摆动而进行烧蚀加工。
如图5C所示，多面镜42进一步旋转，利用负反射面43f反射激光光线，从而沿着分割预定线L的宽度方向的右数第2个箭头Af形成加工槽。同样，利用负反射面43e反射激光光线，从而沿着分割预定线L的宽度方向的右数第3个箭头Ae形成加工槽。这时，对晶片W进行加工进给，因此，在分割预定线L的长度方向上稍微错开并同时在宽度方向上并排形成加工槽。然后，利用零度反射面43a反射激光光线，从而沿着分割预定线L的宽度方向的中心的箭头Aa形成加工槽。
如图5D所示，多面镜42进一步旋转，利用正反射面43b反射激光光线，从而沿着分割预定线L的宽度方向的左数第3个箭头Ab形成加工槽。同样，利用正反射面43c反射激光光线，从而沿着分割预定线L的宽度方向的左数第2个箭头Ac形成加工槽。然后，利用正反射面43d反射激光光线，从而沿着分割预定线L的宽度方向的左端侧的箭头Ad形成加工槽。如分割预定线L的宽度范围内的箭头A所示，按照多面镜42的反射面43的数量而倾斜地排列形成加工槽。
如图5E所示，当多面镜42进一步旋转时，再次利用负反射面43g反射激光光线，在分割预定线L的右端侧沿着第2列的箭头Ag形成加工槽。通过反复进行该动作，如箭头所示，在分割预定线L的宽度方向上并排形成多个加工槽，并且，在分割预定线L的长度方向上隔开规定间隔地形成加工槽的列。这样，通过利用反射面43相对于旋转轴45(参照图4)的斜率不同的多面镜42反射激光光线，能够使激光光线的聚光点沿加工进给方向和与加工进给方向垂直的方向移动。
另外，如图6A所示，在分割预定线L的宽度方向上以规定间距P并排形成有用箭头A表示的多个加工槽。此外，在分割预定线L的长度方向上隔开规定间隔D地形成有用箭头A表示的加工槽的列。为了提高激光加工的加工质量，优选以没有间隙地在分割预定线L上形成加工槽的方式缩小箭头A的规定间距P和规定间隔D。在该情况下，通过增加多面镜42的反射面43(参照图4)的数量，更细微地改变反射面43相对于旋转轴45的轴向的斜率，能够缩小规定间距P。
具体而言，在本实施方式中，除利用与旋转轴45平行的反射面43反射激光光线以外，还利用在正向上角度不同的3个反射面43、在负向上角度不同的3个反射面43总计7个反射面43，以分7个阶段改变的反射面43的斜率反射激光光线(参照图5A至图5E)。因此，将多面镜42的反射面43增加至8个以上，以分8个阶段以上改变的反射面43的斜率反射激光光线。由此，能够缩小在分割预定线L的宽度方向上排列的多个加工槽的规定间距P，能够在分割预定线L的宽度方向上形成更多的加工槽。
此外，通过减慢卡盘工作台20的移动速度、即晶片W(参照图1)的加工进给速度，能够在分割预定线L的长度方向上缩小加工槽的规定间隔D。此外，通过加快多面镜42(参照图4)的旋转速度，也能够在分割预定线L的长度方向上缩小加工槽的规定间隔D。这样，通过相对于晶片W的加工进给速度而相对地提高多面镜42的旋转速度，能够增加在分割预定线L的长度方向上照射激光光线的次数，能够在分割预定线L的长度方向上形成更多的加工槽。
并且，如图6C所示，通过增大多面镜42与fθ透镜44之间的距离，能够在分割预定线L的长度方向上缩小加工槽的规定间隔D。如图6B所示，若多面镜42与fθ透镜44的距离较近，则激光光线的分割预定线L的长度方向的摆动量变小。另一方面，如图6C所示，若多面镜42与fθ透镜44的距离较远，则激光光线的分割预定线L的长度方向的摆动量变大。这样，能够增大激光光线的分割预定线L的长度方向的摆动量，缩小加工槽的规定间隔D。
如上所述，根据本实施方式的激光加工装置1，通过对多面镜42照射激光光线，利用多面镜42的零度反射面43a、正反射面43b-43d、负反射面43e-43g反射激光光线。这时，通过伴随多面镜42的旋转而发生的零度反射面43a、正反射面43b-43d、负反射面43e-43g的切换，使激光光线在分割预定线L的宽度范围内沿与加工进给方向垂直的方向摆动。此外，通过伴随多面镜42的旋转而发生的各反射面43中的相对于激光光线的反射角的变化，使激光光线沿加工进给方向摆动。此外，能够根据多面镜42的旋转速度，确定激光光线的摆动速度。这样，能够利用简单的结构使激光光线摆动，并且能够使激光光线的摆动速度高速化。
另外，在本实施方式中，收纳在激光加工单元40中的激光光学***由激光振荡器41、多面镜42、fθ透镜44构成，但不限于该结构。激光光学***构成为使激光光线在分割预定线的宽度范围内沿与加工进给方向垂直的方向和加工进给方向摆动即可。
此外，在本实施方式中，按照相对于旋转轴45的轴向的斜率的大小顺序在旋转方向上并排形成多面镜42的反射面43，但不限于该结构。多面镜的反射面形成为相对于旋转轴的轴向以各种角度倾斜即可，例如，可以交替地形成正反射面和负反射面。
此外，在本实施方式中，构成为多面镜42的旋转轴45与分割预定线L垂直，但不限于该结构。多面镜的旋转轴可以是与分割预定线交叉的方向，多面镜的旋转轴也可以是与分割预定线平行的方向。
此外，在本实施方式中，构成为通过激光加工在晶片W上形成加工槽，但加工槽不限于将晶片W在厚度方向上完全切断的槽，也可以是对晶片W在厚度方向上部分切入的槽。即，加工槽不仅是通过全切形成的槽，还包含通过半切形成的槽。
此外，在本实施方式中，作为晶片W，举例示出半导体晶片、光器件晶片进行了说明，但晶片也可以是形成有分割预定线的CSP基板等封装基板。
此外，在本实施方式中，作为加工进给单元30，举例示出滚珠丝杠式的移动机构进行了说明，但不限于该结构。加工进给单元只要能够对卡盘工作台和激光加工单元相对地进行加工进给即可，例如，也可以由线性马达式的移动机构、齿条齿轮式的移动机构构成。
此外，虽然对本发明的实施方式以及变形例进行了说明，但作为本发明的其他实施方式，也可以整体或者部分地组合上述实施方式和变形例。
此外，本发明的实施方式和变形例并不限定于上述实施方式，也可以在不脱离本发明的技术构思的主旨的范围内进行各种变更、置换、变形。并且，如果能够因技术的进步或衍生出的其他技术而利用其他方法实现本发明的技术构思，则也可以使用该方法进行实施。因此，权利要求覆盖了能够包含在本发明的技术构思的范围内的所有实施方式。
此外，在本实施方式中，对将本发明应用于沿着分割预定线对晶片进行烧蚀加工的激光加工装置的结构进行了说明，但还可以将本发明应用于一边使激光光线摆动一边进行加工的其他加工装置。
如以上所说明那样，本发明具有能够利用简单的结构使激光光线沿分割预定线的宽度方向摆动并且能够使摆动速度高速化的效果，特别在对带LoW-k膜的晶片进行激光加工的激光加工装置中是有用的。

Claims (1)

1.一种激光加工装置，其对于在由交叉的多条分割预定线划分出的各区域中分别形成有器件的晶片，沿着该分割预定线会聚照射激光光线进行激光加工，其中，
该激光加工装置具有：
卡盘工作台，其保持晶片；
激光加工单元，其沿着由该卡盘工作台保持的晶片上的该分割预定线对晶片会聚照射吸收性波长的激光光线，形成加工槽；以及
加工进给单元，其对该卡盘工作台和该激光加工单元相对地进行加工进给，
该激光加工单元包含：
激光振荡器，其射出激光光线；
多面镜，其具有通过旋转轴旋转的多个反射面；以及
fθ透镜，其入射被该多面镜的该反射面反射后的激光光线，并使该激光光线会聚照射在晶片上，
该多面镜的该反射面具有：设与该旋转轴的轴向平行的方向为零度的零度反射面、从该零度起朝正向倾斜了角度的正反射面、以及从该零度起朝负向倾斜了角度的负反射面，
该激光加工装置使激光光线在该分割预定线的宽度范围内沿与加工进给方向垂直的方向和加工进给方向摆动。
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