TWI464026B - Laser processing device - Google Patents

Description

雷射加工裝置 發明領域

本發明係有關於一種使用雷射光束來加工半導體晶圓等工作件之雷射加工裝置，更詳而言之，係有關於一種用以修正雷射光束之聚光點位置之技術。

發明欲解決之課題

於半導體元件之製造程序中，在略呈圓板形狀之半導體晶圓之表面，將IC(integrated circuit：積體電路)或LSI(large-scale integration：大型積體電路)等電路形成為矩陣狀，然後沿著預定切割道(分割預定線)，將業已形成該複數電路之晶圓切斷成格子狀，藉此，將各電路分離而晶片化。

又，於廣泛地利用在電子儀器等之發光二極體及雷射二極體等光元件之製造程序中，亦沿著分割預定線，將業已於利用藍寶石等所構成之基板表面積層氮化鎵系化合物半導體等之光元件晶圓切斷，藉此，分割成各個元件並晶片化。

此種各種晶圓之切斷(切塊)係使用被稱作切塊機之切斷裝置。又，近年來亦開發出利用雷射光束來切斷半導體晶圓等工作件之方法(例如參照專利文獻1、專利文獻2)，舉例言之，於專利文獻1中所揭示之加工方法中，將雷射光束照射至由氧化物單晶所構成之工作件，且藉由光化學反應，使氧化物單晶之分子解離及蒸發，藉此，於工作件之預定位置形成溝槽，並沿著該溝槽劈開工作件。

又，於專利文獻2中所揭示之切斷方法中，調整聚光點而將對工作件具有透過性之脈衝雷射光束照射至工作件內部，並沿著分割預定線形成變質領域。由於該變質領域之強度低於其他部分，因此，藉由沿著分割預定線施加外力，變質層會構成起點而分割工作件。

另一方面，依照加工對象之工作件之不同，在直到切塊程序為止之過程中，有時會產生翹曲或表面波紋，或是表面並非平坦且形成凹凸。在加工此種工作件時，由於加工面之表面位移並非固定，因此，雷射光束之聚光點位置係於深度方向產生誤差，且加工精準度會降低。於前述在工作件內部形成變質層之雷射加工中，特別是加工對象之工作件的翹曲、表面波紋及凹凸之影響大。

故，以往揭示有一種雷射加工裝置，其係預先測定於工作件中的雷射光束照射領域之表面位移，且根據該結果，調整聚光點之深度方向位置並照射雷射光束(例如參照專利文獻3、專利文獻4)。

又，亦揭示有一種雷射加工裝置，其係構成為利用反應性良好且可高速移動之音圈馬達來調整雷射光束之聚光點位置(參照專利文獻5)。於該專利文獻5中所揭示之雷射加工裝置中，在支持聚光透鏡之支持部內建有磁石，同時於配置在其周圍之框體設置線圈，並利用線圈之驅動力來使支持部移動，藉此，調整聚光透鏡之位置。

[專利文獻1]日本專利公開公報特開平10-305420號公報

[專利文獻2]特開2002-192370號公報(專利第3408805號)

[專利文獻3]特開2007-152355號公報

[專利文獻4]特開2008-16577號公報

[專利文獻5]特開2008-68308號公報

發明欲解決之課題

然而，於前述習知技術中卻具有以下所示之問題，即，於習知雷射加工裝置中，壓電元件等致動器係利用在雷射光束之聚光點位置之調整，然而，一般而言，由於此種致動器之可動距離短，因此會有可調整聚光點位置之範圍狹窄之問題。

另一方面，使用音圈馬達的專利文獻5中所揭示之雷射加工裝置係使用滾珠軸承，因此於可動部與滾珠軸承間會產生靜止摩擦阻力，且會有反應速度變慢之問題。再者，該雷射加工裝置在移動範圍為數百μm以下，特別是200μm以下時，亦會有產生過調節之問題。

故，本發明之主要目的係提供一種可以高速且廣範圍地調整雷射光束之聚光點位置之雷射加工裝置。

發明揭示 用以欲解決課題之手段

有關本發明之雷射加工裝置包含有：保持機構，係保持加工對象之工作件者；及加工機構，係將雷射光束照射至業已保持於該保持機構之工作件者，又，於前述加工機構至少設有：振盪器，係振盪前述雷射光束者；聚光透鏡，係將前述雷射光束聚光於前述工作件者；可動部，係支持前述聚光透鏡，並相對於前述工作件朝垂直方向移動者；固定部，係具有藉由氣體支持前述可動部之氣體軸承部，且與前述可動部同時地構成音圈馬達者；及支持構件，係藉由磁性拒斥作用自下方支持前述可動部者。

於本發明中，藉由可動部與固定部來構成音圈馬達，且藉由在因流入線圈之電流所造成的磁場與利用磁石所形成的磁場間所產生之磁吸收斥力，調整聚光透鏡之位置，因此可實現高速反應及可動範圍之擴大。又，將保持聚光透鏡之可動部利用氣體軸承來支持，藉此，減低靜止阻力，故，可構成微調整，並提升聚光點位置之修正精準度。

於該雷射加工裝置中，亦可於前述可動部設置永久磁石，且於前述固定部設置用以驅動前述可動部之線圈部，藉此，由於無需在可動部連接配線，因此不會在可動部施加意想不到之力。

又，前述可動部亦可包含有：透鏡支持構件，係由環狀之永久磁石所構成，且於內部配置有聚光透鏡者；一對桿構件，係支持於前述氣體軸承部者；及連結構件，係連結前述透鏡支持構件與前述桿構件者，此時，前述線圈部可配置成圍繞前述透鏡支持構件。

再者，前述可動部之可動範圍係例如為200μm以下。

發明效果

依據本發明，由於將音圈馬達利用在聚光透鏡之位置調整機構，且更利用氣體軸承來支持其可動部，因此可以高速且廣範圍地調整雷射光束之聚光點位置。

用以實施發明之最佳形態

以下參照附圖說明用以實施本發明之最佳形態，另，本發明並不限於以下所示之實施形態。第1圖係顯示本實施形態之雷射加工裝置之構造圖，又，第2圖係顯示於第1圖所示之雷射加工裝置1中的聚光點位置調整機構之構造分解透視圖，第3圖係顯示其固定部之立體圖，第4圖係顯示可動部之立體圖。

如第1圖所示，本實施形態之雷射加工裝置1係至少包含有：保持機構2，係保持工作件者；及加工機構3，係將雷射光束照射至工作件10之預定位置者。於該雷射加工裝置1中的保持機構2只要具有可保持工作件之保持面21即可，舉例言之，可列舉如利用負壓來吸附保持工作件之夾頭台等。又，於保持機構2上，依需要亦可設置複數用以固定環形框架且可自由拆裝之夾具22。

再者，保持機構2係構成為可藉由進給機構，朝x方向及與該x方向呈正交之y方向移動，具體而言，在一對相互呈平行地配置於台座51上之導軌52a、導軌52b間配置有滾珠螺桿53a，且於該滾珠螺桿53a之一側端部安裝有馬達53b，另一側端部則支持於軸承座53c且可旋轉。

又，於導軌52a、導軌52b及滾珠螺桿53a上載置有滑塊54，且於該滑塊54上，一對導軌55a、導軌55b及滾珠螺桿56a係相互呈平行地配置。該滾珠螺桿56a亦於一側端部安裝馬達56b，且另一側端部係支持於軸承座56c且可旋轉。再者，於導軌55a、導軌55b及滾珠螺桿56a上載置有滑塊57，且於該滑塊57上設置有保持機構2。

又，於藉由該等構件所構成之進給機構中，若藉由馬達53b來驅動滾珠螺桿53a，則滑塊54係藉由導軌52a、導軌52b導引而移動，藉此，保持機構2會朝x方向移動。另一方面，若藉由馬達56b來驅動滾珠螺桿56a，則滑塊57係藉由導軌55a、導軌55b導引而移動，藉此，保持機構2會朝y方向移動。

另一方面，於加工機構3至少設置有：振盪器(未圖示)，係振盪加工用之雷射光束者；聚光透鏡(未圖示)，係將發出自振盪器之雷射光束聚光於工作件者；及用以調整雷射光束之聚光點位置之機構(聚光點位置調整機構30)。

設置於該加工機構3之振盪器可按照工作件之種類及加工形態等而適當地選擇，舉例言之，可使用YAG雷射振盪器或YVO4雷射振盪器等。另，於本實施形態之加工裝置1中的加工機構3上，為了改變雷射光束之行進方向，亦可於振盪器與聚光透鏡間設置一個或複數反射鏡。

又，如第2至4圖所示，聚光點位置調整機構30係藉由可動部32、固定部33及用以自下方支持可動部32之支持構件34所構成，且聚光透鏡31係支持於可動部32。於該聚光點位置調整機構30中的可動部32只要是具有永久磁石且可支持聚光透鏡31之構造即可，舉例言之，如第4圖所示，可作成藉由一對連結構件323a、連結構件323b，相互地連結由環狀之永久磁石所構成之透鏡支持構件321與一對桿構件322a、桿構件322b之構造，於該構造時，聚光透鏡31係配置於透鏡支持構件321之內部。

再者，固定部33可包含有：線圈部331，係用以使可動部32相對於工作件朝垂直方向移動者；及氣體軸承部332a、氣體軸承部332b，係藉由氣體支持可動部32者。舉例言之，若於將可動部32作成第4圖所示之構造時，則如第3圖所示，固定部33係作成使線圈部331之直徑大於透鏡支持構件321且可圍繞透鏡支持構件321之筒型形狀，且可作成藉由連結構件333a、連結構件333b將線圈部331與氣體軸承部332a、氣體軸承部332b一體化之構造，此時，線圈部331係配置成圍繞透鏡支持構件321。

又，於本實施形態之雷射加工裝置1中，透鏡支持構件321與線圈部331係具有作為音圈馬達之作用，藉此，可動部32係相對於工作件朝垂直方向在例如200μm以下之範圍移動，並調整雷射光束之聚光點位置。此時，由於透鏡支持構件321係藉由線圈部331自全周方向支持，因此XY方向之力矩不會施加於透鏡支持構件321，且透鏡支持部321之動作安定。

另一方面，支持構件34只要是可藉由磁性拒斥作用自下方支持可動部32之構造即可，舉例言之，如第2至4圖所示，可藉由於可動部32中的連結構件323a、連結構件323a與固定部33中的連結構件333a、連結構件333b相互地相對向之位置安裝同極之永久磁石341、永久磁石342來實現。依此，藉由利用同極之永久磁石341、永久磁石342間之拒斥作用，電流不會流入線圈部331，且於音圈未動作時，可使可動部32浮游、保持於預定位置。

另，在音圈未動作而處於浮游狀態時，可動部32係微小地振動，故，於本實施形態之雷射加工裝置中，會流動用以使該振動停止之最小限度之電流，且將可動部32之振動停止之位置作成原點(初始位置)，藉此，在使電流流入線圈部331且使音圈動作時，可藉由同等之電流值，使可動部32自初始位置朝上方及下方中之任何方向移動同等之距離，因此可輕易地進行控制。又，由於無需用以使可動部32浮游之電流，且亦無需將在電流流入線圈部331之狀態下的可動部32之位置作成初始位置，因此可減低消耗電力，同時亦可抑制發熱。

再者，於本實施形態之雷射加工裝置1中，宜設置有：表面位移檢測機構4，係檢測工作件之表面位移者；及控制機構5，係根據該表面位移檢測機構4之檢測結果，控制聚光點位置調整機構30之驅動者。

在此所使用之表面位移檢測機構4只要是可檢測出顯示工作件表面之表面波紋或凹凸之表面位移者，則其構造及方法並無特殊之限制，舉例言之，可作成於保持機構2之上方，設置具有雷射振盪器等之光照射部及利用感測器等所構成之光檢測部，且將在工作件之表面反射的波長光照射至工作件並檢測其反射光之構造，此時，可於光檢測部中測定反射光之光量，並自該值之變化，求取工作件表面至光檢測部之距離之變動，即，工作件之表面位移。

又，控制機構5可藉由例如電腦來構成，且可作成以下構造，即，包含有：中央處理裝置(CPU)，係依據控制程式進行運算處理者；唯讀記憶體(ROM)，係收藏控制程式等者；隨機存取記憶體(RAM)，係收藏運算結果等且可讀寫者；輸入介面，係輸入來自表面位移檢測機構4之光檢測部之輸出信號者；及輸出介面，係將動作信號輸出至加工機構3之聚光點位置調整機構30及進給機構之各馬達53b、馬達56b等者。

其次，說明本實施形態之雷射加工裝置1之動作，即，使用雷射加工裝置1來加工工作件之方法。舉例言之，本實施形態之雷射加工裝置1作成加工對象之工作件可列舉如：半導體晶圓、DAF(晶粒黏著膜，Die Attach Film)等黏著膠帶、由玻璃、矽及藍寶石等無機材料、金屬材料或塑料等所構成之各種基板、半導體製品之封裝體及要求微米級之精準度之各種加工材料等。此種工作件係透過業已黏貼於內面之黏著膠帶而支持於環形框架之開口部，且於該狀態下進行加工。

於本實施形態之雷射加工方法中，首先，將業已支持於環形框架之狀態的工作件載置於保持機構2上，又，藉由夾具22固定該環形框架，同時藉由保持面21吸附保持工作件。其次，藉由加工機構3，沿著分割預定線將預定波長之加工用雷射光束照射至工作件，此時，藉由表面位移檢測機構4，檢測照射雷射光束之部分，即，分割預定線之表面位移，並根據該結果，藉由控制機構5控制聚光點位置調整機構30之驅動，並調整工作件之厚度方向上的雷射光束之聚光點位置。

第5圖係顯示聚光點位置調整機構30之動作之立體圖，第6圖係其截面圖。如第5及6圖所示，於本實施形態之雷射加工裝置1中，加工用雷射光束6係通過透鏡支持構件321內，並藉由聚光透鏡31朝工作件聚光，此時，雷射光束6之聚光點6a之位置係藉由使可動部32相對於工作件朝垂直方向移動來調整。

具體而言，根據表面位移檢測機構4之檢測結果，藉由控制機構5操作電流調整機構7，且變更供給至線圈部331之電流值，藉此，由於在藉由使電流流入線圈部331所產生的磁場與藉由構成透鏡支持構件321之永久磁石所形成的磁場間所產生之磁吸收斥力會改變，因此可調整可動部32之位置。在作成此種構造時，可動部32之可動範圍可在例如200μm以下之範圍任意地設定。

再者，此時，藉由以預定壓力將空氣等氣體導入氣體軸承部332a、氣體軸承部332b內，將可動部32之桿構件322a、桿構件322b支持在與其移動方向垂直之方向。依此，藉由利用氣體軸承來支持可動部32，可使可動部32之靜止阻力接近零，因此不會有過調節之問題，其結果，可構成高速反應，且即使是數百μm以下之範圍之移動，亦可以良好精準度調整聚光透鏡31之位置，且可實現例如±60nm之定位精準度。

如前所述，於本實施形態之雷射加工裝置1中，由於藉由透鏡支持構件321與線圈部331來構成音圈馬達，且藉由其磁場及電流所產生的力來驅動可動部32並調整聚光透鏡31之位置，因此可構成高速反應，同時相較於習知壓電元件等致動器，可實現可動範圍之擴大。又，由於利用氣體軸承來支持可動部32，因此可大幅地減低靜止阻力，且可以高精準度調整雷射光束之聚光點位置。

另，本實施形態之雷射加工裝置1係藉由永久磁石來形成可動部32，且於固定部33設置線圈部331，然而，本發明並不限於此，亦可於可動部32形成線圈，且於固定部33設置永久磁石，然而，若於固定部33設置線圈部331，則由於在可動部32無需配線，因此可防止意想不到之力施加於可動部32。

1．．．雷射加工裝置

2．．．保持機構

3．．．加工機構

4．．．表面位移檢測機構

5．．．控制機構

6．．．加工用雷射光束

6a．．．聚光點

7．．．電流調整機構

10．．．工作件

21．．．保持面

22．．．夾具

30．．．聚光點位置調整機構

31．．．聚光透鏡

32．．．可動部

33．．．固定部

34．．．支持構件

51．．．台座

52a，52b，55a，55b．．．導軌

53a，56a．．．滾珠螺桿

53b，56b．．．馬達

53c，56c．．．軸承座

54，57．．．滑塊

321．．．透鏡支持構件

322a，322b．．．桿構件

323a，323b，333a，333b．．．連結構件

331．．．線圈部

332a，332b．．．氣體軸承部

341，342．．．永久磁石

第1圖係顯示有關本發明實施形態之雷射加工裝置之構造圖。

第2圖係顯示於第1圖所示之雷射加工裝置中的聚光點位置調整機構之構造分解透視圖。

第3圖係顯示第2圖所示之聚光點位置調整機構之固定部之立體圖。

第4圖係顯示第2圖所示之聚光點位置調整機構之可動部之立體圖。

第5圖係顯示第2圖所示之聚光點位置調整機構之動作之立體圖。

第6圖係顯示第2圖所示之聚光點位置調整機構之動作之截面圖。

1．．．雷射加工裝置

2．．．保持機構

3．．．加工機構

4．．．表面位移檢測機構

5．．．控制機構

7．．．電流調整機構

21．．．保持面

22．．．夾具

30．．．聚光點位置調整機構

51．．．台座

52a，52b，55a，55b．．．導軌

53a，56a．．．滾珠螺桿

53b，56b．．．馬達

53c，56c．．．軸承座

54，57．．．滑塊

Claims (4)

1. 一種雷射加工裝置，包含有：保持機構，係保持加工對象之工作件者；及加工機構，係將雷射光束照射至業已保持於該保持機構之工作件者，又，於前述加工機構至少設有：振盪器，係振盪前述雷射光束者；聚光透鏡，係將前述雷射光束聚光於前述工作件者；可動部，係支持前述聚光透鏡，並相對於前述工作件朝垂直方向移動者；固定部，係具有藉由氣體支持前述可動部之氣體軸承部，且與前述可動部同時地構成音圈馬達者；及支持構件，係藉由磁性拒斥作用自下方支持前述可動部者。
2. 如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中前述可動部係具有永久磁石，且於前述固定部設有用以驅動前述可動部之線圈部。
3. 如申請專利範圍第2項之雷射加工裝置，其中前述可動部包含有：透鏡支持構件，係由環狀之永久磁石所構成，且於內部配置有聚光透鏡者；一對桿構件，係支持於前述氣體軸承部者；及連結構件，係連結前述透鏡支持構件與前述桿構件者，又，前述線圈部係配置成圍繞前述透鏡支持構件。
4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之雷射加工裝置，其中前述可動部之可動範圍係200μm以下。