專利名稱：激光束加工機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過施加能穿過工件的激光束例如脈沖激光束在工件的內(nèi)部形成退化層的激光束加工機(jī)。
現(xiàn)有技術(shù)在半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)工藝中，通過以格狀圖案設(shè)置在包括適當(dāng)襯底例如硅襯底、藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底、鉭酸鋰襯底、玻璃襯底或者石英襯底的晶圓的正面上的稱為“街道”的分隔線分隔多個(gè)區(qū)域，并且在每個(gè)分隔區(qū)形成電路(功能元件)例如IC或者LSI。通過沿著分隔線切割晶圓以將它分隔成每個(gè)在其上都形成有電路的區(qū)域來制造各個(gè)半導(dǎo)體器件。為了分隔晶圓，提出了各種使用激光束的方法。
美國(guó)專利號(hào)6,211,488和日本專利號(hào)3408805公開了一種晶圓分隔方法，該方法包括步驟在晶圓的厚度方向的中間部分會(huì)聚激光束，并且沿著分隔線相對(duì)彼此移動(dòng)脈沖激光束和晶圓以沿著分隔線在晶圓的厚度方向的中間部分形成退化層，然后，在晶圓上施加外力以便沿著退化層來分隔晶圓。
然而，可以想像得到，不僅在晶圓的厚度方向上的中間部分形成退化層，而且代替在厚度方向上的中間部分形成退化層或者除了在厚度方向上的中間部分形成退化層之外還沿著分隔線在從背面上至預(yù)定深度的部分或者從正面到預(yù)定深度的部分形成退化層。在任何一種情況中，為了通過向晶圓施加外力沿著分隔線精確地分隔晶圓，必須使退化層的厚度，也就是，退化層在晶圓的厚度方向上的尺寸相對(duì)較大。由于在脈沖激光束的焦點(diǎn)附近退化層的厚度為10到50μm，當(dāng)將要增加退化層的厚度時(shí)，需要在晶圓厚度方向上改變脈沖激光束的焦點(diǎn)位置，然后反復(fù)地沿著每條分隔線相對(duì)彼此移動(dòng)脈沖激光束和晶圓。因此，在晶圓很厚的情況下，形成足夠厚的退化層以便將晶圓精確地分隔開需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間。
為了解決上述問題，本申請(qǐng)人以前提出一種激光束加工機(jī)，如日本專利申請(qǐng)?zhí)?003-273341，其是如此構(gòu)成的，以便于允許脈沖激光束可以在其光軸方向上彼此移動(dòng)的至少兩個(gè)點(diǎn)會(huì)聚。采用這種激光束加工機(jī)，可以同時(shí)在工件，即晶圓的厚度方向上彼此移動(dòng)的至少兩個(gè)焦點(diǎn)的位置形成退化層。然而，由于該激光束加工機(jī)施加其焦點(diǎn)在晶圓的厚度方向上的同一光軸上彼此偏離的激光束時(shí)，具有淺焦點(diǎn)的激光束阻礙具有深焦點(diǎn)的激光束的施加，由此使得不可能形成所需的退化層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種激光束加工機(jī)，該激光束加工機(jī)能夠同時(shí)形成所需厚度的多個(gè)退化層，且不允許具有淺焦點(diǎn)的激光束阻礙具有深焦點(diǎn)的激光束的施加。
根據(jù)本發(fā)明，通過一種激光束加工機(jī)可以獲得本發(fā)明的上述目的，該激光束加工機(jī)包括用于固定工件的卡盤臺(tái)、用于向固定在卡盤臺(tái)上的該工件施加能夠穿過該工件的激光束的激光束施加裝置，和用于彼此相對(duì)地移動(dòng)卡盤臺(tái)和激光束施加裝置的加工進(jìn)給裝置，該激光束施加裝置包括激光束振蕩裝置和傳輸/會(huì)聚裝置，該傳輸/會(huì)聚裝置具有用于傳輸由激光束振蕩裝置振蕩的激光束的光學(xué)傳輸裝置以及具有用于會(huì)聚由所述光學(xué)傳輸裝置傳輸?shù)募す馐膯蝹€(gè)聚光透鏡，其中該傳輸/會(huì)聚裝置使得由激光束振蕩裝置振蕩的激光束在兩個(gè)或者多個(gè)焦點(diǎn)會(huì)聚，通過所述單個(gè)聚光透鏡這些焦點(diǎn)在加工進(jìn)給方向和固定在卡盤臺(tái)上的工件的厚度方向上移動(dòng)。
上述光學(xué)傳輸裝置包括用于將由激光束振蕩裝置振蕩的激光束分成第一激光束和第二激光束的分束器、用于在加工進(jìn)給方向上移動(dòng)第一激光束的焦點(diǎn)和第二激光束的焦點(diǎn)的焦點(diǎn)位置移動(dòng)裝置、以及用于在固定在上述卡盤臺(tái)上的工件的厚度方向上移動(dòng)第一激光束和第二激光束的其中一個(gè)的焦點(diǎn)的焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置。焦點(diǎn)位置移動(dòng)裝置具有多個(gè)鏡子，以通過改變所述多個(gè)鏡子的安裝角度來改變加工進(jìn)給方向上第一激光束的焦點(diǎn)和第二激光束的焦點(diǎn)之間的位移。焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置改變激光束的光束發(fā)散角。
在本發(fā)明的激光束加工機(jī)中，由激光束振蕩裝置振蕩的激光束會(huì)聚在兩個(gè)或者多個(gè)焦點(diǎn)，在其光軸方向和它的加工進(jìn)給方向上相對(duì)彼此移動(dòng)這些焦點(diǎn)，由此形成在其中一個(gè)焦點(diǎn)的退化層不阻礙具有其它焦點(diǎn)的激光束的照射。因此，可以同時(shí)形成具有所需厚度的多個(gè)退化層。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的激光束加工機(jī)的示意圖；圖2是示出通過圖1所示的激光束加工機(jī)在工件的內(nèi)部同時(shí)形成兩個(gè)退化層的狀態(tài)的圖；圖3是設(shè)置在圖1所示的激光束加工機(jī)中的焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置的另一個(gè)例子的示意圖；以及圖4是設(shè)置在圖1所示的激光束加工機(jī)中的焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置的再一個(gè)例子的示意圖。
優(yōu)選實(shí)施例在下文中參考附圖將具體描述根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的激光束加工機(jī)的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的激光束加工機(jī)的示意圖。所示出的加工機(jī)包括用于固定作為工件的晶圓2的卡盤臺(tái)3和用4表示的激光束施加裝置。
卡盤臺(tái)3包括由多孔件形成或者具有多個(gè)吸入孔或者凹槽的吸附卡盤31，并且該吸附卡盤31和未示出的吸入裝置連接。因此，附著到作為工件的晶圓2的其上形成電路的表面的一側(cè)的保護(hù)帶21設(shè)置在吸附卡盤31上，并通過觸發(fā)(activating)未示出的吸入裝置被吸入固定在卡盤臺(tái)3上。因此，這樣構(gòu)成的卡盤臺(tái)3如此構(gòu)成使得可以通過未示出的加工進(jìn)給裝置在圖1中的箭頭X表示的加工進(jìn)給方向上移動(dòng)。因此，卡盤臺(tái)3和激光束施加裝置4可以在箭頭X表示的加工進(jìn)給方向上彼此相對(duì)移動(dòng)。
激光束施加裝置4包括脈沖激光束振蕩裝置5和用于傳輸和會(huì)聚由脈沖激光束振蕩裝置5振蕩的脈沖激光束的傳輸/會(huì)聚裝置6。脈沖激光束振蕩裝置5振蕩能過穿過作為工件的晶圓2的脈沖激光束10。當(dāng)晶圓2是包括硅襯底、碳化硅襯底、鉭酸鋰襯底、玻璃襯底或者石英襯底的晶圓時(shí)，作為這種脈沖激光束振蕩裝置5，可以使用用于振蕩例如波長(zhǎng)為1064nm的脈沖激光束10的YVO4脈沖激光束振蕩器或者YAG脈沖激光振蕩器。
將參考圖1繼續(xù)描述。激光束施加裝置4的傳輸/會(huì)聚裝置6插在脈沖激光束振蕩裝置5和作為固定在卡盤臺(tái)3上的工件的晶圓2之間。在所述實(shí)施例中的傳輸/會(huì)聚裝置6包括用于傳輸由脈沖激光束振蕩裝置5振蕩的脈沖激光束的光學(xué)傳輸裝置7和用于會(huì)聚由光學(xué)傳輸裝置7傳輸?shù)拿}沖激光束的聚光透鏡8，例如物鏡。光學(xué)傳輸裝置7包括分束器71、用于在作為固定在上述卡盤臺(tái)3上的工件的晶圓2的厚度方向(即，在圖1中箭頭Z指示的方向)上移動(dòng)激光束的焦點(diǎn)的焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置72，和用于在圖1中的箭頭X指示的加工進(jìn)給方向上移動(dòng)穿過焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置72的激光束的焦點(diǎn)的焦點(diǎn)位置移動(dòng)裝置73。焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置72由所述實(shí)施例中的凸透鏡721構(gòu)成。焦點(diǎn)位置移動(dòng)裝置73包括第一鏡731、第二鏡732和分束器733。
在上述激光束加工機(jī)中，由脈沖激光束振蕩裝置5振蕩的脈沖激光束10被分束器71分成兩個(gè)脈沖激光束10a和10b，也就是，直接穿過分束器71的第一脈沖激光束10a和由分束器71反射的基本上以直角改變它的方向的第二脈沖激光束10b。第一脈沖激光束10a穿過分束器733，并且通過聚光透鏡8會(huì)聚在作為工件的晶圓2的內(nèi)部的焦點(diǎn)Pa。
同時(shí)，第二脈沖激光束10b穿過作為焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置72的凸透鏡721以改變其光束發(fā)散角。在所述的實(shí)施例中，在第二脈沖激光束10b穿過凸透鏡721之后，它的發(fā)散角如此降低以致于使得隨著它離凸透鏡721越來越遠(yuǎn)它的直徑逐漸變小。其發(fā)散角通過穿過凸透鏡721已經(jīng)被改變的第二脈沖激光束10b被第一鏡731和第二鏡732反射，并且被分束器733進(jìn)一步反射，反射的角度相應(yīng)于它們的安裝角度。以相應(yīng)于它的安裝角度的角度已經(jīng)被分束器733反射的第二脈沖激光束10b以形成在它的光軸L2和上述第一脈沖激光束10a的光軸L1之間的預(yù)定角度θ到達(dá)聚光透鏡8。由于通過穿過作為上述焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置72的凸透鏡721改變了入射到聚光透鏡8上的第二脈沖激光束10b的發(fā)散角，所以它的直徑也改變了。穿過聚光透鏡8的第二脈沖激光束10b會(huì)聚在作為工件的晶圓2內(nèi)部的焦點(diǎn)Pb。
如上所述，當(dāng)入射到聚光透鏡8上的第二脈沖激光束10b的光軸L2相對(duì)于第一脈沖激光束10a的光軸L1具有預(yù)定角度θ時(shí)，在圖1中的箭頭X指示的加工進(jìn)給方向上，第二脈沖激光束10b的焦點(diǎn)Pb離第一脈沖激光束10a的焦點(diǎn)Pa的距離為“S”。通過改變第一鏡731和第二鏡732的安裝角度可以適當(dāng)?shù)馗淖冊(cè)撐灰啤癝”。當(dāng)將要入射到物方聚光透鏡8的第二脈沖激光束10b穿過作為焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置72的凸透鏡721時(shí)，它的發(fā)散角改變，并且通過第一鏡731、第二鏡732和分束器733它的光束直徑朝著聚光透鏡8逐漸增加，由此，它的焦點(diǎn)Pb位于比第一脈沖激光束10a的焦點(diǎn)Pa深的位置(在圖1中的較低位置)，也就是，在光軸的方向上更加遠(yuǎn)離目標(biāo)聚光透鏡8。通過在光軸的方向上移動(dòng)作為焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置72的凸透鏡721可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整焦點(diǎn)Pb的深度。
當(dāng)?shù)谝幻}沖激光束10a會(huì)聚在焦點(diǎn)Pa時(shí)，從而，在作為工件的晶圓2中、在焦點(diǎn)Pa附近通常是在從焦點(diǎn)Pa朝向上的方向具有厚度T1的區(qū)域中形成退化層W1。另外，當(dāng)?shù)诙}沖激光束10b會(huì)聚在焦點(diǎn)Pb時(shí)，在作為工件的晶圓2中、在焦點(diǎn)Pb附近通常是在從焦點(diǎn)Pb朝向上的方向具有厚度T2的區(qū)域中形成退化層W2。在這點(diǎn)上，由于在圖1中的箭頭X指示的加工進(jìn)給方向上，第二脈沖激光束10b的焦點(diǎn)Pb離第一脈沖激光束10a的焦點(diǎn)Pa的距離為“S”，因此第一脈沖激光束10a和第二脈沖激光束10b不相互干擾，并且具有淺焦點(diǎn)的第一脈沖激光束10a不妨礙具有較深焦點(diǎn)的第二脈沖激光束10b。因此，具有所需厚度的退化層W1和W2可以分別形成在第一脈沖激光束10a的焦點(diǎn)Pa附近和第二脈沖激光束10b的焦點(diǎn)Pb附近。形成在作為工件的晶圓2中的退化層通常熔化并且重新凝固(也就是說，當(dāng)脈沖激光束10a和10b會(huì)聚時(shí)熔化，然后在脈沖激光束10a和10b會(huì)聚之后凝固)，即，處于空隙或者裂縫的狀態(tài)中，盡管這取決于晶圓2的材料和會(huì)聚的脈沖激光束10a和10b的強(qiáng)度。
如上所述，當(dāng)施加脈沖激光束時(shí)，所述實(shí)施例中的激光束加工機(jī)例如在圖1中向左的方向上移動(dòng)卡盤臺(tái)3(即，作為固定在卡盤臺(tái)3上的工件的晶圓2)。結(jié)果，如圖2所示，沿著晶圓內(nèi)部的預(yù)定分隔線同時(shí)形成具有厚度T1和T2的兩個(gè)退化層W1和W2。如上所述，根據(jù)所述實(shí)施例中的激光束加工機(jī)，可以在通過使用單個(gè)激光束施加裝置4在作為工件的晶圓2的厚度方向彼此移動(dòng)的兩個(gè)區(qū)域中同時(shí)形成具有厚度T1和T2的退化層W1和W2。當(dāng)將要連續(xù)形成退化層W1和W2時(shí)，例如，在圖1的向左的方向上移動(dòng)作為焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置72的凸透鏡721以便向上移動(dòng)第二脈沖激光束10b的焦點(diǎn)Pb，并且設(shè)置焦點(diǎn)Pb，使其位于比第一脈沖激光束10a的焦點(diǎn)Pa低厚度T2的位置。
例如如下所述來設(shè)置上述激光加工中的激光加工條件光源LD激發(fā)的Q開關(guān)Nd:YVO4脈沖激光器波長(zhǎng)1064nm脈沖輸出2.5μJ焦點(diǎn)直徑1μm脈沖寬度40ns重復(fù)頻率100KHz加工進(jìn)給速度100mm/sec當(dāng)作為工件的晶圓2很厚時(shí)，并且因此具有厚度T1和T2的退化層W1和W2不足以精確地沿著分隔線分隔晶圓，在光軸的方向上，即，在圖1中的箭頭Z指示的垂直方向上將激光束施加裝置4和卡盤臺(tái)3彼此相對(duì)移動(dòng)預(yù)定距離。由此，當(dāng)從激光束施加裝置4施加脈沖激光束時(shí)，焦點(diǎn)Pa和焦點(diǎn)Pb在光軸方向上，也就是在作為工件的晶圓2的厚度方向上移動(dòng)，并且卡盤臺(tái)3在圖1中的箭頭X指示的加工進(jìn)給方向上移動(dòng)。結(jié)果，除了上述退化層W1和W2之外，在作為工件的晶圓中、在厚度方向上偏離的位置處還可以重新形成具有厚度T1和T2的退化層W1和W2。
參考圖3隨后給出焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置72的另一個(gè)例子的描述。
圖3中所示的焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置72包括在光軸方向上彼此分隔開的第一凸透鏡722和第二凸透鏡723。在圖3所示的焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置72中，在第二脈沖激光束10b穿過第一凸透鏡722和第二凸透鏡723之后，它的發(fā)散角的直徑設(shè)計(jì)成隨著它離第二凸透鏡723越來越遠(yuǎn)而逐漸變大。通過在光軸的方向上移動(dòng)第一凸透鏡722或第二凸透鏡723可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整第二脈沖激光束10b的發(fā)散角和入射到上述聚光透鏡8上的第二脈沖激光束10b的光束直徑，也就是，穿過焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置72并被上述聚光透鏡8會(huì)聚的第二脈沖激光束10的焦點(diǎn)Pb的深度位置。
參考圖4隨后給出焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置72的再一個(gè)例子的描述。
圖4所示的焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置72包括彼此分隔開的第三凸透鏡724和第四凸透鏡725，以及插在第三凸透鏡724和第四凸透鏡725之間的第一對(duì)鏡子726和第二對(duì)鏡子727。第一對(duì)鏡子726由彼此平行并以其間保持它們隔開的狀態(tài)固定在鏡子固定件(未示出)上的第一鏡726a和第二鏡726b組成。第二對(duì)鏡子727由彼此平行并以其間保持它們隔開的狀態(tài)固定在鏡子固定件(未示出)上的第一鏡727a和第二鏡727b組成。在圖4所示的如此構(gòu)成的焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置72中，在第二脈沖激光束10b穿過第三凸透鏡724、第一對(duì)鏡子726的第一鏡726a和第二鏡726b、第二對(duì)鏡子727的第一鏡727a和第二鏡727b、以及第四凸透鏡725之后，它的發(fā)散角的直徑設(shè)計(jì)成隨著它離第四凸透鏡725越來越遠(yuǎn)而逐漸變大。通過改變第一對(duì)鏡子726和第二對(duì)鏡子727的安裝角度來改變光路的長(zhǎng)度可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整第二脈沖激光束10b的發(fā)散角和入射到上述聚光透鏡8上的第二脈沖激光束10b的光束直徑，也就是，穿過焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置72并被上述聚光透鏡8會(huì)聚的第二脈沖激光束10b的焦點(diǎn)Pb的深度位置。對(duì)于安裝角度的調(diào)整，在第一鏡726a和第一鏡727a分別點(diǎn)對(duì)稱于第二鏡726b和第二鏡727b的點(diǎn)上轉(zhuǎn)動(dòng)用于固定第一對(duì)鏡子726和第二對(duì)鏡子727的鏡子固定件(未示出)。
盡管參考附圖借助于優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明決不僅僅局限于上面的實(shí)施例，而是在不超出本發(fā)明范圍的情況下可以以其它各種方式來改變或者修改。例如，在所述的實(shí)施例中，作為焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置的凸透鏡72設(shè)置在第二脈沖激光束10b的路徑中，但是焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置可以設(shè)置在第一脈沖激光束10a的路徑中。此外，作為焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置的透鏡可以是凸透鏡或者一組透鏡。另外，在所述的實(shí)施例中使用了脈沖激光束，但是在本發(fā)明中可以使用連續(xù)波激光束，例如CO2激光束。
權(quán)利要求
1.一種激光束加工機(jī)，包括用于固定工件的卡盤臺(tái)、用于向固定在該卡盤臺(tái)上的該工件施加能夠穿過該工件的激光束的激光束施加裝置、和用于相對(duì)彼此移動(dòng)所述卡盤臺(tái)和所述激光束施加裝置的加工進(jìn)給裝置，該激光束施加裝置包括激光束振蕩裝置、用于傳輸由該激光束振蕩裝置振蕩的激光束的光學(xué)傳輸裝置、和具有用于會(huì)聚由所述光學(xué)傳輸裝置傳輸?shù)募す馐膯蝹€(gè)聚光透鏡的傳輸/會(huì)聚裝置，其中該傳輸/會(huì)聚裝置使得由所述激光束振蕩裝置振蕩的激光束在兩個(gè)或者多個(gè)焦點(diǎn)會(huì)聚，通過所述單個(gè)聚光透鏡使這些焦點(diǎn)在所述加工進(jìn)給方向和固定在所述卡盤臺(tái)上的工件的厚度方向上移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光束加工機(jī)，其中所述光學(xué)傳輸裝置包括用于將由所述激光束振蕩裝置振蕩的激光束分成第一激光束和第二激光束的分束器、用于在加工進(jìn)給方向上移動(dòng)所述第一激光束的焦點(diǎn)和所述第二激光束的焦點(diǎn)的焦點(diǎn)位置移動(dòng)裝置、和用于在固定在上述卡盤臺(tái)上的工件的厚度方向上移動(dòng)所述第一激光束和所述第二激光束中的其中一個(gè)的焦點(diǎn)的焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光束加工機(jī)，其中該焦點(diǎn)位置移動(dòng)裝置具有多個(gè)鏡子，并且通過改變所述多個(gè)鏡子的安裝角度來改變所述加工進(jìn)給方向上所述第一激光束的焦點(diǎn)和所述第二激光束的焦點(diǎn)之間的位移。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光束加工機(jī)，其中該焦點(diǎn)深度移動(dòng)裝置改變所述激光束的光束發(fā)散角。
全文摘要
一種激光束加工機(jī)，包括用于固定工件的卡盤臺(tái)、用于向固定在卡盤臺(tái)上的該工件施加能夠穿過該工件的激光束的激光束施加裝置、和用于相對(duì)彼此移動(dòng)卡盤臺(tái)和激光束施加裝置的加工進(jìn)給裝置，該激光束施加裝置包括激光束振蕩裝置、用于傳輸由激光束振蕩裝置振蕩的激光束的光學(xué)傳輸裝置、和具有用于會(huì)聚由光學(xué)傳輸裝置傳輸?shù)募す馐膯蝹€(gè)聚光透鏡的傳輸/會(huì)聚裝置，其中該傳輸/會(huì)聚裝置將由激光束振蕩裝置振蕩的激光束會(huì)聚在兩個(gè)或者多個(gè)焦點(diǎn)，通過所述單個(gè)聚光透鏡使這些焦點(diǎn)在光軸方向和加工進(jìn)給方向上移動(dòng)。
文檔編號(hào)B23K26/08GK1754646SQ200510108909
公開日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月28日
發(fā)明者小林賢史, 能丸圭司 申請(qǐng)人:株式會(huì)社迪斯科