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TW201822928A - 雷射裝置 - Google Patents

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TW201822928A
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能丸圭司
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日商迪思科股份有限公司
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Abstract

[課題]本發明之課題在提供可進行整形，俾使通過波長轉換手段後的雷射光線的光強度分布接近適當的高斯分布(正規分布)的雷射裝置。 　　[解決手段]藉由本發明，提供一種雷射裝置(20)，構成為：至少由以下所達成：保持被加工物(晶圓10)的保持手段(22)；及對被保持在該保持手段(22)的被加工物(晶圓10)照射雷射光線的雷射光線照射手段(24)的雷射裝置，該雷射光線照射手段(24)係至少包含以下所構成：雷射振盪器(24b)；將該雷射振盪器(24b)所振盪的雷射光線的波長進行轉換的波長轉換手段(24c)；將藉由該波長轉換手段(24c)而經波長轉換的雷射光線聚光在被保持在該保持手段(22)的被加工物(晶圓10)的聚光器(24a)；及被配設在該波長轉換手段(24c)與該聚光器(24a)之間的光纖(FB)，該光纖(FB)係將通過該波長轉換手段(24c)而混亂的雷射光線的高斯分布進行整形。

Description

雷射裝置
[0001] 本發明係關於可將由雷射振盪器被振盪且通過波長轉換手段之後的雷射光線的光強度分布，形成為適當的高斯分布的雷射裝置。
[0002] 藉由分割預定線被區劃而在表面形成有IC、LSI等複數元件的晶圓係藉由雷射裝置被照射雷射光線，且被分割成各個元件，而被利用在行動電話、個人電腦等電氣機器。 　　[0003] 雷射裝置係至少由以下所構成：保持被加工物的保持手段；及對被保持在該保持手段的被加工物照射雷射光線的雷射光線照射手段。雷射光線照射手段係由以下所構成：將雷射光線進行振盪的雷射光線振盪器；將該雷射光線振盪器所振盪的雷射光線聚光，將雷射光線聚光在被保持在保持手段的被加工物的聚光器；及被配設在該雷射光線振盪器與該聚光器之間且至少將雷射光線導至預定光路的光學系，可對被加工物施行所希望的加工(參照例如專利文獻1)。 　　[0004] 此外，若為適於被加工物之加工的雷射光線的波長為355nm、266nm等紫外光，由於光學系的損傷相對較為激烈，因此為減輕光學系的損傷，將雷射光線振盪器進行振盪的雷射光線的波長形成為對光學系所造成的負擔較少的1064nm的紅外光，在聚光器的跟前配設波長轉換手段而轉換成355nm、266nm等紫外光的雷射裝置已由本申請人所提出(參照專利文獻2)。其中，以波長轉換手段而言，可採用CLBO結晶、BBO結晶、LBO結晶、KTP結晶等，作為達成波長轉換功能的非線形結晶，且可按照所欲獲得的波長，將該非線形結晶適當組合，來實現各種波長轉換方式(SHG、FHK、THG等)。 [先前技術文獻] [專利文獻] 　　[0005] 　　[專利文獻1]日本特開2006-108478號公報 　　[專利文獻2]日本專利第5964621號公報
(發明所欲解決之課題) 　　[0006] 藉由上述雷射裝置，雖然可得所希望波長的雷射光線，但是藉由波長轉換手段被轉換的雷射光線係有相對在設計上所假想的理想的高斯分布較為混亂，無法獲得在設計上所假想的雷射加工強度，即使直接照射至被加工物，亦無法施行安定的加工的問題。 　　[0007] 此外，構成上述波長轉換手段的非線形結晶係若將雷射光線持續照射在相同部位，由於照射部位會發生劣化，因此必須適當變更雷射光線的照射位置，俾以可長期間使用。但是，實現波長轉換的非線形結晶係依被照射雷射光線的位置，不一定其結晶構造為均一，可能發生每逢變更照射部位即被波長轉換之後的光強度分布改變，且該含義上亦阻礙安定的加工的問題。 　　[0008] 本發明係鑑於上述事實而完成者，其主要技術課題在提供可進行整形，俾使通過波長轉換手段後的雷射光線的高斯分布接近理想的高斯分布的雷射裝置。 (解決課題之手段) 　　[0009] 為了解決上述主要技術課題，藉由本發明，提供一種雷射裝置，其係至少由以下所達成：保持被加工物的保持手段；及對被保持在該保持手段的被加工物照射雷射光線的雷射光線照射手段的雷射裝置，該雷射光線照射手段係至少包含以下所構成：雷射振盪器；將該雷射振盪器所振盪的雷射光線的波長進行轉換的波長轉換手段；將藉由該波長轉換手段而經波長轉換的雷射光線聚光在被保持在該保持手段的被加工物的聚光器；及被配設在該波長轉換手段與該聚光器之間的光纖，該光纖係將通過該波長轉換手段而混亂的雷射光線的高斯分布進行整形。 　　[0010] 可在該波長轉換手段與該光纖之間配設有諧波分離器，該諧波分離器係由藉由該波長轉換手段經波長轉換成預定波長的雷射光線，將該預定波長以外的波長的雷射光線排除。此外，亦可具備有：配設在該光纖與該聚光器之間，且在輸出測定路徑導引雷射光線的一部分的分光器；配設在該輸出測定路徑的輸出測定手段；及配設在該分光器與該聚光器之間的透過率調整手段，以該透過率調整手段，調整照射在被保持在該保持手段的被加工物的雷射光線的輸出。此外，亦可將構成該波長轉換手段的波長轉換結晶，由該雷射振盪器所振盪的雷射光線的光路適當偏移而延長該波長轉換結晶的壽命。 (發明之效果) 　　[0011] 本發明之雷射裝置中之雷射光線照射手段係至少包含以下所構成：雷射振盪器；將該雷射振盪器所振盪的雷射光線的波長進行轉換的波長轉換手段；將藉由該波長轉換手段而經波長轉換的雷射光線聚光在被保持在該保持手段的被加工物的聚光器；及被配設在該波長轉換手段與該聚光器之間的光纖，該光纖係將通過該波長轉換手段而混亂的雷射光線進行整形，因此，雷射光線經過波長轉換手段等等而高斯分布混亂，即使照原樣形成為無法施行安定的加工的狀態，亦藉由該光纖的作用，以達至聚光器的雷射光線接近適當的高斯分布的方式予以整形，可施行安定的雷射加工。
[0013] 以下一邊參照所附圖示，一邊詳加說明本發明之雷射裝置。在圖1中係顯示具備有根據本發明所構成之雷射裝置20的雷射加工裝置2的全體斜視圖。雷射裝置20係至少包含有：保持被加工物的保持手段22；及對被保持在該保持手段22的被加工物照射雷射光線的雷射光線照射手段24。保持手段22係保持透過圖中左上方放大顯示的黏著帶T而被保持在環狀框架F的被加工物(晶圓10)者，雷射加工裝置2係除了上述雷射裝置20之外，具備有框體50，其係由以下所成：配設在靜止基台2a上且使該保持手段22移動的移動手段23；被立設在該靜止基台2a上的移動手段23的側方的垂直壁部51；及由垂直壁部51的上端部朝水平方向延伸的水平壁部52。在框體50的水平壁部52內部係內置有構成本發明之雷射裝置20的主要部的雷射光線照射手段24的光學系，關於其構成，容後詳述。 　　[0014] 該保持手段22係包含：以圖中以箭號X所示之X方向移動自如地被裝載在基台2a的矩形狀的X方向可動板30；以圖中以箭號Y所示之Y方向移動自如地被裝載在X方向可動板30的矩形狀的Y方向可動板31；被固定在Y方向可動板31的上面的圓筒狀的支柱32；及被固定在支柱32的上端的矩形狀的蓋板33。在蓋板33係配設有保持通過形成在該蓋板33上的長孔而朝上方延伸的圓形狀的被加工物的保持平台34，在保持平台34的上面係配置有由多孔質材料所形成且實質上水平延伸的圓形狀的吸附吸盤35。吸附吸盤35係藉由通過支柱32的流路而連接於未圖示之吸引手段。其中，X方向係圖1中以箭號X所示之方向，Y方向係以箭號Y所示之方向，為與X方向呈正交的方向。以X方向、Y方向所規定的平面實質上為水平。 　　[0015] 移動手段23係包含：X方向移動手段40、及Y方向移動手段42。X方向移動手段40係將馬達的旋轉運動，透過滾珠螺桿而轉換成直線運動而傳達至X方向可動板30，且沿著基台2a上的導軌，使X方向可動板30在X方向作進退。Y方向移動手段42係將馬達的旋轉運動，透過滾珠螺桿而轉換成直線運動，且傳達至Y方向可動板31，沿著X方向可動板30上的導軌，使Y方向可動板31在Y方向作進退。其中，雖圖示省略， 在X方向移動手段40、Y方向移動手段42係分別配設有位置檢測手段，保持平台34的X方向的位置、Y方向的位置、周方向的旋轉位置被正確檢測，根據由後述之控制手段被指示的訊號，X方向移動手段40、Y方向移動手段42被驅動，可將保持平台34正確地定位在任意的位置及角度。 　　[0016] 如圖1所示，晶圓10係藉由分割預定線12被區劃而在表面形成有複數元件14，在透過黏著帶T而被支持在環狀框架F的狀態下被保持在保持平台34。接著，一邊使雷射光線照射手段24作動而照射雷射光線LB，一邊使上述之X方向移動手段40、Y方向移動手段42作動，藉此對該分割預定線12實施剝蝕加工且形成分割起點100。 　　[0017] 在圖2中顯示構成本發明之雷射裝置20之雷射光線照射手段24之一例。該雷射光線照射手段24係由上述之聚光器24a照射所希望的雷射光線LB(例如波長355nm)者，具備有：將具有1064nm的波長作為基本波的雷射光線LB1進行振盪的雷射振盪器24b；將該雷射光線LB1轉換成波長為355nm的雷射光線LB2的波長轉換手段24c；輸出將不必要的波長成分從由該波長轉換手段24c被輸出的雷射光線LB2中排除的雷射光線LB3的諧波分離器24d；將由該諧波分離器24d被輸出的雷射光線LB3聚光的聚光透鏡24e；藉由被入射藉由該聚光透鏡24e被聚光的雷射光線LB4的光纖FB所構成的光強度分布整形手段24f；藉由該光強度分布整形手段24f的光纖FB，將高斯分布經整形的雷射光線LB4’整形為平行光的準直透鏡24g；將被形成為該平行光的雷射光線LB5的一部分，例如對加工不會造成影響的程度的極小比例(1%)的雷射光線LB6’反射至輸出測定路徑側，使剩下的雷射光線LB6透過至聚光器24a側的分光器24h；由測定由藉由該分光器24h被反射且被導至輸出測定路徑的輸出測定用的雷射光線LB6’的光量值的受光元件所成之輸出測定手段24i；及藉由控制透過該分光器24h的雷射光線LB6的透過率，調整為所希望的輸出，且對該聚光器24a出射所希望的輸出的雷射光線LB7的透過率調整手段(衰減器)24j，雷射光線LB7係藉由構成該聚光器24a的聚光透鏡(未圖示)被聚光且形成為所希望的雷射光線LB而被照射至被保持在保持平台34的晶圓10。 　　[0018] 藉由分光器24h被反射的雷射光線LB6’係雷射光線LB5的一部分，但是在分光器24h中被反射的比例為一定，因此藉由測定該輸出測定手段24i的光量值，來實質測定透過分光器24h的雷射光線LB6的輸出者。其中，構成雷射裝置20的上述各手段係藉由未圖示之控制手段予以控制者，例如，藉由輸出測定手段24i所測定的測定資訊被送至該控制手段，根據藉由在該控制手段中被執行的控制程式所運算出的值，控制透過率調整手段24j，被照射至被加工物的雷射光線LB被調整為所希望的輸出。 　　[0019] 更進一步詳加說明上述雷射光線照射手段24的波長轉換手段24c。以一般的轉換雷射光線的波長的手段而言，已知使用LBO結晶、CLBO結晶、KTP結晶等非線形結晶的轉換方法，該轉換方法係考慮成為基本波的雷射光線的波長、欲藉由轉換所得之雷射光線的波長、最終使用在加工時的雷射光線的輸出等來作選擇。 　　[0020] 如圖2所示，本實施形態中之波長轉換手段24c係由第1LBO結晶24c1、第2LBO結晶24c2所構成。藉由雷射振盪器24b被振盪波長1064nm的脈衝雷射光線LB1作為基本波，且被入射至波長轉換手段24c。該雷射光線LB1係被入射至構成波長轉換手段24c的第1LBO結晶24c1的預定端面，波長1064nm的雷射光線被轉換成波長532nm的雷射光線而由另一端面被出射。接著，由該第1LBO結晶24c1的另一端面被出射的該雷射光線係另外入射至第2LBO結晶24c2的預定端面而被轉換成波長355nm的雷射光線LB2，由第2LBO結晶24c2的另一端面，亦即由波長轉換手段24c被出射。 　　[0021] 構成該波長轉換手段24c的第1LBO結晶24c1與第2LBO結晶24c2係配備有未圖示之入射位置變更手段。達成波長轉換功能的非線形結晶係已知因長時間在相同位置被照射雷射光線，會發生劣化，構成為每隔預定時間、或預定的入射次數，對基本波的雷射光線LB1的光路，變更入射位置。藉此，達成構成波長轉換手段24c的非線形結晶的長壽命化。其中，若在可入射的全部位置被入射雷射光線，該第1LBO結晶24c1、第2LBO結晶24c2係被交換。本發明之雷射裝置係大概具備有如上所述的構成，以下更進一步說明其作用。 　　[0022] 其中，上述之雷射裝置係可具備如以下所示之構成。 　　雷射振盪器：1064nm (Nd：YAG雷射) 　　平均輸出：1～10W 　　重複頻率：1kHz～1MHz 　　脈衝寬度：100fs～100ns 　　[0023] 若對本發明之雷射加工裝置，由操作人員被指示開始照射雷射光線時，由雷射振盪器24b被振盪波長為1064nm的雷射光線LB1，且入射至波長轉換手段24c。構成波長轉換手段24c的第1LBO結晶24c1與第2LBO結晶24c2係如上所述轉換波長者，惟入射至第1LBO結晶24c1的雷射光線LB1並非完全被轉換成532nm的波長，而在以預定比例殘留1064nm的波長的雷射光線的狀態下被出射。因此，在第2LBO結晶24c2係被入射波長為532nm的雷射光線與波長為1064nm的雷射光線，在由第2LBO結晶24c2被出射的雷射光線，亦即由波長轉換手段24c被出射的雷射光線LB2，亦除了經轉換的波長355nm的雷射光線以外，包含有未經轉換而殘留的波長1064nm及波長532nm的雷射光線。因此，在本實施形態的雷射光線照射手段24中，在雷射光線LB2所通過的光軸上，配設上述之諧波分離器24d，且排除不必要的波長成分，被出射主要由355nm的波長所構成的雷射光線LB3。 　　[0024] 在此，說明雷射光線LB3。在圖3(a)(b)中係在橫軸表示將雷射光線的光軸的中心位置設為「0」的剖面位置(mm)，在縱軸表示該光軸的剖面位置中的光強度，藉此以模式表示對應雷射光線的光軸的剖面位置的光強度分布。其中，在本實施形態中，將由雷射振盪器24b被振盪的雷射光線的光軸的半徑設為Nmm。通過波長轉換手段24c的雷射光線LB2係如圖3(a)所示，光強度分布並不會形成為將光軸的中心作為峰值的理想的高斯分布，而形成為混亂的形狀。該混亂係被推測為因構成構成波長轉換手段24c的非線形結晶的結晶構造未必為一定而起，此外，因在預定位置被長時間照射雷射光線而在該非線形結晶的內部發生劣化時亦可能發生的現象。若如上所示在光強度分布發生混亂，即使在預定位置將雷射光線聚光照射，亦未得所希望的峰值能量，可能產生未被進行依雷射加工條件所假想的所希望的加工的問題。因此，在本發明中，係使藉由該波長轉換手段24c被波長轉換的雷射光線，入射至被配設在該波長轉換手段24c與該聚光器24a之間的任一者的光纖FB。若根據圖2更具體說明之，在本實施形態中，為了使由該諧波分離器24d被出射的雷射光線LB3，入射至構成光強度分布整形手段24f的光纖FB的一端面FBa，入射至聚光透鏡24e來進行聚光。藉由聚光透鏡24e被聚光的雷射光線LB4的焦點係以成為該光纖FB的一端面FBa的位置的方式予以調整，該雷射光線LB4被入射至光纖FB。其中，光纖FB係例如直徑被設定為1.0mm左右，其長度被設定為1m左右。 　　[0025] 在此，被入射至光纖FB的雷射光線LB4係在光纖FB內的側壁面反覆反射而行進，由其另一端部FBb被出射。由光纖FB的另一端部FBb被出射的雷射光線LB4’係照原樣進行擴散，因此藉由準直透鏡24g被轉換成平行光且形成為雷射光線LB5。 　　[0026] 由上述光纖FB被出射且形成為平行光的雷射光線LB5係因通過上述之光纖FB，如圖3(b)所示在光軸的中心出現光強度的峰值，以接近隨著愈往外側愈平滑降低的理想高斯分布的方式予以整形。因此，藉由通過波長轉換手段24c，如圖3(a)所示呈混亂的高斯分布被整形為圖3(b)所記載之理想的高斯分布，輕易執行所希望的加工。 　　[0027] 接著，光強度分布被整形為圖3(b)所示之形狀的雷射光線LB5係根據分光器24h、輸出測定手段24i，測定輸出，由分光器24h被出射雷射光線LB6，並且根據該輸出測定手段24i的輸出資訊，控制透過率調整手段24j，且形成為雷射光線LB7而被入射至聚光器24a。藉此，在以成為理想的高斯分布的方式予以整形之後被聚光的雷射光線LB被照射在保持平台34上的晶圓10。 　　[0028] 本發明係可假想各種變形例，而非限定於上述實施形態。例如，在上述實施形態中係顯示出適用於將由雷射振盪器被振盪的基本波的雷射光線的波長設為1064nm，使用將該基本波使用2個LBO結晶而轉換成355nm的波長的波長轉換手段24c的情形之例，惟本發明並非限定於此，例如亦可適用於若將波長為1064nm的雷射光線，使用KTP結晶、及CLBO結晶而轉換成波長為266nm的雷射光線時，或將波長為1064nm的雷射光線，使用1個KTP結晶而轉換成532nm的波長來使用的雷射裝置。此外，並非限定於使用將作為基本波之1064nm的波長的雷射光線進行振盪的雷射振盪器24b的情形，例如亦可適用於使用將YVO4雷射(波長1054nm)、LD雷射(波長650～905nm)等其他波長的雷射光線作為基本波而進行振盪的雷射振盪器的雷射裝置。 　　[0029] 此外，在上述實施形態中，將分光器24h與輸出測定手段24i的配設位置配設在光強度分布整形手段24f的下游側，惟並非限定於此，亦可配設在緊接諧波分離器24d之後。此外，上述之光纖FB的直徑、長度僅為一例，按照所適用的雷射光線照射手段24的基本波的波長或加工時所需的雷射光線的輸出、或因波長轉換手段24c所致之高斯分布的混亂情形，作適當調整。 　　[0030] 在上述之實施形態中，係顯示將本發明之雷射裝置適用於用以將晶圓加工的雷射加工裝置之例，惟本發明並非限定於此，例如，亦可適用於使用雷射光線的形狀測定裝置等。本發明並不除外適用於以將雷射光線的高斯分布進行整形為有效之利用雷射的所有裝置。
[0031]
2‧‧‧雷射加工裝置
2a‧‧‧靜止基台
10‧‧‧晶圓
12‧‧‧分割預定線
14‧‧‧元件
20‧‧‧雷射裝置
22‧‧‧保持手段
23‧‧‧移動手段
24‧‧‧雷射光線照射手段
24a‧‧‧聚光器
24b‧‧‧雷射振盪器
24c‧‧‧波長轉換手段
24c1‧‧‧第1LBO結晶
24c2‧‧‧第2LBO結晶
24d‧‧‧諧波分離器
24e‧‧‧聚光透鏡
24f‧‧‧光強度分布整形手段
24g‧‧‧準直透鏡
24h‧‧‧分光器
24i‧‧‧輸出測定手段
24j‧‧‧透過率調整手段
30‧‧‧X方向可動板
31‧‧‧Y方向可動板
32‧‧‧支柱
33‧‧‧蓋板
34‧‧‧保持平台
35‧‧‧吸附吸盤
40‧‧‧X方向移動手段
42‧‧‧Y方向移動手段
50‧‧‧框體
51‧‧‧垂直壁部
52‧‧‧水平壁部
100‧‧‧分割起點
F‧‧‧環狀框架
FB‧‧‧光纖
FBa‧‧‧光纖FB的一端面
FBb‧‧‧光纖FB的另一端部
LB、LB1、LB2、LB3、LB4、LB4’、LB5、LB6、LB6’、LB7‧‧‧雷射光線
T‧‧‧黏著帶
[0012] 　　圖1係顯示適用本發明之雷射裝置的雷射加工裝置的全體斜視圖、及作為被加工物的晶圓的斜視圖的圖面。 　　圖2係用以說明構成圖1的雷射裝置的雷射光線照射手段的構成的區塊圖。 　　圖3係用以說明藉由本發明之雷射光線照射手段被整形之前的雷射光線的光強度分布、及經整形後的雷射光線的光強度分布的模式圖。

Claims (4)

  1. 一種雷射裝置，其係至少由以下所達成：保持被加工物的保持手段；及對被保持在該保持手段的被加工物照射雷射光線的雷射光線照射手段，該雷射裝置之特徵為： 　　該雷射光線照射手段係至少包含以下所構成：雷射振盪器；將該雷射振盪器所振盪的雷射光線的波長進行轉換的波長轉換手段；將藉由該波長轉換手段而經波長轉換的雷射光線聚光在被保持在該保持手段的被加工物的聚光器；及被配設在該波長轉換手段與該聚光器之間的光纖， 　　該光纖係將通過該波長轉換手段而混亂的雷射光線的高斯分布進行整形。
  2. 如申請專利範圍第1項之雷射裝置，其中，在該波長轉換手段與該光纖之間配設有諧波分離器，該諧波分離器係由藉由該波長轉換手段經波長轉換成預定波長的雷射光線，將該預定波長以外的波長的雷射光線排除。
  3. 如申請專利範圍第1項之雷射裝置，其中，具備有： 　　配設在該光纖與該聚光器之間，且在輸出測定路徑導引雷射光線的一部分的分光器； 　　配設在該輸出測定路徑的輸出測定手段；及 　　配設在該分光器與該聚光器之間的透過率調整手段， 　　以該透過率調整手段，調整照射在被保持在該保持手段的被加工物的雷射光線的輸出。
  4. 如申請專利範圍第1項之雷射裝置，其中，具備有：將構成該波長轉換手段的波長轉換結晶，由該雷射振盪器所振盪的雷射光線的光路適當偏移而延長該波長轉換結晶的壽命的構成。
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