CN100574960C - 激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光加工装置，从卡盘工作台上所保持的被加工物的上面一侧照射激光光线的激光光线照射单元具有对加工用激光光线进行振荡的加工用激光光线振荡单元、以及对通过加工用激光光线振荡单元振荡之后的加工用激光光线进行聚光的聚光器，该激光加工装置具有：聚焦点位置调整单元，调整加工用激光光线的聚焦点；高度位置检测单元，经由聚焦点位置调整单元对被加工物照射检查用激光光线，根据该反射光检测被加工物的高度位置；以及控制单元，根据该高度位置检测单元的检测值对聚焦点位置调整单元进行控制。

Description

激光加工装置
技术领域
本发明涉及沿预定的加工预定线对保持于卡盘工作台的板状的被加工物施行激光加工的激光加工装置。
背景技术
半导体设备制造工序中，在大致原板形状的半导体晶片的表面通过格子状排列的被称为“街道(street)”的分割预定线划分出多个区域，在该划分出的区域上形成IC、LSI等电路。然后，通过沿分割预定线将半导体晶片剖断从而分割出形成有电路的区域而制造各个半导体芯片。另外，将蓝宝石基板的表面上层叠有氮化镓系化合物半导体等的光设备晶片也沿分割预定线剖断，由此分割出各个发光二极管、激光二极管等光设备而广泛地应用在电气设备中。
上述沿半导体晶片或光设备晶片等的分割预定线的剖断，通常通过被称作“切块机”的切削装置进行。该切削装置具有：保持半导体晶片或光设备晶片等被加工物的卡盘工作台；用于切削该卡盘工作台上保持的被加工物的切削装置以及使卡盘工作台和切削装置相对移动的切削进给装置。切削装置含有轴单元，该轴单元具有旋转轴、安装在该轴上的切削刀片以及旋转驱动旋转轴的驱动机构。切削刀片由安装在圆盘状的基台和该基台的侧面外周部上的环状切削刃构成，切削刃例如通过电铸将粒径3微米左右的金刚石磨粒固定在基台上而形成为大致20微米左右的厚度。
但是，由于蓝宝石基板、碳化硅基板等的莫氏硬度高，上述切削刀片的剖断并不容易。另外，由于切削刀片具有20微米的厚度，作为划分设备的分割预定线必须宽50微米左右。由此，在例如尺寸为300微米×300微米左右的设备的情况下，分割预定线的所占面积比率达到14％，存在着生产率恶化的问题。
另外，作为近年分割半导体晶片等板状被加工物的方法，在日本特许第3408805号公报中公开有如下的方法，即，对该被加工物利用具有透过性的脉冲激光光线，使聚焦点对准要分割的区域的内部并照射脉冲激光光线的激光加工方法。利用该激光加工方法的分割方法，从被加工物的一面使聚焦点对准内部并对被加工物照射具有透过性的例如波长为1064nm的脉冲激光光线，在被加工物的内部沿分割预定线连续地形成变质层，通过形成该变质层沿强度降低的分割预定线施加外力，分割被加工物。
但是，若半导体晶片等板状被加工物上有弯曲或其厚度不均匀，则在照射激光光线时由于折射率的关系不能均匀地形成预定深度的变质层。所以，为了形成半导体晶片等的内部的均匀的预定深度的变质层，必须预先检测出照射激光光线的区域的凹凸，使激光光线照射单元跟踪该凹凸而进行加工。
另外，使聚焦点对准板状被加工物的内部而照射激光光线，在被加工物的内部进行划线的激光加工已经被实用化，但是在被加工物的内部的预定深度进行划线时必须使激光光线照射单元跟踪被加工物的表面的凹凸而进行加工。
为了解决上述的问题，在日本特开平2005-297012号公报中公开有如下的激光加工装置，具有：具备对被保持在卡盘工作台上的被加工物照射激光光线并生成聚焦点的聚光器的激光光线照射装置；使该聚光器生成的聚焦点在垂直于被加工物保持面的方向上移动的聚焦点位置调整单元；检测卡盘工作台上保持的被加工物中的激光光线的照射区域的高度位置的高度位置检测单元；以及基于该高度位置检测单元检测出的高度位置信号控制聚焦点位置调整单元的控制单元。
然而，在上述公报中公开的激光加工装置中，基于高度位置检测单元检测出的高度位置信号来控制聚焦点位置调整单元，因此，产生时间上的很小的偏移，追踪高度位置信号并正确地调整激光光线的聚焦点位置很困难。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种即使板状被加工物的厚度存在偏差(不均匀)也可以对被加工物中的希望的位置进行正确的加工的激光加工装置。
为了达到上述的目的，本发明提供一种激光加工装置，该激光加工装置具有：具备保持板状被加工物的被加工物保持面的卡盘工作台、以及从该卡盘工作台上所保持的被加工物的上面一侧照射激光光线的激光光线照射单元，该激光光线照射单元具有：对加工用激光光线进行振荡的加工用激光光线振荡单元、以及对通过该加工用激光光线振荡单元振荡之后的加工用激光光线进行聚光的聚光器，该激光加工装置的特征在于，
该激光加工装置具有：聚焦点位置调整单元，被配置在该加工用激光光线振荡单元和该聚光器之间，使由该聚光器聚光的加工用激光光线的聚焦点位置变化；高度位置检测单元，用于检测该卡盘工作台所保持的被加工物的上面高度位置；以及控制单元，根据来自该高度位置检测单元的检测信号对该聚焦点位置调整单元进行控制，
该高度位置检测单元具有：检查用激光光线振荡单元，对具有与通过该加工用激光光线振荡单元振荡之后的加工用激光光线的波长不同的波长的检查用激光光线进行振荡；二向色半反射镜，被配置在该加工用激光光线振荡单元和该聚焦点位置调整单元之间，使从该加工用激光光线振荡单元振荡出的波长的加工用激光光线通过，使从该检查用激光光线振荡单元振荡出的波长的检查用激光光线向该聚焦点位置调整单元偏转；第1分光器，被配置在该二向色半反射镜和该检查用激光光线振荡单元之间，使从该检查用激光光线振荡单元振荡出的检查用激光光线通过，使由该二向色半反射镜偏转的反射光偏转；带通滤光器，仅使由该第1分光器偏转的反射光中与检查用激光光线的波长相对应的反射光通过；第2分光器，将通过该带通滤光器的反射光分光到第1路径和第2路径；第1受光元件，接受由该第2分光器分光到该第1路径的反射光；第2受光元件，接受由该第2分光器分光到该第2路径的反射光；以及受光区域限制单元，被配置在该第2路径上，限制该第2受光元件受光的反射光的受光区域，
该控制单元，求出该第1受光元件受光的光量和该第2受光元件受光的光量的比，控制该聚焦点位置调整单元，以使该光量的比成为预定值，
在上述第1路径上配置有将分光到第1路径上的反射光100％聚光并使上述第1受光元件受光的聚光透镜。
上述受光区域限制单元包括：将分光到该第2路径上的反射光一维聚光的柱面透镜、以及将由该柱面透镜一维聚光的反射光限制在单位长度的一维掩模。
上述受光区域限制单元包括将分光到上述第2路径上的反射光限制在单位面积的二维掩模。
最好，上述聚焦点位置调整单元由第1电流扫描仪和第2电流扫描仪构成，该第1电流扫描仪和第2电流扫描仪各包括使反射面相对置并相互平行地配置的第1反射镜和第2反射镜、以及调整该第1反射镜和第2反射镜的设置角度的角度调整执行机构。
最好，上述检查用激光光线的聚焦点位置位于保持在上述卡盘工作台上的被加工物的内部。
在本发明的激光加工装置中，经由调整加工用脉冲激光光线的聚焦点的聚焦点位置调整单元将检查用激光光线照射到被加工物上，基于该反射光检测被加工物的高度位置，并且基于该检测值控制聚焦点位置调整单元，因此，可以不产生时间差地对应于被加工物的弯曲来调整加工用脉冲激光光线的聚焦点的位置。所以，在被加工物上可以在相对于其表面平行的位置上进行激光加工。
附图说明
图1是本发明的结构的激光加工装置的立体图。
图2是简略地表示图1所示的激光加工装置所装备的激光光线加工单元和高度位置检测单元9的构成的框图。
图3是表示构成图2所示的高度位置检测单元的第一电流扫描仪和第二电流扫描仪的立体图。
图4的(a)和(b)是表示从图2所示的高度位置检测单元照射的检查用激光光线的聚焦点位置的变化的说明图。
图5是表示从图2所示的高度位置检测单元的第一受光元件输出的电压值(V1)和从第二受光元件输出的电压值(V2)的比、和检查用激光光线的聚焦点对于被加工物的位置的关系的控制图。
图6是表示构成图2所示的高度位置检测单元的受光区域限制机构的其他实施方式的框图。
图7是作为板状被加工物的半导体晶片的立体图。
图8是表示将图7所示的半导体晶片贴合在安装于环状框架的保护带的表面上的状态的立体图。
图9的(a)和(b)是表示由图所示的激光加工装置加工被加工物的加工工序的说明图。
图10是表示被加工物的厚度很厚的情况下的加工工序的说明图。
具体实施方式
下面，参照附图，更详细地说明本发明的结构的激光加工装置的优选实施方式。
图1中，示出了本发明的结构的激光加工装置的立体图。图1所示的激光加工装置，具有：静止基台2；保持着在箭头X表示的加工进给方向上可移动地被设置在该静止基台2上的被加工物的卡盘工作台机构3；在与上述箭头X表示的方向垂直的箭头Y表示的分度进给方向上可移动地被设置在静止基台2上的激光光线照射单元支承装置4；在箭头Z表示的方向上可移动地被设置在该激光光线单元支承机构4上的激光光线照射单元5。
上述卡盘工作台机构3具有：沿箭头X表示的方向平行设置在静止基台2上的一对导轨31、31；在箭头X表示的加工进给方向上可移动地设置在该导轨31、31上的第一滑块32；在箭头Y表示的分度进给方向上可移动地设置在该第一滑块32上的第二滑块33；通过圆筒部件34支承在该第二滑块33上的支承台35；作为被加工物保持装置的卡盘工作台36。该卡盘工作台36具有由多孔性材料形成的吸附卡盘361，通过无图示的吸引装置将被加工物、例如圆盘状半导体晶片保持在吸附卡盘361上。这样结构的卡盘工作台36，通过圆筒部件34内设置的无图示的脉冲电动机旋转。另外，在卡盘工作台36上设置有用于固定后述的环状框架的扣片362。
上述第一滑块32，在其下面设置有与上述一的导轨31、31嵌合的一对被引导槽321、321，并且，在其上面设置有沿箭头Y表示的分度进给方向平行地形成的一对导轨322、322。这样结构的第一滑块32，通过被引导槽321、321嵌合在一对导轨31、31上，沿一对导轨31、31可向箭头X表示的加工进给方向移动。图示的实施方式中的卡盘工作台机构3，具有用于使第一滑块32沿一对导轨31、31在箭头X表示的加工进给方向上移动的加工进给单元37。加工进给单元37，含有在上述一对导轨31和31之间平行设置的阳螺旋杆371和用于旋转驱动该阳螺旋杆371的脉冲电动机372等驱动源。阳螺旋杆371，其一端可自由旋转地支承在固定于上述静止基台2上的轴承座373上，其另一端传动连结在上述脉冲电动机372的输出轴上。另外，阳螺旋杆371，与无图示的阴螺旋顶高器(female screw block)上所形成的贯通阴螺纹孔螺合，该无图示的阴螺旋顶高器向第一滑块32的中央部下面突出地设置。所以，通过脉冲电动机372正转及反转地驱动阳螺旋杆371，使第一滑块32在导轨31、31上沿箭头X表示的加工进给方向移动。
上述第二滑块33，在其下面设置有与设置在上述第一滑块32的上面的一对导轨322、322嵌合的一对被引导槽331、331，通过使该被引导槽331、331与一对导轨322、322嵌合，在箭头Y表示的分度进给方向上可移动地构成。图示的实施方式中的卡盘工作台机构3，具有使第二滑块33沿第一滑块32上设置的一对导轨322、322在箭头Y表示的分度方向上移动的第一分度进给装置38。第一分度进给装置38，含有在上述一对导轨322和322之间平行地设置的阳螺旋杆381、以及用于旋转驱动该阳螺旋杆381的脉冲电动机382等驱动源。阳螺旋杆381，其一端可自由旋转地支承在上述第一滑块32上面固定的轴承座383上，其另一端与上述脉冲电动机382的输出轴传动连结。另外，阳螺旋杆381，与形成在向第二滑块33的中央部下面突出地设置的无图示的阴螺旋顶高器上的贯通阴螺纹孔螺合。因此，通过脉冲电动机382正转及反转地驱动阳螺旋杆381，第二滑块33沿导轨322、322在箭头Y表示的分度进给方向上移动。
上述激光光线照射单元支承机构4，具有沿箭头Y表示的分度进给方向平行地设置在静止基台2上的一对导轨41、41；沿箭头Y表示的方向可移动地设置在该导轨41、41上的可动支承基台42。该可动支承基台42，由可移动地设置在导轨41、41上的移动支承部421和安装在该移动支承部421上的安装部422构成。安装部422，其一侧面上平行地设置有沿箭头Z表示的方向延伸的一对导轨423、423。图示的实施方式中的激光光线照射单元支承机构4，具有用于使可动支承基台42沿一对导轨41、41向箭头Y表示的分度进给方向移动的第二分度进给装置43。第二分度进给装置43，含有在上述一对导轨41、41之间平行地设置的阳螺旋杆431和用于旋转驱动该阳螺旋杆431的脉冲电动机432等驱动源。阳螺旋杆431，其一端可自由旋转地支承在上述静止基台2上固定的无图示的轴承座上，其另一端与上述脉冲电动机432的输出轴传动连结。另外，阳螺旋杆431，与构成可动支承基台42的移动支承部421的中央部下面突出设置的无图示的阴螺旋杆上形成的阴螺纹孔螺合。因此，通过脉冲电动机432正转及反转地驱动阳螺旋杆431，可动支承基台42沿导轨41、41在箭头Y表示的分度进给方向上移动。
图示的实施方式中的激光光线照射单元5，具有单元保持器51和安装在该单元保持器51上的激光光线照射单元52。单元保持器51，设有在上述安装部422上设置的一对导轨423、423上可滑动地嵌合的一对被引导槽511、511，通过该被引导槽511、511与上述导轨423、423的嵌合，在箭头Z表示的方向上可移动地支承。
图示的激光光线照射单元52，含有实质上水平设置的圆筒形状的壳体521。在壳体521内如图2所示地设置有加工用脉冲激光光线振荡单元6和传送该加工用脉冲激光光线振荡单元6振荡之后的加工用脉冲激光光线的光学传送装置7，在壳体521的前端安装有具有对光学传送装置7传送的激光光线聚光的聚光透镜81的聚光器8。(参照图1)。加工用脉冲激光光线振荡单元6对被加工物即晶片振荡具有透过性的加工用脉冲激光光线LB1。该加工用脉冲激光光线振荡单元6，在晶片为含有硅基板、碳化硅基板、钽酸锂基板、玻璃基板或石英基板的情况下，可以利用例如振荡出波长为1064nm的加工用脉冲激光光线LB1的YVO4脉冲激光振荡器或YAG脉冲激光振荡器。
光学传送装置7，具有：具有用于使从加工用脉冲激光光线振荡单元6振荡出的加工用脉冲激光光线LB1通过聚光透镜81聚光的聚焦点位置变位的聚焦点位置调整单元71；将经由该聚焦点位置调整单元71传送的加工用脉冲激光光线LB1向图2中的下方变换90度的方向变换镜72。聚焦点位置调整单元71，包括：留有间隔地设置的第一凸透镜711及第二凸透镜712；在第一凸透镜711和第二凸透镜712之间设置的对透过第一凸透镜711的激光光线反射偏转的第一电流扫描仪(galvanoscanner)713；对通过该第一电流扫描仪反射偏转的激光光线反射偏转的第二电流扫描仪714。
第一电流扫描仪713，如图3所示，具有，隔有预定距离相互平行地与反射面相对地设置的一对第一反射镜713a及第二反射镜713b、调整该第一反射镜713a及第二反射镜713b的设置角度的角度调整执行机构713c。该结构的第一电流扫描仪713，如图2所示，第一反射镜713a将透过第一透镜711的激光光线向第二反射镜713b反射偏转，第二反射镜713b将第一反射镜713a反射偏转的激光光线向第二电流扫描仪714反射偏转。角度调整执行机构713c，其转动轴713d与一对第一反射镜713a及第二反射镜713b的连结部传动连结。该角度调整执行机构713c，由后述的控制单元控制，变更一对第一反射镜713a及第二的反射镜713b的设置角度。
第二电流扫描仪714，与上述第一电流扫描仪713相对设置，具有，间隔规定距离相互平行地与反射面相对地设置的一对的第一反射镜714a及第二反射镜714b、调整该第一反射镜714及第二反射镜714b的设置角度的角度调整执行机构714c，该构成的第二电流扫描仪714，如图2所示，第一反射镜714a将上述第一电流扫描仪713的第二反射镜713b反射偏转的激光光线向第二反射镜714b反射偏转，第二反射镜714b将第一反射镜714a反射偏转的激光光线向上述方向变换反射镜72反射偏转。角度调整执行机构714c，其转动轴714d与一对的第一反射镜714a及第二反射镜714b的连结部传动连结。该角度调整执行机构714c，由后述的控制单元控制，变更第一反射镜714a及第二反射镜714b的设置角度。
上述的聚焦点位置调整单元71，在图2所示的状态下，第一凸透镜711的焦点(f1)和第二凸透镜712的焦点(f2)与第一电流扫描仪713的第二反射镜713b和第二电流扫描仪714的第一反射镜714a之间的会聚点D一致。该状态下，从第二凸透镜712照射到方向变换反射镜72上的脉冲激光光线平行。第一电流扫描仪713的一对第一反射镜713a及第二反射镜713b以及第二电流扫描仪714的一对第一反射镜714a及第二反射镜714b以分别点对称的位置的点Q1、Q2为中心转动。
在该结构的聚焦点位置调整单元71中，将从加工用脉冲激光光线振荡单元6振荡出的加工用脉冲激光光线LB1经由第一凸透镜711、第二电流扫描仪713的第一反射镜713a及第二反射镜713b、第二电流扫描仪714的第一反射镜714a及第二反射镜714b、第二凸透镜712导向方向变换反射镜72。通过第一电流扫描仪713的角度调整执行机构713c和第二电流扫描仪714的角度调整执行机构714c，一对第一反射镜713a及第二反射镜713b和一对第一反射镜714a及第二反射镜714b分别以点Q1、Q2为中心转动，通过该各反射镜的设置角度的变更，可以使第一凸透镜711的焦点(f1)及第二凸透镜712的焦点(f2)分别在图中的左右方向上变位。
这样结构的聚焦点位置调整单元71，在图2所示的状态下，如上所述地第一凸透镜711的焦点(f1)和第二凸透镜712的焦点(f2)与会聚点D一致，从第二凸透镜712向方向变换反射镜72传送的加工用脉冲激光光线LB1平行。该情况下，通过聚光透镜81聚光的聚焦点P位于图2所示的位置。第一电流扫描仪713的一对第一反射镜713a及第二反射镜713b以及第二电流扫描仪714的一对第一反射镜714a及第二反射镜714b以Q1、Q2为中心向一方转动，使第一凸透镜711的焦点(f1)向上述会聚点D的图2的左方变位，使第二凸透镜712的焦点(f2)向上述会聚点D的图2的右方变位后，从第二凸透镜712向方向变换反射镜72照射的加工用脉冲激光光线LB1末端扩散。其结果，经由方向变换反射镜72入射到上述聚光透镜81的加工用脉冲激光光线LB1也末端扩散，因此，通过聚光透镜81聚光的聚焦点P向图2所示的状态的下方变位。第一电流扫描仪713的一对第一反射镜713a及第二反射镜713b以及第二电流扫描仪714的一对第一反射镜714a及第二反射镜714b以点Q1、Q2为中心向另一方转动，使第一凸透镜711的焦点(f1)向上述会聚点D的图2所示的右方变位，使第二凸透镜712的焦点(f2)向上述会聚点D的图2所示的左方变位后，从第二凸透镜712向方向变换反射镜72照射的加工用脉冲激光光线LB1末端收紧。其结果，经由方向变换反射镜72入射到上述聚光透镜81的加工用脉冲激光光线LB1也末端收紧，因此，通过聚光透镜81聚光的聚焦点P向图2所示的状态的上方变位。
具有上述聚光透镜81的聚光器8，安装在上述壳体521的前端部。该该聚光器8，由含有聚光透镜81的组透镜构成，使从上述加工用脉冲激光光线振荡单元6振荡出的、经由聚焦点位置调整单元71及方向变换反射镜72传送的加工用脉冲激光光线LB1聚光在聚焦点P上。
参照图2继续说明，图示的实施方式中的激光加工装置，具有用于检测保持在卡盘工作台上的被加工物的上面高度位置的高度位置检测单元9。高度位置检测单元9，具有：对检查用激光光线进行振荡的检查用激光光线振荡单元90；被设置在上述加工用脉冲激光光线振荡单元6和聚焦点位置调整单元71之间、将从检查用激光光线振荡单元90振荡出的检查用激光光线向聚焦点位置调整单元71反射偏光的二向色半反射镜(dichroic halfmirror)91；该二向色半反射镜91和检查用激光光线振荡单元90之间设置的第一立方分光器(cubic splitter)92。检查用激光光线振荡单元90，振荡与从上述加工用脉冲激光光线振荡单元6振荡出的加工用脉冲激光光线的频率不同的频率的激光光线。该检查用激光光线振荡单元90，可以利用例如对波长为632nm的检查用激光光线LB2进行振荡的He·Ne脉冲激光振荡器。二向色半反射镜91，加工用脉冲激光光线LB1通过但是将检查用激光光线LB2向聚焦点位置调整单元71反射偏转。第一立方分光器92，检查用脉冲激光光线LB2通过但将由二向色半反射镜91进行反射偏转的反射光反射偏转。
图示的实施方式中的高度位置检测单元9，具有：只使由第一立方分光器92反射的反射光中与检查用激光光线LB2的频率对应的反射光通过的带通滤光器93；将通过该带通滤光器的反射光向第一路径94a和第二路径94b分光的第二立方分光器94；对通过该第二立方分光器94向第一路径94a分光的反射光100％聚光的聚光透镜95；接收该聚光透镜95聚光的反射光的第一受光元件96。第一受光元件96将对应于受光的光量的电压信号向后述的控制单元送出。另外，图示的实施方式中的高度位置检测单元9，具有接受通过第二立方分光器94向第二路径94b分光的反射光的第二受光元件97；限制该第二受光元件97受光的反射光的受光区域的的受光区域限制单元98。受光区域限制单元98，在图示的实施方式中，具有，对通过第二立方分光器94向第二路径94b分光的反射光一维地聚光的柱面透镜981；将通过该柱面透镜981一维地聚光的反射光限制在单位长度的一维掩模982。接受通过该一维掩模982的反射光的第二受光元件97，将对应于受光的光量的电压信号向后述的控制单元送出。
图示的实施方式中的高度位置检测单元9为以上的结构，下面对其作用进行说明。
从检查用激光光线振荡单元90振荡出的检查用激光光线LB2，通过第一立方分光器92到达二向色半反射镜91，由该二向色半反射镜91向聚焦点位置调整单元71反射偏转。向聚焦点位置调整单元71反射偏转的检查用激光光线LB2，与上述加工用脉冲激光光线LB1相同地经由聚焦点位置调整单元71、方向变换反射镜72被聚光透镜81聚光。另外，从检查用激光光线振荡单元90振荡出的检查用激光光线LB2希望利用广角大的激光光线，以使由聚光透镜81聚光的聚焦点比从上述加工用脉冲激光光线振荡单元6振荡出的加工用脉冲激光光线LB1的聚焦点P靠近图2的下方。由此被聚光的检查用激光光线LB2，在保持在卡盘工作台36上的被加工物的上面反射，该反射光如图2的虚线所示，经由聚光透镜81、方向变换反射镜72、聚焦点位置调整单元71、二向色半反射镜91、第一立方分光器92到达带通滤光器93。另外，上述加工用脉冲激光光线LB1的反射光也经由与检查用激光光线LB2相同的路径到达带通滤光器93。带通滤光器93如上所述地，只使对应于检查用激光光线LB2的频率的反射光通过，因此，加工用脉冲激光光线LB1的反射光被带通滤光器遮断。所以，只有检查用激光光线LB2的反射光通过带通滤光器93到达第二立方分光器94。
到达第二立方分光器94的检查用激光光线LB2的反射光，向第一路径94a和第二路径94b分光。分光到第一路径94a的反射光，通过聚光透镜95被100％地聚光并被第一受光元件96受光。第一受光元件96将对应于受光的光量的电压信号向后述的控制单元送出。分光到第二路径94b的检查用激光光线LB2的反射光，由受光区域限制单元98的柱面透镜981一维地聚光，由一维掩模982限制在预定的单位长度并被第二受光元件97受光。第二受光元件97将对应于受光的光量的电压信号向后述的控制单元送出。
这里，对被第一受光元件96和第二受光元件97受光的检查用聚光光线LB2的反射光的受光量进行说明。
由第一受光元件96受光的检查用激光光线LB2的反射光，由于被聚光透镜95、100％地聚光，所以受光量一定，从第一受光元件96输出的电压值(V1)一定(例如10V)。由第二受光元件97受光的检查用激光光线LB2的反射光通过柱面透镜981一维地聚光后，被一维掩模982限制在预定的单位长并被第二受光元件97受光，所以，根据由检查用激光光线LB2被聚光器8的聚光透镜81聚光的聚焦点Pa相对于被加工物的位置，第二受光元件97的受光量变化。所以，第二受光元件97输出的电压值(V2)根据由检查用激光光线LB2的聚焦点Pa相对于被加工物W的位置而变化。
例如，如图4(a)所示，在检查用激光光线LB2的聚焦点Pa在离被加工物W的表面浅的位置的情况下，检查用激光光线LB2在照射到被加工物W的表面的面积S1反射。该反射光如上述地，由第二立方分光器94被分光到第一路径94a和第二路径94b，分光到第一路径94a的面积S1的反射光由聚光透镜95、100％聚光，所以反射光的全部光量被第一受光元件96受光。由第二立方分光器94分光到第二路径94b的面积S1的反射光，由柱面透镜981一维地聚光而成为椭圆形。这样，剖面被限制为椭圆形的反射光，被一维掩模98限制在预定的单位长度，分光到第二路径94b的反射光的一部分被第二受光元件97受光。所以，第二受光元件97受光的反射光的光量比第一受光元件96受光的光量少。
然后，如图4(b)所示，检查用激光光线LB2的聚焦点Pa位于比上述图4(a)的位置深的情况下，检查用激光光线LB2被照射到被加工物W的表面的面积S2反射。该面积S2比上述面积S1大。该面积S2的反射光如上所述地，被第二立方分光器94分光到第一路径94a和第二路径94b，分光到第一路径94a的面积S2的反射光由聚光透镜95、100％地聚光，所以，反射光的全部光量被第一受光元件96受光。被第二立方分光器94分光到第二路径94b的面积S2的反射光，通过柱面透镜981被一维地聚光而剖面成为椭圆形。该椭圆形的长轴的长度，由于反射光的面积S2比上述面积S1大，所以比上述图4(a)表示的情况长。这样，剖面被聚光为椭圆形的反射光，由一维掩模982分割成预定的长度并且其一部分被第二受光元件97受光。所以，由第二受光元件97受光的光量，比上述图4(a)表示的情况少。这样，由第二受光元件97受光的反射光的光量，在检查用激光光线LB2的聚焦点Pa越接近被加工物W的表面时越多，在检查用激光光线LB2的聚焦点Pa越远离被加工物W的表面时越少。
另外，检查用激光光线LB2的聚焦点Pa，希望通常位于被加工物W的内部。即，即使检查用激光光线LB2的聚焦点Pa位于被加工物W的内部或位于被加工物W的表面上侧，若被加工物W的表面到聚焦点Pa的距离相同，则由第二受光元件97受光的光量相同。所以，通过将检查用激光光线LB2的聚焦点Pa设定为通常位于被加工物W的内部，可以确实地检测出被加工物W的表面的高度位置。
这里，参照图5表示的控制图说明上述第一受光元件96输出的电压值(V1)和第二受光元件97输出的电压值(V2)的比与相对于检查用激光光线LB2的聚焦点Pa的被加工物W的位置的关系。另外，图5中，横轴表示在检查用激光光线LB2的聚焦点Pa的位置、被加工物W的表面到内部的距离。另外，图5中纵轴表示第一受光元件96输出的电压值(V1)和第二受光元件97输出的电压值(V2)的比(V1/V2)。
图5所示的例子中，在检查用激光光线LB2的聚焦点Pa的位置距离被加工物W的表面10微米(μm)的情况下，上述电压值的比(V1/V2)为“3”，在检查用激光光线LB2的聚焦点Pa的位置距离被加工物W的表面为40微米的情况下，上述电压值的比(V1/V2)为“6”。另外，在将检查用激光光线LB2的聚焦点Pa的位置设定在加工用脉冲激光光线LB1的聚焦点P的位置的图2所示的例如10微米下方的情况下，图5所示的控制图的上述电压值的比(V1/V2)作为对应于聚焦点P和聚焦点Pa的间隔补正差异的值。即，加工用脉冲激光光线LB1的聚焦点P位于检查用激光光线的聚焦点Pa的10微米上方，因此，如图5中的实线所示，制成关于加工用脉冲激光光线LB1的聚焦点P的控制图。所以，例如将上述电压值的比(V1/V2)设定为“6”，通过控制上述聚焦点位置调整单元71使电压值的比(V1/V2)维持在“6”，即使被加工物的厚度不均匀也可以在距表面30微米的位置进行激光加工。另外，图5所示的控制图保存在后述的控制单元的存储器中。
在上述图2所示的高度位置检测单元9中表示了受光区域限制单元98由柱面透镜981和一维掩模982构成的例子，但作为受光区域限制单元，如图6所示，也可以利用将由上述第二立方分光器94分光到第二路径94b的反射光限制在单位面积的二维掩模99。另外，若利用二维掩模99则图5所示的控制图的图形为抛物线。
返回图1继续说明，在构成上述激光光线装置52的壳体521的前端部，设置有通过聚光光线照射单元52检测要进行激光加工的加工区域的摄像单元11。该摄像单元11，除通过可视光线来摄像的通常的摄像元件(CCD)以外，还包括向被加工物照射红外线的红外线照明装置、捕捉通过该红外线照明装置照射的红外线的光学系统、输出对应于该光学系统捕捉的红外线的电信号的摄像元件(红外线CCD)等，将摄像的图像信号向后述的控制单元输出。
图示的实施方式中的激光光线照射单元5，具有用于使单元保持器51沿一对导轨423、423向箭头Z表示的方向移动的移动单元53。移动单元53含有在一对导轨423、423之间设置的阳螺旋杆(无图示)、和用于旋转驱动该阳螺旋杆的脉冲电动机532等驱动源，通过脉冲电动机532正转及反转地驱动无图示的阳螺旋杆，使单元保持器51及激光光线照射单元52沿导轨423、423在箭头Z表示的方向上移动。另外，在图示的实施方式中，通过正转驱动脉冲电动机532使激光光线照射单元52向上方移动，通过反转驱动脉冲电动机532使激光光线照射单元52向下方移动。
图示的实施方式的激光加工装置具有控制单元10。控制单元10由计算机构成，具有：按照控制程序进行演算处理的中央处理装置(CPU)101、存储控制程序等的只读存储器(ROM)102、存储演算结果等的可读写的随机存取存储器(RAM)103、输入接口104、和输出接口105。在控制单元10的输入接口104上，输入来自上述第一受光元件96、第二受光元件97及摄像单元11等的检测信号。从控制单元10的输出接口105，将控制信号输出到上述脉冲电动机372、脉冲电动机382、脉冲电动机432、脉冲电动机532、加工用脉冲激光光线振荡单元6、检查用激光光线振荡单元90、第一电流扫描仪713的角度调整执行机构713c及第二电流扫描仪714的角度调整执行机构714c等。另外，上述图5所示的控制图，存储在只读存储器(ROM)102或随机存取存储器(RAM)103中。
图示的实施方式中的激光加工装置如上述地构成，下面说明其动作。
在图7中，表示了作为由本发明的晶片分割方法分割的被加工物的半导体晶片20的立体图。图7所示的半导体晶片20，由例如厚度为100微米的硅晶片构成，在通过在表面20a上格子状形成的多个分割预定线21划分的多个区域上形成有IC、LSI等设备22。这样构成的半导体晶片20，如图8所示地，在安装在环状框架30上的聚烯等的合成树脂薄片构成的保护带40上粘结着表面20a侧。所以，半导体晶片20的背面20b在上侧。
如图8所示，在环状框架30上经由保护带40支承的半导体晶片20，在图1所示的激光加工装置的卡盘工作台36上载置有保护带40侧。通过使无图示的吸引单元动作，半导体晶片20经由保护带40吸引保持在卡盘工作台36上，另外环状框架30通过扣片362固定。
如上所述，吸引保持有半导体晶片20的卡盘工作台36，通过加工进给单元37位于摄像单元11的正下方。卡盘工作台36位于摄像单元11的正下方后，通过摄像单元11及控制单元10执行检测半导体晶片20的要激光加工的区域的定位作业。即，摄像单元11及控制单元10，进行使半导体晶片20的预定方向上形成的分割预定线21和沿分割预定线21照射激光光线的激光光线照射单元52的聚光器8对位的模式匹配等的图像处理，进行激光光线照射位置的定位。另外，相对于半导体晶片20上形成的与预定方向正交的方向上形成个的分割预定线21，也是同样地进行激光光线照位置的定位。此时，形成有半导体晶片20的分割预定线21的表面20a位于下侧，但是由于摄像单元11如上所述地具有红外线照明单元、捕捉红外线的光学系统以及输出对应于该红外线的电信号的摄像元件(红外线CCD)等构成的摄像单元，可以透过背面20b对分割预定线21摄像。
如上所述地，检测形成在保持于卡盘工作台36上的半导体晶片20上的分割预定线21，若激光光线照射位置的定位进行完毕，则移动卡盘工作台36，如图9(a)所示地将预定的分割预定线21的一端(图9(a)的左端)位于激光光线照射单元52的聚光器8的正下方。然后，控制单元10，将第一受光元件96输出的电压值(V1)和第二受光元件97输出的电压值(V2)的比(V1/V2)例如设定为图5中控制图的“9”，并且，控制检查用激光光线振荡单元90使检查用激光光线LB2振荡。控制单元10控制上述聚焦点位置调整单元71，以使来自对检查用激光光线LB2的反射光如上所述地受光的第一受光元件96的输出电压值(V1)和来自第二受光元件97的输出电压值(V2)的比(V1/V2)为“9”。其结果，加工用脉冲激光光线LB1的聚焦点P位于距半导体晶片20的背面20b(上面)60微米的位置。
然后，控制单元10，控制激光光线照射单元52从集光器8照射加工用脉冲激光光线LB1，同时使卡盘工作台36向箭头X1表示的方向以预定的加工进给速度移动(加工工序)。如图9(b)所示，集光器8的照射位置到达分割预定线21的另一端(图9(b)的右端)后，停止加工用脉冲激光光线LB1的照射，并且停止卡盘工作台36的移动。在该加工工序中，通过高度位置检测单元9检测半导体晶片20的背面20b(上面)的高度位置，将上述第一受光元件96输出的电压值(V1)和第二受光元件97输出的电压值(V2)送到控制单元10。控制单元10，根据第一受光元件96输出的电压值(V1)和第二受光元件97输出的电压值(V2)计算电压值(V1/V2)，电压值(V1/V2)若不是“9”，则控制构成上述聚焦点位置调整装置71的第一电流扫描仪713的角度调整驱动器713c以及第二电流扫描仪714的角度调整驱动器714c。其结果，在半导体晶片20的内部，如图9(b)所示，在距背面20b(上面)60微米的位置上形成有与背面20b(上面)平行的变质层210。
另外，上述加工工序中的加工条件，例如如下地设定。
加工用激光                ：YVO4脉冲激光
波长                      ：1064nm
循环频率                  ：100kHz
焦斑点径                  ：φ1μm
加工进给速度              ：100mm/秒
另外，上述加工条件中，可以将变质层210形成为20微米左右的厚度。在半导体晶片20的厚度厚的情况下，如图10所示，为了将聚焦点P位于20微米上方，阶梯地将上述电压值(V1/V2)改变为“7”“5”，并多次进行上述加工工序，由此，可以形成多个变质层210a、210b、210c。
如上所述，若沿半导体晶片20的预定方向的全部的分割预定线21进行了上述加工工序，则将卡盘工作台36转动90度，相对于上述预定方向沿直角地延伸的各分割预定线进行上述加工工序。这样，若沿半导体晶片20上形成的全部的分割预定线21进行了上述加工工序，则保持半导体芯片20的卡盘工作台36返回到最初吸引保持半导体晶片20的位置，解除半导体晶片20的吸引保持。半导体晶片20通过无图示的传送装置被传送到分割工序。
如上所述，在图示的实施方式中的激光加工装置中，经由调整加工用脉冲激光光线LB1的聚焦点P的聚焦点位置调整单元71将检查用激光光线LB2照射到被加工物，基于该反射光检测出被加工物的高度位置，并且，基于该检测值控制聚焦点位置调整单元71，因此，可以不产生时间差地对应于被加工物的弯曲来调整加工用脉冲激光光线LB1的聚焦点P的位置。所以，在被加工物上可以在相对于其表面平行的位置上进行激光加工。

Claims (5)

1、一种激光加工装置，该激光加工装置具有：具备保持板状被加工物的被加工物保持面的卡盘工作台、以及从该卡盘工作台上所保持的被加工物的上面一侧照射激光光线的激光光线照射单元，该激光光线照射单元具有：对加工用激光光线进行振荡的加工用激光光线振荡单元、以及对通过该加工用激光光线振荡单元振荡之后的加工用激光光线进行聚光的聚光器，该激光加工装置的特征在于，
该激光加工装置具有：聚焦点位置调整单元，被配置在该加工用激光光线振荡单元和该聚光器之间，使由该聚光器聚光的加工用激光光线的聚焦点位置变化；高度位置检测单元，用于检测该卡盘工作台所保持的被加工物的上面高度位置；以及控制单元，根据来自该高度位置检测单元的检测信号对该聚焦点位置调整单元进行控制，
该高度位置检测单元具有：检查用激光光线振荡单元，对具有与通过该加工用激光光线振荡单元振荡之后的加工用激光光线的波长不同的波长的检查用激光光线进行振荡；二向色半反射镜，被配置在该加工用激光光线振荡单元和该聚焦点位置调整单元之间，使从该加工用激光光线振荡单元振荡出的波长的加工用激光光线通过，使从该检查用激光光线振荡单元振荡出的波长的检查用激光光线向该聚焦点位置调整单元偏转；第1分光器，被配置在该二向色半反射镜和该检查用激光光线振荡单元之间，使从该检查用激光光线振荡单元振荡出的检查用激光光线通过，使由该二向色半反射镜偏转的反射光偏转；带通滤光器，仅使由该第1分光器偏转的反射光中与检查用激光光线的波长相对应的反射光通过；第2分光器，将通过该带通滤光器的反射光分光到第1路径和第2路径；第1受光元件，接受由该第2分光器分光到该第1路径的反射光；第2受光元件，接受由该第2分光器分光到该第2路径的反射光；以及受光区域限制单元，被配置在该第2路径上，限制该第2受光元件受光的反射光的受光区域，
该控制单元，求出该第1受光元件受光的光量和该第2受光元件受光的光量的比，控制该聚焦点位置调整单元，以使该光量的比成为预定值，
在该第1路径上配置有将分光到第1路径上的反射光100％聚光并使该第1受光元件受光的聚光透镜。
2、如权利要求1所述的激光加工装置，该受光区域限制单元包括：将分光到该第2路径上的反射光一维聚光的柱面透镜、以及将由该柱面透镜一维聚光的反射光限制在单位长度的一维掩模。
3、如权利要求1所述的激光加工装置，该受光区域限制单元包括将分光到该第2路径上的反射光限制在单位面积的二维掩模。
4、如权利要求1所述的激光加工装置，该聚焦点位置调整单元由第1电流扫描仪和第2电流扫描仪构成，该第1电流扫描仪和第2电流扫描仪各包括使反射面相对置并相互平行地配置的第1反射镜和第2反射镜、以及调整该第1反射镜和第2反射镜的设置角度的角度调整执行机构。
5、如权利要求1所述的激光加工装置，该检查用激光光线的聚焦点位置位于保持在该卡盘工作台上的被加工物的内部。
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