CN101049653A - 激光加工装置 - Google Patents
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Abstract
一种激光加工装置，其包括：用于夹持工件的卡盘台；用于对夹持在卡盘台上的工件照射激光束的激光束照射装置；以及用于使卡盘台和激光束照射装置相对于彼此移动的加工进给装置。其中，激光束照射装置包括用于振荡激光束的激光束振荡装置和用于会聚由激光束振荡装置振荡的激光束的聚光器。该聚光器包括：与夹持在卡盘台上的工件相对的聚光透镜；沿激光束照射方向布置在聚光透镜的上游侧的圆柱形透镜；以及用于调节聚光透镜和圆柱形透镜之间的间隙的间隙调节机构。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光加工装置，用于对工件比如半导体晶片进行激光加工，并且更具体地涉及能够调整激光束的聚光点形状的激光加工装置。
背景技术
在半导体器件的生产过程中，多个区域被称作“切割道”的分割线截面，这些分割线以网格状布置在基本为盘状的半导体晶片的前表面上，并且比如IC或LSI的器件形成在每个截面区域内。通过沿切割道切割该半导体晶片将其分成其内形成有该器件的区域来制造各个半导体芯片。具有层压在蓝宝石基底前表面上的光接收元件比如光电二极管或发光元件比如激光二极管的光学器件晶片也被沿切割道切割，以分成在电子装置中广泛使用的各个光学器件如光电二极管或激光二极管。
作为沿切割道划分晶片比如上述半导体晶片或光学器件晶片的方法，JP-A 2004-9139公开了一种方法，其中通过使用脉冲激光束沿形成在晶片上的切割道形成槽，并且晶片沿这些槽分开。
根据对工件照射的激光束的输出、波长、重复频率、聚光点形状等可适当地调整加工条件。然而，难以将聚光点形状适当地改变成圆形或长轴与短轴在长度上彼此不同的椭圆形，出现了加工条件的调整受限的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光加工装置，其能够易于将激光束的聚光点形状改变成圆形或长轴与短轴在长度上彼此不同的椭圆形。
为了达到上述目的，根据本发明，提供了一种激光加工装置，其包括用于夹持工件的卡盘台，用于对夹持在卡盘台上的工件照射激光束的激光束照射装置、以及用于使卡盘台和激光束照射装置相对于彼此移动的加工进给装置，其中，
激光束照射装置包括用于振荡激光束的激光束振荡装置和用于会聚由激光束振荡装置振荡的激光束的聚光器；以及
该聚光器包括与夹持在卡盘台上的工件相对的聚光透镜、沿激光束照射方向布置在聚光透镜的上游侧的圆柱形透镜、以及用于调节聚光透镜和圆柱形透镜之间的间隙的间隙调节机构。
上述圆柱形透镜是凸透镜并布置为沿加工进给方向会聚激光束。
上述圆柱形透镜是凹透镜并布置为沿加工进给方向发散激光束。
根据本发明，还提供了一种激光加工装置，其包括用于夹持工件的卡盘台，用于对夹持在卡盘台上的工件照射激光束的激光束照射装置、以及用于使卡盘台和激光束照射装置相对于彼此移动的加工进给装置，其中，
激光束照射装置包括用于振荡激光束的激光束振荡装置和用于会聚由激光束振荡装置振荡的激光束的聚光器；以及
该聚光器包括与夹持在卡盘台上的工件相对的聚光透镜、沿激光束照射方向布置在聚光透镜的上游侧的第一圆柱形透镜和第二圆柱形透镜、以及用于调节第一圆柱形透镜和第二圆柱形透镜之间的间隙的间隙调节机构。
上述第一圆柱形透镜布置在聚光器侧，上述第二圆柱形透镜沿激光束照射方向布置在第一圆柱形透镜的上游侧，并且上述间隙调节机构移动第二圆柱形透镜以调节第一圆柱形透镜和第二圆柱形透镜之间的间隙。
第一圆柱形透镜是凸透镜，而第二圆柱形透镜是凹透镜。
第一圆柱形透镜和第二圆柱形透镜布置为沿加工进给方向会聚或发散激光束。
由于根据本发明的激光加工装置包括用于调节聚光透镜和圆柱形透镜之间的间隙的间隙调节机构以调节聚光透镜和圆柱形透镜之间的间隙，可形成具有圆形截面的聚光点或具有椭圆形截面的聚光点，并且可适当地改变具有椭圆形截面的聚光点的长轴与短轴的比例。因此，可适当地选择适于激光加工的聚光点形状。
由于本发明的激光加工装置包括用于调节第一圆柱形透镜和第二圆柱形透镜之间的间隙的间隙调节机构以调节第一圆柱形透镜和第二圆柱形透镜之间的间隙，可形成具有圆形截面的聚光点或具有椭圆形截面的聚光点，并且可适当地改变具有椭圆形截面的聚光点的长轴与短轴的比例。因此，可适当地选择适于激光加工的聚光点形状。
附图说明
图1是根据本发明构造的激光加工装置的透视图；
图2是设置在图1所示的激光加工装置中的激光束照射装置的构成框图；
图3是包括第一实施例的聚光器的加工头的说明图，该聚光器构成图2所示的激光束照射装置；
图4是沿图3所示的加工头的透视图；
图5是构成图3所示的加工头的聚光器的圆柱形透镜单元的透视图；
图6是图5所示的圆柱形透镜单元的组成部件的分解透视图；
图7是夹持圆柱形透镜的透镜夹持单元的截面图，其构成图5所示的圆柱形透镜单元；
图8是用于调节聚光透镜和圆柱形透镜单元之间的间隙的间隙调节机构的透视图，其设置在图1所示的激光加工装置中；
图9是图8所示的间隙调节机构设有圆柱形透镜单元的透视图：
图10(a)、10(b)和10(c)分别是示出了其中聚光点具有由聚光透镜和为凸透镜的圆柱形透镜形成的圆形截面的状态的说明图；
图11(a)、11(b)和11(c)分别是示出了其中聚光点具有由聚光透镜和为凸透镜的圆柱形透镜形成的椭圆形截面的状态的说明图；
图12(a)、12(b)和11(c)分别是示出了其中聚光点具有由聚光透镜和为凹透镜的圆柱形透镜形成的椭圆形截面的状态的说明图；
图13(a)和13(b)是示出了由图1所示的激光加工装置进行的槽形成步骤的说明图；
图14是第二实施例的包括聚光器的加工头的说明图；
图15是构成图14所示的加工头的聚光器的第一圆柱形透镜单元的透视图；
图16是构成图14所示的加工头的聚光器的第二圆柱形透镜单元的透视图；
图17是间隙调节机构设有第一圆柱形透镜单元和第二圆柱形透镜单元的透视图；
图18(a)、18(b)和18(c)分别是示出了其中聚光点具有由聚光透镜、第一圆柱形透镜和第二圆柱形透镜形成的圆形截面的状态的说明图；
图19(a)、19(b)和19(c)分别是示出了其中聚光点具有由聚光透镜、第一圆柱形透镜和第二圆柱形透镜形成的椭圆形截面的状态的说明图。
具体实施方式
下面将参考附图详细描述根据本发明构造的激光加工装置的优选实施例。
图1是根据本发明构造的激光加工装置的透视图。图1所示的激光加工装置包括：静止底座2、用于夹持工件的卡盘台机构3、激光束照射单元支撑机构4、以及激光束照射单元5，卡盘台机构3安装在静止底座2上的方式使其可沿箭头X所示的加工进给方向移动，激光束照射单元支撑机构4安装在静止底座2上的方式使其可沿与箭头X所示的加工进给方向垂直的箭头Y所示的分度进给方向移动，激光束照射单元5安装在激光束照射单元支撑机构4上的方式使其可沿箭头Z所示的方向移动。
上述卡盘台机构3包括一对导轨31和31、第一滑块32、第二滑块33、盖台35以及作为工件夹持装置的卡盘台36，该对导轨31和31安装在静止底座2上并沿箭头X所示的加工进给方向彼此平行布置，第一滑块32安装在导轨31和31上的方式使其可沿箭头X所示的加工进给方向移动，第二滑块33安装在第一滑块32上的方式使其可沿箭头Y所示的分度进给方向移动，盖台35由圆柱形构件34支撑在第二滑块33上。卡盘台36包括由多孔材料构成的吸盘361，并且工件比如盘状半导体晶片通过未示出的抽吸装置夹持在吸盘361上。如上构造的卡盘台36通过安装在圆柱形构件34内的脉冲电机(未示出)旋转。
上述第一滑块32在底面上具有一对待导向的槽321和321用于装配到上述该对导轨31和31，并在顶面上具有一对沿箭头Y所示的分度进给方向彼此平行的导轨322和322。通过将待导向的槽321和321分别装配到上述该对导轨31和31，如上构造的第一滑块32可在箭头X所示的加工进给方向上沿该对导轨31和31移动。图示实施例中的卡盘台机构3包括加工进给装置37，用于在箭头X所示的加工进给方向上沿该对导轨31和31移动第一滑块32。加工进给装置37包括布置在上述导轨对31和31之间并与其平行的外螺纹杆371和用于旋转驱动外螺纹杆371的驱动源比如脉冲电机372。外螺纹杆371在其一端可旋转地支撑到固定在上述静止底座2上的支承块373，而在另一端传动连接到上述脉冲电机372的输出轴。外螺纹杆371旋入螺纹通孔内，该通孔形成在伸出第一滑块32的中央部分底面的内螺纹块(未示出)。所以，通过利用脉冲电机372在正方向或反方向上驱动外螺纹杆371，第一滑块32在箭头X所示的加工进给方向上沿导轨31和31移动。
上述第二滑块33在底面上具有一对待导向的槽331和331用于装配到上述该对导轨322和322，导轨322和322形成在上述第一滑块32的顶面上并且被构造为通过分别将导向槽331和331装配到上述该对待导向的导轨322和322在箭头Y所示的分度进给方向上移动。图示实施例中的卡盘台机构3包括第一分度进给装置38，用于沿形成在第一滑块32上的导轨对322和322在箭头Y所示的分度进给方向上移动第二滑块33。第一分度进给装置38包括布置在上述导轨对322和322之间并与其平行的外螺纹杆381和用于旋转驱动外螺纹杆381的驱动源比如脉冲电机382。外螺纹杆381在其一端可旋转地支撑到固定在上述第一滑块32顶面上的支承块383，而在另一端传动连接到上述脉冲电机382的输出轴。外螺纹杆381旋入螺纹通孔内，该通孔形成在伸出第二滑块33的中央部分底面的内螺纹块(未示出)。所以，通过利用脉冲电机382在正方向或反方向上驱动外螺纹杆381，第二滑块33在箭头Y所示的分度进给方向上沿导轨322和322移动。
上述激光束照射单元支撑机构4包括一对导轨41和41以及活动支撑底座42，该对导轨41和41安装在静止底座2上并沿箭头Y所示的分度进给方向彼此平行布置，活动支撑底座42安装在该对导轨41和41上的方式使其可沿箭头Y所示的方向移动。该活动支撑底座42由活动安装在导轨41和41上的活动支撑部421以及安装在活动支撑部421上的安装部422构成。安装部422在其一个侧面设有沿箭头Z所示的方向彼此平行延伸的一对导轨423和423。图示实施例中的激光束照射单元支撑机构4包括第二分度进给装置43，用于在由箭头Y所示的分度进给方向上沿该对导轨41和41移动该活动支撑底座42。第二分度进给装置43包括布置在上述导轨对41和41之间并与其平行的外螺纹杆431和用于旋转驱动外螺纹杆431的驱动源比如脉冲电机432。外螺纹杆431在其一端可旋转地支撑到固定在上述静止底座2上的支承块(未示出)，而在另一端传动连接到上述脉冲电机432的输出轴。外螺纹杆431旋入螺纹通孔内，该通孔形成在伸出构成活动支撑底座42的活动支撑部421的中央部分底面的内螺纹块(未示出)。所以，通过利用脉冲电机432在正方向或反方向上驱动外螺纹杆431，活动支撑底座42在箭头Y所示的分度进给方向上沿导轨41和41移动。
图示实施例中的激光束照射单元5包括单元夹持器51以及安装到该单元夹持器51的激光束照射装置52。该单元夹持器51具有一对待导向的槽511和511，该槽511和511待可滑动地装配到上述安装部422上的该对导轨423和423，该单元夹持器51被支撑的方式使其可通过分别将待导向的槽511和511装配到上述导轨423和423而在箭头Z所示的方向上移动。
图示实施例中的激光束照射单元5包括移动装置53，用于在箭头Z所示的方向上沿该对导轨423和423移动单元夹持器51。移动装置53包括布置在上述导轨对423和423之间的外螺纹杆(未示出)和用于旋转驱动外螺纹杆的驱动源比如脉冲电机532。通过利用脉冲电机532在正方向或反方向上驱动外螺纹杆(未示出)，单元夹持器51和激光束照射装置52在箭头Z所示的方向上沿导轨423和423移动。在图示的实施例中，激光束照射装置52通过在正方向上驱动脉冲电机532向上移动，通过在反方向上驱动脉冲电机532向下移动。
图示的激光束照射装置52具有圆柱形壳体521，该壳体固定到上述单元夹持器51并基本平行地延伸。激光束照射装置52包括脉冲激光束振荡装置522和如图2所示安装在壳体521内的传送光学系统523以及安装在壳体521端部的加工头6，该加工头6用于对夹持在上述卡盘台36上的工件照射由脉冲激光束振荡装置522振荡的脉冲激光束。上述脉冲激光束振荡装置522包括由YAG激光振荡器或YV04激光振荡器组成的脉冲激光束振荡器522a以及连接到脉冲激光束振荡器522a的重复频率设置装置522b。传送光学系统523具有适当的光学元件比如分束器等。
上述加工头6包括如图3所示的变向镜61和聚光器7。变向镜61将从上述脉冲激光束振荡装置522振荡出的并通过传送光学系统523照射的脉冲激光束的方向朝聚光器7变向。图示第一实施例中的聚光器7包括聚光透镜8、圆柱形透镜单元9以及间隙调节机构，聚光透镜8与夹持在上述卡盘台36上的工件相对，圆柱形透镜单元9沿激光束照射方向布置在聚光透镜8的上游侧，即位于聚光透镜8和变向镜61之间，间隙调节机构用于调节聚光透镜8和圆柱形透镜单元9之间的间隙，下面将详细描述。上述变向镜61、圆柱形透镜单元9以及下面描述的间隙调节机构安装在加工头壳体60内，该壳体60安装在如图4所示的上述壳体521的端部。上述聚光透镜8安装在连接至加工头壳体60底部的透镜壳体80内。在图示的实施例中，聚光透镜8的焦距被设置成40mm。
随后将参考图5-7给出上述圆柱形透镜单元9的描述。图5是圆柱形透镜单元9的透视图，图6是图5所示的圆柱形透镜单元9的分解透视图。
图5和图6所示的圆柱形透镜单元9包括圆柱形透镜91、用于夹持圆柱形透镜的透镜夹持件92、用于夹持透镜夹持件92的第一框架93以及用于夹持第一框架93的第二框架94。
圆柱形透镜91是如图7所示具有半圆形截面的凸透镜。在图示的实施例中，该圆柱形透镜91的焦距被设置成40mm。在图示的实施例中，用于夹持圆柱形透镜91的透镜夹持件92是圆形的并由合成树脂制成。该圆柱形透镜91埋入由合成树脂制成的透镜夹持件92内的方式使其顶面和底面露出。如图6所示，伸出件921形成在透镜夹持件92的外周面的一个位置处。
如图6所示，上述第一框架93是边长为E的正方形，并且在第一框架93的顶面内形成有用于容纳上述透镜夹持件92的圆形空穴931以及用于容纳形成在透镜夹持件92上的伸出件921的工作腔室932。孔931b形成在圆形空穴931底壁931a的中心部分内。此外，作为弹簧座的凹部932b形成在截断工作腔室932的壁932a内。螺纹孔932c在凹部932b的轴线上形成在第一框架93内。如图5所示，透镜夹持件92装配在如上构造的第一框架93的圆形空穴931内，并且伸出件921存放在工作腔室932内。所以，装配进第一框架93的圆形空穴931内的透镜夹持件92可在伸出件921在工作腔室932内移动的最大范围内沿圆形空穴931的内周部转动。压缩卷簧95插在上述凹部932b和伸出件921之间。第一调节螺杆96旋入上述螺纹孔932c内，并且第一调节螺杆96的端部与伸出件921接触。所以，当通过沿一个方向转动使第一调节螺杆96向前移动时，透镜夹持件92抵抗压缩卷簧95的弹力沿一个方向转动，并且当通过沿另一个方向转动使第一调节螺杆96向后移动时，透镜夹持件92利用压缩卷簧95的弹力沿另一个方向转动。因此，形成在透镜夹持件92上的伸出件921、第一调节螺杆96和压缩卷簧95用作转动调节装置，用于沿圆形空穴931的内周部转动透镜夹持件92。
如图6所示，上述第二框架94是矩形的，并且用于容纳第一框架93的矩形空穴941形成在第二框架94的顶面内。该矩形空穴941具有与上述方形第一框架93的边长E对应的宽度A以及大于第一框架93的边长E的长度B。矩形空穴941由底壁942a和侧壁942b、942c、942d和942e截断。孔942f形成在底壁942a的中心部分内。作为弹簧座的凹部942g形成在截断矩形空穴941的侧壁942d的内表面内。螺纹孔942h形成在与具有凹部942g的侧壁942d相对的侧壁942e内。用于容纳上述第一调节螺杆96的延长孔942j形成在第二框架94的侧壁842b内。如图5所示，上述第一框架93装配在如上构造的第二框架94的矩形空穴941内。压缩卷簧97插入形成在上述侧壁942d的内表面内的凹部942g和第一框架93的侧壁之间。第二调节螺杆98旋入形成在侧壁942e内的螺纹孔942h内，并且第二调节螺杆98的端部与第一框架93的侧壁接触。所以，当通过沿一个方向转动使第二调节螺杆98向前移动时，第一框架93抵抗压缩卷簧97的弹力沿一个方向移动，并且当通过沿另一个方向转动使第二调节螺杆98向后移动时，第一框架93利用压缩卷簧97的弹力沿另一个方向移动。因此，第二调节螺杆98和压缩卷簧97用作移动调节装置，用于在垂直于圆柱形透镜91的会聚方向的方向上相对于第二框架94移动第一框架93。
如上构造的圆柱形透镜单元9设置在如图8所示的间隙调节机构10内。下面将描述间隙调节机构10。
图8所示的间隙调节机构10包括支撑基底11、安装在支撑基底11下端的聚光透镜支撑板12、以及布置成可沿支撑基底11的前表面在垂直方向上移动的支撑台13。
导向槽111沿垂直方向形成在支撑基底11前表面的中心部分内。第一调节板112固定到支撑基底11侧壁的中间部分。聚光透镜支撑板12以直角伸出支撑基底11的前表面。孔121形成在该聚光透镜支撑板12的中心部分内。透镜壳体80安装在如上构造的聚光透镜支撑板12的底面上的方式使得聚光透镜8位于与孔121对应的位置。
上述支撑台13包括支撑部14和安装在支撑部14下端的台部15。支撑部14在背面具有待导向的导轨141，待被装配到形成在上述支撑基底11内的导向槽111内。通过将该导向的导轨141装配到导向槽111，支撑台13被支撑到支撑基底11的方式使其可在垂直方向上沿导向槽111移动。位于第一调节板112上方的第二调节板142固定到支撑部14的上端。上述台部15以直角伸出支撑部14的前表面。孔151形成在台部15的中心部分内。均以直角从支撑基底11的前表面延伸的定位导轨152和153形成在台部15的两侧端。将定位导轨152和153之间的间隙设置成与构成上述圆柱形透镜单元9的第二框架94的宽度相对应的尺寸。
调节螺钉装置16装配在上述第二调节板142内。该调节螺钉装置16包括安装在第二调节板142上的支撑缸体161、安装在支撑缸体161内的计量杆162、以及调节转盘163，计量杆162的安装方式使其可在垂直方向上移动，调节转盘163用于在垂直方向上移动计量杆162，并被构造成与测微计具有相同的结构。在如此构造的调节螺钉装置16中，计量杆162的端部(下端)与第一调节板112的顶面接触，以限制构成支撑台13的支撑部14在垂直方向上的位置。所以，通过沿一个方向或另一个方向转动调节转盘163而在垂直方向上移动计量杆162，支撑部14在垂直方向上的位置，即安装在支撑部14下端的台部15和聚光透镜支撑板12之间的间隙可被改变。在这一点上，基于形成在支撑缸体161上的标尺和调节转盘163来调节计量杆162的运动，以适当地调节支撑板13的台部15和聚光透镜支撑板12之间的间隙。
如图9所示，上述圆柱形透镜单元9位于如上构造的间隙调节机构10的支撑台13的台部15上。即，圆柱形透镜单元9的第二框架94位于构成支撑台13的台部15的定位导轨152和153之间。在支撑板13的台部15上位于预定位置的圆柱形透镜单元9通过未示出的固定装置固定在支撑板13的台部15上。位于支撑板13的台部15上的圆柱形透镜单元9的圆柱形透镜91的会聚方向被设置成图9中箭头X所示的加工进给方向。
回到图1，用于检测待由上述激光束照射装置52加工的区域的图像拾取装置17安装在构成上述激光束照射装置52的壳体521的前端部。图像拾取装置17包括图像拾取器件(CCD)并给未示出的控制装置供给图像信号。
图示实施例中的激光加工装置被如上构造，下面将介绍其功能。
将参考图10(a)至10(c)以及图11(a)至11(c)描述通过上述激光束照射装置52照射的激光束的聚光点形状。
下面将首先描述圆柱形透镜91和聚光透镜8之间的间隙(d1)被设置成40mm的情况，该间隙与图10(a)和10(b)示出的圆柱形透镜91的焦距(f2)相同。在该情况下，激光束L在Y方向上不仅通过圆柱形透镜91还通过聚光透镜8会聚。即，如图10(a)所示，穿过圆柱形透镜91的激光束L聚焦在聚光透镜8下面40mm的聚光点P1处，其为聚光透镜8的焦距(f1)。
同时，激光束L在X方向上通过圆柱形透镜91会聚。即，由于圆柱形透镜91的焦距(f2)被设置成40mm，激光束L在X方向上通过圆柱形透镜91会聚的聚光点P2存在于聚光透镜8的中心部分，如图10(b)所示。聚焦在聚光透镜8中心部分的激光束L朝向聚光透镜8的底面扩大，并从聚光透镜8的底面再次聚焦在上述聚光点P1处。当圆柱形透镜91和聚光透镜8之间的间隙(d1)与圆柱形透镜91的焦距(f2)相同时，进入圆柱形透镜91具有圆形截面的激光束L通过圆柱形透镜91在X方向上会聚，并且通过聚光透镜8在Y方向上会聚，由此具有如图10(c)的放大视图所示的圆形截面的聚光点S1形成在聚光点P1处。所以，当将工件放在聚光点P1的位置处时，可通过具有圆形截面的聚光点S1加工工件。
随后给出圆柱形透镜91和聚光透镜8之间的间隙(d1)被设置成20mm的情况的描述，该间隙是图11(a)和11(b)示出的圆柱形透镜91的焦距(f2)的一半。同样在该情况下，激光束L在Y方向上不仅通过圆柱形透镜91还通过聚光透镜8会聚。即，如图11(a)所示，穿过圆柱形透镜91的激光束L聚焦在聚光透镜8下面40mm的聚光点P1处，其为聚光透镜8的焦距(f1)。
同时，由于圆柱形透镜91的焦距(f2)被设置成40mm，如图11(b)所示在X方向上通过圆柱形透镜91会聚的激光束L在其被聚焦之前进入聚光透镜8，进一步被聚光透镜8会聚而聚焦在聚光点P3，然后沿X方向扩大直至其到达工件。结果，在聚光点P1的位置，形成具有椭圆形截面的聚光点S2，如图11(c)的放大图所示。具有椭圆形截面的聚光点S2的长轴D1沿箭头X所示的方向形成。可通过改变聚光透镜8和圆柱形透镜91之间的间隙(d1)来调节具有椭圆形截面的聚光点S2的长轴D1与短轴D2的比例。所以，当将工件放在聚光点P1的位置处时，可通过具有椭圆形截面的聚光点S2加工工件。
随后将参考附图12(a)至12(c)描述构成上述圆柱形透镜单元9的圆柱形透镜91是凹透镜的情况。在该情况下，是凹透镜的圆柱形透镜91的焦距(f2)被设置成-40mm，并且圆柱形透镜91和聚光透镜8之间的间隙(d1)被设置成20mm。
同样在该情况下，激光束L在Y方向上不仅通过圆柱形透镜91还通过聚光透镜8会聚。即，如图12(a)所示，穿过圆柱形透镜91的激光束L聚焦在聚光透镜8下面40mm的聚光点(P1)处，其为聚光透镜8的焦距(f1)。
由于是凹透镜的圆柱形透镜91的焦距(f2)被设置成-40mm，在X方向上通过圆柱形透镜91发散的激光束L被聚光透镜8会聚，如图12(b)所示。然而，由于激光束L在X方向上通过圆柱形透镜91发散，在其被聚光透镜8会聚之前，其到达作为聚光透镜8的焦距(f1)的上述聚光点(P1)。结果，在作为聚光透镜8的焦距(f1)的聚光点(P1)的位置，形成具有椭圆形截面的聚光点S2，如图12(c)的放大图所示。具有椭圆形截面的聚光点S2的长轴D1朝向箭头X所示的方向形成。可通过改变聚光透镜8和圆柱形透镜91之间的间隙(d1)来调节具有椭圆形截面的聚光点S2的长轴D1与短轴D2的比例。所以，当将工件放在聚光点P1的位置处时，可通过具有椭圆形截面的聚光点S2加工工件。
随后将参考图1和图12(a)至12(c)描述通过图11(a)至11(c)以及图12(a)至12(c)所示的具有椭圆形截面的聚光点S2在工件内形成槽的加工方法。
如图1所示，首先将作为工件的半导体晶片W安置在激光加工装置的卡盘台36上。通过启动未示出的抽吸装置使半导体晶片W吸附在卡盘台36上。以网格状在半导体晶片W的前表面上形成切割道，并且在多个由网格状切割道截面的区域内形成器件比如IC或LSI。通过加工进给装置37使吸住半导体晶片W的卡盘台36处于图像拾取装置17正下方的位置。在卡盘台36处于图像拾取装置17正下方的位置后，通过图像拾取装置17和未示出的控制装置进行对准工作，以检测半导体晶片W的待加工区域。即，图像拾取装置17和未示出的控制装置进行图像处理如图案匹配等，以将沿半导体晶片W的预定方向形成的切割道与用于沿切割道照射激光束的激光束照射装置52的聚光器7对准，由此进行激光束照射位置的对准。还在沿垂直于上述预定方向的方向形成在半导体晶片W上的切割道上进行激光束照射位置的对准。
在通过如上所述检测夹持在卡盘台36上的半导体晶片W上形成的切割道进行激光束照射位置的对准之后，如图13(a)所示，卡盘台36移动到激光束照射区域，定位激光束照射装置52的聚光器7以使预定切割道的一端(图13(a)中的左端)进入聚光器7正下方的位置。从聚光器7照射的激光束的具有椭圆形截面的聚光点S2在图11(c)和图12(c)中所示的长轴D1与切割道对准。从聚光器7照射的脉冲激光束的聚光点P1被设置在靠近半导体晶片W的前表面(顶面)的位置。用于在箭头Z所示的方向上沿导轨423和423移动激光束照射装置52的移动装置被使用来将聚光点P1设置在靠近半导体晶片W的前表面(顶面)的位置。卡盘台36，即半导体晶片W然后沿图13(a)中箭头X1所示的方向以预定的加工进给速率移动，同时从激光束照射装置52的聚光器7照射波长具有用于半导体晶片W的吸收率的脉冲激光束。当切割道的另一端(图13(b)中的右端)到达聚光器7正下方的位置时，延缓照射脉冲激光束，并且调整卡盘台36即半导体晶片W的移动。结果，如图13(b)所示，在半导体晶片W内沿切割道形成槽G(槽形成步骤)。
例如，在下列加工条件下进行上述槽形成步骤。
激光束光源：YV04激光或YAG激光
波长：355nm
重复频率：50kHz
平均输出：4W
聚光点：椭圆形，长轴(D1)是200μm，短轴(D2)是10μm
加工进给速率：150mm/秒
为通过具有如图10(c)所示圆形截面的聚光点S1在工件比如半导体晶片W内形成孔比如导通孔，使夹持在卡盘台36上的半导体晶片W的通孔形成位置位于聚光器7正下方。从聚光器7照射的脉冲激光束的聚光点P1被设置在靠近半导体晶片W的前表面(顶面)的位置。为使聚光点P1与靠近半导体晶片W的前表面(顶面)的位置对准，使用移动装置53，用于在箭头Z所示的方向上沿导轨423和423移动激光束照射装置52。然后，从激光束照射装置52的聚光器7照射波长具有用于半导体晶片W的吸收率的预定数量脉冲的脉冲激光束，以在半导体晶片W的预定位置形成孔比如导通孔。
由于在本发明的第一实施例中包括聚光器7的激光加工装置包括用于调节聚光透镜8和圆柱形透镜单元9之间的间隙的间隙调节机构10，以如上所述调节聚光透镜8和圆柱形透镜单元9之间的间隙(d1)，可形成具有圆形截面的聚光点S1和具有椭圆形截面的聚光点S2，并且可适当地改变具有椭圆形截面的聚光点S2的长轴D1与短轴D2的比例。所以，可适当地设置适合激光加工的聚光点形状。
随后将参考图14-19描述聚光器7的第二实施例。在第二实施例中，与图3-7中所示的聚光器7的构成部件相同的部件使用相同的附图标记，并且省略它们的详细描述。
第二实施例中的聚光器7包括沿激光束照射方向位于聚光透镜8上游侧的第一圆柱形透镜单元9a和第二圆柱形透镜单元9b，即，位于聚光透镜8和变向镜61之间。第一圆柱形透镜单元9a具有是凸透镜的第一圆柱形透镜91a，第二圆柱形透镜单元9b具有是凹透镜的第二圆柱形透镜91b。
第一圆柱形透镜单元9a构造成使第一圆柱形透镜91a如图15所示设置在第一框架93内，处于如图5和图6所示夹持在透镜夹持件92内的状态，并且进一步在其设置在第一框架93内的状态下设置在第二框架94内。构造第二圆柱形透镜单元9b以使第二圆柱形透镜91b如图16所示设置在第一框架93内，处于如图5和图6所示夹持在透镜夹持件92内的状态，并且进一步在其设置在第一框架93内的状态下设置在第二框架94内。
如图17所示，第一圆柱形透镜单元9a和第二圆柱形透镜单元9b设置在间隙调节机构10内。由于除了聚光透镜支撑板12的部分不同，间隙调节机构10在结构上与间隙调节机构10基本相同，相同的部件使用相同的附图标记，并且省略它们的详细描述。
如图17所示，从支撑基底11的前表面以直角伸出的定位导轨122和123形成在间隙调节机构10的聚光透镜支撑板12的两侧端。定位导轨122和123之间的间隙被设置成与构成上述第一圆柱形透镜单元9a的第二框架94的宽度对应的尺寸。
如图17所示，第一圆柱形透镜单元9a被安置在如上构造的间隙调节机构10的聚光透镜支撑板12的顶面上。即，第一圆柱形透镜单元9a的第二框架94安置在聚光透镜支撑板12的定位导轨122和123之间。在聚光透镜支撑板12上安置在预定位置的第一圆柱形透镜单元9a通过未示出的适当固定装置固定在聚光透镜支撑板12上。安置在聚光透镜支撑板12上的第一圆柱形透镜单元9a的第一圆柱形透镜91a的会聚方向被设置为图17中箭头X所示的加工进给方向。
同时，如图17所示，第二圆柱形透镜单元9b被安置在间隙调节机构10的构成支撑台13的台部15上。即，第二圆柱形透镜单元9b的第二框架94安置在构成支撑台13的台部15的定位导轨152和153之间。在支撑台13的台部15上安置在预定位置的第二圆柱形透镜单元9b通过未示出的适当固定装置固定在支撑台13的台部15上。安置在支撑台13的台部15上的第二圆柱形透镜单元9b的第二圆柱形透镜91b的会聚方向被设置为图17中箭头X所示的加工进给方向。
第二实施例中的聚光器7被如上构造，下面将描述其功能。
下面将参考图14、图18(a)-18(c)以及图19(a)-19(c)描述由上述激光束照射装置52照射的激光束的聚光点形状。
当如图14所示，第一圆柱形透镜单元9a的第一圆柱形透镜91a的焦距由(f2)表示，第二圆柱形透镜单元9b的第二圆柱形透镜91b的焦距由(f3)表示，以及第一圆柱形透镜91a和第二圆柱形透镜91b之间的间隙由d表示时，通过方程f＝(f2×f3)/(f2+f3-d)获得包括第一圆柱形透镜91a和第二圆柱形透镜91b的圆柱形透镜组的焦距(f)。
首先描述如图18(a)和18(b)所示通过将第一圆柱形透镜91a和第二圆柱形透镜91b粘结在一起使它们之间的间隙为零的情况。第一圆柱形透镜91a的焦距(f2)被设置为40mm，第二圆柱形透镜91b的焦距(f3)被设置为-40mm，并且聚光透镜8的焦距(f1)被设置为40mm。在该情况下，不仅通过第一圆柱形透镜91a和第二圆柱形透镜91b而且通过聚光透镜8使激光束L在Y方向上会聚。即，如图18(a)所示，穿过第一圆柱形透镜91a和第二圆柱形透镜91b的激光束被聚焦在聚光透镜8下面40mm的聚光点(P1)处，其为聚光透镜8的焦距(f1)。
下面将参考图18(b)描述穿过第一圆柱形透镜91a和第二圆柱形透镜91b的激光束的X方向。由于第一圆柱形透镜91a和第二圆柱形透镜91b之间的间隙(d)为零，因为方程f＝(f2×f3)/(f2+f3-d)的分母变成(40+(-40)-0)＝(0)，圆柱形透镜组的焦距(f)变为零。所以，由于圆柱形透镜组的焦距(f)变为无限大，穿过第一圆柱形透镜91a和第二圆柱形透镜91b的激光束L平行于X方向。穿过第一圆柱形透镜91a和第二圆柱形透镜91b的激光束L沿X方向在聚光透镜8下面40mm的聚光点(P1)处聚焦，其为聚光透镜8的焦距(f1)。当第一圆柱形透镜91a和第二圆柱形透镜91b之间的间隙为零时，具有圆形截面的聚光点S1形成在聚光点P1处，其为聚光透镜8的焦距(f1)，如图18(c)的放大图所示。所以，当将工件安置在聚光点P1的位置时，可通过具有圆形截面的聚光点S1对其进行加工。
随后将描述如图19(a)和19(b)所示第一圆柱形透镜91a和第二圆柱形透镜91b之间的间隙(d)被设置为20mm以及第二圆柱形透镜91b和聚光透镜8之间的间隙(d1)也被设置为20mm的情况。同样在该情况下，不仅通过第一圆柱形透镜91a和第二圆柱形透镜91b而且通过聚光透镜8使激光束L在Y方向上会聚。即，如图19(a)所示，穿过第一圆柱形透镜91a和第二圆柱形透镜91b的激光束被聚焦在聚光透镜8下面40mm的聚光点(P1)处，其为聚光透镜8的焦距(f1)。
下面将参考图19(b)描述穿过第一圆柱形透镜91a和第二圆柱形透镜91b的激光束的X方向。在该情况下，通过方程f＝(f2×f3)/(f2+f3-d)＝(40×(-40)/(40+(-40)-20)＝80获得包括第一圆柱形透镜91a和第二圆柱形透镜91b的圆柱形透镜组的焦距(f)。所以，在X方向上通过包括第一圆柱形透镜91a和第二圆柱形透镜91b的圆柱形透镜组会聚的激光束L在其被聚焦之前进入聚光透镜8，进一步被聚光透镜8会聚而聚焦在聚光点P3，然后沿箭头X所示的方向扩大直至其到达工件。结果，在聚光点P1的位置，形成具有椭圆形截面的聚光点S2，如图19(c)的放大图所示。具有椭圆形截面的聚光点S2的长轴D1沿箭头X所示的方向形成。可通过改变第一圆柱形透镜91a和第二圆柱形透镜91b之间的间隙(d)来调节具有椭圆形截面的聚光点S2的长轴D1与短轴D2的比例。所以，当将工件放在聚光点P1的位置处时，可通过具有椭圆形截面的聚光点S2加工工件。
由于在本发明的第二实施例中包括聚光器7的激光加工装置包括用于调节第一圆柱形透镜91a和第二圆柱形透镜91b之间的间隙的间隙调节机构10，以如上所述调节第一圆柱形透镜91a和第二圆柱形透镜91b之间的间隙(d)，可形成具有圆形截面的聚光点S1和具有椭圆形截面的聚光点S2，并且可适当地改变具有椭圆形截面的聚光点S2的长轴D1与短轴D2的比例。所以，可适当地选择适合激光加工的聚光点形状。
Claims (7)
1、一种激光加工装置，其包括：用于夹持工件的卡盘台；用于对夹持在卡盘台上的工件照射激光束的激光束照射装置；以及用于使卡盘台和激光束照射装置相对于彼此移动的加工进给装置，其中，
激光束照射装置包括用于振荡激光束的激光束振荡装置和用于会聚由激光束振荡装置振荡的激光束的聚光器；以及
该聚光器包括：与夹持在卡盘台上的工件相对的聚光透镜；沿激光束照射方向布置在聚光透镜的上游侧的圆柱形透镜；以及用于调节聚光透镜和圆柱形透镜之间的间隙的间隙调节机构。
2、根据权利要求1所述的激光加工装置，其中，圆柱形透镜是凸透镜并布置为沿加工进给方向会聚激光束。
3、根据权利要求1所述的激光加工装置，其中，圆柱形透镜是凹透镜并布置为沿加工进给方向发散激光束。
4、一种激光加工装置，其包括：用于夹持工件的卡盘台；用于对夹持在卡盘台上的工件照射激光束的激光束照射装置；以及用于使卡盘台和激光束照射装置相对于彼此移动的进给装置，其中，
激光束照射装置包括用于振荡激光束的激光束振荡装置和用于会聚由激光束振荡装置振荡的激光束的聚光器；以及
该聚光器包括：与夹持在卡盘台上的工件相对的聚光透镜；沿激光束照射方向布置在聚光透镜的上游侧的第一圆柱形透镜和第二圆柱形透镜；以及用于调节第一圆柱形透镜和第二圆柱形透镜之间的间隙的间隙调节机构。
5、根据权利要求4所述的激光加工装置，其中，第一圆柱形透镜布置在聚光器侧，第二圆柱形透镜沿激光束照射方向布置在第一圆柱形透镜的上游侧，并且间隙调节机构移动第二圆柱形透镜以调节第一圆柱形透镜和第二圆柱形透镜之间的间隙。
6、根据权利要求4或5所述的激光加工装置，其中，第一圆柱形透镜是凸透镜，而第二圆柱形透镜是凹透镜。
7、根据权利要求4-6任一项所述的激光加工装置，其中，第一圆柱形透镜和第二圆柱形透镜布置为沿加工进给方向会聚或发散激光束。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |