CN103170728A - 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，其具有对由激光光线振荡器振荡发出的激光光线的照射位置的偏移进行修正的功能。该激光加工装置具有卡盘工作台、激光光线照射构件和加工进给构件，激光光线照射构件具有：激光光线振荡器，其振荡发出激光光线；聚光器，其具有将激光光线聚光并照射到被加工物的聚光透镜；光路调整构件，其配设在激光光线振荡器与聚光器之间，用于调整激光光线的光路；反射镜，其将激光光线朝聚光器反射；检测光聚光透镜，其将少量透过反射镜的检测光线聚光；摄像构件，其对检测光线的聚光光斑摄像；和控制构件，其求出检测光线的聚光光斑相对于适当位置的偏移量和方向，根据偏移量和方向控制光路调整构件以将聚光光斑定位在适当位置。

Description

激光加工装置
技术领域
本发明涉及激光加工装置，其对被加工物照射激光光线来施行激光加工。
背景技术
在半导体器件制造工艺中，在大致圆板形状的半导体晶片的表面通过排列为格子状的被称为间隔道（street）的分割预定线划分出多个区域，在所述被划分的区域中形成IC（Integrated Circuit：集成电路）、LSI（Large Scale Integration：大规模集成电路）等器件。接着，通过将半导体晶片沿间隔道切断来将形成有器件的区域分割开，制造出一个个半导体器件。
作为将上述半导体晶片等晶片沿间隔道分割的方法，尝试过下述激光加工方法：使用相对于晶片具有透过性的脉冲激光光线，将聚光点校准应分割区域的内部地照射脉冲激光光线。利用了所述激光加工方法的分割方法为：将聚光点从晶片的一个表面侧校准内部地照射相对于晶片具有透过性的波长的脉冲激光光线，在晶片内部沿间隔道连续地形成改性层，通过沿着因形成所述改性层而强度降低了的间隔道施加外力，从而分割晶片。
而且，作为分割半导体晶片和光器件晶片等晶片的方法，已提案有下述方法：通过沿形成于晶片的间隔道照射相对于晶片具有吸收性的波长的脉冲激光光线来形成激光加工槽，通过机械断开装置沿所述激光加工槽进行割断。
施行上述激光加工的激光加工装置具有：卡盘工作台，其具有用于保持被加工物的保持面；激光光线照射构件，其用于对被保持在所述卡盘工作台的被加工物照射激光光线。并且，激光光线照射构件具有：激光光线振荡器，其用于振荡发出激光光线；光学传送构件，其用于传送由所述激光光线振荡器振荡发出的激光光线；聚光器，其用于将由所述光学传送构件传送的激光光线聚光并照射到被保持在卡盘工作台的被加工物；和校准构件，其用于检测应照射激光光线的区域。（例如，参照专利文献1）。
专利文献1：日本特开2005-138143号公报
然而，由构成上述激光加工装置的激光光线照射构件并振荡发出激光光线的激光光线振荡器所振荡发出的激光光线伴随时间的经过而以照射位置描绘大致圆形的方式产生偏移。因此，即使通过校准构件恰当地检测出应照射激光光线的区域，也存在不能对应照射激光光线的区域恰当地照射的问题。
发明内容
本发明正是鉴于上述事实而完成的，其主要的技术课题在于提供一种激光加工装置，所述激光加工装置具有对由激光光线振荡器振荡发出的激光光线的照射位置的偏移进行修正的功能。
为解决上述主要的技术课题，根据本发明，提供一种激光加工装置，所述激光加工装置具有：卡盘工作台，所述卡盘工作台用于保持被加工物；激光光线照射构件，所述激光光线照射构件用于对被保持在所述卡盘工作台的被加工物照射激光光线；和加工进给构件，所述加工进给构件用于使所述卡盘工作台和所述激光光线照射构件沿加工进给方向（X轴方向）相对移动，所述激光加工装置的特征在于，
所述激光光线照射构件具有：激光光线振荡器，所述激光光线振荡器用于振荡发出激光光线；聚光器，所述聚光器具有聚光透镜，所述聚光透镜用于将由所述激光光线振荡器振荡发出的激光光线聚光并照射到被保持在所述卡盘工作台的被加工物；光路调整构件，所述光路调整构件配设在所述激光光线振荡器与所述聚光器之间，用于调整由所述激光光线振荡器振荡发出的激光光线的光路；反射镜，所述反射镜用于将由所述光路调整构件调整光路后的激光光线朝向所述聚光器反射；检测光聚光透镜，所述检测光聚光透镜用于将少量透过所述反射镜的检测光线聚光；摄像构件，所述摄像构件用于对由所述检测光聚光透镜聚光后的检测光线的聚光光斑进行摄像；和控制构件，所述控制构件用于求出由所述摄像构件摄像得到的检测光线的聚光光斑相对于适当位置的偏移量和方向，根据所述偏移量和方向控制所述光路调整构件以将由所述检测光聚光透镜聚光后的检测光线的聚光光斑定位在适当位置。
优选的是，在上述检测光聚光透镜与摄像构件之间配设有减光构件。
而且，优选的是，上述聚光器的聚光透镜的焦距与上述检测光聚光透镜的焦距被设定为相同距离。
在本发明所述的激光加工装置中，由于激光光线照射构件具有：激光光线振荡器，所述激光光线振荡器用于振荡发出激光光线；聚光器，所述聚光器具有聚光透镜，所述聚光透镜用于将由所述激光光线振荡器振荡发出的激光光线聚光并照射到被保持在所述卡盘工作台的被加工物；光路调整构件，所述光路调整构件配设在所述激光光线振荡器与所述聚光器之间，用于调整由所述激光光线振荡器振荡发出的激光光线的光路；反射镜，所述反射镜用于将由所述光路调整构件调整光路后的激光光线朝向所述聚光器反射；检测光聚光透镜，所述检测光聚光透镜用于将少量透过所述反射镜的检测光线聚光；摄像构件，所述摄像构件用于对由所述检测光聚光透镜聚光后的检测光线的聚光光斑进行摄像；和控制构件，所述控制构件用于求出由所述摄像构件摄像得到的检测光线的聚光光斑相对于适当位置的偏移量和方向，根据所述偏移量和方向控制所述光路调整构件以将由所述检测光聚光透镜聚光后的检测光线的聚光光斑定位在适当位置，因此，在由摄像构件摄像得到的检测光线的聚光光斑相对于适当位置产生偏移的情况下，控制光路调整构件以将检测光线的聚光光斑定位在适当位置，因此，能够进行修正以将由聚光透镜聚光并照射到被保持在卡盘工作台的保持面的被加工物的激光光线照射到相对于卡盘工作台的上表面即保持面垂直的适当位置。
附图说明
图1是根据本发明构成的激光加工装置的立体图。
图2是安装在图1所示的激光加工装置的激光光线照射构件的模块结构图。
图3的（a）和（b）是表示构成图2所示的激光光线照射构件的光路调整构件的其他实施方式的侧视图和俯视图。
图4是由构成图2所示的激光光线照射构件的摄像构件所拍摄的摄像信号的说明图。
标号说明
1：激光加工装置；
3：卡盘工作台机构；
36：卡盘工作台；
37：加工进给构件；
38：第1分度进给构件；
4：激光光线照射单元支承机构；
43：第2分度进给构件；
5：激光光线照射单元；
53：聚光点位置调整构件；
6：激光光线照射构件；
62：脉冲激光光线振荡构件；
621：脉冲激光光线振荡器；
63：聚光器；
631：聚光透镜；
64：方向变换镜；
65：光路调整构件；
66：反射镜；
67：检测光聚光透镜；
68：减光构件；
69：摄像构件；
7：控制构件；
8：校准构件。
具体实施方式
下面，对根据本发明所述的激光加工装置的优选的实施方式，参照附图详细说明。
在图1中，表示了用于实施本发明所述的激光光线的输出设定方法的激光加工装置的立体图。图1所示的激光加工装置1具有：静止底座2；卡盘工作台机构3，其以能够沿箭头X所示的加工进给方向（X轴方向）移动的方式配设在所述静止底座2，用于保持被加工物；激光光线照射单元支承机构4，其以能够沿与上述X轴方向垂直的箭头Y所示的分度进给方向（Y轴方向）移动的方式配设在静止底座2；和激光光线照射单元5，其以能够沿箭头Z所示的聚光点位置调整方向（Z轴方向）移动的方式配设在所述激光光线照射单元支承机构4。
上述卡盘工作台机构3具有：一对导轨31、31，其沿X轴方向平行地配设在静止底座2上；第1滑块32，其以能够沿X轴方向移动的方式配设在所述导轨31、31上；第2滑块33，其以能够沿箭头Y所示的分度进给方向移动的方式配设在所述第1滑块32上；罩盖工作台35，其由圆筒部件34支承在所述第2滑块33上；和卡盘工作台36，其作为被加工物保持构件。所述卡盘工作台36具有由多孔质材料形成的吸附卡盘361，所述卡盘工作台36通过未图示的抽吸构件，将被加工物即例如圆盘状的半导体晶片保持在吸附卡盘361的上表面（保持面）。通过配设在圆筒部件34内的未图示的脉冲马达使这样构成的卡盘工作台36转动。另外，在卡盘工作台36配设有用于固定后述的环状框的夹紧器362。
在上述第1滑块32的下表面设置有一对导槽321、321，所述一对导槽321、321与上述一对导轨31、31嵌合，并且，在上述第1滑块32的上表面设置有一对导轨322、322，所述一对导轨322、322沿Y轴方向平行地形成。这样构成的第1滑块32构成为通过使导槽321、321与一对导轨31、31嵌合从而能够沿一对导轨31、31在X轴方向移动。图示的实施方式中的卡盘工作台机构3具有加工进给构件37，所述加工进给构件37用于使第1滑块32沿着一对导轨31、31在X轴方向移动。加工进给构件37包括：外螺纹丝杠371，其平行地配设在上述一对导轨31与31之间；和脉冲马达372等驱动源，其用于旋转驱动所述外螺纹丝杠371。外螺纹丝杠371的一端以转动自如的方式支承在被固定于上述静止底座2的轴承块373，所述外螺纹丝杠371的另一端与上述脉冲马达372的输出轴传动连接。另外，外螺纹丝杠371与贯通内螺纹孔螺合，所述贯通内螺纹孔形成于未图示的内螺纹块，所述内螺纹块突出设置在第1滑块32的中央部下表面。从而，通过由脉冲马达372正转和反转驱动外螺纹丝杠371，使第1滑块32沿着导轨31、31在X轴方向移动。
上述第2滑块33在其下表面设置有一对导槽331、331，所述一对导槽331、331与设置在上述第1滑块32的上表面的一对导轨322、322嵌合，并且所述第2滑块33构成为通过使所述导槽331、331与一对导轨322、322嵌合从而能够沿箭头Y所示的分度进给方向移动。图示的实施方式中的卡盘工作台机构3具有第1分度进给构件38，所述第1分度进给构件38用于使第2滑块33沿着设置在第1滑块32的一对导轨322、322在Y轴方向移动。第1分度进给构件38包括：外螺纹丝杠381，其平行地配设在上述一对导轨322与322之间；和脉冲马达382等驱动源，其用于旋转驱动所述外螺纹丝杠381。外螺纹丝杠381的一端以转动自如的方式支承在固定于上述第1滑块32的上表面的轴承块383，所述外螺纹丝杠381的另一端与上述脉冲马达382的输出轴传动连接。另外，外螺纹丝杠381与贯通内螺纹孔螺合，所述贯通内螺纹孔形成于未图示的内螺纹块，所述内螺纹块突出设置在第2滑块33的中央部下表面。从而，通过由脉冲马达382正转和反转驱动外螺纹丝杠381，使第2滑块33沿着导轨322、322在Y轴方向移动。
上述激光光线照射单元支承机构4具有：一对导轨41、41，其沿箭头Y所示的分度进给方向平行地配设在静止底座2上；可动支承底座42，其以能够沿Y轴方向移动的方式配设在所述导轨41、41上。所述可动支承底座42由以能够移动的方式配设在导轨41、41上的移动支承部421以及安装在所述移动支承部421的安装部422构成。安装部422在一个侧面平行地设置有沿Z轴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具有第2分度进给构件43，所述第2分度进给构件43用于使可动支承底座42沿着一对导轨41、41在Y轴方向移动。第2分度进给构件43包括：外螺纹丝杠431，其平行地配设在上述一对导轨41、41之间；和脉冲马达432等驱动源，其用于旋转驱动所述外螺纹丝杠431。外螺纹丝杠431的一端以转动自如的方式支承在固定于上述静止底座2的未图示的轴承块，所述外螺纹丝杠431的另一端与上述脉冲马达432的输出轴传动连接。另外，外螺纹丝杠431与内螺纹孔螺合，所述内螺纹孔形成于未图示的内螺纹块，所述内螺纹块突出设置在构成可动支承底座42的移动支承部421的中央部下表面。因此，通过由脉冲马达432正转和反转驱动外螺纹丝杠431，使可动支承底座42沿着导轨41、41在Y轴方向移动。
图示的激光光线照射单元5具有：单元保持器51；激光光线照射构件6，其被安装在所述单元保持器51。单元保持器51设置有一对导槽511、511，所述一对导槽511、511与设置在上述安装部422的一对导轨423、423滑动嵌合，通过使所述导槽511、511与上述导轨423、423嵌合，从而将单元保持器51支承为能够沿Z轴方向移动。
图示的激光光线照射单元5具有聚光点位置调整构件53，所述聚光点位置调整构件53用于使单元保持器51沿着一对导轨423、423在Z轴方向移动。聚光点位置调整构件53包括：外螺纹丝杠（未图示），其配设在一对导轨423、423之间；和脉冲马达532等驱动源，其用于旋转驱动所述外螺纹丝杠，通过由脉冲马达532正转和反转驱动未图示的外螺纹丝杠，使单元保持器51和激光光线照射构件6沿着导轨423、423在Z轴方向移动。另外，在图示的实施方式中，通过正转驱动脉冲马达532，使激光光线照射构件6向上方移动，通过反转驱动脉冲马达532，使激光光线照射构件6向下方移动。
图示的激光光线照射构件6包括圆筒形状的箱体61，所述箱体61固定在上述单元保持器51并实质上水平地延伸。关于所述激光光线照射构件6,参照图2进行说明。
图示的激光光线照射构件6具有：脉冲激光光线振荡构件62，其配设在上述箱体61内；和聚光器63，其具有聚光透镜631，所述聚光透镜631用于将由所述脉冲激光光线振荡构件62振荡发出的脉冲激光光线聚光并照射到被保持在上述卡盘工作台36的保持面的被加工物W。脉冲激光光线振荡构件62由下述部分构成：脉冲激光光线振荡器621，其用于振荡发出脉冲激光光线LB；和重复频率设定构件622，其用于设定脉冲激光光线振荡器621振荡发出的脉冲激光光线的重复频率。上述聚光器63具有焦距为（f1）的聚光透镜631，所述聚光器63安装在如图1所示的箱体61的末端。
图示的激光光线照射构件6具有：方向变换镜64，其配设在上述脉冲激光光线振荡构件62与聚光器63之间，用于变换由脉冲激光光线振荡构件62振荡发出的脉冲激光光线的方向；光路调整构件65，其用于调整由所述方向变换镜64变换方向后的脉冲激光光线的光路；反射镜66，其用于使由所述光路调整构件65调整光路后的脉冲激光光线朝向聚光器63反射；检测光聚光透镜67，其用于使少量（1%左右）透过所述反射镜66后的检测光线LBa聚光；减光构件68，其用于对由所述检测光聚光透镜67聚光后的检测光线进行减光；摄像构件69，其用于对由所述减光构件68减光后的检测光线的聚光光斑进行摄像；以及控制构件7。
上述光路调整构件65在图示的实施方式中由电流式扫描器（galvano-scanner）构成的扫描反射镜构成，并被后述的控制构件控制，使由方向变换镜64变换方向后的脉冲激光光线沿X轴方向和Y轴方向摆动来调整光路。此处，关于光路调整构件65的其它实施方式，参照图3的（a）和（b）进行说明。在图3的（a）和（b）中所示的光路调整构件650由下述部分构成：矩形形状的支承底座651；反射镜653，其在所述支承底座651被支点652支承；以及两个随施加的电压而改变扩张幅度的压电元件654，其呈对角线状配设在支承底座651与反射镜653之间。在图示的实施方式中，压电元件654的一个面被固定在支承底座651，压电元件654的另一个面被固定在反射镜653。从而，通过控制施加到压电元件654的电压值，反射镜653的安装角度发生变化，能够调整由方向变换镜64变换方向后的脉冲激光光线的光路。
在图示的实施方式中，上述反射镜66使由光路调整构件65调整光路后的脉冲激光光线的99%朝向聚光器63反射，使所述脉冲激光光线的1%左右透过。
使透过上述反射镜66后的检测光线聚光的检测光聚光透镜67的焦距与上述聚光器63的聚光透镜631相同地被设定为（f1）。对由上述检测光聚光透镜67聚光后的检测光线进行减光的减光构件68在图示的方式中由中性滤光片（Neutral DensityFilter）构成。而且，上述摄像构件69由CCD摄像机构成，且被定位在上述检测光聚光透镜67的焦距（f1）的位置。上述控制构件7，求出由摄像构件69摄像得到的检测光线的聚光点相对于适当位置的偏移量和方向，根据所述偏移量和方向，控制上述光路调整构件65以将由检测光聚光透镜67聚光后的检测光线的聚光点定位在所述适当位置。
返回图1继续说明，图示的激光加工装置具有校准构件8，所述校准构件8配设在箱体61的前端部，用于对应当由上述激光光线照射构件6进行激光加工的加工区域进行摄像。所述校准构件8由显微镜和CCD摄像机等光学构件构成，用于将摄像得到的图像信号发送到上述控制构件7。
图示的实施方式中的激光加工装置被如上那样构成，由脉冲激光光线振荡构件62振荡发出并由聚光器63聚光并照射的脉冲激光光线需要相对于卡盘工作台36的上表面即保持面垂直。然而，由脉冲激光光线振荡构件62振荡发出的激光光线的光路伴随时间的经过而稍稍偏移，其照射位置从适当位置以描绘出圆形的方式稍稍偏离。从而，需要修正所述偏移。
下面，关于修正由脉冲激光光线振荡构件62振荡发出的激光光线的光路的偏移的方法，主要参照图2进行说明。
由脉冲激光光线振荡构件62的脉冲激光光线振荡器621振荡发出的脉冲激光光线LB经由方向变换镜64、光路调整构件65、反射镜66被导入聚光器63，由聚光透镜631聚光并照射到被保持在卡盘工作台36的保持面的被加工物W。另一方面，透过上述反射镜66的部分检测光线LBa由检测光聚光透镜67聚光并且由减光构件68减光并到达摄像构件69。如图4所示，摄像构件69对检测光线LBa的聚光光斑S进行摄像，并将摄像信号发送到控制构件7。控制构件7根据从摄像构件69发送来的图4所示的摄像信号，如图4所示地求出聚光光斑S相对于适当位置O的X轴方向的偏移量Δx以及Y轴方向的偏移量Δy（偏移量检测工序）。这样，在检测光线LBa的聚光光斑S相对于适当位置O的X轴方向的偏移量Δx以及Y轴方向的偏移量Δy求出后，控制构件7求出聚光光斑S在X轴方向的倾角（α）和聚光光斑S在Y轴方向的倾角（β）。亦即，当将从光路调整构件65到摄像构件69的距离设为L时，就有：tanα=Δx/L，α=tan-1（Δx/L）。而且，当将从光路调整构件65到摄像构件69的距离设为L时，就有：tanβ=Δy/L，β=tan-1（Δy/L）。这样，在已经求出聚光光斑S在X轴方向的倾角（α）和聚光光斑S在Y轴方向的倾角（β）后，控制构件7根据X轴方向的偏移量Δx和Y轴方向的偏移量Δy以及在X轴方向的倾角（α）和在Y轴方向的倾角（β）来控制光路调整构件65以使聚光光斑S定位在适当位置O。其结果是，通过光路调整构件65对由脉冲激光光线振荡构件62的脉冲激光光线振荡器621振荡发出的脉冲激光光线LB的光路进行修正，将透过反射镜66后的检测光线LBa的聚光光斑S定位在适当位置O（光路修正工序）。这样，通过修正光路，经由反射镜66被导入聚光器63并且由聚光透镜631聚光并照射到被保持在卡盘工作台36的保持面的被加工物W的脉冲激光光线相对于卡盘工作台36的上表面即保持面垂直而被照射到适当位置。从而，能够将脉冲激光光线恰当地照射到由校准构件8检测出的应当由激光光线照射构件6进行激光加工的加工区域。另外，在图示的方式中，由于检测光聚光透镜67的焦距（f1）和聚光器63的聚光透镜631的焦距（f1）被设定为相同距离，因此，检测光线LBa的聚光光斑S与由聚光透镜631聚光并照射到被保持在卡盘工作台36的保持面的被加工物W的脉冲激光光线的聚光光斑的位置变得实质上相同，从而能够更为准确地定位到相对于卡盘工作台36的上表面即保持面垂直的适当位置。而且，在图示的方式中，由于透过反射镜66后的部分检测光线LBa由检测光聚光透镜67聚光并且由减光构件68减光并到达摄像构件69，因此，摄像构件69不会损伤。

Claims (3)

1.一种激光加工装置，所述激光加工装置具有：卡盘工作台，所述卡盘工作台用于保持被加工物；激光光线照射构件，所述激光光线照射构件用于对被保持在所述卡盘工作台的被加工物照射激光光线；和加工进给构件，所述加工进给构件用于使所述卡盘工作台和所述激光光线照射构件沿加工进给方向相对移动，所述激光加工装置的特征在于，
所述激光光线照射构件具有：激光光线振荡器，所述激光光线振荡器用于振荡发出激光光线；聚光器，所述聚光器具有聚光透镜，所述聚光透镜用于将由所述激光光线振荡器振荡发出的激光光线聚光并照射到被保持在所述卡盘工作台的被加工物；光路调整构件，所述光路调整构件配设在所述激光光线振荡器与所述聚光器之间，用于调整由所述激光光线振荡器振荡发出的激光光线的光路；反射镜，所述反射镜用于将由所述光路调整构件调整光路后的激光光线朝向所述聚光器反射；检测光聚光透镜，所述检测光聚光透镜用于将少量透过所述反射镜的检测光线聚光；摄像构件，所述摄像构件用于对由所述检测光聚光透镜聚光后的检测光线的聚光光斑进行摄像；和控制构件，所述控制构件用于求出由所述摄像构件摄像得到的检测光线的聚光光斑相对于适当位置的偏移量和方向，并根据所述偏移量和方向控制所述光路调整构件以将由所述检测光聚光透镜聚光后的检测光线的聚光光斑定位在适当位置。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其中，
在所述检测光聚光透镜与所述摄像构件之间配设有减光构件。
3.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其中，
所述聚光器的聚光透镜的焦距与所述检测光聚光透镜的焦距被设定为相同距离。
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