CN107639342B - 波长转换装置 - Google Patents
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Abstract
提供波长转换装置，对光谱宽度宽的脉冲激光光线进行波长转换时高效地进行波长转换。波长转换装置对脉冲激光光线的波长进行转换，其至少包含：振荡器，其振荡出脉冲激光光线；波长选择单元，其从振荡器振荡出的脉冲激光光线的光谱宽度中选择至少两种波长的脉冲激光光线；延迟时间生成单元，其对选择的波长的脉冲激光光线中的至少任意的脉冲激光光线给予延迟时间而使选择的至少两种脉冲激光光线产生时间间隔；能量放大单元，其将产生了时间间隔的脉冲激光光线各自的能量放大；延迟时间校正单元，其对延迟时间进行校正而使放大了的至少两种波长的脉冲激光光线的行进相同；和波长转换单元，其对同时行进的至少两种波长的脉冲激光光线的波长进行转换。
Description
技术领域
本发明涉及对脉冲激光光线的波长进行转换的波长转换装置。
背景技术
由分割预定线划分而在正面形成有IC、LSI等多个器件的晶片通过激光加工装置对分割预定线照射激光光线而分割为各个器件，并用于移动电话、个人电脑等电气设备。
激光加工装置至少包含：保持单元，其对被加工物进行保持；以及激光光线照射单元，其对该保持单元所保持的被加工物照射激光光线，该激光光线照射单元包含：激光光线振荡器，其振荡出对被加工物实施加工的波长的激光光线；聚光器，其对该激光光线振荡器所振荡出的激光光线进行会聚，并将激光光线照射至该保持单元所保持的被加工物；以及配置在该激光光线振荡器与该聚光器之间而对激光光线的输出进行调整的衰减器和对光束直径进行调整的光束扩束器等光学系统，所述激光加工装置能够对被加工物实施期望的加工(例如，参照专利文献1)。
另外，在激光光线振荡器所振荡出的激光光线的波长为355nm、266nm这样的短波长的情况下，存在下述问题：光学系统会在较短时间内发生损伤，从而必须以高频率更换光学系统而导致不经济。为了解决这样的问题，开发了下述技术：将激光光线振荡器所振荡出的激光光线的波长例如设定为1064nm这样比较长的波长，在聚光器的近前利用包含非线性光学晶体(例如，LBO：LiB3O5三硼酸锂等)的波长转换单元转换成355nm等短波长的激光光线(例如，参照专利文献2)。
专利文献1：日本特开2006-108478号公报
专利文献2：日本特开2013-193090号公报
但是，在使用光纤激光器作为激光光线的振荡源的情况下，激光光线的峰值功率高，由于自相位调制(Self Phase Modulation：SPM)效应而产生受到相位发生偏移的相位调制的现象，导致光谱宽度展宽。这样若光谱宽度展宽，则在利用非线性光学晶体等波长转换单元对波长进行转换时，例如当从1064nm的波长转换至355nm的波长的激光光线时，产生转换效率变差的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述事实而完成的，其主要的技术课题在于提供如下的波长转换装置：在利用波长转换单元对光谱宽度宽的脉冲激光光线进行波长转换时，能够高效地进行波长转换。
为了解决上述主要的技术课题，根据本发明，提供波长转换装置，其对脉冲激光光线的波长进行转换，其中，该波长转换装置至少包含：振荡器，其振荡出脉冲激光光线；波长选择单元，其从该振荡器所振荡出的脉冲激光光线的光谱宽度中选择至少两种波长的脉冲激光光线；延迟时间生成单元，其对所选择的波长的脉冲激光光线中的至少任意的脉冲激光光线给予延迟时间而使该所选择的至少两种脉冲激光光线产生时间间隔；能量放大单元，其将产生了该时间间隔的该脉冲激光光线的各自的能量放大；延迟时间校正单元，其对该延迟时间进行校正而使被放大了的至少两种波长的脉冲激光光线的行进相同；以及波长转换单元，其对同时行进的至少两种波长的脉冲激光光线的波长进行转换。
可以构成为：该振荡器振荡出具有以1064nm的波长为顶点的光谱宽度的脉冲激光光线，该波长选择单元选择1064nm附近的两种波长的脉冲激光光线，该波长转换单元生成532nm波长的脉冲激光光线。
可以是下述结构：该波长转换装置还包含波长分离单元和波长合成单元，该延迟时间校正单元包含第一延迟时间校正单元和第二延迟时间校正单元，该波长转换单元包含第一波长转换单元和第二波长转换单元，该振荡器振荡出具有以1064nm的波长为顶点的光谱宽度的脉冲激光光线，该波长选择单元选择1064nm附近的三种波长的脉冲激光光线并输出，该延迟时间生成单元对该三种波长的脉冲激光光线中的至少两种波长的脉冲激光光线给予延迟时间而使该三种脉冲激光光线产生时间间隔，利用该能量放大单元将该三种脉冲激光光线的能量放大，各自的能量被放大了的该三种波长的脉冲激光光线通过该波长分离单元而被分离成两个脉冲激光光线和一个脉冲激光光线，该两个脉冲激光光线被导入至构成该延迟时间校正单元的第一延迟时间校正单元和构成该波长转换单元的第一波长转换单元中，被转换成532nm波长的脉冲激光光线而到达该波长合成单元，该一个脉冲激光光线被导入至构成该延迟时间校正单元的第二延迟时间校正单元和该波长合成单元中，通过该延迟时间校正单元的作用使行进相同，通过该波长合成单元进行了合成的脉冲激光光线通过构成该波长转换单元的第二波长转换单元而被转换成355nm波长的脉冲激光光线。
在本发明的波长转换装置中，至少包含：振荡器，其振荡出脉冲激光光线；波长选择单元，其从该振荡器所振荡出的脉冲激光光线的光谱宽度中选择至少两种波长的脉冲激光光线；延迟时间生成单元，其对所选择的波长的脉冲激光光线中的至少任意的脉冲激光光线给予延迟时间而使该所选择的至少两种脉冲激光光线产生时间间隔；能量放大单元，其将产生了该时间间隔的该脉冲激光光线的各自的能量放大；延迟时间校正单元，其对该延迟时间进行校正而使被放大了的至少两种波长的脉冲激光光线的行进相同；以及波长转换单元，其对同时行进的至少两种波长的脉冲激光光线的波长进行转换，从而起到如下的作用效果：即使从激光光线振荡器振荡出光谱宽度宽的脉冲激光光线，也能够使导入至波长转换单元的脉冲激光光线的光谱宽度变窄，提高波长转换单元中的转换效率。
附图说明
图1是具有基于本发明而构成的波长转换装置的激光加工装置的整体立体图。
图2是用于对本发明的波长转换装置的实施方式的概要进行说明的框图。
图3是用于对本发明的波长转换装置的其他实施方式的概要进行说明的框图。
标号说明
10：晶片；40：激光加工装置；41：基台；42：保持单元；43：移动单元；44：激光光线照射机构；44a：聚光器；44b：振荡器；44c、44c′：波长转换部；441、461：波长选择单元；442、462：延迟时间生成单元；443、463：能量放大单元；444：延迟时间校正单元；445：波长转换单元；464：波长分离单元；465：第一延迟时间校正单元；466：第一波长转换单元；467：第二延迟时间校正单元；468：波长合成单元；469：第二波长转换单元。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的波长转换装置的实施方式进行更加详细的说明。
图1中示出作为具有本发明的波长转换装置的加工装置而例示的激光加工装置40的整体立体图。图中所示的激光加工装置40具有：基台41；保持单元42，其例如对借助粘接带T而保持于环状的框架F的晶片10进行保持；移动单元43，其使保持单元42移动；以及激光光线照射机构44，其对保持单元42所保持的被加工物照射激光光线。
保持单元42包含：在图中以箭头X所示的X方向上移动自如地搭载于基台41的矩形状的X方向可动板60；在图中以箭头Y所示的Y方向上移动自如地搭载于X方向可动板60的矩形状的Y方向可动板61；固定于Y方向可动板61的上表面的圆筒状的支柱62；以及固定于支柱62的上端的矩形状的罩板63。在罩板63上，在通过形成在该罩板63上的长孔而向上方延伸的对圆形状的被加工物进行保持的保持工作台64的上表面上，配置有圆形状的吸附卡盘65，该吸附卡盘65由多孔质材料形成，实质上呈水平延伸。吸附卡盘65借助通过支柱62的流路而与未图示的吸引单元连接。另外，X方向是图1中以箭头X所示的方向，Y方向是图1中以箭头Y所示的方向，是与X方向垂直的方向。由X方向、Y方向规定的平面实质上是水平的。
移动单元43包含X方向移动单元80和Y方向移动单元82。X方向移动单元80将电动机的旋转运动转换为直线运动并传递给X方向可动板60，从而使X方向可动板60沿着基台41上的导轨在X方向上进退。Y方向移动单元82将电动机的旋转运动转换为直线运动并传递给Y方向可动板61，从而使Y方向可动板61沿着X方向可动板60上的导轨在Y方向上进退。另外，虽省略了图示，但在X方向移动单元80、Y方向移动单元82上分别配设有位置检测单元，来对保持工作台64的X方向的位置、Y方向的位置、周向的旋转位置准确地进行检测，根据从后述的控制单元指示的信号来驱动X方向移动单元80、Y方向移动单元82，从而能够将保持工作台64准确地定位于任意的位置和角度。
如图2所示，激光光线照射机构44至少具有：聚光器44a，其对脉冲激光光线进行会聚而照射至被加工物；以及波长转换装置50，其由振荡出脉冲激光光线的振荡器44b和对从该振荡器44b振荡出的该脉冲激光光线的波长进行转换的波长转换部44c构成。另外，虽在图中进行了省略，但激光光线照射机构44中可以进一步具有：用于使光路偏转的反射镜；用于调整输出的衰减器；以及用于对吸附卡盘65上的晶片10上所施加的加工痕迹进行确认的拍摄单元等各种装置，不妨碍具有图示以外的结构。
振荡出脉冲激光光线的振荡器44b是振荡出具有以1064nm为顶点的波长的脉冲激光光线的光纤激光振荡器。从该振荡器44b照射的脉冲激光光线λ在如图2所示那样将横轴设为波长(w)、将纵轴设为光谱密度来表示其分布的情况下，由于自相位调制效应的影响而具有包含1062nm～1066nm的波长的光谱宽度。
波长转换部44c至少具有对两种波长进行选择的波长选择单元441、延迟时间生成单元442、能量放大单元443、延迟时间校正单元444以及波长转换单元445，下面对各结构的作用进行说明。
使振荡器44b所振荡出的上述具有1062nm～1066nm波长的光谱宽度的脉冲激光光线λ入射至波长选择单元441。该波长选择单元441由光学滤光器构成，该光学滤光器将所入射的脉冲激光光线λ选择性地分离成波长为1062nm的脉冲激光光线λ1和波长为1066nm的脉冲激光光线λ2并将它们射出。
接着，从波长选择单元441输出的脉冲激光光线λ1、λ2入射至延迟时间生成单元442。延迟时间生成单元442例如由体布拉格光栅(VBG)、光纤布拉格光栅(FBG)、或其他通常的衍射光栅等形成，并设定为实质上使光路长度增长以使至少一方的(例如脉冲激光光线λ2的)通过时间增长，从而使该脉冲激光光线λ2相对于脉冲激光光线λ1产生规定的延迟时间。并且，通过产生该延迟时间，使脉冲激光光线λ1与脉冲激光光线λ2之间产生基于规定的延迟时间的时间间隔而从延迟时间生成单元442射出脉冲激光光线λ1、脉冲激光光线λ2。
接着，从延迟时间生成单元442射出的脉冲激光光线λ1、λ2入射至能量放大单元443，各自的输出(脉冲能量)放大而射出。
通过该能量放大单元443而放大了输出的脉冲激光光线λ1、λ2入射至延迟时间校正单元444。关于入射至该延迟时间校正单元444的脉冲激光光线λ1、λ2，因上述的延迟时间生成单元442的作用，脉冲激光光线λ2相对于脉冲激光光线λ1按照规定的延迟时间行进，产生了与该规定的延迟时间相应的时间间隔。因此，在延迟时间校正单元444中，具有使先行进的脉冲激光光线λ1按照该规定的时间延迟的结构，消除了按照时间间隔而入射的两种脉冲激光光线λ1、λ2的时间间隔，并作为脉冲激光光线λ3输出，该脉冲激光光线λ3是使两种波长的脉冲激光光线λ1、λ2的行进一致而得的。另外，用于使脉冲激光光线λ1产生延迟时间而消除时间间隔的结构与在上述的延迟时间生成单元442中使脉冲激光光线λ2产生延迟时间的结构大致相同(仅在所延迟的脉冲激光光线的波长方面不同)，因此省略了其详细的说明。
从该延迟时间校正单元444射出的脉冲激光光线λ3入射至波长转换单元445。作为波长转换单元445，可以采用通常公知的非线性光学晶体(例如，LBO：LiB3O5三硼酸锂)。并且，入射至波长转换单元445的脉冲激光光线λ3被转换成532nm波长的脉冲激光光线而射出。如上所述，从振荡器44b振荡出的脉冲激光光线λ通过波长转换部44c执行波长转换。
根据按照本发明构成的上述波长转换装置50，例如即使是在对光纤激光振荡器中光谱宽度已展宽的脉冲激光光线进行波长转换的情况下，也选择性地取出两种波长的脉冲激光光线作为光谱线宽较窄的种子光。并且，在通过使至少一方产生延迟时间从而产生时间间隔的基础上，将各个脉冲激光光线的输出放大，在执行了该放大之后，消除由该延迟时间而产生的时间间隔，使两种脉冲激光光线的行进一致，然后利用波长转换单元进行波长转换。由此，能够实现高波长转换效率，从而能够提高执行激光加工时的加工效率。
另外，在上述的波长选择单元441中，从振荡器44b所振荡出的脉冲激光光线中选择性抽取了1062nm波长的脉冲激光光线和1066nm波长的脉冲激光光线，但所选择的两种波长的组合不限于此，例如可以选择1063nm波长的脉冲激光光线和1065nm波长的脉冲激光光线，只要是选择从振荡器44b振荡出的脉冲激光光线λ的光谱宽度中所含的两种不同波长的脉冲激光，则可以为任何波长的组合。
参照图3对本发明的波长转换装置的其他实施方式进行说明。图3所示的激光光线照射机构44也与上述的图2记载的实施方式同样，在包含振荡出具有以1064nm为顶点的1062nm～1066nm的光谱宽度的脉冲激光光线的振荡器44b、波长转换部44c′和聚光器44a的方面一致。另外，当与上述的图2的实施方式进行对比时，两者在波长转换部44c′中将所入射的脉冲激光光线λ转换为355nm波长的脉冲激光光线并射出的方面不同，下面以该不同点为中心进行说明。
波长转换部44c′具有对三种波长进行选择的波长选择单元461、延迟时间生成单元462、能量放大单元463、波长分离单元464、第一延迟时间校正单元465、第一波长转换单元466、第二延迟时间校正单元467、波长合成单元468以及第二波长转换单元469，下面对波长转换部44c′的作用进行说明。
由振荡器44b所振荡出的具有1062nm～1066nm的光谱宽度的脉冲激光光线λ首先入射至波长选择单元461。该波长选择单元461从所入射的脉冲激光光线λ中选择性分离出波长为1062nm的脉冲激光光线λ1、波长为1066nm的脉冲激光光线λ2以及1064nm波长的脉冲激光光线λ4并将它们射出。
由波长选择单元461所选择的脉冲激光光线λ1、λ2、λ4入射至延迟时间生成单元462，对至少两种脉冲激光光线(在本实施方式中为脉冲激光光线λ1、λ2)按照规定的时间给予延迟时间，按照脉冲激光光线λ4、λ1、λ2的顺序使它们产生相同的时间间隔并射出。并且，被给予了该时间间隔的脉冲激光光线λ4、λ1、λ2入射至能量放大单元463。
入射至能量放大单元463的脉冲激光光线λ4、λ1、λ2分别被放大能量而射出，入射至波长分离单元464。波长分离单元464可以采取与波长选择单元461同样的结构，通过由透过脉冲激光光线λ1、λ2的波长的光学滤光器和将脉冲激光光线λ4的波长分支的光学滤光器构成，从而将脉冲激光光线λ1、λ2和脉冲激光光线λ4分别射出至不同的光路。
在波长分离单元464中分离出的脉冲激光光线λ1、λ2按照延迟时间生成单元462所给予的时间间隔输送至第一延迟时间校正单元465，通过第一延迟时间校正单元465的作用对先行的脉冲激光光线λ1按照规定的时间给予延迟时间，从而消除该时间间隔而进行合成以使其与脉冲激光光线λ2的行进相同。
在第一延迟时间校正单元465中消除了延迟时间并按照同时行进的方式进行了合成的脉冲激光光线λ1、λ2入射至第一波长转换单元466，被转换成532nm波长的脉冲激光光线λ3而射出。另外，本实施方式的第一延迟时间校正单元465、第一波长转换单元466可以采用与上述的图2所示的实施方式的延迟时间校正单元444、波长转换单元445完全相同的结构。
在波长分离单元464中分离出的另一脉冲激光光线λ4入射至第二延迟时间校正单元467。在第二延迟时间校正单元467中，对所入射的脉冲激光光线λ4进行调整以使其成为与通过其他的光路而在后述工序中进行合成的脉冲激光光线λ3相同的行进，即，先按照在延迟时间生成单元462中对脉冲激光光线λ2给予的延迟时间进行校正，从而使其在后续工序中进行合成时不产生相对于脉冲激光光线λ3的时间间隔。
被转换成532nm波长的脉冲激光光线的脉冲激光光线λ3和调整了延迟时间的1064nm波长的脉冲激光光线λ4入射至波长合成单元468中而被合成。作为波长合成单元468，可以采用仅使特定的波长透过并且反射该特定的波长以外的波长的光线的光学单元。使用这样的波长合成单元468来使1064nm波长的脉冲激光光线λ4透过，并且使在第一波长转换单元466中转换而成的532nm波长的脉冲激光光线λ3反射，从而使光路一致而将脉冲激光光线λ3、λ4合成并射出。
在该波长合成单元468中所合成的脉冲激光光线λ3、λ4入射至第二波长转换单元469，射出355nm波长的脉冲激光光线λ5。第二波长转换单元469由通过入射两种波长(532nm、1064nm)的脉冲激光光线而能够得到355nm波长的激光的非线性晶体构成，例如可以采用LBO：LiB3O5三硼酸锂。另外，该LBO是与第一波长转换单元相同材料的非线性晶体，但其晶体轴方位与第一波长转换单元的LBO不同，与进行转换的波长相符地制作。
本实施方式中的波长转换部44c′像上述那样构成，由振荡器44b所振荡出的光谱宽度宽的脉冲激光光线λ被高效地转换成355nm波长的脉冲激光光线λ5并经由聚光器44a照射至作为被加工物的晶片10上。
Claims (3)
1.一种波长转换装置，其对脉冲激光光线的波长进行转换，其中，该波长转换装置至少包含：
振荡器，其振荡出脉冲激光光线；
波长选择单元，其从该振荡器所振荡出的脉冲激光光线的光谱宽度中选择至少两种波长的脉冲激光光线；
延迟时间生成单元，其由光栅形成，使所选择的波长的入射至所述延迟时间生成单元的脉冲激光光线中的至少任意的脉冲激光光线的光路长度增长、通过时间增长而给予延迟时间而使该所选择的至少两种脉冲激光光线产生时间间隔；
能量放大单元，其将产生了该时间间隔的该脉冲激光光线的各自的能量放大；
延迟时间校正单元，其具有使先行进的脉冲激光光线按照该延迟时间延迟的结构，以消除按照时间间隔而入射的两种脉冲激光光线的时间间隔，对该延迟时间进行校正而使被放大了的至少两种波长的脉冲激光光线的行进相同；以及
波长转换单元，其包含非线性光学晶体，将同时行进的至少两种波长的脉冲激光光线的波长转换为与该两种波长不同的一种波长的脉冲激光光线。
2.根据权利要求1所述的波长转换装置，其中，
该振荡器振荡出具有以1064nm的波长为顶点的光谱宽度的脉冲激光光线，该波长选择单元选择1064nm附近的两种波长的脉冲激光光线，该波长转换单元生成532nm波长的脉冲激光光线。
3.根据权利要求1所述的波长转换装置，其中，
该波长转换装置还包含波长分离单元和波长合成单元，
该延迟时间校正单元包含第一延迟时间校正单元和第二延迟时间校正单元，
该波长转换单元包含第一波长转换单元和第二波长转换单元，
该振荡器振荡出具有以1064nm的波长为顶点的光谱宽度的脉冲激光光线，该波长选择单元选择1064nm附近的三种波长的脉冲激光光线并输出，该延迟时间生成单元对该三种波长的脉冲激光光线中的至少两种波长的脉冲激光光线给予延迟时间而使该三种脉冲激光光线产生时间间隔，利用该能量放大单元将该三种脉冲激光光线的能量放大，
各自的能量被放大了的该三种波长的脉冲激光光线通过该波长分离单元而被分离成两个脉冲激光光线和一个脉冲激光光线，该两个脉冲激光光线被导入至构成该延迟时间校正单元的第一延迟时间校正单元和构成该波长转换单元的第一波长转换单元中，被转换成532nm波长的脉冲激光光线而到达该波长合成单元，
该一个脉冲激光光线被导入至构成该延迟时间校正单元的第二延迟时间校正单元和该波长合成单元中，通过该延迟时间校正单元的作用使该被转换成532nm波长的脉冲激光光线和该一个脉冲激光光线行进相同，通过该波长合成单元进行了合成的脉冲激光光线通过构成该波长转换单元的第二波长转换单元而被转换成355nm波长的脉冲激光光线。
Applications Claiming Priority (2)
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