CN108262565A - 激光装置 - Google Patents

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Abstract

提供激光装置，其能够为了使通过了波长转换单元后的激光光线的光强度分布接近适当的高斯分布(正态分布)而进行整形。该激光装置(20)至少包含：保持单元(22)，其对被加工物(晶片(10))进行保持；以及激光光线照射单元(24)，其对保持单元所保持的被加工物照射激光光线，其中，该激光光线照射单元至少包含：激光振荡器(24b)；波长转换单元(24c)，其对激光振荡器所振荡出的激光光线的波长进行转换；聚光器(24a)，其将利用波长转换单元转换了波长的激光光线会聚于保持单元所保持的被加工物；以及光纤(FB)，其配设在波长转换单元与聚光器之间，该光纤构成为对通过了该波长转换单元而发生了紊乱的激光光线的高斯分布进行整形。

Description

激光装置
技术领域
本发明涉及激光装置，其能够使从激光振荡器振荡并通过了波长转换单元之后的激光光线的光强度分布成为适当的高斯分布。
背景技术
由分割预定线划分而在正面上形成有IC、LSI等多个器件的晶片通过激光装置照射激光光线而被分割成各个器件，用于移动电话、个人计算机等电气设备。
激光装置至少包含：保持单元，其对被加工物进行保持；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。激光光线照射单元包含：激光光线振荡器，其振荡出激光光线；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使激光光线会聚于保持单元所保持的被加工物；以及光学系统，其配设在该激光光线振荡器与该聚光器之间，至少将激光光线引导至规定的光路，该激光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，在适合被加工物的加工的激光光线的波长为355nm、266nm等紫外光的情况下，光学系统的损伤比较激烈，因此为了减轻光学系统的损伤，本申请人提出了一种激光装置，其中，使激光光线振荡器所振荡出的激光光线的波长为施加至光学系统的负担较少的1064nm的红外光，在聚光器的近前配设波长转换单元，从而转换成355nm、266nm等的紫外光(参照专利文献2)。另外，作为波长转换单元，可以采用作为发挥波长转换功能的非线性晶体的CLBO晶体、BBO晶体、LBO晶体以及KTP晶体等，可以根据想要得到的波长，适当组合该非线性晶体，从而实现各种波长转换方式(SHG、FHK、THG等)。
专利文献1：日本特开2006-108478号公报
专利文献2：日本特许第5964621号公报
根据上述的激光装置，虽然能够得到期望的波长的激光光线，但是存在下述问题，通过波长转换单元转换而得的激光光线相对于设计上设想的理想的高斯分布发生紊乱，无法得到设计上设想的激光加工强度，从而即使直接照射至被加工物也无法实施稳定的加工。
另外，关于构成上述波长转换单元的非线性晶体，当对相同部位持续照射激光光线时，照射部位发生劣化，因此为了能够长期进行使用，需要适当变更激光光线的照射位置。但是，会产生下述问题：关于实现波长转换的非线性晶体，由于激光光线照射的位置不同，其晶体构造未必均匀，每当变更照射部位时，进行了波长转换之后的光强度分布发生变化，在该意义上也阻碍稳定的加工。
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一种激光装置，其能够为了使通过了波长转换单元之后的激光光线的高斯分布接近理想的高斯分布而进行整形。
为了解决上述主要的技术课题，根据本发明，提供激光装置，该激光装置至少包含：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，其中，该激光光线照射单元至少包含：激光振荡器；波长转换单元，其对该激光振荡器所振荡出的激光光线的波长进行转换；聚光器，其将利用该波长转换单元转换了波长的激光光线会聚于该保持单元所保持的被加工物；以及光纤，其配设在该波长转换单元与该聚光器之间，该光纤对通过了该波长转换单元而发生了紊乱的激光光线的高斯分布进行整形。
也可以是，在该波长转换单元与该光纤之间配设有谐波分离器，该谐波分离器从利用该波长转换单元被波长转换成规定的波长的激光光线中排除该规定的波长以外的波长的激光光线。另外，也可以是，该激光装置具有：分光器，其配设在该光纤与该聚光器之间，将激光光线的一部分引导至输出测量路径；输出测量单元，其配设在该输出测量路径上；以及透过率调整单元，其配设在该分光器与该聚光器之间，利用该透过率调整单元对向该保持单元所保持的被加工物照射的激光光线的输出进行调整。另外，也可以是，使构成该波长转换单元的波长转换晶体与该激光振荡器所振荡出的激光光线的光路适当错开而延长该波长转换晶体的寿命。
本发明的激光装置中的激光光线照射单元至少包含：激光振荡器；波长转换单元，其对该激光振荡器所振荡出的激光光线的波长进行转换；聚光器，其将利用该波长转换单元转换了波长的激光光线会聚于该保持单元所保持的被加工物；以及光纤，其配设在该波长转换单元与该聚光器之间，该光纤对通过了该波长转换单元而发生了紊乱的激光光线的高斯分布进行整形，因此，即使成为激光光线经过波长转换单元等而高斯分布发生紊乱而无法直接实施稳定的加工的状态，也能够通过该光纤的作用将到达聚光器的激光光线整形成接近适当的高斯分布，从而能够实施稳定的激光加工。
附图说明
图1是示出应用了本发明的激光装置的激光加工装置的整体立体图以及作为被加工物的晶片的立体图的图。
图2是用于对构成图1的激光装置的激光光线照射单元的结构进行说明的框图。
图3的(a)、(b)是用于对通过本发明的激光光线照射单元进行整形之前的激光光线的光强度分布以及进行了整形之后的激光光线的光强度分布进行说明的示意图。
标号说明
2：激光加工装置；10：晶片；20：激光装置；22：保持单元；23：移动单元；24：激光光线照射单元；24a：聚光器；24b：激光振荡器；24c：波长转换单元；24d：谐波分离器；24e：聚光透镜；24f：光强度分布整形单元；24g：准直透镜；24h：分光器；24i：输出测量单元；24j：透过率调整单元；34：保持工作台；40：X方向移动单元；42：Y方向移动单元；FB：光纤。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的激光装置进行详细的说明。图1中示出具有根据本发明构成的激光装置20的激光加工装置2的整体立体图。激光装置20至少包含：保持单元22，其对被加工物进行保持；以及激光光线照射单元24，其对该保持单元22所保持的被加工物照射激光光线。保持单元22对图中左上方放大所示的借助粘接带T而保持于环状的框架F的被加工物(晶片10)进行保持，除了上述的激光装置20，激光加工装置2还具有：移动单元23，其配设在静止基台2a上，使该保持单元22移动；以及壳体50，该壳体50包含：垂直壁部51，其竖立设置于该静止基台2a上的移动单元23的侧方；以及水平壁部52，其从垂直壁部51的上端部沿水平方向延伸。在壳体50的水平壁部52内部内置有构成本发明的激光装置20的主要部分的激光光线照射单元24的光学系统，对于其结构在后文进行详细叙述。
该保持单元22包含：矩形状的X方向可动板30，其在图中箭头X所示的X方向上移动自如地搭载于基台2a；矩形状的Y方向可动板31，其在图中箭头Y所示的Y方向上移动自如地搭载于X方向可动板30；圆筒状的支柱32，其固定于Y方向可动板31的上表面；以及矩形状的罩板33，其固定于支柱32的上端。在罩板33上配设保持工作台34，该保持工作台34通过形成在该罩板33上的长孔而向上方延伸，对圆形状的被加工物进行保持，在保持工作台34的上表面上配置有圆形状的吸附卡盘35，该吸附卡盘35由多孔质材料形成，实质上水平延伸。吸附卡盘35借助在支柱32中通过的流路而与未图示的吸引单元连接。另外，图1中，X方向是箭头X所示的方向，Y方向是箭头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23包含X方向移动单元40和Y方向移动单元42。X方向移动单元40借助滚珠丝杠将电动机的旋转运动转换成直线运动而传递给X方向可动板30，使X方向可动板30沿着基台2a上的导轨在X方向上进退。Y方向移动单元42借助滚珠丝杠将电动机的旋转运动转换成直线运动而传递给Y方向可动板31，使Y方向可动31沿着X方向可动板30上的导轨在Y方向上进退。另外，省略了图示，但在X方向移动单元40、Y方向移动单元42上分别配设有位置检测单元，该位置检测单元能够准确地检测保持工作台34的X方向的位置、Y方向的位置以及周向的旋转位置，并根据后述的控制单元所指示的信号对X方向移动单元40、Y方向移动单元42进行驱动，从而使保持工作台34准确地定位于任意的位置和角度。
如图1所示，晶片10由分割预定线12划分而在正面上形成有多个器件14，在借助粘接带T而支承于环状的框架F的状态下保持在保持工作台34上。并且，一边使激光光线照射单元24进行动作来照射激光光线LB，一边使上述的X方向移动单元40、Y方向移动单元42进行动作，从而对该分割预定线12实施烧蚀加工，形成分割起点100。
图2中示出构成本发明的激光装置20的激光光线照射单元24的一例。该激光光线照射单元24从上述的聚光器24a照射期望的激光光线LB(例如波长为355nm)，该激光光线照射单元24具有：激光振荡器24b，其振荡出作为基波的具有1064nm的波长的激光光线LB1；波长转换单元24c，其将该激光光线LB1转换成波长为355nm的激光光线LB2；谐波分离器24d，其输出激光光线LB3，该激光光线LB3是从该波长转换单元24c所输出的激光光线LB2中排除了不需要的波长成分而得的；聚光透镜24e，其对从该谐波分离器24d输出的激光光线LB3进行会聚；光强度分布整形单元24f，其由光纤FB构成，通过该聚光透镜24e而会聚的激光光线LB4入射至该光纤FB；准直透镜24g，其将利用该光强度分布整形单元24f的光纤FB对高斯分布进行了整形的激光光线LB4′整形成平行光；分光器24h，其使形成为该平行光的激光光线LB5的一部分、例如不影响加工的程度的极小的比例(1％)的激光光线LB6′反射至输出测量路径侧，并使剩余的激光光线LB6透过至聚光器24a侧；输出测量单元24i，其包含受光元件，该受光元件对通过该分光器24h反射而导入至输出测量路径的输出测量用的激光光线LB6′的光量值进行测量；以及透过率调整单元(衰减器)24j，其对透过该分光器24h的激光光线LB6的透过率进行控制从而调整为期望的输出，并向该聚光器24a射出期望的输出的激光光线LB7，激光光线LB7通过构成该聚光器24a的聚光透镜(未图示)会聚而成为期望的激光光线LB而照射至保持工作台34所保持的晶片10。
通过分光器24h而反射的激光光线LB6′是激光光线LB5的一部分，但在分光器24h中发生反射的比例是一定的，因此通过对该输出测量单元24i的光量值进行测量，能够实质上对透过分光器24h的激光光线LB6的输出进行测量。另外，构成激光装置20的上述各单元通过未图示的控制单元进行控制，例如由输出测量单元24i测量的测量信息被发送至该控制单元，根据通过在该控制单元中执行的控制程序而运算得到的值，对透过率调整单元24j进行控制，从而将照射至被加工物的激光光线LB调整为期望的输出。
对上述激光光线照射单元24的波长转换单元24c进行更加详细的说明。作为通常的对激光光线的波长进行转换的方式，已知有使用LBO晶体、CLBO晶体以及KTP晶体等非线性晶体的转换方法，该转换方法考虑作为基波的激光光线的波长、想要通过转换得到的激光光线的波长以及最终用于加工时的激光光线的输出等而进行选择。
如图2所示，本实施方式中的波长转换单元24c由第一LBO晶体24c1、第二LBO晶体24c2构成。由激光振荡器24b振荡出波长为1064nm的脉冲激光光线LB1来作为基波，并入射至波长转换单元24c。该激光光线LB1入射至构成波长转换单元24c的第一LBO晶体24c1的规定的端面，波长为1064nm的激光光线被转换成波长为532nm的激光光线而从另一个端面射出。并且，从该第一LBO晶体24c1的另一个端面射出的该激光光线进一步入射至第二LBO晶体24c2的规定的端面，被转换成波长为355nm的激光光线LB2而从第二LBO晶体24c2的另一个端面、即波长转换单元24c射出。
构成该波长转换单元24c的第一LBO晶体24c1和第二LBO晶体24c2具有未图示的入射位置变更单元。已知发挥波长转换功能的非线性晶体会由于激光光线长时间照射至相同位置而发生劣化，从而使其构成为按照规定的时间或规定的入射次数相对于基波的激光光线LB1的光路使入射位置变更。由此，可实现构成波长转换单元24c的非线性晶体的长寿命化。另外，在对所有能够入射的位置进行了激光光线的入射的情况下，更换该第一LBO晶体24c1、第二LBO晶体24c2。本发明的激光装置大致具有如上所述的结构，对其作用进一步进行说明。
另外，上述的激光装置可以具有以下那样的结构。
当由操作者对本发明的激光加工装置做出开始照射激光光线的指示时，从激光振荡器24b振荡出波长为1064nm的激光光线LB1，并入射至波长转换单元24c。如上所述，构成波长转换单元24c的第一LBO晶体24c1和第二LBO晶体24c2对波长进行转换，但并不是将入射至第一LBO晶体24c1的激光光线LB1完全转换成532nm的波长，而是按照以规定的比例残留1064nm的波长的激光光线的状态射出。由此，波长为532nm的激光光线和波长为1064nm的激光光线入射至第二LBO晶体24c2，在从第二LBO晶体24c2射出的激光光线、即从波长转换单元24c射出的激光光线LB2中，除了转换而得的波长355nm的激光光线之外，还包含未进行转换而残留的波长为1064nm和波长为532nm的激光光线。因此，在本实施方式的激光光线照射单元24中，在供激光光线LB2通过的光轴上配设上述的谐波分离器24d，排除不需要的波长成分而射出主要由355nm的波长构成的激光光线LB3。
这里，对激光光线LB3进行说明。在图3的(a)、(b)中，用横轴表示将激光光线的光轴的中心位置设为“0”的剖面位置(mm)，用纵轴表示该光轴的剖面位置处的光强度，从而示意性示出与激光光线的光轴的剖面位置对应的光强度分布。另外，在本实施方式中，将从激光振荡器24b振荡出的激光光线的光轴的半径设为Nmm。如图3的(a)所示，通过了波长转换单元24c的激光光线LB2的光强度分布未成为以光轴的中心为峰值的理想的高斯分布，而是成为紊乱的形状。据推测，该紊乱是由于构成波长转换单元24c的非线性晶体中的晶体构造未必一定，另外，该现象在长时间对规定的位置照射激光光线而在该非线性晶体的内部发生劣化时也会发生。在这样在光强度分布中产生紊乱的情况下，会产生下述问题：即使对激光光线进行会聚并照射至规定的位置，也无法得到期望的峰值能量，无法进行根据激光加工条件而设想的期望的加工。因此，在本发明中，使通过该波长转换单元24c转换了波长的激光光线入射至配设于该波长转换单元24c与该聚光器24a之间的任意位置的光纤FB。根据图2进行更具体的说明，在本实施方式中，为了使从该谐波分离器24d射出的激光光线LB3入射至构成光强度分布整形单元24f的光纤FB的一个端面FBa而使其入射至聚光透镜24e进行会聚。由聚光透镜24e会聚的激光光线LB4的焦点被调整到该光纤FB的一个端面FBa的位置，该激光光线LB4入射至光纤FB。另外，光纤FB例如直径为1.0mm左右，其长度设定为1m左右。
这里，入射至光纤FB的激光光线LB4在光纤FB内的侧壁面反复进行反射而从其另一个端部FBb射出。从光纤FB的另一个端部FBb射出的激光光线LB4′扩散，因此被准直透镜24g转换成平行光，形成激光光线LB5。
从上述光纤FB射出并形成为平行光的激光光线LB5由于通过上述的光纤FB，从而被整形成接近如图3的(b)所示那样的、在光轴的中心出现光强度的峰值且随着趋向外侧而平滑降低的理想的高斯分布。因此，通过波长转换单元24c，如图3的(a)所示那样发生了紊乱的高斯分布被整形成如图3的(b)所记载那样的理想的高斯分布，从而容易执行期望的加工。
并且，关于光强度分布被整形成图3的(b)所示的形状的激光光线LB5，根据分光器24h、输出测量单元24i测量其输出，从分光器24h射出激光光线LB6，并且根据该输出测量单元24i的输出信息对透过率调整单元24j进行控制，形成激光光线LB7并入射至聚光器24a。由此，在整形成理想的高斯分布之后会聚的激光光线LB被照射至保持工作台34上的晶片10。
本发明不限于上述的实施方式，可以设想各种变形例。例如，在上述的实施方式中，示出了将本发明应用于使用波长转换单元24c的情况的例子，该波长转换单元24c将从激光振荡器振荡出的基波的激光光线的波长设为1064nm而使用两个LBO晶体将该基波转换成355nm的波长，但本发明不限于此，例如可以应用于使用KTP晶体和CLBO晶体将波长为1064nm的激光光线转换成波长为266nm的激光光线的情况、或者使用一个KTP晶体将波长为1064nm的激光光线转换成532nm的波长而使用的激光装置。另外，不限于使用作为基波振荡出1064nm的波长的激光光线的激光振荡器24b的情况，例如也可以应用于使用作为基波振荡出YVO4激光(波长为1054nm)、LD激光(波长为650～905nm)等其他波长的激光光线的激光振荡器的激光装置。
另外，在上述的实施方式中，将分光器24h和输出测量单元24i的配设位置配设于光强度分布整形单元24f的下游侧，但不限于此，也可以配设在谐波分离器24d的紧后侧。另外，上述的光纤FB的直径、长度仅为一例，可根据所应用的激光光线照射单元24的基波的波长、加工时所需的激光光线的输出、或波长转换单元24c所导致的高斯分布的紊乱情况进行适当调整。
在上述的实施方式中，示出了对用于加工晶片的激光加工装置应用了本发明的激光装置的例子，但本发明不限于此，例如也可以应用于使用激光光线的形状测量装置等。不排除将本发明应用于对激光光线的高斯分布进行整形是有效的、利用激光的所有装置。

Claims (4)

1.一种激光装置，该激光装置至少包含：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，其中，
该激光光线照射单元至少包含：
激光振荡器；
波长转换单元，其对该激光振荡器所振荡出的激光光线的波长进行转换；
聚光器，其将利用该波长转换单元转换了波长的激光光线会聚于该保持单元所保持的被加工物；以及
光纤，其配设在该波长转换单元与该聚光器之间，
该光纤对通过了该波长转换单元而发生了紊乱的激光光线的高斯分布进行整形。
2.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
在该波长转换单元与该光纤之间配设有谐波分离器，该谐波分离器从利用该波长转换单元被波长转换成规定的波长的激光光线中排除该规定的波长以外的波长的激光光线。
3.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
该激光装置具有：
分光器，其配设在该光纤与该聚光器之间，将激光光线的一部分引导至输出测量路径；
输出测量单元，其配设在该输出测量路径上；以及
透过率调整单元，其配设在该分光器与该聚光器之间，
利用该透过率调整单元对向该保持单元所保持的被加工物照射的激光光线的输出进行调整。
4.根据权利要求1所述的激光装置，其中，
该激光装置具有如下的结构：使构成该波长转换单元的波长转换晶体与该激光振荡器所振荡出的激光光线的光路适当错开而延长该波长转换晶体的寿命。
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