CN108356408B - 激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

提供激光加工装置，其能够将激光光线的聚光点定位于锭的内部而进行照射，从而将适当厚度的晶片从锭分离。激光加工装置(2)从锭(60)的端面将对于锭具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位于锭内部而进行照射而形成剥离层，其中，该激光加工装置包含：保持单元(6)，其对锭进行保持并沿着与锭的端面(64)平行的端面方向移动；激光光线照射单元(10)，其对该保持单元所保持的锭照射激光光线，并具有聚光器(40)，该聚光器(40)使聚光点在相对于该端面(64)成直角的方向上移动；拍摄单元(12)，其对该保持单元所保持的锭的该端面方向的位置进行检测；以及高度检测单元(13)，其对锭的端面的高度进行检测。

Description

激光加工装置
技术领域
本发明涉及激光加工装置，其将激光光线的聚光点定位于锭的内部而进行照射，形成用于将晶片从锭分离的剥离层。
背景技术
IC、LSI、LED等器件是在以硅(SiC)、蓝宝石(Al2O3)等作为原材料的晶片的正面上层叠功能层并利用分割预定线进行划分而形成的。并且，通过切削装置、激光加工装置对晶片的分割预定线实施加工而分割成各个器件而被用于移动电话、个人计算机等电气设备。
另外，功率器件、LED等是在以单晶SiC作为原材料的晶片的正面上层叠功能层并利用分割预定线进行划分而形成的。公知形成该器件的晶片通常是利用线切割机对锭进行切片而生成的，对切片得到的晶片的正面和背面进行研磨而精加工成镜面(例如，参照专利文献1)。
但是，当利用线切割机将单晶SiC的锭切断并对正面和背面进行研磨而生成晶片时，锭的70～80％会被浪费，因此存在不经济的问题，特别是单晶SiC，其硬度高，难以利用线切割机进行切断，切断需要花费相当长的时间，生产率差，在高效地生成晶片方面存在问题。因此，近年来提出了下述技术：将对于单晶SiC具有透过性的激光光线的聚光点定位于锭的内部而进行照射，在切断预定面上形成剥离层而将晶片分离(例如，参照专利文献2)。
专利文献1：日本特开2000-094221号公报
专利文献2：日本特开2013-049461号公报
为了将激光光线的聚光点定位于锭的内部而形成剥离层从而高效且准确地分离规定的厚度的晶片，需要考虑锭的上侧的端面的高度，但每当将晶片从锭分离时，锭的端面的高度发生变化，不仅根据分离出的晶片的厚度变化，还由于在分离后对锭的正面进行研磨而发生变化。当在这种锭的端面的高度不明确的状态下想要进行将晶片分离的加工时，不清楚应该将激光光线的聚光点从锭的端面定位于深度方向的哪个位置，也可能在要剥离的晶片的厚度上产生偏差等。
发明内容
由此，本发明的目的在于提供一种激光加工装置，其能够将激光光线的聚光点定位于锭的内部而进行照射，对适当的厚度的晶片进行分离。
根据本发明，提供激光加工装置，其从锭的端面将对于锭具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位于锭内部而进行照射，在锭内部形成剥离层，其中，该激光加工装置具有：保持单元，其对锭进行保持并沿着与锭的端面平行的端面方向移动；激光光线照射单元，其对该保持单元所保持的锭照射激光光线，该激光光线照射单元具有聚光器，该聚光器使聚光点在相对于该端面成直角的方向上移动；拍摄单元，其对该保持单元所保持的锭的该端面方向的位置进行检测；高度检测单元，其对锭的该端面的高度进行检测；以及聚光点定位单元，其根据该高度检测单元的检测值，将该聚光器的聚光点定位于距离锭的该端面对应于晶片的厚度的位置。
优选该高度检测单元具有：接触端子；移动部，其使该接触端子移动至与该保持单元所保持的锭的端面接触为止；以及标尺，其对该接触端子的位置进行检测。另外优选该接触端子与该拍摄单元相邻地配设，该标尺和该移动部使用构成该拍摄单元的标尺和移动部。
根据本发明，能够以准确的锭的端面的高度为基准，将激光光线的聚光点定位于期望的位置，从而克服在所分离的晶片的厚度上产生偏差的问题。另外，使该高度检测单元包含：接触端子；移动部，其使该接触端子移动至与该保持单元所保持的锭的端面接触为止；以及标尺，其对该接触端子的位置进行检测，从而能够容易地构成高度检测单元。另外，使该接触端子与该拍摄单元相邻地配设，该标尺和该移动部使用构成该拍摄单元的标尺和移动部，从而能够直接转用拍摄单元所使用的结构，能够抑制激光加工装置变得昂贵。
附图说明
图1是根据本发明而构成的激光加工装置的整体立体图。
图2的(a)、(b)是用于对图1所示的激光加工装置的拍摄单元和高度检测单元进行说明的说明图。
图3的(a)、(b)是用于对图2所示的高度检测单元的动作进行说明的侧视图。
图4是用于对利用激光光线照射单元将聚光点定位于规定的深度的工序进行说明的侧视图。
图5是用于对在图1所示的激光加工装置中实施剥离层形成工序的动作进行说明的立体图。
标号说明
2：激光加工装置；4：基台；4a：导轨；6：保持单元；8：移动单元；10：激光光线照射单元；12：拍摄单元；12a：物镜；12b：拍摄壳体；12c：拍摄元件(CCD)；12d：移动部；12e：标尺；12f：检测端子；121：移动部箱体；122：驱动电动机；13：高度检测单元；13a：接触端子；13b：箱体；13c：弹簧；13d：开关；14：显示单元；20：X方向可动板；20a：导轨；22：Y方向可动板；24：卡盘工作台；26：X方向移动单元；28：Y方向移动单元；38：框体；40：聚光器；60：锭；68：第一定向平面；70：第二定向平面。
具体实施方式
以下，参照附图对根据本发明构成的激光加工装置的实施方式进行详细的说明。
图1所示的激光加工装置2具有：基台4；保持单元6，其对被加工物进行保持；移动单元8，其使保持单元6沿所保持的锭60的端面方向移动；激光光线照射单元10；拍摄单元12；高度检测单元13；以及显示单元14，并且该激光加工装置2具有对各单元进行控制的未图示的控制单元。
保持单元6配设有：矩形状的X方向可动板20，其在图中箭头X所示的X方向上移动自如地搭载于基台4；矩形状的Y方向可动板22，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20；以及卡盘工作台24，其在Y方向可动板22的上表面上借助未图示的旋转驱动单元构成为旋转自如。另外，X方向是图1中箭头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8是使保持单元6在与由X方向、Y方向规定的平面平行的方向上移动的单元，其包含X方向移动单元26、Y方向移动单元28以及使卡盘工作台24在图中箭头24b所示的方向上旋转的未图示的旋转驱动单元。X方向移动单元26借助滚珠丝杠30将电动机32的旋转运动转换成直线运动并传递至X方向可动板20，使X方向可动板20沿着基台4上的导轨4a、4a在X方向上进退。Y方向移动单元28借助滚珠丝杠34将电动机36的旋转运动转换成直线运动并传递至Y方向可动板22，使Y方向可动板22沿着X方向可动板20上的导轨20a、20a在Y方向上进退。另外，虽省略了图示，但在X方向移动单元20、Y方向移动单元22、该旋转驱动单元上分别配设有位置检测单元，来对卡盘工作台24的X方向的位置、Y方向的位置以及周向的旋转位置准确地进行检测，根据从未图示的控制单元指示的信号来驱动X方向移动单元20、Y方向移动单元22以及该旋转驱动单元，从而能够将卡盘工作台24定位于任意的位置和角度。
激光光线照射单元10具有如下部分等：激光光线振荡单元(未图示)，其内设于框体38，振荡出脉冲激光光线，该框体38从基台4的上表面向上方延伸，接着实质上沿水平延伸；聚光器40，其配设在框体38的前端下表面上；聚光点定位单元(未图示)，其对该聚光器40的聚光点的高度位置进行调整；输出调整单元(未图示)，其对该激光光线的输出进行调整；以及设定单元(未图示)，其对激光光线的重复频率进行设定。聚光器40内设有用于对从激光光线振荡单元振荡出的激光光线进行会聚的聚光透镜(未图示)。
拍摄单元12与配设于激光光线照射单元10的聚光器40在X方向上隔着间隔而附设于框体38的前端角部(参照图1)，如图2所示，拍摄单元12具有：物镜器12a，其用于对卡盘工作台24所保持的锭60的端面方向的位置即外形形状进行拍摄；拍摄壳体12b，其对物镜器12a进行保持；拍摄元件(CCD)12c，物镜器12a所捕捉的光经由拍摄壳体12b而导入至该拍摄元件12c；以及移动部12d，其使拍摄壳体12b在上下方向(图中箭头Z所示的Z方向)上移动，从而使物镜器12a和拍摄元件12c在Z方向上移动。
移动部12d包含：移动部箱体121，其对拍摄壳体12b进行支承，并且内设有使拍摄壳体12b在Z方向上移动的驱动机构(未图示)；以及驱动电动机122，其对内设于移动部箱体121的驱动机构进行驱动。另外，在移动部箱体121上设置有用于对拍摄壳体12b的Z方向的移动量进行检测的标尺12e，在拍摄壳体12b的外侧面的与标尺12e对置的位置上配设有通过读取标尺12e的刻度而对该拍摄壳体12b的位置进行检测的检测端子12f。在利用拍摄单元12对被加工物进行拍摄的情况下，一边利用标尺12e和检测端子12f对拍摄壳体12b的高度位置进行测量一边使该移动部12d进行动作，从而对物镜12a的Z方向的位置进行调整而进行焦点位置的调整。另外，作为内设于移动部箱体121的驱动机构，可以由与上述的X方向移动单元26、Y方向移动单元28同样的导轨和滚珠丝杠机构等构成。
如图2所示，高度检测单元13可以与构成拍摄单元12的拍摄壳体12b一体地构成。由作为图2的(a)的A-A剖面示出的图2的(b)能够理解，高度检测单元13包含：接触端子13a；箱体13b，其对接触端子13a进行保持；弹簧13c，其内设于箱体13b中，将该接触端子13a朝向下方进行按压；以及开关13d，其配设于箱体13b的内部空间的上端部，接触端子13a与拍摄单元12相邻地配设。
关于接触端子13a，其形成有前端部131的下方侧从箱体13b的下端面向下方延伸，在该接触端子13a的位于箱体13b的内部空间内的部位，形成有接受该弹簧13c的按压力的凸缘部132。另外，在箱体13b的内部空间的上端配设有开关13d，该开关13d在图2的(b)所示的稳定状态下相对于位于接触端子13a的上方侧的后端部133具有略微的间隙。在接触端子13a在箱体13b内向上方移动而该开关13d与后端部133抵接的情况下发出ON信号，将该ON信号发送给未图示的控制单元。
该控制单元由计算机构成，具有：中央运算处理装置(CPU)，其根据控制程序进行运算处理；只读存储器(ROM)，其对控制程序等进行保存；随机存取存储器(RAM)，其能够进行用于临时保存所检测的检测值、运算结果等的读写；输入接口；以及输出接口(省略了对于详细情况的图示)。
本实施方式中的激光加工装置2大致如上述那样构成，以下对使用了该激光加工装置2的晶片的生成方法和高度检测单元13的作用进行说明。
通过本发明的激光加工装置2进行加工的锭60是六方晶单晶SiC，如图2所示，锭60是具有周面62、圆形状的上侧的端面64以及下侧的端面66的大致圆柱形状。在周面62上形成有表示晶体取向的侧视为矩形状的第一定向平面68和表示与锭60的C轴的倾斜方向成直角的方向的第二定向平面70。另外，第一、第二定向平面按照长度不同的方式形成，以便容易地对两者进行区别。
在本实施方式的激光加工装置2中，在将锭60载置于卡盘工作台24上开始加工之前，如图3的(a)所示，使用高度检测单元13对卡盘工作台24的高度位置Z1进行检测。更具体而言，首先，预先使高度检测单元13与拍摄单元12一起移动而将接触端子13a的前端部131定位于待机位置，该待机位置位于卡盘工作台24的规定的距离的上方。接着，在拍摄单元12、高度检测单元13处于该待机位置的状态下，使移动单元8进行动作从而使卡盘工作台24移动，使得卡盘工作台24的中心位于高度检测单元13的接触端子13a的前端部131的正下方。若卡盘工作台24的中心定位在了该前端部131的正下方，则使移动部12d的驱动电动机122进行动作，使高度检测单元13下降。此时，该接触端子13a的前端部131以低速度下降，以便不会与卡盘工作台24发生剧烈冲突而发生破损等。
如根据图2的(b)进行说明那样，该接触端子13a被配设在箱体的内部的弹簧13c向下方侧按压，当接触端子13a下降而到达卡盘工作台24时，接触端子13a的下降停止。然后，开关13d按照接触端子13a的后端部133与开关13d之间所设定的间隙的量下降，当开关13d到达该后端部133时，从该开关13d产生ON信号。当该ON信号发送至未图示的控制单元时，立即对该驱动电动机122发送停止信号，该驱动电动机122停止，高度检测单元13的下降也停止。
当该控制单元接受来自开关13d的ON信号并使驱动电动机122停止时(参照图3的(a))，利用检测端子12f读取标尺12e的刻度，对接触端子13的前端部131的位置进行测量。将此时读取的值(Z1)发送至控制单元，作为卡盘工作台24的高度位置Z1进行存储。若这样对卡盘工作台24的高度位置Z1进行了检测并进行了存储，则使驱动电动机122驱动，这次使高度检测单元13上升而移动至上述的待机位置。
若如上所述对卡盘工作台24的高度位置Z1进行了检测并使高度检测单元13处于待机位置，则使粘接剂(例如环氧树脂系粘接剂)夹设在卡盘工作台24的上表面24a与形成晶片的锭60的下侧的端面66之间，并按照锭60的中心与卡盘工作台24的中心一致的方式将锭60载置于卡盘工作台24上。另外，本发明不限于此，也可以是，使卡盘工作台24的上表面24a由多孔质材料形成，形成实质上水平延伸的圆形状的吸附卡盘，并与未图示的吸引单元连接，从而对锭60进行吸引固定。
若锭60载置在了卡盘工作台24上，则实施与上述的对卡盘工作台24的高度进行检测的动作同样的动作。即，如图3的(b)所示，使高度检测单元13朝向载置于卡盘工作台24上的锭60下降，使接触端子13a的前端部131与锭60的上方的端面64接触，对接触端子13的前端部131的位置、即锭60的端面的高度位置(Z2)进行检测，并利用控制单元进行存储。这样，若对卡盘工作台24的高度位置Z1和锭60的端面的高度位置Z2进行了检测，则计算出锭60的厚度(Z2-Z1)。另外，标尺12e的基准位置(原点)设定成相对于卡盘工作台24的高度处于规定的量的下方侧，以便利用检测端子12f检测的值不成为负值。
若对卡盘工作台24的高度位置Z1、锭60的高度位置Z2进行了检测，则实施对准工序，进行对于锭60的加工位置与激光光线照射单元10的聚光器40的对位。在该对准工序中，首先使移动单元8进行动作，使卡盘工作台24移动至拍摄单元12的下方，通过拍摄单元12从上方对锭60整体进行拍摄。此时，一边利用上述的标尺12e和检测端子12f对拍摄单元12的高度位置进行检测，一边使移动部12d的驱动电动机122进行动作，从而将拍摄单元12定位于适合拍摄的位置。通过拍摄单元12拍摄的锭60的图像显示在显示单元14，根据该图像对锭60的端面形状进行把握，对第一定向平面68、第二定向平面70的位置及其方向进行检测。另外，如上所述，第一定向平面68、第二定向平面70按照其长度不同的方式进行设定，设定成能够容易地进行区别。然后，若对第一定向平面68、第二定向平面70进行了检测，则使移动单元8进行动作，从而使第二定向平面70与X方向一致，并且进行锭60的加工开始位置与聚光器40的对位。接着，使激光光线照射单元10所具有的未图示的聚光点定位单元进行动作，使聚光器40在Z方向上移动，将激光光线的聚光点位置与要剥离的晶片的厚度一致地调整成距离锭60的端面64为规定的深度(例如100μm)位置。此时，如上所述对卡盘工作台24的高度位置Z1、锭60的高度位置Z2进行了检测，因此以此为基准对聚光点位置进行设定。即，如图4所示，将聚光器40的Z方向的位置定位成使聚光点处于距离卡盘工作台24的上表面为[Z2-Z1-100μm]的位置。
如上所述，若实施了对准工序，则实施形成剥离层的剥离层形成工序。如图4、图5所示，剥离层形成工序如下实施：一边通过X方向移动单元26使卡盘工作台24以规定的加工进给速度在X方向(即、相对于第二定向平面70平行的方向)上移动，一边从聚光器40对锭60照射对于单晶SiC具有透过性的波长的激光光线。更具体而言，进行强度降低部形成加工，在距离锭60的端面64为100μm的深度位置形成直线状的强度降低部74，通过Y方向移动单元28对卡盘工作台24在Y方向上转位进给规定的量，从而在相对于第二定向平面垂直的方向上隔着间隔实施多次该强度降低部形成加工。这样的强度降低部形成加工例如可以在以下的加工条件下实施。
Figure GDA0002982107090000081
若实施了上述的剥离层形成工序，则实施晶片剥离工序，以利用该剥离层形成工序所形成的剥离层作为边界，使大致100μm的厚度的晶片分离。另外，对于晶片剥离工序，并不构成本发明的主要部分，因此对于其详细情况进行了省略，使对锭60的端面64侧进行吸附的吸附片紧贴，使吸引单元进行动作而进行吸附，并从吸附片侧施加超声波振动，由此使在剥离层形成工序中形成的剥离层生长，从而能够以该剥离层作为界面将形成在锭60的上端的晶片分离。
实施了该晶片剥离工序的结果是，若从锭60分离了晶片，则通过配设在基台4上的未图示的研磨单元对锭60的上表面进行研磨，从而成为能够再次从锭60生成晶片的状态。然后，重新如图3的(b)所示那样，使高度检测单元13朝向载置于卡盘工作台24上的锭60下降，使接触端子13a的前端部131与锭60的端面64接触，对锭60的端面64的新的高度位置(Z2)进行检测，并存储于控制单元，再次实施直至上述那样的晶片剥离工序的工序。通过反复进行这些工序，能够从锭60高效地生成多个晶片，从而实现生产率的提高。另外，即使从锭60剥离晶片，卡盘工作台24的高度位置Z1也不会变化，因此无需对高度位置Z1重新进行检测。由此，卡盘工作台24的高度位置Z1的检测作业例如在一天的作业的开始时、或者使激光加工装置2启动时实施并存储即可。
本发明并不限于上述的实施方式，只要包含在发明的技术范围内，则可以假想各种实施方式。例如在本实施方式中，使高度检测单元13与拍摄单元12相邻地配置，但并不限于此，也可以将高度检测单元13与拍摄单元12独立地配置于框体38的前端部。另外，在上述的实施方式中，对锭60的端面64的高度位置Z2的检测是通过对锭60的中心部1点的高度位置进行1点测量而检测的，但不限于此，也可以对多个点的高度位置进行检测而采用其平均值。

Claims (2)

1.一种激光加工装置，其从锭的端面将对于锭具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位于锭内部而进行照射，在锭内部形成剥离层，其中，该激光加工装置具有：
保持单元，其对锭进行保持并沿着与构成锭的上表面的端面平行的方向移动；
激光光线照射单元，其对该保持单元所保持的锭照射激光光线，该激光光线照射单元具有聚光器，该聚光器使聚光点在相对于该端面成直角的方向上移动；
拍摄单元，其对该保持单元所保持的锭的该端面从上方进行拍摄来对该端面的外径形状及外径位置进行检测；
高度检测单元，其对锭的该端面的高度进行检测；以及
聚光点定位单元，其根据该高度检测单元的检测值，将该聚光器的聚光点定位于距离锭的该端面对应于晶片的厚度的位置，
该高度检测单元包含：
接触端子；
移动部，其使该接触端子移动至与该保持单元所保持的锭的端面接触为止；以及
标尺，其对该接触端子的位置进行检测。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其中，
该接触端子与该拍摄单元相邻地配设，该标尺和该移动部使用构成该拍摄单元的标尺和移动部。
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