TWI741098B - 點形狀檢測裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之解決課題係提供在短時間有效率地檢測出從雷射振盪器所照射出之雷射光線之正確點形狀的點形狀檢測裝置。

若藉由本發明時，為一種檢測出從雷射振盪器(30)被振盪之雷射光線(LB1)之點形狀的點形狀檢測裝置(1)，包含：聚光透鏡(31)，其係聚光雷射振盪器(30)振盪的雷射光線(LB1)；旋轉體(反射鏡支持器(6))，其係在同心圓上配設反射通過聚光透鏡(31)之雷射光線(LB1)之複數反射鏡(6a’~6q’)；驅動源(馬達(7))，其係以特定周期使該旋轉體旋轉；光束分束器(32)，其係使藉由旋轉體之複數反射鏡(6a’~6q’)被反射雷射光線之返回光(LB2)分歧；攝影單元(33)，其係被配設在該返回光(LB2)藉由該光束分束器(32)被分歧之方向上，攝影該返回光(LB2)之點形狀；及顯示單元(m)，其係使藉由攝影單元(33)被攝影到之畫像與複數反射鏡(6a’~6q’)建立關連性而予以顯示。

Description

點形狀檢測裝置
本發明係關於可以檢測出雷射光線之正確點形狀的點形狀檢測裝置。
IC、LSI、LED等之複數裝置藉由分割預定線被區劃且被形成在表面的晶圓，藉由在分割預定線照射相對於晶圓具有吸收性之波長的雷射光線，實行剝蝕加工的雷射加工裝置，被分割成各個裝置而被利用於行動電話、個人電腦、液晶電視、照明機器等之電氣機器(例如，參照專利文獻1)。
再者，也提案藉由將相對於具有穿透性之波長之雷射光線的聚光點定位在分割預定線之內部而予以照射，形成改質層而賦予外力，將晶圓分割成各個裝置之雷射加工的技術，在雷射加工裝置之領域中供實際使用(例如，參照專利文獻2)。
而且，從構成上述雷射加工裝置之雷射振盪器振盪之雷射光線的點形狀波及加工品質，故為了確保雷射加工時之品質，必須使用被照射至晶圓之雷射光線之點形狀，或是從點形狀算出之光束直徑算出用以評估雷射光線之指標亦即M2係數而予以評估，即使在以往，也提案幾個檢測點形狀的裝置(例如，參照專利文獻3～5)。另外，M2係數係所屬技術領域中具有通常知識者一般所知者，表示聚光雷射光線而縮小至繞射界限之時的光束直徑，成為將理想之高斯光束縮小至繞射界限之時的光束直徑之幾倍的指標值。依此，其指標值係以相對於理想上的高斯光束的1以上之比表示的值，與理想之高斯光束一致之情況的M2係數成為1。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平10-305420號公報 　　[專利文獻2]日本專利第3408805號公報 　　[專利文獻3]日本特開2013-022634號公報 　　[專利文獻4]日本特開2013-151002號公報 　　[專利文獻5]日本專利第5726999號公報
[發明所欲解決之課題]
為了檢測出上述般之點形狀而進行評估，必須進行在多點的點形狀之檢測，或根據點之直徑等掌握的MS2係數之評估，在點形狀檢測需要比較多的時間，作業性差，同時在檢測出的點形狀之重現性也有問題，對於確保評估之正確性存在著課題。
本發明係鑒於上述情形而創作出，其主要的技術課題，在於提供在短時間有效率地檢測出從雷射振盪器被照射出之雷射光線之正確點形狀之點形狀檢測裝置。 [用以解決課題之手段]
為了解決上述主要技術課題，若藉由本發明時，提供一種點形狀檢測裝置，其係檢測出從雷射振盪器被振盪之雷射光線之點形狀，該點形狀檢測裝置包含：聚光透鏡，其係聚光雷射振盪器振盪的雷射光線；旋轉體，其係在同心圓上配設反射通過該聚光透鏡之雷射光線的複數反射鏡；驅動源，其係以特定周期使該旋轉體旋轉；光束分束器，其係分歧藉由該旋轉體之該複數反射鏡而被反射之雷射光線的返回光；攝影單元，其係被配設在該返回光藉由該光束分束器被分歧之方向上，攝影該返回光之點形狀；及顯示單元，其係使藉由該攝影單元所攝影到的畫像與該複數反射鏡建立關連性而予以顯示，該複數反射鏡係以使該旋轉體朝特定方向旋轉之時，以該複數反射鏡依序反射之雷射光線之返回光之聚光點，逐漸接近該攝影單元之攝影位置而到達該攝影位置，且從該攝影位置逐漸遠離之方式，被配設在該旋轉體。
即使構成該攝影單元之快門與該旋轉體之各反射鏡所致的雷射光線之反射時期同步動作亦可。再者，將雷射光線被照射至各反射鏡且反射之時間設為最長，而調整該攝影單元之快門之開放時間，依此調整以該攝影單元所擷取的該雷射光線之返回光的亮度亦可。並且，即使在該聚光透鏡之前配設衰減過濾器亦可。 [發明之效果]
本發明之點形狀檢測裝置包含：聚光透鏡，其係聚光雷射振盪器振盪的雷射光線；旋轉體，其係在同心圓上配設反射通過該聚光透鏡之雷射光線的複數反射鏡；驅動源，以特定周期旋轉該旋轉體；光束分束器，其係分歧藉由該旋轉體之該複數反射鏡而被反射之雷射光線的返回光；攝影單元，其係被配設在該返回光藉由該光束分束器被分歧之方向上，攝影該返回光之點形狀；及顯示單元，其係使藉由該攝影單元所攝影到的畫像與該複數反射鏡建立關連性而予以顯示，該複數反射鏡係以使該旋轉體朝特定方向旋轉之時，以該複數反射鏡依序反射之雷射光線之返回光之聚光點，逐漸接近該攝影單元之攝影位置而到該攝影位置，且從該攝影位置逐漸遠離之方式，被配設在該旋轉體，依此可以容易檢測出被形成在雷射光線之聚光點附近區域的點形狀而顯示於顯示單元。更具體而言，例如構成旋轉體之反射鏡之數量為17片，構成可以在1秒期間進行50格的攝影之情況，以0.34秒攝影挾著聚光點之區域的點形狀而能顯示於顯示單元，並且若使用被攝影到之點形狀而特定點直徑時，能夠容易實施M2係數等之光束外形之評估。
以下，針對與本發明之一實施形態有關之點形狀檢測裝置參照附件圖面，更詳細說明。
圖1、圖2表示點形狀檢測裝置之一實施形態。本實施形態之點形狀檢測裝置1具備載置點形狀檢測裝置1之主要部的基台2，和在同心圓上配設各內裝有複數反射孔6a～6q(在本實施形態中為17個)之圓柱體之旋轉體(以下，稱為「反射鏡支持器6」)，和構成該反射鏡支持器6之中心軸，貫通該反射鏡支持器6之旋轉軸5，和旋轉自如地支撐該旋轉軸5之前端部51a、後端部51b，且被豎立設置在該基台2上之支撐框3、4。另外，雖然在圖1無顯示，但是在本實施形態之點形狀檢測裝置，具備在特定周期旋轉驅動該反射鏡支持器6之驅動源亦即馬達，和附屬於該馬達而設置的編碼器，針對詳細於後述。
反射鏡6在逆時鐘方向具備在軸方向穿孔的複數反射孔6a～6q，該反射孔6a～6q係在以旋轉軸5為中心之相同圓周上以特定間隔配設。在各反射孔6a～6q之內部，如圖2表示其概略般，內裝用以反射從外部射入之雷射光線的反射鏡6a’～6q’，各反射鏡6a’～6q’分別被定位且被固定成從反射鏡支持器6之一端面61朝以箭號X表示之方向的距離不同。針對配設各反射鏡6a’～6q’之位置，及根據該位置的作用於後述。另外，雖然針對反射孔6k～6p無表示，但是反射孔6k～6p位於圖中之支撐框3之背後，以與其他反射孔相同之間隔被配設在反射鏡支持器6。
如圖2所示般，在貫通該反射鏡支持器6之中心的旋轉軸5之支持框4側之後端部51b，及應使該反射鏡支持器6旋轉驅動而被配設之馬達7之旋轉軸8之前端部81，分別被固定以相同之齒數所形成之帶齒滑輪52、82，在該帶齒滑輪52、82架設有帶齒輸送帶V。藉由該帶齒滑輪52、82和帶齒輸送帶V，不會產生該馬達7之旋轉滑動而傳達至反射鏡支持器6之旋轉軸5，藉由後述控制手段20控制該馬達7之旋轉速度，能夠正確地控制反射鏡6之旋轉周期。
本實施形態之點形狀檢測裝置1除上述構成外，配設藉由圖2具體表示之用以檢測出點形狀之光學系統手段40。該光學系統手段40例如具備成為評估對象之雷射振盪器30、聚光以雷射振盪器30振盪之雷射光線LB1的聚光透鏡31、將通過該聚光透鏡31之雷射光線LB1照射至形成有反射孔6a～6q之反射鏡支持器6之圓周上，反射以被配設在反射孔6a～6q之內部的反射鏡6a’～6q’反射的返回光LB2而朝下方變更光路徑的光束分束器32、被配設在以該光束分束器32反射的返回光LB2之光路徑上，內裝有攝影返回光LB2之點形狀的攝影元件33a的攝影手段(攝影單元)33。另外，在支撐框3形成有將通過光束分束器32之雷射光線LB1引導至反射鏡支持器6側之無圖示的開口部。再者，在圖1中雖無圖示，但是可以在圖2之光學手段中以虛線表示般，在該雷射振盪器30，和聚光透鏡31之間，具備將雷射光線LB1調整成應適合於藉由攝影手段33攝影點直徑之輸出的輸出調整手段，作為該輸出調整手段，可以配設光衰減過濾器34。
在此，針對在使反射鏡支持器6旋轉驅動之馬達7附帶配設的編碼器9，一面參照圖2、3一面予以說明。如圖2、3所示般，本實施形態之編碼器9具備被配設在馬達7之旋轉軸8之旋轉輪91，和被構成夾著該旋轉輪91之外周部的觸發產生器92。該觸發產生器92係如圖所示般，夾著該旋轉輪91具備例如發出紅外光(IR)之發光元件93、接受該紅外光的受光元件94。該旋轉輪91旋轉，從發光元件93發出之紅外光通過以均等間隔被形成在旋轉輪9之外周的縫隙91a～91q而以受光元件94受光時，表示在圖2之下方的觸發訊號S被輸出，訊號被發送至控制手段20。在此，被配設在旋轉輪91之縫隙91a～91q之開口寬被設定成在91i最窄，越離91i越寬。即是，觸發訊號S之訊號寬(成為on之長度)係在91f～91l最小(短)，在91a、91q側最大(長)。被控制成當該觸發訊號S被發送至控制手段20時，與觸發訊號S同步，開放攝影手段33之快門(無圖示)。另外，在本實施形態中，藉由調整馬達7之旋轉速度，順時鐘觀看，將藉由縫隙91f～91l快門成為on之時間設為1msec，藉由縫隙91c～91e、91m～91o快門成為on之時間設為2msec，將藉由縫隙91p～91b快門成為on之時間設為5msec。
控制手段20具備藉由電腦被構成，依照控制程式進行運算處理之中央運算處理裝置(CPU)、儲存控制程式等之唯讀記憶體(ROM)、用以暫時性地儲存檢測出之檢測值、運算結果等之能讀寫之隨機存取記憶體(RAM)、輸入介面及輸出介面(針對詳細之圖示省略)。在控制手段20不僅來自該觸發產生器92的訊號，也被輸入從攝影手段33被送出的攝影資料等，該攝影資料被記憶於隨機存取記憶體(RAM)，被顯示於適當設置在該點形狀檢測手段1之附近的顯示手段(顯示單元)m。
針對被配設在反射鏡支持器6之反射孔6a～6q內之反射鏡6a’～6q’之配設位置予以說明。在反射孔6a～6q內，分別配設一個反射雷射光線之反射鏡，被配設成反射鏡6a’～6q’之配設位置在圖2之箭號X所示之方向成為不同的位置。圖所示之反射鏡支持器6為了方便說明，從側方觀看之狀態下以穿透被配設在反射鏡6內之反射鏡的位置來表示，但是從圖明顯可知，反射鏡6a’以離反射鏡支持器6之一端面61的距離最短之方式暫時被配設在面61側，被配設成隨著成為反射鏡6b’、反射鏡6c’、…，離開一端面61，反射鏡6q’被配設在反射孔之最深的位置。
針對各反射鏡6a’～6q’之配置位置，更具體性予以說明。如上述般，藉由雷射振盪器30被振盪之雷射光線LB1係經由聚光透鏡31被聚光，在該反射鏡6a’～6q’反射，成為返回光LB2而在光束分束器32反射，被引導至攝影手段33。在此，以在反射鏡支持器6之圖中箭號X之方向位於中間的反射鏡6i被反射的返回光LB2，係以在攝影手段33之攝影元件33a上形成聚光點P之方式，即是以攝影手段33所攝影的點形狀成為最小之方式，設定其位置。該聚光點P被構成隨著反射鏡之位置(反射位置)從反射鏡6i移動至反射鏡支持器6之一端面61側，移動至攝影元件33a之下方側，隨著反射鏡之位置從反射鏡6i移動至遠離反射鏡支持器6之一端面61之側，移動至攝影元件33a之上方側。而且，以反射鏡6i為中心，反射鏡6f’～6l’在箭號X方向觀看係以1mm之間隔被配置，反射鏡6c’～6f’、6l’～6o’係以5mm間隔，反射鏡6a’～6c’、6o’～6q’係以20mm間隔被配置，被設定成可以在成為雷射光線之繞射界限的點直徑成為最小之區域附近，更精細地攝影點形狀。
本實施形態之點形狀檢測裝置1大概被構成上述般，針對其作用，一面參照圖2一面說明如下。
操作者為了評估雷射光線之品質，準備成為評估對象之雷射振盪器30，設置在特定的載置台(無圖示)而實施照射方向之調整。接著，當為了開始檢測點形狀，對控制手段20進行作業開始之指示時，馬達7開始旋轉，經由帶齒滑輪82、帶齒輸送帶V及帶齒滑輪52傳達旋轉驅動力，迫使反射鏡支持器6以特定旋轉周期旋轉。
在反射鏡支持器6之旋轉周期以特定值穩定之狀態下，迫使從雷射振盪器30以特定輸出振盪例如635nm波長之雷射光線，被照射至聚光透鏡31。並且，藉由編碼器9之旋轉輪91與馬達之旋轉軸8同時旋轉，如上述般，觸發訊號S被輸出。根據該縫隙91a～91q產生之觸發訊號S，被設定成與雷射光線LB1被射入至各反射孔6a～6q之時序同步而成為on。例如，當在以反射鏡6a’反射雷射光線LB1之時序，根據縫隙91a產生之觸發訊號S成為on時，僅在成為on之期間，開放攝影手段33之快門(無圖示)，記錄被照射至攝影元件33a上之返回光LB2之點形狀，發送至控制手段20且予以記憶。並且，在反射鏡支持器6旋轉，在反射鏡6b’反射之返回光LB2到達至攝影手段33之時，根據基於縫隙91b產生之觸發訊號S，開放攝影手段33之快門而攝影被形成在攝影元件33a上之點形狀，攝影資料被發送至控制手段20。以下，同樣，在反射鏡6c’～6q’反射之返回光LB2到達至攝影手段33之時，根據基於縫隙91c～91q產生之觸發訊號S，開放攝影手段33之快門，藉由各反射鏡6c’～6q’之反射而被形成在攝影元件33a上之點形狀被記錄於控制手段20。
另外，因聚光點P之位置越接近於攝影元件33a，在攝影元件33a受光的光線之光密度越高，故藉由縫隙91a～91q所生成之觸發訊號S之on時間被設定成較短，聚光點P越離攝影元件33a，該on時間被設定成相對較長，進行曝光時間之調整，以防止攝影元件33a之損傷，且適當地攝影被攝影的點形狀。因該縫隙91a～91q所產生的on時間，僅在雷射光線LB1在各反射鏡6a’～6q’被反射之時間有效，故將反射孔6a～6q之孔形狀和藉由反射鏡支持器6之旋轉周期被確定的各反射鏡6a’～6q’之反射時間設為最長，而調整快門被開放之時間，即是快門速度，調整藉由攝影手段33所攝影的點形狀之亮度。
如上述般，攝影在各反射鏡6a’～6q’被反射之返回光LB2之點形狀，被記錄於控制手段20時，使所攝影到之點形狀與各反射孔6a～6q建立關連性，顯示於被連接於控制手段20之顯示手段m(參照圖2)。
被攝影到之點形狀與各反射孔6a～6q建立關連性而被顯示於顯示手段m，同時根據被記憶於控制手段20之點形狀，算出在攝影手段33所擷取的點形狀之點直徑。點直徑之算出使用根據以攝影手段33所攝影到之畫像被特定的D4σ。該D4σ係以強度分布之標準偏差σ之4倍被規定者，作為特定雷射光線之光束直徑之手法，藉由ISO國際標準規格被規定，針對詳細，因為眾知，故在此省略其說明。若藉由D4σ檢測出以各反射鏡6a’～6q’被反射之返回光的點直徑時，與各反射鏡6a’～6q’建立關連性而記憶於控制手段20。
在圖4，縱軸表示以上述各反射鏡6a’～6q’被反射之返回光LB2被形成在攝影元件33a上之點之點直徑d（μm），橫軸表示算出該點直徑之時，反射雷射光線之反射鏡之位置(mm)，以實線L1表示描繪與各反射鏡之配設位置對應之點直徑而連結各點之線。該反射鏡之位置係以事先被定成在攝影元件33a上形成聚光點P之反射鏡6i之位置作為基準點(O)，規定成聚光點P被形成在較攝影元件33a更下方(參照圖2)側的位置成為負值，被形成在上方之側的位置成為正值。在此，在圖4中，一併表示假設在從雷射振盪器30照射理想的高斯光束之情況下被形成的點直徑之值並予以連結的虛線L2。假設本實施形態之雷射振盪器30為理想之高斯光束，縮小被照射至繞射界限之雷射光線之情況的點直徑d0，如在虛線L2上以點直徑最小的點P0所示般為42.00μm。對此，將實際所測量的雷射振盪器30之雷射光線縮小至繞射界限之時的點直徑d，如圖中點P1所示般為50.00μm，根據以該些點P0、P1所示之點直徑，算出M2係數。
另外，一般的M2係數雖然以運算式：M2=θ･d/θ0･d0(θ0為理想的高斯光束之發散角，θ為實際所測量的雷射光線之發散角所求出，但是，在θ和θ0之差小之情況下可以視為θ/θ0≒1，以M2=d/d0來運算，當θ不視為θ0之情況下，若求出發散角θ、θ0，代入求出M2係數之上述運算式即可。藉由上述，可理解被評估成M2係數為越接近於1之值時，從雷射振盪器30被振盪之雷射光線之品質越佳。
根據本發明構成之上述實施形態，如上述般，藉由反射對旋轉體照射的雷射光線，配設使聚光點位置變化之複數反射鏡，藉由驅動源使該旋轉體旋轉，依此可以在短時間容易攝影聚光點附近之點形狀，將所攝影到之畫像顯示於顯示裝置。而且，根據所檢測出之點形狀，能夠容易評估雷射振盪器。
本發明並不限定於上述實施形態，只要含在本發明之技術範圍，就可以假設各種變形例。在上述實施形態中，雖然從藉由攝影手段33所攝影到之點形狀算出點直徑，求出M2係數，進行雷射光線之評估，但是並非限定於一定要求出M2係數。即使不算出M2係數，觀察被顯示於顯示手段m之點形狀而評估雷射光線之品質亦可。在此情況下，可以根據所攝影到之點形狀為理想的雷射光線之情況下所形成的形狀，實施雷射光線之評估。
在本實施形態之編碼器9中，雖然將旋轉輪91配設在馬達7之旋轉軸8，但是並不限定於此，即使配設在反射鏡支持器6之旋轉軸5亦可。並且，在本實施形態中，雖然以D4σ算出點直徑，但是並不限定於此，例如即使依照一般所使用的其他光束直徑之定義((10/90、20/80刀緣、1/e2 、D86等)而算出亦可。
1‧‧‧點形狀檢測器2‧‧‧基台3、4‧‧‧支撐框5‧‧‧反射鏡支持器旋轉軸51a‧‧‧前端部51b‧‧‧後端部52‧‧‧帶齒滑輪6‧‧‧反射鏡支持器6a～6q‧‧‧反射孔6a’～6q’‧‧‧反射鏡7‧‧‧馬達8‧‧‧馬達旋轉軸82‧‧‧帶齒滑輪9‧‧‧編碼器91‧‧‧旋轉輪91a～91q‧‧‧縫隙92‧‧‧觸發產生器93‧‧‧發光元件94‧‧‧受光元件M‧‧‧顯式手段(顯示單元)V‧‧‧帶齒輸送帶
圖1表示點形狀檢測裝置之全體斜視圖的圖示。 　　圖2為用以說明圖1所示之點形狀檢測裝置之光學系統手段的方塊圖。 　　圖3為表示圖1所示之點形狀檢測裝置之編碼器之概略的概略圖。 　　圖4為表示藉由圖1所示之點形狀檢測裝置所檢測出之點直徑，和反射鏡之配設位置之關連的曲線圖。
1:點形狀檢測器
2:基台
3、4:支撐框
5:反射鏡支持器旋轉軸
6:反射鏡支持器
6a~6q:反射孔
30:雷射振盪器
31:聚光透鏡
32:光束分束器
33:攝影手段(攝影單元)
33a:攝影元件
40:光學系統手段
51a:前端部
51b:後端部
61:端面
LB1:雷射光線
LB2:返回光

Claims (4)

  1. 一種點形狀檢測裝置，其係檢測出從雷射振盪器被振盪之雷射光線的點形狀，該點形狀檢測裝置之特徵在於，包含：聚光透鏡，其係聚光雷射振盪器振盪的雷射光線；旋轉體，其係在同心圓上配設反射通過該聚光透鏡之雷射光線的複數反射鏡；驅動源，其係以特定周期使該旋轉體旋轉；光束分束器，其係分歧藉由該旋轉體之該複數反射鏡而被反射之雷射光線的返回光；攝影單元，其係被配設在該返回光藉由該光束分束器被分歧之方向上，攝影該返回光之點形狀；及顯示單元，其係使藉由該攝影單元所攝影到的畫像與該複數反射鏡建立關連性而予以顯示，該複數反射鏡係以使該旋轉體朝特定方向旋轉之時，以該複數反射鏡依序反射之雷射光線之返回光之聚光點，逐漸接近該攝影單元之攝影位置而到達該攝影位置，且從該攝影位置逐漸遠離之方式，被配設在該旋轉體。
  2. 如請求項1所記載之點形狀檢測裝置，其中被構成為該攝影單元之快門與該旋轉體之各反射鏡所致的雷射光線之反射時期同步而動作。
  3. 如請求項1或2所記載之點形狀檢測裝置，其中將雷射光線被照射至各反射鏡且反射之時間設為最長，而調整該攝影單元之快門之開放時間，依此調整以該攝影單元所擷取的該雷射光線之返回光的亮度。
  4. 如請求項1或2所記載之點形狀檢測裝置，其中在該聚光透鏡之前配設衰減過濾器。
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