CN108568601B - 激光加工方法和激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

提供激光加工方法和激光加工装置，实现激光加工品质的进一步提高。激光加工方法包含：第一照射工序，照射具有比通过对被加工物照射激光光线而产生的电子激发的时间短的脉冲宽度的第一激光光线(LB1)；和第二照射工序，在电子激发时间内照射接下来的第二激光光线(LB2)。激光加工装置(2)包含：保持单元(6)，其对被加工物进行保持；和激光光线照射单元(10)，其对保持在保持单元上的被加工物照射激光光线(LB)。激光光线照射单元具有激光振荡器(44)，该激光振荡器振荡出具有比通过对被加工物照射激光光线而产生的电子激发的时间短的脉冲宽度的脉冲激光光线(LB)，该激光加工装置在对被加工物照射第一激光光线而产生的电子激发的时间内照射接下来的第二激光光线。

Description

激光加工方法和激光加工装置
技术领域
本发明涉及激光加工方法和激光加工装置，能够实现加工品质的提高。
背景技术
由交叉的多条分割预定线划分而在正面上形成有IC、LSI等多个器件的晶片被激光加工装置分割成各个器件芯片，分割得到的各器件芯片被应用于移动电话、个人计算机等电子设备中。
激光加工装置存在下述(1)至(3)的类型，考虑到被加工物的种类和加工条件而选择适当的激光加工装置。
(1)照射对于被加工物具有吸收性的波长的脉冲激光光线而实施烧蚀加工并沿分割预定线形成槽而分割成各个器件芯片的类型(例如参照专利文献1。)
(2)将对于被加工物具有透过性的波长的脉冲激光光线的聚光点定位在分割预定线的内部而对晶片照射脉冲激光光线而在分割预定线的内部形成改质层，之后，对晶片施加外力而分割成各个器件芯片的类型(例如参照专利文献2。)
(3)将对于被加工物具有透过性的波长的脉冲激光光线的聚光区域定位在与分割预定线对应的晶片的内部而对晶片照射脉冲激光光线，形成从分割预定线的正面到背面的多个细孔和围绕各细孔的非晶质，将晶片分割成各个器件芯片的类型(例如参照专利文献3。)。
专利文献1：日本特开平10-305420号公报
专利文献2：日本特许第3408805号公报
专利文献3：日本特开2014-221483号公报
激光加工的品质不仅取决于激光振荡器所振荡出的激光光线的输出、重复频率、脉冲宽度、光斑直径，还取决于包含被加工物的进给速度在内的各加工要素，适当调整各加工要素而设定加工条件。但是，为了实现激光加工的品质的进一步提高，在所述的加工要素的以往的调整中存在界限。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供激光加工方法和激光加工装置，实现激光加工的品质的进一步提高。
根据本发明的第1方面，提供激光加工方法，对被加工物照射激光光线而实施加工，其中，该激光加工方法具有如下的工序：第一照射工序，照射第一激光光线，该第一激光光线具有比通过对被加工物照射激光光线而产生的电子激发的时间短的脉冲宽度；以及第二照射工序，在该电子激发时间内照射接下来的第二激光光线。
优选在实施了该第一照射工序和该第二照射工序之后，空出使产生于被加工物的热量放出的时间以上的时间而实施接下来的该第一照射工序和该第二照射工序。
根据本发明的第2方面，提供激光加工装置，其中，该激光加工装置具有：卡盘工作台，其对被加工物进行保持；以及激光光线照射单元，其对保持在该卡盘工作台上的被加工物照射激光光线，该激光光线照射单元包含激光振荡器，该激光振荡器振荡出脉冲激光光线，该脉冲激光光线具有比通过对被加工物照射激光光线而产生的电子激发的时间短的脉冲宽度，该激光加工装置在对被加工物照射第一激光光线而产生的电子激发的时间内照射接下来的第二激光光线。
优选在照射了该第一激光光线和该第二激光光线之后，空出使产生于被加工物的热量放出的时间以上的时间而照射接下来的该第一激光光线和该第二激光光线。
根据本发明的激光加工方法，在围绕着构成被加工物的原子的电子被第一激光光线激活的状态下照射接下来的第二激光光线，促进加工而实现激光加工的品质的提高。
根据本发明的激光加工装置，由于在对被加工物照射第一激光光线而产生的电子激发的时间内照射接下来的第二激光光线，所以在围绕着构成被加工物的原子的电子被第一激光光线激活的状态下照射接下来的第二激光光线，促进加工而实现激光加工的品质的提高。
附图说明
图1是示出本发明实施方式的激光加工装置的立体图。
图2是第一实施方式的激光光线照射单元的框图。
图3是对晶片照射激光光线的状态的立体图。
图4是第二实施方式的激光光线照射单元的框图。
图5是第三实施方式的激光光线照射单元的框图。
图6是第四实施方式的激光光线照射单元的框图。
标号说明
2：激光加工装置；6：保持单元；10：激光光线照射单元(第一实施方式)；44：激光振荡器；LB：脉冲激光光线；LB1：第一脉冲激光光线；LB2：第二脉冲激光光线；80：激光加工装置(第二实施方式)；82：激光光线照射单元；100：激光加工装置(第三实施方式)；102：激光光线照射单元；104：激光振荡器；LB’：脉冲激光光线；LB1’：第一脉冲激光光线；LB2’：第二脉冲激光光线；120：激光加工装置(第四实施方式)；122：激光光线照射单元；124：激光振荡器；LB”：脉冲激光光线；LB1”：第一脉冲激光光线；LB2”：第二脉冲激光光线。
具体实施方式
首先，参照图1至图3对根据本发明而构成的激光加工装置的第一实施方式和使用该激光加工装置的激光加工方法进行说明。
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移动；激光光线照射单元10，其对保持在保持单元6上的被加工物照射脉冲激光光线；以及拍摄单元12，其对保持在保持单元6上的被加工物进行拍摄。
如图1所示，保持单元6包含：矩形的X方向可动板14，其以在X方向上自由移动的方式搭载在基台4上；矩形的Y方向可动板16，其以在Y方向上自由移动的方式搭载在X方向可动板14上；圆筒状的支柱18，其固定在Y方向可动板16的上表面上；以及矩形的盖板20，其固定在支柱18的上端。在盖板20上形成有沿Y方向延伸的长孔20a，穿过长孔20a而向上方延伸的圆形的卡盘工作台22以自由旋转的方式搭载在支柱18的上端。在卡盘工作台22的上表面上配置有圆形的吸附卡盘24，该吸附卡盘24由多孔质材料形成，实际上呈水平延伸，吸附卡盘24通过流路与吸引单元(未图示。)连接。并且，在卡盘工作台22中，通过吸引单元在吸附卡盘24的上表面上生成吸引力，从而能够对载置在吸附卡盘24的上表面上的被加工物进行吸附而进行保持。并且，在卡盘工作台22的周缘，沿周向隔开间隔地配置有多个夹具26。另外，X方向是图1中箭头X所示的方向，Y方向是图1中箭头Y所示的方向，是与X方向垂直的方向。由X方向和Y方向规定的平面实际上是水平的。
移动单元8包含：X方向移动单元28，其使卡盘工作台22在X方向上移动；Y方向移动单元30，其使卡盘工作台22在Y方向上移动；以及旋转单元(未图示。)，其使卡盘工作台22以沿上下方向延伸的轴线为中心进行旋转。X方向移动单元28具有：滚珠丝杠32，其在基台4上沿X方向延伸；以及电动机34，其与滚珠丝杠32的一端部连结。滚珠丝杠32的螺母部(未图示。)固定在X方向可动板14的下表面上。并且，X方向移动单元28通过滚珠丝杠32将电动机34的旋转运动转换成直线运动而传递到X方向可动板14，使X方向可动板14沿着基台4上的导轨4a在X方向上进退，由此使卡盘工作台22在X方向上进退。Y方向移动单元30具有：滚珠丝杠36，其在X方向可动板14上沿Y方向延伸；以及电动机38，其与滚珠丝杠36的一端部连结。滚珠丝杠36的螺母部(未图示。)固定在Y方向可动板16的下表面。并且，Y方向移动单元30通过滚珠丝杠36将电动机38的旋转运动转换成直线运动而传递到Y方向可动板16，使Y方向可动板16沿着X方向可动板14上的导轨14a在Y方向上进退，由此，使卡盘工作台22在Y方向上进退。旋转单元具有内设于支柱18的电动机(未图示。)，使卡盘工作台22以沿上下方向延伸的轴线为中心相对于支柱18进行旋转。
激光光线照射单元(激光光线照射单元)10包含：框体40，其从基台4的上表面向上方延伸，接着实际上水平延伸；聚光器42，其配置在框体40的前端下表面；以及聚光点位置调整单元(未图示。)。在聚光器42中内设有聚光透镜42a，该聚光透镜42a用于使激光光线会聚在保持单元6的卡盘工作台22所保持的被加工物中而进行照射。并且，拍摄单元(拍摄单元)12与聚光器42沿X方向隔开间隔地附设在框体40的前端下表面上。
当参照图2进行说明时，激光光线照射单元10包含：激光振荡器44，其振荡出具有比通过对晶片等被加工物照射激光光线而产生的电子激发的时间(以下，称为“电子激发时间”)短的脉冲宽度的脉冲激光光线LB；第一偏光分束器50，其对激光振荡器44所振荡出的脉冲激光光线LB进行分支而将第一脉冲激光光线LB1引导至第一光路46，并且将第二脉冲激光光线LB2引导至第二光路48；光延迟光学体52，其配设在第二光路48上，使第二脉冲激光光线LB2相对于第一脉冲激光光线LB1按照未满电子激发时间的时间延迟；以及第二偏光分束器54，其使第一光路46和第二光路48合流。在第一实施方式中如图2所示的那样，激光光线照射单元10还包含：衰减器56，其对激光振荡器44所振荡出的脉冲激光光线LB的输出进行调整；1/2波长板58，其配设在激光振荡器44与第一偏光分束器50之间(在本实施方式中为衰减器56与第一偏光分束器50之间)；第一反射镜60，其使第一光路46呈直角弯曲而将第一脉冲激光光线LB1引导至第二偏光分束器54；以及第二反射镜62，其使第二光路48呈直角弯曲而将第二脉冲激光光线LB2引导至第二偏光分束器54。
激光振荡器44所振荡出的脉冲激光光线LB的脉冲宽度比电子激发时间短，例如在电子激发时间大约为8ps(8×10-12秒)、蓝宝石(Al2O3)为被加工物的情况下，脉冲宽度优选设定为约1ps。激光振荡器44所振荡出的脉冲激光光线LB的波长为355nm、1064nm等，根据加工的种类而适当确定。激光振荡器44所振荡出的脉冲激光光线LB被衰减器56调整为与加工的种类对应的适当的输出而入射到1/2波长板58。入射到1/2波长板58的脉冲激光光线LB被1/2波长板58适当(例如均等地)调整为偏光面相对于第一偏光分束器50为P偏光的P偏光成分的光量和偏光面相对于第一偏光分束器50为S偏光的S偏光成分的光量。第一偏光分束器50使所入射的脉冲激光光线LB中的P偏光成分透过而将第一脉冲激光光线LB1引导至第一光路46，对所入射的脉冲激光光线LB中的S偏光成分进行反射而将第二脉冲激光光线LB2引导至第二光路48。引导至第一光路46的第一脉冲激光光线LB1被第一反射镜60反射而入射到第二偏光分束器54。另一方面，引导至第二光路48的第二脉冲激光光线LB2被第二反射镜62反射而入射到光延迟光学体52。光延迟光学体52例如可以由在第二光路48的行进方向上具有规定的长度的玻璃片构成。第二光路48的行进方向上的光延迟光学体52的长度由延迟时间以及光延迟光学体52的折射率来确定，其中，光延迟光学体52使第二脉冲激光光线LB2相对于第一脉冲激光光线LB1按照未满电子激发时间的时间延迟。例如，当电子激发时间大约为8ps、蓝宝石为被加工物时，优选延迟时间被设定为大约4ps，为了在光延迟光学体52由折射率为1.5的玻璃片形成的情况下产生4ps的延迟时间，第二光路48的行进方向上的光延迟光学体52的长度大约为2.5mm。然后，透过了光延迟光学体52的第二脉冲激光光线LB2相对于第一脉冲激光光线LB1按照未满电子激发时间的规定的延迟时间延迟而入射到第二偏光分束器54。另外，光延迟光学体52只要使第一脉冲激光光线LB1和第二脉冲激光光线LB2中的一方相对于第一脉冲激光光线LB1和第二脉冲激光光线LB2中的另一方相对地延迟即可，因此也可以配设在第一路径46上而使第一脉冲激光光线LB1相对于第二脉冲激光光线LB2按照未满电子激发时间的规定的延迟时间延迟。
本实施方式的第二偏光分束器54使所入射的脉冲激光光线LB中的P偏光成分透过，并且对所入射的脉冲激光光线LB中的S偏光成分进行反射而转换光路。关于第二偏光分束器54同样是偏光面相对于第二偏光分束器54为P偏光的第一脉冲激光光线LB1透过第二偏光分束器54，偏光面相对于第二偏光分束器54为S偏光的第二脉冲激光光线LB2被第二偏光分束器54反射而转换光路，因此，通过第二偏光分束器54来合流第一光路46和第二光路48。然后，第一脉冲激光光线LB1被聚光透镜42a会聚而照射到被加工物上，并且第二脉冲激光光线LB2相对于第一脉冲激光光线LB1按照未满电子激发时间的规定的延迟时间延迟而被聚光透镜42a会聚而照射到被加工物上。即，激光光线照射单元10能够在对被加工物照射第一脉冲激光光线LB1而产生的电子激发的时间内对被加工物照射接下来的第二脉冲激光光线LB2。
关于激光振荡器44所振荡出的脉冲激光光线LB的重复频率，优选将其设定为小于等于用1秒除以在对被加工物照射了第一脉冲激光光线LB1和第二脉冲激光光线LB2之后使产生于被加工物的热量放出的时间而得的值。例如，在因激光光线的照射而产生于被加工物的热量放出的时间(以下，称为“热放出时间”)大约为1μs(1×10-6秒)、蓝宝石为被加工物的情况下，由于用1秒除以蓝宝石的热放出时间而得的值为1×106，所以优选激光振荡器44所振荡出的脉冲激光光线LB的重复频率被设定为小于等于1MHz(1×106Hz)。通过以这种方式设定重复频率，激光光线照射单元10在对被加工物照射了第一脉冲激光光线LB1和第二脉冲激光光线LB2之后，空出热放出时间以上的时间而对被加工物照射下一次的第一脉冲激光光线LB1和第二脉冲激光光线LB2。由此，抑制了被加工物受到因激光加工产生的热影响，实现了激光加工的品质的提高。
图3所示的圆盘状的晶片70的正面70a被形成为格子状的多条分割预定线72划分成多个矩形区域，在多个矩形区域中分别形成有IC、LSI等器件74。在本实施方式中，在周缘被环状框架76固定的粘合带78上粘贴有晶片70的背面。另外，也可以将晶片70的正面70a粘贴在粘合带78上。
在使用激光加工装置2对晶片70实施激光加工时，首先，实施晶片保持工序，使晶片70的正面70a朝上而将晶片70保持在卡盘工作台22的上表面上，并且利用多个夹具26来固定环状框架76的外周缘部。接着，实施对准工序，利用拍摄单元12从上方对晶片70进行拍摄，根据拍摄单元12所拍摄到的晶片70的图像，利用移动单元8使卡盘工作台22移动和旋转，从而使格子状的分割预定线72与X方向和Y方向对齐。接着，实施聚光点位置调整工序，将聚光器42定位在与X方向对齐的分割预定线72的一端部的上方，并利用聚光点位置调整单元使聚光器42升降，从而对聚光点的上下方向位置进行调整。另外，聚光点的直径为1μm～20μm等，根据加工的种类来适当确定。
接着，实施照射具有比通过对晶片70照射激光光线而产生的电子激发的时间短的脉冲宽度的第一脉冲激光光线LB1的第一照射工序和在晶片70的电子激发时间内照射接下来的第二脉冲激光光线LB2的第二照射工序。如上述那样，在激光加工装置2中，激光振荡器44所振荡出的脉冲激光光线LB的脉冲宽度被设定为比被加工物的电子激发时间短，并且能够在对被加工物照射第一脉冲激光光线LB1而产生的电子激发的时间内对被加工物照射接下来的第二脉冲激光光线LB2，因此能够通过使用激光加工装置2来实施第一照射工序和第二照射工序。通过实施第一照射工序和第二照射工序，在围绕着构成晶片70的原子的电子被第一脉冲激光光线LB1激活的状态下照射接下来的第二脉冲激光光线LB2，因而促进加工而实现激光加工的品质的提高。例如，在进行改质层形成加工的情况下，照射对于晶片70具有透过性的激光光线而在分割预定线72的内部形成改质层，通过实施第一照射工序和第二照射工序而能够沿激光光线的入射方向在分割预定线72的内部形成比较长的改质层。在实施了最初的第一照射工序和第二照射工序之后，如图3所示，一边通过X方向移动单元28在X方向上对卡盘工作台22以规定的加工进给速度(例如500mm/s即可，考虑到重复频率而适当确定)相对于聚光点进行加工进给，一边沿着分割预定线72实施使第一照射工序和第二照射工序交替地重复进行的分割加工。一边通过Y方向移动单元30在Y方向上按照分割预定线72的间隔对卡盘工作台22相对于聚光点进行转位进给，一边对与X方向对齐后的全部的分割预定线72实施分割加工。并且，在通过旋转单元使卡盘工作台22旋转90度之后，一边进行转位进给一边进行分割加工，对与先实施了分割加工的分割预定线72垂直的全部的分割预定线72也实施分割加工。由此，能够通过提高了加工品质的激光加工将晶片70分割成具有器件74的各个芯片。
在实施分割加工时，优选通过将激光振荡器44所振荡出的脉冲激光光线LB的重复频率设定为小于等于用1秒除以在对晶片70照射了第一脉冲激光光线LB1和第二脉冲激光光线LB2之后使产生于晶片70的热量放出的时间而得的值，从而在实施了第一照射工序和第二照射工序之后空出使产生于晶片70的热量放出的时间以上的时间而实施接下来的第一照射工序和第二照射工序。由此，抑制了晶片70受到因激光加工产生的热影响，实现了激光加工的品质的提高。
接着，参照图3和图4对根据本发明而构成的激光加工装置的第二实施方式和使用该激光加工装置的激光加工方法进行说明。另外，在第二实施方式中，对与第一实施方式相同的构成要素赋予相同的标号并省略其说明。
如图4所示，激光加工装置80的激光光线照射单元82包含激光振荡器44、第一偏光分束器50以及第二偏光分束器54，由相同材质的光纤形成第一光路84和第二光路86，从激光振荡器44振荡出的脉冲激光光线LB被第一偏光分束器50分支而利用第一光路84来引导第一脉冲激光光线LB1，从激光振荡器44振荡出的脉冲激光光线LB被第一偏光分束器50分支而利用第二光路86来引导第二脉冲激光光线LB2。在激光光线照射单元82中，第二光路86的光路长度形成为按照规定的长度比第一光路84的光路长度长，当第一脉冲激光光线LB1通过第一光路84并且第二脉冲激光光线LB2通过第二光路86时，第二脉冲激光光线LB2相对于第一脉冲激光光线LB1按照未满电子激发时间的规定的延迟时间延迟。因此，在第二实施方式中，由形成为按照规定的长度比第一光路84长的第二光路86来构成光延迟光学体。第一光路84与第二光路86之间的光路长度差由延迟时间来确定。例如，在电子激发时间大约为8ps、蓝宝石为被加工物时，优选延迟时间被设定为大约4ps，为了产生4ps的延迟时间，在光纤的折射率为1.5的情况下，第一光路84与第二光路86之间的光路长度差大约为2.5mm。另外，也可以使第一光路84形成为按照规定的长度比第二光路86长，以使得第一脉冲激光光线LB1相对于第二脉冲激光光线LB2按照未满电子激发时间的规定的延迟时间延迟。并且，在第二实施方式中，如图4所示，激光光线照射单元82还包含衰减器56、1/2波长板58、准直透镜88以及反射镜90。
第一脉冲激光光线LB1在通过第一光路84和第二偏光分束器54之后被准直透镜88转换成平行光，接着光路通过反射镜90而被转换，然后被聚光透镜42a会聚而照射到被加工物上。并且，在第二脉冲激光光线LB2通过第二光路86而相对于第一脉冲激光光线LB1按照未满电子激发时间的规定的延迟时间延迟而通过第二偏光分束器54之后，被准直透镜88转换成平行光，接着光路通过反射镜90而被转换，然后被聚光透镜42a会聚而照射到被加工物上。即，激光光线照射单元82能够在对被加工物照射第一脉冲激光光线LB1而产生的电子激发的时间内对被加工物照射接下来的第二脉冲激光光线LB2。
在使用激光加工装置80对晶片70实施激光加工时，与第一实施方式同样，首先实施晶片保持工序，接着实施对准工序，之后，实施聚光点位置调整工序。接着，实施照射具有比通过对晶片70照射激光光线而产生的电子激发的时间短的脉冲宽度的第一脉冲激光光线LB1的第一照射工序和在晶片70的电子激发时间内照射接下来的第二脉冲激光光线LB2的第二照射工序。如上述那样，在激光加工装置80中，激光振荡器44所振荡出的脉冲激光光线LB的脉冲宽度被设定为比被加工物的电子激发时间短，并且能够在对被加工物照射第一脉冲激光光线LB1而产生的电子激发的时间内对被加工物照射接下来的第二脉冲激光光线LB2，因此能够通过使用激光加工装置80来实施第一照射工序和第二照射工序。通过实施第一照射工序和第二照射工序，在围绕着构成晶片70的原子的电子被第一脉冲激光光线LB1激活的状态下照射接下来的第二脉冲激光光线LB2，促进加工而实现激光加工的品质的提高。在实施了最初的第一照射工序和第二照射工序之后，如图3所示，一边通过X方向移动单元28在X方向上对卡盘工作台22以规定的加工进给速度(例如500mm/s即可，考虑到重复频率而适当确定)相对于聚光点进行加工进给，一边沿着分割预定线72实施使第一照射工序和第二照射工序交替地重复进行的分割加工。一边通过Y方向移动单元30在Y方向上按照分割预定线72的间隔对卡盘工作台22相对于聚光点进行转位进给，一边对与X方向对齐后的全部的分割预定线72实施分割加工。并且，在通过旋转单元使卡盘工作台22旋转90度之后，一边进行转位进给一边进行分割加工，对与先实施了分割加工的分割预定线72垂直的全部的分割预定线72也实施分割加工。由此，能够通过提高了加工品质的激光加工将晶片70分割成各个器件74。
在第二实施方式中，在实施分割加工时，也将激光振荡器44所振荡出的脉冲激光光线LB的重复频率设定为小于等于用1秒除以在对晶片70照射了第一脉冲激光光线LB1和第二脉冲激光光线LB2之后使产生于晶片70的热量放出的时间而得的值，由此，优选在实施了第一照射工序和第二照射工序之后，空出使产生于晶片70的热量放出的时间以上的时间而实施接下来的第一照射工序和第二照射工序。由此，抑制了晶片70受到因激光加工产生的热影响，实现了激光加工的品质的提高。
接着，参照图3和图5对根据本发明而构成的激光加工装置的第三实施方式和使用该激光加工装置的激光加工方法进行说明。另外，在第三实施方式中，对与第一实施方式相同的构成要素赋予相同的标号并省略其说明。
如图5所示，激光加工装置100的激光光线照射单元102包含：激光振荡器104，其振荡出具有比电子激发时间短的脉冲宽度的脉冲激光光线LB’，并且设定重复频率以使得在电子激发时间内振荡出至少两个脉冲激光光线LB’；间除单元106，其配设在激光振荡器104与聚光器42的聚光透镜42a之间，通过按照规定的周期对脉冲激光光线LB’进行间隔剔除而将加工所需的脉冲激光光线LB’引导至聚光器42的聚光透镜42a；放大器108，其配设在间除单元106与聚光器42的聚光透镜42a之间，使加工所需的脉冲激光光线LB’的输出增大；反射镜110，其对由放大器108放大的脉冲激光光线LB’的光路进行转换而将脉冲激光光线LB’引导至聚光器42的聚光透镜42a。
激光振荡器104所振荡出的脉冲激光光线LB’的脉冲宽度比电子激发时间短，例如，在电子激发时间大约为8ps(8×10-12秒)、蓝宝石(Al2O3)为被加工物的情况下，脉冲宽度优选设定为大约1ps。激光振荡器104所振荡出的脉冲激光光线LB’的波长为355nm、1064nm等，根据加工的种类来适当确定。并且，激光振荡器104所振荡出的脉冲激光光线LB’的重复频率被设定为在电子激发时间内振荡出至少两个脉冲激光光线LB’，例如，在电子激发时间大约为8ps、蓝宝石为被加工物的情况下，重复频率优选设定为250GHz(250×109Hz)，由此，脉冲激光光线LB’的振荡间隔为4ps，激光振荡器104能够在蓝宝石的电子激发时间内振荡出至少两个脉冲激光光线LB’。这样，在激光振荡器104中，振荡出具有比电子激发时间短的脉冲宽度的脉冲激光光线LB’，并且设定重复频率以使得在电子激发时间内振荡出至少两个脉冲激光光线LB’，因此激光光线照射单元102能够在对被加工物照射第一脉冲激光光线LB1’而产生的电子激发的时间内对被加工物照射接下来的第二脉冲激光光线LB2’。
在本实施方式中，如图5所示，间除单元106包含：AOD(声光元件)112，其根据所施加的电压信号来变更光路；以及阻尼器114，其吸收变更了光路的脉冲激光光线LB’。关于AOD 112，当没有施加电压信号时，AOD 112将激光振荡器104所振荡出的脉冲激光光线LB’引导至放大器108，当施加规定的电压信号时，AOD 112将激光振荡器104所振荡出的脉冲激光光线LB’引导至阻尼器114。优选间除单元106对脉冲激光光线LB’进行间除，以使得从对被加工物照射至少两个脉冲激光光线LB’之后到对被加工物照射接下来的至少两个脉冲激光光线LB’为止的时间大于等于在对被加工物照射了前面的至少两个脉冲激光光线LB’之后放出产生于被加工物的热量的时间。由此，抑制了被加工物受到因激光加工产生的热影响，实现了激光加工的品质的提高。例如，在热放出时间大约为1μs(1×10-6秒)、蓝宝石为被加工物的情况下，如图5所示，优选通过间除单元106对脉冲激光光线LB’进行间除，以使得从对被加工物照射第一脉冲激光光线LB1’和第二脉冲激光光线LB2’之后到对被加工物照射接下来的第一脉冲激光光线LB1’和第二脉冲激光光线LB2’为止的时间大于等于蓝宝石的热放出时间(大约1μs)。在图5中用虚线示出了被间除单元106间除后的脉冲激光光线LB’。并且，在本实施方式中，在激光振荡器104所振荡出的脉冲激光光线LB’的大部分被间除单元106间除时，由于在间除单元106与聚光透镜42a之间配设有使脉冲激光光线LB’的输出增大的放大器108，所以激光振荡器104所振荡出的脉冲激光光线LB’的输出可以比较小，因此抑制了能量效率的降低。
在使用激光加工装置100对晶片70实施激光加工时，与第一·第二实施方式同样，首先实施晶片保持工序，接着实施对准工序，之后，实施聚光点位置调整工序。接着，实施照射具有比通过对晶片70照射激光光线而产生的电子激发的时间短的脉冲宽度的第一脉冲激光光线LB1’的第一照射工序和在晶片70的电子激发时间内照射接下来的第二脉冲激光光线LB2’的第二照射工序。如上述那样，在激光加工装置100中，激光振荡器104所振荡出的脉冲激光光线LB’的脉冲宽度被设定为比被加工物的电子激发时间短，并且能够在对被加工物照射第一脉冲激光光线LB1’而产生的电子激发的时间内对被加工物照射接下来的第二脉冲激光光线LB2’，因此能够通过使用激光加工装置100来实施第一照射工序和第二照射工序。通过实施第一照射工序和第二照射工序，在围绕着构成晶片70的原子的电子被第一脉冲激光光线LB1’激活的状态下照射接下来的第二脉冲激光光线LB2’，促进加工而实现激光加工的品质的提高。在实施了最初的第一照射工序和第二照射工序之后，如图3所示，一边通过X方向移动单元28在X方向上对卡盘工作台22以规定的加工进给速度(例如500mm/s即可，考虑到重复频率而适当确定)相对于聚光点进行加工进给，一边沿着分割预定线72实施使第一照射工序和第二照射工序交替地重复进行的分割加工。一边通过Y方向移动单元30在Y方向上按照分割预定线72的间隔对卡盘工作台22相对于聚光点进行转位进给，一边对与X方向对齐后的全部的分割预定线72实施分割加工。并且，在通过旋转单元使卡盘工作台22旋转90度之后，一边进行转位进给一边进行分割加工，对与先实施了分割加工的分割预定线72垂直的全部的分割预定线72也实施分割加工。由此，能够通过提高了加工品质的激光加工将晶片70分割成具有器件74的各个芯片。
在实施分割加工时，优选通过间除单元106对脉冲激光光线LB’进行间除，以使得从对晶片70照射第一脉冲激光光线LB1’和第二脉冲激光光线LB2’之后到对晶片70照射接下来的第一脉冲激光光线LB1’和第二脉冲激光光线LB2’为止的时间大于等于在对晶片70照射了前面的第一脉冲激光光线LB1’和第二脉冲激光光线LB2’之后放出产生于晶片70的热量的时间。由此，抑制了晶片70受到因激光加工产生的热影响，实现了激光加工的品质的提高。
接着，参照图3和图6对根据本发明而构成的激光加工装置的第四实施方式和使用该激光加工装置的激光加工方法进行说明。另外，在第四实施方式中，对与第一实施方式相同的构成要素赋予相同的标号并省略其说明。
如图6所示，激光加工装置120的激光光线照射单元122包含：激光振荡器124，其振荡出具有比电子激发时间短的脉冲宽度的脉冲激光光线LB”；以及偏光分束器130，其对激光振荡器124所振荡出的脉冲激光光线LB”进行分支而将S偏光的第一脉冲激光光线LB1”引导至第一光路126，并且将P偏光的第二脉冲激光光线LB2”引导至第二光路128。在第一光路126上配设有第一1/4波长板132和第一反射镜134，其中，该第一1/4波长板132将S偏光的第一脉冲激光光线LB1”转换成圆偏光，该第一反射镜134对通过了第一1/4波长板132的圆偏光的第一脉冲激光光线LB1”进行反射而使圆偏光的旋转方向反转并逆行到第一1/4波长板132而转换成P偏光。在第二光路128上配设有第二1/4波长板136和第二反射镜138，该第二1/4波长板136将P偏光的第二脉冲激光光线LB2”转换成圆偏光，该第二反射镜138对通过了第二1/4波长板136的圆偏光的第二脉冲激光光线LB2”进行反射而使圆偏光的旋转方向反转并逆行到第二1/4波长板136而转换成S偏光。在本实施方式中，在第二反射镜138上安装有进退单元140，该进退单元140使第二反射镜138相对于偏光分束器130进行进退而对第一光路126和第二光路128设定光路长度差。本实施方式的进退单元140具有：滚珠丝杠142，其与第二光路128平行地延伸；以及电动机144，其与滚珠丝杠142的一端部连结。滚珠丝杠142的螺母部146固定在第二反射镜138上。并且，进退单元140利用滚珠丝杠142将电动机144的旋转运动转换成直线运动而传递到第二反射镜138，使第二反射镜138沿着与第二光路128平行延伸的导轨(未图示。)进行进退。另外，进退单元140也可以安装在第一反射镜134上。并且，也可以代替电动机144而以手动的方式对进退单元140的滚珠丝杠142赋予旋转运动。在本实施方式中，如图6所示，激光光线照射单元122还包含：衰减器148，其对激光振荡器124所振荡出的脉冲激光光线LB”的输出进行调整；以及1/2波长板150，其配设在激光振荡器124与偏光分束器130之间(在本实施方式中为衰减器148与偏光分束器130之间)。
设定第一光路126与第二光路128之间的光路长度差以便使第一脉冲激光光线LB1”与第二脉冲激光光线LB2”的照射到被加工物的时间间隔处于电子激发时间内。例如，在电子激发时间大约为8ps(8×10-12秒)、蓝宝石(Al2O3)为被加工物的情况下，优选第一脉冲激光光线LB1”与第二脉冲激光光线LB2”的照射到被加工物的时间间隔被设定为大约4ps，为此，第一光路126与第二光路128之间的光路长度差大约为1.2mm。如图6所示，由于第二脉冲激光光线LB2”往返于第二光路128，所以要想将第一光路126与第二光路128之间的光路长度差设定为1.2mm，只要通过进退单元140使第二反射镜138进行移动以使从偏光分束器130到第二反射镜138的距离比从偏光分束器130到第一反射镜134的距离长0.6mm即可。另外，在本实施方式中，第一1/4波长板132和第二1/4波长板136由相同的材质形成为相同的厚度。
激光振荡器124所振荡出的脉冲激光光线LB”的脉冲宽度比电子激发时间短，例如，在电子激发时间大约为8ps、蓝宝石为被加工物的情况下，脉冲宽度优选设定为大约1ps。激光振荡器124所振荡出的脉冲激光光线LB”的波长为355nm、1064nm等，根据加工的种类来适当确定。激光振荡器124所振荡出的脉冲激光光线LB”被衰减器148调整为与加工的种类对应的适当的输出而入射到1/2波长板150。入射到1/2波长板150的脉冲激光光线LB”被1/2波长板150适当(例如均等地)调整为偏光面相对于偏光分束器130为P偏光的P偏光成分的光量和偏光面相对于偏光分束器130为S偏光的S偏光成分的光量。偏光分束器130对所入射的脉冲激光光线LB”中的S偏光成分进行反射而将第一脉冲激光光线LB1”引导至第一光路126，使所入射的脉冲激光光线LB”中的P偏光成分透过而将第二脉冲激光光线LB2”引导至第二光路128。引导至第一光路126的第一脉冲激光光线LB1”被第一1/4波长板132从S偏光转换成圆偏光，接着被第一反射镜134反射而使圆偏光的旋转方向反转，然后在第一光路126上逆行而被第一1/4波长板132转换成P偏光。转换成P偏光的第一脉冲激光光线LB1”透过偏光分束器130并被聚光器42的聚光透镜42a会聚而照射到被加工物上。另一方面，引导至第二光路128的第二脉冲激光光线LB2”被第二1/4波长板136从P偏光转换成圆偏光，接着被第二反射镜138反射而使圆偏光的旋转方向反转，然后在第二光路128上逆行而被第二1/4波长板136转换成S偏光。转换成S偏光的第二脉冲激光光线LB2”被偏光分束器130反射而转换光路，被聚光器42的聚光透镜42a会聚而照射到被加工物上。在第一脉冲激光光线LB1”和第二脉冲激光光线LB2”被偏光分束器130合流时，如上述那样，在按照规定的光路长度差比第一光路126长的第二光路128中通过的第二脉冲激光光线LB2”比第一脉冲激光光线LB1”按照未满电子激发时间的规定的时间延迟而照射到被加工物上。这样，在激光光线照射单元122中，能够在对被加工物照射第一脉冲激光光线LB1”而产生的电子激发的时间内对被加工物照射接下来的第二脉冲激光光线LB2”。
优选激光振荡器124所振荡出的脉冲激光光线LB”的重复频率被设定为小于等于用1秒除以在对被加工物照射了第一脉冲激光光线LB1”和第二脉冲激光光线LB2”之后使产生于被加工物的热量放出的时间而得的值。例如，在热放出时间大约为1μs(1×10-6秒)、蓝宝石为被加工物的情况下，由于用蓝宝石的热放出时间1μs除以1秒后的值为1×106，所以优选激光振荡器124所振荡出的脉冲激光光线LB”的重复频率被设定为小于等于1MHz(1×106Hz)。通过以这种方式设定重复频率，激光光线照射单元122在对被加工物照射了第一脉冲激光光线LB1”和第二脉冲激光光线LB2”之后，空出热放出时间以上的时间而对被加工物照射接下来的第一脉冲激光光线LB1”和第二脉冲激光光线LB2”。由此，抑制了被加工物受到因激光加工产生的热影响，实现了激光加工的品质的提高。
在使用激光加工装置120对晶片70实施激光加工时，与第一至第三实施方式同样，首先实施晶片保持工序，接着实施对准工序，之后，实施聚光点位置调整工序。接着，实施照射具有比通过对晶片70照射激光光线而产生的电子激发的时间短的脉冲宽度的第一脉冲激光光线LB1”的第一照射工序和在晶片70的电子激发时间内照射接下来的第二脉冲激光光线LB2”的第二照射工序。如上述那样，在激光加工装置120中，激光振荡器124所振荡出的脉冲激光光线LB”的脉冲宽度被设定为比被加工物的电子激发时间短，并且能够在对被加工物照射第一脉冲激光光线LB1”而产生的电子激发的时间内对被加工物照射接下来的第二脉冲激光光线LB2”，因此能够通过使用激光加工装置120来实施第一照射工序和第二照射工序。通过实施第一照射工序和第二照射工序，在围绕着构成晶片70的原子的电子被第一脉冲激光光线LB1”激活的状态下照射接下来的第二脉冲激光光线LB2”，促进加工而实现激光加工的品质的提高。在实施了最初的第一照射工序和第二照射工序之后，如图3所示，一边通过X方向移动单元28在X方向上对卡盘工作台22以规定的加工进给速度(例如500mm/s即可，考虑到重复频率而适当确定。)相对于聚光点进行加工进给，一边沿着分割预定线72实施使第一照射工序和第二照射工序交替地重复进行的分割加工。一边通过Y方向移动单元30在Y方向上按照分割预定线72的间隔对卡盘工作台22相对于聚光点进行转位进给，一边对与X方向对齐后的全部的分割预定线72实施分割加工。并且，在通过旋转单元使卡盘工作台22旋转90度之后，一边进行转位进给一边进行分割加工，对与先实施了分割加工的分割预定线72垂直的全部的分割预定线72也实施分割加工。由此，能够通过提高了加工品质的激光加工将晶片70分割成具有器件74的各个芯片。
在实施分割加工时，优选通过将激光振荡器124所振荡出的脉冲激光光线LB”的重复频率设定为小于等于用1秒除以在对晶片70照射了第一脉冲激光光线LB1”和第二脉冲激光光线LB2”之后使产生于晶片70的热量放出的时间而得的值，从而在实施了第一照射工序和第二照射工序之后，空出使产生于晶片70的热量放出的时间以上的时间而实施接下来的第一照射工序和第二照射工序。由此，抑制了晶片70受到因激光加工产生的热影响，实现了激光加工的品质的提高。
另外，电子激发时间和热放出时间根据被加工物而不同，例如，蓝宝石(Al2O3)、硅(Si)、钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)以及铜(Cu)的各自的电子激发时间和热放出时间如下。
Figure BDA0001592444480000161

Claims (6)

1.一种激光加工方法，对被加工物照射激光光线而实施加工，其中，该激光加工方法具有如下的工序：
由激光振荡器提供具有比通过对被加工物照射激光光线而产生的电子激发的时间短的脉冲宽度的激光光线，由该激光振荡器直接振荡出的激光光线的重复频率被设定为在该电子激发的时间内提供至少两个激光光线；
按照规定的周期对该激光光线进行间隔剔除；
第一照射工序，照射作为该激光光线的第一激光光线；以及
第二照射工序，在该电子激发的时间内照射接下来的作为该激光光线的第二激光光线。
2.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，
在实施了该第一照射工序和该第二照射工序之后，空出使产生于被加工物的热量放出的时间以上的时间而实施接下来的该第一照射工序和该第二照射工序。
3.一种激光加工装置，其中，
该激光加工装置具有：
卡盘工作台，其对被加工物进行保持；以及
激光光线照射单元，其对保持在该卡盘工作台上的被加工物照射激光光线，
该激光光线照射单元包含：
激光振荡器，该激光振荡器振荡出脉冲激光光线，该脉冲激光光线具有比通过对被加工物照射激光光线而产生的电子激发的时间短的脉冲宽度；以及
至少一个偏光分束器，其对该激光振荡器振荡出的脉冲激光光线进行分支而将分支出的第一激光光线引导至第一光路，并且将分支出的第二激光光线引导至第二光路，
通过第一光路和第二光路之间的光路长度差来使该第二激光光线相对于该第一激光光线按照未满该电子激发的时间的时间延迟，所述光路长度差是通过所述第一光路和所述第二光路由相同材质的光纤构成，并且所述第二光路形成为按照规定的长度比所述第一光路长的方式实现的，该激光加工装置在对被加工物照射该第一激光光线而产生的电子激发的时间内照射接下来的该第二激光光线。
4.一种激光加工装置，其中，
该激光加工装置具有：
卡盘工作台，其对被加工物进行保持；以及
激光光线照射单元，其对保持在该卡盘工作台上的被加工物照射激光光线，
该激光光线照射单元包含：
激光振荡器，该激光振荡器振荡出脉冲激光光线，该脉冲激光光线具有比通过对被加工物照射激光光线而产生的电子激发的时间短的脉冲宽度；以及
至少一个偏光分束器，其对该激光振荡器振荡出的脉冲激光光线进行分支而将分支出的第一激光光线引导至第一光路，并且将分支出的第二激光光线引导至第二光路，
通过第一光路和第二光路之间的光路长度差来使该第二激光光线相对于该第一激光光线按照未满该电子激发的时间的时间延迟，
在所述第一光路上配设有第一1/4波长板和第一反射镜，该第一1/4波长板将S偏光的第一激光光线转换成圆偏光，该第一反射镜对通过了所述第一1/4波长板的圆偏光的第一激光光线进行反射而使圆偏光的旋转方向反转并逆行到所述第一1/4波长板而转换成P偏光，在所述第二光路上配设有第二1/4波长板和第二反射镜，该第二1/4波长板将P偏光的第二激光光线转换成圆偏光，该第二反射镜对通过了所述第二1/4波长板的圆偏光的第二激光光线进行反射而使圆偏光的旋转方向反转并逆行到所述第二1/4波长板而转换成S偏光，在所述第二反射镜上安装有进退单元，该进退单元使所述第二反射镜相对于偏光分束器进行进退而对所述第一光路和所述第二光路设定所述光路长度差，
该激光加工装置在对被加工物照射该第一激光光线而产生的电子激发的时间内照射接下来的该第二激光光线。
5.一种激光加工装置，其中，
该激光加工装置具有：
卡盘工作台，其对被加工物进行保持；以及
激光光线照射单元，其对保持在该卡盘工作台上的被加工物照射激光光线，
该激光光线照射单元包含：
激光振荡器，该激光振荡器振荡出脉冲激光光线，该脉冲激光光线具有比通过对被加工物照射激光光线而产生的电子激发的时间短的脉冲宽度，由该激光振荡器直接振荡出的脉冲激光光线的重复频率被设定为在该电子激发的时间内振荡出至少两个脉冲激光光线；以及
间除单元，其按照规定的周期对该脉冲激光光线进行间隔剔除，
该激光加工装置在由所述间除单元进行间除后对被加工物照射作为该脉冲激光光线的第一激光光线而产生的电子激发的时间内照射接下来的作为该脉冲激光光线的第二激光光线。
6.根据权利要求3至5中的任意一项所述的激光加工装置，其中，
在照射了该第一激光光线和该第二激光光线之后，空出使产生于被加工物的热量放出的时间以上的时间而照射接下来的该第一激光光线和该第二激光光线。
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