CN115229361A - 激光加工装置的调整方法和激光加工装置 - Google Patents

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CN115229361A CN202210402123.2A CN202210402123A CN115229361A CN 115229361 A CN115229361 A CN 115229361A CN 202210402123 A CN202210402123 A CN 202210402123A CN 115229361 A CN115229361 A CN 115229361A
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Abstract

本发明提供激光加工装置的调整方法和激光加工装置，适当地校正构成激光照射单元的光学***的聚光器的像差。该调整方法包含如下工序：空间光调制器调整工序，调整空间光调制器而使激光振荡器射出的激光光线成为能够按照成为期望的位置关系的方式照射多个激光光线的状态；加工痕形成工序，使激光振荡器动作而对卡盘工作台所保持的晶片照射激光光线而形成多个加工痕；拍摄工序，停止激光振荡器的动作，利用照相机拍摄形成于晶片的加工痕；和像差校正工序，将成为调整的基准的期望的位置关系与通过拍摄工序而拍摄的多个加工痕的位置关系进行比较，按照使加工痕的位置关系成为期望的位置关系的方式对空间光调制器进行调整而校正聚光器的像差。

Description

激光加工装置的调整方法和激光加工装置
技术领域
本发明涉及对卡盘工作台所保持的被加工物照射激光光线的激光加工装置的调整方法和激光加工装置。
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，分割后的器件芯片被用于移动电话、个人计算机等电子设备。
激光加工装置至少具有：卡盘工作台，其对被加工物进行保持；激光照射单元，其对该卡盘工作台所保持的被加工物照射激光光线；以及进给机构，其将该卡盘工作台和该激光照射单元相对地进行加工进给，激光加工装置能够高精度地将晶片分割成各个器件芯片(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2006-051517号公报
但是，在照射激光光线来实施激光加工时，由于在构成激光照射单元的包含聚光器的光学***中存在像差，因此存在被加工物的加工精度降低的问题，要求改善。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供激光加工装置的调整方法和激光加工装置，能够适当地校正构成激光照射单元的光学***的聚光器的像差。
根据本发明的一个方面，提供一种激光加工装置的调整方法，该激光加工装置具有：卡盘工作台，其对被加工物进行保持；激光照射单元，其对该卡盘工作台所保持的被加工物照射激光光线；以及进给机构，其将该卡盘工作台和该激光照射单元相对地进行加工进给，其中，该激光照射单元包含：激光振荡器，其射出激光光线；聚光器，其将该激光振荡器射出的激光光线会聚；空间光调制器，其配设于该激光振荡器与该聚光器之间；分光器，其配设于该聚光器与该空间光调制器之间；以及照相机，其配设于被该分光器分光的一侧，该激光加工装置的调整方法具有如下的工序：晶片准备工序，准备通过激光光线的照射而形成加工痕的晶片作为被加工物；保持工序，将该晶片保持于该卡盘工作台；空间光调制器调整工序，对该空间光调制器进行调整而使该激光振荡器射出的激光光线成为能够按照成为期望的位置关系的方式照射多个激光光线的状态；加工痕形成工序，使该激光振荡器进行动作而对该卡盘工作台所保持的晶片照射激光光线而形成多个加工痕；拍摄工序，停止该激光振荡器的动作，通过该照相机对形成于该卡盘工作台所保持的晶片上的该加工痕进行拍摄；以及像差校正工序，将在该空间光调制器调整工序中成为调整的基准的该期望的位置关系与通过该拍摄工序而拍摄的多个该加工痕的位置关系进行比较，按照使该加工痕的位置关系成为该期望的位置关系的方式调整该空间光调制器来校正该聚光器的像差。
根据本发明的另一方面，提供一种激光加工装置，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；激光照射单元，其对该卡盘工作台所保持的被加工物照射激光光线；进给机构，其将该卡盘工作台和该激光照射单元相对地进行加工进给；以及控制单元，该激光照射单元包含：激光振荡器，其射出激光光线；聚光器，其将该激光振荡器射出的激光光线会聚；空间光调制器，其配设于该激光振荡器与该聚光器之间；分光器，其配设于该聚光器与该空间光调制器之间；以及照相机，其配设于被该分光器分光的一侧，该控制单元包含：空间光调制器调整指示部，其对该空间光调制器进行调整而使该激光振荡器射出的激光光线成为能够按照成为期望的位置关系的方式照射多个激光光线的状态；加工痕形成指示部，其使该激光振荡器进行动作而对该卡盘工作台所保持的晶片照射激光光线而形成多个加工痕；拍摄指示部，其停止该激光振荡器的动作，通过该照相机对形成于该卡盘工作台所保持的晶片上的该加工痕进行拍摄；以及像差校正指示部，其将由该空间光调制器调整指示部指示的该期望的位置关系与由该照相机拍摄的实际的加工痕的位置关系进行比较，按照使该加工痕的位置关系成为该期望的位置关系的方式调整该空间光调制器来校正该聚光器的像差。
根据本发明的激光加工装置的调整方法，能够解决因构成激光照射单元的包含聚光器的光学***的像差而使被加工物的加工精度降低的问题。
根据本发明的激光加工装置，能够解决因构成激光照射单元的包含聚光器的光学***的像差而使被加工物的加工精度降低的问题。
附图说明
图1是本发明实施方式的激光加工装置的整体立体图。
图2是示出图1所记载的激光加工装置中安装的激光照射单元的概要的框图。
图3是示出图2所示的激光照射单元中构成的4f光学***的概略的概略图。
图4的(a)是示出由目标加工位置构成的期望的位置关系的概念图，图4的(b)是示出由实际的加工痕构成的位置关系的概念图。
标号说明
2：激光加工装置；3：基台；6：激光照射单元；61：聚光器；61a：聚光透镜；62：激光振荡器；63：衰减器；64：偏振板；65：空间光调制器；66：透镜；67：分光器(分束器)；68、69：反射镜；7：对准单元；71：物镜；8：显示单元；10：晶片；10a：正面；12a：期望的位置关系；12b：实际的位置关系；14a：目标加工位置；14b：加工痕；20：卡盘工作台机构；21：X轴方向可动板；22：Y轴方向可动板；25：卡盘工作台；30：进给机构；31：X轴移动机构；32：Y轴移动机构；37：框体；80：照相机；100：控制单元；110：空间光调制器调整指示部；120：加工痕形成指示部；130：拍摄指示部；140：像差校正指示部。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明实施方式的激光加工装置以及激光加工装置的调整方法进行详细说明。
图1中示出了本实施方式的激光加工装置2的整体立体图。在通过本实施方式的激光加工装置2而实施的激光加工装置的调整方法中，如图所示，将圆板状的试验用的晶片10作为被加工物进行加工。该晶片10通过后述的激光光线LB的照射而形成加工痕，例如，在晶片10的正面10a上涂覆有锡(Sn)，并且晶片10借助粘接带T而支承于环状的框架F。
激光加工装置2至少具有：卡盘工作台25，其作为对晶片10进行保持的保持单元而配设；激光照射单元6，其对卡盘工作台25所保持的晶片10照射激光光线LB；进给机构30，其将卡盘工作台25和激光照射单元6相对地进行加工进给；以及后述的控制单元100(参照图2)。
另外，本实施方式的激光加工装置2除了上述结构以外还具有：对准单元7，其对被加工物进行拍摄而检测应该加工的位置；以及显示单元8。
包含卡盘工作台25的卡盘工作台机构20包含：矩形的X轴方向可动板21，其以在X轴方向上移动自如的方式搭载在基台3上；矩形的Y轴方向可动板22，其以沿着X轴方向可动板21上的导轨21a、21a在Y轴方向上移动自如的方式搭载；圆筒状的支柱23，其固定于Y轴方向可动板22的上表面；以及矩形的罩板26，其固定于支柱23的上端。卡盘工作台25是从形成在罩板26上的长孔通过而向上方延伸的圆形状的部件，构成为能够通过未图示的旋转驱动单元进行旋转。卡盘工作台25具有由具有透气性的多孔质材料形成且由X轴方向和Y轴方向规定的保持面25a。保持面25a借助通过支柱23的流路而与未图示的吸引单元连接。此外，X轴方向是图1中箭头X所示的方向，Y轴方向是箭头Y所示的方向且是与X轴方向垂直的方向。由X轴方向和Y轴方向规定的平面实质上是水平的。
进给机构30具有：X轴移动机构31，其使卡盘工作台25和激光照射单元6相对地在X轴方向上移动而进行加工进给；以及Y轴移动机构32，其使卡盘工作台25和激光照射单元6相对地在Y轴方向上移动。X轴移动机构31具有：滚珠丝杠34，其在基台3上沿X轴方向延伸；以及电动机33，其与滚珠丝杠34的一端部连结。滚珠丝杠34的螺母部(省略图示)形成于X轴方向可动板21的下表面。并且，X轴移动机构31通过滚珠丝杠34将电动机33的旋转运动转换为直线运动并传递至X轴方向可动板21，使X轴方向可动板21沿着基台3上的导轨3a、3a在X轴方向上进退。Y轴移动机构32具有：滚珠丝杠36，其在X轴方向可动板21上沿Y轴方向延伸；以及电动机35，其与滚珠丝杠36的一端部连结。滚珠丝杠36的螺母部(省略图示)形成于Y轴方向可动板22的下表面。并且，Y轴移动机构32通过滚珠丝杠36将电动机35的旋转运动转换为直线运动并传递至Y轴方向可动板22，使Y轴方向可动板22沿着X轴方向可动板21上的导轨21a、21a在Y轴方向上进退。
在卡盘工作台机构20的里侧竖立设置有框体37，框体37具有从基台3的上表面沿上下方向(Z轴方向)延伸的垂直壁部37a和水平延伸的水平壁部37b。在水平壁部37b收纳有激光照射单元6和对准单元7的光学***。在水平壁部37b的前端下表面配设有构成激光照射单元6的聚光器61，在与聚光器61在X轴方向上隔开间隔的位置上，配设有对准单元7的物镜71。上述的激光照射单元6是照射对于晶片10具有吸收性或透过性的波长的激光光线LB的单元，在本实施方式中，设定成对涂覆于晶片10的正面10a的锡(Sn)的膜实施烧蚀加工的激光加工条件。图示的物镜71示出了物镜收纳在圆筒状的壳体内的结构。上述的对准单元7、显示单元8、进给机构30等与控制本实施方式的激光照射单元6的控制单元100(参照图2)电连接，根据从控制单元100指示的指示信号进行控制，实施对晶片10的激光加工以及激光加工装置2的调整方法。
参照图2对本实施方式的激光照射单元6的光学***进行说明。激光照射单元6至少具有：激光振荡器62，其振荡出激光并射出激光光线LB；聚光器61，其包含将激光振荡器62所射出的激光光线LB会聚于晶片10的聚光透镜61a；空间光调制器(SLM)65，其配设在激光振荡器62与聚光器61之间；分光器67，其配设在空间光调制器65与聚光器61之间；以及反射镜68，其配设在被分光器67分光的一侧。此外，空间光调制器65例如由透射型(LC)构成，但也可以由反射型(LCOS)构成。
作为根据需要而配设的结构，该激光照射单元6还具有：衰减器63，其对从激光振荡器62射出的激光光线LB的输出进行调整；偏振板64，其对从激光振荡器62射出的激光光线LB的偏振状态进行调整；透镜66，其包含两个凸透镜；反射镜68，其反射来自分光器67的激光光线LB并向聚光器61侧引导；以及反射镜69，其配设于被分光器67分光的光路侧。
在图3中示出了在本实施方式的激光照射单元6中构成的包含上述透镜66在内的4f光学***的概念图。本实施方式的4f光学***中的透镜66具有第一凸透镜66a和第二凸透镜66b，按照从第一凸透镜66a观察在下游侧(聚光透镜61a侧)位于距离f1的位置的后焦点面与从第二凸透镜66b起在上游侧(空间光调制器65侧)位于距离f2的位置的前焦点面在点P的位置达到一致的方式构成，由在第一凸透镜66a的上游侧位于距离f1的位置的空间光调制器65形成的像由在第二凸透镜66b的下游侧位于距离f2的位置的聚光透镜61a准确地转印(成像)。另外，图3所示的图只不过是概念图，图中所表现的距离f1、距离f2的长度并非遵照实际的尺寸比。
分光器67是所谓的分束器，使从透镜66入射的激光光线LB的一部分透过。透过了分光器67的激光光线LB的光路被反射镜68变更而向聚光器61侧引导。并且，从聚光器61被作为被加工物的晶片10反射的光的一部分被分光器67分光，并被引导至配设于被分光的一侧的照相机80而进行拍摄。
返回图2继续进行说明，激光振荡器62、空间光调制器65以及照相机80与控制单元100连接。控制单元100具有空间光调制器调整指示部110，该空间光调制器调整指示部110能够调整空间光调制器65，在使激光振荡器62射出的激光光线LB成为能够照射多个激光光线LB的状态时，对空间光调制器65发出指示信号以便多个激光光线LB分别成为期望的位置关系，并且，该控制单元包含：加工痕形成指示部120，其指示激光振荡器62的动作而对卡盘工作台25所保持的晶片10照射激光光线LB而形成加工痕；拍摄指示部130，其停止激光振荡器62的动作，对照相机80指示对形成在卡盘工作台25所保持的晶片10上的加工痕进行拍摄；以及像差校正指示部140，其对由空间光调制器调整指示部110指示的期望的位置关系和由照相机80拍摄的实际的加工痕的位置关系进行比较，根据二者的偏移来调整空间光调制器65以便成为该期望的位置，对聚光器61的像差进行校正。在控制单元100上连接有显示单元8，能够使显示单元8显示由上述对准单元7、照相机80拍摄到的图像或激光加工条件等。
控制单元100由计算机构成，具有：中央运算处理装置(CPU)，其按照控制程序进行运算处理；只读存储器(ROM)，其存储控制程序等；可读写的随机存取存储器(RAM)，其用于暂时存储已检测的检测值和运算结果等；以及输入接口和输出接口(省略详细的图示)。上述的空间光调制器调整指示部110、加工痕形成指示部120、拍摄指示部130、像差校正指示部140由控制程序构成，存储在控制单元100的ROM中。
本实施方式的激光加工装置2具有大致如上所述的结构，以下，对激光加工装置2的功能、作用以及由激光加工装置2实施的激光加工方法的实施方式进行说明。
首先，实施晶片准备工序，准备通过激光光线LB的照射而形成加工痕的晶片10作为被加工物。如根据图1所说明的那样，在本实施方式中使用的晶片10在正面10a上涂覆有锡(Sn)。另外，本发明的激光加工装置的调整方法所使用的晶片并不限于在正面10a上涂覆有上述锡的晶片10，只要是通过照射激光光线LB而形成加工痕的晶片即可。
在准备了上述的晶片10之后，接着，将上述的晶片10载置并保持在卡盘工作台25的保持面25a上(保持工序)。在将晶片10保持于卡盘工作台25时，使上述的吸引单元进行动作而将晶片10吸引保持于保持面25a。
接着，使控制单元100的空间光调制器调整指示部110进行动作，根据预先存储在控制单元100中的期望的位置关系12a(参照图4的(a))向空间光调制器65发送指示信号而进行调整，使激光振荡器62射出的激光光线LB成为能够按照成为该期望的位置关系12a的方式照射多个激光光线LB的状态(空间光调制器调整工序)。
接着，实施加工痕形成工序，使控制单元100的加工痕形成指示部120进行动作，使激光振荡器62进行动作而对卡盘工作台25所保持的晶片10照射激光光线LB而形成加工痕。此时，使上述的进给机构30进行动作而将保持着晶片10的卡盘工作台25定位于激光照射单元6的聚光器61的正下方，使省略图示的移动机构进行动作而在上下方向(Z轴方向)上对聚光器61的位置进行调整，将由聚光器61会聚的激光光线LB的聚光点调整至晶片10的正面10a。
在此，例如，如图4的(a)所示，上述的期望的位置关系12a是在晶片10的正面10a上由在俯视观察时为40μm见方的空间中以10μm的均等间隔排列的25个(5个×5个)目标加工位置14a构成的位置关系。在控制单元100中预先存储有该25个各目标加工位置14a的位置信息，根据从空间光调制器调整指示部110发送的指示信号来调整空间光调制器65，由此按照在25个各目标加工位置14a的坐标位置形成加工痕的方式照射激光光线LB。如上所述，根据空间光调制器调整指示部110和加工痕形成指示部120的指示信号来实施空间光调制器调整工序和加工痕形成工序，由此如图4的(b)所示，在晶片10的正面10a上形成25个激光光线LB的加工痕14b。
另外，由加工痕形成指示部120指示时的激光加工条件例如以如下的条件设定。
激光光线的波长：532nm～1550nm
重复频率：10kHz～200kHz
平均输出：0.1W～10W
进给速度：10mm/秒～2000mm/秒
在此，在上述的空间光调制器调整指示部110中，按照在晶片10的正面10a上形成的加工痕14b成为图4的(a)所示的期望的位置关系12a的方式向空间光调制器65发送指示信号，如果按照该指示准确地照射激光光线LB，则应该在晶片10的正面10a上形成与上述的期望的位置关系12a一致的加工痕。但是，实际上，由于光学***的像差而无法成为期望的位置关系12a，如图4的(b)所示，在晶片10的正面10a上形成相对于目标加工位置14a产生了偏移的加工痕14b，通过该加工痕14b而形成相对于期望的位置关系12a产生了变形的位置关系12b。在这样的状态下，在经由空间光调制器65实施了激光加工的情况下，无法适当地校正像差，产生该像差使加工精度降低的问题。
因此，在本实施方式中，首先，在实施了上述的加工痕形成工序之后，停止激光振荡器62的动作，利用上述的照相机80对由在卡盘工作台25所保持的晶片10的正面10a上形成的实际的加工痕14b形成的位置关系12b进行拍摄(拍摄工序)。示出通过该拍摄工序而拍摄的位置关系12b的图像信息被记录在控制单元100的存储器(RAM)中。
如果实施了上述的拍摄工序，则对成为空间光调制器调整工序中的指示的基准的期望的位置关系12a与由在上述的拍摄工序中拍摄并记录于控制单元100的加工痕14b构成的实际的位置关系12b进行比较，检测期望的位置关系12a与该位置关系12b的位置偏移，按照将该位置关系12b修正成与期望的位置关系12a一致的位置关系的方式调整空间光调制器65，并将该调整所使用的调整值记录于控制单元100。并且，通过使该调整值反映于控制单元100对空间光调制器65的控制中，实施由激光照射单元6实施激光加工时的包含聚光器61的激光照射单元6的光学***的像差的校正(像差校正工序)。由此，适当地进行激光照射单元6的光学***的像差的校正，能够解决加工精度因该像差而降低的问题。
在上述的实施方式中，对由25个目标加工位置14a构成的期望的位置关系12a和由实际形成的25个加工痕14b构成的位置关系12b进行比较，按照使实际的位置关系12b成为期望的位置关系12a的方式调整空间光调制器65，但本发明并不限定于此。例如，也可以将构成期望的位置关系12a的目标加工位置14a的各个位置与实际的各个加工痕14b的位置分别进行比较，按照使对应于各加工痕14b的目标加工位置14a与加工痕14b一致的方式调整空间光调制器65。
在上述的实施方式中，在加工痕形成工序中，将激光光线LB的聚光点定位于卡盘工作台25所保持的晶片10的正面10a而进行照射，在正面10a上形成加工痕14b，实施了拍摄工序和像差校正工序，但本发明不限于此，例如，也可以将聚光点定位于晶片10的内部，照射对于晶片10具有透过性的波长的激光光线LB，在晶片10的内部形成多个加工痕。在该情况下，只要构成为在照相机80中配设红外线照射单元和红外线拍摄元件从而能够检测形成于晶片10的内部的加工痕即可。

Claims (2)

1.一种激光加工装置的调整方法，
该激光加工装置具有：
卡盘工作台，其对被加工物进行保持；
激光照射单元，其对该卡盘工作台所保持的被加工物照射激光光线；以及
进给机构，其将该卡盘工作台和该激光照射单元相对地进行加工进给，
其中，
该激光照射单元包含：
激光振荡器，其射出激光光线；
聚光器，其将该激光振荡器射出的激光光线会聚；
空间光调制器，其配设于该激光振荡器与该聚光器之间；
分光器，其配设于该聚光器与该空间光调制器之间；以及
照相机，其配设于被该分光器分光的一侧，
该激光加工装置的调整方法具有如下的工序：
晶片准备工序，准备通过激光光线的照射而形成加工痕的晶片作为被加工物；
保持工序，将该晶片保持于该卡盘工作台；
空间光调制器调整工序，对该空间光调制器进行调整而使该激光振荡器射出的激光光线成为能够按照成为期望的位置关系的方式照射多个激光光线的状态；
加工痕形成工序，使该激光振荡器进行动作而对该卡盘工作台所保持的晶片照射激光光线而形成多个加工痕；
拍摄工序，停止该激光振荡器的动作，通过该照相机对形成于该卡盘工作台所保持的晶片上的该加工痕进行拍摄；以及
像差校正工序，将在该空间光调制器调整工序中成为调整的基准的该期望的位置关系与通过该拍摄工序而拍摄的多个该加工痕的位置关系进行比较，按照使该加工痕的位置关系成为该期望的位置关系的方式调整该空间光调制器来校正该聚光器的像差。
2.一种激光加工装置，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；
激光照射单元，其对该卡盘工作台所保持的被加工物照射激光光线；
进给机构，其将该卡盘工作台和该激光照射单元相对地进行加工进给；以及
控制单元，
该激光照射单元包含：
激光振荡器，其射出激光光线；
聚光器，其将该激光振荡器射出的激光光线会聚；
空间光调制器，其配设于该激光振荡器与该聚光器之间；
分光器，其配设于该聚光器与该空间光调制器之间；以及
照相机，其配设于被该分光器分光的一侧，
该控制单元包含：
空间光调制器调整指示部，其对该空间光调制器进行调整而使该激光振荡器射出的激光光线成为能够按照成为期望的位置关系的方式照射多个激光光线的状态；
加工痕形成指示部，其使该激光振荡器进行动作而对该卡盘工作台所保持的晶片照射激光光线而形成多个加工痕；
拍摄指示部，其停止该激光振荡器的动作，通过该照相机对形成于该卡盘工作台所保持的晶片上的该加工痕进行拍摄；以及
像差校正指示部，其将由该空间光调制器调整指示部指示的该期望的位置关系与由该照相机拍摄的实际的加工痕的位置关系进行比较，按照使该加工痕的位置关系成为该期望的位置关系的方式调整该空间光调制器来校正该聚光器的像差。
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