TW202347906A - 雷射光的光軸調整方法及裝置 - Google Patents
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Abstract
提供一種能夠正確地掌握雷射光的狀態的變化以維持雷射加工的品質之雷射光的光軸調整方法及裝置。雷射光的光軸調整方法,係藉由從雷射光源朝被加工物輸出之雷射光的光路上的至少兩處的檢測部位所配置之位置檢測感測器,檢測雷射光的位置,依據所檢測到之雷射光的位置,調整雷射光的光路上的至少兩處的光學元件的位置及角度中之至少一者,以進行雷射光的光軸調整。
Description
本發明係關於雷射光的光軸調整方法及裝置,尤其係關於在雷射加工裝置中調整雷射光的光軸之技術。
已知一種對半導體晶圓等的被加工物照射雷射光以形成加工槽,或者在被加工物的內部形成作為切斷的起點之雷射加工區域之雷射加工裝置(亦稱為雷射切割裝置。)。經實施雷射加工的半導體晶圓,係藉由擴展(expand)或斷開(breaking)等的割斷製程,於分割預定線割斷而分斷成各個晶片。
在雷射加工裝置中雷射光從調整完成時的狀態變化之情況下,加工點的光束輪廓會變化,會有加工物的加工結果因光束輪廓的變化的影響而改變之情況。專利文獻1及2揭示了用以檢測此種雷射光的狀態的變化之技術。
專利文獻1揭示一種在通過聚光透鏡後的加工點檢測雷射光束的位置來調整雷射光束的光軸之方法。
專利文獻2揭示一種在藉由吸收激發光的一部分而發出螢光之雷射增益介質中,藉由檢測雷射光的反射光點的位置,並控制光學要素的角度或位置,來調整雷射光的光軸之系統。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1:日本特開2020-189323號公報
專利文獻2:日本特開2017-022351號公報
[發明欲解決之課題]
專利文獻1及2所揭示的技術中,由於係進行被照射雷射光之加工點的光束位置的檢測,所以如下述那樣,難以正確地掌握雷射光的狀態的變化。
如圖17所示,在1點的檢測部位OP檢測透過光學元件OE(例如,聚光透鏡等)的雷射光之情況,存在有無數通過檢測部位OP的光軸。通過這些無數個1點的檢測部位OP之光軸,在光學元件OE中的射入位置及射入角度互異。又,此等光軸相對於與光學元件OE的光軸平行的線(圖17的實線。在光學元件OE是矩形的情況下為垂線)呈傾斜。
因此,如專利文獻1及2所示藉由僅進行在加工點之光束位置的檢測,無法正確地檢測出雷射光相對於光學元件的射入位置及射入角度。又,專利文獻1及2所揭示的技術中,無法正確地進行作為光學元件的反射鏡的反射角度偏離設計值之檢測。
又,專利文獻1所揭示之技術,其目的在於抑制與雷射光束的光軸調整相關的工時。又,專利文獻2所揭示之技術,其目的在於省略用於調整雷射光軸之參照用雷射的光源。亦即,專利文獻1及2所揭示之技術都沒有考量關於監視雷射光的光軸偏移來維持光束輪廓,難以維持雷射加工的品質。
本發明係有鑑於此種情事而完成者,目的在提供一種能夠正確地掌握雷射光的狀態的變化,以維持雷射加工的品質之雷射光的光軸調整方法及裝置。
[用以解決課題之手段]
為了解決上述課題,本發明的第1態樣之雷射光的光軸調整方法,其包含:藉由從雷射光源朝被加工物輸出之雷射光的光路上的至少兩處的檢測部位所配置之位置檢測感測器,檢測雷射光的位置之步驟;及依據雷射光的位置,調整雷射光的光路上的至少兩處的光學元件的位置及角度中之至少一者,以進行雷射光的光軸調整之步驟。
本發明的第2態樣之雷射光的光軸調整方法係在第1態樣中,檢測部位係設置在被加工物中被照射前述雷射光之加工點以外的位置。
本發明的第3態樣之雷射光的光軸調整方法係在第1或第2態樣中,在藉由配置於至少兩處的檢測部位之位置檢測感測器所檢測出之雷射光的位置與預設的基準值之差為閾值以上的情況,進行雷射光的光軸調整。
本發明的第4態樣之雷射光的光軸調整方法,係在第1至第3態樣的任一者中,包含藉由以可出沒的方式配置於雷射光的光路上之擴束器來進行光軸調整之步驟。
本發明的第5態樣之雷射光的光軸調整方法係在第4態樣中,將擴束器的倍率設定為1倍以外之狀態下之雷射光的位置,配合使擴束器從雷射光的光路上退避的狀態下之雷射光的位置來進行調整。
本發明的第6態樣之雷射光的光軸調整裝置具備:位置檢測感測器,配置在從雷射光源朝被加工物輸出之雷射光的光路上的至少兩處的檢測部位;以及調整機構,依據藉由位置檢測感測器所檢測到之雷射光的位置,來調整雷射光的光路上的至少兩處的光學元件的位置及角度中之至少一者,以進行雷射光的光軸調整。
本發明的第7態樣之雷射光的光軸調整方法係包含:
藉由一對位置檢測感測器,檢測從雷射光源朝被加工物輸出之雷射光的位置之步驟,該一對位置檢測感測器分別配置在透射一對半反射鏡的位置,該一對半反射鏡分別固定在擴束器的上游側與下游側;以及
依據雷射光的位置,調整一對可動反射鏡的位置及角度中之至少一者,以進行雷射光的光軸調整之步驟,該一對可動反射鏡係配置在比雷射光的光路上的半反射鏡還靠雷射光源側。
本發明的第8態樣之雷射光的光軸調整方法係在第7態樣中,一對位置檢測感測器係設置在被加工物中被照射雷射光之加工點以外的位置。
本發明的第9態樣之雷射光的光軸調整方法係在第7或第8態樣中,在藉由一對位置檢測感測器所檢測出之雷射光的位置與預設之基準值的差為閾值以上之情況下,進行雷射光的光軸調整。
本發明的第10態樣之雷射光的光軸調整方法係在第9態樣中,調整一對可動反射鏡中之1片可動反射鏡的位置及角度中之至少一者,依每個可動反射鏡,重複進行將藉由一對位置檢測感測器中的一個位置檢測感測器所檢測出之雷射光的位置作為基準值,使藉由各位置檢測感測器所檢測出之雷射光的位置分別收斂到基準位置。
本發明的第11態樣之雷射光的光軸調整裝置具備:
一對位置檢測感測器,分別配置於透射一對半反射鏡的位置,該一對半反射鏡分別固定於擴束器的上游側與下游側;以及
調整機構,依據藉由位置檢測感測器所檢測出之雷射光的位置,調整一對可動反射鏡的位置及角度中的至少一者以進行雷射光的光軸調整,該一對可動反射鏡係配置在比雷射光的光路上的半反射鏡更靠雷射光源側。
本發明的第12態樣之雷射光的光軸調整方法係包含:
藉由分別配置於擴束器的上游側與下游側之位置檢測感測器,對從雷射光源朝被加工物輸出之雷射光的位置進行檢測之步驟;以及
依據在雷射光的光路上配置有擴束器的狀態下藉由位置檢測感測器所檢測出之雷射光的位置、與使擴束器從雷射光的光路退避的狀態下藉由位置檢測感測器所檢測出之雷射光的位置,使擴束器移動以進行雷射光的光軸調整之步驟。
本發明的第13態樣之雷射光的光軸調整方法係在第12態樣中,在進行光軸調整的步驟中,將擴束器的倍率設定為1倍的狀態下之雷射光的位置,配合使擴束器從雷射光的光路上退避的狀態下之雷射光的位置來進行調整。
本發明的第14態樣之雷射光的光軸調整方法係在第12或第13態樣中,在進行光軸調整的步驟中,將擴束器的倍率設定為1倍以外之狀態下之雷射光的位置,配合使擴束器從雷射光的光路上退避的狀態下之雷射光的位置來進行調整。
本發明的第15態樣之雷射光的光軸調整方法係在第12至第13態樣的任一者中,具備:在使擴束器的倍率變化之情況下,依據藉由位置檢測感測器所檢測出之雷射光的位置的變化,來進行擴束器的良否判定之步驟。
本發明的第16態樣之雷射光的光軸調整方法係在第15態樣中,在進行良否判定之步驟中,依據擴束器的倍率的變化,在藉由位置檢測感測器所檢測出之雷射光的位置的移動量為基準值以下、或者雷射光的位置呈線形變化之情況時,判斷擴束器的品質良好。
本發明的第17態樣之雷射光的光軸調整裝置,具備:
擴束器,係以可在從雷射光源朝被加工物輸出的雷射光的光路上出沒之方式配置;
位置檢測感測器,分別配置在擴束器的上游側與下游側;以及
調整機構,依據藉由在雷射光的光路上配置有擴束器的狀態下藉由位置檢測感測器所檢測出之雷射光的位置、與使擴束器從雷射光的光路退避的狀態下藉由位置檢測感測器所檢測出之雷射光的位置,使擴束器移動以進行雷射光的光軸調整。
本發明的第18態樣之擴束器的良否判定方法係包含:
藉由分別配置於擴束器的上游側與下游側之位置檢測感測器,對從雷射光源朝被加工物輸出之雷射光的位置進行檢測之步驟;以及
在雷射光的光路上配置有擴束器的狀態下,在使擴束器的倍率變化之情況,依據藉由位置檢測感測器所檢測出之雷射光的位置的變化,來進行擴束器的良否判定之步驟。
本發明的第19態樣之擴束器的良否判定方法係在第18態樣中,於進行良否判定的步驟中,依據擴束器的倍率的變化,在藉由位置檢測感測器所檢測出之雷射光的位置的移動量為基準值以下、或雷射光的位置呈線形變化之情況時,判定擴束器的品質為良好。
[發明之效果]
根據本發明,藉由在兩處以上的檢測部位檢測雷射光L1的光軸位置,可將雷射光L1的光軸設定為一個。藉此,可正確地掌握雷射光的狀態的變化以維持雷射加工的品質。
[用以實施發明的形態]
以下,依據附圖,說明關於本發明之雷射光的光軸調整方法及裝置的實施的形態。
[第1實施形態]
(雷射光的光軸調整方法及裝置的概要)
圖1係用於說明本發明的第1實施形態之雷射光的光軸調整方法及裝置之圖。
如圖1所示,本實施形態的系統係具備:將從雷射加工裝置的雷射光源輸出的雷射光(雷射光束),在加工點以外的至少兩處的檢測部位進行檢測,來判斷雷射光的光軸的位置是否正常之單元。在圖1所示的例子中,可在光學元件OE的下游側與上游側所分別設置之兩處的檢測部位OP1及OP2,檢測雷射光的光軸的位置。
再者,本實施形態的系統係具備調整機構,該調整機構係因應關於雷射光的光軸的位置之判斷結果,來對保持光學元件OE之光學元件保持器的位置或角度進行調整。可藉由這樣的調整機構來進行調整之光學元件保持器,係例如能夠在雷射光的光路上至少設置於兩處。
根據本實施形態的系統,藉由在兩處以上的檢測部位進行雷射光的檢測,可將雷射光的光軸限定為1條。藉此,可適當地調整雷射光相對於光學元件OE之射入位置及射入角度,例如可適當地調整反射鏡的反射角度。
此外,圖1所示的例子中,檢測部位(OP1及OP2)係設為加工點以外的兩處以上,但本發明不限定於此。例如,在兩處以上的檢測部位(OP1及OP2)中,亦可包含有被加工物上的雷射光的照射位置亦即加工點。
(雷射加工裝置)
以下,針對本實施形態之雷射光的光軸調整方法及裝置,具體地進行說明。
首先,針對雷射加工裝置的例子,參照圖2進行說明。圖2係顯示本發明第1實施形態之雷射加工裝置的方塊圖。
如圖2所示,雷射加工裝置10具備:工作台12,使被加工物W(例如,半導體晶圓)移動;雷射照射裝置20,對被加工物W照射雷射光;以及控制部50,控制雷射加工裝置10的各部分。
以下,使用工作台12與XY方向平行且與Z方向垂直之三維正交座標系來作說明。
工作台12係以可在XYZθ方向移動之方式構成,吸附保持被加工物W。被加工物W係在形成有元件的表面貼附具有黏著材的背面研磨膠帶(back grind tape)(以下,BG膠帶),且以背面朝向圖中上方的方式載置於工作台12。以下,將被加工物W的聚光透鏡24側的面稱為雷射光照射面。
此外,雷射光照射面亦可為被加工物W之與聚光透鏡24側的面相反側的面(背面)。被加工物W亦可設成其中一面貼附具有黏著材的切割片,在隔著該切割片與框架呈一體化的狀態下載置於工作台12。
雷射照射裝置20係配置在與被加工物W對向的位置,將用以在被加工物W(例如,被加工物W的內部等)形成雷射加工區域之加工用雷射光L1照射至被加工物W。
控制部50係由CPU(Central Processing Unit)、記憶體、儲存裝置、輸入輸出電路部等所構成,進行雷射加工裝置10的各部分的動作或加工所需之資料的記憶等。
雷射加工裝置10除此之外,還由未圖示的晶圓搬送手段、操作盤、監視器及顯示燈等所構成。
於操作盤,安裝有操作雷射加工裝置10的各部分的動作之開關類或顯示裝置。電視監視器係顯示以未圖示的CCD(Charge Coupled Device)相機所拍攝出之晶圓影像、或顯示程式內容、各種訊息等。顯示燈係顯示雷射加工裝置10的加工中、加工結束或緊急停止等的運作狀況。
其次,針對雷射照射裝置20的詳細構成進行說明。如圖2所示,雷射照射裝置20具備:雷射光源21、照明光學系22、二向分光鏡(dichroic mirror)23、聚光透鏡24、致動器25和AF裝置30。
雷射光源21係將用以在被加工物W的內部形成雷射加工區域之加工用雷射光(以下,亦稱為雷射光。)L1射出。例如,雷射光源21射出脈衝寬度為1μs以下且聚光點之峰值功率密度為1×10
8(W/cm
2)以上的雷射光。
在加工用雷射光L1的第1光路上,從雷射光源21側依序配置照明光學系22、二向分光鏡23及聚光透鏡24。二向分光鏡23係透射加工用雷射光L1,且將從AF裝置30射出之AF用雷射光L2反射。此外,AF用雷射光L2的第2光路係以藉由二向分光鏡23而與加工用雷射光L1的第1光路共有一部分的光路之方式彎曲,且在該共有光路上配置聚光透鏡24。
從雷射光源21射出的加工用雷射光L1係在通過照明光學系22及二向分光鏡23後,藉由聚光透鏡24而被聚光於被加工物W。加工用雷射光L1的聚光點的Z方向位置(晶圓厚度方向位置),係藉由利用致動器25使聚光透鏡24朝Z方向微小移動來進行調節。
AF裝置30係藉由接收照射到被加工物W之AF用雷射光L2的反射光,而將與聚光透鏡24和被加工物W的雷射光照射面之距離相關的資訊(距離資訊)輸出到控制部50。
致動器25係以將聚光透鏡24與被加工物W的雷射光照射面之距離保持為既定的關係(距離成為固定)之方式,藉由控制部50控制驅動。
(照明光學系)
其次,針對照明光學系22的例子,參照圖3進行說明。圖3係表示照明光學系的例子之方塊圖。
圖3係表示從雷射光源21的雷射頭LH到被加工物W為止的雷射光L1的光路。此外,圖3中,省略了二向分光鏡23。
雷射頭LH係包含有將從雷射光源21的雷射振盪器輸出的雷射光L1聚光之聚光透鏡,將已聚光的雷射光L1對被加工物W輸出。雷射光L1係在反射鏡M1至M3及半反射鏡(half mirror)M4依序反射,朝向衰減器ATN射出。
射束光閘(beam shutter)BS係依據控制部50的控制,控制雷射光L1朝下游側(反射鏡M4側)的射出。
反射鏡M1及M3(一對可動反射鏡的一例)係分別保持在保持器(holder)H1及H3,保持器H1及H3係安裝於例如平衡環型底座(Gimbal type mount)。反射鏡M1及M3係包含調整機構52(例如致動器等)的操縱反射鏡,該調整機構52係依據控制部50的控制,使保持器H1及H3繞著各自的旋轉軸旋轉,藉以調整雷射光L1的射入位置及射入角度。
雷射光L1係在藉由衰減器ATN衰減成適當的準位(level)(振幅)後,藉由擴束器BE使光束直徑擴大,且成形為準直光(平行光)。其後,雷射光L1係依序透過半反射鏡M5及反射鏡M6、中繼透鏡(relay lens)LZ1、反射鏡M7、中繼透鏡LZ2、反射鏡M8及半反射鏡M9等的光學元件,藉由聚光透鏡24而聚光於被加工物W。
如圖3所示,在半反射鏡M4及M5(一對半反射鏡(固定反射鏡)的一例)的下游側,分別配置有位置檢測感測器(Position Sensitive Detector)PSD1及PSD2(一對位置檢測感測器的一例)。
位置檢測感測器PSD1及PSD2係為例如包含光二極體,且利用此光二極體的表面電阻來檢測雷射光L1的射入位置之感測器。位置檢測感測器PSD1及PSD2係分別對透射半反射鏡M4及M5之雷射光L1的射入位置進行檢測。在圖3所示的例子,係以符號A1及A2來顯示依雷射光L1的每個場所的射入位置。
本發明之雷射光的光軸調整裝置係包含有位置檢測感測器PSD1及PSD2、與反射鏡M1及M3的調整機構52。
此外,作為位置檢測感測器PSD1及PSD2,例如,也可採用使用拍攝元件對雷射光L1的射入位置進行檢測之感測器。
雷射顯微鏡(Laser Scanning Microscope) LSM,係對被加工物W的雷射光照射面之雷射光L1的照射位置進行檢測。雷射顯微鏡LSM係例如可透過半反射鏡M9,在雷射加工時常時檢測雷射光L1的照射位置,來監視雷射加工的狀態。
此外,位置檢測感測器PSD1及PSD2的個數及配置並不限定於圖3。又,關於操縱反射鏡(steering mirror)的個數及配置,並不限定於圖3,也可將反射鏡M1及M3以外的反射鏡設為操縱反射鏡。
又,本實施形態中,係設成藉由至少調整兩處的反射鏡M1及M3來進行光軸調整,但亦可藉由調整反射鏡以外的光學元件(例如透鏡、稜鏡等)的位置及角度中的至少一者,來進行光軸調整。
(光軸修正的例子)
以下,針對使用2個位置檢測感測器PSD1及PSD2,進行雷射光L1的光軸修正之順序進行說明。
本實施形態中,使用2個位置檢測感測器PSD1及PSD2,檢測雷射光L1的照射位置A1及A2,依照射位置A1及A2是否脫離容許範圍而驅動分別將反射鏡M1及M3保持之保持器H1及H3,以進行光軸的修正。
圖4係用以對是否實施雷射光的光軸的修正動作之判斷條件進行說明之圖,圖5係用以說明雷射光的光軸的修正方向之圖。
本實施形態中,首先,使用位置檢測感測器PSD1及PSD2,對雷射照射裝置20的雷射光的調整完成時點之雷射光L1的照射位置進行檢測,以所檢測到的雷射光L1的照射位置作為基準位置(基準值)。再者,設定光軸偏移的判斷用之閾值。圖4所示的例子中,基準值為(x0,y0),閾值為rth。
在雷射照射裝置20使用當中(例如雷射加工的前後、雷射加工中),使用位置檢測感測器PSD1及PSD2,檢測雷射光L1的照射位置。然後,在雷射光L1的照射位置(現時值)與基準值的差r超過閾值rth之情況,驅動操縱反射鏡M1及M3,以進行雷射光L1的光軸調整。雷射光L1的現時值與基準值的差r係藉由以下的數式1來表示。
[數式1]
圖4所示的例子中,係顯示以基準值(x0,y0)為中心之半徑rth的圓Cth。在使用位置檢測感測器PSD1及PSD2所檢測到之雷射光L1的現時值均位在圓Cth中的情況(現時值1(x1,y1),r1<rth的情況),不執行光軸調整。
另一方面,使用位置檢測感測器PSD1或PSD2檢測到之雷射光L1的現時值,當雷射光L1的現時值位在圓Cth之外的情況(現時值2(x2,y2),r2>rth之情況),執行光軸調整。
於此,光軸調整量(xoff,yoff)係可藉由現時值與基準值的差分求得。具體而言,(xoff,yoff)={(x-x0),(y-y0)}。
又,光軸的調整方向(移動方向)係如下所述(參照圖5)。
・在xoff<0之情況,光軸的移動方向為x的正(+)方向
・在xoff>0之情況,光軸的移動方向為x的負(-)方向
・在yoff<0之情況,光軸的移動方向為y的正(+)方向
・在yoff>0之情況,光軸的移動方向為y的負(-)方向
亦可作成當光軸調整結束時,使用位置檢測感測器PSD1及PSD2,再次檢測雷射光L1的照射位置,確認光軸調整的結果。又,亦可作成藉由未圖示的功率計,確認聚光透鏡24的上游側、或被加工物W的加工點之雷射輸出(例如衰減量),並依據該結果來確認光軸調整的結果。
圖6係表示光軸調整的結果之圖。圖6係以基準位置(中央的影像,(滾轉方向,俯仰方向)=(0,0))作為基準,使反射鏡M1在滾轉方向及俯仰方向各移動100脈衝(pulse)時之基於位置檢測感測器PSD1的雷射光L1的檢測結果排列成十字狀示出。在此,滾轉方向(rolling direction)係指雷射光L1的進行方向(光軸方向)之繞軸的方向,俯仰方向(pitching direction)係相對於進行方向呈垂直相交之繞軸的方向。圖6中,以脈衝表示反射鏡M1及M3(操縱反射鏡)的移動量的單位。此外,1脈衝的移動量係設成大致為1μm。
圖6的中央的影像((滾轉方向,俯仰方向)=(0,0))為,反射鏡M1及M3均位在基準位置時之基於位置檢測感測器PSD1的雷射光L1的檢測結果。圖6的中央的影像中,從雷射光L1延伸成十字狀的光芒係在上下左右方向成為大致均等。此外,從雷射光L1延伸之光芒的形狀及條數,係可依照明光學系22所包含之光學元件的構成而異。
在相對於基準位置使反射鏡M1沿滾轉方向移動之情況,如圖6局部放大所顯示那樣,愈往正(+)側移動,十字狀的光芒愈偏向圖中右側,愈往負(-)側移動,十字狀的光芒愈偏向圖中左側。
本實施形態中,控制部50係在檢測出自基準位置的偏移之情況,首先,驅動反射鏡M1,以基於位置檢測感測器PSD1的雷射光L1的檢測結果成為基準位置之方式進行驅動。接著,驅動反射鏡M3,以基於位置檢測感測器PSD2的雷射光L1的檢測結果成為基準位置進行驅動。其後,依序反覆進行反射鏡M1及M3的驅動,使雷射光L1的位置收斂到基準位置。
圖7係表示滾轉方向的光軸調整的結果之曲線圖(graph)。圖7的(a)係表示使反射鏡M1沿滾轉方向移動+500脈衝移動時的光軸調整結果,圖7的(b)係表示使反射鏡M1沿滾轉方向移動+300脈衝時的光軸調整結果。各曲線圖係表示在反覆進行反射鏡M1及M3的驅動時之從反射鏡M1及M3的基準位置偏移的偏移量(μm)之隨時間變化。
如圖7所示,得知在反射鏡M1的移動量為+500脈衝及+300脈衝之任一者的情況,伴隨反射鏡M1及M3之反覆驅動,從基準位置偏移的偏移量收斂。因此,得知在從基準位置偏移的移動量(亦即,假定之反射鏡(M1或M3)的位置變動量(偏移量)與餘量(margin)的和)為500μm左右之情況下,可進行基於光軸調整的修正動作。此外,關於俯仰方向及偏轉方向(yawing),也可同樣地修正。
圖8係表示朝光學元件射入的位置偏移時之對在加工點的光束輪廓產生的影響之曲線圖。圖8係表示從基準位置偏移的偏移量為0~500μm時之加工點的光束輪廓。圖8的橫軸係表示雷射顯微鏡LSM的拍攝元件的像素(pixel),縱軸係表示雷射光L1的強度。
圖8所示的例子中,得知伴隨著從基準位置偏移之偏移量的變化,在加工點之光束輪廓的曲線圖的形狀會變動。
根據本實施形態,藉由在雷射光L1的光路上的至少兩處檢測雷射光L1的位置,驅動反射鏡M1及M3以使從基準位置偏移的偏移量變小(消失),可抑制圖8所示之光束輪廓的變動。
(光軸修正方法(例1))
接著,針對本實施形態之光軸修正方法進行說明。
圖9係表示本發明的第1實施形態之光軸修正方法之流程圖(例1)。圖9係表示例如雷射加工裝置10的系統的啟動時或以手動進行光軸調整之例子。
首先,雷射加工裝置10被起動(步驟S10),一被初始化(步驟S12)即成為雷射閒置(laser idling)狀態(步驟S14)。在此,所謂雷射閒置狀態係指朝向被加工物W的加工點輸出雷射光L1之狀態。
其次,使用位置檢測感測器PSD1及PSD2,檢測雷射光L1的照射位置(步驟S16),修正反射鏡M1及M3(操縱反射鏡)的朝向(步驟S18)。接著,如圖4所示,重複進行反射鏡M1及M3的朝向的修正,直到雷射光L1的照射位置(現時值)與基準值一致、或與基準值的差r成為閾值rth以下為止。
此外,系統的啟動時的光軸調整時(步驟S16)之閾值,亦可作成比判斷是否要進行圖4的光軸調整時的閾值rth還小的值。
其次,當反射鏡M1及M3的朝向的修正結束時(步驟S14至S18),利用功率計,進行聚光透鏡24的上游側、或被加工物W的加工點之雷射輸出的確認(步驟S20)、與利用雷射顯微鏡LSM所進行之雷射光L1的照射位置(加工點)的位置的確認(步驟S22)後,進行雷射加工(步驟S24)。
(光軸修正方法(例2))
圖10係表示本發明的第1實施形態之光軸修正方法之流程圖(例2)。圖10係表示藉由雷射加工裝置10在雷射加工的執行中進行光軸調整之例子。
首先,在進行雷射加工之情況,在加工動作前,先進行加工位置確認動作。在進行加工位置確認之情況(步驟S30),如圖4所示,在雷射光L1的照射位置(現時值)與基準值的差r為閾值rth以下時為OK,超過閾值rth時成為NG。且,在步驟S30中為OK的情況下,不執行光軸調整而轉移至加工動作。另一方面,在步驟S30中為NG的情況下,執行光軸調整(步驟S52至S56)。
光軸調整中,首先,作為雷射閒置狀態(步驟S52),使用位置檢測感測器PSD1及PSD2檢測雷射光L1的照射位置(步驟S54),修正反射鏡M1及M3(操縱反射鏡)的朝向(步驟S56)。接著,重複進行反射鏡M1及M3的朝向的修正,直到雷射光L1的照射位置(現時值)成為基準值,或與基準值的差r成為閾值rth以下為止。另外,在步驟S54中之光軸調整時的閾值,亦可設成比在步驟S30及後述的步驟S50中判斷是否要進行光軸調整時的閾值rth還小的值。
接著,當反射鏡M1及M3的朝向的修正結束時(步驟S52至S56),便轉移到加工動作。另外,在加工動作之前,亦可進行功率檢查及雷射光L1的照射位置(加工點)的位置的檢查。
接著,就加工動作的開始前之光軸調整進行說明。於此情況,取得前一個加工動作執行中之基於位置檢測感測器PSD1及PSD2的雷射光L1的照射位置(步驟S50),與步驟S30同樣地,判斷是否需要進行光軸調整。然後,在步驟S50中為OK的情況下,不執行光軸調整而轉移到加工動作。另一方面,在步驟S50中為NG的情況下,執行光軸調整(步驟S52至S56)。
接著,針對加工動作的結束後,例如既定條數的分割預定線的加工動作結束,下一個分割預定線的加工動作開始前的動作進行說明。加工動作的結束後,首先,進行藉由雷射加工所形成之切口(kerf)的檢查(步驟S70)、與基於雷射顯微鏡LSM之雷射光L1的照射位置的檢查(步驟S72)。
在步驟S70及步驟S72均為OK的情況下,轉移到下一個加工動作,在均為NG的情況下,取得在前一個加工動作執行中之基於位置檢測感測器PSD1及PSD2的雷射光L1的照射位置(步驟S74),與步驟S50同樣地,判斷是否需要進行光軸調整。另外,步驟S70及步驟S72也可僅進行任一者。
接著,在步驟S74中為NG之情況下,執行光軸調整(步驟S52至S56)。另一方面,在步驟S74中為OK之情況下,關於切口檢查錯誤(kerf check error)及雷射顯微鏡LSM的檢測位置的錯誤,由於需要光軸調整以外的因應,所以不執行光軸調整,而輸出錯誤訊息以使加工動作停止(步驟S76)。
根據本實施形態,藉由在兩處以上的檢測部位檢測雷射光L1的光軸位置,可將雷射光L1的光軸限定為一個。藉此,例如,可使雷射光L1垂直射入至光學元件,或者可將反射鏡的反射角度限定為45°。又,根據本實施形態,例如可將光學元件與雷射光束的位置關係的變動抑制為50μm以下,可在沒有工程師介入的情況下自動地維持雷射加工的品質。
又,考慮到由於外部環境的温度等的變化,雷射頭LH的指向穩定性(pointing stability)惡化,雷射光L1的照射位置偏移。即使在射入擴束器BE之雷射光L1的照射位置變化之情況下,藉由進行本實施形態的光軸調整,也能夠消除雷射光L1的照射位置的偏移。
[第2實施形態]
上述的實施形態中,係依據使用位置檢測感測器PSD1及PSD2所檢測出之雷射光L1的位置來進行光軸調整,但擴束器BE的偏移也會影響加工點的光束輪廓,而影響雷射加工的品質。因此,除了上述實施形態之外或者替代上述的實施形態,也可考慮對擴束器BE進行光軸調整。
本實施形態中,擴束器BE能夠在雷射光L1的光路上出沒。擴束器BE的出沒動作能夠以手動進行,也可藉由可由控制部50控制之致動器自動地進行。
圖11及圖12係表示第2實施形態之光軸調整方法之流程圖。另外,以下的說明中,關於與上述的實施形態同樣的構成,係標註相同符號並省略說明。
首先,關於雷射加工開始前之光軸調整(事先調整),係參照圖11來進行說明。
在進行事先調整之情況,首先,在使擴束器BE從雷射光L1的光路退避之狀態下,使用位置檢測感測器PSD1及PSD2檢測雷射光L1的位置(步驟S100)。
接著,使擴束器BE移動到雷射光L1的光路上,將擴束器BE的倍率設定為1倍。然後,藉由令使擴束器BE移動到雷射光L1的光路上之狀態下之雷射光L1的位置,與使擴束器BE從雷射光L1的光路退避之狀態下之雷射光L1的位置一致,來進行光軸調整(步驟S102)。
另外,在步驟S102中,也可令使擴束器BE移動到雷射光L1的光路上之狀態下的雷射光L1的位置,與使擴束器BE從雷射光L1的光路退避之狀態下的雷射光L1的位置不完全一致。例如,使擴束器BE移動到雷射光L1的光路上之狀態下的雷射光L1的位置、與使擴束器BE從雷射光L1的光路退避之狀態下的雷射光L1的位置之差也可成為既定的閾值以下。
其次,針對雷射加工的開始後(執行中)的光軸調整,參照圖12進行說明。
首先,將擴束器BE的倍率設定為雷射加工所需之倍率(步驟S110),使用位置檢測感測器PSD1及PSD2檢測雷射光L1的位置並記錄(步驟S112)。
接著,在雷射加工中,使用位置檢測感測器PSD1及PSD2執行雷射光L1的位置的檢測(步驟S114)。在步驟S114中,與圖4同樣,在雷射光L1的照射位置(現時值)與基準值的差r為閾值rth以下之情況下設為OK,超過閾值rth之情況下設為NG。在步驟S114中為OK之情況下,不執行光軸調整而繼續進行加工動作。另一方面,在步驟S114中為NG之情況下,執行光軸調整(步驟S116)。
步驟S116中,與步驟S102同樣,將擴束器BE的倍率設定為1倍,藉由令使擴束器BE移動到雷射光L1的光路上的狀態下之雷射光L1的位置,與使擴束器BE從雷射光L1的光路退避之狀態下的雷射光L1的位置一致,來進行光軸調整。
接著,當光軸調整(步驟S116)結束時,將擴束器BE的倍率設定為雷射加工所需的倍率(步驟S110),使用位置檢測感測器PSD1及PSD2對雷射光L1的位置進行檢測並記錄後,繼續進行雷射加工。接著,當雷射加工結束時(步驟S118),使裝置停止。
另外,本實施形態中也與圖10的例子同樣,亦可設成在步驟S118之後,進行切口檢查錯誤(kerf check error)及雷射顯微鏡LSM的檢測位置的檢查。
圖13係表示擴束器的位置的調整前後之雷射光L1的檢測結果之圖。圖13中,顏色愈薄,雷射光L1的強度愈高。
在擴束器BE偏移200μm之情況,如圖13(b)所示,雷射光L1的光束輪廓發生偏斜。相對地,使擴束器BE的位置在調整方向移動以將雷射光L1調整到基準位置時,如圖13(a)所示,光束輪廓係成為在滾轉方向及俯仰方向均等地分布之大致圓形。
根據本實施形態,由於可維持雷射光L1的光束輪廓的品質,所以可在沒有工程師介入的情況下自動地維持雷射加工的品質。
[變形例]
本實施形態中,在光軸調整時將擴束器BE的倍率設定為1倍(步驟S102及S116),但本發明不限定於此。亦可在光軸調整時將擴束器BE的倍率設定為1倍以外的倍率。又,也可進行將擴束器BE的倍率設定為1倍而進行的光軸調整、和將擴束器BE的倍率設定為1倍以外的倍率而進行的光軸調整。
在將擴束器BE的倍率設定為1倍之情況下,則可認為擴束器BE與透明的平板在光學上等效。於此情況,使擴束器BE移動到雷射光L1的光路上之狀態下之雷射光L1的位置,與使擴束器BE從雷射光L1的光路退避之狀態下之雷射光L1的位置的差(偏移量),係可評估為起因於擴束器BE對雷射光L1的光軸傾斜(tilt)。
第2實施形態中,令使擴束器BE移動到雷射光L1的光路上之狀態下的雷射光L1的位置,與使擴束器BE從雷射光L1的光路退避的狀態下之雷射光L1的位置一致,將此偏移量設成大致為零(參照步驟S102及S116)。藉此,可調整擴束器BE相對於雷射光L1的光軸之傾斜(tilt),可使擴束器BE的光軸相對於雷射光L1的光軸平行。
在將擴束器BE的倍率設定為1倍以外的倍率之情況下,雷射光L1的光束直徑係依設定倍率而擴大。於此情況,使擴束器BE移動到雷射光L1的光路上之狀態下的雷射光L1的位置、與使擴束器BE從雷射光L1的光路退避的狀態下之雷射光L1的位置之差(偏移量),可評估為起因於平行偏移。在此,平行偏移係擴束器BE的光軸相對於雷射光L1的光軸之偏移,呈現為垂直於雷射光L1的光軸之平面上的射入位置的偏移。
於此情況也是,令使擴束器BE移動到雷射光L1的光路上之狀態下的雷射光L1的位置,與使擴束器BE從雷射光L1的光路退避的狀態下之雷射光L1的位置一致,將此偏移量設成大致為零(參照步驟S102及S116)。藉此,可調整擴束器BE相對於雷射光L1的光軸之平行偏移。
如上所述,藉由變更***擴束器BE時的倍率,可進行擴束器BE的傾斜及平行偏移的調整。
另外,將擴束器BE的倍率設定為1倍之情況下,藉由使擴束器BE相對於雷射光L1的光軸旋轉,可進行光軸調整。另一方面,在將擴束器BE的倍率設為1倍以外的倍率之情況,擴束器BE的調整軸被限定在平行方向。亦即,藉由使擴束器BE相對於雷射光L1的光軸保持傾斜地移動,可進行光軸調整。亦即,根據擴束器BE的倍率是1倍、還是1倍以外,可限定用於光軸調整的調整軸。
[第3實施形態]
上述的各實施形態中,針對擴束器BE為正常的情況進行說明,但也可考慮擴束器BE存在異常的情況。在此,擴束器BE的異常係包含例如:擴束器BE所包含的透鏡相互不同軸之情況、各透鏡的傾斜不同之情況。
考慮關於將擴束器BE的倍率依序變更為1倍、1.2倍、1.4倍、1.6倍、…、4倍,…,按各倍率繪製雷射光L1的照射位置的座標之情況。在擴束器BE正常,且光軸調整適當進行之情況下,雷射光L1的照射位置的座標不動。另一方面,擴束器BE雖正常,但是存在傾斜或平行偏移(射入位置偏移)、或者傾斜及平行偏移兩者之情況(未進行光軸調整之情況等),雷射光L1的照射位置的座標係呈線形地移動座標。
相對於此,在擴束器BE為異常的情況下,雷射光L1的照射位置的座標,係進行與擴束器BE為正常的情況不同的移動(例如,非線形的移動等)。
本實施形態中,利用上述性質進行擴束器BE的品質的良否判定。另外,擴束器BE的品質的良否判定,係可無關乎上述的光軸調整有無實施而進行。
圖14係表示擴束器的良否判定方法的第1例之流程圖。圖14係表示擴束器BE的光軸調整已實施之情況下之良否判定方法。
首先,雷射加工裝置10被起動,一被初始化即成為雷射閒置狀態(步驟S200)。然後,變更擴束器BE的倍率,檢測並記錄各倍率之雷射光L1的照射位置(步驟S202)。
接著,判定伴隨擴束器BE的倍率的變更之雷射光L1的照射位置的移動量是否為基準值以下(步驟S204)。在此,步驟S204的基準值係為例如接近零之正的值。
伴隨擴束器BE的倍率的變更之雷射光L1的照射位置的移動量為基準值以下之情況(步驟S204的是),判定擴束器BE的品質為良好(步驟S206)。
伴隨擴束器BE的倍率的變更之雷射光L1的照射位置的移動量超過基準值之情況(步驟S204的否),判定擴束器BE的品質為不良(步驟S208)。
圖15係表示擴束器的良否判定方法的第2例之流程圖。圖15係表示擴束器BE的光軸調整未實施之情況時的良否判定方法。
首先,雷射加工裝置10被起動,一被初始化時即成為雷射閒置狀態(步驟S220)。然後,變更擴束器BE的倍率,檢測並記錄各倍率之雷射光L1的照射位置(步驟S222)。
接著,判定伴隨擴束器BE的倍率的變更之雷射光L1的照射位置是否呈線形移動(步驟S224)。在步驟S224中,例如,可依據繪製按各倍率的雷射光L1的照射位置時之相關係數是否接近1,來評估雷射光L1的照射位置是否呈線形移動。
判定出伴隨擴束器BE的倍率的變更之雷射光L1的照射位置呈線形移動之情況(步驟S224的是),判定擴束器BE的品質為良好(步驟S226)。
判定出伴隨擴束器BE的倍率的變更之雷射光L1的照射位置沒有呈線形移動之情況(步驟S224的否),判定擴束器BE的品質為不良(步驟S226)。
本實施形態中,可在例如光軸調整的前後,進行擴束器BE的品質的良否判定。例如,可在光軸調整前,進行擴束器BE的品質的良否判定,進行擴束器BE的調整或更換。藉此,能夠提高使用擴束器BE之光軸調整的精度。
另外,擴束器BE的良否判定的實施時間點並無特別限定。擴束器BE的良否判定也可在例如系統的啟動時、雷射加工的執行中等進行。
[第4實施形態]
圖16係表示本發明的第4實施形態之照明光學系的例子之方塊圖。圖16係表示在擴束器BE與半反射鏡M5之間配置有雷射光整形用光學元件SE之例子。
雷射光整形用光學元件SE,係用以將來自擴束器BE的雷射光L1的狀態進行調整之光學元件。具體而言,雷射光整形用光學元件SE係依據雷射加工裝置10中之雷射加工的內容,進行來自擴束器BE之雷射光L1的整形。在此,雷射加工的內容係包含例如:藉由雷射燒蝕之開槽(grooving)、劃線(scribing)、切斷或開孔加工,或者成為被加工物W的切斷(龜裂)的起點之雷射加工區域的形成等。
雷射光整形用光學元件SE係包含例如:折射型光學元件(Refractive Optical Element:ROE)、圓柱形透鏡或遮罩。ROE係用以將雷射光L1的光束形狀整形成所期望的形狀(例如,圓形、環形、線形、矩形、多角形等)之折射型光學元件。圓柱形透鏡係包含圓筒形狀的部分之透鏡,用以將雷射光L1整形為線上的光束形狀,或將雷射光L1僅在與其光軸垂直之平面上的一方向擴大或縮小之光學元件。遮罩係用於藉由將雷射光L1的一部分遮光,來對雷射光L1的光束形狀進行整形之光學元件。
本實施形態中,藉由適用上述的各實施形態之光軸調整方法,可提高來自擴束器BE的雷射光L1照射於雷射光整形用光學元件SE時之照射位置的精度。藉此,能夠使照射於雷射光整形用光學元件SE之雷射光L1的整形結果穩定。
另外,圖16所示的例子中,雖在擴束器BE與半反射鏡M5之間配置雷射光整形用光學元件SE,但本發明不限定於此。例如,亦可在半反射鏡M5與反射鏡M6之間配置雷射光整形用光學元件SE,亦可在其以外的部位(比擴束器BE更下游的位置)配置。
10:雷射加工裝置
12:工作台
20:雷射照射裝置
21:雷射光源
22:照明光學系
23:二向分光鏡
24:聚光透鏡
25:致動器
30:AF裝置
50:控制部
52:調整機構
H1,H3:保持器
M1~M3,M6~M8:反射鏡
M4~M5,M9:半反射鏡
PSD1~PSD2:位置檢測感測器
LH:雷射頭
ATN:衰減器
BE:擴束器
LZ1,LZ2:中繼透鏡
LSM:雷射顯微鏡
SE:雷射光整形用光學元件
圖1係用以說明本發明的第1實施形態之雷射光的光軸調整方法及裝置之圖。
圖2係表示本發明的第1實施形態之雷射加工裝置之方塊圖。
圖3係表示照明光學系的例子之方塊圖。
圖4係用以說明是否實施雷射光的光軸的修正動作之判斷條件之圖。
圖5係用以說明雷射光的光軸的修正方向之圖。
圖6係表示光軸調整的結果之圖。
圖7係表示滾轉方向的光軸調整的結果之曲線圖。
圖8係朝光學元件射入的位置偏移時對加工點的光束輪廓產生的影響之曲線圖。
圖9係表示本發明的第1實施形態之光軸修正方法之流程圖(例1)。
圖10係表示本發明的第1實施形態之光軸修正方法之流程圖(例2)。
圖11係表示第2實施形態之光軸調整方法之流程圖。
圖12係表示第2實施形態之光軸調整方法之流程圖。
圖13係表示擴束器的位置的調整前後之雷射光的檢測結果之圖。
圖14係表示擴束器的良否判定方法的第1例之流程圖。
圖15係表示擴束器的良否判定方法的第2例之流程圖。
圖16係表示本發明的第4實施形態之照明光學系的例子之方塊圖。
圖17係表示在1點的檢測部位檢測雷射光的位置的例子之圖。
OE:光學元件
OP1,OP2:檢測部位
Claims (11)
- 一種雷射光的光軸調整方法,其包含: 藉由一對位置檢測感測器,檢測從雷射光源朝被加工物輸出之雷射光的位置之步驟,該一對位置檢測感測器分別配置於透射一對半反射鏡的位置,該一對半反射鏡分別固定於擴束器的上游側與下游側;以及 依據前述雷射光的位置,調整一對可動反射鏡的位置及角度中之至少一者,以進行前述雷射光的光軸調整之步驟,該一對可動反射鏡係配置在比前述雷射光的光路上的前述半反射鏡還靠雷射光源側。
- 如請求項1之雷射光的光軸調整方法,其中 前述一對位置檢測感測器係設置在前述被加工物中被照射前述雷射光之加工點以外的位置。
- 如請求項1或2之雷射光的光軸調整方法,其中 在藉由前述一對位置檢測感測器所檢測出之前述雷射光的位置與預設之基準值的差為閾值以上之情況下,進行前述雷射光的光軸調整。
- 如請求項3之雷射光的光軸調整方法,其中 調整前述一對可動反射鏡中之1片可動反射鏡的位置及角度中之至少一者,依每個前述可動反射鏡,重複進行將藉由前述一對位置檢測感測器中的一個位置檢測感測器所檢測出之前述雷射光的位置作為基準值,使藉由各位置檢測感測器所檢測出之前述雷射光的位置分別收斂到基準位置。
- 一種雷射光的光軸調整裝置,具備: 一對位置檢測感測器,分別配置於透射一對半反射鏡的位置,該一對半反射鏡分別固定於擴束器的上游側與下游側;以及 調整機構,依據藉由前述位置檢測感測器所檢測出之雷射光的位置,調整一對可動反射鏡的位置及角度中的至少一者以進行前述雷射光的光軸調整,該一對可動反射鏡係配置在比前述雷射光的光路上的前述半反射鏡更靠雷射光源側。
- 一種雷射光的光軸調整方法,包含: 藉由分別配置於擴束器的上游側與下游側之位置檢測感測器,對從雷射光源朝被加工物輸出之雷射光的位置進行檢測之步驟;以及 依據在前述雷射光的光路上配置有前述擴束器的狀態下藉由前述位置檢測感測器所檢測出之前述雷射光的位置、與使前述擴束器從前述雷射光的光路退避的狀態下藉由前述位置檢測感測器所檢測出之前述雷射光的位置,使前述擴束器移動以進行前述雷射光的光軸調整之步驟。
- 如請求項6之雷射光的光軸調整方法,其中 在進行前述光軸調整的步驟中,將前述擴束器的倍率設定為1倍的狀態下之前述雷射光的位置,配合使前述擴束器從前述雷射光的光路上退避的狀態下之前述雷射光的位置來進行調整。
- 如請求項6或7之雷射光的光軸調整方法,其中 在進行前述光軸調整的步驟中,將前述擴束器的倍率設定為1倍以外之狀態下之前述雷射光的位置,配合使前述擴束器從前述雷射光的光路上退避的狀態下之前述雷射光的位置來進行調整。
- 如請求項6至8中任一項之雷射光的光軸調整方法,其具備: 在使前述擴束器的倍率變化之情況下,依據藉由前述位置檢測感測器所檢測出之前述雷射光的位置的變化,來進行前述擴束器的良否判定之步驟。
- 如請求項9之雷射光的光軸調整方法,其中 在進行前述良否判定之步驟中,依據前述擴束器的倍率的變化,在藉由前述位置檢測感測器所檢測出之前述雷射光的位置的移動量為基準值以下、或者在前述雷射光的位置呈線形變化之情況時,判定前述擴束器的品質良好。
- 一種雷射光的光軸調整裝置,具備: 擴束器,係以可在從雷射光源朝被加工物輸出的雷射光的光路上出沒之方式配置; 位置檢測感測器,分別配置在前述擴束器的上游側與下游側;以及 調整機構,依據藉由在前述雷射光的光路上配置有前述擴束器的狀態下藉由前述位置檢測感測器所檢測出之前述雷射光的位置、與使前述擴束器從前述雷射光的光路退避的狀態下藉由前述位置檢測感測器所檢測出之前述雷射光的位置,使前述擴束器移動以進行前述雷射光的光軸調整。
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