激光加工装置的制作方法

本发明涉及用于对被加工物的内部实施加工的激光加工装置。

背景技术：

由交叉的多条分割预定线划分而在si(硅)基板、sic(碳化硅)基板、al2o3(蓝宝石)基板、litao3(钽酸锂)基板等上表面上形成有ic、lsi、led、saw滤波器等多个器件的晶片通过切割装置、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用于移动电话、个人计算机等电气设备。

激光加工装置存在下述(1)或(2)的类型。

类型(1)将对于晶片具有吸收性的波长的激光光线的聚光点定位于分割预定线而对晶片照射激光光线，通过烧蚀加工在分割预定线上形成槽，从而分割成各个器件芯片(例如，参照专利文献1)。

类型(2)将对于晶片具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位于分割预定线的内部而对晶片照射激光光线，沿着分割预定线在晶片的内部形成改质层，从而分割成各个器件芯片(例如，参照专利文献2)。

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2016-111143号公报

但是，存在下述问题：即使使用激光光线的聚光点的像差在大气中为零的聚光器将聚光点定位于被加工物的内部而对晶片照射激光光线，也未必能形成良好的改质层。在将聚光点定位于距离sic锭的端面相当于要生成的晶片的厚度的深度的区域而对sic锭照射激光光线，形成将sic分离成si和c并且裂纹沿着c面延伸的剥离层的情况(例如，参照上述专利文献3)下也会产生该问题。

技术实现要素：

由此，本发明的目的在于提供激光加工装置，能够对被加工物的内部实施良好的加工。

根据本发明，提供激光加工装置，其具有：卡盘工作台，其对被加工物进行保持；激光照射单元，其将对于该卡盘工作台所保持的被加工物具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位于被加工物的内部而对被加工物照射激光光线，从而实施加工；以及加工进给单元，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，该激光照射单元包含：激光振荡器，其振荡出激光光线；以及聚光器，其对该激光振荡器所振荡出的激光光线进行会聚，该聚光器包含：凹透镜；凸透镜，其与该凹透镜隔开规定的间隔而配设，并且配设于在大气中使聚光点的像差为零的位置；以及致动器，其改变该凸透镜相对于该凹透镜的距离而在大气中使聚光点处生成像差，该致动器按照在被加工物的内部使聚光点的像差为零的方式在大气中生成像差。

光学上，聚光点的像差不会完全为零，在本说明书中聚光点的像差为零是指使像差尽可能减小至能够良好地进行激光加工的程度而实质上可以视为零的像差。

优选该致动器由压电元件构成。

根据本发明，激光照射单元包含：激光振荡器，其振荡出激光光线；以及聚光器，其对激光振荡器振荡出的激光光线进行会聚，该聚光器包含：凹透镜；凸透镜，其与该凹透镜隔开规定的间隔而配设，并且配设于在大气中使聚光点的像差为零的位置；以及致动器，其改变该凸透镜相对于该凹透镜的距离而在大气中使聚光点处生成像差，该致动器按照在被加工物的内部使聚光点的像差为零的方式在大气中生成像差，因此能够对被加工物的内部实施良好的加工。

附图说明

图1是激光加工装置的立体图。

图2是图1所示的激光照射单元的框图。

图3是示出图2所示的压电元件的上下方向尺寸的变化量的电压特性的一例的曲线图。

图4是借助划片带而被环状框架支承的晶片的立体图。

图5是示出使用图1所示的激光加工装置对图4所示的晶片的内部实施加工的状态的立体图。

图6的(a)是sic锭的主视图，图6的(b)是sic锭的俯视图，图6的(c)是sic锭的立体图。

图7的(a)是示出使用图1所示的激光加工装置对图6所示的sic锭的内部实施加工的状态的立体图，图7的(b)是图7的(a)的b-b线剖视图。

标号说明

2：激光加工装置；4：保持单元；6：激光照射单元；8：加工进给单元；28：振荡器；lb：脉冲激光光线；34：聚光器；38：凹透镜；40：凸透镜；40a：第一凸透镜；40b：第二凸透镜；40c：第三凸透镜；42：致动器。

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说明。

图1所示的激光加工装置2包含：保持单元4，其对被加工物进行保持；激光照射单元6，其将对于保持单元4所保持的被加工物具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位于被加工物的内部而对被加工物照射激光光线，从而实施加工；以及加工进给单元8，其将保持单元4和激光照射单元6相对地进行加工进给。

如图1所示，保持单元4包含：x轴方向可动板12，其在x轴方向上移动自如地搭载于基台10上；y轴方向可动板14，其在y轴方向上移动自如地搭载于x轴方向可动板12上；支柱16，其固定于y轴方向可动板14的上表面上；以及罩板18，其固定于支柱16的上端。在罩板18中形成有在y轴方向上延伸的长孔18a，从长孔18a中通过而向上方延伸的卡盘工作台20旋转自如地搭载于支柱16的上端。在卡盘工作台20的上表面上配置有与吸引单元(未图示)连接的多孔质的吸附卡盘22。并且，卡盘工作台20通过利用吸引单元在吸附卡盘22的上表面上生成吸引力，能够对载置于吸附卡盘22的上表面的被加工物进行吸附并进行保持。另外，在卡盘工作台20的周缘在周向上隔开间隔地配置有多个夹具24。另外，x轴方向是图1中箭头x所示的方向，y轴方向是图1中箭头y所示的方向，是与x轴方向垂直的方向。x轴方向和y轴方向所限制的平面实质上是水平的。

参照图1和图2，对激光照射单元6进行说明。如图1所示，激光照射单元6包含框体26，其从基台10的上表面向上方延伸，接着实质上水平延伸。如图2所示，在框体26的内部配置有：激光振荡器28，其振荡出对于被加工物具有透过性的波长的脉冲激光光线lb；衰减器30，其对激光振荡器28振荡出的脉冲激光光线lb的输出进行调整；以及反射镜32，其改变通过衰减器30调整了输出的脉冲激光光线lb的光路。另外，如图1所示，在框体26的前端下表面上，在x轴方向上隔开间隔地安装有：聚光器34，其对通过反射镜32改变了光路的脉冲激光光线lb进行会聚；以及拍摄单元36，其用于对卡盘工作台20所保持的被加工物进行拍摄而对要进行激光加工的区域进行检测。

参照图2，对聚光器34进行说明。聚光器34包含：凹透镜38；凸透镜40，其与凹透镜38隔开规定的间隔而配设，并且配设于在大气中使脉冲激光光线lb的聚光点的像差为零的位置；以及致动器42，其改变凸透镜40相对于凹透镜38的距离，在大气中使聚光点处生成像差，致动器42按照在被加工物的内部使聚光点的像差为零的方式在大气中生成像差。凹透镜38被升降自如地安装于框体26的凹透镜支承部44支承。凸透镜40由在上下方向上隔开间隔而配置的第一凸透镜40a、第二凸透镜40b和第三凸透镜40c构成，被配置在凹透镜支承部44的下方的凸透镜支承部46支承。本实施方式中的致动器42由与凹透镜支承部44的下端和凸透镜支承部46的上端连接的压电元件构成。形成为规定的上下方向尺寸l的压电元件与具有电源的控制器48电连接，根据从控制器48施加的电压的大小，上下方向尺寸l变化。施加至压电元件的电压与压电元件的上下方向尺寸l的变化量δl之间的关系例如是如图3所示的正比例关系。如图2所示，凹透镜支承部44通过聚光点位置调整单元54进行升降，该聚光点位置调整单元54具有：在上下方向上延伸的滚珠丝杠50，其螺母部50a固定于凹透镜支承部44；以及电动机52，其与滚珠丝杠50的一个端部连结，由此能够对利用聚光器34会聚的脉冲激光光线lb的聚光点的上下方向位置进行调整。在这样构成的聚光器34中，在未对致动器42的压电元件施加电压的状态下，按照聚光点的像差在大气中为零的方式相对于凹透镜38配置凸透镜40。另一方面，当对致动器42的压电元件施加电压时，压电元件的上下方向尺寸l变化，从而凸透镜40相对于凹透镜38的距离改变，在大气中使脉冲激光光线lb的聚光点处生成像差。并且，在聚光器34中，根据被加工物的折射率、加工位置的深度适当调整施加至压电元件的电压，从而能够按照在被加工物的内部使聚光点的像差为零的方式在大气中生成像差。

参照图1，对加工进给单元8进行说明。加工进给单元8包含：x轴方向移动单元56，其使卡盘工作台20相对于激光照射单元6在x轴方向上移动；y轴方向移动单元58，其使卡盘工作台20相对于激光照射单元6在y轴方向上移动；以及旋转单元(未图示)，其使卡盘工作台20相对于支柱16旋转。x轴方向移动单元56具有：在基台10上沿x轴方向延伸的滚珠丝杠60；以及与滚珠丝杠60的一个端部连结的电动机62。滚珠丝杠60的螺母部(未图示)固定于x轴方向可动板12的下表面。并且，x轴方向移动单元56通过滚珠丝杠60将电动机62的旋转运动转换成直线运动并传递至x轴方向可动板12，从而使x轴方向可动板12沿着基台10上的导轨10a在x轴方向上进退，由此可使卡盘工作台20相对于激光照射单元6在x轴方向上移动。y轴方向移动单元58具有：在x轴方向可动板12上沿y轴方向延伸的滚珠丝杠64；以及与滚珠丝杠64的一个端部连结的电动机66。滚珠丝杠64的螺母部(未图示)固定于y轴方向可动板14的下表面。并且，y轴方向移动单元58通过滚珠丝杠64将电动机66的旋转运动转换成直线运动并传递至y轴方向可动板14，从而使y轴方向可动板14沿着x轴方向可动板12上的导轨12a在y轴方向上进退，由此可使卡盘工作台20相对于激光照射单元6在y轴方向上移动。旋转单元具有内置于支柱16的电动机(未图示)，使卡盘工作台20以沿上下方向延伸的轴线为中心相对于支柱16旋转。

在图4中示出作为被加工物的一例的晶片70。圆盘状的晶片70可以由si(硅)基板、sic(碳化硅)基板、litao3(钽酸锂)基板等形成，晶片70的正面70a由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器件74。在本实施方式中，将晶片70的背面70b粘贴在划片带78上，该划片带78的周缘固定于环状框架76。

对将晶片70作为被加工物而使用上述激光加工装置2在晶片70的内部形成改质层的加工方法进行说明。在本实施方式中，首先使晶片70的正面70a朝上而在卡盘工作台20的上表面上对晶片70进行吸附，并且利用多个夹具24对环状框架76的外周缘部进行固定。接着，利用拍摄单元36从上方对晶片70进行拍摄。接着，根据拍摄单元36所拍摄的晶片70的图像，利用x轴方向移动单元56、y轴方向移动单元58和旋转单元使卡盘工作台20移动和旋转，从而使格子状的分割预定线72与x轴方向一致，并且将聚光器34定位于与x轴方向一致的分割预定线72的一个端部的上方。接着，对作为致动器42的压电元件施加根据晶片70的折射率及加工位置的深度而确定的适当的电压，改变凸透镜40相对于凹透镜38的距离，从而按照在晶片70的内部使脉冲激光光线lb的聚光点的像差为零的方式在大气中生成聚光点的像差。接着，通过聚光点位置调整单元54将聚光点定位于分割预定线72的内部。接着，如图5所示，进行改质层形成加工，一边通过x轴方向移动单元56使卡盘工作台20按照规定的进给速度相对于聚光点在x轴方向上移动，一边从聚光器34对晶片70照射对于晶片70具有透过性的波长的脉冲激光光线lb。在本实施方式中，由于在晶片70的内部聚光点的像差为零，因此通过进行改质层形成加工，能够沿着分割预定线72在晶片70的内部良好地形成作为分割的起点的改质层80。接着，利用y轴方向移动单元58按照分割预定线72的间隔使卡盘工作台20相对于聚光点在y轴方向上进行转位进给。并且，通过交替重复进行改质层形成加工和转位进给，在与x轴方向一致的所有分割预定线72实施改质层形成加工。另外，在通过旋转单元使卡盘工作台20旋转90度之后，通过交替重复进行改质层形成加工和转位进给，在与之前实施了改质层形成加工的分割预定线72垂直的所有分割预定线72实施改质层形成加工，沿着格子状的分割预定线72形成改质层80。这样的加工方法例如在由折射率为3.5的si(硅)形成晶片70的情况下，能够在以下的加工条件下实施。另外，下述的标准位置是指在大气中使激光光线的聚光点的像差为零的凸透镜的位置。

脉冲激光光线的波长：1064nm

重复频率：10khz

平均输出：1.0w

聚光透镜的数值孔径(na)：0.7

进给速度：100mm/s

聚光器：使凸透镜从标准位置起与凹透镜远离168μm，在大气中生成28μm的像差

改质层的位置：距离晶片的正面深度为450μm的位置

另外，在由折射率为2.2的litao3(钽酸锂)形成晶片70的情况下，通过在以下的加工条件下实施上述的加工方法，能够沿着分割预定线72在晶片70的内部良好地形成作为分割的起点的改质层80。

脉冲激光光线的波长：1064nm

重复频率：10khz

平均输出：1.0w

聚光透镜的数值孔径(na)：0.7

进给速度：100mm/s

聚光器：使凸透镜从标准位置起与凹透镜远离270μm，在大气中生成45μm的像差

改质层的位置：距离晶片的正面深度为450μm的位置

另外，当使用上述激光加工装置2时，能够在sic(碳化硅)锭的内部良好地形成用于剥离晶片的剥离层。图6所示的sic锭90的折射率为2.6，由六方晶单晶sic作为整体形成为圆柱形状，sic锭90具有：圆形状的第一面92；与第一面92相反的一侧的圆形状的第二面94；位于第一面92与第二面94之间的周面96；从第一面92至第二面94的c轴(<0001>方向)；以及与c轴垂直的c面({0001}面)。在sic锭90中，c轴相对于第一面92的垂线98倾斜，由c面和第一面92形成偏离角α(例如α＝1、3、6度)。在图6中以箭头a表示形成偏离角α的方向。在周面96形成有表示晶体取向的矩形状的第一定向平面100和第二定向平面102。第一定向平面100与形成偏离角α的方向a平行，第二定向平面102与形成偏离角α的方向a垂直。如图6的(b)所示，从上方观察，第二定向平面102的长度l2比第一定向平面100的长度l1短(l2<l1)。另外，能够通过激光加工装置2实施加工的sic锭也可以是c轴相对于第一面的垂线不倾斜、c面与第一面的偏离角为0度的(即，第一面的垂线与c轴一致)sic锭。

当使用激光加工装置2在sic锭90的内部形成剥离层时，首先在卡盘工作台20的上表面上对sic锭90进行吸附，利用拍摄单元36从上方对sic锭90进行拍摄。接着，根据拍摄单元36所拍摄的sic锭90的图像，利用x轴方向移动单元56、y轴方向移动单元58和旋转单元使卡盘工作台20移动和旋转，从而将sic锭90的朝向调整为规定的朝向，并且对sic锭90与聚光器34在xy平面中的位置进行调整。当将sic锭90的朝向调整为规定的朝向时，如图7的(a)所示，使第二定向平面102与x轴方向一致，从而使与形成偏离角α的方向a垂直的方向与x轴方向一致。接着，对作为致动器42的压电元件施加根据sic锭90的折射率及加工位置的深度而确定的适当的电压，改变凸透镜40相对于凹透镜38的距离，从而按照在sic锭90的内部使脉冲激光光线lb的聚光点的像差为零的方式在大气中生成聚光点的像差。接着，通过聚光点位置调整单元54将聚光点定位于距离sic锭90的上端面(在本实施方式中为第一面92)相当于要生成的晶片的厚度的深度。接着，进行剥离层形成加工，一边通过x轴方向移动单元56使卡盘工作台20按照规定的进给速度相对于聚光点在与垂直于形成偏离角α的方向a的方向一致的x轴方向上移动，一边从聚光器34对sic锭90照射对于sic锭90具有透过性的波长的脉冲激光光线lb。在本实施方式中，在sic锭90的内部聚光点的像差为零，因此良好地形成直线状的改质层104以及从改质层104沿着c面向改质层104的两侧延伸的裂纹106，其中，随着脉冲激光光线lb的照射，sic分离成si(硅)和c(碳)，接着照射的脉冲激光光线lb被之前形成的c吸收，sic连锁地分离成si和c，从而形成上述改质层104以及裂纹106。接着，通过y轴方向移动单元58按照规定的转位量li使卡盘工作台20相对于聚光点在与形成偏离角α的方向a一致的y轴方向上进行转位进给。并且，交替重复进行剥离层形成加工和转位进给，从而在形成偏离角α的方向a上隔开规定的转位量li的间隔形成多个沿着与形成偏离角α的方向a垂直的方向延伸的直线状的改质层104，并且在形成偏离角α的方向a上相邻的裂纹106与裂纹106重叠。由此，能够在距离sic锭90的上端面相当于要生成的晶片的厚度的深度形成由多个改质层104和裂纹106构成的、用于从sic锭90剥离晶片的剥离层108。这样的加工方法例如可以在以下的加工条件下实施。

脉冲激光光线的波长：1064nm

重复频率：80khz

平均输出：3.2w

聚光透镜的数值孔径(na)：0.7

转位量：250～400mm

进给速度：120～260mm/s

聚光器：使凸透镜从标准位置起与凹透镜远离237μm，在大气中生成35μm的像差

剥离层的位置：距离sic锭的端面深度为450μm的位置

另外，在上述的说明中，对如下的例子进行了说明：在剥离层形成加工中使sic锭90相对于聚光点在与形成偏离角α的方向a垂直的方向上相对地移动，并且在转位进给中使sic锭90相对于聚光点在形成偏离角α的方向a上相对地移动，但sic锭90相对于聚光点的相对的移动方向也可以不是与形成偏离角α的方向a垂直的方向，另外，转位进给中的sic锭90相对于聚光点的相对的移动方向也可以不是形成偏离角α的方向a。

如上所述，在本实施方式中，聚光器34包含：凹透镜38；凸透镜40，其与凹透镜38隔开规定的间隔而配设，并且配设于在大气中使聚光点的像差为零的位置；以及致动器42，其改变凸透镜40相对于凹透镜38的距离，在大气中使聚光点处生成像差，致动器42构成为按照在被加工物的内部使聚光点的像差为零的方式在大气中生成像差，因此能够在被加工物的内部实施良好的加工。

另外，在关于在晶片70的内部形成改质层的说明中，对使晶片70的正面70a朝上而从正面70a对晶片70照射脉冲激光光线lb的例子进行了说明，但也可以使晶片70的背面70b朝上而从背面70b对晶片70照射脉冲激光光线lb。在使晶片70的背面70b朝上而从背面70b对晶片70照射脉冲激光光线lb的情况下，通过具有红外线相机的拍摄单元，从晶片70的背面70b透过而对正面70a的分割预定线72进行拍摄，进行分割预定线72与聚光器34的对位(对准)。