激光照射机构的制作方法

本发明涉及能够将脉冲激光束放大至适当的功率而进行照射的激光照射机构。

背景技术：

由分割预定线划分而在正面上形成有ic、lsi等多个器件的晶片通过激光加工装置分割成各个器件芯片，分割得到的器件芯片被用于移动电话、个人计算机等电气设备。

激光加工装置例如公知有下述三个类型。

类型(1)：将对于被加工物具有吸收性的波长的激光束的聚光点定位于被加工物的正面而进行照射，通过所谓烧蚀加工形成分割槽(例如，参照专利文献1)。

类型(2)：将对于被加工物具有透过性的波长的激光束的聚光点定位于被加工物的内部而进行照射，在被加工物的内部形成作为分割的起点的改质层(例如，参照专利文献2)。

类型(3)：将对于被加工物具有透过性的波长的激光束的聚光点定位于被加工物的内部而进行照射，形成多个盾构隧道，该盾构隧道由从被加工物的正面至背面的细孔和围绕该细孔的非晶质构成(例如，参照专利文献3)。

另外，还提出了下述的脉冲激光束的照射技术：为了对被加工物照射期望的激光束，能够选择性地对从激光振荡器按照脉冲的形式振荡出的激光束进行间疏，从而适当调整对被加工物的脉冲激光束的照射开始和照射停止(例如，参照专利文献4)。

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

专利文献4：日本特开平11-188490号公报

根据上述专利文献4中记载的脉冲激光束的照射技术，能够选择性地对脉冲激光束进行间疏，从而能够在任意的时刻重复进行脉冲激光束的照射开始和照射停止而对被加工物照射脉冲激光束。但是，当通过放大器将按照规定的间隔进行了间疏后的脉冲激光束的功率放大时，有时断续地照射的脉冲激光束的间疏后的最初的脉冲激光束会吸入在停止脉冲激光束照射的期间积存于放大器的能量，功率会暂时异常放大。于是，产生下述问题：会对被加工物照射不适合被加工物的加工条件的输出的脉冲激光束，无法进行期望的加工。这一问题不限于将专利文献4记载的脉冲激光束的照射技术应用于上述专利文献1至3记载的激光加工装置的情况，在照射脉冲激光束而进行被加工物的检查或测量的情况下，有时也会成为不适合期望的检查条件或测量条件的输出的脉冲激光束，同样成为问题。

技术实现要素：

由此，本发明的目的在于提供激光照射机构，即使在对脉冲激光束进行间疏而断续地进行照射的情况下，也能够通过放大器放大至适当的功率。

根据本发明，提供激光照射机构，其具有激光振荡器，该激光振荡器按照脉冲的方式振荡出线偏振的激光束，其中，该激光照射机构具有：偏振面合成单元，其对该激光振荡器所振荡出的具有第一偏振面的脉冲激光束选择性地合成具有旋转了90度的第二偏振面的脉冲激光束；放大器，其将由该偏振面合成单元合成的脉冲激光束的功率放大；以及脉冲激光束提取单元，其提取出被该放大器放大了的脉冲激光束中所包含的具有该第一偏振面的脉冲激光束和具有该第二偏振面的脉冲激光束中的具有要利用的偏振面的脉冲激光束。

优选该偏振面合成单元由eom构成，通过该eom将该激光振荡器所振荡出的脉冲激光束选择性地转换成具有第二偏振面的脉冲激光束从而对具有第一偏振面的脉冲激光束和具有第二偏振面的脉冲激光束进行合成，该提取单元由偏振分束器构成，该偏振分束器按照p偏振和s偏振而提取出具有第一偏振面的脉冲激光束和具有第二偏振面的脉冲激光束。

优选该偏振面合成单元由aod和偏振面旋转器构成，该aod选择性地对脉冲激光束的光路进行分支，该偏振面旋转器配设于被该声光元件分支的光路上，将具有第一偏振面的脉冲激光束转换成具有第二偏振面的脉冲激光束，该提取单元由偏振分束器构成，该偏振分束器按照p偏振和s偏振而提取出具有第一偏振面的脉冲激光束和具有第二偏振面的脉冲激光束。

优选该偏振面旋转器由1/2波长板和合成用偏振分束器构成，该1/2波长板配设于被该aod分支的光路上，使具有第一偏振面的脉冲激光束的偏振面旋转至第二偏振面，该合成用偏振分束器对具有第一偏振面的脉冲激光束和具有第二偏振面的脉冲激光束进行合成。优选该aod对具有第一偏振面的脉冲激光束的功率与具有第二偏振面的脉冲激光束的功率的比率进行调整。

优选该激光振荡器包含：第一激光振荡器，其按照脉冲的方式振荡出具有第一偏振面的脉冲激光束；以及第二激光振荡器，其按照脉冲的方式振荡出具有相对于该第一偏振面旋转了90度的第二偏振面的脉冲激光束，该偏振面合成单元对该第一激光振荡器和该第二激光振荡器进行控制而选择性地对具有第一偏振面的脉冲激光束和具有第二偏振面的脉冲激光束进行合成，该提取单元由偏振分束器构成，该偏振分束器按照p偏振和s偏振而提取出具有第一偏振面的脉冲激光束和具有第二偏振面的脉冲激光束。优选该偏振面合成单元由控制部和合成用偏振分束器构成，该合成用偏振分束器选择性地对该控制部所选择的具有第一偏振面的脉冲激光束和具有第二偏振面的脉冲激光束进行合成。

根据本发明，入射至放大器的脉冲激光束不会断续地停止，因此不会在放大器中积存能量，被放大器放大的脉冲激光束的功率不会异常放大。由此，能够防止对被加工物照射不适合被加工物的加工的异常放大的脉冲激光束。

附图说明

图1是本实施方式的激光加工装置的立体图。

图2是示出图1所示的激光加工装置所具有的激光照射机构的第一实施方式的框图。

图3是示出图1所示的激光加工装置所具有的激光照射机构的第二实施方式的框图。

图4是示出图1所示的激光加工装置所具有的激光照射机构的第三实施方式的框图。

标号说明

2：激光加工装置；10：晶片；21：基台；22：保持单元；23：移动单元；26：框体；25：拍摄单元；30：x方向可动板；31：y方向可动板；34：卡盘工作台；40、40a、40b、40c：激光照射机构；41a、41b：激光振荡器；42a：电光调制器(eom)；42b：偏振面合成单元；411：第一激光振荡器；412：第二激光振荡器；421：声光元件(aod)；422：偏振面旋转器；422a：1/2波长板；422c：偏振分束器；43：放大器；44：偏振分束器；47：聚光器；50：x方向移动单元；52：y方向移动单元。

具体实施方式

以下，参照附图对根据本发明而构成的实施方式进行具体的说明。

图1中示出采用了本实施方式的激光照射机构的激光加工装置2的立体图。图1所示的激光加工装置2具有：保持单元22，其对被加工物进行保持；移动单元23，其配设于基台21上，使保持单元22移动；以及框体26，其包含：垂直壁部261，其沿箭头z所示的z方向竖立设置于基台21上的移动单元23的侧方；和水平壁部262，其从垂直壁部261的上端部沿水平方向延伸。

在框体26的水平壁部262的内部配设有构成激光照射机构40的光学系统，该激光照射机构40对保持单元22所保持的被加工物(晶片10)照射脉冲激光束。在水平壁部262的前端部下表面侧配设有构成激光照射机构40的一部分的聚光器47，并且在相对于聚光器47在图中箭头x所示的方向上相邻的位置配设有拍摄单元25。

拍摄单元25具有对被加工物的正面进行拍摄的使用可见光线的拍摄元件(ccd)，优选拍摄单元25根据被加工物的种类而包含：照射红外线的红外线照射单元；捕捉红外线照射单元所照射的红外线的光学系统；以及输出与该光学系统所捕捉的红外线相对应的电信号的拍摄元件(红外线ccd)。

保持单元22包含：矩形状的x方向可动板30，其在图1箭头x所示的x方向上移动自如地搭载于基台21；矩形状的y方向可动板31，其在图1箭头y所示的y方向上移动自如地搭载于x方向可动板30；圆筒状的支柱32，其固定于y方向可动板31的上表面；以及矩形状的罩板33，其固定于支柱32的上端。在罩板33上配设有卡盘工作台34，该卡盘工作台34对通过形成在罩板33上的长孔而向上方延伸的圆形状的被加工物进行保持，构成为能够通过未图示的旋转驱动单元而旋转。在卡盘工作台34的上表面上配置有圆形状的吸附卡盘35，该吸附卡盘35由多孔质材料形成，实质上水平延伸。吸附卡盘35借助在支柱32中通过的流路而与未图示的吸引单元连接，在吸附卡盘35的周围均等地配置有四个夹具36。在将作为被加工物的晶片10固定于卡盘工作台34时，夹具36对借助保护带t而对晶片10进行保持的框架f进行把持。x方向是图1箭头x所示的方向，y方向是箭头y所示的方向，是与x方向垂直的方向。由x方向、y方向所限制的平面实质上是水平的。

移动单元23包含x方向移动单元50和y方向移动单元52。x方向移动单元50将电动机50a的旋转运动借助滚珠丝杠50b而转换成直线运动并传递至x方向可动板30，使x方向可动板30沿着基台21上的导轨27、27在x方向上进退。y方向移动单元52将电动机52a的旋转运动借助滚珠丝杠52b而转换成直线运动并传递至y方向可动板31，使y方向可动板31沿着x方向可动板30上的导轨37、37在y方向上进退。另外，虽省略了图示，在x方向移动单元50、y方向移动单元52上分别配设有位置检测单元，准确地检测卡盘工作台34的x方向的位置、y方向的位置、周向的旋转位置，使x方向移动单元50、y方向移动单元52以及未图示的旋转驱动单元驱动，从而能够将卡盘工作台34准确地定位于任意的位置和角度。另外，上述的激光加工装置2整体和移动单元23等构成为在实际的加工状态下被为了便于说明而省略的波纹罩、壳体等覆盖，来确保粉尘或尘埃等不会进入内部。

参照图2，对作为本实施方式的激光照射机构40的第一实施方式的激光照射机构40a的光学系统进行说明。

激光照射机构40a具有：激光振荡器41a，其按照脉冲的方式振荡出激光束；电光调制器(eom)42a，其作为偏振面合成单元发挥功能；放大器43，其将所入射的脉冲激光束的功率放大；偏振分束器44，其作为脉冲激光束提取单元发挥功能，该脉冲激光束提取单元从被放大器43放大的脉冲激光束中提取出要利用的偏振面的脉冲激光束。另外，激光照射机构40a根据需要而具有：光束阻尼器45，对其照射从偏振分束器44分支而具有不利用的偏振面的脉冲激光束；反射镜46，其对具有要利用的偏振面的脉冲激光束进行反射；以及聚光器47，其将脉冲激光束会聚至卡盘工作台34上所吸引保持的被加工物(晶片10)；等等。另外，在本实施方式中，具有第一偏振面的脉冲激光束是p偏振的脉冲激光束，具有第二偏振面的脉冲激光束是s偏振的脉冲激光束。

激光振荡器41a振荡出线偏振且为期望的振荡频率的脉冲状的激光。作为该激光振荡器41a，例如可以使用振荡出重复频率为10mhz～10khz、平均输出为0.1w的脉冲激光的激光振荡器。从激光振荡器41a射出的脉冲激光束是放大前的脉冲激光束。

eom42a由控制部100a进行控制，通过控制部100a来控制针对eom42a所包含的非线性晶体的施加电场的方向，从而能够任意地选择性地对所入射的脉冲激光束的偏振状态进行调制(偏振调制)。由此，如图2所示，将入射至eom42a的具有第一偏振面的脉冲激光束选择性地按照规定的脉冲、例如按照每5个脉冲调制成具有偏振面相对于第一偏振面旋转了90度的第二偏振面的脉冲激光束，并按照合成有p偏振和s偏振的脉冲激光束的状态射出。该eom42a作为偏振面合成单元发挥功能，该偏振面合成单元对激光振荡器41a所振荡出的具有第一偏振面的脉冲激光束选择性地合成具有旋转了90度的第二偏振面的脉冲激光束。另外，控制部100a是对激光加工装置2所具有的各单元、例如拍摄单元25等进行控制的计算机。

放大器43将从eom42a射出的脉冲激光束的功率放大，例如将从激光振荡器41a射出的0.1w的脉冲激光束放大为5.0w的功率。

偏振分束器44例如是立方体型的偏振分束器，通常作为将入射光分支成p偏振和s偏振的光学部件被公知。由此，将从放大器43导入的脉冲激光束分支成具有第一偏振面(p偏振)的脉冲激光束和具有该第二偏振面(s偏振)的脉冲激光束。将具有要利用的偏振面(p偏振)的脉冲激光束提取至一方的光路(即配设有反射镜46和聚光器47的光路)。另外，将不利用的s偏振的脉冲激光束导入至另一方的光路，并利用光束阻尼器45进行吸收。导入至聚光器47的p偏振的脉冲激光束照射至卡盘工作台34所保持的晶片10而实施期望的加工。

本实施方式的激光加工装置2和激光照射机构40a大致如上述那样构成，下面对其具体的作用进行说明。

首先，如图1的左上方所示，准备作为被加工物的大致圆形状的晶片10。晶片10例如由si(硅)构成，在其正面上在由相互垂直的多条分割预定线12划分的器件区域形成有多个器件14。按照将晶片10的背面粘贴于划片带t并且利用具有收纳晶片10的开口的框架f对晶片10进行收纳的状态粘贴于划片带t而利用该框架f对晶片10进行支承。

接着，将晶片10载置于卡盘工作台34的吸附卡盘35上，并且使四个夹具36作用于对晶片10进行支承的框架f，从而进行固定。另外，对卡盘工作台34的吸附卡盘35作用吸引力，从而对晶片10进行吸引保持。

接着，实施烧蚀加工，该烧蚀加工用于在卡盘工作台34上所保持的晶片10的正面上形成作为分割起点的分割槽。分割槽的形成具体通过以下的步骤来实施。

若将晶片10保持于卡盘工作台34上，则使加工进给单元23进行动作而将卡盘工作台34定位于拍摄单元25的正下方。当卡盘工作台34定位于拍摄单元25的正下方时，通过拍摄单元25和控制部100a来执行对晶片10的要进行激光加工的加工区域进行检测的对准作业。即，拍摄单元25和控制部100a执行图案匹配等图像处理而执行激光束照射位置的对准，该图案匹配等图像处理用于进行沿着晶片10的分割预定线12照射激光束的激光照射机构40a的聚光器47和晶片10的加工区域的对位。

若实施了上述的对准，则如图1所示，实施分割槽形成加工，沿着分割预定线12照射对于晶片10具有吸收性的波长的激光光线，在晶片10的正面上形成分割槽16。更具体而言，将卡盘工作台34移动至照射激光束的激光照射机构40a的聚光器47所处的激光束照射区域，将规定的分割预定线12的一端定位于聚光器47的正下方。接着，将从激光照射机构40a的聚光器47照射的激光束的聚光点定位于晶片10的正面，一边从聚光器47照射对于晶片10具有吸收性的波长的脉冲激光光线，一边使卡盘工作台34在图中箭头x所示的方向上按照规定的加工进给速度移动，移动至分割预定线12的另一端。关于这样的加工，一边使保持单元22、移动单元23进行动作一边沿着所有的分割预定线12实施形成分割槽16的激光加工。

这里，对上述的激光照射机构40a的作用进行具体地说明。

如根据图2所说明的那样，偏振分束器44所提取的p偏振的脉冲激光束在s偏振的脉冲激光束被间疏的状态下进行照射，脉冲激光束断续地照射至晶片10。这里，配设于激光照射机构40a的eom42a对放大器43照射合成有p偏振和s偏振的脉冲激光束的状态的脉冲激光束，因此p偏振和s偏振的脉冲激光束被连续地导入至放大器43而进行放大。

被放大器43放大的脉冲激光束导入至偏振分束器44，分支成要利用于激光加工的p偏振的脉冲激光束和不利用于激光加工的s偏振的脉冲激光束。这样，仅将连续的脉冲激光束中的要利用的p偏振的脉冲激光束导入至反射镜46。另外，不利用于激光加工的s偏振的脉冲激光束被导入至光束阻尼器45而被吸收。并且，利用反射镜46转换了光路方向的p偏振的脉冲激光束导入至聚光器47而照射至晶片10。

通过如上述那样构成激光照射机构40a，从而入射至放大器43的脉冲激光束不会断续地停止，因此不会在放大器43中积存能量，从而被放大器43放大的脉冲激光束的功率不会异常放大。由此，能够防止对晶片10照射不适合晶片10的加工的异常放大的脉冲激光束。

本发明的激光照射机构40不限于上述的第一实施方式的激光照射机构40a的结构，可以提供各种变形例。下面，参照图3对作为激光照射机构40的第二实施方式的激光照射机构40b进行说明。另外，标记有与图2所示的第一实施方式相同的标号的结构具有与第一实施方式记载的结构同样的功能、作用，适当省略了详细的说明。

激光照射机构40b具有：激光振荡器41b，其按照脉冲的方式振荡出激光束；偏振面合成单元42b；放大器43，其将所入射的脉冲激光束的功率放大；以及偏振分束器44，其作为提取出要利用的偏振面的脉冲激光束的脉冲激光束提取单元发挥功能。另外，激光照射机构40b与第一实施方式同样地具有：光束阻尼器45，对其照射从偏振分束器44分支而具有不利用的偏振面的脉冲激光束照射；反射镜46，其对脉冲激光束进行反射；以及聚光器47，其将脉冲激光束会聚至卡盘工作台34上所吸引保持的被加工物(晶片10)；等等。

激光振荡器41b与第一实施方式同样地振荡出线偏振且为期望的振荡频率的脉冲状的激光束。作为该激光振荡器41b，例如可以使用振荡出重复频率为10mhz～10khz、平均输出为0.1w的脉冲激光束的激光振荡器。从激光振荡器41b照射的脉冲激光束是放大前的脉冲激光束。

偏振面合成单元42b具有声光元件(aod)421和偏振面旋转器422。aod421是通常公知的元件，其利用压电元件使晶体振动而在晶体中产生疏密的驻波，作为衍射光栅发挥功能。该振动频率通过控制部100b进行控制，通过使振动频率变化，从而使形成在晶体的光栅宽度变化。通过使光栅宽度变化，能够调整利用衍射光栅分支的光线的角度、功率的比率。如图3所示，入射至aod421的脉冲激光束以规定的角度、按照规定的脉冲数分支成实线和虚线所示的两个方向并导入至偏振面旋转器422。另外，此时从aod421照射的脉冲激光束均是维持从激光振荡器41b振荡出的第一偏振面的脉冲激光束。

如图3所示，偏振面旋转器422具有1/2波长板422a、反射镜422b、以及合成用的偏振分束器422c。被上述的aod421分支的一方的虚线所示的脉冲激光束导入至1/2波长板422a。导入至1/2波长板422a后的具有第一偏振面的脉冲激光束的偏振面旋转90度，成为实线所示的具有偏振面相对于具有第一偏振面的脉冲激光束旋转了90度的第二偏振面的脉冲激光光线。这样，具有第一偏振面的脉冲激光束如图3的(a)所示，成为s偏振的脉冲激光束，具有第二偏振面的脉冲激光束如图3的(b)所示，成为p偏振的脉冲激光束。

被aod421分支且偏振面进行了旋转的s偏振的脉冲激光束被反射镜422b反射，并导入至合成用的偏振分束器422c。另外，维持了偏振面的p偏振的脉冲激光束也导入至合成用的偏振分束器422c，从而将两个脉冲激光束合成而从偏振面合成单元42b射出。如图3所示，从偏振面合成单元42b射出的脉冲激光束具有与入射至偏振面合成单元42b的脉冲激光束同样的重复频率，但被合成为使偏振面按照规定的脉冲在p偏振和s偏振之间变化。这样合成的脉冲激光束被导入至与第一实施方式同样的放大器43。

合成有p偏振和s偏振的脉冲激光束的状态的脉冲激光束按照连续的脉冲导入至放大器43，其功率例如被放大为平均输出为5.0w。

通过放大器43放大的脉冲激光束经由与第一实施方式同样的光路而导入至偏振分束器44，提取出p偏振的脉冲激光束而导入至反射镜46并照射至晶片10。另外，由图3的(a)和图3的(b)可理解，在本实施例中，通过aod421的功能，按照使脉冲激光束分支时的功率慢慢变化的方式进行调整。

如上述那样构成激光照射机构40b，从而入射至放大器43的脉冲激光束不会断续地停止，因此不会在放大器43中积存能量，从而能够防止被放大器43放大的脉冲激光束的功率异常放大。

另外，参照图4对作为激光照射机构40的第三实施方式的激光照射机构40c进行说明。另外，标记有与图2所示的第一实施方式和图3所示的第二实施方式相同的标号的结构具有与各记载的结构同样的功能、作用，适当省略了详细的说明。

激光照射机构40c具有第一激光振荡器411和第二激光振荡器412作为按照脉冲的方式振荡出激光束的激光振荡器41c。第一激光振荡器411和第二激光振荡器412例如包含振荡出重复频率为10mhz～10khz、平均输出为0.1w的脉冲激光束的激光振荡器。该第一激光振荡器411、第二激光振荡器412由控制部100c进行控制。另外，激光照射机构40c具有：作为偏振面合成单元发挥功能的合成用的偏振分束器42c；放大器43；以及偏振分束器44。另外，激光照射机构40c具与第一、第二实施方式同样地具有：光束阻尼器45，对其照射不利用的偏振面的脉冲激光束；反射镜46，其对要利用的脉冲激光束进行反射；以及聚光器47，其将脉冲激光束会聚至卡盘工作台34上所吸引保持的被加工物(晶片10)；等等。

在第一激光振荡器411和第二激光振荡器412中的至少任意一方配设有1/2波长板。由此，能够按照使偏振面相互旋转90度的状态照射脉冲激光束。另外，在第一激光振荡器411和第二激光振荡器412中具有声光元件(aod)(省略图示)，能够通过控制部100c准确地控制从第一激光振荡器411和第二激光振荡器412照射的脉冲激光束的照射时刻。由此，例如能够在如图4的(a)所示从第一激光振荡器411照射5个脉冲的p偏振的脉冲激光束之后，如图4的(b)所示在与其连续的时刻从第二激光振荡器412照射5个脉冲的s偏振的脉冲激光束。

从第一激光振荡器411对偏振分束器42c照射的p偏振的脉冲激光束和从第二激光振荡器412对偏振分束器42c照射的s偏振的脉冲激光束被导入至合成用的偏振分束器42c而进行合成。由此，如图4所示，成为包含p偏振的脉冲激光束和s偏振的脉冲激光束的连续的脉冲激光束。该合成而得的脉冲激光束是与在第一实施方式中从eom42a照射的脉冲激光束同样的脉冲激光束。该合成而得的脉冲激光束被导入至放大器43，经由与第一实施方式同样的光路照射至晶片10而实施激光加工。在第三实施方式中，也与第一实施方式同样地，入射至放大器43的脉冲激光束不会断续地停止，因此不会在放大器43中积存能量，从而被放大器43放大的脉冲激光束的功率不会异常放大。由此，能够防止对晶片10照射不适合晶片10的加工的异常放大的脉冲激光束。

在上述的各实施方式中，对将激光照射机构40a～40c应用在激光加工装置1中的例子进行了说明，但本发明不限于此。例如，激光照射机构40a～40c也可以应用于下述装置：该装置通过放大器将脉冲激光束放大而进行照射，从而对被加工物的物性进行检查或对被加工物的正面位置进行测量。

在上述的实施方式中，作为要利用的脉冲激光束，选择了p偏振的脉冲激光束，但本发明不限于此，也可以按照利用s偏振的脉冲激光束的方式，在导入了p偏振的脉冲激光束的光路上配设光束阻尼器而进行吸收。

另外，考虑本申请发明要解决的课题时，考虑将激光振荡器振荡出的脉冲激光束直接导入至放大器，在通过放大器进行了放大之后，使用声光元件(aod)等对脉冲激光束进行间疏。但是，在该情况下，对提高了功率以便用于加工的脉冲激光束进行间疏，因此需要避免对声光元件(aod)等的损坏。作为用于避免该损坏的具体的手段，考虑在将放大后的脉冲激光光线导入至声光元件(aod)等时，按照降低输出密度的方式使光束尺寸增大而入射。但是，当使光束尺寸增大而入射时，构成声光元件(aod)等的晶体中的声波的传播速度会延迟，因此存在下述问题：响应时间变差，在重复频率较高的区域无法使控制良好地追随，加工品质不稳定。本发明通过上述的结构能够避免这样的问题。