本发明涉及对板状的被加工物照射激光光线而进行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、照明设备等电子设备。
激光加工装置存在如下的类型：通过将对于被加工物具有吸收性的波长的激光光线的聚光点定位于被加工物的正面而进行照射的烧蚀加工来形成作为分割的起点的槽(例如，参照专利文献1)；将对于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)；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作为分割的起点的细孔和围绕该细孔的非晶质区域构成(例如，参照专利文献3)，根据被加工物的种类、加工精度等，适当选择激光加工装置。
在上述的激光加工装置中，特别是在实施烧蚀加工的类型中，担心对作为被加工物的晶片的正面照射激光光线时所产生的碎屑(激光加工屑)飞散而附着于形成在晶片上的器件的正面上，使器件的品质降低，因此提出了如下的方案：在实施激光加工之前，在晶片的正面上覆盖使用于加工的激光光线透过的液态树脂来防止碎屑的附着，在实施了激光加工之后将该液态树脂去除(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2004-188475号公报
根据专利文献4记载的技术，通过覆盖液态树脂，能够防止碎屑附着于器件的正面，可确保加工品质。但是，至少需要进行涂布液态树脂的工序和在加工后去除液态树脂的工序，在生产率方面存在问题。另外，液态树脂无法重复利用，因此还存在不经济的问题。
另外，还提出了如下的技术：在使晶片浸没在水中的状态下照射激光光线而使碎屑漂浮在水中，从而防止碎屑附着于晶片的正面。但是，当在晶片浸没在水中的状态下对晶片照射激光光线的情况下，会从晶片的激光光线照射的部位产生微细的气泡，因此存在下述问题：由于该气泡而妨碍激光光线的行进，无法进行期望的加工。
技术实现要素：
由此，本发明的目的在于提供激光加工装置，对板状的被加工物照射激光光线而进行加工时，不会妨碍对被加工物照射激光光线。
根据本发明，提供激光加工装置，其具有：保持单元，其包含对板状的被加工物进行保持的保持工作台；激光光线照射单元，其对该保持工作台所保持的被加工物照射激光光线而实施加工；以及液体提供机构，其配设在该保持单元的上方，该液体提供机构包含：池，其在该保持工作台所保持的被加工物的上表面上形成液体层；透明板，其被配设成与该液体层接触；喷射喷嘴，其朝向通过该透明板而照射至被加工物的激光光线的照射位置喷射液体；液体提供喷嘴，其从该池的一方提供液体；以及液体排出喷嘴，其从该池的另一方排出液体。
优选该激光光线照射单元包含分散单元，该分散单元使从激光振荡器射出的激光光线分散。
根据本发明，提供不会妨碍对被加工物照射激光光线的激光加工装置。特别是在将本发明应用于实施烧蚀加工的激光加工装置的情况下，即使不在晶片的正面上覆盖液态树脂，也能够抑制激光加工时所产生的碎屑附着于器件，能够防止器件的加工品质降低。
附图说明
图1是本发明实施方式的激光加工装置的立体图。
图2是构成图1所示的激光加工装置的液体提供机构的池和保持单元的局部分解图。
图3是示出图1所示的激光加工装置的保持单元、液体提供机构和周边结构的立体图。
图4是图1所示的激光加工装置的激光光线照射单元的立体图。
图5是图4所示的激光光线照射单元的分解立体图。
图6是示出图4所示的激光光线照射单元的光学系统的框图。
图7是示出利用图5所示的激光光线照射单元实施激光加工的状态的图，其中，(a)是立体图，(b)是局部放大剖视图。
图8是示出激光光线照射单元的概略的侧视图，用于对实施图7所示的激光加工的状态进行说明。
标号说明
2：激光加工装置；6：激光光线照射单元；21：基台；22：框体；30：保持单元；32：保持工作台；32a：吸附卡盘；40：液体提供机构；41：池；41a：框架；41b：空间；41c：液体提供口；41d：液体排出口；42：透明板；43：液体提供喷嘴；44：液体排出喷嘴；45：喷射喷嘴；45a：喷嘴主体；45c：喷射口；45d：连结托架；46m：液体提供主泵；46s：液体提供副泵；47：过滤器；48：液体蓄留容器；82：激光振荡器；86：聚光器；88：对准单元；91：多面镜；lb：激光光线。
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进行更加详细的说明。
图1中示出本发明实施方式的激光加工装置2的立体图。激光加工装置2具有：基台21；保持单元30，其配设在基台21上，对被加工物进行保持；框体22，其包含沿箭头z所示的z方向竖立设置在基台21上的保持单元30的侧方的垂直壁部221和从垂直壁部221的上端部沿水平方向延伸的水平壁部222；液体提供机构40，其配设在保持单元30的上部；以及激光光线照射单元6，其配设在水平壁部222的下表面上。
图2是将保持单元30、构成液体提供机构40的一部分的池41、液体提供喷嘴43、液体排出喷嘴44以及喷射喷嘴45的各结构分解而示出的图，下面对于各结构进行说明。
保持单元30具有：长方体状的保持基台31，其固定于基台21上；以及圆形的保持工作台32，其配设于保持基台31的上表面部31a。保持工作台32构成为能够通过未图示的转动机构进行旋转。保持工作台32的中央区域包含圆形的吸附卡盘32a，该圆形的吸附卡盘32a由具有通气性的材质、例如多孔陶瓷构成。吸附卡盘32a与未图示的吸引源连接，对载置于吸附卡盘32a的板状的被加工物进行吸引保持。
如图2所示，在保持基台31的上表面部31a载置构成液体提供机构40的一部分的池41。池41包含框架41a，该框架41a构成从箭头x所示的x轴方向和箭头y所示的y轴方向这四方围绕上下贯通的矩形状的空间41b的侧面。在通过框架41a构成的四个侧面中的定位于y轴方向而对置的两个侧面的一方，配设有将空间41b和外部连通的液体提供口41c，在另一方的侧面配设有将空间41b与外部连通的液体排出口41d。优选液体提供口41c和液体排出口41d在各侧面上沿水平方向延伸，并且按照比吸附卡盘32a的直径长的尺寸形成。
如图2所示，在框架41a的配设有液体提供口41c的侧面上连结有液体提供喷嘴43。另外，在池41的配设有液体排出口41d的侧面上连结有用于排出液体的液体排出喷嘴44。液体提供喷嘴43和液体排出喷嘴44形成为俯视时大致三角形状，其高度方向的厚度形成为与上述的池41的厚度大致相同。
在液体提供喷嘴43上形成有提供液体的提供口43a。如虚线所示，在液体提供喷嘴43的内部形成有将从提供口43a提供的液体导入至池41的液体提供口41c的通路43b，在与液体提供口41c对置的面上形成有与液体提供口41c相同形状的排出口43c。另外，在液体提供喷嘴43的上表面上形成有分支口43d。分支口43d与形成在液体提供喷嘴43的内部的通路43b连通。从提供口43a提供的液体经由通路43b而被导入至排出口43c和分支口43d。
液体排出喷嘴44与液体提供喷嘴43相比，除了未形成分支口43d这一点以外，由大致相同的形状构成。如图2所示，在与池41的液体排出口41d对置的位置形成有由与池41的液体排出口41d相同的形状构成的提供口44c。从提供口44c提供的液体通过液体排出喷嘴44的内部的通路44b而从排出口44a排出。在框体41的下表面缘部在整个圆周区域内配设有密封件(省略图示)，通过将池41载置在保持基台31上，从而在包含保持基台31的上表面部31a的上方形成开放的空间。
在液体提供喷嘴43的分支口43d配设有液体提供副泵46s。形成于液体提供副泵46s的下表面的未图示的吸入口经由分支口43d而定位于液体提供喷嘴43内部的通路43b。在液体提供副泵46s的喷出口46sa上连结有由树脂制的柔性软管构成的分支软管49d的一方。分支软管49d的另一方与喷射喷嘴45连接。
喷射喷嘴45包含：喷嘴主体45a；提供口45b，其与分支软管49d的另一方连接；以及连结托架45d。喷嘴主体45a在内部形成有空间，从提供口45b提供的液体经由该空间而被导入至相对于该空间的剖视积形成得较窄的喷射口45c，从设定于喷嘴主体45a的下端部的喷射口45c喷射。
另外，对液体提供机构40和液体提供机构40的周边结构进行说明。如图3所示，本实施方式的激光加工装置2具有液体提供主泵46m、过滤器47以及液体蓄留容器48，以便始终对液体提供机构40提供液体w。液体蓄留容器48配设于过滤器47。液体提供主泵46m和液体提供喷嘴43利用第一软管49a连接，液体排出喷嘴44和过滤器47利用第二软管49b连接，过滤器47和液体提供主泵46m利用第三软管49c连接。各软管49a～49c与上述的分支软管49d同样地由树脂制的柔性软管形成。
根据上述的结构，从液体提供主泵46m喷出的液体w经由第一软管49a而提供至液体提供喷嘴43。如上所述，在液体提供喷嘴43上配设有液体提供副泵46s，提供至液体提供喷嘴43的液体w被分支成从液体提供喷嘴43直接流入池41中的液体w1以及从液体提供副泵46s喷出而提供至喷射喷嘴45的液体w2。提供至喷射喷嘴45的液体w2从喷射喷嘴45的喷射口45c喷射至池41中，与液体w1合流而成为液体w，提供至池41的液体w经由液体排出喷嘴44排出。另外，从液体排出喷嘴44排出的液体w经由第二软管49b被导入至过滤器47而进行过滤，并经由第三软管49c而返回至液体提供主泵46m。另外，进一步对液体w2从喷射喷嘴45的喷射口45c喷射至池41中的方式进行详细叙述。
在本实施方式的液体提供机构40中，允许从池41与形成于保持基台31的上表面的贴合面之间的间隙等慢慢漏出液体，并且池41的上方开放，从而优选设置如下的回收路径：设想液体w溢出到外部，但在基台21上对漏出到池41的外部或从池41溢出的液体w进行回收并使其回流至过滤器47。另外，在由于这样的漏出等而使液体w减少的情况下，对液体蓄留容器48适当补充液体即可。另外，液体蓄留容器48直接安装于过滤器47，还具有将导入至过滤器47的液体w所含的气泡排出的功能。
通过以上那样的结构，液体w在液体提供机构40中循环。在液体提供机构40中流动的液体w的流速能够通过调整液体提供主泵46m的压送效率、变更池41的容积、或调整液体提供口41c和液体排出口41d的开口面积而进行调整，以调整成规定的流速。
接着，参照图1、图4和图5对激光光线照射单元6进行说明。另外，图5是图4所示的激光光线照射单元6的分解立体图。
激光光线照射单元6包含：引导板60，其利用未图示的固定单元固定于框体22的水平壁部222的下表面上；y轴方向可动部件62，其被引导板60支承为在y轴方向上移动自如；以及y轴方向移动机构64，其使y轴方向可动部件62在y轴方向上移动。在引导板60的x轴方向两端下部形成有沿y轴方向延伸的一对导轨60a。如图4和图5所示，y轴方向可动部件62具有：一对被引导部66，它们在x轴方向上隔开间隔地配置；以及沿x轴方向延伸的安装部68，其架设于被引导部66的下端之间。在各被引导部66的上部形成有沿y轴方向延伸的被引导轨66a。被引导部66的被引导轨66a与引导板60的导轨60a进行卡合，从而y轴方向可动部件62被引导板60支承为在y轴方向上移动自如。另外，在安装部68的y轴方向两端下部形成有沿x轴方向延伸的一对导轨68a。y轴方向移动机构64具有：滚珠丝杠70，其在引导板60的下方沿y轴方向延伸；以及电动机72，其与滚珠丝杠70的一个端部连结。滚珠丝杠70的门型形状的螺母部70a固定于安装部68的上表面上。滚珠丝杠70的未连结电动机72的另一方的一个端部在与螺母部70a螺合之后，被形成于引导板60的前方缘部的支持片部60b支承为旋转自如。并且，y轴方向移动机构64通过滚珠丝杠70将电动机72的旋转运动转换成直线运动而传递至y轴方向可动部件62，使y轴方向可动部件62沿着引导板60的导轨60a在y轴方向上移动。
参照图5继续对激光光线照射单元6进行说明。激光光线照射单元6还包含：x轴方向可动板74，其在x轴方向上移动自如地安装于y轴方向可动部件62的安装部68；以及x轴方向移动机构76，其使x轴方向可动板74在x轴方向上移动。x轴方向可动板74的y轴方向两端部和安装部68的导轨68a卡合，从而x轴方向可动板74在x轴方向上移动自如地安装于安装部68。x轴方向移动机构76具有：滚珠丝杠78，其在安装部68的上方沿x轴方向延伸；以及电动机80，其与滚珠丝杠78的一个端部连结，被一方的被引导部66支承。滚珠丝杠78的螺母部78a从安装部68的开口68b通过而固定于x轴方向可动板74的上表面上。滚珠丝杠78的未连结电动机80的另一方的一个端部被未固定电动机80的另一方的被引导部66支承为旋转自如。并且，x轴方向移动机构76通过滚珠丝杠78将电动机80的旋转运动转换成直线运动而传递至x轴方向可动板74，使x轴方向可动板74沿着安装部68的导轨68a在x方向上移动。
另外，参照图5～图8对激光光线照射单元6的光学系统的结构进行说明。如图5所示，激光光线照射单元6包含：激光振荡器82，其射出脉冲状的激光光线lb；衰减器(省略图示)，其对从激光振荡器82射出的激光光线lb的输出进行调整；直角棱镜反射镜84，其与激光振荡器82在y轴方向上隔开间隔地安装于y轴方向可动部件62的安装部68的下表面上；聚光器86，其在z轴方向上移动自如地安装于x轴方向可动板74的下表面上；以及聚光点位置调整单元(省略图示)，其使聚光器86在z轴方向上移动而对聚光器86的聚光点的z轴方向进行调整。激光振荡器82例如射出对于被加工物具有吸收性的波长(例如为355nm)的激光光线lb。如图6所示，从激光振荡器82向y轴方向照射的激光光线lb借助直角棱镜反射镜84将行进方向变换90度而入射至聚光器86。
在图7的(a)中示出将本实施方式的激光加工装置2对保持工作台32所保持的晶片10实施激光加工的方式的主要部分放大的图，在聚光器86的上部壳体86a上借助连结托架45d而连结有喷射喷嘴45。在将聚光器86的壳体86a的一部分切除而示出的内部具有：作为分散单元的多面镜91，其使从激光振荡器82射出的激光光线lb分散；电动机92，其使多面镜91在箭头r所示的方向上高速旋转；以及聚光透镜(fθ透镜)86b，其对激光光线lb进行会聚而照射至被加工物，在聚光透镜86b的下方，在壳体86a的下端按照将壳体86a的下端部密闭的方式配设有透明板42(一并参照图7的(b))。如图8所示，多面镜91是将多张反射镜m相对于多面镜91的旋转轴呈同心状配置而成的。fθ透镜86b位于上述多面镜91的下方，对激光光线lb进行会聚而照射至保持工作台32上的被加工物。从直角棱镜反射镜84导入的激光光线lb通过旋转的反射镜m而按照其照射方向在x轴方向上分散的方式导入至fθ透镜，在被加工物上分散至x轴方向的规定的范围而进行照射。上述的透明板42由透过激光光线lb的玻璃形成，但不限于此，也可以为丙烯酸等树脂制的透明部件。
返回图5继续进行说明，在x轴方向可动板74的下表面上，与聚光器86一起配设有与聚光器86在x轴方向上隔开间隔地安装的对准单元88。对准单元88对保持工作台32所保持的被加工物进行拍摄而检测要进行激光加工的区域。另外，激光光线照射单元6具有未图示的聚光点位置调整单元。省略了聚光点位置调整单元的具体结构的图示，聚光点位置调整单元例如可以具有：在z轴方向上延伸的滚珠丝杠，该滚珠丝杠的螺母部固定于聚光器86；以及电动机，其与该滚珠丝杠的一个端部连结。通过这样的结构将电动机的旋转运动转换成直线运动，使聚光器86沿着配设在z轴方向的导轨(省略图示)移动，由此对通过聚光器86会聚的激光光线lb的聚光点的z轴方向的位置进行调整。如上所述，在聚光器86上连结有喷射喷嘴45。因此，聚光器86通过聚光点位置调整单元进行移动，从而喷射喷嘴45也与聚光器86一起在z轴方向上移动。
本发明的激光加工装置2具有大致上述那样的结构，下面对其作用进行说明。
首先，准备在本实施方式中作为板状的被加工物的晶片10。晶片10由在正面上形成有多个器件的硅(si)构成。若准备好晶片10，则从图1所示的池41的上方按照使形成有器件的正面向上的方式将晶片10载置于保持单元30的保持工作台32上。若将晶片10载置于保持工作台32上，则使未图示的吸引源进行动作，在形成保持工作台32的中央区域的吸附卡盘32a上生成吸引力，从而对晶片10进行吸引保持。
若将晶片10保持于保持工作台32上，则通过激光光线照射单元6的x轴方向移动机构76使x轴方向可动板74移动，并且通过y轴方向移动机构64使y轴方向可动部件62在y轴方向上移动(参照图4和图5)，从而将对准单元88定位于池41的上方。对准单元88能够捕捉包含晶片10上的器件在内的所有区域。若将对准单元88定位于晶片10的上方，则通过对准单元88对作为晶片10上的加工位置的分割预定线进行拍摄。接着，根据对准单元88所拍摄的晶片10的图像，进行晶片10的分割预定线与聚光器86的对位。在该对位之后，使保持工作台32旋转且利用x轴方向移动机构76使x轴方向可动板74移动，并且利用y轴方向移动机构64使y轴方向可动部件62移动，从而在晶片10上呈格子状形成的分割预定线沿着x轴方向被定位，并且将聚光器86定位于分割预定线的一个端部、即激光光线的照射开始位置。接着，通过未图示的聚光点位置调整单元使聚光器86在z轴方向上移动，将聚光点定位于晶片10的分割预定线的一个端部的表面高度。
若如上述那样将聚光器86定位于激光光线的照射开始位置，则对液体蓄留容器48补充充分的液体w，使液体提供主泵46m进行动作而开始液体w的喷出。作为在液体提供机构40的内部循环的液体w，例如利用纯水。
通过使液体提供主泵46m开始动作并经过规定的时间，从而液体w注满至池41的空间41b的规定的高度位置，从而生成液体w的层，成为液体w在液体提供机构40内部稳定地循环的状态。此时，如图7的(b)所示，充满池41的空间41b的液体w的层的液面wa位于比聚光器86的下端的透明板42以及喷射喷嘴45的喷射口45c的位置高的位置。由此，至少透明板42成为始终浸没在液体w的层内而与液体w接触的状态。另外，从透明板42至晶片10的正面的间隙设定为3.0mm～5.0mm。
若将聚光点位置定位于晶片10的正面高度并在池41内形成了液体w的层，则开始液体提供副泵46s的动作。通过开始液体提供副泵46s的动作，从而如图1所示那样从提供液体w的液体提供喷嘴43分支出液体w2，并经由分支软管49d提供至喷射喷嘴45。
提供至喷射喷嘴45的液体w2如图7的(b)所示那样通过喷嘴主体45a而喷射至在池41内流动的液体w1中。从喷射口45c喷射的液体w2的喷射位置是激光光线lb照射至晶片10的位置，朝向箭头w1所示的流动的下游方向喷射。
若开始了从喷射喷嘴45喷射液体w2，则一边使激光光线照射单元6进行动作一边通过x轴方向移动机构76使x轴方向可动板74相对于x轴方向按照规定的移动速度移动。在对晶片10照射激光光线lb而实施激光加工时，如根据图7的(a)、图8所说明的那样，通过电动机92使多面镜91按照适当的旋转速度旋转。构成多面镜91的反射镜m的位置与多面镜91的旋转一起变化，从而激光光线lb分散而照射至晶片10。在激光光线lb照射至规定的反射镜m之后，激光光线lb照射至多面镜91的旋转方向r的下游侧的反射镜m，激光光线lb分散而照射至晶片10。激光光线lb的分散方向是与图7的(b)的纸面垂直的方向、即x轴方向。在从激光振荡器82射出激光光线lb并且多面镜91旋转的期间，重复进行这样的激光加工。另外，构成多面镜91的反射镜m的张数、多面镜91的旋转速度等根据被加工物适当确定。
另外，上述的激光加工装置2中的激光加工条件例如可以在以下的加工条件下实施。
在本实施方式中，液体提供机构40的池41载置于保持工作台32上，如图7的(a)、图7的(b)可理解，从喷射喷嘴45的喷射口45c喷射的液体w2与从液体提供喷嘴43提供的液体w1一起始终在与作为加工进给方向的x轴方向垂直的y轴方向上流动(另外，在图7中，为了便于说明，省略了池41等)。在该状态下，激光光线lb隔着配设于聚光器86的透明板42和液体w(w1+w2)而照射至晶片10上的分割预定线，实施烧蚀加工。
如上所述，对晶片10的正面实施烧蚀加工，从而在激光光线lb所照射的位置的液体w产生气泡b。在本实施方式中，从喷射喷嘴45对形成在晶片10与透明板42之间的间隙喷射液体w2(参照图7的(b))，因此在激光光线lb的照射位置附近所产生的气泡b快速地流向池41的下游侧而被去除。由此，在使用多面镜91使激光光线lb分散而照射至晶片10的情况下，能够避开烧蚀加工所产生的气泡b而对晶片10照射激光光线lb，能够继续实施良好的烧蚀加工。另外，根据本实施方式，即使由于烧蚀加工而产生碎屑，通过液体w在池41内继续流动，释放至液体w中的碎屑也快速地从池41中去除。释放至该液体w中的碎屑被过滤器47捕捉，因此可防止碎屑再次在池41内循环。
若对在第一方向上伸长的规定的分割预定线实施了上述烧蚀加工，则利用y轴方向移动机构64使y轴方向可动部件62在y轴方向上移动，将聚光器86定位于相邻的未加工的分割预定线的一个端部，实施与上述烧蚀加工同样的激光加工。并且，若对在第一方向上伸长的所有分割预定线实施了烧蚀加工，则使保持工作台32旋转90度，从而对与在第一方向上伸长的分割预定线垂直的在第二方向上伸长的分割预定线也实施同样的烧蚀加工。这样，能够对晶片10上的所有分割预定线实施烧蚀加工。
如上所述，在保持工作台32上形成利用池41围绕而得的空间41b，并且至少保持工作台32上被液体w的层覆盖。并且，对于透明板42与晶片10之间的间隙的激光光线的照射位置，通过喷射喷嘴45喷射液体w2而实施激光加工。由此，快速地去除从晶片10的正面产生的气泡b和由于激光加工而产生的碎屑等，从而不会妨碍激光加工，并且防止碎屑附着于加工后的器件等而不会使品质降低。
在上述的实施方式中，示出了通过多面镜91使从激光振荡器82射出的激光光线lb分散而导入至聚光透镜86b的例子，但不限于此，也可以代替多面镜91而采用固定设置的反射镜。另外，在上述的实施方式中，示出了对晶片10进行的激光加工是烧蚀加工的例子，但不妨碍对在被加工物的内部形成改质层的加工(例如，专利文献2记载的激光加工)、或形成所谓盾构结构的加工(例如，专利文献3记载的激光加工)应用本发明。