本发明涉及激光加工装置，该激光加工装置检测在对晶片进行激光加工的过程中激光光线的光斑与分割预定线的偏移，对该偏移进行校正而高精度地实施激光加工。
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等器件的晶片被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应用于移动电话、个人计算机等电子设备。
激光加工装置具有：卡盘工作台，其对晶片进行保持；激光光线照射单元，其具有聚光器，该聚光器对保持在该卡盘工作台上的晶片照射激光光线；对准单元，其对保持在该卡盘工作台上的晶片进行拍摄而使由该聚光器会聚的聚光点与分割预定线一致；x方向进给单元，其对该卡盘工作台和该激光光线照射单元在x方向上相对地进行加工进给；y方向进给单元，其对该卡盘工作台和该激光光线照射单元在与x方向垂直的y方向上相对地进行加工进给；以及控制单元。
考虑到晶片的种类、材质以及作为目标的加工品质等，例如，从以下的加工的类型中适当选择该激光加工装置。
即，作为上述激光加工装置的类型，存在如下的类型：照射对于被加工物具有吸收性的波长的脉冲激光光线而实施烧蚀加工，沿分割预定线形成槽而分割成各个器件芯片的类型(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在被加工物的内部而进行照射，在分割预定线的内部形成改质层，之后，对被加工物施加外力而分割成各个器件芯片的类型(例如，参照专利文献2。)；以及将对于被加工物具有透过性的波长的激光光线的聚光区域定位在与分割预定线对应的被加工物的内部而进行照射，由从分割预定线的正面到背面的多个细孔和围绕各细孔的非晶质形成盾构隧道而分割成各个器件芯片的类型(例如，参照专利文献3。)。
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
通过适当选择上述的激光加工装置的类型，能够对要求不同的加工条件的各种晶片实施适当的激光加工。但是，即使采用了任意的激光加工装置的类型，当对晶片的分割预定线照射激光光线而实施加工时，晶片中的被照射了激光光线的部位都会微小地膨胀，在对晶片上的多条分割预定线实施激光加工的过程中，由聚光器会聚的激光光线的聚光点会逐渐在与实施激光加工的x方向垂直的转位进给(分度进给)方向即y方向上偏移，产生了无法对分割预定线进行高精度的激光加工的问题。
特别是在如下类型的激光加工装置中，与其他类型相比膨胀率较大，该偏移的问题较显著，其中，该类型的激光加工装置将对于晶片具有透过性的波长的激光光线的聚光点定位在晶片的内部而进行照射，在分割预定线的内部形成改质层而分割成各个器件芯片。
并且，在对分割预定线的内部形成改质层的类型的激光加工的情况下，存在如下问题：由于在晶片的内部形成改质层，所以很难迅速地准确把握激光加工位置，无法对分割预定线检测改质层按照何种程度发生了偏移，无法在对晶片实施激光加工的过程中检测偏移而对y方向的转位进给量进行校正。
技术实现要素：
因此，本发明的目的在于，提供激光加工装置，该激光加工装置能够在对晶片进行激光加工的过程中检测激光光线的聚光点(光斑)与分割预定线的偏移而高精度地实施激光加工。
根据本发明，提供激光加工装置，该激光加工装置具有：卡盘工作台，其对晶片进行保持，该晶片具有由交叉的多条分割预定线划分出多个器件的正面；激光光线照射单元，其对保持在该卡盘工作台上的晶片照射激光光线；拍摄单元，其对保持在该卡盘工作台上的晶片进行拍摄；x方向移动单元，其对该卡盘工作台和该激光光线照射单元在x方向上相对地进行加工进给；y方向移动单元，其对该卡盘工作台和该激光光线照射单元在与x方向垂直的y方向上相对地进行转位进给；以及控制单元，该激光光线照射单元包含：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，对保持在该卡盘工作台上的晶片的分割预定线照射激光光线，该控制单元包含：坐标存储部，其以由该聚光器会聚的激光光线的聚光点与分割预定线的规定的位置在y方向上达到一致的位置为基准，将与分割预定线具有规定的位置关系的特征点的y坐标作为基准值进行存储；偏移量检测部，其对通过该y方向进给单元对晶片的分割预定线在y方向上进行转位进给并由该拍摄单元拍摄到的特征点的y坐标与作为基准值存储于该坐标存储部的y坐标之间的偏移量进行检测；以及判断部，其判断该偏移量是否超过容许值，当通过该判断部判断为该偏移量超过该容许值的情况下，按照该偏移量来校正要通过该y方向移动单元进行转位进给的量而实施下一个转位进给。
优选该偏移量检测部在保持在该卡盘工作台上的晶片和该聚光器在x方向上相对地移动时进行动作。并且，优选该拍摄单元至少具有拍摄元件、物镜以及闪光光源，该拍摄单元在保持在该卡盘工作台上的晶片和该聚光器在x方向上相对地移动时生成静止图像。
该激光光线照射单元的聚光器可以构成为照射对于晶片具有透过性的波长的激光光线，将由该聚光器会聚的激光光线的聚光点定位在分割预定线的内部而沿着分割预定线在内部形成改质层。并且，可以是晶片的正面被保持在该卡盘工作台上，该拍摄单元从晶片的背面拍摄形成于正面的特征点。既可以使该偏移量检测部按照任意的分割预定线进行动作，该偏移量检测部也可以构成为按照每条分割预定线进行动作。
该激光加工装置还具有对准单元，该对准单元对保持在该卡盘工作台上的晶片进行拍摄而使由该聚光器会聚的激光光线的光斑与分割预定线一致，该拍摄单元被兼用作该对准单元。
根据本发明的激光加工装置，通过对晶片照射激光光线而实施加工，即使因晶片发生膨胀而使由聚光器会聚的激光光线的聚光点的位置从分割预定线与加工进给方向垂直的y方向偏移也能够立即进行校正，能够维持高精度的加工。
并且，即使是在分割预定线的内部形成改质层的类型的情况下，检测出表示与分割预定线相邻的特征点的位置的y坐标而检测聚光点与分割预定线之间的偏移量并对转位进给量进行校正，因此不用实际检测形成于内部的改质层的位置便能够在对晶片实施激光加工的过程中校正偏移。
附图说明
图1是示出激光加工装置的一个实施方式的整体立体图。
图2是用于说明图1所示的激光加工装置所采用的激光光线照射单元的框图。
图3的(a)和(b)是用于说明通过图2所示的激光光线照射单元检测出的特征点的偏移的示意图。
图4是示出通过图1所示的激光加工装置的控制单元而实施的控制流程的一例的流程图。
标号说明
2：激光加工装置；6：保持单元；8：移动单元；9：显示单元；10：晶片；12：分割预定线；121：特征点；14：器件；20：控制单元；24：激光光线照射单元；241：聚光器；242：激光振荡器；243：衰减器；26：第1拍摄单元；27：第2拍摄单元；27a：外壳部件；27b：拍摄元件；271：环状照明；272：物镜；40：x方向移动单元；41：y方向移动单元；cl：中心线。
具体实施方式
以下，参照附图对根据本发明而构成的激光加工装置的一个实施方式进行详细地说明。
在图1中示出了本实施方式的激光加工装置2以及作为被加工物的晶片10的整体立体图。激光加工装置2具有：保持单元6，其对晶片10进行保持；移动单元8，其配设在静止基台2a上，使该保持单元6移动；激光光线照射单元24，其对保持在该保持单元6上的晶片10照射激光光线；以及框体50，其由垂直壁部51和水平壁部52构成，该垂直壁部51在该静止基台2a上的移动单元8的侧方竖立设置，该水平壁部52从该垂直壁部51的上端部沿水平方向延伸。该激光光线照射单元24包含：光学系统，其用于照射激光光线；第1拍摄单元26，其对保持在保持单元6上的晶片10的与分割预定线12相邻的器件14进行拍摄；以及第2拍摄单元27。在框体50的水平壁部52内部，内设有该激光光线照射单元24的光学系统，在水平壁部52的前端下表面上配设有该激光光线照射单元24的聚光器241。并且，在与该聚光器241沿x方向隔开间隔的位置配设有对准用的第1拍摄单元26，在与该聚光器241相邻的位置还配设有第2拍摄单元27的外壳部27a，该第2拍摄单元27用于检测后述的偏移量。在保持单元6上保持有晶片10，该晶片10如在图中所放大示出的那样借助粘合带t被保持于环状的框架f。这里，在激光加工装置2中，能够在晶片10的由多条分割预定线12划分成格子状的各区域内形成有器件14的正面10a侧相对于该保持单元6朝向上方而保持在粘合带t上的状态下实施激光加工，或者在晶片10的背面10b侧朝向上方而保持在粘合带t上的状态下实施激光加工，但在本实施方式中，以晶片10的背面10b侧朝向上方且形成有器件14的正面10a侧粘贴于粘合带t的状态保持在保持单元6上而进行加工，对该情况进行说明。
该保持单元6包含：矩形的x方向可动板30，其以在图中箭头x所示的x方向上自由移动的方式搭载在基台2a上；矩形的y方向可动板31，其以在图中箭头y所示的y方向上自由移动的方式搭载在x方向可动板30上；圆筒状的支柱32，其固定在y方向可动板31的上表面上；以及矩形的盖板33，其固定在支柱32的上端。在盖板33上沿x方向配设有折皱(省略了图示。)，并且在盖板33上配设有通过形成在该盖板33上的沿y方向延伸的长孔而向上方延伸的卡盘工作台34，该卡盘工作台34构成为能够通过未图示的旋转驱动单元在周向上旋转，对圆形的被加工物进行保持。在卡盘工作台34的上表面上配置有圆形的吸附卡盘35，该圆形的吸附卡盘35由多孔质材料形成，实际上水平延伸。吸附卡盘35借助穿过支柱32的流路而与未图示的吸引单元连接。另外，x方向是图1中箭头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方向和y方向规定的平面实际上是水平的。
移动单元8包含x方向移动单元40和y方向移动单元41。x方向移动单元40借助滚珠丝杠40a将电动机40b的旋转运动转换成直线运动而传递到x方向可动板30，使x方向可动板30沿着基台2a上的导轨在x方向上进退。y方向移动单元41借助滚珠丝杠41a将电动机41b的旋转运动转换成直线运动而传递到y方向可动板31，使y方向可动板31沿着x方向可动板30上的导轨在y方向上进退。另外，虽然省略了图示，但在x方向移动单元40、y方向移动单元41以及该旋转驱动单元上分别配设有位置检测单元，能够准确地检测卡盘工作台34的x方向的位置、y方向的位置以及周向的旋转位置，并根据从未图示的控制单元指示的信号来驱动x方向移动单元40、y方向移动单元41以及该旋转驱动单元而将卡盘工作台34准确地定位在任意的位置和角度。
该第1拍摄单元26与聚光器241沿x方向隔开间隔地附设在框体50的水平壁部52的前端下表面上。该第1拍摄单元26包含(均未图示。)：通常的拍摄元件(ccd)，其利用可见光线进行拍摄；红外线照射单元，其对被加工物照射红外线；光学系统，其捕捉红外线照射单元所照射的红外线；以及拍摄元件(红外线ccd)，其输出与该光学系统所捕捉到的红外线对应的电信号，该第1拍摄单元26与后述的控制单元20连接。
在本实施方式中，还具有第2拍摄单元27，该第2拍摄单元27与聚光器241沿x方向相邻地配设，对保持在保持单元6的卡盘工作台34上的晶片10的分割预定线12和与该分割预定线12相邻的器件14进行拍摄。该第2拍摄单元27包含：外壳部27a，其以围绕下方前端部的外周的方式配设，具有至少能够照射可见光线和红外线的光的多个闪光光源，在该外壳部27a内部配设有物镜272；通常的拍摄元件(ccd)(省略图示。)，其利用可见光线来进行拍摄；以及拍摄元件27b(红外线ccd)，其在与该外壳部27a的后端部接近的位置输出与该物镜272所捕捉到的红外线对应的电信号。
根据图2，对为了实现本发明的晶片的加工装置而构成的激光光线照射单元24进行更具体地说明(在图中省略了第1拍摄单元26)。如图所示，激光光线照射单元24具有激光振荡器242，该激光振荡器242从该聚光器241照射对于由硅(si)构成的晶片10具有透过性的1064nm波长的激光光线lb，从该激光振荡器242振荡出的激光光线lb入射到通过调整透过率来调整输出的衰减器243。被衰减器243调整为希望的输出的激光光线lb被反射镜244转换行进方向，被配设在聚光器241内的聚光透镜(未图示的。)会聚而照射至卡盘工作台34所保持的晶片10。另外，在图2中，省略了保持晶片10的保护带t和借助该保护带t来保持晶片10的环状的框架f。
该激光光线照射单元24还包含第2拍摄单元27，构成第2拍摄单元27的该环状照明271和拍摄元件27b与控制单元20连接。并且，通过该控制单元20的作用使环状照明271的闪光光源发光，并控制对卡盘工作台34上的晶片进行拍摄的时机。如图2所示，通过控制单元20将经由该物镜272而由拍摄元件27b捕捉到的图像输出给显示单元9，与显示单元9的画面中的沿通过y方向的中心并与该y方向垂直的x方向延伸的中心线cl一起显示。在本实施方式中，通过聚光器241而照射的激光光线lb的聚光位置被调整为始终与显示单元9所显示的图像的y方向的中心的y坐标一致。即，在利用该激光光线lb对晶片实施激光加工并且卡盘工作台34在x方向上向右侧移动了的情况下，使因激光加工而产生的加工痕始终在显示单元9上的中心线cl上通过。
该控制单元20由计算机构成，其具有：中央运算处理装置(cpu)，其根据控制程序来进行运算处理；只读存储器(rom)，其专门进行读入；能够读写的随机存取存储器(ram)，其用于暂时储存所检测的检测值和运算结果等；以及输入接口和输出接口。另外，虽然省略了图示，但该控制单元20不仅与第1拍摄单元26和第2拍摄单元27连接，还与该激光加工装置2的各动作部连接，具有对各动作部的动作进行控制的功能。
本发明的激光加工装置2大致具有以上那样的结构，以下，参照图1～4对激光加工装置2的作用进行说明。
在本实施方式中，如上述那样，在对作为被加工物的晶片10实施激光加工时，在将形成有多个器件14的晶片10的正面10a侧粘贴在保护带t上并且借助保护带t支承于环状的框架f的状态下将晶片10载置并吸引保持在卡盘工作台34上。接着，通过移动单元8将卡盘工作台34定位在第1拍摄单元26的正下方，该第1拍摄单元26在相对于聚光器241沿x方向相邻的位置上隔开间隔地配设。在该晶片10被定位在第1拍摄单元26的正下方之后，通过照射红外线而从背面10b侧捕捉正面10a侧的分割预定线，通过执行图案匹配等图像处理方式而实施使从聚光器241照射的激光光线的照射位置与晶片10上的作为加工位置的分割预定线的中心一致的对位，已进行了该对位的结果被发送并存储到未图示的控制单元中(对准工序)。这样，由第1拍摄单元26和控制单元20来构成对准单元。
参照图2、3和图4所示的控制流程对在利用该对准单元实施了对准工序之后控制单元20所执行的控制进行说明。通过执行上述的对准工序，通过聚光器241而照射的激光光线lb的聚光点的位置被定位在分割预定线12的中心，因此如图3的(a)所示，通过第2拍摄单元27而拍摄并显示于显示单元9的图像的通过y方向中心的中心线cl与分割预定线12的中心一致。
在该状态下，使用第2拍摄单元27对中心线cl和形成在器件14的规定的位置处的特征点121进行拍摄，检测特征点121的y坐标。更具体来说的话，在本实施方式中，如图3的(a)所示，在将中心线cl的y坐标位置设为原点(0)的情况下，由于检测出该中心线cl与该特征点121之间的距离为60μm，所以该特征点121的y坐标的值为60μm。另外，该特征点121能够采用由构成器件14的微细的元件的组合而形成的特殊的图案，是在形成在晶片10上的所有器件14的规定的位置处出现的特殊的图案。另外，如图所示，分割预定线12以50μm的宽度形成。
在根据第2拍摄单元27所拍摄到的图像检测出特征点121的y坐标之后，将该y坐标的值发送给控制单元20，在控制单元20的坐标存储部中作为成为基准的特征点坐标：y0(＝60μm)(步骤s1)进行存储。
在执行上述的步骤s1而将作为基准的特征点坐标：y0(＝60μm)存储到控制单元20的坐标存储部中之后，根据基于上述的对准工序取得的位置信息来使移动单元8进行动作，将卡盘工作台34上的晶片10的规定的分割预定线12的一端部侧(加工开始位置)定位在聚光器241的正下方。接着，将从聚光器241照射的激光光线的聚光点定位成处于分割预定线12的宽度方向的中央的内部，使激光振荡器242和衰减器243进行动作，并使卡盘工作台34以规定的加工进给速度朝向图2中箭头x所示的方向中的左方向(往路方向)移动，实施沿着该分割预定线12在晶片10的内部形成改质层的激光加工。一边使卡盘工作台34在该往路方向上移动一边执行该激光加工，在分割预定线12的另一端部侧到达聚光器241的正下方位置之后，使y方向移动单元41进行动作而按照形成于晶片10的分割预定线12的间隔(例如，5000μm)对卡盘工作台34在y方向上进行转位进给，并且将相邻的分割预定线12的另一端部侧定位在聚光器241的激光光线照射位置。然后，一边按照与使卡盘工作台34在上述的往路方向上移动的情况同样的激光加工条件照射从聚光器241照射的激光光线lb，一边将卡盘工作台34的移动方向转换为图2中箭头x所示的方向中的右方向(返路方向)，按照规定的加工进给速度进行移动而沿着该分割预定线12实施激光加工。这样，在本实施方式中，在往路和返路上实施激光加工，形成改质层。
这里，本实施方式的激光加工装置的加工条件例如按照以下方式设定。
波长：1064nm
重复频率：80khz
平均输出：3.2w
脉冲宽度：4ns
进给速度：500mm/s
转位量：5000μm
这里，在本实施方式中设定为：在针对1条分割预定线12的加工结束之后，按照规定的宽度(在本实施方式中为5000μm)对晶片10在y方向上进行转位进给而对下一条的分割预定线12实施加工。因此，只要在晶片10上按照设计配设有各器件14并根据该规定的宽度的转位进给量进行转位进给，则从聚光器241照射的激光光线lb的聚光位置便被定位在下一条分割预定线12的中心位置。但是，在对形成在晶片10上的多条分割预定线12实施该激光加工的过程中，各分割预定线12的微小的膨胀会不断累积，会引起激光光线的照射位置逐渐偏移。因此，在根据本发明而构成的实施方式中，在对转位进给后的分割预定线12实施激光加工时，从控制单元20对第2拍摄单元27下达拍摄指示。由此，环状照明271的闪光光源发光，对晶片10上的分割预定线12和器件14进行拍摄，将静止图像输出给控制单元20。然后，根据该输出的静止图像(参照图3的(b))，检测中心线cl与该特征点121之间的距离，取得该特征点121的y坐标即特征点坐标y1(＝54μm)并输出给控制单元20(步骤s2)。
在如上述那样取得了加工中的特征点坐标y1之后，利用配设于控制单元20的偏移量检测部，通过以下的公式来检测加工中的特征点坐标y1相对于作为基准的特征点坐标y0的偏移量。
δy＝|y0-y1|…(1)
在检测出特征点坐标y1之后，利用设定于控制单元20的判断部来判断通过上述公式(1)计算出的偏移量δy＝|60μm-54μm|＝6μm是否超过容许值(5μm)(步骤s3)。此时，在偏移量δy未超过容许值的情况(＝“否”)下，直接返回到步骤s2，继续实施激光加工，并且在每次进行转位进给时，利用偏移量检测部来检测特征点121的偏移量并重复步骤s2和步骤s3。在上述步骤s3中，在偏移量δy的值超过了该容许值的情况下，进入到步骤s4，在下一次进行转位进给时，以按照上述偏移量(y0-y1＝6μm)进行了校正的转位进给量(5000μm+6μm)来实施转位进给。由此，在执行了下一次转位进给的情况下，如图3的(a)所示，特征点121的y坐标的值为60μm，能够与基准位置一致。另外，在偏移量超过容许值而在步骤s4中执行了针对转位进给量的校正之后，再恢复校正前的原本的转位进给量，按照校正前的转位进给量(5000μm)来执行下一次转位进给。
当在上述步骤s4中执行了转位进给量的校正并执行了下一次转位进给之后，判定是否完成了对所有的分割预定线12的加工(步骤s5)，在已完成的情况下结束基于该控制流程的控制，在未完成对所有的分割预定线12的加工的情况下，返回到步骤s2，重复执行步骤s2～s5的控制。另外，对执行激光加工控制的程序定期地作为嵌入控制而执行基于图4所示的控制流程的控制，在激光加工控制结束的情况下，与此同时基于该控制流程的控制也结束。
在基于本发明的激光加工装置中，如上述那样，执行转位进给量的校正以便使特征点121的y坐标的值处于容许值内，因此即使晶片因激光加工而发生膨胀，也可在分割预定线的规定的位置准确地实施激光加工。并且，在第2拍摄单元27中，通过使用环状照明271的闪光光源进行拍摄，即使在保持于保持单元6的晶片10与聚光器241在x方向上相对地移动的过程中，也能够对分割预定线12和器件14进行拍摄而获得良好的静止图像，提高生产性。
本发明并不限定于上述的实施方式，只要包含在本发明的技术范围内，则能够设想各种变形例。
在上述的实施方式中，分别设置用于实施对准工序的第1拍摄单元26和用于检测特征点121的y坐标的第2拍摄单元27，但如果将第2拍摄单元27作为用于实施对准工序的对准单元来兼用，则可以省略第1拍摄单元26。
在上述的实施方式中，对实施激光加工的所有分割预定线的每一条分割预定线实施特征点121的y坐标的检测，但本发明并不限定于此，例如，也可以在每实施规定的次数的转位进给时对要实施激光加工的任意的分割预定线12检测特征点121的y坐标的值。
在上述的实施方式中，对于第2拍摄单元27，在其外周以围绕外壳部件27a的前端部的方式配设环状照明271，但本发明并不限定于此，也可以代替环状照明271而在外壳部件27a的中间部设置半透半反镜，从侧方对该半透半反镜照射闪光光源所发出的闪光，从外壳部件27a的内部对晶片10照射被该半透半反镜反射的闪光，利用该拍摄元件27b对透过半透半反镜的返回光进行拍摄。
在上述的实施方式中，对形成于晶片10的器件14上所形成的特征点121是由构成器件14的微细的元件的组合而形成的特殊的图案进行了说明，但本发明并不限定于此，例如，也可以通过印刷等对器件14上的规定的位置赋予形状特殊的标记，将该标记作为特征点来检测y坐标，并检测偏移量。
在上述的实施方式中，晶片10的分割预定线12因从晶片10的背面10b侧在内部形成改质层的激光加工而发生膨胀，检测因该膨胀产生的特征点121的偏移量，但本发明并不限定于此，也可以应用在沿着晶片10的分割预定线12对正面实施烧蚀加工或形成盾构隧道的激光加工中。
在上述的实施方式中，根据图4所公开的控制流程来检测特征点121的偏移量而对转位进给量进行校正，但该控制流程仅为一例，只要包含在本发明的技术范围内，当然可以设想各种变形例。