ウェハスクライブのためのオートフォーカス方法及び装置
方法及び装置は、ウェハスクライブシステムのためのリアルタイムのオートフォーカスを実行する。方法及び装置は、スクライブレーザビームのための対物レンズ（２６）の真下のウェハ（１０）の表面（５０）に、グレージング角で方向付けられた偏光光（４２）を用いる。ウェハから反射した光は、フィルタリング（５６）され、スクライブレーザビームからの光が除外され、位置敏感型検出器（５８）に集光され、対物レンズからウェハ表面までの距離が測定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ウェハのスクライブ（溝加工）のための方法及び装置に関する。詳しくは、本発明は、単一化（singulation）を補助するためにＬＥＤウェハをスクライブするために用いられるレーザビームのリアルタイムのフォーカシングを実行する方法及び装置に関する。より詳しくは、本発明は、システムがウェハをスクライブしながら、透明又は半透明のＬＥＤウェハの表面の位置を正確に効率的に検出して、レーザビームの焦点とウェハの表面との間の正しい関係をリアルタイムで維持する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスは、一般的に、容易に製造するために、デバイスの複数のコピーを含む基板又はウェハ上に構築される。これらのデバイスは、パッケージ化及び販売の前に分離又は単一化する必要がある。電子デバイスを単一化する１つの典型的な方法は、レーザスクライブシステムを用いて、ウェハをスクライブし、これによって、スクライブに沿った機械的な切断を準備することである。図１は、電子デバイスを保持するウェハ１０を示しており、電子デバイスの１つに、符号１２を付している。また、後にデバイスを互いに機械的に分離するためにスクライブが行われる電子デバイスの間の領域である「ストリート」１４の一例も示している。このようにして製造される例示的な電子デバイスには、発光ダイオード（light emitting diode：ＬＥＤ）が含まれる。ＬＥＤは、典型的には、結晶サファイア又は金属から形成されたウェハ上に製造されるが、他の材料を用いることもできる。製造に続いて、これらのウェハは、機械的鋸又はレーザを用いたスクライビングによって単一化され、次に機械的に切断されてデバイスに分離される。
【０００３】
レーザスクライブシステムは、レーザを用いて、一方の表面に半導体ダイが形成されたウェハをスクライブする。ウェハは、水平ステージに載置される。ステージが高速（通常、１０ｍｍ／ｓ〜１００ｍｍ／ｓの間）で平行移動されると、レーザビームは、ウェハの上面又は底面の何れかにおいて画定されている個々の半導体ダイを分離するストリートに沿って上面に衝突する。強く集光されたレーザビームとウェハとの間の相互作用によって、表面に切り溝（kerf）又は溝（groove）が形成され、これらによって、ウェハは、ストリートに沿って機械的に正確に割れるようになる。そして、ウェハ上のダイを分離し、各ダイは、１つのデバイスを形成するために使用することができる。このウェハスクライブ機能を実行する例示的なシステムとしては、本発明の譲受人が製造するＡｃｃｕＳｃｒｉｂｅ ＡＳ２０００ＦＸがある。このシステムは、ＵＶ波長に高調波的に周波数シフトされたダイオード励起固体レーザを用いて発光ダイオード（ＬＥＤ）ウェハをスクライブする。
【０００４】
図２は、ウェハスクライブシステムの概略図を示している。レーザ２０は、加工用レーザビーム（working laser beam）２２を生成し、加工用レーザビーム２２は、整形され、レーザビーム光学素子２４によって、対物レンズ２６に方向付けされ、対物レンズ２６は、加工用レーザビーム２２をレーザ焦点３０に集光し、レーザ焦点３０は、この具体例ではウェハである被加工物３２に方向付けられる。対物レンズ２６は、ガントリ２８に取り付けられており、ガントリ２８は、システムベース３６に取り付けられており、システムベースは、通常、花崗岩又は他の高密度材料から形成された大きなベースプレートを含む。システムベース３６は、ＸＹチャック３４を保持し、ＸＹチャック３４は、被加工物３２を固定的に保持する。ＸＹチャック３４は、加工用レーザの下でプログラミング可能にウェハを動かし、レーザ焦点３０が被加工物３２から材料を切削して、表面にスクライブを形成する。ガントリ２８、システムベース３６及びＸＹチャック３４は、協働して、ＸＹチャック３４によって被加工物３２を移動しながら、レーザ焦点３０と被加工物３２とを正確な垂直関係に保ち、切り溝の正しいサイズ、形状及び品質を維持する。
【０００５】
ウェハの効率的で均一なスクライブのために、レーザビームは、ウェハの上面に近い平面に集光する必要がある。換言すれば対物レンズとウェハ表面との間の距離には、最適値がある。これは、ウェハ表面の平坦性及びウェハの厚さの均一性に関して厳しい要求を課し、これらのウェハが効率的に処理できなければ、収量が下がり、コストが増加する。サファイアウェハの平均厚は、ウェハによって最大１０ミクロンまで変化し、表面の平坦性は、真空チャックに取り付けられた場合、２インチのウェハに亘って、最大１５ミクロンまで変化する。金属ウェハ表面は、真空チャックに取り付けられても歪むことがあり、表面の高さが、２インチのウェハに亘って、最大１５０ミクロンの差分を有することがある。また、ウェハの表面にスクライブされた所望の幅及び深さのトレンチを作成するために、ウェハの表面の近くで１０〜５０ミクロンの最小スポットサイズを有するように加工用レーザビームを集光することも望まれる。これほど小さいスポットサイズにレーザを集光するためには、高開口数（numerical aperture：ＮＡ）レンズが必要であり、これによって、ビームは、焦点の上及び焦点の下で急速に焦点ずれ（defocus）する。この結果、スクライブの間、レーザスポットは、ウェハの上面のから±５ミクロン以内、より好ましくは、±２ミクロン以内に維持することが望ましい。
【０００６】
この問題の可能な解決法は、オートフォーカス技術を用いて、スクライビングの間、ウェハの表面を追跡し、被加工物とレーザ焦点との間の関係の変化を検出することである。オートフォーカス技術には、受動的手法と能動的手法がある。受動的手法は、画像のコントラストを用いて、焦点のずれの量を定量化する。能動的手法は、光源からのビームを必要とし、ビーム又は画像のシフトを用いて、焦点ずれの量を定量化する。能動的手法は、受動的手法より遙かに速く、ウェハ載置ステージとＵＶレーザビームとの間の相対速度が１０ｍｍ／ｓより速い場合、オートフォーカスを追従させるためのリアルタイム要求を満たすことできる。一般的に使用されている１つの能動的なオートフォーカス方法は、米国特許番号第６，４８６，４５７号に開示されており、ここでは、コリメートされたレーザビームが軸外で対物レンズを通過し、ウェハ表面の近くの平面に集光される。そして、反射ビームは、再び対物レンズを通過し、位置敏感型検出器（position sensitive detector）によって検出される。ウェハ表面と対物レンズとの間の距離の変化は、反射ビームをシフトさせ、位置敏感型検出器は、このシフトに比例する信号を生成する。この信号を用いて、ウェハ表面と対物レンズとの間の距離を調整し、これが確実に一定になるようにでき、したがって、追従式オートフォーカスが実現される。但し、例えばＬＥＤの製造に用いられるサファイアウェハ等の透明な薄いウェハについては、ウェハの上面及び底面からの反射の両方が位置敏感型検出器によって検出されるので、この方法は、捕捉範囲が限定されている。底面の反射率が領域毎に一様ではない場合、オートフォーカスの精度は劣化する。
【０００７】
一般的に使用されている他の能動的なオートフォーカス方法は、米国特許番号第４，３６３，９６２号及び第５，３６１，１２２号に説明されている。ここでは、対物レンズを通過させることに代えて、オートフォーカス光源からのビームは、まず、追加的なレンズを用いてウェハ表面に投影され、次に、他の追加的なレンズを用いて、位置敏感型検出器に投影される。ビームは、ウェハに衝突し、グレージング角で反射する。この方法では、対物レンズ、光源、追加的なレンズ及び位置敏感型検出器は、固定の相対的位置を有する。他の方法は、ウェハ載置ステージ又は対物レンズ（及びこれに取り付けられた他の部品）の何れかの高さを調整し、対物レンズの焦点面上にウェハ表面があることを確実にすることを伴う。米国特許番号第５，００８，７０５号は，干渉分光法と共にこの方法を用いる。米国特許番号第５，８２５，４６９号は，ウェハ表面上でビームを２回反射させることによって、この方法の感度を改善している。米国特許番号第５，６７５，１４０号は、この方法を、雑誌論文「Automatic focus control: the astigmatic lens approach, Donald K. Cohen, Wing Ho Gee, M. Ludeke, and Julian Lewkowicz, Applied Optics, 23, pp. 565-570, 1984」に開示されているアスティグマティックレンズ法（astigmatic lens approach）に組み合わせている。これらの文献は、ウェハの底面が位置によって異なる反射率を有していることがあるという特別な課題を解決してない。
【０００８】
レーザビームスポット位置と基板の表面との間の固定された関係を維持することにおける更に困難な点は、ＬＥＤ及び他の電子デバイスがサファイア又はガラス基板等の透明基板上に形成されることがあるという点である。これにより、これらのウェハの上面が透明であることも半透明であることもあり、及び滑らかであることも粗いこともあるために、更なる課題が生じる。サファイアウェハの底面は、パターンを有することがあり、反射率は、場所によって異なることがある。ウェハからの反射に依存して測定値を算出する従来のオートフォーカスシステムでは、これは、強度が変化する複数の信号が生じる原因となり、システムが混乱し、精度測定が低下し、又はシステムが全体的に動作することの妨げとなる。
【０００９】
したがって、ウェハをスクライブしながら、透明又は半透明のウェハの上面の位置をリアルタイムで測定し、ウェハの上面及び底面の両方からの反射の変化によって混乱することなく、半透明又は透明のウェハの表面を正確に検出する方法及び装置が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の１つの目的は、加工用レーザビーム焦点と加工用レーザビーム焦点によってレーザ加工される被加工物との間の変位を測定する手段を提供することである。本発明の他の目的は、被加工物がサファイア等の透明又は半透明材料から形成されている場合に、加工用レーザビーム焦点と被加工物との間の変位を測定することである。本発明の更なる目的は、レーザビーム焦点と被加工物との間の変位をリアルタイムで測定することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
ＬＥＤスクライブシステムの性能を向上させ、顧客のためのユニット製造コストを低減するために、レーザスクライブシステムは、ウェハを水平に平行移動しながら、ＬＥＤウェハの表面に加工用レーザビームを集光する対物レンズとウェハ表面との間の距離を制御できる追従式オートフォーカスデバイス（tracking autofocus device）を採用する。本発明の一実施の形態では、追従式オートフォーカスデバイスは、ピンホール及びフォーカスレンズを介して方向付けられる、コリメートされ、偏光されたレーザダイオードビームを含む。表面を測定するために使用されるレーザビームの波長は、ウェハを正確に測定するために十分小さいスポットサイズを実現するように十分に短いが、加工用レーザビーム又は加工用レーザビームによって生成されるプラズマ雲（plasma cloud）から放出される放射との干渉を回避するように選択される。
【００１２】
そして、レーザビームは、プリズムによって、垂直に対して８４度〜８７度のグレージング角で、ウェハの上面に方向付けられる。更に、直線偏光されたレーザビームは、偏光面がウェハの表面に平行（ｓ偏光）になるように構成される。グレージング角及び偏光方向の組合せによって、レーザビームエネルギの大部分は、ウェハの上面から反射し、この結果、透明なウェハの底面からの反射と干渉することが回避される。また、ｓ偏光波は、金属表面に対して高い反射性を有するので、この構成は、金属基材からの反射を最大化する。
【００１３】
レーザビームは、ウェハの上面から反射した後、プリズムによって、レンズに方向付けられ、このレンズは、反射したレーザビームを帯域通過フィルタに集光し、帯域通過フィルタは、加工用レーザビーム周波数の放射をフィルタリングし、表面を測定するために用いられるレーザビームからの放射を通過させる。これにより、得られるデータの信号対雑音比が向上する。ここから、レーザビームは、位置敏感検出器（ＰＳＤ）に投影され、レーザの位置が測定される。この情報は、デジタル化され、コントローラに供給され、コントローラは、ＰＳＤ上のレーザビームの変位から、ウェハの高さを算出する。
【００１４】
また、本発明の実施の形態は、ウェハ表面の高さをリアルタイムで算出するために動作でき、これは、加工用レーザビームがウェハ内に切り溝を加工している間に高さを測定できることを意味する。これによって、レーザ処理システムは、ウェハの高さの測定値を定期的に更新することができる。この実施の形態は、対物レンズとウェハとの間の変位をリアルタイムで変更することができるガントリに取り付けられた制御機構と組み合わせて、ウェハをスクライブしながら、変位を測定して、変位を変更することができる。このシステムによって、リアルタイムで高さを追跡及び調整しないシステムが要求する平坦性から外れているために、これまでスクライブできなかったウェハをスクライブすることができるようになり、この結果、生産収量が向上する。
【００１５】
更に、本発明の実施の形態は、レーザスポットサイズより遙かに大きい楕円形を投影するように測定用レーザビームを被加工物に投影する。円形のピンホールを介して、レーザビームを投影し、次に、このレーザビームを、８４度〜８７度のグレージング角で被加工物に投影することによって、レーザビームは、被加工物上で楕円の形状を形成する。これによって元のスポットサイズより広い領域に亘って反射が平均化され、この結果、被加工物上の汚染又は予期されない特徴形状によって生じる擬似反射が平均化され、この結果、測定がより強健になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電子デバイスを含む典型的な従来のウェハの概略図である。
【図２】従来のウェハスクライブシステムの概略図である。
【図３】オートフォーカスシステムの概略図である。
【図４】オートフォーカスシステムを有するウェハスクライブシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ここに説明するように、本発明は、加工用レーザビーム又はプラズマプルームからの干渉を回避するように選択された波長の偏光されたグレージング角レーザビームを用いて、加工用レーザビーム焦点と被加工物との間の変位（displacement）をリアルタイムで測定することによって、従来の技術の問題を解決する。図３は、本発明の実施の形態を示している。レーザダイオード４０から出射されたコリメートされたビーム４２は、小さい円形の開口又はピンホール４４、照射レンズ４６及びプリズムミラー４８を通過する。この目的で使用される例示的なレーザダイオードは、米国カリフォルニア州サンタクララのＣｏｈｅｒｅｎｔ， Ｉｎｃ．社によって製造されている０２２２−００２−０１があり、これは、約１．６のミリワットのパワーで６５０ｎｍの波長で動作する。開口４４とレンズ４６との間の距離、及びレンズ４６とウェハ上面５０との間の距離は、レンズ４６の焦点長の約２倍である。したがって、開口は、ウェハ上面５０の近くの平面に結像される。ビームは、グレージング角、すなわち８４度〜８７度の入射角でウェハ上面５０に衝突する。ビームの大部分は、上面から反射し、続いて、プリズムミラー５２、集光レンズ５４及び帯域通過フィルタ５６を通過し、そして、点７４において、位置敏感型検出器（position sensitive detector：ＰＳＤ）５８に到達する。帯域通過フィルタ５６は、ウェハスクライブの間のプラズマ発光を含む周囲光を遮り、この結果、信号対雑音比（ＳＮ比）を向上させる。レーザダイオード４０は、ビームが確実にｓ偏光としてウェハ表面に衝突するように整列されている。ｓ偏光のビームを使用することによって、ウェハが薄く、透明である場合、ウェハの底面から反射する光が少なくなり、この結果、ＰＳＤ５８に達する光の大部分が上面の反射に由来するため、ＳＮ比が向上する。このような大きい入射角によって、ウェハ表面には、長楕円ビームが形成され、この結果、広範囲に亘って反射率が平均化される。また、ウェハ表面上の長楕円スポットは、上面又は底面上の微細なパターン又は微粒子汚染によって生じる測定における誤差を最小化する傾向がある。ウェハ上面５０とレンズ５４との間の距離、及びレンズ５４とＰＳＤ５８との間の距離は、レンズ５４の焦点長の約２倍である。この結果、開口４４は、最終的にＰＳＤ５８上に結像される。ウェハは、ｘｙステージ（図示せず）に取り付けられ、出力セクション３８を構成する部品４０、４２、４４、４６、４８、及び入力セクション５１を構成する部品５２、５４、５６、５８、６０は、ｚステージに取り付けられる。ＰＳＤの出力は、位置敏感型増幅器（position sensing amplifier）６０に接続されており、コントローラ（図示せず）と連携して、ｚステージのサーボループを形成するために使用される。ウェハ又は光学システムの一方又は両方をｚステージに取り付けてもよい。
【００１８】
図３は、本発明の実施の形態を示している。コリメートされたビーム４２はレーザダイオード４０から出射され、小さい円形の開口又はピンホール４４、照射レンズ４６及びプリズムミラー４８を通過する。この目的で使用される例示的なレーザダイオードは、米国カリフォルニア州サンタクララのＣｏｈｅｒｅｎｔ， Ｉｎｃ．社によって製造されている０２２２−００２−０１があり、これは、約１．６のミリワットのパワーで６５０ｎｍの波長で動作する。開口４４とレンズ４６との間の距離、及びレンズ４６とウェハ上面５０との間の距離は、レンズ４６の焦点長の約２倍である。したがって、開口は、ウェハ上面５０の近くの平面に結像される。ビームは、グレージング角、すなわち８４度〜８７度の入射角でウェハ上面５０に衝突する。ビームの大部分は、上面から反射し、続いて、プリズムミラー５２、集光レンズ５４及び帯域通過フィルタ５６を通過し、そして、点７４において、位置敏感型検出器（position sensitive detector：ＰＳＤ）５８に到達する。帯域通過フィルタ５６は、ウェハスクライブの間のプラズマ発光を含む周囲光を遮り、この結果、信号対雑音比（ＳＮ比）を向上させる。レーザダイオード４０は、ビームがｓ偏光としてウェハ表面に衝突するように整列されている。ｓ偏光のビームを使用することによって、ウェハが薄く、透明である場合、ウェハの底面から反射する光が少なくなり、この結果、ＰＳＤ５８に達する光の大部分が上面の反射に由来するため、ＳＮ比が向上する。このような大きい入射角によって、ウェハ表面には、長楕円ビームが形成され、この結果、広範囲に亘って反射率が平均化される。また、ウェハ表面上の長楕円スポットは、上面又は底面上の微細なパターン又は微粒子汚染によって生じる測定における誤差を最小化する傾向がある。ウェハ上面５０とレンズ５４との間の距離、及びレンズ５４とＰＳＤ５８との間の距離は、レンズ５４の焦点長の約２倍である。この結果、開口４４は、最終的にＰＳＤ５８上に結像される。ウェハは、ｘｙステージ（図示せず）に取り付けられ、出力セクション３８を構成する部品４０、４２、４４、４６、４８、及び入力セクション５１を構成する部品５２、５４、５６、５８、６０は、ｚステージに取り付けられる。ＰＳＤの出力は、位置敏感型増幅器（position sensing amplifier）６０に接続されており、コントローラ（図示せず）と連携して、ｚステージのサーボループを形成するために使用される。ウェハ又は光学システムの一方又は両方をｚステージに取り付けてもよい。
【００１９】
最良のスクライブ結果のために、ＵＶ対物レンズの焦点面とウェハ表面との間に有限オフセット（finite offset）を用いてもよい。スクライブ結果を確認し、対物レンズとウェハ表面との間の距離を初期化する。そして、図３のオートフォーカス部品は、開口の画像が対物レンズの真下に位置することが確実となるように調整される。そして、この画像は、ＰＳＤ５８の点７４に投影される。理想的な条件下では、ビーム経路は、図３の実線を辿る。スクライブされているウェハの上面が平坦でない場合、ｘｙステージが平行移動するとビーム経路が変化する。例えば、図３の点線７２は、被加工物５０の上面が新たな位置７０に動いた際の、ウェハの平坦さ又は厚さのばらつきの結果としてのビーム経路である。この場合、対物レンズとウェハの間との距離は、最適な距離より長くなる。このとき、レーザビームは、ＰＳＤ５８の点７４から離れて新たな位置７６に移動し、ＰＳＤ５８は、レーザビームの横方向のシフトに比例する信号を生成する。この信号は、増幅され、デジタル化され、ｚステージコントローラに供給され、ｚステージを下げて、対物レンズとウェハ表面との間の最適な距離が回復される。したがって、ＰＳＤ信号フィードバック及び垂直ステージコントローラによって構成されるサーボループは、ステージの平行移動の間、対物レンズとウェハ表面との間の距離が常に最適となることを確実にする。これによって、ウェハの全体に亘って、最良のスクライブ結果が確実に得られるようになる。
【００２０】
追従式オートフォーカスシステムを用いてＬＥＤ製造のためのサファイア又は金属ウェハのスクライブを補助することは新規である。このシステムは、上述した従来のシステムに比べてより単純であり、適切なビーム偏光を使用し、ＰＳＤの前に帯域通過フィルタを追加し、安定した出力モードのレーザダイオードを使用し、適切な開口サイズを使用し、及び高分解能の横型ＰＳＤ（lateral-type PSD）を使用することによって、より強健になる。システムの記述で説明したように、適切なビーム偏光を使用し、ＰＳＤの前に帯域通過フィルタを追加することによって、ＳＮ比が向上する。レーザダイオードは、安定したビーム形状を有する。レーザダイオードビームをＰＳＤに直接入射させるのではなく、開口を結像することによって、参照アームが不要になる。レーザダイオードパワー及び開口サイズは、レーザＬＥＤスクライブの間、十分なレーザパワーがＰＳＤに到達し、ＰＳＤ及び増幅器が最適な条件下で動作することが確実になるように選択される。また、ピンホールサイズも、ウェハ表面に十分長い楕円のスポットを投影するように十分大きく、これにより、ＰＳＤ信号は、ウェハ上の領域に亘って平均化され、ウェハ上面上の汚れからの誤った応答が回避される。高分解能のＰＳＤ５８は、オートフォーカス感度を向上させ、ウェハ上の二重反射は、不要である。セグメント化フォトダイオードＰＳＤ（segmented-photodiode PSD）の代わりに、２方向（Duo-lateral）又は４方向（Tetra-lateral）ＰＳＤ（Ｏｎ−Ｔｒａｋ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ， Ｉｎｃ．社のパーツ番号１Ｌ５ＳＰ）を用いることによって、システム整列が簡単になり、オートフォーカス捕捉範囲が、ＰＳＤ上で数百ミクロンから数ミリメートルにまで拡大する。レンズ４６とレンズ５４の焦点長は、異なっていてもよい。開口４４とレンズ４６との間の距離、レンズ４６とウェハ表面５０との間の距離、ウェハ表面５０とレンズ５４との間の距離、及びレンズ５４とＰＳＤ５８との間の距離は、正確にレンズの焦点長の２倍である必要はない。数ミリメートルのずれは、追従式オートフォーカスの性能及びシステムの整列に影響せず、したがって、重要ではない。
【００２１】
図４は、全てがＺ軸サーボ７８に取り付けられたオートフォーカス出力セクション３８、入力セクション５１及び対物レンズ２６を有するレーザ処理システム８０を示している。上述したように、レーザビーム４２が、被加工物３２と対物レンズ２６との間の変位に変化を検出すると、出力セクション５１は、コントローラ（図示せず）に信号を供給し、これによって、Ｚ軸サーボ７８は、変位の変化を補償して、正常値に回復させるように、対物レンズ２６、出力セクション３８及び入力セクション５１を移動させ、この結果、加工用レーザ焦点３０と被加工物３２との間で望ましい関係が維持される。
【００２２】
ｚステージ及びＰＳＤ信号によって構成されるサーボループの利得及び帯域幅を適切に設定することによって、オートフォーカス応答は、２インチのウェハに亘って、７０ｍｍ／ｓのＸＹステージ速度で、ウェハ表面の１５０μｍの高さの変動に追従することができる。この用途では、サーボループの帯域幅は５０Ｈｚ以下である。追従式オートフォーカスデバイスでは、ＬＥＤスクライブシステムは、底面にパターンがある２インチの透明サファイアウェハについて、ウェハ厚さにおける５〜１０ミクロンの変動に追従することができる。この用途のためのサーボループの帯域幅は、５Ｈｚ以下である。この帯域幅では、局部的な高さの速い変化は無視され、システムがより強健になる。より速いｘ／ｙステージ速度及び異なる表面高さの変動については、これらに応じてサーボループを最適化して、最適の結果を得ることができる。
【００２３】
本発明の基底にある原理から逸脱することなく、本発明の上述の実施の形態の詳細に多くの変更を加えてもよいことは当業者にとって明らかである。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲のみによって確定される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ウェハのスクライブ（溝加工）のための方法及び装置に関する。詳しくは、本発明は、単一化（singulation）を補助するためにＬＥＤウェハをスクライブするために用いられるレーザビームのリアルタイムのフォーカシングを実行する方法及び装置に関する。より詳しくは、本発明は、システムがウェハをスクライブしながら、透明又は半透明のＬＥＤウェハの表面の位置を正確に効率的に検出して、レーザビームの焦点とウェハの表面との間の正しい関係をリアルタイムで維持する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスは、一般的に、容易に製造するために、デバイスの複数のコピーを含む基板又はウェハ上に構築される。これらのデバイスは、パッケージ化及び販売の前に分離又は単一化する必要がある。電子デバイスを単一化する１つの典型的な方法は、レーザスクライブシステムを用いて、ウェハをスクライブし、これによって、スクライブに沿った機械的な切断を準備することである。図１は、電子デバイスを保持するウェハ１０を示しており、電子デバイスの１つに、符号１２を付している。また、後にデバイスを互いに機械的に分離するためにスクライブが行われる電子デバイスの間の領域である「ストリート」１４の一例も示している。このようにして製造される例示的な電子デバイスには、発光ダイオード（light emitting diode：ＬＥＤ）が含まれる。ＬＥＤは、典型的には、結晶サファイア又は金属から形成されたウェハ上に製造されるが、他の材料を用いることもできる。製造に続いて、これらのウェハは、機械的鋸又はレーザを用いたスクライビングによって単一化され、次に機械的に切断されてデバイスに分離される。
【０００３】
レーザスクライブシステムは、レーザを用いて、一方の表面に半導体ダイが形成されたウェハをスクライブする。ウェハは、水平ステージに載置される。ステージが高速（通常、１０ｍｍ／ｓ〜１００ｍｍ／ｓの間）で平行移動されると、レーザビームは、ウェハの上面又は底面の何れかにおいて画定されている個々の半導体ダイを分離するストリートに沿って上面に衝突する。強く集光されたレーザビームとウェハとの間の相互作用によって、表面に切り溝（kerf）又は溝（groove）が形成され、これらによって、ウェハは、ストリートに沿って機械的に正確に割れるようになる。そして、ウェハ上のダイを分離し、各ダイは、１つのデバイスを形成するために使用することができる。このウェハスクライブ機能を実行する例示的なシステムとしては、本発明の譲受人が製造するＡｃｃｕＳｃｒｉｂｅ ＡＳ２０００ＦＸがある。このシステムは、ＵＶ波長に高調波的に周波数シフトされたダイオード励起固体レーザを用いて発光ダイオード（ＬＥＤ）ウェハをスクライブする。
【０００４】
図２は、ウェハスクライブシステムの概略図を示している。レーザ２０は、加工用レーザビーム（working laser beam）２２を生成し、加工用レーザビーム２２は、整形され、レーザビーム光学素子２４によって、対物レンズ２６に方向付けされ、対物レンズ２６は、加工用レーザビーム２２をレーザ焦点３０に集光し、レーザ焦点３０は、この具体例ではウェハである被加工物３２に方向付けられる。対物レンズ２６は、ガントリ２８に取り付けられており、ガントリ２８は、システムベース３６に取り付けられており、システムベースは、通常、花崗岩又は他の高密度材料から形成された大きなベースプレートを含む。システムベース３６は、ＸＹチャック３４を保持し、ＸＹチャック３４は、被加工物３２を固定的に保持する。ＸＹチャック３４は、加工用レーザの下でプログラミング可能にウェハを動かし、レーザ焦点３０が被加工物３２から材料を切削して、表面にスクライブを形成する。ガントリ２８、システムベース３６及びＸＹチャック３４は、協働して、ＸＹチャック３４によって被加工物３２を移動しながら、レーザ焦点３０と被加工物３２とを正確な垂直関係に保ち、切り溝の正しいサイズ、形状及び品質を維持する。
【０００５】
ウェハの効率的で均一なスクライブのために、レーザビームは、ウェハの上面に近い平面に集光する必要がある。換言すれば対物レンズとウェハ表面との間の距離には、最適値がある。これは、ウェハ表面の平坦性及びウェハの厚さの均一性に関して厳しい要求を課し、これらのウェハが効率的に処理できなければ、収量が下がり、コストが増加する。サファイアウェハの平均厚は、ウェハによって最大１０ミクロンまで変化し、表面の平坦性は、真空チャックに取り付けられた場合、２インチのウェハに亘って、最大１５ミクロンまで変化する。金属ウェハ表面は、真空チャックに取り付けられても歪むことがあり、表面の高さが、２インチのウェハに亘って、最大１５０ミクロンの差分を有することがある。また、ウェハの表面にスクライブされた所望の幅及び深さのトレンチを作成するために、ウェハの表面の近くで１０〜５０ミクロンの最小スポットサイズを有するように加工用レーザビームを集光することも望まれる。これほど小さいスポットサイズにレーザを集光するためには、高開口数（numerical aperture：ＮＡ）レンズが必要であり、これによって、ビームは、焦点の上及び焦点の下で急速に焦点ずれ（defocus）する。この結果、スクライブの間、レーザスポットは、ウェハの上面のから±５ミクロン以内、より好ましくは、±２ミクロン以内に維持することが望ましい。
【０００６】
この問題の可能な解決法は、オートフォーカス技術を用いて、スクライビングの間、ウェハの表面を追跡し、被加工物とレーザ焦点との間の関係の変化を検出することである。オートフォーカス技術には、受動的手法と能動的手法がある。受動的手法は、画像のコントラストを用いて、焦点のずれの量を定量化する。能動的手法は、光源からのビームを必要とし、ビーム又は画像のシフトを用いて、焦点ずれの量を定量化する。能動的手法は、受動的手法より遙かに速く、ウェハ載置ステージとＵＶレーザビームとの間の相対速度が１０ｍｍ／ｓより速い場合、オートフォーカスを追従させるためのリアルタイム要求を満たすことできる。一般的に使用されている１つの能動的なオートフォーカス方法は、米国特許番号第６，４８６，４５７号に開示されており、ここでは、コリメートされたレーザビームが軸外で対物レンズを通過し、ウェハ表面の近くの平面に集光される。そして、反射ビームは、再び対物レンズを通過し、位置敏感型検出器（position sensitive detector）によって検出される。ウェハ表面と対物レンズとの間の距離の変化は、反射ビームをシフトさせ、位置敏感型検出器は、このシフトに比例する信号を生成する。この信号を用いて、ウェハ表面と対物レンズとの間の距離を調整し、これが確実に一定になるようにでき、したがって、追従式オートフォーカスが実現される。但し、例えばＬＥＤの製造に用いられるサファイアウェハ等の透明な薄いウェハについては、ウェハの上面及び底面からの反射の両方が位置敏感型検出器によって検出されるので、この方法は、捕捉範囲が限定されている。底面の反射率が領域毎に一様ではない場合、オートフォーカスの精度は劣化する。
【０００７】
一般的に使用されている他の能動的なオートフォーカス方法は、米国特許番号第４，３６３，９６２号及び第５，３６１，１２２号に説明されている。ここでは、対物レンズを通過させることに代えて、オートフォーカス光源からのビームは、まず、追加的なレンズを用いてウェハ表面に投影され、次に、他の追加的なレンズを用いて、位置敏感型検出器に投影される。ビームは、ウェハに衝突し、グレージング角で反射する。この方法では、対物レンズ、光源、追加的なレンズ及び位置敏感型検出器は、固定の相対的位置を有する。他の方法は、ウェハ載置ステージ又は対物レンズ（及びこれに取り付けられた他の部品）の何れかの高さを調整し、対物レンズの焦点面上にウェハ表面があることを確実にすることを伴う。米国特許番号第５，００８，７０５号は，干渉分光法と共にこの方法を用いる。米国特許番号第５，８２５，４６９号は，ウェハ表面上でビームを２回反射させることによって、この方法の感度を改善している。米国特許番号第５，６７５，１４０号は、この方法を、雑誌論文「Automatic focus control: the astigmatic lens approach, Donald K. Cohen, Wing Ho Gee, M. Ludeke, and Julian Lewkowicz, Applied Optics, 23, pp. 565-570, 1984」に開示されているアスティグマティックレンズ法（astigmatic lens approach）に組み合わせている。これらの文献は、ウェハの底面が位置によって異なる反射率を有していることがあるという特別な課題を解決してない。
【０００８】
レーザビームスポット位置と基板の表面との間の固定された関係を維持することにおける更に困難な点は、ＬＥＤ及び他の電子デバイスがサファイア又はガラス基板等の透明基板上に形成されることがあるという点である。これにより、これらのウェハの上面が透明であることも半透明であることもあり、及び滑らかであることも粗いこともあるために、更なる課題が生じる。サファイアウェハの底面は、パターンを有することがあり、反射率は、場所によって異なることがある。ウェハからの反射に依存して測定値を算出する従来のオートフォーカスシステムでは、これは、強度が変化する複数の信号が生じる原因となり、システムが混乱し、精度測定が低下し、又はシステムが全体的に動作することの妨げとなる。
【０００９】
したがって、ウェハをスクライブしながら、透明又は半透明のウェハの上面の位置をリアルタイムで測定し、ウェハの上面及び底面の両方からの反射の変化によって混乱することなく、半透明又は透明のウェハの表面を正確に検出する方法及び装置が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の１つの目的は、加工用レーザビーム焦点と加工用レーザビーム焦点によってレーザ加工される被加工物との間の変位を測定する手段を提供することである。本発明の他の目的は、被加工物がサファイア等の透明又は半透明材料から形成されている場合に、加工用レーザビーム焦点と被加工物との間の変位を測定することである。本発明の更なる目的は、レーザビーム焦点と被加工物との間の変位をリアルタイムで測定することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
ＬＥＤスクライブシステムの性能を向上させ、顧客のためのユニット製造コストを低減するために、レーザスクライブシステムは、ウェハを水平に平行移動しながら、ＬＥＤウェハの表面に加工用レーザビームを集光する対物レンズとウェハ表面との間の距離を制御できる追従式オートフォーカスデバイス（tracking autofocus device）を採用する。本発明の一実施の形態では、追従式オートフォーカスデバイスは、ピンホール及びフォーカスレンズを介して方向付けられる、コリメートされ、偏光されたレーザダイオードビームを含む。表面を測定するために使用されるレーザビームの波長は、ウェハを正確に測定するために十分小さいスポットサイズを実現するように十分に短いが、加工用レーザビーム又は加工用レーザビームによって生成されるプラズマ雲（plasma cloud）から放出される放射との干渉を回避するように選択される。
【００１２】
そして、レーザビームは、プリズムによって、垂直に対して８４度〜８７度のグレージング角で、ウェハの上面に方向付けられる。更に、直線偏光されたレーザビームは、偏光面がウェハの表面に平行（ｓ偏光）になるように構成される。グレージング角及び偏光方向の組合せによって、レーザビームエネルギの大部分は、ウェハの上面から反射し、この結果、透明なウェハの底面からの反射と干渉することが回避される。また、ｓ偏光波は、金属表面に対して高い反射性を有するので、この構成は、金属基材からの反射を最大化する。
【００１３】
レーザビームは、ウェハの上面から反射した後、プリズムによって、レンズに方向付けられ、このレンズは、反射したレーザビームを帯域通過フィルタに集光し、帯域通過フィルタは、加工用レーザビーム周波数の放射をフィルタリングし、表面を測定するために用いられるレーザビームからの放射を通過させる。これにより、得られるデータの信号対雑音比が向上する。ここから、レーザビームは、位置敏感検出器（ＰＳＤ）に投影され、レーザの位置が測定される。この情報は、デジタル化され、コントローラに供給され、コントローラは、ＰＳＤ上のレーザビームの変位から、ウェハの高さを算出する。
【００１４】
また、本発明の実施の形態は、ウェハ表面の高さをリアルタイムで算出するために動作でき、これは、加工用レーザビームがウェハ内に切り溝を加工している間に高さを測定できることを意味する。これによって、レーザ処理システムは、ウェハの高さの測定値を定期的に更新することができる。この実施の形態は、対物レンズとウェハとの間の変位をリアルタイムで変更することができるガントリに取り付けられた制御機構と組み合わせて、ウェハをスクライブしながら、変位を測定して、変位を変更することができる。このシステムによって、リアルタイムで高さを追跡及び調整しないシステムが要求する平坦性から外れているために、これまでスクライブできなかったウェハをスクライブすることができるようになり、この結果、生産収量が向上する。
【００１５】
更に、本発明の実施の形態は、レーザスポットサイズより遙かに大きい楕円形を投影するように測定用レーザビームを被加工物に投影する。円形のピンホールを介して、レーザビームを投影し、次に、このレーザビームを、８４度〜８７度のグレージング角で被加工物に投影することによって、レーザビームは、被加工物上で楕円の形状を形成する。これによって元のスポットサイズより広い領域に亘って反射が平均化され、この結果、被加工物上の汚染又は予期されない特徴形状によって生じる擬似反射が平均化され、この結果、測定がより強健になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電子デバイスを含む典型的な従来のウェハの概略図である。
【図２】従来のウェハスクライブシステムの概略図である。
【図３】オートフォーカスシステムの概略図である。
【図４】オートフォーカスシステムを有するウェハスクライブシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
ここに説明するように、本発明は、加工用レーザビーム又はプラズマプルームからの干渉を回避するように選択された波長の偏光されたグレージング角レーザビームを用いて、加工用レーザビーム焦点と被加工物との間の変位（displacement）をリアルタイムで測定することによって、従来の技術の問題を解決する。図３は、本発明の実施の形態を示している。レーザダイオード４０から出射されたコリメートされたビーム４２は、小さい円形の開口又はピンホール４４、照射レンズ４６及びプリズムミラー４８を通過する。この目的で使用される例示的なレーザダイオードは、米国カリフォルニア州サンタクララのＣｏｈｅｒｅｎｔ， Ｉｎｃ．社によって製造されている０２２２−００２−０１があり、これは、約１．６のミリワットのパワーで６５０ｎｍの波長で動作する。開口４４とレンズ４６との間の距離、及びレンズ４６とウェハ上面５０との間の距離は、レンズ４６の焦点長の約２倍である。したがって、開口は、ウェハ上面５０の近くの平面に結像される。ビームは、グレージング角、すなわち８４度〜８７度の入射角でウェハ上面５０に衝突する。ビームの大部分は、上面から反射し、続いて、プリズムミラー５２、集光レンズ５４及び帯域通過フィルタ５６を通過し、そして、点７４において、位置敏感型検出器（position sensitive detector：ＰＳＤ）５８に到達する。帯域通過フィルタ５６は、ウェハスクライブの間のプラズマ発光を含む周囲光を遮り、この結果、信号対雑音比（ＳＮ比）を向上させる。レーザダイオード４０は、ビームが確実にｓ偏光としてウェハ表面に衝突するように整列されている。ｓ偏光のビームを使用することによって、ウェハが薄く、透明である場合、ウェハの底面から反射する光が少なくなり、この結果、ＰＳＤ５８に達する光の大部分が上面の反射に由来するため、ＳＮ比が向上する。このような大きい入射角によって、ウェハ表面には、長楕円ビームが形成され、この結果、広範囲に亘って反射率が平均化される。また、ウェハ表面上の長楕円スポットは、上面又は底面上の微細なパターン又は微粒子汚染によって生じる測定における誤差を最小化する傾向がある。ウェハ上面５０とレンズ５４との間の距離、及びレンズ５４とＰＳＤ５８との間の距離は、レンズ５４の焦点長の約２倍である。この結果、開口４４は、最終的にＰＳＤ５８上に結像される。ウェハは、ｘｙステージ（図示せず）に取り付けられ、出力セクション３８を構成する部品４０、４２、４４、４６、４８、及び入力セクション５１を構成する部品５２、５４、５６、５８、６０は、ｚステージに取り付けられる。ＰＳＤの出力は、位置敏感型増幅器（position sensing amplifier）６０に接続されており、コントローラ（図示せず）と連携して、ｚステージのサーボループを形成するために使用される。ウェハ又は光学システムの一方又は両方をｚステージに取り付けてもよい。
【００１８】
図３は、本発明の実施の形態を示している。コリメートされたビーム４２はレーザダイオード４０から出射され、小さい円形の開口又はピンホール４４、照射レンズ４６及びプリズムミラー４８を通過する。この目的で使用される例示的なレーザダイオードは、米国カリフォルニア州サンタクララのＣｏｈｅｒｅｎｔ， Ｉｎｃ．社によって製造されている０２２２−００２−０１があり、これは、約１．６のミリワットのパワーで６５０ｎｍの波長で動作する。開口４４とレンズ４６との間の距離、及びレンズ４６とウェハ上面５０との間の距離は、レンズ４６の焦点長の約２倍である。したがって、開口は、ウェハ上面５０の近くの平面に結像される。ビームは、グレージング角、すなわち８４度〜８７度の入射角でウェハ上面５０に衝突する。ビームの大部分は、上面から反射し、続いて、プリズムミラー５２、集光レンズ５４及び帯域通過フィルタ５６を通過し、そして、点７４において、位置敏感型検出器（position sensitive detector：ＰＳＤ）５８に到達する。帯域通過フィルタ５６は、ウェハスクライブの間のプラズマ発光を含む周囲光を遮り、この結果、信号対雑音比（ＳＮ比）を向上させる。レーザダイオード４０は、ビームがｓ偏光としてウェハ表面に衝突するように整列されている。ｓ偏光のビームを使用することによって、ウェハが薄く、透明である場合、ウェハの底面から反射する光が少なくなり、この結果、ＰＳＤ５８に達する光の大部分が上面の反射に由来するため、ＳＮ比が向上する。このような大きい入射角によって、ウェハ表面には、長楕円ビームが形成され、この結果、広範囲に亘って反射率が平均化される。また、ウェハ表面上の長楕円スポットは、上面又は底面上の微細なパターン又は微粒子汚染によって生じる測定における誤差を最小化する傾向がある。ウェハ上面５０とレンズ５４との間の距離、及びレンズ５４とＰＳＤ５８との間の距離は、レンズ５４の焦点長の約２倍である。この結果、開口４４は、最終的にＰＳＤ５８上に結像される。ウェハは、ｘｙステージ（図示せず）に取り付けられ、出力セクション３８を構成する部品４０、４２、４４、４６、４８、及び入力セクション５１を構成する部品５２、５４、５６、５８、６０は、ｚステージに取り付けられる。ＰＳＤの出力は、位置敏感型増幅器（position sensing amplifier）６０に接続されており、コントローラ（図示せず）と連携して、ｚステージのサーボループを形成するために使用される。ウェハ又は光学システムの一方又は両方をｚステージに取り付けてもよい。
【００１９】
最良のスクライブ結果のために、ＵＶ対物レンズの焦点面とウェハ表面との間に有限オフセット（finite offset）を用いてもよい。スクライブ結果を確認し、対物レンズとウェハ表面との間の距離を初期化する。そして、図３のオートフォーカス部品は、開口の画像が対物レンズの真下に位置することが確実となるように調整される。そして、この画像は、ＰＳＤ５８の点７４に投影される。理想的な条件下では、ビーム経路は、図３の実線を辿る。スクライブされているウェハの上面が平坦でない場合、ｘｙステージが平行移動するとビーム経路が変化する。例えば、図３の点線７２は、被加工物５０の上面が新たな位置７０に動いた際の、ウェハの平坦さ又は厚さのばらつきの結果としてのビーム経路である。この場合、対物レンズとウェハの間との距離は、最適な距離より長くなる。このとき、レーザビームは、ＰＳＤ５８の点７４から離れて新たな位置７６に移動し、ＰＳＤ５８は、レーザビームの横方向のシフトに比例する信号を生成する。この信号は、増幅され、デジタル化され、ｚステージコントローラに供給され、ｚステージを下げて、対物レンズとウェハ表面との間の最適な距離が回復される。したがって、ＰＳＤ信号フィードバック及び垂直ステージコントローラによって構成されるサーボループは、ステージの平行移動の間、対物レンズとウェハ表面との間の距離が常に最適となることを確実にする。これによって、ウェハの全体に亘って、最良のスクライブ結果が確実に得られるようになる。
【００２０】
追従式オートフォーカスシステムを用いてＬＥＤ製造のためのサファイア又は金属ウェハのスクライブを補助することは新規である。このシステムは、上述した従来のシステムに比べてより単純であり、適切なビーム偏光を使用し、ＰＳＤの前に帯域通過フィルタを追加し、安定した出力モードのレーザダイオードを使用し、適切な開口サイズを使用し、及び高分解能の横型ＰＳＤ（lateral-type PSD）を使用することによって、より強健になる。システムの記述で説明したように、適切なビーム偏光を使用し、ＰＳＤの前に帯域通過フィルタを追加することによって、ＳＮ比が向上する。レーザダイオードは、安定したビーム形状を有する。レーザダイオードビームをＰＳＤに直接入射させるのではなく、開口を結像することによって、参照アームが不要になる。レーザダイオードパワー及び開口サイズは、レーザＬＥＤスクライブの間、十分なレーザパワーがＰＳＤに到達し、ＰＳＤ及び増幅器が最適な条件下で動作することが確実になるように選択される。また、ピンホールサイズも、ウェハ表面に十分長い楕円のスポットを投影するように十分大きく、これにより、ＰＳＤ信号は、ウェハ上の領域に亘って平均化され、ウェハ上面上の汚れからの誤った応答が回避される。高分解能のＰＳＤ５８は、オートフォーカス感度を向上させ、ウェハ上の二重反射は、不要である。セグメント化フォトダイオードＰＳＤ（segmented-photodiode PSD）の代わりに、２方向（Duo-lateral）又は４方向（Tetra-lateral）ＰＳＤ（Ｏｎ−Ｔｒａｋ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ， Ｉｎｃ．社のパーツ番号１Ｌ５ＳＰ）を用いることによって、システム整列が簡単になり、オートフォーカス捕捉範囲が、ＰＳＤ上で数百ミクロンから数ミリメートルにまで拡大する。レンズ４６とレンズ５４の焦点長は、異なっていてもよい。開口４４とレンズ４６との間の距離、レンズ４６とウェハ表面５０との間の距離、ウェハ表面５０とレンズ５４との間の距離、及びレンズ５４とＰＳＤ５８との間の距離は、正確にレンズの焦点長の２倍である必要はない。数ミリメートルのずれは、追従式オートフォーカスの性能及びシステムの整列に影響せず、したがって、重要ではない。
【００２１】
図４は、全てがＺ軸サーボ７８に取り付けられたオートフォーカス出力セクション３８、入力セクション５１及び対物レンズ２６を有するレーザ処理システム８０を示している。上述したように、レーザビーム４２が、被加工物３２と対物レンズ２６との間の変位に変化を検出すると、出力セクション５１は、コントローラ（図示せず）に信号を供給し、これによって、Ｚ軸サーボ７８は、変位の変化を補償して、正常値に回復させるように、対物レンズ２６、出力セクション３８及び入力セクション５１を移動させ、この結果、加工用レーザ焦点３０と被加工物３２との間で望ましい関係が維持される。
【００２２】
ｚステージ及びＰＳＤ信号によって構成されるサーボループの利得及び帯域幅を適切に設定することによって、オートフォーカス応答は、２インチのウェハに亘って、７０ｍｍ／ｓのＸＹステージ速度で、ウェハ表面の１５０μｍの高さの変動に追従することができる。この用途では、サーボループの帯域幅は５０Ｈｚ以下である。追従式オートフォーカスデバイスでは、ＬＥＤスクライブシステムは、底面にパターンがある２インチの透明サファイアウェハについて、ウェハ厚さにおける５〜１０ミクロンの変動に追従することができる。この用途のためのサーボループの帯域幅は、５Ｈｚ以下である。この帯域幅では、局部的な高さの速い変化は無視され、システムがより強健になる。より速いｘ／ｙステージ速度及び異なる表面高さの変動については、これらに応じてサーボループを最適化して、最適の結果を得ることができる。
【００２３】
本発明の基底にある原理から逸脱することなく、本発明の上述の実施の形態の詳細に多くの変更を加えてもよいことは当業者にとって明らかである。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲のみによって確定される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ処理システムにおけるレーザ焦点と被加工物との間の相対的な変位を定量化する改善された方法であって、前記レーザ処理システムは、焦点を有する加工用レーザと、測定用レーザビームを生成する測定用レーザと、レーザビーム検出器とを備え、前記測定用レーザビーム及び前記レーザビーム検出器は、前記レーザ焦点と前記被加工物との間の前記変位を定量化するように動作し、前記被加工物は、上面及び底面を有する方法において、
前記測定用レーザビームの偏光を特定のタイプの偏光に設定し、かつ、前記被加工物の前記上面に対して特定の向きに設定するステップと、
前記被加工物の前記上面から反射する測定用レーザビームエネルギの、前記被加工物の前記底面から反射して、後に前記レーザビーム検出器によって検出される測定用レーザビームエネルギの量に対する比を最大にするように選択されたグレージング角で、前記測定用レーザビームを前記被加工物に方向付けるステップとを有し、
前記加工用レーザ及び前記測定用レーザは、異なる波長で動作し、
前記測定用レーザビーム及び前記レーザビーム検出器は、前記被加工物が前記レーザ焦点に対して高速に動いている間に、前記レーザ焦点と前記被加工物との間の前記相対的な変位を定量化する方法。
【請求項２】
前記レーザビームの偏光の前記特定のタイプは、実質的に直線偏光である請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記レーザビームの前記特定の向きは、実質的に前記被加工物の前記上面に対してｓ偏光である請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記グレージング角は、前記被加工物の前記上面に対する垂直に対して、約８４度から約８７度までの間である請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記高速な動きは、約１０ｍｍ／ｓより大きく、約１０００ｍｍ／ｓより小さい請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記測定用レーザは、約７００ｎｍより小さい波長で動作する請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記測定用レーザビームは、ピンホール開口を用いてコリメートされる請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記測定用レーザビームは、帯域通過フィルタによってフィルタリングされる請求項１記載の方法。
【請求項９】
レーザ処理システムにおけるレーザ焦点と被加工物との間の相対的な変位を定量化する改善された装置であって、前記レーザ処理システムは、レーザ焦点を有する加工用レーザと、測定用レーザビームを生成する測定用レーザと、測定用レーザ光学素子と、レーザビーム検出器とを備え、前記測定用レーザビーム、前記測定用レーザ光学素子及び前記レーザビーム検出器は、前記レーザ焦点と前記被加工物との間の前記変位を定量化するように動作し、前記被加工物は上面及び底面を有する、装置において、
前記測定用レーザ及び前記測定用レーザ光学素子は、前記測定用レーザビームを、前記被加工物から反射し、前記レーザビーム検出器によって検出されるように方向付け、これによって、前記レーザ焦点と前記被加工物との間の相対的な変位を定量化し、前記レーザビームは、特定の偏光を有し、前記被加工物の前記上面に対して特定の向きで、前記被加工物の前記上面に入射するように方向付けられ、
前記測定用レーザビームは、更に、前記被加工物の前記上面から反射するレーザビームエネルギの、前記被加工物の前記底面から反射して、後に前記レーザビーム検出器によって検出されるレーザビームエネルギの量に対する比を最大にするように選択されたグレージング角で前記被加工物に方向付けられ、
前記加工用レーザ及び前記測定用レーザは、異なる波長で動作し、
前記レーザビームは、前記被加工物から反射するように方向付けられ、これによって、前記被加工物が前記レーザ焦点に対して高速に動いている間に、前記レーザ焦点と前記被加工物との間の前記相対的な変位を定量化する装置。
【請求項１０】
前記レーザビームの偏光の前記特定のタイプは、実質的に直線偏光である請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記特定の向きは、実質的に前記被加工物の前記上面に対してｓ偏光である請求項９記載の装置。
【請求項１２】
前記グレージング角は、前記被加工物の前記上面に対する垂直に対して、約８４度から約８７度までの間である請求項９記載の装置。
【請求項１３】
前記動きは、約１０ｍｍ／ｓから約１０００ｍｍ／ｓまでの間である請求項９記載の装置。
【請求項１４】
前記加工用レーザ及び前記測定用レーザは、異なる波長で動作する請求項９記載の装置。
【請求項１５】
前記測定用レーザは、約７００ｎｍより小さい波長で動作する請求項９記載の装置。
【請求項１】
レーザ処理システムにおけるレーザ焦点と被加工物との間の相対的な変位を定量化する改善された方法であって、前記レーザ処理システムは、焦点を有する加工用レーザと、測定用レーザビームを生成する測定用レーザと、レーザビーム検出器とを備え、前記測定用レーザビーム及び前記レーザビーム検出器は、前記レーザ焦点と前記被加工物との間の前記変位を定量化するように動作し、前記被加工物は、上面及び底面を有する方法において、
前記測定用レーザビームの偏光を特定のタイプの偏光に設定し、かつ、前記被加工物の前記上面に対して特定の向きに設定するステップと、
前記被加工物の前記上面から反射する測定用レーザビームエネルギの、前記被加工物の前記底面から反射して、後に前記レーザビーム検出器によって検出される測定用レーザビームエネルギの量に対する比を最大にするように選択されたグレージング角で、前記測定用レーザビームを前記被加工物に方向付けるステップとを有し、
前記加工用レーザ及び前記測定用レーザは、異なる波長で動作し、
前記測定用レーザビーム及び前記レーザビーム検出器は、前記被加工物が前記レーザ焦点に対して高速に動いている間に、前記レーザ焦点と前記被加工物との間の前記相対的な変位を定量化する方法。
【請求項２】
前記レーザビームの偏光の前記特定のタイプは、実質的に直線偏光である請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記レーザビームの前記特定の向きは、実質的に前記被加工物の前記上面に対してｓ偏光である請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記グレージング角は、前記被加工物の前記上面に対する垂直に対して、約８４度から約８７度までの間である請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記高速な動きは、約１０ｍｍ／ｓより大きく、約１０００ｍｍ／ｓより小さい請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記測定用レーザは、約７００ｎｍより小さい波長で動作する請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記測定用レーザビームは、ピンホール開口を用いてコリメートされる請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記測定用レーザビームは、帯域通過フィルタによってフィルタリングされる請求項１記載の方法。
【請求項９】
レーザ処理システムにおけるレーザ焦点と被加工物との間の相対的な変位を定量化する改善された装置であって、前記レーザ処理システムは、レーザ焦点を有する加工用レーザと、測定用レーザビームを生成する測定用レーザと、測定用レーザ光学素子と、レーザビーム検出器とを備え、前記測定用レーザビーム、前記測定用レーザ光学素子及び前記レーザビーム検出器は、前記レーザ焦点と前記被加工物との間の前記変位を定量化するように動作し、前記被加工物は上面及び底面を有する、装置において、
前記測定用レーザ及び前記測定用レーザ光学素子は、前記測定用レーザビームを、前記被加工物から反射し、前記レーザビーム検出器によって検出されるように方向付け、これによって、前記レーザ焦点と前記被加工物との間の相対的な変位を定量化し、前記レーザビームは、特定の偏光を有し、前記被加工物の前記上面に対して特定の向きで、前記被加工物の前記上面に入射するように方向付けられ、
前記測定用レーザビームは、更に、前記被加工物の前記上面から反射するレーザビームエネルギの、前記被加工物の前記底面から反射して、後に前記レーザビーム検出器によって検出されるレーザビームエネルギの量に対する比を最大にするように選択されたグレージング角で前記被加工物に方向付けられ、
前記加工用レーザ及び前記測定用レーザは、異なる波長で動作し、
前記レーザビームは、前記被加工物から反射するように方向付けられ、これによって、前記被加工物が前記レーザ焦点に対して高速に動いている間に、前記レーザ焦点と前記被加工物との間の前記相対的な変位を定量化する装置。
【請求項１０】
前記レーザビームの偏光の前記特定のタイプは、実質的に直線偏光である請求項９記載の装置。
【請求項１１】
前記特定の向きは、実質的に前記被加工物の前記上面に対してｓ偏光である請求項９記載の装置。
【請求項１２】
前記グレージング角は、前記被加工物の前記上面に対する垂直に対して、約８４度から約８７度までの間である請求項９記載の装置。
【請求項１３】
前記動きは、約１０ｍｍ／ｓから約１０００ｍｍ／ｓまでの間である請求項９記載の装置。
【請求項１４】
前記加工用レーザ及び前記測定用レーザは、異なる波長で動作する請求項９記載の装置。
【請求項１５】
前記測定用レーザは、約７００ｎｍより小さい波長で動作する請求項９記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２０１１−５１７４２８（Ｐ２０１１−５１７４２８Ａ）
【公表日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０１９８５（Ｐ２０１１−５０１９８５）
【出願日】平成２１年３月２４日（２００９．３．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３８１２２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１２０７０６
【国際公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【出願人】（５９３１４１６３２）エレクトロ サイエンティフィック インダストリーズ インコーポレーテッド (161)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２４日（２００９．３．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３８１２２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１２０７０６
【国際公開日】平成２１年１０月１日（２００９．１０．１）
【出願人】（５９３１４１６３２）エレクトロ サイエンティフィック インダストリーズ インコーポレーテッド (161)
【Ｆターム（参考）】
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