ウエーハの計測装置およびレーザー加工機
【課題】ウエーハの厚みや上面高さを確実に計測することができる計測装置およびこの計測装置を装備したレーザー加工機を提供する。
【解決手段】レーザー光線を集光しチャックテーブルに保持されたウエーハに照射する集光器と、照射されたレーザー光線の反射光受光手段と、集光器によるレーザー光線の集光点変更手段と、集光点変更手段からの変更信号と受光手段からの信号に基いてウエーハの厚みを測定する制御手段を具備し、制御手段は集光点変更手段を構成する一対のミラーの２つの設置角度の差とウエーハの厚みとの関係を設定した厚み制御マップを備え、一対のミラーの設置角度を変更する角度調整アクチュエータによって設置角度を変更しつつ受光手段から２つの強い光量のピークを検出し、２つの強い光量のピークを入力したときの設置角度検出センサーの検出信号に基いて設置角度の差を求め、設置角度差を厚み制御マップと照合してウエーハの厚みを求める。
【解決手段】レーザー光線を集光しチャックテーブルに保持されたウエーハに照射する集光器と、照射されたレーザー光線の反射光受光手段と、集光器によるレーザー光線の集光点変更手段と、集光点変更手段からの変更信号と受光手段からの信号に基いてウエーハの厚みを測定する制御手段を具備し、制御手段は集光点変更手段を構成する一対のミラーの２つの設置角度の差とウエーハの厚みとの関係を設定した厚み制御マップを備え、一対のミラーの設置角度を変更する角度調整アクチュエータによって設置角度を変更しつつ受光手段から２つの強い光量のピークを検出し、２つの強い光量のピークを入力したときの設置角度検出センサーの検出信号に基いて設置角度の差を求め、設置角度差を厚み制御マップと照合してウエーハの厚みを求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー加工機等のウエーハの加工機に装備されるチャックテーブルに保持された半導体ウエーハ等のウエーハの厚みや上面高さを計測するウエーハの計測装置およびレーザー加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。
【０００３】
装置の小型化、高機能化を図るため、複数の半導体チップを積層し、積層された半導体チップの電極を接続するモジュール構造が実用化されている。このモジュール構造は、半導体ウエーハの表面におけるボンディングパッドと呼ばれる電極が形成された位置に裏面からボンディングパッドに達する孔（ビアホール）を形成し、このビアホールにボンディングパッドと接続するアルミニウム等の導電性材料を埋め込む構成である。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開２００３−１６３３２３号公報
【０００４】
上述した半導体ウエーハに設けられるビアホールは、ドリルによって形成されている。しかるに、半導体ウエーハに設けられるビアホールは直径が１００〜３００μmと小さく、ドリルによる穿孔では生産性が悪いという問題がある。
【０００５】
上記問題を解消するために、被加工物を保持するチャックテーブルとレーザー光線照射手段との相対的な加工送り量を検出する加工送り量検出手段と、被加工物に形成する細孔のX,Y座標値を記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された細孔のX,Y座標値と加工送り量検出手段からの検出信号に基づいてレーザー光線照射手段を制御する制御手段とを具備し、被加工物に形成する細孔のX,Y座標値がレーザー光線照射手段の集光器の直下に達したらレーザー光線を照射するようにしたレーザー加工装置が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）
【特許文献２】特開２００６−２４７６７４号公報
【０００６】
また、上述した半導体ウエーハ等をストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの裏面側から内部に集光点を合わせて被加工物に対して透過性を有する赤外光領域のパルスレーザー光線を照射し、ウエーハの内部にストリートに沿って変質層を連続的に形成し、この変質層が形成されることによって強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、ウエーハをストリートに沿って分割するものである。（例えば、特許文献３参照。）
【特許文献３】特許第３４０８８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した半導体ウエーハの裏面からパルスレーザー光線を照射してビアホールを形成する形成方法においては、半導体ウエーハの表面に形成されたボンディングパッドに穴を開けないように寸止めしなければならず、このためには、半導体ウエーハの厚みに対応した所定パルス数のパルスレーザー光線を照射する必要がある。しかるに、半導体ウエーハの厚みにはバラツキがあり、従って各ボンディングパッドが位置する半導体ウエーハの厚み確認することが重要である。
また、上述したようにウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射することにより、半導体ウエーハの内部にストリートに沿って変質層を形成するレーザー加工方法においては、半導体ウエーハ等の内部の所定深さに均一に変質層を形成することが望ましい。しかるに、半導体ウエーハにはウネリがあり、その厚さにバラツキがあると、レーザー光線を照射する際に屈折率の関係で所定の深さに均一に変質層を形成することができない。従って、半導体ウエーハ等の内部の所定深さに均一に変質層を形成するためには、予めレーザー光線を照射する領域の凹凸を検出し、その凹凸にレーザー光線照射手段を追随させて加工する必要がある。
【０００８】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、ウエーハの加工機に装備されるチャックテーブルに保持された半導体ウエーハ等のウエーハの厚みや上面高さを確実に計測することができるウエーハの計測装置およびウエーハの計測装置を装備したレーザー加工機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、ウエーハを保持するチャックテーブルに保持されたウエーハの厚みを測定するウエーハの計測装置であって、
ウエーハに対して透過するとともに反射する波長を有するレーザー光線を照射するレーザー光線発振器と、
該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線を集光し該チャックテーブルに保持されたウエーハに照射する集光器と、
該チャックテーブルに保持されたウエーハに照射されたレーザー光線の反射光を受光する受光手段と、
該集光器によって集光されるレーザー光線の集光点を変更する集光点変更手段と、
該集光点変更手段からの変更信号と該受光手段からの受光信号に基いてウエーハの厚みを測定する制御手段と、を具備し、
該集光点変更手段は、所定の間隔をもって互いに平行に反射面を対向して配設された一対のミラーと、該一対のミラーの設置角度を調整する角度調整アクチュエータと、該一対のミラーの設置角度を検出し検出信号を該制御手段に出力するする設置角度検出センサーとからなる光路長変更ミラー手段を具備しており、
該制御手段は、該一対のミラーの２つの該設置角度の差とウエーハの厚みとの関係を設定した厚み制御マップを格納するメモリを備え、該角度調整アクチュエータによって該一対のミラーの設置角度を変更しつつ該受光手段からの受光信号に基いて２つの強い光量のピークを検出し、該２つの強い光量のピークを入力したときの該設置角度検出センサーからの検出信号に基いて該一対のミラーの２つの該設置角度の差を求め、該設置角度差を該厚み制御マップと照合してウエーハの厚みを求める、
ことを特徴とするウエーハの計測装置が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハに加工用のレーザー光線を照射する加工用レーザー光線照射手段と、を具備するレーザー加工機であって、上記ウエーハの厚みを測定する計測装置が配設されており、該計測装置は該チャックテーブルに保持されたウエーハの厚みを計測する、ことを特徴とするレーザー加工機が提供される。
【００１１】
更に、本発明によれば、ウエーハを保持するチャックテーブルに保持されたウエーハの上面高さを測定するウエーハの計測装置であって、
レーザー光線を照射するレーザー光線発振器と、
該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線を集光し該チャックテーブルに保持されたウエーハに照射する集光器と、
該チャックテーブルに保持されたウエーハに照射されたレーザー光線の反射光を受光する受光手段と、
該集光器によって集光されるレーザー光線の集光点を変更する集光点変更手段と、
該集光点変更手段からの変更信号と該受光手段からの受光信号に基いてウエーハの高さを測定する制御手段と、を具備し、
該集光点変更手段は、所定の間隔をもって互いに平行に反射面を対向して配設された一対のミラーと、該一対のミラーの設置角度を調整する角度調整アクチュエータと、該一対のミラーの設置角度を検出し検出信号を該制御手段に出力するする設置角度検出センサーとからなる光路長変更ミラー手段を具備しており、
該制御手段は、該一対のミラーの該設置角度と該チャックテーブルに保持されたウエーハの上面高さとの関係を設定した高さ制御マップを格納するメモリを備え、該角度調整アクチュエータによって該一対のミラーの設置角度を変更しつつ該受光手段からの受光信号に基いて強い光量のピークを検出し、該強い光量のピークを入力したときの該設置角度検出センサーからの検出信号に基いて該一対のミラーの２つの該設置角度を求め、該設置角度を該高さ制御マップと照合してチャックテーブルに保持されたウエーハの上面高さを求める、
ことを特徴とするウエーハの計測装置が提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハに加工用レーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、を具備するレーザー加工機であって、上記ウエーハの上面高さ測定する計測装置が配設されており、該計測装置は該チャックテーブルに保持されたウエーハの上面高さを計測する、ことを特徴とするレーザー加工機が提供される。
【００１３】
上記集光点変更手段は、上記光路長変更ミラー手段に導かれるレーザー光線を非平行の光線に生成する非平行光線生成レンズと、光路長変更ミラー手段を通過したレーザー光線を光路長変更ミラー手段に向けて垂直に全反射する全反射ミラーを備えている。
また、上記受光手段は、反射光の一部が通過する直径のピンホールを備えたマスクと、該マスクを通過した反射光を受光するホトディテクタとからなっている。
また、上記計測装置のレーザー光線発振器から発振されるレーザー光線は、連続波レーザー光線であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、集光点変更手段を構成する光路長変更ミラー手段の一対のミラーの設置角度を変更することによってウエーハに照射されるレーザー光線の集光点位置を変更し、ウエーハの上面と下面に集光点が位置したときの反射光の光量の２つのピークに基いて一対のミラーの設置角度を求め、この設置角度差を厚み制御マップと照合してウエーハの厚みを求めるので、ウエーハの加工部の厚みを正確に検出することができる。従って、ウエーハの加工部には厚みに対応した適正な加工を施すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に従って構成されたウエーハの計測装置およびレーザー加工機の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１には、本発明に従って構成されたレーザー加工機の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２に上記矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）と直角な矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構４と、該レーザー光線ユニット支持機構４に矢印Ｚで示す方向（Z軸方向）に移動可能に配設された加工用レーザー光線照射ユニット５と、ウエーハの計測装置を構成する計測用レーザー光線照射ユニット６とを具備している。この加工用レーザー光線照射ユニット５と計測用レーザー光線照射ユニット６は、共通のユニットホルダ４４に装着される。
【００１７】
上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上に矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上に矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動可能に配設された第一の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持されたカバーテーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１上（保持面）に被加工物である半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル３６には、後述する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。
【００１８】
上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面に矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第一の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動せしめられる。
【００１９】
図示の実施形態におけるレーザー加工機は、上記チャックテーブル３６の加工送り量を検出するための加工送り量検出手段３７４を備えている。加工送り量検出手段３７４は、案内レール３１に沿って配設されたリニアスケール３７４aと、第１の滑動ブロック３２に配設され第１の滑動ブロック３２とともにリニアスケール３７４aに沿って移動する読み取りヘッド３７４bとからなっている。この送り量検出手段３７４の読み取りヘッド３７４bは、図示に実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出する。なお、上記加工送り手段３７の駆動源としてパルスモータ３７２を用いた場合には、パルスモータ３７２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することもできる。また、上記加工送り手段３７の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することもできる。
【００２０】
上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動させるための第１の割り出し送り手段３８を具備している。第１の割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動せしめられる。
【００２１】
図示の実施形態におけるレーザー加工機は、上記第２の滑動ブロック３３の割り出し加工送り量を検出するための割り出し送り量検出手段３８４を備えている。割り出し送り量検出手段３８４は、案内レール３２２に沿って配設されたリニアスケール３８４aと、第２の滑動ブロック３３に配設され第２の滑動ブロック３３とともにリニアスケール３８４aに沿って移動する読み取りヘッド３８４bとからなっている。この送り量検出手段３８４の読み取りヘッド３８４bは、図示に実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出する。なお、上記割り出し送り手段３８の駆動源としてパルスモータ３８２を用いた場合には、パルスモータ３８２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出することもできる。また、上記第１の割り出し送り手段３８の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出することもできる。
【００２２】
上記レーザー光線照射ユニット支持機構４は、静止基台２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上に矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一側面に矢印Ｚで示す方向（Z軸方向）に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動させるための第２の割り出し送り手段４３を具備している。第２の割り出し送り手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロッド４３１と、該雄ねじロッド４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロッド４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動せしめられる。
【００２３】
上記加工用レーザー光線照射ユニット５と計測用レーザー光線照射ユニット６が装着された共通のユニットホルダ４４は、上記可動支持基台４２の装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝４４１、４４１が設けられており、この被案内溝４４１、４４１を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、矢印Ｚで示す方向（Z軸方向）に移動可能に支持される。
【００２４】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、ユニットホルダ４４を一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向（Z軸方向）に移動させるための移動手段５３を具備している。移動手段は、一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロッド（図示せず）と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ４４２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ４４２によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、加工用レーザー光線照射ユニット５と計測用レーザー光線照射ユニット６が装着されたユニットホルダ４４を案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向（Z軸方向）に移動せしめる。なお、図示の実施形態においてはパルスモータ５３２を正転駆動することにより加工用レーザー光線照射ユニット５と計測用レーザー光線照射ユニット６を上方に移動し、パルスモータ５３２を逆転駆動することにより加工用レーザー光線照射ユニット５と計測用レーザー光線照射ユニット６を下方に移動するようになっている。
【００２５】
図示の実施形態における加工用レーザー光線照射ユニット５は、上記ユニットホルダ４４に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング５１を含んでいる。また、加工用レーザー光線照射ユニット５は、図２に示すようにケーシング５１内に配設されたパルスレーザー光線発振手段５２および出力調整手段５３と、上記ケーシング５１の先端に装着された集光器５４を具備している。上記パルスレーザー光線発振手段５２は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器５２１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段５２２とから構成されている。
【００２６】
上記加工用レーザー光線照射ユニット５を構成するケーシング５１の前端部には、撮像手段７が配設されている。この撮像手段7は、可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。
【００２７】
次に、ウエーハの計測装置を構成する計測用レーザー光線照射ユニット６について、図１および図３を参照して説明する。
図示の実施形態における計測用レーザー光線照射ユニット６は、上記ユニットホルダ４４に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング６１を含んでいる。また、計測用レーザー光線照射ユニット６は、図３に示すようにケーシング６１内に配設されたレーザー光線発振器６２と、該レーザー光線発振器６２から発振されたレーザー光線を集光し上記チャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する集光レンズ６３１を備えた集光器６３を具備している。レーザー光線発振器６２は、図示の実施形態においてはシリコンウエーハに対して透過するとともに反射する１０６４nmの波長を有する連続波レーザー光線を照射する。集光器６３は、図１に示すように上記ケーシング５１の先端に装着される。
【００２８】
図３を参照して説明を続けると、計測用レーザー光線照射ユニット６は、レーザー光線発振器６２から発振されたレーザー光線を集光する集光器６３の集光点を変更する集光点変更手段６４と、チャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０に照射されたレーザー光線の反射光を受光する受光手段６５と、レーザー光線発振器６２と集光点変更手段６４との間に配設された第１のハーフミラー６６と、該第１のハーフミラー６６を介して集光器６３に導くレーザー光線の一部を上記受光手段６５に導く第２のハーフミラー６７を具備している。上記レーザー光線発振器６２は、波長が１０６４nmで出力が例えば１０mWの連続波レーザー光線を発振する。上記集光点変更手段６４は、図示の実施形態においてはレーザー光線発振器６２から発振され第１のハーフミラー６６を介して導かれたレーザー光線を非平行の光線に生成する凸レンズからなる非平行生成レンズ６４１と、レーザー光線発振器６２から集光器６３までの光路長を変更する光路長変更ミラー手段６４２と、該光路長変更ミラー手段６４２を介して導かれたレーザー光線を該光路長変更ミラー手段６４２に向けて全反射する全反射ミラー６４３とからなっている。
【００２９】
光路長変更ミラー手段６４２は、図４に示すように所定の間隔をもって互いに平行に反射面を対向して配設された一対のミラー６４２a、６４２bと、該一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度を調整する角度調整アクチュエータ６４２cと、該一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度を検出する設置角度検出センサー６４２dとからなっている。このような光路長変更ミラー手段６４２としては、印加される振動周期で一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度を変化させるガルバノスキャナーを用いることが望ましい。設置角度検出センサー６４２dは、図示の実施形態においては角度調整アクチュエータ６４２cに装着されたロータリーエンコーダからなり、検出信号を後述する制御手段に送る。このように構成された光路長変更ミラー手段６４２は、一対のミラー６４２a、６４２bを図３において１点鎖線から２点鎖線で示すように設置角度を変更することにより、レーザー光線の光路長を変更することができる。上記受光手段６５は、上記第２のハーフミラー６７によって分光された反射光の一部が通過する直径が１０μmのピンホール６５１aを備えたマスク６５aと、該マスク６５aを通過した反射光を受光するホトディテクタ６５bとからなっており、ホトディテクタ６５bは受光した光量に対応した電圧信号を後述する制御手段に送る。
【００３０】
上述した計測用レーザー光線照射ユニット６の作用について説明する。
上記レーザー光線発振器６２から発振された連続波のレーザー光線は、図３において実線で示すように第１のハーフミラー６６を所定の割合で透過し、非平行生成レンズ６４１によって非平行の光線に生成され、光路長変更ミラー手段６４２の一対のミラー６４２a、６４２bを通過した後、全反射ミラー６４３に到達する。全反射ミラー６４３に到達したレーザー光線は、全反射ミラー６４３によって垂直に全反射し光路長変更ミラー手段６４２の一対のミラー６４２b、６４２aを逆走して非平行生成レンズ６４１を通して第１のハーフミラー６６に到達する。第１のハーフミラー６６に到達したレーザー光線は、所定の割合で集光器６３に向けて反射し、第２のハーフミラー６７を所定の割合で透過し、集光器６３の集光レンズ６３１によって集光されてチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射される。被加工物Wに照射されたレーザー光線の反射光は、図３において点線で示すように集光レンズ６３１を介して第２のハーフミラー６７に達し、第２のハーフミラー６７によって所定の割合で受光手段６５に向けて反射する。受光手段６５に向けて反射されたレーザー光線の反射光は、マスク６５aのピンホール６５１aを通してホトディテクタ６５bに達する。
【００３１】
ここで、上記レーザー光線発振器６２から発振されるレーザー光線の集光レンズ６３１による集光点について説明する。
上記非平行生成レンズ６４１の焦点距離をf1、集光レンズ６３１の焦点距離をf2、非平行生成レンズ６４１と集光レンズ６３１との間の光路長をL、非平行生成レンズ６４１から全反射ミラー６４３までの光路長をm1（光路長変更ミラー手段６４２によって変化する）、集光レンズ６３１から集光点Pまでの光路長をm2とすると、レンズの公式により、
（１）m1＜f1およびm1＞f1のとき
（２）m1＝f1のとき
m2＝f2
の関係がある。従って、光路長変更ミラー手段６４２の一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度を変更し非平行生成レンズ６４１から全反射ミラー６４３までの光路長m1を変更することにより、集光レンズ６３１から集光点Pまでの光路長m2を変更することができる。
【００３２】
また、集光レンズ６３１からチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０の上面までの距離をd、集光レンズ６３１からマスク６７aまでの光路長をnとすると、
になる位置にマスク６５aを配置する。
【００３３】
ここで、集光レンズ６３１によって集光されたレーザー光線の集光点Pの位置とホトディテクタ６５bによって受光される反射光の光量について、図５および図６を参照して説明する。
図５において実線は、集光レンズ６３１によって集光されたレーザー光線の集光点Pが被加工物Wの上面に位置する状態を示す。このようにレーザー光線の集光点Pが被加工物Wの上面に位置する場合には、反射光はマスク６５a部で集光されるため、全ての反射光がピンホール６５１aを通過してホトディテクタ６５bに受光される。従って、ホトディテクタ６５bによって受光される光量は最大値となる。一方、図５において点線で示すように集光レンズ６３１によって集光されたレーザー光線の集光点Pが被加工物Wの上面と下面の間に位置する場合には、被加工物Wの上面での反射面積が大きいため、反射光は反射光はマスク６５a部で集光されない。従って、ピンホール６５１aを通過する反射光は一部となり、ホトディテクタ６５bによって受光される光量は減少する。
【００３４】
また、図６において実線は、集光レンズ６３１によって集光されたレーザー光線の集光点Pが被加工物Wの下面に位置する状態を示す。このようにレーザー光線の集光点Pが被加工物Wの下面に位置する場合には、反射光はマスク６５a部で集光されるため、全ての反射光がピンホール６５１aを通過してホトディテクタ６５bに受光される。従って、ホトディテクタ６５bによって受光される光量は最大値となる。一方、図６において点線で示すように集光レンズ６３１によって集光されたレーザー光線の集光点Pが被加工物Wの下面より下側に位置する場合には、被加工物Wの上面での反射面積が大きいため、反射光は反射光はマスク６５a部で集光されない。従って、ピンホール６５１aを通過する反射光は一部となり、ホトディテクタ６５bによって受光される光量は減少する。
【００３５】
従って、光路長変更ミラー手段６４２の一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度を変更して、集光レンズ６３１によって集光されるレーザー光線の集光点Pを被加工物Wの上側から下側に移動すると、ホトディテクタ６５bは集光点Pが被加工物Wの上面と下面に位置するとき受光量がピークとなり図７に示すような検出信号を出力する。即ち、図７は横軸が一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度を表し、縦軸がホトディテクタ６５bの出力電圧(V)を表す。そして、図７に示すような検出信号を入力した後述する制御手段は、
レーザー光線の集光点Pが被加工物Wの上面と下面に位置するときの２つのピーク時における一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度差を求め、この設置角度差に基いて被加工物Wの厚みを求める。
【００３６】
即ち、後述する制御手段は、図８に示すように上記２つのピーク時における一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度差に対応する被加工物Wの厚みとの関係を設定した厚み制御マップを備えており、この厚み制御マップを参照して上記一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度差に対応した厚みを求める。図８は、シリコンウエーハについて上記設置角度差に対する厚みとの関係を実験によって求めたものである。なお図８に示す厚み制御マップおいて、実線は集光レンズ６３１のNA値が０．３５の場合を表し、１点鎖線は集光レンズ６３１のNA値が０．４の場合を表し、２点鎖線は集光レンズ６３１のNA値が０．４５の場合を表している。このようにして設定された制御マップは、後述する制御手段のメモリに格納される。
【００３７】
図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、制御手段８を具備している。制御手段８はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）８１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）８２と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３と、カウンター８４と、入力インターフェース８５および出力インターフェース８６とを備えている。制御手段８の入力インターフェース８５には、上記加工送り量検出手段３７４、割り出し送り量検出手段３８４、設置角度検出センサー６４２d、ホトディテクタ６５bおよび撮像手段７等からの検出信号が入力される。そして、制御手段８の出力インターフェース８６からは、上記パルスモータ３７２、パルスモータ３８２、パルスモータ４３２、パルスモータ５３２、加工用パルスレーザー光線発振手段５、計測用レーザー光線照射ユニット６等に制御信号を出力する。なお、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３は、上述した図８に示す制御マップを格納する第１の記憶領域８３a、後述する被加工物の設計値のデータを記憶する第２の記憶領域８３bや他の記憶領域を備えている。
【００３８】
図示の実施形態におけるレーザー加工機は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図９にはレーザー加工される被加工物としての半導体ウエーハ１０の平面図が示されている。図９に示す半導体ウエーハ１０は、シリコンウエーハからなっており、その表面１０ａに格子状に配列された複数のストリート１０１によって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１０２がそれぞれ形成されている。この各デバイス１０２は、全て同一の構成をしている。デバイス１０２の表面にはそれぞれ図１０に示すように複数のボンディングパッド１０３（１０３a〜１０３j）が形成されている。なお、図示の実施形態においては、１０３aと１０３f、１０３bと１０３g、１０３cと１０３h、１０３dと１０３i、１０３eと１０３jは、X方向位置が同一である。この複数のボンディングパッド１０３（１０３a〜１０３j）部にそれぞれ裏面１０bからボンディングパッド１０３に達する加工穴（ビアホール）が形成される。各デバイス１０２におけるボンディングパッド１０３（１０３a〜１０３j）のX方向（図１０おいて左右方向）の間隔Ａ、および各デバイス１０２に形成されたボンディングパッド１０３におけるストリート１０１を挟んでX方向（図１０において左右方向）に隣接するボンディングパッド即ちボンディングパッド１０３eとボンディングパッド１０３aとの間隔Bは、図示の実施形態においては同一間隔に設定されている。また、各デバイス１０２におけるボンディングパッド１０３（１０３a〜１０３j）のY方向（図１０において上下方向）の間隔C、および各デバイス１０２に形成されたボンディングパッド１０３におけるストリート１０１を挟んでY方向（図９において上下方向）に隣接するボンディングパッド即ちボンディングパッド１０３fとボンディングパッド１０３aおよびボンディングパッド１０３jとボンディングパッド１０３eとの間隔Dは、図示の実施形態においては同一間隔に設定されている。このように構成された半導体ウエーハ１０について、図９に示す各行Ｅ1・・・・Enおよび各列F1・・・・Fnに配設されたデバイス１０２の個数と上記各間隔A,B,C,Dは、その設計値のデータが上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３の第２に記憶領域８３ｂに格納されている。
【００３９】
上述したレーザー加工機を用い、上記半導体ウエーハ１０に形成された各デバイス１０２のボンディングパッド１０３（１０３a〜１０３j）部に加工孔（ビアホール）を形成するレーザー加工の実施形態について説明する。
上記のように構成された半導体ウエーハ１０は、図１１に示すように環状のフレーム１１に装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなる保護テープ１２に表面１０ａを貼着する。従って、半導体ウエーハ１０は、裏面１０bが上側となる。このようにして環状のフレーム１１に保護テープ１２を介して支持された半導体ウエーハ１０は、図１に示すレーザー加工機のチャックテーブル３６上に保護テープ１２側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより半導体ウエーハ１０は、保護テープ１２を介してチャックテーブル３６上に吸引保持される。また、環状のフレーム１１は、クランプ３６２によって固定される。
【００４０】
上述したように半導体ウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７によって撮像手段７の直下に位置付けられる。チャックテーブル３６が撮像手段７の直下に位置付けられると、チャックテーブル３６上の半導体ウエーハ１０は、図１２に示す座標位置に位置付けられた状態となる。この状態で、チャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０に形成されている格子状のストリート１０１がX軸方向とY軸方向に平行に配設されているか否かのアライメント作業を実施する。即ち、撮像手段７によってチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０を撮像し、パターンマッチング等の画像処理を実行してアライメント作業を行う。このとき、半導体ウエーハ１０のストリート１０１が形成されている表面１０ａは下側に位置しているが、撮像手段７が上述したように赤外線照明手段と赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成された撮像手段を備えているので、半導体ウエーハ１０の裏面１０ｂから透かしてストリート１０１を撮像することができる。
【００４１】
次に、チャックテーブル３６を移動して、半導体ウエーハ１０に形成されたデバイス１０２における最上位の行E1の図１２において最左端のデバイス１０２を撮像手段７の直下に位置付ける。そして、更にデバイス１０２に形成されたボンディングパッド１０３（１０３a〜１０３j）における図１２において左上のボンディングパッド１０３aを撮像手段７の直下に位置付ける。この状態で撮像手段７がボンディングパッド１０３aを検出したならばその座標値(a1)を第１の加工送り開始位置座標値として制御手段８に送る。そして、制御手段８は、この座標値(a1)を第１の加工送り開始位置座標値としてランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納する（加工送り開始位置検出工程）。
【００４２】
このようにして図１２において最上位の行E1のデバイス１０２における第１の加工送り開始位置座標値(a1)を検出したならば、チャックテーブル３６をストリート１０１の間隔だけＹ軸方向に割り出し送りするとともにX軸方向に移動して、図１２において最上位から２番目の行E2における最左端のデバイス１０２を撮像手段７の直下に位置付ける。そして、更にデバイス１０２に形成されたボンディングパッド１０３(１０３a〜１０３j）における図１２において左上のボンディングパッド１０３aを撮像手段１１の直下に位置付ける。この状態で撮像手段７がボンディングパッド１０３aを検出したならばその座標値(a2)を第２の加工送り開始位置座標値として制御手段８に送る。そして、制御手段８は、この座標値(a2)を第２の加工送り開始位置座標値としてランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納する。以後、制御手段８は、上述した割り出し送りと加工送り開始位置検出工程を図１２において最下位の行Ｅｎまで繰り返し実行し、各行に形成されたデバイス３０２の加工送り開始位置座標値（a３〜aｎ）を検出して、これをランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納する。
【００４３】
次に、半導体ウエーハ１０の各デバイス１０２に形成された各ボンディングパッド１０３(１０３a〜１０３j）部の厚みを検出する厚み検出工程を実施する。厚み検出工程は、先ず加工送り手段３７を作動しチャックテーブル３６を移動して、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納されている第１の加工送り開始位置座標値（a１）を計測用レーザー光線照射ユニット６の集光器６３の直下に位置付ける。そして制御手段８は、計測用レーザー光線照射ユニット６を上述したように制御して半導体ウエーハ１０の厚みを検出し、この検出値を第１の加工送り開始位置座標値（a１）の半導体ウエーハ１０の厚みとしてランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納する。ここで、半導体ウエーハ１０の厚みを求める手順について図７および図８を参照して説明する。即ち、制御手段８は、図７に示すホトディテクタ６５bの出力電圧(V)を入力したならば、２つのピーク時における一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度差を求める。図７に示す例においては、集光レンズ６３１のNA値が０．３５であり、レーザー光線の集光点Pが半導体ウエーハ１０の上面に位置するときの一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度が４６．９度で、レーザー光線の集光点Pが半導体ウエーハ１０の下面に位置するときの一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度が４９．６度であるから、２つのピーク時における一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度差（４９．６度−４６．９度）は２．７度である。このようにして２つのピーク時における一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度差を求めたならば、制御手段８は図８に示す厚み制御マップにおける実線で示す集光レンズ６３１のNA値が０．３５のデータと照合する。即ち、２つのピーク時における一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度差が２．７度であるから、図８に示す厚み制御マップにおける実線で示す集光レンズ６３１のNA値が０．３５のデータと照合すると、半導体ウエーハ１０の厚みは５５μmとなる。このようにして、第１の加工送り開始位置座標値（a１）の厚み検出工程を実施したならば、制御手段８は加工送り手段３７を作動しチャックテーブル３６を上記間隔Aだけ移動して、ボンディングパッド１０３bに対応する位置を計測用レーザー光線照射ユニット６の集光器６３の直下に位置付け、上述した厚み検出工程を実施し、その検出値をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納する。このようにして、半導体ウエーハ１０に形成された全てのボンディングパッド１０３に対応する位置に対して厚み検出工程を実施し、その検出値をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納する。
【００４４】
次に、半導体ウエーハ１０の各デバイス１０２に形成された各ボンディングパッド１０３(１０３a〜１０３j）部にレーザー加工孔（ビアホール）を穿孔する穿孔工程を実施する。穿孔工程は、先ず加工送り手段３７を作動しチャックテーブル３６を移動して、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３に格納されている第１の加工送り開始位置座標値（a１）を、加工用レーザー光線照射ユニット５のレーザー光線照射手段５２の集光器５４の直下に位置付ける。このように第１の加工送り開始位置座標値（a１）が集光器５４の直下に位置付けられた状態が図１３に示す状態である。図１３に示す状態から制御手段８は、加工用レーザー光線照射ユニット５のパルスレーザー光線発振手段５２を制御して集光器５４から加工用パルスレーザー光線を照射する。
【００４５】
上記穿孔工程における加工条件の一例について説明する。
光源 ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４パルスレーザー
波長 ：３５５ｎｍ
エネルギー密度 ：３０J／cm2
集光スポット径 ：φ７０μｍ
このような加工条件によって穿孔工程を実施すると、シリコンウエーハにはパルスレーザー光線の１パルス当たり深さが２μm程度のレーザー加工孔を形成することができる。従って、上記厚み検出工程において検出された加工部の厚みが５４μmであればパルスレーザー光線を２７パルス照射し、加工部の厚みが５８μmであればパルスレーザー光線を２９パルス照射することにより、図１４に示すようにボンディングパッド１０３に達するレーザー加工孔１１０を形成することができる。
【００４６】
上述したようにして、第１の加工送り開始位置座標値（a１）に穿孔工程を実施したならば、加工送り手段３７を作動しチャックテーブル３６を上記間隔Aだけ移動してボンディングパッド１０３bに対応する位置をレーザー光線照射手段５２の集光器５４の直下に位置付ける。そして、上記厚み検出工程において検出された加工部の厚みに対応して上記穿孔工程を実施する。このように半導体ウエーハ１０に形成された全てのボンディングパッド１０３に対応する位置をレーザー光線照射手段５２の集光器５４の直下に位置付け上記穿孔工程を実施することにより、半導体ウエーハ１０には、裏面１０bから各ボンディングパッド１０３に達するレーザー加工孔１１０を形成することができる。
【００４７】
次に、ウエーハの計測装置の他の実施形態について、図１５および図１６を参照して説明する。
図１５および図１６に示す実施形態は、チャックテーブルに保持された被加工物の上面の高さ位置を検出するウエーハの計測装置である。図１５および図１６に示す実施形態は、上記図３に示す計測用レーザー光線照射ユニット６の構成は実質的に同一であるが、上記制御手段８のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納する制御マップが相違する。この実施形態において用いる制御マップは、図１５に示すように上記一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度に対応した被加工物Wの高さ位置を示している。図１５に示す高さ制御マップは、上記一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度が４５度のとき、上記図３に示す計測用レーザー光線照射ユニット６の集光レンズ６３１によって集光されるレーザー光線の集光点Pがチャックテーブル３６の上面である保持面に位置付けられるように設定し、チャックテーブル３６に異なる厚みの複数の被加工物Wを保持し、それぞれの被加工物Wの上面に集光点Pが位置したときの一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度を実験的に求めたものである。図１５に示す高さ制御マップおいて、実線は集光レンズ６３１のNA値が０．３５の場合を表し、１点鎖線は集光レンズ６３１のNA値が０．４の場合を表し、２点鎖線は集光レンズ６３１のNA値が０．４５の場合を表している。なお、この実施形態においては、計測用レーザー光線照射ユニット６から照射されるレーザー光線は、被加工物に対して透過するとともに反射する波長である必要ななく、被加工物に対して反射する波長のレーザー光線であればよい。
【００４８】
上述したウエーハの計測装置である計測用レーザー光線照射ユニット６を用いて、図１６に示すように、チャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０のストリート１０１に沿って上面の高さ位置を検出するには、チャックテーブル３６を作動して半導体ウエーハ１０を所定間隔毎に集光器６３の直下に位置付け、集光器６３からレーザー光線を照射し半導体ウエーハ１０の上面で反射した光を上述したようにホトディテクタ６５bによって受光する。そして制御手段８は、一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度を変更しホトディテクタ６５bによって受光された反射光の光量がピークになったときの一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度を検出し、この検出した設置角度を図１５に示す高さ制御マップと照合して、検出した設置角度に対する半導体ウエーハ１０の高さ位置を求め、この高さ位置をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納する。このように半導体ウエーハ１０のストリート１０１に沿って所定間隔毎に高さ位置を検出することにより、半導体ウエーハ１０のストリート１０１に沿ったウネリの状態を検出することができる。従って、加工用レーザー光線照射ユニット５のパルスレーザー光線発振手段５２を制御し、集光器５４から照射されるシリコンウエーハに対して透過性を有する波長の加工用パルスレーザー光線の集光点を半導体ウエーハ１０の内部に位置付けストリート１０１に沿って照射する際に、上述したように検出した半導体ウエーハ１０の高さ位置に対応して加工用パルスレーザー光線の集光点の高さ位置を制御することにより、半導体ウエーハ１０の内部における上面と平行な位置に変質層を形成することができる。
【００４９】
以上本発明を図示の実施形態に基いて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。例えば、上述した実施形態においては加工用レーザー光線照射ユニット５と計測用レーザー光線照射ユニット６にそれぞれレーザー光線発振器を装備した例を示したが、例えば加工用レーザー光線照射ユニット５のレーザー光線発振器６２から発振されるレーザー光線の出力を出力調整手段５３によって例えば１０mWに調整して計測用レーザー光線照射ユニット６のレーザー光線として用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明によって構成されたレーザー加工機の斜視図。
【図２】図1に示すレーザー加工機に装備される加工用レーザー光線照射ユニットのブロック構成図。
【図３】図1に示すレーザー加工機に装備される計測用レーザー光線照射ユニットのブロック構成図。
【図４】図３に示す計測用レーザー光線照射ユニットを構成する光路長変更ミラー手段の斜視図。
【図５】図３に示す計測用レーザー光線照射ユニットのレーザー光線の集光点が被加工物の上面に位置付けられたときの受光手段が反射光を受光する状態を示す説明図。
【図６】図３に示す計測用レーザー光線照射ユニットのレーザー光線の集光点が被加工物の下面に位置付けられたときの受光手段が反射光を受光する状態を示す説明図。
【図７】図３に示す計測用レーザー光線照射ユニットを構成する受光手段のホトディテクタの出力値と光路長変更ミラー手段の設置角度との関係を示す説明図。
【図８】図1に示すレーザー加工機に装備される制御手段のメモリに格納される厚み制御マップを示す図。
【図９】図1に示すレーザー加工機によって加工されるウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図。
【図１０】図９に示す半導体ウエーハの一部を拡大して示す平面図。
【図１１】図９に示す半導体ウエーハを環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着した状態を示す斜視図。
【図１２】図９に示す半導体ウエーハが図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブルの所定位置に保持された状態における座標位置との関係を示す説明図。
【図１３】図１に示すレーザー加工機によって図９に示す半導体ウエーハにレーザー加工孔を形成する穿孔工程の説明図。
【図１４】図１３に示す穿孔工程によってレーザー加工孔が形成された半導体ウエーハの要部拡大断面図。
【図１５】図1に示すレーザー加工機に装備される制御手段のメモリに格納される高さ制御マップを示す図。
【図１６】図３に示す計測用レーザー光線照射ユニットを用いてチャックテーブルに保持された半導体ウエーハの上面高さを検出する状態を示す説明図。
【符号の説明】
【００５１】
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３１：案内レール
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３７４：加工送り量検出手段
３８：第１の割り出し送り手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４１：案内レール
４２：可動支持基台
４３：第２の割り出し送り手段
４３３：割り出し送り量検出手段
５：加工用レーザー光線照射ユニット
５１：ユニットホルダ
５２：パルスレーザー光線発振手段
５３：出力調整手段
５４：集光器
６：計測用レーザー光線照射ユニット
６１：ユニットホルダ
６２：レーザー光線発振器
６３：集光器
６４：集光点変更手段
６５：受光手段
６６：第１のハーフミラー
６７：第２のハーフミラー
６４１：非平行生成レンズ
６４２：光路長変更ミラー手段
６４３：全反射ミラー
７：撮像手段
８：制御手段
１０：半導体ウエーハ
１１：環状のフレーム
１２：保護テープ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー加工機等のウエーハの加工機に装備されるチャックテーブルに保持された半導体ウエーハ等のウエーハの厚みや上面高さを計測するウエーハの計測装置およびレーザー加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。
【０００３】
装置の小型化、高機能化を図るため、複数の半導体チップを積層し、積層された半導体チップの電極を接続するモジュール構造が実用化されている。このモジュール構造は、半導体ウエーハの表面におけるボンディングパッドと呼ばれる電極が形成された位置に裏面からボンディングパッドに達する孔（ビアホール）を形成し、このビアホールにボンディングパッドと接続するアルミニウム等の導電性材料を埋め込む構成である。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開２００３−１６３３２３号公報
【０００４】
上述した半導体ウエーハに設けられるビアホールは、ドリルによって形成されている。しかるに、半導体ウエーハに設けられるビアホールは直径が１００〜３００μmと小さく、ドリルによる穿孔では生産性が悪いという問題がある。
【０００５】
上記問題を解消するために、被加工物を保持するチャックテーブルとレーザー光線照射手段との相対的な加工送り量を検出する加工送り量検出手段と、被加工物に形成する細孔のX,Y座標値を記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された細孔のX,Y座標値と加工送り量検出手段からの検出信号に基づいてレーザー光線照射手段を制御する制御手段とを具備し、被加工物に形成する細孔のX,Y座標値がレーザー光線照射手段の集光器の直下に達したらレーザー光線を照射するようにしたレーザー加工装置が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）
【特許文献２】特開２００６−２４７６７４号公報
【０００６】
また、上述した半導体ウエーハ等をストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの裏面側から内部に集光点を合わせて被加工物に対して透過性を有する赤外光領域のパルスレーザー光線を照射し、ウエーハの内部にストリートに沿って変質層を連続的に形成し、この変質層が形成されることによって強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、ウエーハをストリートに沿って分割するものである。（例えば、特許文献３参照。）
【特許文献３】特許第３４０８８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した半導体ウエーハの裏面からパルスレーザー光線を照射してビアホールを形成する形成方法においては、半導体ウエーハの表面に形成されたボンディングパッドに穴を開けないように寸止めしなければならず、このためには、半導体ウエーハの厚みに対応した所定パルス数のパルスレーザー光線を照射する必要がある。しかるに、半導体ウエーハの厚みにはバラツキがあり、従って各ボンディングパッドが位置する半導体ウエーハの厚み確認することが重要である。
また、上述したようにウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射することにより、半導体ウエーハの内部にストリートに沿って変質層を形成するレーザー加工方法においては、半導体ウエーハ等の内部の所定深さに均一に変質層を形成することが望ましい。しかるに、半導体ウエーハにはウネリがあり、その厚さにバラツキがあると、レーザー光線を照射する際に屈折率の関係で所定の深さに均一に変質層を形成することができない。従って、半導体ウエーハ等の内部の所定深さに均一に変質層を形成するためには、予めレーザー光線を照射する領域の凹凸を検出し、その凹凸にレーザー光線照射手段を追随させて加工する必要がある。
【０００８】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、ウエーハの加工機に装備されるチャックテーブルに保持された半導体ウエーハ等のウエーハの厚みや上面高さを確実に計測することができるウエーハの計測装置およびウエーハの計測装置を装備したレーザー加工機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、ウエーハを保持するチャックテーブルに保持されたウエーハの厚みを測定するウエーハの計測装置であって、
ウエーハに対して透過するとともに反射する波長を有するレーザー光線を照射するレーザー光線発振器と、
該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線を集光し該チャックテーブルに保持されたウエーハに照射する集光器と、
該チャックテーブルに保持されたウエーハに照射されたレーザー光線の反射光を受光する受光手段と、
該集光器によって集光されるレーザー光線の集光点を変更する集光点変更手段と、
該集光点変更手段からの変更信号と該受光手段からの受光信号に基いてウエーハの厚みを測定する制御手段と、を具備し、
該集光点変更手段は、所定の間隔をもって互いに平行に反射面を対向して配設された一対のミラーと、該一対のミラーの設置角度を調整する角度調整アクチュエータと、該一対のミラーの設置角度を検出し検出信号を該制御手段に出力するする設置角度検出センサーとからなる光路長変更ミラー手段を具備しており、
該制御手段は、該一対のミラーの２つの該設置角度の差とウエーハの厚みとの関係を設定した厚み制御マップを格納するメモリを備え、該角度調整アクチュエータによって該一対のミラーの設置角度を変更しつつ該受光手段からの受光信号に基いて２つの強い光量のピークを検出し、該２つの強い光量のピークを入力したときの該設置角度検出センサーからの検出信号に基いて該一対のミラーの２つの該設置角度の差を求め、該設置角度差を該厚み制御マップと照合してウエーハの厚みを求める、
ことを特徴とするウエーハの計測装置が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハに加工用のレーザー光線を照射する加工用レーザー光線照射手段と、を具備するレーザー加工機であって、上記ウエーハの厚みを測定する計測装置が配設されており、該計測装置は該チャックテーブルに保持されたウエーハの厚みを計測する、ことを特徴とするレーザー加工機が提供される。
【００１１】
更に、本発明によれば、ウエーハを保持するチャックテーブルに保持されたウエーハの上面高さを測定するウエーハの計測装置であって、
レーザー光線を照射するレーザー光線発振器と、
該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線を集光し該チャックテーブルに保持されたウエーハに照射する集光器と、
該チャックテーブルに保持されたウエーハに照射されたレーザー光線の反射光を受光する受光手段と、
該集光器によって集光されるレーザー光線の集光点を変更する集光点変更手段と、
該集光点変更手段からの変更信号と該受光手段からの受光信号に基いてウエーハの高さを測定する制御手段と、を具備し、
該集光点変更手段は、所定の間隔をもって互いに平行に反射面を対向して配設された一対のミラーと、該一対のミラーの設置角度を調整する角度調整アクチュエータと、該一対のミラーの設置角度を検出し検出信号を該制御手段に出力するする設置角度検出センサーとからなる光路長変更ミラー手段を具備しており、
該制御手段は、該一対のミラーの該設置角度と該チャックテーブルに保持されたウエーハの上面高さとの関係を設定した高さ制御マップを格納するメモリを備え、該角度調整アクチュエータによって該一対のミラーの設置角度を変更しつつ該受光手段からの受光信号に基いて強い光量のピークを検出し、該強い光量のピークを入力したときの該設置角度検出センサーからの検出信号に基いて該一対のミラーの２つの該設置角度を求め、該設置角度を該高さ制御マップと照合してチャックテーブルに保持されたウエーハの上面高さを求める、
ことを特徴とするウエーハの計測装置が提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハに加工用レーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、を具備するレーザー加工機であって、上記ウエーハの上面高さ測定する計測装置が配設されており、該計測装置は該チャックテーブルに保持されたウエーハの上面高さを計測する、ことを特徴とするレーザー加工機が提供される。
【００１３】
上記集光点変更手段は、上記光路長変更ミラー手段に導かれるレーザー光線を非平行の光線に生成する非平行光線生成レンズと、光路長変更ミラー手段を通過したレーザー光線を光路長変更ミラー手段に向けて垂直に全反射する全反射ミラーを備えている。
また、上記受光手段は、反射光の一部が通過する直径のピンホールを備えたマスクと、該マスクを通過した反射光を受光するホトディテクタとからなっている。
また、上記計測装置のレーザー光線発振器から発振されるレーザー光線は、連続波レーザー光線であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、集光点変更手段を構成する光路長変更ミラー手段の一対のミラーの設置角度を変更することによってウエーハに照射されるレーザー光線の集光点位置を変更し、ウエーハの上面と下面に集光点が位置したときの反射光の光量の２つのピークに基いて一対のミラーの設置角度を求め、この設置角度差を厚み制御マップと照合してウエーハの厚みを求めるので、ウエーハの加工部の厚みを正確に検出することができる。従って、ウエーハの加工部には厚みに対応した適正な加工を施すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に従って構成されたウエーハの計測装置およびレーザー加工機の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１には、本発明に従って構成されたレーザー加工機の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２に上記矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）と直角な矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構４と、該レーザー光線ユニット支持機構４に矢印Ｚで示す方向（Z軸方向）に移動可能に配設された加工用レーザー光線照射ユニット５と、ウエーハの計測装置を構成する計測用レーザー光線照射ユニット６とを具備している。この加工用レーザー光線照射ユニット５と計測用レーザー光線照射ユニット６は、共通のユニットホルダ４４に装着される。
【００１７】
上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上に矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上に矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動可能に配設された第一の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持されたカバーテーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１上（保持面）に被加工物である半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル３６には、後述する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。
【００１８】
上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面に矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第一の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動せしめられる。
【００１９】
図示の実施形態におけるレーザー加工機は、上記チャックテーブル３６の加工送り量を検出するための加工送り量検出手段３７４を備えている。加工送り量検出手段３７４は、案内レール３１に沿って配設されたリニアスケール３７４aと、第１の滑動ブロック３２に配設され第１の滑動ブロック３２とともにリニアスケール３７４aに沿って移動する読み取りヘッド３７４bとからなっている。この送り量検出手段３７４の読み取りヘッド３７４bは、図示に実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出する。なお、上記加工送り手段３７の駆動源としてパルスモータ３７２を用いた場合には、パルスモータ３７２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することもできる。また、上記加工送り手段３７の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することもできる。
【００２０】
上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動させるための第１の割り出し送り手段３８を具備している。第１の割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動せしめられる。
【００２１】
図示の実施形態におけるレーザー加工機は、上記第２の滑動ブロック３３の割り出し加工送り量を検出するための割り出し送り量検出手段３８４を備えている。割り出し送り量検出手段３８４は、案内レール３２２に沿って配設されたリニアスケール３８４aと、第２の滑動ブロック３３に配設され第２の滑動ブロック３３とともにリニアスケール３８４aに沿って移動する読み取りヘッド３８４bとからなっている。この送り量検出手段３８４の読み取りヘッド３８４bは、図示に実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出する。なお、上記割り出し送り手段３８の駆動源としてパルスモータ３８２を用いた場合には、パルスモータ３８２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出することもできる。また、上記第１の割り出し送り手段３８の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出することもできる。
【００２２】
上記レーザー光線照射ユニット支持機構４は、静止基台２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上に矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一側面に矢印Ｚで示す方向（Z軸方向）に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動させるための第２の割り出し送り手段４３を具備している。第２の割り出し送り手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロッド４３１と、該雄ねじロッド４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロッド４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動せしめられる。
【００２３】
上記加工用レーザー光線照射ユニット５と計測用レーザー光線照射ユニット６が装着された共通のユニットホルダ４４は、上記可動支持基台４２の装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝４４１、４４１が設けられており、この被案内溝４４１、４４１を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、矢印Ｚで示す方向（Z軸方向）に移動可能に支持される。
【００２４】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、ユニットホルダ４４を一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向（Z軸方向）に移動させるための移動手段５３を具備している。移動手段は、一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロッド（図示せず）と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ４４２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ４４２によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、加工用レーザー光線照射ユニット５と計測用レーザー光線照射ユニット６が装着されたユニットホルダ４４を案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向（Z軸方向）に移動せしめる。なお、図示の実施形態においてはパルスモータ５３２を正転駆動することにより加工用レーザー光線照射ユニット５と計測用レーザー光線照射ユニット６を上方に移動し、パルスモータ５３２を逆転駆動することにより加工用レーザー光線照射ユニット５と計測用レーザー光線照射ユニット６を下方に移動するようになっている。
【００２５】
図示の実施形態における加工用レーザー光線照射ユニット５は、上記ユニットホルダ４４に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング５１を含んでいる。また、加工用レーザー光線照射ユニット５は、図２に示すようにケーシング５１内に配設されたパルスレーザー光線発振手段５２および出力調整手段５３と、上記ケーシング５１の先端に装着された集光器５４を具備している。上記パルスレーザー光線発振手段５２は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器５２１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段５２２とから構成されている。
【００２６】
上記加工用レーザー光線照射ユニット５を構成するケーシング５１の前端部には、撮像手段７が配設されている。この撮像手段7は、可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。
【００２７】
次に、ウエーハの計測装置を構成する計測用レーザー光線照射ユニット６について、図１および図３を参照して説明する。
図示の実施形態における計測用レーザー光線照射ユニット６は、上記ユニットホルダ４４に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング６１を含んでいる。また、計測用レーザー光線照射ユニット６は、図３に示すようにケーシング６１内に配設されたレーザー光線発振器６２と、該レーザー光線発振器６２から発振されたレーザー光線を集光し上記チャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する集光レンズ６３１を備えた集光器６３を具備している。レーザー光線発振器６２は、図示の実施形態においてはシリコンウエーハに対して透過するとともに反射する１０６４nmの波長を有する連続波レーザー光線を照射する。集光器６３は、図１に示すように上記ケーシング５１の先端に装着される。
【００２８】
図３を参照して説明を続けると、計測用レーザー光線照射ユニット６は、レーザー光線発振器６２から発振されたレーザー光線を集光する集光器６３の集光点を変更する集光点変更手段６４と、チャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０に照射されたレーザー光線の反射光を受光する受光手段６５と、レーザー光線発振器６２と集光点変更手段６４との間に配設された第１のハーフミラー６６と、該第１のハーフミラー６６を介して集光器６３に導くレーザー光線の一部を上記受光手段６５に導く第２のハーフミラー６７を具備している。上記レーザー光線発振器６２は、波長が１０６４nmで出力が例えば１０mWの連続波レーザー光線を発振する。上記集光点変更手段６４は、図示の実施形態においてはレーザー光線発振器６２から発振され第１のハーフミラー６６を介して導かれたレーザー光線を非平行の光線に生成する凸レンズからなる非平行生成レンズ６４１と、レーザー光線発振器６２から集光器６３までの光路長を変更する光路長変更ミラー手段６４２と、該光路長変更ミラー手段６４２を介して導かれたレーザー光線を該光路長変更ミラー手段６４２に向けて全反射する全反射ミラー６４３とからなっている。
【００２９】
光路長変更ミラー手段６４２は、図４に示すように所定の間隔をもって互いに平行に反射面を対向して配設された一対のミラー６４２a、６４２bと、該一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度を調整する角度調整アクチュエータ６４２cと、該一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度を検出する設置角度検出センサー６４２dとからなっている。このような光路長変更ミラー手段６４２としては、印加される振動周期で一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度を変化させるガルバノスキャナーを用いることが望ましい。設置角度検出センサー６４２dは、図示の実施形態においては角度調整アクチュエータ６４２cに装着されたロータリーエンコーダからなり、検出信号を後述する制御手段に送る。このように構成された光路長変更ミラー手段６４２は、一対のミラー６４２a、６４２bを図３において１点鎖線から２点鎖線で示すように設置角度を変更することにより、レーザー光線の光路長を変更することができる。上記受光手段６５は、上記第２のハーフミラー６７によって分光された反射光の一部が通過する直径が１０μmのピンホール６５１aを備えたマスク６５aと、該マスク６５aを通過した反射光を受光するホトディテクタ６５bとからなっており、ホトディテクタ６５bは受光した光量に対応した電圧信号を後述する制御手段に送る。
【００３０】
上述した計測用レーザー光線照射ユニット６の作用について説明する。
上記レーザー光線発振器６２から発振された連続波のレーザー光線は、図３において実線で示すように第１のハーフミラー６６を所定の割合で透過し、非平行生成レンズ６４１によって非平行の光線に生成され、光路長変更ミラー手段６４２の一対のミラー６４２a、６４２bを通過した後、全反射ミラー６４３に到達する。全反射ミラー６４３に到達したレーザー光線は、全反射ミラー６４３によって垂直に全反射し光路長変更ミラー手段６４２の一対のミラー６４２b、６４２aを逆走して非平行生成レンズ６４１を通して第１のハーフミラー６６に到達する。第１のハーフミラー６６に到達したレーザー光線は、所定の割合で集光器６３に向けて反射し、第２のハーフミラー６７を所定の割合で透過し、集光器６３の集光レンズ６３１によって集光されてチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射される。被加工物Wに照射されたレーザー光線の反射光は、図３において点線で示すように集光レンズ６３１を介して第２のハーフミラー６７に達し、第２のハーフミラー６７によって所定の割合で受光手段６５に向けて反射する。受光手段６５に向けて反射されたレーザー光線の反射光は、マスク６５aのピンホール６５１aを通してホトディテクタ６５bに達する。
【００３１】
ここで、上記レーザー光線発振器６２から発振されるレーザー光線の集光レンズ６３１による集光点について説明する。
上記非平行生成レンズ６４１の焦点距離をf1、集光レンズ６３１の焦点距離をf2、非平行生成レンズ６４１と集光レンズ６３１との間の光路長をL、非平行生成レンズ６４１から全反射ミラー６４３までの光路長をm1（光路長変更ミラー手段６４２によって変化する）、集光レンズ６３１から集光点Pまでの光路長をm2とすると、レンズの公式により、
（１）m1＜f1およびm1＞f1のとき
（２）m1＝f1のとき
m2＝f2
の関係がある。従って、光路長変更ミラー手段６４２の一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度を変更し非平行生成レンズ６４１から全反射ミラー６４３までの光路長m1を変更することにより、集光レンズ６３１から集光点Pまでの光路長m2を変更することができる。
【００３２】
また、集光レンズ６３１からチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０の上面までの距離をd、集光レンズ６３１からマスク６７aまでの光路長をnとすると、
になる位置にマスク６５aを配置する。
【００３３】
ここで、集光レンズ６３１によって集光されたレーザー光線の集光点Pの位置とホトディテクタ６５bによって受光される反射光の光量について、図５および図６を参照して説明する。
図５において実線は、集光レンズ６３１によって集光されたレーザー光線の集光点Pが被加工物Wの上面に位置する状態を示す。このようにレーザー光線の集光点Pが被加工物Wの上面に位置する場合には、反射光はマスク６５a部で集光されるため、全ての反射光がピンホール６５１aを通過してホトディテクタ６５bに受光される。従って、ホトディテクタ６５bによって受光される光量は最大値となる。一方、図５において点線で示すように集光レンズ６３１によって集光されたレーザー光線の集光点Pが被加工物Wの上面と下面の間に位置する場合には、被加工物Wの上面での反射面積が大きいため、反射光は反射光はマスク６５a部で集光されない。従って、ピンホール６５１aを通過する反射光は一部となり、ホトディテクタ６５bによって受光される光量は減少する。
【００３４】
また、図６において実線は、集光レンズ６３１によって集光されたレーザー光線の集光点Pが被加工物Wの下面に位置する状態を示す。このようにレーザー光線の集光点Pが被加工物Wの下面に位置する場合には、反射光はマスク６５a部で集光されるため、全ての反射光がピンホール６５１aを通過してホトディテクタ６５bに受光される。従って、ホトディテクタ６５bによって受光される光量は最大値となる。一方、図６において点線で示すように集光レンズ６３１によって集光されたレーザー光線の集光点Pが被加工物Wの下面より下側に位置する場合には、被加工物Wの上面での反射面積が大きいため、反射光は反射光はマスク６５a部で集光されない。従って、ピンホール６５１aを通過する反射光は一部となり、ホトディテクタ６５bによって受光される光量は減少する。
【００３５】
従って、光路長変更ミラー手段６４２の一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度を変更して、集光レンズ６３１によって集光されるレーザー光線の集光点Pを被加工物Wの上側から下側に移動すると、ホトディテクタ６５bは集光点Pが被加工物Wの上面と下面に位置するとき受光量がピークとなり図７に示すような検出信号を出力する。即ち、図７は横軸が一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度を表し、縦軸がホトディテクタ６５bの出力電圧(V)を表す。そして、図７に示すような検出信号を入力した後述する制御手段は、
レーザー光線の集光点Pが被加工物Wの上面と下面に位置するときの２つのピーク時における一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度差を求め、この設置角度差に基いて被加工物Wの厚みを求める。
【００３６】
即ち、後述する制御手段は、図８に示すように上記２つのピーク時における一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度差に対応する被加工物Wの厚みとの関係を設定した厚み制御マップを備えており、この厚み制御マップを参照して上記一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度差に対応した厚みを求める。図８は、シリコンウエーハについて上記設置角度差に対する厚みとの関係を実験によって求めたものである。なお図８に示す厚み制御マップおいて、実線は集光レンズ６３１のNA値が０．３５の場合を表し、１点鎖線は集光レンズ６３１のNA値が０．４の場合を表し、２点鎖線は集光レンズ６３１のNA値が０．４５の場合を表している。このようにして設定された制御マップは、後述する制御手段のメモリに格納される。
【００３７】
図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、制御手段８を具備している。制御手段８はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）８１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）８２と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３と、カウンター８４と、入力インターフェース８５および出力インターフェース８６とを備えている。制御手段８の入力インターフェース８５には、上記加工送り量検出手段３７４、割り出し送り量検出手段３８４、設置角度検出センサー６４２d、ホトディテクタ６５bおよび撮像手段７等からの検出信号が入力される。そして、制御手段８の出力インターフェース８６からは、上記パルスモータ３７２、パルスモータ３８２、パルスモータ４３２、パルスモータ５３２、加工用パルスレーザー光線発振手段５、計測用レーザー光線照射ユニット６等に制御信号を出力する。なお、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３は、上述した図８に示す制御マップを格納する第１の記憶領域８３a、後述する被加工物の設計値のデータを記憶する第２の記憶領域８３bや他の記憶領域を備えている。
【００３８】
図示の実施形態におけるレーザー加工機は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図９にはレーザー加工される被加工物としての半導体ウエーハ１０の平面図が示されている。図９に示す半導体ウエーハ１０は、シリコンウエーハからなっており、その表面１０ａに格子状に配列された複数のストリート１０１によって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１０２がそれぞれ形成されている。この各デバイス１０２は、全て同一の構成をしている。デバイス１０２の表面にはそれぞれ図１０に示すように複数のボンディングパッド１０３（１０３a〜１０３j）が形成されている。なお、図示の実施形態においては、１０３aと１０３f、１０３bと１０３g、１０３cと１０３h、１０３dと１０３i、１０３eと１０３jは、X方向位置が同一である。この複数のボンディングパッド１０３（１０３a〜１０３j）部にそれぞれ裏面１０bからボンディングパッド１０３に達する加工穴（ビアホール）が形成される。各デバイス１０２におけるボンディングパッド１０３（１０３a〜１０３j）のX方向（図１０おいて左右方向）の間隔Ａ、および各デバイス１０２に形成されたボンディングパッド１０３におけるストリート１０１を挟んでX方向（図１０において左右方向）に隣接するボンディングパッド即ちボンディングパッド１０３eとボンディングパッド１０３aとの間隔Bは、図示の実施形態においては同一間隔に設定されている。また、各デバイス１０２におけるボンディングパッド１０３（１０３a〜１０３j）のY方向（図１０において上下方向）の間隔C、および各デバイス１０２に形成されたボンディングパッド１０３におけるストリート１０１を挟んでY方向（図９において上下方向）に隣接するボンディングパッド即ちボンディングパッド１０３fとボンディングパッド１０３aおよびボンディングパッド１０３jとボンディングパッド１０３eとの間隔Dは、図示の実施形態においては同一間隔に設定されている。このように構成された半導体ウエーハ１０について、図９に示す各行Ｅ1・・・・Enおよび各列F1・・・・Fnに配設されたデバイス１０２の個数と上記各間隔A,B,C,Dは、その設計値のデータが上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３の第２に記憶領域８３ｂに格納されている。
【００３９】
上述したレーザー加工機を用い、上記半導体ウエーハ１０に形成された各デバイス１０２のボンディングパッド１０３（１０３a〜１０３j）部に加工孔（ビアホール）を形成するレーザー加工の実施形態について説明する。
上記のように構成された半導体ウエーハ１０は、図１１に示すように環状のフレーム１１に装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなる保護テープ１２に表面１０ａを貼着する。従って、半導体ウエーハ１０は、裏面１０bが上側となる。このようにして環状のフレーム１１に保護テープ１２を介して支持された半導体ウエーハ１０は、図１に示すレーザー加工機のチャックテーブル３６上に保護テープ１２側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより半導体ウエーハ１０は、保護テープ１２を介してチャックテーブル３６上に吸引保持される。また、環状のフレーム１１は、クランプ３６２によって固定される。
【００４０】
上述したように半導体ウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７によって撮像手段７の直下に位置付けられる。チャックテーブル３６が撮像手段７の直下に位置付けられると、チャックテーブル３６上の半導体ウエーハ１０は、図１２に示す座標位置に位置付けられた状態となる。この状態で、チャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０に形成されている格子状のストリート１０１がX軸方向とY軸方向に平行に配設されているか否かのアライメント作業を実施する。即ち、撮像手段７によってチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０を撮像し、パターンマッチング等の画像処理を実行してアライメント作業を行う。このとき、半導体ウエーハ１０のストリート１０１が形成されている表面１０ａは下側に位置しているが、撮像手段７が上述したように赤外線照明手段と赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成された撮像手段を備えているので、半導体ウエーハ１０の裏面１０ｂから透かしてストリート１０１を撮像することができる。
【００４１】
次に、チャックテーブル３６を移動して、半導体ウエーハ１０に形成されたデバイス１０２における最上位の行E1の図１２において最左端のデバイス１０２を撮像手段７の直下に位置付ける。そして、更にデバイス１０２に形成されたボンディングパッド１０３（１０３a〜１０３j）における図１２において左上のボンディングパッド１０３aを撮像手段７の直下に位置付ける。この状態で撮像手段７がボンディングパッド１０３aを検出したならばその座標値(a1)を第１の加工送り開始位置座標値として制御手段８に送る。そして、制御手段８は、この座標値(a1)を第１の加工送り開始位置座標値としてランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納する（加工送り開始位置検出工程）。
【００４２】
このようにして図１２において最上位の行E1のデバイス１０２における第１の加工送り開始位置座標値(a1)を検出したならば、チャックテーブル３６をストリート１０１の間隔だけＹ軸方向に割り出し送りするとともにX軸方向に移動して、図１２において最上位から２番目の行E2における最左端のデバイス１０２を撮像手段７の直下に位置付ける。そして、更にデバイス１０２に形成されたボンディングパッド１０３(１０３a〜１０３j）における図１２において左上のボンディングパッド１０３aを撮像手段１１の直下に位置付ける。この状態で撮像手段７がボンディングパッド１０３aを検出したならばその座標値(a2)を第２の加工送り開始位置座標値として制御手段８に送る。そして、制御手段８は、この座標値(a2)を第２の加工送り開始位置座標値としてランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納する。以後、制御手段８は、上述した割り出し送りと加工送り開始位置検出工程を図１２において最下位の行Ｅｎまで繰り返し実行し、各行に形成されたデバイス３０２の加工送り開始位置座標値（a３〜aｎ）を検出して、これをランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納する。
【００４３】
次に、半導体ウエーハ１０の各デバイス１０２に形成された各ボンディングパッド１０３(１０３a〜１０３j）部の厚みを検出する厚み検出工程を実施する。厚み検出工程は、先ず加工送り手段３７を作動しチャックテーブル３６を移動して、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納されている第１の加工送り開始位置座標値（a１）を計測用レーザー光線照射ユニット６の集光器６３の直下に位置付ける。そして制御手段８は、計測用レーザー光線照射ユニット６を上述したように制御して半導体ウエーハ１０の厚みを検出し、この検出値を第１の加工送り開始位置座標値（a１）の半導体ウエーハ１０の厚みとしてランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納する。ここで、半導体ウエーハ１０の厚みを求める手順について図７および図８を参照して説明する。即ち、制御手段８は、図７に示すホトディテクタ６５bの出力電圧(V)を入力したならば、２つのピーク時における一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度差を求める。図７に示す例においては、集光レンズ６３１のNA値が０．３５であり、レーザー光線の集光点Pが半導体ウエーハ１０の上面に位置するときの一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度が４６．９度で、レーザー光線の集光点Pが半導体ウエーハ１０の下面に位置するときの一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度が４９．６度であるから、２つのピーク時における一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度差（４９．６度−４６．９度）は２．７度である。このようにして２つのピーク時における一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度差を求めたならば、制御手段８は図８に示す厚み制御マップにおける実線で示す集光レンズ６３１のNA値が０．３５のデータと照合する。即ち、２つのピーク時における一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度差が２．７度であるから、図８に示す厚み制御マップにおける実線で示す集光レンズ６３１のNA値が０．３５のデータと照合すると、半導体ウエーハ１０の厚みは５５μmとなる。このようにして、第１の加工送り開始位置座標値（a１）の厚み検出工程を実施したならば、制御手段８は加工送り手段３７を作動しチャックテーブル３６を上記間隔Aだけ移動して、ボンディングパッド１０３bに対応する位置を計測用レーザー光線照射ユニット６の集光器６３の直下に位置付け、上述した厚み検出工程を実施し、その検出値をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納する。このようにして、半導体ウエーハ１０に形成された全てのボンディングパッド１０３に対応する位置に対して厚み検出工程を実施し、その検出値をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納する。
【００４４】
次に、半導体ウエーハ１０の各デバイス１０２に形成された各ボンディングパッド１０３(１０３a〜１０３j）部にレーザー加工孔（ビアホール）を穿孔する穿孔工程を実施する。穿孔工程は、先ず加工送り手段３７を作動しチャックテーブル３６を移動して、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３に格納されている第１の加工送り開始位置座標値（a１）を、加工用レーザー光線照射ユニット５のレーザー光線照射手段５２の集光器５４の直下に位置付ける。このように第１の加工送り開始位置座標値（a１）が集光器５４の直下に位置付けられた状態が図１３に示す状態である。図１３に示す状態から制御手段８は、加工用レーザー光線照射ユニット５のパルスレーザー光線発振手段５２を制御して集光器５４から加工用パルスレーザー光線を照射する。
【００４５】
上記穿孔工程における加工条件の一例について説明する。
光源 ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４パルスレーザー
波長 ：３５５ｎｍ
エネルギー密度 ：３０J／cm2
集光スポット径 ：φ７０μｍ
このような加工条件によって穿孔工程を実施すると、シリコンウエーハにはパルスレーザー光線の１パルス当たり深さが２μm程度のレーザー加工孔を形成することができる。従って、上記厚み検出工程において検出された加工部の厚みが５４μmであればパルスレーザー光線を２７パルス照射し、加工部の厚みが５８μmであればパルスレーザー光線を２９パルス照射することにより、図１４に示すようにボンディングパッド１０３に達するレーザー加工孔１１０を形成することができる。
【００４６】
上述したようにして、第１の加工送り開始位置座標値（a１）に穿孔工程を実施したならば、加工送り手段３７を作動しチャックテーブル３６を上記間隔Aだけ移動してボンディングパッド１０３bに対応する位置をレーザー光線照射手段５２の集光器５４の直下に位置付ける。そして、上記厚み検出工程において検出された加工部の厚みに対応して上記穿孔工程を実施する。このように半導体ウエーハ１０に形成された全てのボンディングパッド１０３に対応する位置をレーザー光線照射手段５２の集光器５４の直下に位置付け上記穿孔工程を実施することにより、半導体ウエーハ１０には、裏面１０bから各ボンディングパッド１０３に達するレーザー加工孔１１０を形成することができる。
【００４７】
次に、ウエーハの計測装置の他の実施形態について、図１５および図１６を参照して説明する。
図１５および図１６に示す実施形態は、チャックテーブルに保持された被加工物の上面の高さ位置を検出するウエーハの計測装置である。図１５および図１６に示す実施形態は、上記図３に示す計測用レーザー光線照射ユニット６の構成は実質的に同一であるが、上記制御手段８のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納する制御マップが相違する。この実施形態において用いる制御マップは、図１５に示すように上記一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度に対応した被加工物Wの高さ位置を示している。図１５に示す高さ制御マップは、上記一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度が４５度のとき、上記図３に示す計測用レーザー光線照射ユニット６の集光レンズ６３１によって集光されるレーザー光線の集光点Pがチャックテーブル３６の上面である保持面に位置付けられるように設定し、チャックテーブル３６に異なる厚みの複数の被加工物Wを保持し、それぞれの被加工物Wの上面に集光点Pが位置したときの一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度を実験的に求めたものである。図１５に示す高さ制御マップおいて、実線は集光レンズ６３１のNA値が０．３５の場合を表し、１点鎖線は集光レンズ６３１のNA値が０．４の場合を表し、２点鎖線は集光レンズ６３１のNA値が０．４５の場合を表している。なお、この実施形態においては、計測用レーザー光線照射ユニット６から照射されるレーザー光線は、被加工物に対して透過するとともに反射する波長である必要ななく、被加工物に対して反射する波長のレーザー光線であればよい。
【００４８】
上述したウエーハの計測装置である計測用レーザー光線照射ユニット６を用いて、図１６に示すように、チャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０のストリート１０１に沿って上面の高さ位置を検出するには、チャックテーブル３６を作動して半導体ウエーハ１０を所定間隔毎に集光器６３の直下に位置付け、集光器６３からレーザー光線を照射し半導体ウエーハ１０の上面で反射した光を上述したようにホトディテクタ６５bによって受光する。そして制御手段８は、一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度を変更しホトディテクタ６５bによって受光された反射光の光量がピークになったときの一対のミラー６４２a、６４２bの設置角度を検出し、この検出した設置角度を図１５に示す高さ制御マップと照合して、検出した設置角度に対する半導体ウエーハ１０の高さ位置を求め、この高さ位置をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納する。このように半導体ウエーハ１０のストリート１０１に沿って所定間隔毎に高さ位置を検出することにより、半導体ウエーハ１０のストリート１０１に沿ったウネリの状態を検出することができる。従って、加工用レーザー光線照射ユニット５のパルスレーザー光線発振手段５２を制御し、集光器５４から照射されるシリコンウエーハに対して透過性を有する波長の加工用パルスレーザー光線の集光点を半導体ウエーハ１０の内部に位置付けストリート１０１に沿って照射する際に、上述したように検出した半導体ウエーハ１０の高さ位置に対応して加工用パルスレーザー光線の集光点の高さ位置を制御することにより、半導体ウエーハ１０の内部における上面と平行な位置に変質層を形成することができる。
【００４９】
以上本発明を図示の実施形態に基いて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。例えば、上述した実施形態においては加工用レーザー光線照射ユニット５と計測用レーザー光線照射ユニット６にそれぞれレーザー光線発振器を装備した例を示したが、例えば加工用レーザー光線照射ユニット５のレーザー光線発振器６２から発振されるレーザー光線の出力を出力調整手段５３によって例えば１０mWに調整して計測用レーザー光線照射ユニット６のレーザー光線として用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明によって構成されたレーザー加工機の斜視図。
【図２】図1に示すレーザー加工機に装備される加工用レーザー光線照射ユニットのブロック構成図。
【図３】図1に示すレーザー加工機に装備される計測用レーザー光線照射ユニットのブロック構成図。
【図４】図３に示す計測用レーザー光線照射ユニットを構成する光路長変更ミラー手段の斜視図。
【図５】図３に示す計測用レーザー光線照射ユニットのレーザー光線の集光点が被加工物の上面に位置付けられたときの受光手段が反射光を受光する状態を示す説明図。
【図６】図３に示す計測用レーザー光線照射ユニットのレーザー光線の集光点が被加工物の下面に位置付けられたときの受光手段が反射光を受光する状態を示す説明図。
【図７】図３に示す計測用レーザー光線照射ユニットを構成する受光手段のホトディテクタの出力値と光路長変更ミラー手段の設置角度との関係を示す説明図。
【図８】図1に示すレーザー加工機に装備される制御手段のメモリに格納される厚み制御マップを示す図。
【図９】図1に示すレーザー加工機によって加工されるウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図。
【図１０】図９に示す半導体ウエーハの一部を拡大して示す平面図。
【図１１】図９に示す半導体ウエーハを環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着した状態を示す斜視図。
【図１２】図９に示す半導体ウエーハが図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブルの所定位置に保持された状態における座標位置との関係を示す説明図。
【図１３】図１に示すレーザー加工機によって図９に示す半導体ウエーハにレーザー加工孔を形成する穿孔工程の説明図。
【図１４】図１３に示す穿孔工程によってレーザー加工孔が形成された半導体ウエーハの要部拡大断面図。
【図１５】図1に示すレーザー加工機に装備される制御手段のメモリに格納される高さ制御マップを示す図。
【図１６】図３に示す計測用レーザー光線照射ユニットを用いてチャックテーブルに保持された半導体ウエーハの上面高さを検出する状態を示す説明図。
【符号の説明】
【００５１】
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３１：案内レール
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３７４：加工送り量検出手段
３８：第１の割り出し送り手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４１：案内レール
４２：可動支持基台
４３：第２の割り出し送り手段
４３３：割り出し送り量検出手段
５：加工用レーザー光線照射ユニット
５１：ユニットホルダ
５２：パルスレーザー光線発振手段
５３：出力調整手段
５４：集光器
６：計測用レーザー光線照射ユニット
６１：ユニットホルダ
６２：レーザー光線発振器
６３：集光器
６４：集光点変更手段
６５：受光手段
６６：第１のハーフミラー
６７：第２のハーフミラー
６４１：非平行生成レンズ
６４２：光路長変更ミラー手段
６４３：全反射ミラー
７：撮像手段
８：制御手段
１０：半導体ウエーハ
１１：環状のフレーム
１２：保護テープ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエーハを保持するチャックテーブルに保持されたウエーハの厚みを測定するウエーハの計測装置であって、
ウエーハに対して透過するとともに反射する波長を有するレーザー光線を照射するレーザー光線発振器と、
該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線を集光し該チャックテーブルに保持されたウエーハに照射する集光器と、
該チャックテーブルに保持されたウエーハに照射されたレーザー光線の反射光を受光する受光手段と、
該集光器によって集光されるレーザー光線の集光点を変更する集光点変更手段と、
該集光点変更手段からの変更信号と該受光手段からの受光信号に基いてウエーハの厚みを測定する制御手段と、を具備し、
該集光点変更手段は、所定の間隔をもって互いに平行に反射面を対向して配設された一対のミラーと、該一対のミラーの設置角度を調整する角度調整アクチュエータと、該一対のミラーの設置角度を検出し検出信号を該制御手段に出力するする設置角度検出センサーとからなる光路長変更ミラー手段を具備しており、
該制御手段は、該一対のミラーの２つの該設置角度の差とウエーハの厚みとの関係を設定した厚み制御マップを格納するメモリを備え、該角度調整アクチュエータによって該一対のミラーの設置角度を変更しつつ該受光手段からの受光信号に基いて２つの強い光量のピークを検出し、該２つの強い光量のピークを入力したときの該設置角度検出センサーからの検出信号に基いて該一対のミラーの２つの該設置角度の差を求め、該設置角度差を該厚み制御マップと照合してウエーハの厚みを求める、
ことを特徴とするウエーハの計測装置。
【請求項２】
該集光点変更手段は、該光路長変更ミラー手段に導かれるレーザー光線を非平行の光線に生成する非平行光線生成レンズと、該光路長変更ミラー手段を通過したレーザー光線を該光路長変更ミラー手段に向けて垂直に全反射する全反射ミラーを備えている、請求項１記載のウエーハの計測装置。
【請求項３】
該受光手段は、反射光の一部が通過する直径のピンホールを備えたマスクと、該マスクを通過した反射光を受光するホトディテクタとからなっている、請求項１又は２記載のウエーハの計測装置。
【請求項４】
該レーザー光線発振器から発振されるレーザー光線は、連続波レーザー光線である、請求項１から３のいずれかに記載のウエーハの計測装置。
【請求項５】
ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハに加工用のレーザー光線を照射する加工用レーザー光線照射手段と、を具備するレーザー加工機であって、請求項１記載のウエーハの計測装置が配設されており、該計測装置は該チャックテーブルに保持されたウエーハの厚みを計測する、
ことを特徴とするレーザー加工機。
【請求項６】
ウエーハを保持するチャックテーブルに保持されたウエーハの上面高さを測定するウエーハの計測装置であって、
レーザー光線を照射するレーザー光線発振器と、
該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線を集光し該チャックテーブルに保持されたウエーハに照射する集光器と、
該チャックテーブルに保持されたウエーハに照射されたレーザー光線の反射光を受光する受光手段と、
該集光器によって集光されるレーザー光線の集光点を変更する集光点変更手段と、
該集光点変更手段からの変更信号と該受光手段からの受光信号に基いてウエーハの高さを測定する制御手段と、を具備し、
該集光点変更手段は、所定の間隔をもって互いに平行に反射面を対向して配設された一対のミラーと、該一対のミラーの設置角度を調整する角度調整アクチュエータと、該一対のミラーの設置角度を検出し検出信号を該制御手段に出力するする設置角度検出センサーとからなる光路長変更ミラー手段を具備しており、
該制御手段は、該一対のミラーの該設置角度と該チャックテーブルに保持されたウエーハの上面高さとの関係を設定した高さ制御マップを格納するメモリを備え、該角度調整アクチュエータによって該一対のミラーの設置角度を変更しつつ該受光手段からの受光信号に基いて強い光量のピークを検出し、該強い光量のピークを入力したときの該設置角度検出センサーからの検出信号に基いて該一対のミラーの２つの該設置角度を求め、該設置角度を該高さ制御マップと照合してチャックテーブルに保持されたウエーハの上面高さを求める、
ことを特徴とするウエーハの計測装置。
【請求項７】
該集光点変更手段は、該光路長変更ミラー手段に導かれるレーザー光線を非平行の光線に生成する非平行光線生成レンズと、該光路長変更ミラー手段を通過したレーザー光線を該光路長変更ミラー手段に向けて垂直に全反射する全反射ミラーを備えている、請求項６記載のウエーハの計測装置。
【請求項８】
該受光手段は、反射光の一部が通過する直径のピンホールを備えたマスクと、該マスクを通過した反射光を受光するホトディテクタとからなっている、請求項６又は７記載のウエーハの計測装置。
【請求項９】
該レーザー光線発振器から発振されるレーザー光線は、連続波レーザー光線である、請求項６から８のいずれかに記載のウエーハの計測装置。
【請求項１０】
ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハに加工用レーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、を具備するレーザー加工機であって、請求項６記載のウエーハの計測装置が配設されており、該計測装置は該チャックテーブルに保持されたウエーハの上面高さを計測する、
ことを特徴とするレーザー加工機
【請求項１】
ウエーハを保持するチャックテーブルに保持されたウエーハの厚みを測定するウエーハの計測装置であって、
ウエーハに対して透過するとともに反射する波長を有するレーザー光線を照射するレーザー光線発振器と、
該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線を集光し該チャックテーブルに保持されたウエーハに照射する集光器と、
該チャックテーブルに保持されたウエーハに照射されたレーザー光線の反射光を受光する受光手段と、
該集光器によって集光されるレーザー光線の集光点を変更する集光点変更手段と、
該集光点変更手段からの変更信号と該受光手段からの受光信号に基いてウエーハの厚みを測定する制御手段と、を具備し、
該集光点変更手段は、所定の間隔をもって互いに平行に反射面を対向して配設された一対のミラーと、該一対のミラーの設置角度を調整する角度調整アクチュエータと、該一対のミラーの設置角度を検出し検出信号を該制御手段に出力するする設置角度検出センサーとからなる光路長変更ミラー手段を具備しており、
該制御手段は、該一対のミラーの２つの該設置角度の差とウエーハの厚みとの関係を設定した厚み制御マップを格納するメモリを備え、該角度調整アクチュエータによって該一対のミラーの設置角度を変更しつつ該受光手段からの受光信号に基いて２つの強い光量のピークを検出し、該２つの強い光量のピークを入力したときの該設置角度検出センサーからの検出信号に基いて該一対のミラーの２つの該設置角度の差を求め、該設置角度差を該厚み制御マップと照合してウエーハの厚みを求める、
ことを特徴とするウエーハの計測装置。
【請求項２】
該集光点変更手段は、該光路長変更ミラー手段に導かれるレーザー光線を非平行の光線に生成する非平行光線生成レンズと、該光路長変更ミラー手段を通過したレーザー光線を該光路長変更ミラー手段に向けて垂直に全反射する全反射ミラーを備えている、請求項１記載のウエーハの計測装置。
【請求項３】
該受光手段は、反射光の一部が通過する直径のピンホールを備えたマスクと、該マスクを通過した反射光を受光するホトディテクタとからなっている、請求項１又は２記載のウエーハの計測装置。
【請求項４】
該レーザー光線発振器から発振されるレーザー光線は、連続波レーザー光線である、請求項１から３のいずれかに記載のウエーハの計測装置。
【請求項５】
ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハに加工用のレーザー光線を照射する加工用レーザー光線照射手段と、を具備するレーザー加工機であって、請求項１記載のウエーハの計測装置が配設されており、該計測装置は該チャックテーブルに保持されたウエーハの厚みを計測する、
ことを特徴とするレーザー加工機。
【請求項６】
ウエーハを保持するチャックテーブルに保持されたウエーハの上面高さを測定するウエーハの計測装置であって、
レーザー光線を照射するレーザー光線発振器と、
該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線を集光し該チャックテーブルに保持されたウエーハに照射する集光器と、
該チャックテーブルに保持されたウエーハに照射されたレーザー光線の反射光を受光する受光手段と、
該集光器によって集光されるレーザー光線の集光点を変更する集光点変更手段と、
該集光点変更手段からの変更信号と該受光手段からの受光信号に基いてウエーハの高さを測定する制御手段と、を具備し、
該集光点変更手段は、所定の間隔をもって互いに平行に反射面を対向して配設された一対のミラーと、該一対のミラーの設置角度を調整する角度調整アクチュエータと、該一対のミラーの設置角度を検出し検出信号を該制御手段に出力するする設置角度検出センサーとからなる光路長変更ミラー手段を具備しており、
該制御手段は、該一対のミラーの該設置角度と該チャックテーブルに保持されたウエーハの上面高さとの関係を設定した高さ制御マップを格納するメモリを備え、該角度調整アクチュエータによって該一対のミラーの設置角度を変更しつつ該受光手段からの受光信号に基いて強い光量のピークを検出し、該強い光量のピークを入力したときの該設置角度検出センサーからの検出信号に基いて該一対のミラーの２つの該設置角度を求め、該設置角度を該高さ制御マップと照合してチャックテーブルに保持されたウエーハの上面高さを求める、
ことを特徴とするウエーハの計測装置。
【請求項７】
該集光点変更手段は、該光路長変更ミラー手段に導かれるレーザー光線を非平行の光線に生成する非平行光線生成レンズと、該光路長変更ミラー手段を通過したレーザー光線を該光路長変更ミラー手段に向けて垂直に全反射する全反射ミラーを備えている、請求項６記載のウエーハの計測装置。
【請求項８】
該受光手段は、反射光の一部が通過する直径のピンホールを備えたマスクと、該マスクを通過した反射光を受光するホトディテクタとからなっている、請求項６又は７記載のウエーハの計測装置。
【請求項９】
該レーザー光線発振器から発振されるレーザー光線は、連続波レーザー光線である、請求項６から８のいずれかに記載のウエーハの計測装置。
【請求項１０】
ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハに加工用レーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、を具備するレーザー加工機であって、請求項６記載のウエーハの計測装置が配設されており、該計測装置は該チャックテーブルに保持されたウエーハの上面高さを計測する、
ことを特徴とするレーザー加工機
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００８−１５９６１６（Ｐ２００８−１５９６１６Ａ）
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４３１８５（Ｐ２００６−３４３１８５）
【出願日】平成１８年１２月２０日（２００６．１２．２０）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２０日（２００６．１２．２０）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
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