チャックテーブルに保持された被加工物の計測装置およびレーザー加工機
【課題】被加工物の上面高さを計測する計測装置および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】被加工物Ｗに向けて白色光を発光する白色光源６１と、発光した光が有する各波長を回折する回折手段６２と、回折された光の中央部を遮蔽して光を環状に形成するマスク手段６３と、形成された環状の光の像をリレーするリレーレンズ６４と、伝達された環状の光を集光して被加工物に照射する対物レンズ６５と、マスク６３手段とリレーレンズ６４との間に配設され被加工物に照射された光の反射光を分光するビームスプリッター６６と、分光された反射光における光軸を通る波長の反射光を通過させる光分別手段６７と、通過した反射光を回折光に変換する回折格子６８と、回折された回折光の波長を検出する波長検出手段６９と、波長検出手段６９からの波長信号に基いて被加工物Ｗの高さ位置を求める制御手段とを具備している。
【解決手段】被加工物Ｗに向けて白色光を発光する白色光源６１と、発光した光が有する各波長を回折する回折手段６２と、回折された光の中央部を遮蔽して光を環状に形成するマスク手段６３と、形成された環状の光の像をリレーするリレーレンズ６４と、伝達された環状の光を集光して被加工物に照射する対物レンズ６５と、マスク６３手段とリレーレンズ６４との間に配設され被加工物に照射された光の反射光を分光するビームスプリッター６６と、分光された反射光における光軸を通る波長の反射光を通過させる光分別手段６７と、通過した反射光を回折光に変換する回折格子６８と、回折された回折光の波長を検出する波長検出手段６９と、波長検出手段６９からの波長信号に基いて被加工物Ｗの高さ位置を求める制御手段とを具備している。
【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被加工物の上面高さを計測する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デバイスを製造している。
【０００３】
上述した半導体ウエーハ等の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が試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの一方の面側から内部に集光点を合わせてウエーハに対して透過性を有する例えば波長が１０６４ｎｍ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、被加工物を分割するものである。（例えば、特許文献１参照。）このように被加工物に形成されたストリートに沿って内部に変質層を形成する場合、被加工物の上面から所定の深さ位置にレーザー光線の集光点を位置付けることが重要である。
【０００４】
また、半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、被加工物に形成されたストリートに沿ってパルスレーザー光線を照射することによりレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿ってメカニカルブレーキング装置によって割断する方法が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）このように被加工物に形成されたストリートに沿ってレーザー加工溝を形成する場合にも、被加工物の所定高さ位置にレーザー光線の集光点を位置付けることが重要である。
【０００５】
しかるに、半導体ウエーハ等の板状の被加工物にはウネリがあり、その厚さにバラツキがあるため、均一なレーザー加工を施すことが難しい。即ち、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場合、ウエーハ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位置に均一に変質層を形成することができない。また、ウエーハに形成されたストリートに沿ってレーザー加工溝を形成する場合にもその厚さにバラツキがあると、均一な深さのレーザー加工溝を形成することができない。
【０００６】
上述した問題を解消するために、チャックテーブルに保持された半導体ウエーハ等の被加工物の上面高さを確実に計測することができる計測装置が下記特許文献３に開示されている。下記特許文献３に開示された計測装置は、色収差レンズを通過した白色光が波長によって異なる焦点距離を有することを利用して、その反射光によって波長を特定することにより焦点距離を求めるので、チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を正確に計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３４０８８０５号
【特許文献２】特開平１０−３０５４２０号公報
【特許文献３】特開２００８−１７０３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
而して、白色光を色収差レンズによって集光すると、光軸上に各波長に対応した集光点が位置付けられるが、波長が長くなるに従って集光レンズの内側 (光軸側)に位置付けられ実質的にNA値が小さくなるため、焦光点がボケて正確な表面高さ位置を検出することが出来ないという問題がある。
【０００９】
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、チャックテーブルに保持された半導体ウエーハ等の被加工物の上面高さを正確に計測することができる計測装置および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】
【００１０】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、加工機に装備されるチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を検出するチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置において、
チャックテーブルに保持された被加工物に向けて白色光を発光する白色光源と、該白色光源が発光した光が有する各波長を回折する回折手段と、該回折手段によって回折された光の中央部を遮蔽して光を環状に形成するマスク手段と、該マスク手段によって形成された環状の光の像をリレーするリレーレンズと、該リレーレンズによって伝達された環状の光を集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射する対物レンズと、該マスク手段と該リレーレンズとの間に配設され被加工物に照射された光の反射光を分光するビームスプリッターと、該ビームスプリッターによって分光された反射光における光軸を通る波長の反射光を通過させる光分別手段と、該光分別手段を通過した反射光を回折光に変換する回折格子と、該回折格子によって回折された回折光の波長を検出する波長検出手段と、該波長検出手段からの波長信号に基いてチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を求める制御手段と、を具備している、
ことを特徴とするチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置が提供される。
【００１１】
また、本発明によれば、被加工物を保持する保持面を有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被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を検出する計測装置と、を具備するレーザー加工機において、
該計測装置は、チャックテーブルに保持された被加工物に向けて白色光を発光する白色光源と、該白色光源が発光した光が有する各波長を回折する回折手段と、該回折手段によって回折された光の中央部を遮蔽して光を環状に形成するマスク手段と、該マスク手段によって形成された環状の光の像をリレーするリレーレンズと、該リレーレンズによって伝達された環状の光を集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射する対物レンズと、該マスク手段と該リレーレンズとの間に配設され被加工物に照射された光の反射光を分光するビームスプリッターと、該ビームスプリッターによって分光された反射光における光軸を通る波長の反射光を通過させる光分別手段と、該光分別手段を通過した反射光を回折光に変換する回折格子と、該回折格子によって回折された回折光の波長を検出する波長検出手段と、該波長検出手段からの波長信号に基いてチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を求める制御手段と、を具備し、
該レーザー光線照射手段は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該リレーレンズと該対物レンズとの間に配設され該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を該対物レンズに向けて方向変換するダイクロイックミラーと、を具備している、
ことを特徴とするレーザー加工機が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によるチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置は以上のように構成され、白色光が回折手段によって回折された光をマスク手段によって中央部に位置する波長の長い光を遮蔽して環状の光を形成し、この環状の光をリレーレンズによって対物レンズへリレーし、該リレーレンズによって伝達された環状の光を対物レンズによって集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射するので、対物レンズによって集光される環状の光は波長の短い光が比較的大きなNA値で集光される。従って、集光点がボケることがないため、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正確に計測することができる。
また、本発明によるレーザー加工機は上記計測装置を装備しているので、チャックテーブルに保持された被加工物の上面高さ位置を基準とした所定の位置に正確にレーザー加工を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に従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高さ計測兼レーザー照射ユニットを構成する高さ位置計測装置およびレーザー光線照射手段のブロック構成図。
【図３】図２に示す高さ位置計測装置を構成するマスク手段の平面図。
【図４】図２に示す高さ位置計測装置を構成する対物レンズによって集光される光における各波長の集光点を示す説明図。
【図５】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位置計測装置を構成する対物レンズにとって集光される光における波長と焦点距離との関係を設定した制御マップを示す図。
【図６】図1に示すレーザー加工機に装備される制御手段のブロック構成図。
【図７】図1に示すレーザー加工機によって加工される被加工物としての半導体ウエーハの斜視図。
【図８】図７に示す半導体ウエーハが図１に示すレーザー加工機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９】図１に示すレーザー加工機に装備されたチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置によって実施される高さ位置検出工程の説明図。
【図１０】図１に示すレーザー加工機によって図７に示す半導体ウエーハに変質層を形成する加工工程の説明図。
【図１１】被加工物の厚みが厚い場合の加工工程を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に従って構成されたチャックテーブルに保持された被加工物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。
【００１５】
図１には、本発明に従って構成されたチャックテーブルに保持された被加工物の高さを計測する計測装置を装備し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機１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Ｘ軸方向と直交する矢印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で示す集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動可能に配設された高さ計測兼レーザー照射ユニット５とを具備している。
【００１６】
上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上に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支持テーブル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の上面である保持面上に被加工物である例えば円形形状の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。
【００１７】
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Ｘ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Ｘ軸方向に移動せしめられる。
【００１８】
図示の実施形態におけるレーザー加工機１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、図示の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。
【００１９】
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、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Y軸方向に移動せしめられる。
【００２０】
図示の実施形態におけるレーザー加工機１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、上記第１の割り出し送り手段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の割り出し送り量を検出することもできる。
【００２１】
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、該雄ネジロッド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Y軸方向に移動せしめられる。
【００２２】
図示の実施形態のおける高さ計測兼レーザー照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられた円筒形状のユニットハウジング５２を具備しており、ユニットホルダ５１が上記可動支持基台４２の装着部４２２に一対の案内レール４２３、４２３に沿って移動可能に配設されている。ユニットホルダ５１に取り付けられたユニットハウジング５２には、上記チャックテーブル３６に保持された被加工物の高さ位置を検出する高さ計測装置およびチャックテーブル３６に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段が配設されている。この高さ計測装置およびレーザー光線照射手段について、図２を参照して説明する。
【００２３】
図示の実施形態における高さ計測装置６は、白色光を発光する白色光源６１と、該白色光源６１が発光した光が有する各波長を回折する回折手段６２と、該回折手段６２によって回折された光の中央部を遮蔽して光を環状に形成するマスク手段６３と、該マスク手段６３によって形成された環状の光の像をリレーするリレーレンズ６４と、該リレーレンズ６４によって伝達された環状の光を集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射する対物レンズ６５と、上記マスク手段６３とリレーレンズ６４との間に配設され被加工物に照射された白色光の反射光を分光するビームスプリッター６６を具備している。
【００２４】
上記白色光源６１は、白色灯や発光ダイオード（LED）等を用いることができる。上記回折手段６２は、第１の色収差レンズ６２１と、該第１の色収差レンズ６２１と光軸上に所定の間隔を置いて配設された第２の色収差レンズ６２２とによって構成されている。回折手段６２を構成する第１の色収差レンズ６２１および第２の色収差レンズ６２２は、それぞれグラディウムレンズ等の色収差を有するレンズからなり、光の波長によって屈折率が異なる。回折手段６２を構成する第１の色収差レンズ６２１は、光軸上に上記白色光源６１から入光する白色光の各波長に対する焦点を形成する。回折手段６２を構成する第２の色収差レンズ６２２は、第１の色収差レンズ６２１によって各波長に対する焦点を通過し拡がった光を略平行（波長によって拡がり角が異なる）な光束に形成する。このように第１の色収差レンズ６２１と第２の色収差レンズ６２２とによって構成された回折手段６２は、白色光源６１が発光した白色光の波長を光軸側から外側に向けて順次短くなるように回折する。
【００２５】
上記マスク手段６３は、図２および図３に示すようにガラス板等の透明坂６３１からなり、その表面中央部に光を遮蔽する円形の遮蔽マスク６３２が形成されている。なお、光を遮蔽する円形の遮蔽マスク６３２は、例えば、８００nmより長い波長の光を遮蔽する大きさに設定されている。このように構成されたマスク手段６３は、円形の遮蔽マスク６３２が回折手段６２を通過する光の光軸上に配設される。従って、回折手段６２を通過した光は、８００nmより長い波長の光が円形の遮蔽マスク６３２によって遮断され、８００nm以下の波長の光がマスク手段６３を通過することにより環状の光に形成される。
【００２６】
上記リレーレンズ６４は、上述したようにマスク手段６３によって形成された環状の光の像を対物レンズ６５までリレーする。上記対物レンズ６５は、該リレーレンズ６４によって伝達された環状の光を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する。この対物レンズ６５によって集光される環状の光は、図４に示すように８００nmより長い波長の光が上述したように円形の遮蔽マスク６３２によって遮断されているので、８００nm以下の波長の光が集光される。この８００nm以下の波長の光は、回折手段６２によって波長の短い光が外側に回折されているので光軸に近い長い波長の光の集光距離が短く、光軸から遠い短い波長の光の集光距離が長くなる。なお、上記マスク手段６３とリレーレンズ６４および対物レンズ６５の位置関係は、図２に示すようにマスク手段６３からリレーレンズ６４までの距離を(a)、リレーレンズ６４から対物レンズ６５までの距離を(b)、リレーレンズ６４の焦点距離を(f)とすると、(1／a)＋(1／b)＝(1／f)の関係を満たす位置に設定される。
【００２７】
上記ビームスプリッター６６は、上記マスク手段６３を通過した環状の光を実線で示すようにリレーレンズ６４に向けて透過せしめるとともに、チャックテーブル３６に保持された被加工物Wで反射した反射光を破線で示すように９０度の角度で反射し分光せしめる。
【００２８】
上記ビームスプリッター６６によって分光された反射光は、光軸を通る波長の反射光を通過させる光分別手段６７、回折格子６８を介して波長検出手段６９に至る。光分別手段６７は、第１の集光レンズ６７１とマスク６７２および第２の集光レンズ６７３とからなっている。第１の集光レンズ６７１はアクロマテックレンズ等の色収差のないレンズからなり、ビームスプリッター６６によって分光された反射光を集光せしめる。マスク６７２は、第１の集光レンズ６７１の集光点位置に配設され第１の集光レンズ６７１によって集光された反射光が通過するピンホール６７２aを備えている。なお、ピンホール６７２aは、直径が１０〜１００μmでよい。第２の集光レンズ６７３はアクロマテックレンズ等の色収差のないレンズからなり、マスク６７２のピンホール６７２aを通過した反射光を集光する。回折格子６８は、第２の集光レンズ６７３によって集光された反射光を回折光に変換する。この回折格子６８によって変換された回折光は、波長検出手段６９に照射される。波長検出手段６９は、CCD、CMOS、PSD等からなり、照射された回折光の波長を検出し、検出した波長信号を後述する制御手段に送る。
【００２９】
上述した高さ計測装置６の作用について説明する。
上記白色光源６１が発光した白色光(R)は、図２において実線で示すように回折手段６２を構成する第１の色収差レンズ６２１に入光する。第１の色収差レンズ６２１は、光軸上に白色光源６１から入光した白色光の各波長に対する焦点を形成する。このようにして光軸上に各波長に対応した焦点が形成された光は第２の色収差レンズ６２２に入光し、第２の色収差レンズ６２２は第１の色収差レンズ６２１によって各波長に対する焦点を通過し拡がった光を略平行（波長によって拡がり角が異なる）な光束に形成する。このように第１の色収差レンズ６２１と第２の色収差レンズ６２２とによって構成された回折手段６２は、白色光源６１が発光した白色光の波長を光軸側（内側)から外側に向けて順次短くなるように回折する。このようにして回折手段６２によって回折された白色光は、マスク手段６３によって例えば８００nmより長い波長の光が円形の遮蔽マスク６３２によって遮断され、８００nm以下の波長の光が環状の光に形成される。
【００３０】
上述したようにマスク手段６３によって例えば８００nmより長い波長の光が円形の遮蔽マスク６３２によって遮断され、８００nm以下の波長の光が環状に形成された光はビームスプリッター６６を透過してリレーレンズ６４に入光し、リレーレンズ６４は環状の光の像を対物レンズ６５までリレーする。対物レンズ６５は、リレーレンズ６４によって伝達された環状の光を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する。この対物レンズ６５によって集光される環状の光は、図４に示すように８００nmより長い波長の光が上述したように円形の遮蔽マスク６３２によって遮断されているので、８００nm以下の波長の光が集光される。この８００nm以下の波長の光は、光軸に近い長い波長の光程集光距離が短く、光軸から遠い短い波長の光程集光距離が長い。従って、被加工物Wに照射された白色光(R)は被加工物Wの上面で反射するが、このうち被加工物Wの上面に集光点が合致した波長の光が最も小さい直径で反射する。なお、対物レンズ６５によって集光される環状の光は、上述したように中心部の８００nmより長い波長の光が円形の遮蔽マスク６３１によって遮断され、８００nm以下の波長の光が比較的大きいNA値で集光されるので、焦点がボケることはない。
【００３１】
被加工物Wの上面で反射した集光点が合致した波長の反射光(R1)は、破線で示すように対物レンズ６５およびリレーレンズ６４を通り、ビームスプリッター６６によって分光され、光分別手段６７を構成する第１の集光レンズ６７１に入光する。第１の集光レンズ６７１に入光した反射光(R1)は、集光されマスク６７２のピンホール６７２aを通過し、更に第２の集光レンズ６７３によって再度集光されて回折格子６８に至る。なお、被加工物Wの上面に集光点が合致しない波長の反射光は直径が大きいため、第１の集光レンズ６７１によって集光されてもマスク６７２によって遮断されピンホール６７２aを通過する量はほんの僅かとなる。回折格子６８に到達した反射光は、波長に対応した回折光に変換され波長検出手段６８に照射する。図２に示す実施形態においては、５００nmの波長は破線で示すように波長検出手段６９における５００nmの位置に照射され、３００nmの波長は１点鎖線で示すように波長検出手段６９における３００nmの位置に照射され、７００nmの波長は２点鎖線で示すように波長検出手段６９における７００nmの位置に照射される。波長検出手段６９は、回折光が照射された位置に基いて上記反射光の波長を検出し、検出した波長信号を後述する制御手段に送る。なお、マスク６７２によって遮断されピンホール６７２aを通過した被加工物Wの上面に集光点が合致しない波長の反射光も回折格子６８によってそれぞれ所定の角度を反射し波長検出手段６７に到達するが、上述したように光量が極めて少ないため波長検出手段６９を作動することはない。後述する制御手段は、入力した波長信号に基いて対物レンズ６５から照射される光の波長に対する焦点距離を求めることにより、チャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面の高さ位置を求める。
【００３２】
後述する制御手段は、図５に示すように対物レンズ６５によって集光される光の波長と焦点距離との関係を設定した制御マップを備えており、この制御マップを参照して上記波長検出手段６９から送られた波長信号に対応した焦点距離を求める。従って、対物レンズ６５から焦点距離に対応する位置がチャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面の高さ位置となる。例えば、図５に示す制御マップにおいては上記波長検出手段６９から送られた波長信号が５００nmである場合に集光レンズ６５の焦点距離（例えば、２９．４mm）であり、チャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面の高さ位置は対物レンズ６５から２９．４mm下方位置となる。図示の実施形態においては、白色光の３００nm〜７００nmまで波長においては例えば１００nm毎の集光点の間隔が５μmとなっており、上記波長検出手段６９から送られた波長信号が４００nmである場合にはチャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面の高さ位置は対物レンズ６５から２９．３９５mm下方位置となり、波長検出手段６９から送られた波長信号が３００nmである場合にはチャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面の高さ位置は対物レンズ６５から２９．３９０mm下方位置となる。一方、上記波長検出手段６９から送られた波長信号が６００nmである場合にはチャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面の高さ位置は対物レンズ６５から２９．４０５mm下方位置となり、波長信号が７００nmである場合には、チャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面の高さ位置は対物レンズ６５から２９．４１０mm下方位置となる。このように、本発明による高さ検出装置６においては、対物レンズ６５によって集光される白色光の各波長の集光点は一次直線的に変化するので、対物レンズ６５からチャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面までの距離、即ちチャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面の高さ位置を正確に計測することができる。また、対物レンズ６５によって集光される環状の光は、上述したように中心部の８００nmより長い波長の光が円形の遮蔽マスク６３２によって遮断され、８００nm以下の波長の光が比較的大きいNA値で集光されるので、焦点がボケることがないため、チャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面の高さ位置を正確に計測することができる。
【００３３】
図２に戻って説明を続けると、レーザー光線照射手段７は、パルスレーザー光線発振手段７１と、該パルスレーザー光線発振手段７１から発振されたパルスレーザー光線を上記対物レンズ６５に向けて方向変換するダイクロイックミラー７２を具備している。パルスレーザー光線発振手段７１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７１１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段７１２とから構成されており、例えば波長が１０６４nmのパルスレーザー光線を発振する。ダイクロイックミラー７２は、上記リレーレンズ６４と対物レンズ６５との間に配設され、リレーレンズ６４からの白色光は通過させるが、パルスレーザー光線発振手段７１から発振されたパルスレーザー光線を対物レンズ６５２に向けて方向変換する。従って、パルスレーザー光線発振手段７１から発振されたパルスレーザー光線(LB)は、ダイクロイックミラー７２によって９０度方向変換されて対物レンズ６５に入光し、対物レンズ６５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。従って、対物レンズ６５は、レーザー光線照射手段７を構成する集光レンズとしての機能を有する。
【００３４】
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機１は、ユニットホルダ５１を可動支持基台４２の装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）即ちチャックテーブル３６の保持面に対して垂直な方向に移動させるための集光点位置調整手段５３を具備している。集光点位置調整手段５３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５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２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、上記高さ計測兼レーザー照射ユニット５を案内レール４２３、４２３に沿って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高さ計測兼レーザー照射ユニット５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高さ計測兼レーザー照射ユニット５を下方に移動するようになっている。
【００３５】
上記高さ計測兼レーザー照射ユニット５を構成するユニットハウジング５２の前端部には、撮像手段８が配設されている。この撮像手段８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。
【００３６】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、図６に示す制御手段９を具備している。制御手段９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）９１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）９２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）９３と、カウンター９４と、入力インターフェース９５および出力インターフェース９６とを備えている。制御手段８の入力インターフェース９５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、波長検出手段６９および撮像手段８等からの検出信号が入力される。そして、制御手段１０の出力インターフェース９６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、高さ計測装置６の白色光源６１、パルスレーザー光線発振手段７１等に制御信号を出力する。なお、上述した図５に示す制御マップは、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）９２またはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納される。
【００３７】
図示の実施形態におけるレーザー加工機１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７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の斜視図が示されている。図７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が形成されている。
【００３８】
上述したレーザー加工機1を用い、上記半導体ウエーハ１０のストリート１０１に沿ってレーザー光線を照射し、半導体ウエーハ１０の内部にストリート１０１に沿って変質層を形成するレーザー加工の実施形態について説明する。なお、半導体ウエーハ１０の内部に変質層を形成する際に、半導体ウエーハの厚さにバラツキがあると、上述したよう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。そこで、レーザー加工を施す前に、上述した高さ計測装置６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の高さ位置を計測する。
即ち、先ず上述した図１に示すレーザー加工機１のチャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０の裏面１０ｂを上にして載置し、該チャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０を吸引保持する。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８の直下に位置付けられる。
【００３９】
チャックテーブル３６が撮像手段８の直下に位置付けられると、撮像手段８および制御手段９によって半導体ウエーハ１０のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段８および制御手段９は、半導体ウエーハ１０の所定方向に形成されているストリート１０１と、該ストリート１０１に沿って半導体ウエーハ１０の高さ計測兼レーザー照射ユニット５を構成する高さ測定装置６の対物レンズ６５との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、高さ検出位置のアライメントを遂行する。また、半導体ウエーハ１０に形成されている所定方向と直交する方向に形成されているストリート１０１に対しても、同様に高さ検出位置のアライメントが遂行される。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、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。
【００４０】
上述したようにアライメントが行われると、チャックテーブル３６上の半導体ウエーハ１０は、図８の（ａ）に示す座標位置に位置付けられた状態となる。なお、図８の（ｂ）はチャックテーブル３６即ち半導体ウエーハ１０を図８の（ａ）に示す状態から９０度回転した状態を示している。
【００４１】
なお、図８の（ａ）および図８の（ｂ）に示す座標位置に位置付けられた状態における半導体ウエーハ１０に形成された各ストリート１０１の送り開始位置座標値(A1,A2,A3・・・An)と送り終了位置座標値(B1,B2,B3・・・Bn)および送り開始位置座標値(C1,C2,C3・・・Cn)と送り終了位置座標値(D1,D2,D3・・・Dn)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）９３に格納されている。
【００４２】
上述したようにチャックテーブル３６上に保持されている半導体ウエーハ１０に形成されたストリート１０１を検出し、高さ検出位置のアライメントが行われたならば、チャックテーブル３６を移動して図８の（ａ）において最上位のストリート１０１を高さ計測兼レーザー照射ユニット５を構成する高さ計測装置６の対物レンズ６５の直下に位置付ける。そして、更に図９で示すようにストリート１０１の一端（図９において左端）である送り開始位置座標値(A1)（図８の（ａ）参照）を対物レンズ６５の直下に位置付ける。そして、高さ計測装置６を作動するとともに、チャックテーブル３６を図９において矢印Ｘ１で示す方向に移動し、送り終了位置座標値(B1)まで移動する（高さ位置検出工程）。この結果、半導体ウエーハ１０の図８の（ａ）において最上位のストリート１０１に沿って上面の高さ位置が上述したように計測される。この計測された高さ位置は、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納される。このようにして、半導体ウエーハ１０に形成された全てのストリート１０１に沿って高さ位置検出工程を実施し、各ストリート１０１における上面の高さ位置を上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納する。
【００４３】
以上のようにして半導体ウエーハ１０に形成された全てのストリート１０１に沿って高さ位置検出工程を実施したならば、半導体ウエーハ１０の内部にストリート１０１に沿って変質層を形成するレーザー加工を実施する。
このレーザー加工を実施するには、先ずチャックテーブル３６を移動して図８の（ａ）において最上位のストリート１０１を高さ計測兼レーザー照射ユニット５を構成するレーザー光線照射手段７の集光レンズとして機能する対物レンズ６５の直下に位置付ける。そして、更に図１０の（ａ）で示すようにストリート１０１の一端（図１０の（ａ）において左端）である送り開始位置座標値(A1)（図１０の（ａ）参照）を対物レンズ６５の直下に位置付ける。そして、レーザー光線照射手段７を構成する対物レンズ６５から照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ１０の裏面１０b(上面)から所定の深さ位置に合わせる。次に、レーザー光線照射手段７を作動し、対物レンズ６５からパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６を矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる（レーザー加工工程）。そして、図１０の(b)で示すように対物レンズ６５の照射位置がストリート１０１の他端（図１０の(b)において右端）に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともに、チャックテーブル３６の移動を停止する。このレーザー加工工程においては、制御手段９はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納されている半導体ウエーハ１０のストリート１０１における高さ位置に基いて、集光点位置調整手段５３のパルスモータ５３２を制御し、高さ計測兼レーザー照射ユニット５をZ軸方向に移動し、レーザー光線照射手段７を構成する対物レンズ６５を図１０の(b)で示すように半導体ウエーハ１０のストリート１０１における高さ位置に対応して上下方向に移動せしめる。この結果、半導体ウエーハ１０の内部には、図１０の(b)で示すように裏面１０b(上面)から所定の深さ位置に裏面１０b(上面)と平行に変質層１１０が形成される。
【００４４】
なお、上記レーザー加工工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
レーザー ：ＹＶＯ４ パルスレーザー
波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
パルス出力 ：２．５μJ
集光スポット径 ：φ１μｍ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒
【００４５】
なお、半導体ウエーハ１０の厚みが厚い場合には、図１１に示すように集光点Ｐを段階的に変えて上述したレーザー加工工程を複数回実行することにより、複数の変質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを形成することが望ましい。この変質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの形成は、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの順番でレーザー光線の集光点を段階的に変位して行うことが好ましい。
【００４６】
以上のようにして、半導体ウエーハ１０の所定方向に延在する全てのストリート１０１に沿って上記レーザー加工工程を実行したならば、チャックテーブル３６を９０度回動せしめて、上記所定方向に対して直交する方向に延びる各ストリート１０１に沿って上記レーザー加工工程を実行する。このようにして、半導体ウエーハ１０に形成された全てのストリート１０１に沿って上記レーザー加工工程を実行したならば、半導体ウエーハ１０を保持しているチャックテーブル３６は、最初に半導体ウエーハ１０を吸引保持した位置に戻され、ここで半導体ウエーハ１０の吸引保持を解除する。そして、半導体ウエーハ１０は、図示しない搬送手段によって分割工程に搬送される。
【００４７】
以上、本発明によるチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置をレーザー加工機に適用した例を示したが、本発明による計測装置は切削ブレードを装備した切削加工機等の他の加工機に適用してもよい。
【符号の説明】
【００４８】
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
５：高さ計測兼レーザー照射ユニット
５３：集光点位置調整手段
６：高さ計測装置
６１：白色光源
６２：回折手段
６２１：第１の色収差レンズ
６２２：第２の色収差レンズ
６３：マスク手段
６３１：透明坂
６３２：円形の遮蔽マスク
６４：リレーレンズ
６５：対物レンズ
６６：ビームスプリッター
６７：光分別手段
６８：回折格子
６９：波長検出手段
７：レーザー光線照射手段
７１：パルスレーザー光線発振手段
７２：ダイクロイックミラー
８：撮像手段
９：制御手段
１０：半導体ウエーハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー加工機等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被加工物の上面高さを計測する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デバイスを製造している。
【０００３】
上述した半導体ウエーハ等の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が試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの一方の面側から内部に集光点を合わせてウエーハに対して透過性を有する例えば波長が１０６４ｎｍ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、被加工物を分割するものである。（例えば、特許文献１参照。）このように被加工物に形成されたストリートに沿って内部に変質層を形成する場合、被加工物の上面から所定の深さ位置にレーザー光線の集光点を位置付けることが重要である。
【０００４】
また、半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、被加工物に形成されたストリートに沿ってパルスレーザー光線を照射することによりレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿ってメカニカルブレーキング装置によって割断する方法が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）このように被加工物に形成されたストリートに沿ってレーザー加工溝を形成する場合にも、被加工物の所定高さ位置にレーザー光線の集光点を位置付けることが重要である。
【０００５】
しかるに、半導体ウエーハ等の板状の被加工物にはウネリがあり、その厚さにバラツキがあるため、均一なレーザー加工を施すことが難しい。即ち、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場合、ウエーハ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位置に均一に変質層を形成することができない。また、ウエーハに形成されたストリートに沿ってレーザー加工溝を形成する場合にもその厚さにバラツキがあると、均一な深さのレーザー加工溝を形成することができない。
【０００６】
上述した問題を解消するために、チャックテーブルに保持された半導体ウエーハ等の被加工物の上面高さを確実に計測することができる計測装置が下記特許文献３に開示されている。下記特許文献３に開示された計測装置は、色収差レンズを通過した白色光が波長によって異なる焦点距離を有することを利用して、その反射光によって波長を特定することにより焦点距離を求めるので、チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を正確に計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３４０８８０５号
【特許文献２】特開平１０−３０５４２０号公報
【特許文献３】特開２００８−１７０３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
而して、白色光を色収差レンズによって集光すると、光軸上に各波長に対応した集光点が位置付けられるが、波長が長くなるに従って集光レンズの内側 (光軸側)に位置付けられ実質的にNA値が小さくなるため、焦光点がボケて正確な表面高さ位置を検出することが出来ないという問題がある。
【０００９】
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、チャックテーブルに保持された半導体ウエーハ等の被加工物の上面高さを正確に計測することができる計測装置および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】
【００１０】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、加工機に装備されるチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を検出するチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置において、
チャックテーブルに保持された被加工物に向けて白色光を発光する白色光源と、該白色光源が発光した光が有する各波長を回折する回折手段と、該回折手段によって回折された光の中央部を遮蔽して光を環状に形成するマスク手段と、該マスク手段によって形成された環状の光の像をリレーするリレーレンズと、該リレーレンズによって伝達された環状の光を集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射する対物レンズと、該マスク手段と該リレーレンズとの間に配設され被加工物に照射された光の反射光を分光するビームスプリッターと、該ビームスプリッターによって分光された反射光における光軸を通る波長の反射光を通過させる光分別手段と、該光分別手段を通過した反射光を回折光に変換する回折格子と、該回折格子によって回折された回折光の波長を検出する波長検出手段と、該波長検出手段からの波長信号に基いてチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を求める制御手段と、を具備している、
ことを特徴とするチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置が提供される。
【００１１】
また、本発明によれば、被加工物を保持する保持面を有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被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を検出する計測装置と、を具備するレーザー加工機において、
該計測装置は、チャックテーブルに保持された被加工物に向けて白色光を発光する白色光源と、該白色光源が発光した光が有する各波長を回折する回折手段と、該回折手段によって回折された光の中央部を遮蔽して光を環状に形成するマスク手段と、該マスク手段によって形成された環状の光の像をリレーするリレーレンズと、該リレーレンズによって伝達された環状の光を集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射する対物レンズと、該マスク手段と該リレーレンズとの間に配設され被加工物に照射された光の反射光を分光するビームスプリッターと、該ビームスプリッターによって分光された反射光における光軸を通る波長の反射光を通過させる光分別手段と、該光分別手段を通過した反射光を回折光に変換する回折格子と、該回折格子によって回折された回折光の波長を検出する波長検出手段と、該波長検出手段からの波長信号に基いてチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を求める制御手段と、を具備し、
該レーザー光線照射手段は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該リレーレンズと該対物レンズとの間に配設され該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を該対物レンズに向けて方向変換するダイクロイックミラーと、を具備している、
ことを特徴とするレーザー加工機が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によるチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置は以上のように構成され、白色光が回折手段によって回折された光をマスク手段によって中央部に位置する波長の長い光を遮蔽して環状の光を形成し、この環状の光をリレーレンズによって対物レンズへリレーし、該リレーレンズによって伝達された環状の光を対物レンズによって集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射するので、対物レンズによって集光される環状の光は波長の短い光が比較的大きなNA値で集光される。従って、集光点がボケることがないため、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正確に計測することができる。
また、本発明によるレーザー加工機は上記計測装置を装備しているので、チャックテーブルに保持された被加工物の上面高さ位置を基準とした所定の位置に正確にレーザー加工を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に従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高さ計測兼レーザー照射ユニットを構成する高さ位置計測装置およびレーザー光線照射手段のブロック構成図。
【図３】図２に示す高さ位置計測装置を構成するマスク手段の平面図。
【図４】図２に示す高さ位置計測装置を構成する対物レンズによって集光される光における各波長の集光点を示す説明図。
【図５】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位置計測装置を構成する対物レンズにとって集光される光における波長と焦点距離との関係を設定した制御マップを示す図。
【図６】図1に示すレーザー加工機に装備される制御手段のブロック構成図。
【図７】図1に示すレーザー加工機によって加工される被加工物としての半導体ウエーハの斜視図。
【図８】図７に示す半導体ウエーハが図１に示すレーザー加工機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９】図１に示すレーザー加工機に装備されたチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置によって実施される高さ位置検出工程の説明図。
【図１０】図１に示すレーザー加工機によって図７に示す半導体ウエーハに変質層を形成する加工工程の説明図。
【図１１】被加工物の厚みが厚い場合の加工工程を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に従って構成されたチャックテーブルに保持された被加工物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。
【００１５】
図１には、本発明に従って構成されたチャックテーブルに保持された被加工物の高さを計測する計測装置を装備し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機１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Ｘ軸方向と直交する矢印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で示す集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動可能に配設された高さ計測兼レーザー照射ユニット５とを具備している。
【００１６】
上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上に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支持テーブル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の上面である保持面上に被加工物である例えば円形形状の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。
【００１７】
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Ｘ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Ｘ軸方向に移動せしめられる。
【００１８】
図示の実施形態におけるレーザー加工機１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、図示の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。
【００１９】
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、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Y軸方向に移動せしめられる。
【００２０】
図示の実施形態におけるレーザー加工機１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、上記第１の割り出し送り手段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の割り出し送り量を検出することもできる。
【００２１】
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、該雄ネジロッド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Y軸方向に移動せしめられる。
【００２２】
図示の実施形態のおける高さ計測兼レーザー照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられた円筒形状のユニットハウジング５２を具備しており、ユニットホルダ５１が上記可動支持基台４２の装着部４２２に一対の案内レール４２３、４２３に沿って移動可能に配設されている。ユニットホルダ５１に取り付けられたユニットハウジング５２には、上記チャックテーブル３６に保持された被加工物の高さ位置を検出する高さ計測装置およびチャックテーブル３６に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段が配設されている。この高さ計測装置およびレーザー光線照射手段について、図２を参照して説明する。
【００２３】
図示の実施形態における高さ計測装置６は、白色光を発光する白色光源６１と、該白色光源６１が発光した光が有する各波長を回折する回折手段６２と、該回折手段６２によって回折された光の中央部を遮蔽して光を環状に形成するマスク手段６３と、該マスク手段６３によって形成された環状の光の像をリレーするリレーレンズ６４と、該リレーレンズ６４によって伝達された環状の光を集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射する対物レンズ６５と、上記マスク手段６３とリレーレンズ６４との間に配設され被加工物に照射された白色光の反射光を分光するビームスプリッター６６を具備している。
【００２４】
上記白色光源６１は、白色灯や発光ダイオード（LED）等を用いることができる。上記回折手段６２は、第１の色収差レンズ６２１と、該第１の色収差レンズ６２１と光軸上に所定の間隔を置いて配設された第２の色収差レンズ６２２とによって構成されている。回折手段６２を構成する第１の色収差レンズ６２１および第２の色収差レンズ６２２は、それぞれグラディウムレンズ等の色収差を有するレンズからなり、光の波長によって屈折率が異なる。回折手段６２を構成する第１の色収差レンズ６２１は、光軸上に上記白色光源６１から入光する白色光の各波長に対する焦点を形成する。回折手段６２を構成する第２の色収差レンズ６２２は、第１の色収差レンズ６２１によって各波長に対する焦点を通過し拡がった光を略平行（波長によって拡がり角が異なる）な光束に形成する。このように第１の色収差レンズ６２１と第２の色収差レンズ６２２とによって構成された回折手段６２は、白色光源６１が発光した白色光の波長を光軸側から外側に向けて順次短くなるように回折する。
【００２５】
上記マスク手段６３は、図２および図３に示すようにガラス板等の透明坂６３１からなり、その表面中央部に光を遮蔽する円形の遮蔽マスク６３２が形成されている。なお、光を遮蔽する円形の遮蔽マスク６３２は、例えば、８００nmより長い波長の光を遮蔽する大きさに設定されている。このように構成されたマスク手段６３は、円形の遮蔽マスク６３２が回折手段６２を通過する光の光軸上に配設される。従って、回折手段６２を通過した光は、８００nmより長い波長の光が円形の遮蔽マスク６３２によって遮断され、８００nm以下の波長の光がマスク手段６３を通過することにより環状の光に形成される。
【００２６】
上記リレーレンズ６４は、上述したようにマスク手段６３によって形成された環状の光の像を対物レンズ６５までリレーする。上記対物レンズ６５は、該リレーレンズ６４によって伝達された環状の光を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する。この対物レンズ６５によって集光される環状の光は、図４に示すように８００nmより長い波長の光が上述したように円形の遮蔽マスク６３２によって遮断されているので、８００nm以下の波長の光が集光される。この８００nm以下の波長の光は、回折手段６２によって波長の短い光が外側に回折されているので光軸に近い長い波長の光の集光距離が短く、光軸から遠い短い波長の光の集光距離が長くなる。なお、上記マスク手段６３とリレーレンズ６４および対物レンズ６５の位置関係は、図２に示すようにマスク手段６３からリレーレンズ６４までの距離を(a)、リレーレンズ６４から対物レンズ６５までの距離を(b)、リレーレンズ６４の焦点距離を(f)とすると、(1／a)＋(1／b)＝(1／f)の関係を満たす位置に設定される。
【００２７】
上記ビームスプリッター６６は、上記マスク手段６３を通過した環状の光を実線で示すようにリレーレンズ６４に向けて透過せしめるとともに、チャックテーブル３６に保持された被加工物Wで反射した反射光を破線で示すように９０度の角度で反射し分光せしめる。
【００２８】
上記ビームスプリッター６６によって分光された反射光は、光軸を通る波長の反射光を通過させる光分別手段６７、回折格子６８を介して波長検出手段６９に至る。光分別手段６７は、第１の集光レンズ６７１とマスク６７２および第２の集光レンズ６７３とからなっている。第１の集光レンズ６７１はアクロマテックレンズ等の色収差のないレンズからなり、ビームスプリッター６６によって分光された反射光を集光せしめる。マスク６７２は、第１の集光レンズ６７１の集光点位置に配設され第１の集光レンズ６７１によって集光された反射光が通過するピンホール６７２aを備えている。なお、ピンホール６７２aは、直径が１０〜１００μmでよい。第２の集光レンズ６７３はアクロマテックレンズ等の色収差のないレンズからなり、マスク６７２のピンホール６７２aを通過した反射光を集光する。回折格子６８は、第２の集光レンズ６７３によって集光された反射光を回折光に変換する。この回折格子６８によって変換された回折光は、波長検出手段６９に照射される。波長検出手段６９は、CCD、CMOS、PSD等からなり、照射された回折光の波長を検出し、検出した波長信号を後述する制御手段に送る。
【００２９】
上述した高さ計測装置６の作用について説明する。
上記白色光源６１が発光した白色光(R)は、図２において実線で示すように回折手段６２を構成する第１の色収差レンズ６２１に入光する。第１の色収差レンズ６２１は、光軸上に白色光源６１から入光した白色光の各波長に対する焦点を形成する。このようにして光軸上に各波長に対応した焦点が形成された光は第２の色収差レンズ６２２に入光し、第２の色収差レンズ６２２は第１の色収差レンズ６２１によって各波長に対する焦点を通過し拡がった光を略平行（波長によって拡がり角が異なる）な光束に形成する。このように第１の色収差レンズ６２１と第２の色収差レンズ６２２とによって構成された回折手段６２は、白色光源６１が発光した白色光の波長を光軸側（内側)から外側に向けて順次短くなるように回折する。このようにして回折手段６２によって回折された白色光は、マスク手段６３によって例えば８００nmより長い波長の光が円形の遮蔽マスク６３２によって遮断され、８００nm以下の波長の光が環状の光に形成される。
【００３０】
上述したようにマスク手段６３によって例えば８００nmより長い波長の光が円形の遮蔽マスク６３２によって遮断され、８００nm以下の波長の光が環状に形成された光はビームスプリッター６６を透過してリレーレンズ６４に入光し、リレーレンズ６４は環状の光の像を対物レンズ６５までリレーする。対物レンズ６５は、リレーレンズ６４によって伝達された環状の光を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する。この対物レンズ６５によって集光される環状の光は、図４に示すように８００nmより長い波長の光が上述したように円形の遮蔽マスク６３２によって遮断されているので、８００nm以下の波長の光が集光される。この８００nm以下の波長の光は、光軸に近い長い波長の光程集光距離が短く、光軸から遠い短い波長の光程集光距離が長い。従って、被加工物Wに照射された白色光(R)は被加工物Wの上面で反射するが、このうち被加工物Wの上面に集光点が合致した波長の光が最も小さい直径で反射する。なお、対物レンズ６５によって集光される環状の光は、上述したように中心部の８００nmより長い波長の光が円形の遮蔽マスク６３１によって遮断され、８００nm以下の波長の光が比較的大きいNA値で集光されるので、焦点がボケることはない。
【００３１】
被加工物Wの上面で反射した集光点が合致した波長の反射光(R1)は、破線で示すように対物レンズ６５およびリレーレンズ６４を通り、ビームスプリッター６６によって分光され、光分別手段６７を構成する第１の集光レンズ６７１に入光する。第１の集光レンズ６７１に入光した反射光(R1)は、集光されマスク６７２のピンホール６７２aを通過し、更に第２の集光レンズ６７３によって再度集光されて回折格子６８に至る。なお、被加工物Wの上面に集光点が合致しない波長の反射光は直径が大きいため、第１の集光レンズ６７１によって集光されてもマスク６７２によって遮断されピンホール６７２aを通過する量はほんの僅かとなる。回折格子６８に到達した反射光は、波長に対応した回折光に変換され波長検出手段６８に照射する。図２に示す実施形態においては、５００nmの波長は破線で示すように波長検出手段６９における５００nmの位置に照射され、３００nmの波長は１点鎖線で示すように波長検出手段６９における３００nmの位置に照射され、７００nmの波長は２点鎖線で示すように波長検出手段６９における７００nmの位置に照射される。波長検出手段６９は、回折光が照射された位置に基いて上記反射光の波長を検出し、検出した波長信号を後述する制御手段に送る。なお、マスク６７２によって遮断されピンホール６７２aを通過した被加工物Wの上面に集光点が合致しない波長の反射光も回折格子６８によってそれぞれ所定の角度を反射し波長検出手段６７に到達するが、上述したように光量が極めて少ないため波長検出手段６９を作動することはない。後述する制御手段は、入力した波長信号に基いて対物レンズ６５から照射される光の波長に対する焦点距離を求めることにより、チャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面の高さ位置を求める。
【００３２】
後述する制御手段は、図５に示すように対物レンズ６５によって集光される光の波長と焦点距離との関係を設定した制御マップを備えており、この制御マップを参照して上記波長検出手段６９から送られた波長信号に対応した焦点距離を求める。従って、対物レンズ６５から焦点距離に対応する位置がチャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面の高さ位置となる。例えば、図５に示す制御マップにおいては上記波長検出手段６９から送られた波長信号が５００nmである場合に集光レンズ６５の焦点距離（例えば、２９．４mm）であり、チャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面の高さ位置は対物レンズ６５から２９．４mm下方位置となる。図示の実施形態においては、白色光の３００nm〜７００nmまで波長においては例えば１００nm毎の集光点の間隔が５μmとなっており、上記波長検出手段６９から送られた波長信号が４００nmである場合にはチャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面の高さ位置は対物レンズ６５から２９．３９５mm下方位置となり、波長検出手段６９から送られた波長信号が３００nmである場合にはチャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面の高さ位置は対物レンズ６５から２９．３９０mm下方位置となる。一方、上記波長検出手段６９から送られた波長信号が６００nmである場合にはチャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面の高さ位置は対物レンズ６５から２９．４０５mm下方位置となり、波長信号が７００nmである場合には、チャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面の高さ位置は対物レンズ６５から２９．４１０mm下方位置となる。このように、本発明による高さ検出装置６においては、対物レンズ６５によって集光される白色光の各波長の集光点は一次直線的に変化するので、対物レンズ６５からチャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面までの距離、即ちチャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面の高さ位置を正確に計測することができる。また、対物レンズ６５によって集光される環状の光は、上述したように中心部の８００nmより長い波長の光が円形の遮蔽マスク６３２によって遮断され、８００nm以下の波長の光が比較的大きいNA値で集光されるので、焦点がボケることがないため、チャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面の高さ位置を正確に計測することができる。
【００３３】
図２に戻って説明を続けると、レーザー光線照射手段７は、パルスレーザー光線発振手段７１と、該パルスレーザー光線発振手段７１から発振されたパルスレーザー光線を上記対物レンズ６５に向けて方向変換するダイクロイックミラー７２を具備している。パルスレーザー光線発振手段７１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７１１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段７１２とから構成されており、例えば波長が１０６４nmのパルスレーザー光線を発振する。ダイクロイックミラー７２は、上記リレーレンズ６４と対物レンズ６５との間に配設され、リレーレンズ６４からの白色光は通過させるが、パルスレーザー光線発振手段７１から発振されたパルスレーザー光線を対物レンズ６５２に向けて方向変換する。従って、パルスレーザー光線発振手段７１から発振されたパルスレーザー光線(LB)は、ダイクロイックミラー７２によって９０度方向変換されて対物レンズ６５に入光し、対物レンズ６５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。従って、対物レンズ６５は、レーザー光線照射手段７を構成する集光レンズとしての機能を有する。
【００３４】
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機１は、ユニットホルダ５１を可動支持基台４２の装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）即ちチャックテーブル３６の保持面に対して垂直な方向に移動させるための集光点位置調整手段５３を具備している。集光点位置調整手段５３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５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２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、上記高さ計測兼レーザー照射ユニット５を案内レール４２３、４２３に沿って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高さ計測兼レーザー照射ユニット５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高さ計測兼レーザー照射ユニット５を下方に移動するようになっている。
【００３５】
上記高さ計測兼レーザー照射ユニット５を構成するユニットハウジング５２の前端部には、撮像手段８が配設されている。この撮像手段８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。
【００３６】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、図６に示す制御手段９を具備している。制御手段９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）９１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）９２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）９３と、カウンター９４と、入力インターフェース９５および出力インターフェース９６とを備えている。制御手段８の入力インターフェース９５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、波長検出手段６９および撮像手段８等からの検出信号が入力される。そして、制御手段１０の出力インターフェース９６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、高さ計測装置６の白色光源６１、パルスレーザー光線発振手段７１等に制御信号を出力する。なお、上述した図５に示す制御マップは、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）９２またはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納される。
【００３７】
図示の実施形態におけるレーザー加工機１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７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の斜視図が示されている。図７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が形成されている。
【００３８】
上述したレーザー加工機1を用い、上記半導体ウエーハ１０のストリート１０１に沿ってレーザー光線を照射し、半導体ウエーハ１０の内部にストリート１０１に沿って変質層を形成するレーザー加工の実施形態について説明する。なお、半導体ウエーハ１０の内部に変質層を形成する際に、半導体ウエーハの厚さにバラツキがあると、上述したよう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。そこで、レーザー加工を施す前に、上述した高さ計測装置６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の高さ位置を計測する。
即ち、先ず上述した図１に示すレーザー加工機１のチャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０の裏面１０ｂを上にして載置し、該チャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０を吸引保持する。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８の直下に位置付けられる。
【００３９】
チャックテーブル３６が撮像手段８の直下に位置付けられると、撮像手段８および制御手段９によって半導体ウエーハ１０のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段８および制御手段９は、半導体ウエーハ１０の所定方向に形成されているストリート１０１と、該ストリート１０１に沿って半導体ウエーハ１０の高さ計測兼レーザー照射ユニット５を構成する高さ測定装置６の対物レンズ６５との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、高さ検出位置のアライメントを遂行する。また、半導体ウエーハ１０に形成されている所定方向と直交する方向に形成されているストリート１０１に対しても、同様に高さ検出位置のアライメントが遂行される。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、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。
【００４０】
上述したようにアライメントが行われると、チャックテーブル３６上の半導体ウエーハ１０は、図８の（ａ）に示す座標位置に位置付けられた状態となる。なお、図８の（ｂ）はチャックテーブル３６即ち半導体ウエーハ１０を図８の（ａ）に示す状態から９０度回転した状態を示している。
【００４１】
なお、図８の（ａ）および図８の（ｂ）に示す座標位置に位置付けられた状態における半導体ウエーハ１０に形成された各ストリート１０１の送り開始位置座標値(A1,A2,A3・・・An)と送り終了位置座標値(B1,B2,B3・・・Bn)および送り開始位置座標値(C1,C2,C3・・・Cn)と送り終了位置座標値(D1,D2,D3・・・Dn)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）９３に格納されている。
【００４２】
上述したようにチャックテーブル３６上に保持されている半導体ウエーハ１０に形成されたストリート１０１を検出し、高さ検出位置のアライメントが行われたならば、チャックテーブル３６を移動して図８の（ａ）において最上位のストリート１０１を高さ計測兼レーザー照射ユニット５を構成する高さ計測装置６の対物レンズ６５の直下に位置付ける。そして、更に図９で示すようにストリート１０１の一端（図９において左端）である送り開始位置座標値(A1)（図８の（ａ）参照）を対物レンズ６５の直下に位置付ける。そして、高さ計測装置６を作動するとともに、チャックテーブル３６を図９において矢印Ｘ１で示す方向に移動し、送り終了位置座標値(B1)まで移動する（高さ位置検出工程）。この結果、半導体ウエーハ１０の図８の（ａ）において最上位のストリート１０１に沿って上面の高さ位置が上述したように計測される。この計測された高さ位置は、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納される。このようにして、半導体ウエーハ１０に形成された全てのストリート１０１に沿って高さ位置検出工程を実施し、各ストリート１０１における上面の高さ位置を上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納する。
【００４３】
以上のようにして半導体ウエーハ１０に形成された全てのストリート１０１に沿って高さ位置検出工程を実施したならば、半導体ウエーハ１０の内部にストリート１０１に沿って変質層を形成するレーザー加工を実施する。
このレーザー加工を実施するには、先ずチャックテーブル３６を移動して図８の（ａ）において最上位のストリート１０１を高さ計測兼レーザー照射ユニット５を構成するレーザー光線照射手段７の集光レンズとして機能する対物レンズ６５の直下に位置付ける。そして、更に図１０の（ａ）で示すようにストリート１０１の一端（図１０の（ａ）において左端）である送り開始位置座標値(A1)（図１０の（ａ）参照）を対物レンズ６５の直下に位置付ける。そして、レーザー光線照射手段７を構成する対物レンズ６５から照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ１０の裏面１０b(上面)から所定の深さ位置に合わせる。次に、レーザー光線照射手段７を作動し、対物レンズ６５からパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６を矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる（レーザー加工工程）。そして、図１０の(b)で示すように対物レンズ６５の照射位置がストリート１０１の他端（図１０の(b)において右端）に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともに、チャックテーブル３６の移動を停止する。このレーザー加工工程においては、制御手段９はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納されている半導体ウエーハ１０のストリート１０１における高さ位置に基いて、集光点位置調整手段５３のパルスモータ５３２を制御し、高さ計測兼レーザー照射ユニット５をZ軸方向に移動し、レーザー光線照射手段７を構成する対物レンズ６５を図１０の(b)で示すように半導体ウエーハ１０のストリート１０１における高さ位置に対応して上下方向に移動せしめる。この結果、半導体ウエーハ１０の内部には、図１０の(b)で示すように裏面１０b(上面)から所定の深さ位置に裏面１０b(上面)と平行に変質層１１０が形成される。
【００４４】
なお、上記レーザー加工工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
レーザー ：ＹＶＯ４ パルスレーザー
波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
パルス出力 ：２．５μJ
集光スポット径 ：φ１μｍ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒
【００４５】
なお、半導体ウエーハ１０の厚みが厚い場合には、図１１に示すように集光点Ｐを段階的に変えて上述したレーザー加工工程を複数回実行することにより、複数の変質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを形成することが望ましい。この変質層１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの形成は、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの順番でレーザー光線の集光点を段階的に変位して行うことが好ましい。
【００４６】
以上のようにして、半導体ウエーハ１０の所定方向に延在する全てのストリート１０１に沿って上記レーザー加工工程を実行したならば、チャックテーブル３６を９０度回動せしめて、上記所定方向に対して直交する方向に延びる各ストリート１０１に沿って上記レーザー加工工程を実行する。このようにして、半導体ウエーハ１０に形成された全てのストリート１０１に沿って上記レーザー加工工程を実行したならば、半導体ウエーハ１０を保持しているチャックテーブル３６は、最初に半導体ウエーハ１０を吸引保持した位置に戻され、ここで半導体ウエーハ１０の吸引保持を解除する。そして、半導体ウエーハ１０は、図示しない搬送手段によって分割工程に搬送される。
【００４７】
以上、本発明によるチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置をレーザー加工機に適用した例を示したが、本発明による計測装置は切削ブレードを装備した切削加工機等の他の加工機に適用してもよい。
【符号の説明】
【００４８】
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
５：高さ計測兼レーザー照射ユニット
５３：集光点位置調整手段
６：高さ計測装置
６１：白色光源
６２：回折手段
６２１：第１の色収差レンズ
６２２：第２の色収差レンズ
６３：マスク手段
６３１：透明坂
６３２：円形の遮蔽マスク
６４：リレーレンズ
６５：対物レンズ
６６：ビームスプリッター
６７：光分別手段
６８：回折格子
６９：波長検出手段
７：レーザー光線照射手段
７１：パルスレーザー光線発振手段
７２：ダイクロイックミラー
８：撮像手段
９：制御手段
１０：半導体ウエーハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工機に装備されるチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を検出するチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置において、
チャックテーブルに保持された被加工物に向けて白色光を発光する白色光源と、該白色光源が発光した光が有する各波長を回折する回折手段と、該回折手段によって回折された光の中央部を遮蔽して光を環状に形成するマスク手段と、該マスク手段によって形成された環状の光の像をリレーするリレーレンズと、該リレーレンズによって伝達された環状の光を集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射する対物レンズと、該マスク手段と該リレーレンズとの間に配設され被加工物に照射された光の反射光を分光するビームスプリッターと、該ビームスプリッターによって分光された反射光における光軸を通る波長の反射光を通過させる光分別手段と、該光分別手段を通過した反射光を回折光に変換する回折格子と、該回折格子によって回折された回折光の波長を検出する波長検出手段と、該波長検出手段からの波長信号に基いてチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を求める制御手段と、を具備している、
ことを特徴とするチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置。
【請求項２】
被加工物を保持する保持面を有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被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を検出する計測装置と、を具備するレーザー加工機において、
該計測装置は、チャックテーブルに保持された被加工物に向けて白色光を発光する白色光源と、該白色光源が発光した光が有する各波長を回折する回折手段と、該回折手段によって回折された光の中央部を遮蔽して光を環状に形成するマスク手段と、該マスク手段によって形成された環状の光の像をリレーするリレーレンズと、該リレーレンズによって伝達された環状の光を集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射する対物レンズと、該マスク手段と該リレーレンズとの間に配設され被加工物に照射された光の反射光を分光するビームスプリッターと、該ビームスプリッターによって分光された反射光における光軸を通る波長の反射光を通過させる光分別手段と、該光分別手段を通過した反射光を回折光に変換する回折格子と、該回折格子によって回折された回折光の波長を検出する波長検出手段と、該波長検出手段からの波長信号に基いてチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を求める制御手段と、を具備し、
該レーザー光線照射手段は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該リレーレンズと該対物レンズとの間に配設され該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を該対物レンズに向けて方向変換するダイクロイックミラーと、を具備している、
ことを特徴とするレーザー加工機。
【請求項１】
加工機に装備されるチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を検出するチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置において、
チャックテーブルに保持された被加工物に向けて白色光を発光する白色光源と、該白色光源が発光した光が有する各波長を回折する回折手段と、該回折手段によって回折された光の中央部を遮蔽して光を環状に形成するマスク手段と、該マスク手段によって形成された環状の光の像をリレーするリレーレンズと、該リレーレンズによって伝達された環状の光を集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射する対物レンズと、該マスク手段と該リレーレンズとの間に配設され被加工物に照射された光の反射光を分光するビームスプリッターと、該ビームスプリッターによって分光された反射光における光軸を通る波長の反射光を通過させる光分別手段と、該光分別手段を通過した反射光を回折光に変換する回折格子と、該回折格子によって回折された回折光の波長を検出する波長検出手段と、該波長検出手段からの波長信号に基いてチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を求める制御手段と、を具備している、
ことを特徴とするチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置。
【請求項２】
被加工物を保持する保持面を有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被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を検出する計測装置と、を具備するレーザー加工機において、
該計測装置は、チャックテーブルに保持された被加工物に向けて白色光を発光する白色光源と、該白色光源が発光した光が有する各波長を回折する回折手段と、該回折手段によって回折された光の中央部を遮蔽して光を環状に形成するマスク手段と、該マスク手段によって形成された環状の光の像をリレーするリレーレンズと、該リレーレンズによって伝達された環状の光を集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射する対物レンズと、該マスク手段と該リレーレンズとの間に配設され被加工物に照射された光の反射光を分光するビームスプリッターと、該ビームスプリッターによって分光された反射光における光軸を通る波長の反射光を通過させる光分別手段と、該光分別手段を通過した反射光を回折光に変換する回折格子と、該回折格子によって回折された回折光の波長を検出する波長検出手段と、該波長検出手段からの波長信号に基いてチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を求める制御手段と、を具備し、
該レーザー光線照射手段は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該リレーレンズと該対物レンズとの間に配設され該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を該対物レンズに向けて方向変換するダイクロイックミラーと、を具備している、
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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−３３３８３（Ｐ２０１１−３３３８３Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７７６２４（Ｐ２００９−１７７６２４）
【出願日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【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２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
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