チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置検出装置
【課題】透明性を有する材料によって形成された被加工物であっても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確実に検出する。
【解決手段】レーザー光線発振手段と、レーザー光線のスポット形状を環状に形成する環状スポット形成手段と、環状に形成されたレーザー光線を第1の経路に導く第1のビームスプリッターと、集光して被加工物に照射する集光器と、被加工物で反射したレーザー光線が第1のビームスプリッターによって分光される第2の経路に配設されたピンホールマスクと、ピンホールマスクを通過した反射光を第3の経路と第4の経路に分光する第2のビームスプリッターと、第3の経路に分光された反射光を受光する第1の受光素子と、第4の経路に分光された反射光の受光領域を規制する手段と第2の受光素子とを備え、第1の受光素子が受光した光量と第2の受光素子が受光した光量との比に基いて被加工物の上面高さ位置を求める。
【解決手段】レーザー光線発振手段と、レーザー光線のスポット形状を環状に形成する環状スポット形成手段と、環状に形成されたレーザー光線を第1の経路に導く第1のビームスプリッターと、集光して被加工物に照射する集光器と、被加工物で反射したレーザー光線が第1のビームスプリッターによって分光される第2の経路に配設されたピンホールマスクと、ピンホールマスクを通過した反射光を第3の経路と第4の経路に分光する第2のビームスプリッターと、第3の経路に分光された反射光を受光する第1の受光素子と、第4の経路に分光された反射光の受光領域を規制する手段と第2の受光素子とを備え、第1の受光素子が受光した光量と第2の受光素子が受光した光量との比に基いて被加工物の上面高さ位置を求める。
【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位置を検出するための高さ位置検出装置に関する。
【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デバイスを製造している。また、サファイヤ基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハも分割予定ラインに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。
【0003】
上述した半導体ウエーハや光デバイス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分割予定ライン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。)
【特許文献1】特許第3408805号公報
【0004】
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。
【0005】
上述した問題を解消するために、本出願人はチャックテーブルに保持された被加工物の表面(上面)に可視光のレーザー光線を照射し、被加工物の表面(上面)で反射した面積に対応した光量に基いて被加工物の表面(上面)の高さ位置を検出する高さ位置検出手段を備えたレーザー加工装置を提案した。(例えば、特許文献2参照。)
【特許文献2】特開2007−152355号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
而して、上記公報に開示された高さ位置検出手段においては、被加工物としてのウエーハがシリコンによって形成されている場合には可視光のレーザー光線が透過しないため、被加工物の表面(上面)で反射した面積に対応した光量を正確に測定することができるが、ウエーハが透明性を有するサファイヤや石英によって形成されている場合にはレーザー光線が被加工物の表面(上面)で反射するとともに被加工物の裏面(下面)でも反射するため、被加工物の表面(上面)で反射した光だけを測定することができない。従って、上記公報に開示された高さ位置検出手段においては、透明性を有する材料によって形成された被加工物の表面位置を検出することができない。
【0007】
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、透明性を有する材料によって形成された被加工物であっても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確実に検出するための高さ位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、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検出するための高さ位置検出装置であって、
レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段によって発振されたレーザー光線のスポット形状を環状に形成する環状スポット形成手段と、該環状スポット形成手段によってスポット形状が環状に形成されたレーザー光線を第1の経路に導く第1のビームスプリッターと、該第1の経路に導かれたレーザー光線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集光器と、チャックテーブルに保持された被加工物で反射したレーザー光線が該第1のビームスプリッターによって分光される第2の経路に配設されたピンホールマスクと、該ピンホールマスクを通過した反射光を第3の経路と第4の経路に分光する第2のビームスプリッターと、該第2のビームスプリッターによって該第3の経路に分光された反射光を受光する第1の受光素子と、該第2のビームスプリッターによって該第4の経路に分光された反射光を受光する第2の受光素子と、該第4の経路に配設され該第2の受光素子が受光する反射光の受光領域を規制する受光領域規制手段と、該第1の受光素子が受光した光量と該第2の受光素子が受光した光量との比に基いて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高さ位置検出装置が提供される。
【0009】
上記環状スポット形成手段は、レーザー光線の光軸に沿って所定の間隔を持って直列に配設された一対の円錐レンズによって構成されている。
【発明の効果】
【0010】
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高さ位置検出装置は以上のように構成され、レーザー光線発振手段から発振された円形のスポット形状を有するレーザー光線を環状スポット形成手段によって環状のスポット形状を有するレーザー光線に形成し、この環状のスポット形状を有するレーザー光線を被加工物に照射する。従って、被加工物に照射された環状のスポット形状を有するレーザー光線は、上面で環状のスポット形状で反射するとともに、被加工物が透明性を有する場合には下面で環状のスポット形状で反射する。そして、被加工物の下面で反射した環状スポット形状の第2の反射光はピンホールマスクによって遮断し、ピンホールマスクのピンホールを通過した被加工物の上面で反射した環状スポット形状の第1の反射光に基いて受光量を検出するので、被加工物が透明性を有する場合であっても被加工物の上面位置を正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
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高さ位置検出装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【0012】
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位置検出装置が装備された加工機としての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レーザー光線照射ユニット5とを具備している。
【0013】
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に(X軸方向)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上に被加工物である例えば円盤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。
【0014】
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。
【0015】
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X軸方向位置を検出するためのX軸方向位置検出手段374を備えている。X軸方向位置検出手段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X軸方向位置検出手段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X軸方向位置を検出する。
【0016】
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。
【0017】
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Y軸方向位置を検出するためのY軸方向位置検出手段384を備えている。Y軸方向位置検出手段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Y軸方向位置検出手段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Y軸方向位置を検出する。
【0018】
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。
【0019】
図示の実施形態のおけるレーザー光線照射ユニット5は、ユニットホルダ51と、該ユニットホルダ51に取り付けられたレーザー光線照射手段52を具備している。ユニットホルダ51は、上記装着部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511、511が設けられており、この被案内溝511、511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。
【0020】
図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット5は、ユニットホルダ51を一対の案内レール423、423に沿って矢印Zで示す焦点位置調整方向(Z軸方向)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、ユニットホルダ51およびレーザビーム照射手段52を案内レール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)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レーザー光線照射手段52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レーザー光線照射手段52を下方に移動するようになっている。
【0021】
図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット5は、レーザー光線照射手段52のZ軸方向位置を検出するためのZ軸方向位置検出手段55を具備している。Z軸方向位置検出手段55は、上記案内レール423、423と平行に配設されたリニアスケール551と、上記ユニットホルダ51に取り付けられユニットホルダ51とともにリニアスケール551に沿って移動する読み取りヘッド552とからなっている。このZ軸方向位置検出手段55の読み取りヘッド552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。
【0022】
図示のレーザー光線照射手段52は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング521を含んでいる。ケーシング521内には図2に示すように加工用パルスレーザー光線発振手段6と、この加工用パルスレーザー光線発振手段6が発振する加工用パルスレーザー光線を上記チャックテーブル36に保持される被加工物に照射せしめる集光器7を具備している。加工用パルスレーザー光線発振手段6は、被加工物である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LB1を発振する。この加工用パルスレーザー光線発振手段6は、例えば波長が1064nmである加工用パルスレーザー光線LB1を発振するYVO4パルスレーザー発振器或いはYAGパルスレーザー発振器を用いることができる。集光器7は、上記加工用パルスレーザー光線発振手段6から発振された加工用パルスレーザー光線LB1を図2において下方に向けて方向変換する方向変換ミラー71と、該方向変換ミラー71によって方向変換された加工用パルスレーザー光線LB1を集光する集光レンズ72とからなっている。
【0023】
図2を参照して説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工機は、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検出するための高さ位置検出装置8を具備している。高さ位置検出装置8は、検査用レーザー光線を発振する検査用レーザー光線発振手段80と、上記加工用パルスレーザー光線発振手段6と集光器7と間に配設され検査用レーザー光線発振手段80から発振された検査用レーザー光線を集光器7に向けて分光せしめるダイクロックハーフミラー81と、該ダイクロックハーフミラー81と検査用レーザー光線発振手段80との間に配設され検査用レーザー光線発振手段80によって発振された検査用レーザー光線のスポット形状(断面形状)を環状に形成する環状スポット形成手段82と、該環状スポット形成手段82とダイクロックハーフミラー81との間に配設され環状スポット形成手段82によってスポット形状(断面形状)が環状に形成された検査用レーザー光線をダイクロックハーフミラー81に向ける第1の経路83aに導く第1のビームスプリッター83を具備している。
【0024】
検査用レーザー光線発振手段80は、上記加工用パルスレーザー光線発振手段6から発振される加工用パルスレーザー光線の周波数と異なる周波数の例えば波長が635nmの検査用レーザー光線LB2aを発振するHe-Neパルスレーザー発振器を用いることができる。ダイクロックハーフミラー81は、加工用パルスレーザー光線LB1は通過するが検査用レーザー光線発振手段80から発振された検査用レーザー光線を集光器7に向けて反射せしめる。環状スポット形成手段82は、図示の実施形態においては検査用レーザー光線LB2aの光軸に沿って所定の間隔を持って直列に配設された一対の第1の円錐レンズ821と第2の円錐レンズ822とによって構成されている。なお、図示の実施形態においては一対の第1の円錐レンズ821と第2の円錐レンズ822は、頂点を互いに向かい合わせて配設した例を示したが、互いに背中合わせでも同じ方向に向けて配設してもよい。このように構成された環状スポット形成手段82は、検査用レーザー光線発振手段80によって発振されたスポット形状が円形の検査用レーザー光線LB2aをスポット形状が環状のレーザー光線LB2bにする。なお、環状スポット形成手段82としては、環状の穴を備えたマスク部材を用いてもよい。上記第1のビームスプリッター83は、環状スポット形成手段82によってスポット形状が環状に形成されたレーザー光線LB2bを上記ダイクロックハーフミラー81に向けた第1の経路83aに導くとともに、ダイクロックハーフミラー81によって分光された後述する反射光を第2の経路83bに導く。
【0025】
図示の実施形態における高さ位置検出手段8は、第2の経路83bに配設され所定の径より大きい径の反射光の通過を規制するピンホール841を備えたピンホールマスク84と、該ピンホールマスク84を通過した反射光を第3の経路85aと第4の経路85bに分光する第2のビームスプリッター85と、該第2のビームスプリッター85によって第3の経路85aに分光された反射光を100%集光する集光レンズ86と、該集光レンズ86によって集光された反射光を受光する第1の受光素子87を具備している。第1の受光素子87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。なお、上記ピンホールマスク84に形成されたピンホール841は、その直径が例えば1mmに設定されている。また、図示の実施形態における高さ位置検出手段8は、第2のビームスプリッター85によって第4の経路85bに分光された反射光を受光する第2の受光素子88と、該第2の受光素子88が受光する反射光の受光領域を規制する受光領域規制手段89を具備している。受光領域規制手段89は、図示の実施形態においては第2のビームスプリッター85によって第4の経路85bに分光された反射光を一次元に集光するシリンドリカルレンズ891と、該シリンドリカルレンズ891によって一次元に集光された反射光を単位長さに規制する一次元マスク892とからなっている。該一次元マスク892を通過した反射光を受光する第2の受光素子88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。
【0026】
図示の実施形態における高さ位置検出手段8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3に示すように検査用レーザー光線発振手段80から発振された円形のスポット形状S1を有する検査用レーザー光線LB2aは、環状スポット形成手段8によって環状のスポット形状S2を有する検査用レーザー光線LB2bに形成される。即ち、環状スポット形成手段82は、直径が2mmのレーザー光線LB2aを例えば外径(D1)が10mm、内径(D2)が8mmの環状のレーザー光線LB2bに拡張するとともに、平行な光線に形成する。環状スポット形成手段82によって環状のスポット形状S2に形成された検査用レーザー光線LB2bは、図2に示すように第1のビームスプリッター83によって第1の経路83aに導かれ、ダイクロックハーフミラー81に達し、該ダイクロックハーフミラー81によって集光器7に向けて反射される。集光器7に向けて反射された検査用レーザー光線LB2bは、上記加工用パルスレーザー光線LB1と同様に方向変換ミラー71によって図2において下方に方向変換され、集光レンズ72によって集光される。
【0027】
上記のようにして環状のスポット形状S2に形成された検査用レーザー光線LB2bをチャックテーブル36に保持された被加工物Wの上面で照射する場合には、集光点位置調整手段53を作動して図4に示すように集光点Pbを被加工物Wの上面よりレーザー光線照射方向の上流側(上側)に位置するように調整する。この結果、環状のスポット形状S2に形成された検査用レーザー光線LB2bは、チャックテーブル36に保持された被加工物Wの上面に環状のスポット形状S3で照射され、環状のスポット形状S3の大きさで反射する(第1の反射光)。このとき、被加工物Wが透明性を有するサファイヤや石英によって形成されている場合には、検査用レーザー光線LB2bは被加工物Wを透過して下面に達し、環状のスポット形状S4の大きさで反射する(第2の反射光)。
【0028】
このように被加工物Wの上面で反射した環状スポット形状S3の第1の反射光と、被加工物Wの下面で反射した環状スポット形状S4の第2の反射光は、集光レンズ72、方向変換ミラー71、ダイクロックハーフミラー81を介して第1のビームスプリッター83に達する。図5に示すように第1のビームスプリッター83に達した環状スポット形状S3の第1の反射光LB2cと環状スポット形状S4の第2の反射光LB2dは、第1のビームスプリッター83によって第2の経路83bに分光され、ピンホールマスク84に達する。ピンホールマスク84に形成されたピンホール841は図示の実施形態においては例えば直径が1mmに設定されており、環状スポット形状S3の第1の反射光LB2cは通過するが、環状スポット形状S4の第2の反射光LB2dは遮断される。なお、ピンホールマスク84に形成されるピンホール841の直径は、被加工物Wの厚みや上記集光点Pbの位置等を考慮して、環状スポット形状S3の第1の反射光LB2cは通過するが環状スポット形状S4の第2の反射光LB2dは遮断する値に設定する。このように、被加工物Wの下面で反射した環状スポット形状S4の第2の反射光LB2dはピンホールマスク84によって遮断され、被加工物Wの上面で反射した環状スポット形状S3の第1の反射光LB2cだけがピンホールマスク84のピンホール841を通過することになる。
【0029】
上記のようにピンホールマスク84のピンホール841を通過した被加工物Wの上面で反射した環状スポット形状S3の第1の反射光LB2cは、図2に示すように第2のビームスプリッター85によって第3の経路85aと第4の経路85bに分光される。第3の経路85aに分光された環状スポット形状S3の第1の反射光LB2cは、集光レンズ86によって100%集光され第1の受光素子87に受光される。そして、第1の受光素子87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。一方、第4の経路に85bに分光された環状スポット形状S4の第2の反射光LB2dは、受光領域規制手段89のシリンドリカルレンズ891によって一次元に集光され、一次元マスク892によって所定の単位長さに規制されて第2の受光素子88に受光される。そして、第2の受光素子88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】
ここで、第1の受光素子87と第2の受光素子88によって受光される環状スポット形状S3の第1の反射光LB2cの受光量について説明する。
第1の受光素子87に受光される環状スポット形状S3の第1の反射光LB2cは、集光レンズ86によって100%集光されるので受光量は一定であり、第1の受光素子87から出力される電圧値(V1)は一定(例えば10V)となる。一方、第2の受光素子88によって受光される環状スポット形状S3の第1の反射光LB2cは、シリンドリカルレンズ891によって一次元に集光された後、一次元マスク892によって所定の単位長さに規制されて第2の受光素子88に受光されるので、図4に示すように検査用レーザー光線LB2bが被加工物Wの上面に照射される際に、集光器7の集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離、即ち被加工物Wの高さ位置(厚み)によって第2の受光素子88の受光量は変化する。従って、第2の受光素子88から出力される電圧値(V2)は、検査用レーザー光線LB2bが照射される被加工物Wの上面高さ位置によって変化する。
【0031】
例えば、図6の(a)に示すように被加工物Wの高さ位置が高く(被加工物Wの厚みが厚く)集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H)が小さい場合には、検査用レーザー光線LB2bは被加工物Wの上面に照射される環状のスポットS3aで反射する。この反射光は上述したように第2のビームスプリッター85によって第3の経路85aと第4の経路85bに分光されるが、第3の経路85aに分光された環状のスポットS3aの反射光は集光レンズ86によって100%集光されるので、反射光の全ての光量が第1の受光素子87に受光される。一方、第2のビームスプリッター85によって第4の経路85bに分光された環状のスポットS3aの反射光は、シリンドリカルレンズ891によって一次元に集光されるので断面が略長方形となる。このようにして断面が略長方形に絞られた反射光は、一次元マスク892によって所定の単位長さに規制されるので、第4の経路85bに分光された反射光の一部が第2の受光素子88によって受光されることになる。従って、第2の受光素子88に受光される反射光の光量は上述した第1の受光素子87に受光される光量より少なくなる。
【0032】
次に、図6の(b)に示すように被加工物Wの高さ位置が低く(被加工物Wの厚みが薄く)集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H)大きい場合には、検査用レーザー光線LB2bは被加工物Wの上面に照射される環状のスポットS3bで反射する。この環状のスポットS3bは上記環状のスポットS3aより大きい。この環状のスポットS3bの反射光は上述したように第2のビームスプリッター85によって第3の経路85aと第4の経路85bに分光されるが、第3の経路85aに分光された環状の面積S3bの反射光は集光レンズ86によって100%集光されるので、反射光の全ての光量が第1の受光素子87に受光される。一方、第2のビームスプリッター85によって第4の経路85bに分光された環状のスポットS3bの反射光は、シリンドリカルレンズ891によって一次元に集光されるので断面が略長方形となる。この略長方形の長辺の長さは、反射光の環状のスポットS3bが上記環状のスポットS3aより大きいので環状のスポットS3aの場合より長くなる。このようにして断面が略長方形に集光された反射光は、一次元マスク892によって所定の長さに区切られ一部が第2の受光素子88によって受光される。従って、第2の受光素子88によって受光される光量は、上記図6の(a)に示す場合より少なくなる。このように第2の受光素子88に受光される反射光の光量は、集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H)、即ち被加工物Wの高さ位置が高い(被加工物Wの厚みが厚い)程多く、集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H)、即ち被加工物Wの高さ位置が低い(被加工物Wの厚みが薄い)程少なくなる。
【0033】
ここで、上記第1の受光素子87から出力される電圧値(V1)と第2の受光素子88から出力される電圧値(V2)との比と、集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H)、即ち被加工物Wの高さ位置との関係について、図7に示す制御マップを参照して説明する。なお、図7において横軸は集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H)で、縦軸は第1の受光素子87から出力される電圧値(V1)と第2の受光素子88から出力される電圧値(V2)との比(V1/V2)を示している。図7に示す例においては、集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H)が30.0mmの場合上記電圧値の比(V1/V2)は“1”で、集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H)が30.6mmの場合上記電圧値の比(V1/V2)は“10”に設定されている。従って、上述したように第1の受光素子87から出力される電圧値(V1)と第2の受光素子88から出力される電圧値(V2)との比(V1/V2)を求め、この電圧値の比(V1/V2)を図7に示す制御マップに照合することにより、集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H)を求めることができる。なお、図7に示す制御マップは、後述する制御手段のメモリに格納される。
【0034】
図示の実施形態における高さ位置検出手段8は以上のように構成され、検査用レーザー光線発振手段80から発振された円形のスポット形状S1を有する検査用レーザー光線LB2aを環状スポット形成手段8によって環状のスポット形状S2を有する検査用レーザー光線LB2bに形成し、この環状のスポット形状S2を有する検査用レーザー光線LB2bを被加工物Wに照射する。従って、図4に示すように被加工物Wに照射された環状のスポット形状S2を有する検査用レーザー光線LB2bは、上面で環状のスポット形状S3で反射するとともに、被加工物Wが透明性を有する場合には下面で環状のスポット形状S4で反射する。そして、被加工物Wの下面で反射した環状スポット形状S4の第2の反射光LB2dはピンホールマスク84によって遮断し、ピンホールマスク84のピンホール841を通過した被加工物Wの上面で反射した環状スポット形状S3の第1の反射光LB2cに基いて受光量を検出するので、被加工物Wが透明性を有する場合であっても被加工物Wの上面位置を正確に検出することができる。
【0035】
図1に戻って説明を続けると、上記レーザー光線照射手段52を構成するケーシング521の先端部には、レーザー光線照射手段52によってレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段9が配設されている。この撮像手段9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機は、図8に示す制御手段10を具備している。制御手段10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)101と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ(ROM)102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)103と、入力インターフェース104および出力インターフェース105とを備えている。制御手段10の入力インターフェース104には、上記X軸方向位置検出手段374、Y軸方向位置検出手段384、集光点位置調整手段53、第1の受光素子87、第2の受光素子88および撮像手段9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105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6、検査用レーザー光線発振手段80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)103は、上述した図7に示す制御マップを格納する第1の記憶領域103a、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103b、後述する光デバイスウエーハ10の高さ位置を記憶する第3の記憶領域103cや他の記憶領域を備えている。
【0037】
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光デバイスウエーハ20の斜視図が示されている。図9に示すは、サファイヤウエーハからなっており、その表面20aに格子状に配列された複数のストリート201によって複数の領域が区画され、この区画された領域に発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイス202が形成されている。
【0038】
上述したレーザー加工機を用い、上記光デバイスウエーハ20の分割予定ライン201に沿ってレーザー光線を照射し、光デバイスウエーハ20の内部にストリート201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、光デバイスウエーハ20の内部に変質層を形成する際に、光デバイスウエーハ20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、上述した高さ位置検出装置8によってチャックテーブル36に保持された光デバイスウエーハ20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のチャックテーブル36上に高さ位置検出装置8の裏面20bを上にして載置し、該チャックテーブル36上に光デバイスウエーハ20を吸引保持する。光デバイスウエーハ20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9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9の直下に位置付けられると、撮像手段9および制御手段10によって光デバイスウエーハ20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9および制御手段10は、光デバイスウエーハ20の所定方向に形成されているストリート201と、該ストリート201に沿って光デバイスウエーハ20の高さを検出する高さ位置検出装置8の集光器7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、アライメントを遂行する。また、光デバイスウエーハ20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201に対しても、同様にアライメントが遂行される。このとき、光デバイスウエーハ20のストリート201が形成されている表面20aは下側に位置しているが、撮像手段9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20bから透かしてストリート201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上の光デバイスウエーハ20は、図10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10の(b)はチャックテーブル36即ち光デバイスウエーハ20を図10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10の(a)および図10の(b)に示す座標位置に位置付けられた状態における光デバイスウエーハ20に形成された各ストリート201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、上記ランダムアクセスメモリ(RAM)103の第2に記憶領域103b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光デバイスウエーハ20に形成されているストリート201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10の(a)において最上位のストリート201を集光器7の直下に位置付ける。そして、更に図11で示すようにストリート201の一端(図11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)を集光器7の直下に位置付ける。そして、高さ位置検出手段8を作動するとともに、チャックテーブル36を図11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、光デバイスウエーハ20の図10の(a)において最上位のストリート201における高さ位置(集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H))を上述したように検出することができる。この検出された高さ位置(集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H))は、上記ランダムアクセスメモリ(RAM)103の第2に記憶領域103bに格納されている座標値に対応して第3の記憶領域103cに格納される。このようにして、光デバイスウエーハ20に形成された全てのストリート201に沿って高さ位置検出工程を実施し、各ストリート201における高さ位置を上記ランダムアクセスメモリ(RAM)103の第3の記憶領域103cに格納する。
【0043】
以上のようにして光デバイスウエーハ20に形成された全てのストリート201に沿って高さ位置検出工程を実施したならば、光デバイスウエーハ20の内部にストリート201に沿って変質層を形成するレーザー加工を実施する。
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10の(a)において最上位のストリート201を集光器7の直下に位置付ける。そして、更に図12の(a)で示すようにストリート201の一端(図12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)を集光器7の直下に位置付ける。制御手段10は、集光点位置調整手段53を作動して集光器7から照射される加工用パルスレーザー光線LB1の集光点Paを光デバイスウエーハ20の裏面20b(上面)から所定の深さ位置に合わせる。次に、制御手段10は、加工用パルスレーザー光線発振手段6を作動し、集光器7から加工用パルスレーザー光線LB1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(加工工程)。そして、図12の(b)で示すように集光器7の照射位置がストリート201の他端(図12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。この加工工程においては、制御手段10はランダムアクセスメモリ(RAM)103の第3の記憶領域103cに格納されている光デバイスウエーハ20のストリート201におけるX座標値に対応した高さ位置に基いて、集光点位置調整手段53のパルスモータ532を制御し、図12の(b)で示すように集光器7を光デバイスウエーハ20のストリート201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、光デバイスウエーハ20の内部には、図12の(b)で示すように裏面20b(上面)から所定の深さ位置に裏面20b(上面)と平行に変質層210が形成される。
【0044】
なお、上記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、光デバイスウエーハ20の厚さが厚い場合には、図13に示すように集光点Paを段階的に変えて上述した加工工程を複数回実行することにより、複数の変質層210a、210b、210cを形成することが望ましい。この変質層210a、210b、210cの形成は、210a、210b、210c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、光デバイスウエーハ20の所定方向に延在する全てのストリート201に沿って上記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角に延びる各ストリート201に沿って上記加工工程を実行する。このようにして、光デバイスウエーハ20に形成された全てのストリート201に沿って上記加工工程を実行したならば、光デバイスウエーハ20を保持しているチャックテーブル36は、最初に光デバイスウエーハ20を吸引保持した位置に戻され、ここで光デバイスウエーハ20の吸引保持を解除する。そして、光デバイスウエーハ20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高さ位置検出装置をレーザー加工機に適用した例を示したが、本発明はチャックテーブルに保持された被加工物を加工する種々の加工機に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】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位置検出装置を装備したレーザー加工機の斜視図。
【図2】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位置検出装置の構成を示すブロック図。
【図3】図2に示す高さ位置検出装置を構成する環状スポット形成手段によって円形スポット形状のレーザー光線を環状スポット形状に形成する状態を示す説明図。
【図4】図2に示す高さ位置検出装置によって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状態を示す説明図。
【図5】図2に示す高さ位置検出装置を構成する第1のビームスプリッターによって分光された反射光の一部がピンホールマスクによって遮断されるとともに他の一部が通過する状態を示す説明図。
【図6】図2に示す高さ位置検出装置によってチャックテーブルに保持された厚みが異なる被加工物にレーザー光線を照射する状態を示す説明図。
【図7】図2に示す高さ位置検出装置を構成する第1の受光素子から出力される電圧値(V1)と第2の受光素子から出力される電圧値(V2)との比と、集光器から被加工物の上面までの距離との関係を示す制御マップ。
【図8】図2に示す高さ位置検出装置を構成する制御手段を示すブロック図。
【図9】被加工物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11】図1に示すレーザー加工機に装備された高さ位置検出装置によって実施される高さ位置検出工程の説明図。
【図12】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変質層を形成する加工工程の説明図。
【図13】被加工物の厚さが厚い場合の加工工程を示す説明図。
【符号の説明】
【0049】
1:レーザー加工機
2:静止基台
3:チャックテーブル機構
36:チャックテーブル
37:加工送り手段
374:X軸方向位置検出手段
38:第1の割り出し送り手段
384:Y軸方向位置検出手段
4:レーザー光線照射ユニット支持機構
42:可動支持基台
43:第2の割り出し送り手段
5:レーザー光線照射ユニット
6:加工用パルスレーザー光線発振手段
7:集光器
71:方向変換ミラー
72:集光レンズ
8:高さ位置検出装置
80:検査用レーザー光線発振手段
81:ダイクロックハーフミラー
82:環状スポット形成手段
83:第1のビームスプリッター
84:ピンホールマスク
85:第2のビームスプリッター
86:集光レンズ
87:第1の受光素子
88:第2の受光素子
89:受光領域規制手段
9:撮像手段
10:制御手段
20: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位置を検出するための高さ位置検出装置に関する。
【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デバイスを製造している。また、サファイヤ基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハも分割予定ラインに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。
【0003】
上述した半導体ウエーハや光デバイス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分割予定ライン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。)
【特許文献1】特許第3408805号公報
【0004】
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。
【0005】
上述した問題を解消するために、本出願人はチャックテーブルに保持された被加工物の表面(上面)に可視光のレーザー光線を照射し、被加工物の表面(上面)で反射した面積に対応した光量に基いて被加工物の表面(上面)の高さ位置を検出する高さ位置検出手段を備えたレーザー加工装置を提案した。(例えば、特許文献2参照。)
【特許文献2】特開2007−152355号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
而して、上記公報に開示された高さ位置検出手段においては、被加工物としてのウエーハがシリコンによって形成されている場合には可視光のレーザー光線が透過しないため、被加工物の表面(上面)で反射した面積に対応した光量を正確に測定することができるが、ウエーハが透明性を有するサファイヤや石英によって形成されている場合にはレーザー光線が被加工物の表面(上面)で反射するとともに被加工物の裏面(下面)でも反射するため、被加工物の表面(上面)で反射した光だけを測定することができない。従って、上記公報に開示された高さ位置検出手段においては、透明性を有する材料によって形成された被加工物の表面位置を検出することができない。
【0007】
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、透明性を有する材料によって形成された被加工物であっても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確実に検出するための高さ位置検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、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検出するための高さ位置検出装置であって、
レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段によって発振されたレーザー光線のスポット形状を環状に形成する環状スポット形成手段と、該環状スポット形成手段によってスポット形状が環状に形成されたレーザー光線を第1の経路に導く第1のビームスプリッターと、該第1の経路に導かれたレーザー光線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集光器と、チャックテーブルに保持された被加工物で反射したレーザー光線が該第1のビームスプリッターによって分光される第2の経路に配設されたピンホールマスクと、該ピンホールマスクを通過した反射光を第3の経路と第4の経路に分光する第2のビームスプリッターと、該第2のビームスプリッターによって該第3の経路に分光された反射光を受光する第1の受光素子と、該第2のビームスプリッターによって該第4の経路に分光された反射光を受光する第2の受光素子と、該第4の経路に配設され該第2の受光素子が受光する反射光の受光領域を規制する受光領域規制手段と、該第1の受光素子が受光した光量と該第2の受光素子が受光した光量との比に基いて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高さ位置検出装置が提供される。
【0009】
上記環状スポット形成手段は、レーザー光線の光軸に沿って所定の間隔を持って直列に配設された一対の円錐レンズによって構成されている。
【発明の効果】
【0010】
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高さ位置検出装置は以上のように構成され、レーザー光線発振手段から発振された円形のスポット形状を有するレーザー光線を環状スポット形成手段によって環状のスポット形状を有するレーザー光線に形成し、この環状のスポット形状を有するレーザー光線を被加工物に照射する。従って、被加工物に照射された環状のスポット形状を有するレーザー光線は、上面で環状のスポット形状で反射するとともに、被加工物が透明性を有する場合には下面で環状のスポット形状で反射する。そして、被加工物の下面で反射した環状スポット形状の第2の反射光はピンホールマスクによって遮断し、ピンホールマスクのピンホールを通過した被加工物の上面で反射した環状スポット形状の第1の反射光に基いて受光量を検出するので、被加工物が透明性を有する場合であっても被加工物の上面位置を正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
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高さ位置検出装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【0012】
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位置検出装置が装備された加工機としての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レーザー光線照射ユニット5とを具備している。
【0013】
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に(X軸方向)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上に被加工物である例えば円盤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。
【0014】
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。
【0015】
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X軸方向位置を検出するためのX軸方向位置検出手段374を備えている。X軸方向位置検出手段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X軸方向位置検出手段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X軸方向位置を検出する。
【0016】
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。
【0017】
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Y軸方向位置を検出するためのY軸方向位置検出手段384を備えている。Y軸方向位置検出手段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Y軸方向位置検出手段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Y軸方向位置を検出する。
【0018】
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。
【0019】
図示の実施形態のおけるレーザー光線照射ユニット5は、ユニットホルダ51と、該ユニットホルダ51に取り付けられたレーザー光線照射手段52を具備している。ユニットホルダ51は、上記装着部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511、511が設けられており、この被案内溝511、511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。
【0020】
図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット5は、ユニットホルダ51を一対の案内レール423、423に沿って矢印Zで示す焦点位置調整方向(Z軸方向)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、ユニットホルダ51およびレーザビーム照射手段52を案内レール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)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レーザー光線照射手段52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レーザー光線照射手段52を下方に移動するようになっている。
【0021】
図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット5は、レーザー光線照射手段52のZ軸方向位置を検出するためのZ軸方向位置検出手段55を具備している。Z軸方向位置検出手段55は、上記案内レール423、423と平行に配設されたリニアスケール551と、上記ユニットホルダ51に取り付けられユニットホルダ51とともにリニアスケール551に沿って移動する読み取りヘッド552とからなっている。このZ軸方向位置検出手段55の読み取りヘッド552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。
【0022】
図示のレーザー光線照射手段52は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング521を含んでいる。ケーシング521内には図2に示すように加工用パルスレーザー光線発振手段6と、この加工用パルスレーザー光線発振手段6が発振する加工用パルスレーザー光線を上記チャックテーブル36に保持される被加工物に照射せしめる集光器7を具備している。加工用パルスレーザー光線発振手段6は、被加工物である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LB1を発振する。この加工用パルスレーザー光線発振手段6は、例えば波長が1064nmである加工用パルスレーザー光線LB1を発振するYVO4パルスレーザー発振器或いはYAGパルスレーザー発振器を用いることができる。集光器7は、上記加工用パルスレーザー光線発振手段6から発振された加工用パルスレーザー光線LB1を図2において下方に向けて方向変換する方向変換ミラー71と、該方向変換ミラー71によって方向変換された加工用パルスレーザー光線LB1を集光する集光レンズ72とからなっている。
【0023】
図2を参照して説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工機は、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検出するための高さ位置検出装置8を具備している。高さ位置検出装置8は、検査用レーザー光線を発振する検査用レーザー光線発振手段80と、上記加工用パルスレーザー光線発振手段6と集光器7と間に配設され検査用レーザー光線発振手段80から発振された検査用レーザー光線を集光器7に向けて分光せしめるダイクロックハーフミラー81と、該ダイクロックハーフミラー81と検査用レーザー光線発振手段80との間に配設され検査用レーザー光線発振手段80によって発振された検査用レーザー光線のスポット形状(断面形状)を環状に形成する環状スポット形成手段82と、該環状スポット形成手段82とダイクロックハーフミラー81との間に配設され環状スポット形成手段82によってスポット形状(断面形状)が環状に形成された検査用レーザー光線をダイクロックハーフミラー81に向ける第1の経路83aに導く第1のビームスプリッター83を具備している。
【0024】
検査用レーザー光線発振手段80は、上記加工用パルスレーザー光線発振手段6から発振される加工用パルスレーザー光線の周波数と異なる周波数の例えば波長が635nmの検査用レーザー光線LB2aを発振するHe-Neパルスレーザー発振器を用いることができる。ダイクロックハーフミラー81は、加工用パルスレーザー光線LB1は通過するが検査用レーザー光線発振手段80から発振された検査用レーザー光線を集光器7に向けて反射せしめる。環状スポット形成手段82は、図示の実施形態においては検査用レーザー光線LB2aの光軸に沿って所定の間隔を持って直列に配設された一対の第1の円錐レンズ821と第2の円錐レンズ822とによって構成されている。なお、図示の実施形態においては一対の第1の円錐レンズ821と第2の円錐レンズ822は、頂点を互いに向かい合わせて配設した例を示したが、互いに背中合わせでも同じ方向に向けて配設してもよい。このように構成された環状スポット形成手段82は、検査用レーザー光線発振手段80によって発振されたスポット形状が円形の検査用レーザー光線LB2aをスポット形状が環状のレーザー光線LB2bにする。なお、環状スポット形成手段82としては、環状の穴を備えたマスク部材を用いてもよい。上記第1のビームスプリッター83は、環状スポット形成手段82によってスポット形状が環状に形成されたレーザー光線LB2bを上記ダイクロックハーフミラー81に向けた第1の経路83aに導くとともに、ダイクロックハーフミラー81によって分光された後述する反射光を第2の経路83bに導く。
【0025】
図示の実施形態における高さ位置検出手段8は、第2の経路83bに配設され所定の径より大きい径の反射光の通過を規制するピンホール841を備えたピンホールマスク84と、該ピンホールマスク84を通過した反射光を第3の経路85aと第4の経路85bに分光する第2のビームスプリッター85と、該第2のビームスプリッター85によって第3の経路85aに分光された反射光を100%集光する集光レンズ86と、該集光レンズ86によって集光された反射光を受光する第1の受光素子87を具備している。第1の受光素子87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。なお、上記ピンホールマスク84に形成されたピンホール841は、その直径が例えば1mmに設定されている。また、図示の実施形態における高さ位置検出手段8は、第2のビームスプリッター85によって第4の経路85bに分光された反射光を受光する第2の受光素子88と、該第2の受光素子88が受光する反射光の受光領域を規制する受光領域規制手段89を具備している。受光領域規制手段89は、図示の実施形態においては第2のビームスプリッター85によって第4の経路85bに分光された反射光を一次元に集光するシリンドリカルレンズ891と、該シリンドリカルレンズ891によって一次元に集光された反射光を単位長さに規制する一次元マスク892とからなっている。該一次元マスク892を通過した反射光を受光する第2の受光素子88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。
【0026】
図示の実施形態における高さ位置検出手段8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3に示すように検査用レーザー光線発振手段80から発振された円形のスポット形状S1を有する検査用レーザー光線LB2aは、環状スポット形成手段8によって環状のスポット形状S2を有する検査用レーザー光線LB2bに形成される。即ち、環状スポット形成手段82は、直径が2mmのレーザー光線LB2aを例えば外径(D1)が10mm、内径(D2)が8mmの環状のレーザー光線LB2bに拡張するとともに、平行な光線に形成する。環状スポット形成手段82によって環状のスポット形状S2に形成された検査用レーザー光線LB2bは、図2に示すように第1のビームスプリッター83によって第1の経路83aに導かれ、ダイクロックハーフミラー81に達し、該ダイクロックハーフミラー81によって集光器7に向けて反射される。集光器7に向けて反射された検査用レーザー光線LB2bは、上記加工用パルスレーザー光線LB1と同様に方向変換ミラー71によって図2において下方に方向変換され、集光レンズ72によって集光される。
【0027】
上記のようにして環状のスポット形状S2に形成された検査用レーザー光線LB2bをチャックテーブル36に保持された被加工物Wの上面で照射する場合には、集光点位置調整手段53を作動して図4に示すように集光点Pbを被加工物Wの上面よりレーザー光線照射方向の上流側(上側)に位置するように調整する。この結果、環状のスポット形状S2に形成された検査用レーザー光線LB2bは、チャックテーブル36に保持された被加工物Wの上面に環状のスポット形状S3で照射され、環状のスポット形状S3の大きさで反射する(第1の反射光)。このとき、被加工物Wが透明性を有するサファイヤや石英によって形成されている場合には、検査用レーザー光線LB2bは被加工物Wを透過して下面に達し、環状のスポット形状S4の大きさで反射する(第2の反射光)。
【0028】
このように被加工物Wの上面で反射した環状スポット形状S3の第1の反射光と、被加工物Wの下面で反射した環状スポット形状S4の第2の反射光は、集光レンズ72、方向変換ミラー71、ダイクロックハーフミラー81を介して第1のビームスプリッター83に達する。図5に示すように第1のビームスプリッター83に達した環状スポット形状S3の第1の反射光LB2cと環状スポット形状S4の第2の反射光LB2dは、第1のビームスプリッター83によって第2の経路83bに分光され、ピンホールマスク84に達する。ピンホールマスク84に形成されたピンホール841は図示の実施形態においては例えば直径が1mmに設定されており、環状スポット形状S3の第1の反射光LB2cは通過するが、環状スポット形状S4の第2の反射光LB2dは遮断される。なお、ピンホールマスク84に形成されるピンホール841の直径は、被加工物Wの厚みや上記集光点Pbの位置等を考慮して、環状スポット形状S3の第1の反射光LB2cは通過するが環状スポット形状S4の第2の反射光LB2dは遮断する値に設定する。このように、被加工物Wの下面で反射した環状スポット形状S4の第2の反射光LB2dはピンホールマスク84によって遮断され、被加工物Wの上面で反射した環状スポット形状S3の第1の反射光LB2cだけがピンホールマスク84のピンホール841を通過することになる。
【0029】
上記のようにピンホールマスク84のピンホール841を通過した被加工物Wの上面で反射した環状スポット形状S3の第1の反射光LB2cは、図2に示すように第2のビームスプリッター85によって第3の経路85aと第4の経路85bに分光される。第3の経路85aに分光された環状スポット形状S3の第1の反射光LB2cは、集光レンズ86によって100%集光され第1の受光素子87に受光される。そして、第1の受光素子87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。一方、第4の経路に85bに分光された環状スポット形状S4の第2の反射光LB2dは、受光領域規制手段89のシリンドリカルレンズ891によって一次元に集光され、一次元マスク892によって所定の単位長さに規制されて第2の受光素子88に受光される。そして、第2の受光素子88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】
ここで、第1の受光素子87と第2の受光素子88によって受光される環状スポット形状S3の第1の反射光LB2cの受光量について説明する。
第1の受光素子87に受光される環状スポット形状S3の第1の反射光LB2cは、集光レンズ86によって100%集光されるので受光量は一定であり、第1の受光素子87から出力される電圧値(V1)は一定(例えば10V)となる。一方、第2の受光素子88によって受光される環状スポット形状S3の第1の反射光LB2cは、シリンドリカルレンズ891によって一次元に集光された後、一次元マスク892によって所定の単位長さに規制されて第2の受光素子88に受光されるので、図4に示すように検査用レーザー光線LB2bが被加工物Wの上面に照射される際に、集光器7の集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離、即ち被加工物Wの高さ位置(厚み)によって第2の受光素子88の受光量は変化する。従って、第2の受光素子88から出力される電圧値(V2)は、検査用レーザー光線LB2bが照射される被加工物Wの上面高さ位置によって変化する。
【0031】
例えば、図6の(a)に示すように被加工物Wの高さ位置が高く(被加工物Wの厚みが厚く)集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H)が小さい場合には、検査用レーザー光線LB2bは被加工物Wの上面に照射される環状のスポットS3aで反射する。この反射光は上述したように第2のビームスプリッター85によって第3の経路85aと第4の経路85bに分光されるが、第3の経路85aに分光された環状のスポットS3aの反射光は集光レンズ86によって100%集光されるので、反射光の全ての光量が第1の受光素子87に受光される。一方、第2のビームスプリッター85によって第4の経路85bに分光された環状のスポットS3aの反射光は、シリンドリカルレンズ891によって一次元に集光されるので断面が略長方形となる。このようにして断面が略長方形に絞られた反射光は、一次元マスク892によって所定の単位長さに規制されるので、第4の経路85bに分光された反射光の一部が第2の受光素子88によって受光されることになる。従って、第2の受光素子88に受光される反射光の光量は上述した第1の受光素子87に受光される光量より少なくなる。
【0032】
次に、図6の(b)に示すように被加工物Wの高さ位置が低く(被加工物Wの厚みが薄く)集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H)大きい場合には、検査用レーザー光線LB2bは被加工物Wの上面に照射される環状のスポットS3bで反射する。この環状のスポットS3bは上記環状のスポットS3aより大きい。この環状のスポットS3bの反射光は上述したように第2のビームスプリッター85によって第3の経路85aと第4の経路85bに分光されるが、第3の経路85aに分光された環状の面積S3bの反射光は集光レンズ86によって100%集光されるので、反射光の全ての光量が第1の受光素子87に受光される。一方、第2のビームスプリッター85によって第4の経路85bに分光された環状のスポットS3bの反射光は、シリンドリカルレンズ891によって一次元に集光されるので断面が略長方形となる。この略長方形の長辺の長さは、反射光の環状のスポットS3bが上記環状のスポットS3aより大きいので環状のスポットS3aの場合より長くなる。このようにして断面が略長方形に集光された反射光は、一次元マスク892によって所定の長さに区切られ一部が第2の受光素子88によって受光される。従って、第2の受光素子88によって受光される光量は、上記図6の(a)に示す場合より少なくなる。このように第2の受光素子88に受光される反射光の光量は、集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H)、即ち被加工物Wの高さ位置が高い(被加工物Wの厚みが厚い)程多く、集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H)、即ち被加工物Wの高さ位置が低い(被加工物Wの厚みが薄い)程少なくなる。
【0033】
ここで、上記第1の受光素子87から出力される電圧値(V1)と第2の受光素子88から出力される電圧値(V2)との比と、集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H)、即ち被加工物Wの高さ位置との関係について、図7に示す制御マップを参照して説明する。なお、図7において横軸は集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H)で、縦軸は第1の受光素子87から出力される電圧値(V1)と第2の受光素子88から出力される電圧値(V2)との比(V1/V2)を示している。図7に示す例においては、集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H)が30.0mmの場合上記電圧値の比(V1/V2)は“1”で、集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H)が30.6mmの場合上記電圧値の比(V1/V2)は“10”に設定されている。従って、上述したように第1の受光素子87から出力される電圧値(V1)と第2の受光素子88から出力される電圧値(V2)との比(V1/V2)を求め、この電圧値の比(V1/V2)を図7に示す制御マップに照合することにより、集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H)を求めることができる。なお、図7に示す制御マップは、後述する制御手段のメモリに格納される。
【0034】
図示の実施形態における高さ位置検出手段8は以上のように構成され、検査用レーザー光線発振手段80から発振された円形のスポット形状S1を有する検査用レーザー光線LB2aを環状スポット形成手段8によって環状のスポット形状S2を有する検査用レーザー光線LB2bに形成し、この環状のスポット形状S2を有する検査用レーザー光線LB2bを被加工物Wに照射する。従って、図4に示すように被加工物Wに照射された環状のスポット形状S2を有する検査用レーザー光線LB2bは、上面で環状のスポット形状S3で反射するとともに、被加工物Wが透明性を有する場合には下面で環状のスポット形状S4で反射する。そして、被加工物Wの下面で反射した環状スポット形状S4の第2の反射光LB2dはピンホールマスク84によって遮断し、ピンホールマスク84のピンホール841を通過した被加工物Wの上面で反射した環状スポット形状S3の第1の反射光LB2cに基いて受光量を検出するので、被加工物Wが透明性を有する場合であっても被加工物Wの上面位置を正確に検出することができる。
【0035】
図1に戻って説明を続けると、上記レーザー光線照射手段52を構成するケーシング521の先端部には、レーザー光線照射手段52によってレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段9が配設されている。この撮像手段9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機は、図8に示す制御手段10を具備している。制御手段10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)101と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ(ROM)102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)103と、入力インターフェース104および出力インターフェース105とを備えている。制御手段10の入力インターフェース104には、上記X軸方向位置検出手段374、Y軸方向位置検出手段384、集光点位置調整手段53、第1の受光素子87、第2の受光素子88および撮像手段9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105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6、検査用レーザー光線発振手段80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)103は、上述した図7に示す制御マップを格納する第1の記憶領域103a、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103b、後述する光デバイスウエーハ10の高さ位置を記憶する第3の記憶領域103cや他の記憶領域を備えている。
【0037】
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光デバイスウエーハ20の斜視図が示されている。図9に示すは、サファイヤウエーハからなっており、その表面20aに格子状に配列された複数のストリート201によって複数の領域が区画され、この区画された領域に発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイス202が形成されている。
【0038】
上述したレーザー加工機を用い、上記光デバイスウエーハ20の分割予定ライン201に沿ってレーザー光線を照射し、光デバイスウエーハ20の内部にストリート201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、光デバイスウエーハ20の内部に変質層を形成する際に、光デバイスウエーハ20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、上述した高さ位置検出装置8によってチャックテーブル36に保持された光デバイスウエーハ20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のチャックテーブル36上に高さ位置検出装置8の裏面20bを上にして載置し、該チャックテーブル36上に光デバイスウエーハ20を吸引保持する。光デバイスウエーハ20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9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9の直下に位置付けられると、撮像手段9および制御手段10によって光デバイスウエーハ20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9および制御手段10は、光デバイスウエーハ20の所定方向に形成されているストリート201と、該ストリート201に沿って光デバイスウエーハ20の高さを検出する高さ位置検出装置8の集光器7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、アライメントを遂行する。また、光デバイスウエーハ20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201に対しても、同様にアライメントが遂行される。このとき、光デバイスウエーハ20のストリート201が形成されている表面20aは下側に位置しているが、撮像手段9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20bから透かしてストリート201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上の光デバイスウエーハ20は、図10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10の(b)はチャックテーブル36即ち光デバイスウエーハ20を図10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10の(a)および図10の(b)に示す座標位置に位置付けられた状態における光デバイスウエーハ20に形成された各ストリート201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、上記ランダムアクセスメモリ(RAM)103の第2に記憶領域103b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光デバイスウエーハ20に形成されているストリート201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10の(a)において最上位のストリート201を集光器7の直下に位置付ける。そして、更に図11で示すようにストリート201の一端(図11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)を集光器7の直下に位置付ける。そして、高さ位置検出手段8を作動するとともに、チャックテーブル36を図11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、光デバイスウエーハ20の図10の(a)において最上位のストリート201における高さ位置(集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H))を上述したように検出することができる。この検出された高さ位置(集光レンズ72から被加工物Wの上面までの距離(H))は、上記ランダムアクセスメモリ(RAM)103の第2に記憶領域103bに格納されている座標値に対応して第3の記憶領域103cに格納される。このようにして、光デバイスウエーハ20に形成された全てのストリート201に沿って高さ位置検出工程を実施し、各ストリート201における高さ位置を上記ランダムアクセスメモリ(RAM)103の第3の記憶領域103cに格納する。
【0043】
以上のようにして光デバイスウエーハ20に形成された全てのストリート201に沿って高さ位置検出工程を実施したならば、光デバイスウエーハ20の内部にストリート201に沿って変質層を形成するレーザー加工を実施する。
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10の(a)において最上位のストリート201を集光器7の直下に位置付ける。そして、更に図12の(a)で示すようにストリート201の一端(図12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)を集光器7の直下に位置付ける。制御手段10は、集光点位置調整手段53を作動して集光器7から照射される加工用パルスレーザー光線LB1の集光点Paを光デバイスウエーハ20の裏面20b(上面)から所定の深さ位置に合わせる。次に、制御手段10は、加工用パルスレーザー光線発振手段6を作動し、集光器7から加工用パルスレーザー光線LB1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(加工工程)。そして、図12の(b)で示すように集光器7の照射位置がストリート201の他端(図12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。この加工工程においては、制御手段10はランダムアクセスメモリ(RAM)103の第3の記憶領域103cに格納されている光デバイスウエーハ20のストリート201におけるX座標値に対応した高さ位置に基いて、集光点位置調整手段53のパルスモータ532を制御し、図12の(b)で示すように集光器7を光デバイスウエーハ20のストリート201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、光デバイスウエーハ20の内部には、図12の(b)で示すように裏面20b(上面)から所定の深さ位置に裏面20b(上面)と平行に変質層210が形成される。
【0044】
なお、上記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、光デバイスウエーハ20の厚さが厚い場合には、図13に示すように集光点Paを段階的に変えて上述した加工工程を複数回実行することにより、複数の変質層210a、210b、210cを形成することが望ましい。この変質層210a、210b、210cの形成は、210a、210b、210c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、光デバイスウエーハ20の所定方向に延在する全てのストリート201に沿って上記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角に延びる各ストリート201に沿って上記加工工程を実行する。このようにして、光デバイスウエーハ20に形成された全てのストリート201に沿って上記加工工程を実行したならば、光デバイスウエーハ20を保持しているチャックテーブル36は、最初に光デバイスウエーハ20を吸引保持した位置に戻され、ここで光デバイスウエーハ20の吸引保持を解除する。そして、光デバイスウエーハ20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高さ位置検出装置をレーザー加工機に適用した例を示したが、本発明はチャックテーブルに保持された被加工物を加工する種々の加工機に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】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位置検出装置を装備したレーザー加工機の斜視図。
【図2】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位置検出装置の構成を示すブロック図。
【図3】図2に示す高さ位置検出装置を構成する環状スポット形成手段によって円形スポット形状のレーザー光線を環状スポット形状に形成する状態を示す説明図。
【図4】図2に示す高さ位置検出装置によって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状態を示す説明図。
【図5】図2に示す高さ位置検出装置を構成する第1のビームスプリッターによって分光された反射光の一部がピンホールマスクによって遮断されるとともに他の一部が通過する状態を示す説明図。
【図6】図2に示す高さ位置検出装置によってチャックテーブルに保持された厚みが異なる被加工物にレーザー光線を照射する状態を示す説明図。
【図7】図2に示す高さ位置検出装置を構成する第1の受光素子から出力される電圧値(V1)と第2の受光素子から出力される電圧値(V2)との比と、集光器から被加工物の上面までの距離との関係を示す制御マップ。
【図8】図2に示す高さ位置検出装置を構成する制御手段を示すブロック図。
【図9】被加工物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11】図1に示すレーザー加工機に装備された高さ位置検出装置によって実施される高さ位置検出工程の説明図。
【図12】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変質層を形成する加工工程の説明図。
【図13】被加工物の厚さが厚い場合の加工工程を示す説明図。
【符号の説明】
【0049】
1:レーザー加工機
2:静止基台
3:チャックテーブル機構
36:チャックテーブル
37:加工送り手段
374:X軸方向位置検出手段
38:第1の割り出し送り手段
384:Y軸方向位置検出手段
4:レーザー光線照射ユニット支持機構
42:可動支持基台
43:第2の割り出し送り手段
5:レーザー光線照射ユニット
6:加工用パルスレーザー光線発振手段
7:集光器
71:方向変換ミラー
72:集光レンズ
8:高さ位置検出装置
80:検査用レーザー光線発振手段
81:ダイクロックハーフミラー
82:環状スポット形成手段
83:第1のビームスプリッター
84:ピンホールマスク
85:第2のビームスプリッター
86:集光レンズ
87:第1の受光素子
88:第2の受光素子
89:受光領域規制手段
9:撮像手段
10:制御手段
20:半導体ウエーハ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
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検出するための高さ位置検出装置であって、
レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段によって発振されたレーザー光線のスポット形状を環状に形成する環状スポット形成手段と、該環状スポット形成手段によってスポット形状が環状に形成されたレーザー光線を第1の経路に導く第1のビームスプリッターと、該第1の経路に導かれたレーザー光線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集光器と、チャックテーブルに保持された被加工物で反射したレーザー光線が該第1のビームスプリッターによって分光される第2の経路に配設されたピンホールマスクと、該ピンホールマスクを通過した反射光を第3の経路と第4の経路に分光する第2のビームスプリッターと、該第2のビームスプリッターによって該第3の経路に分光された反射光を受光する第1の受光素子と、該第2のビームスプリッターによって該第4の経路に分光された反射光を受光する第2の受光素子と、該第4の経路に配設され該第2の受光素子が受光する反射光の受光領域を規制する受光領域規制手段と、該第1の受光素子が受光した光量と該第2の受光素子が受光した光量との比に基いて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高さ位置検出装置。
【請求項2】
該環状スポット形成手段は、レーザー光線の光軸に沿って所定の間隔を持って直列に配設された一対の円錐レンズによって構成されている、請求項1記載のチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置検出装置。
【請求項1】
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検出するための高さ位置検出装置であって、
レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段によって発振されたレーザー光線のスポット形状を環状に形成する環状スポット形成手段と、該環状スポット形成手段によってスポット形状が環状に形成されたレーザー光線を第1の経路に導く第1のビームスプリッターと、該第1の経路に導かれたレーザー光線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集光器と、チャックテーブルに保持された被加工物で反射したレーザー光線が該第1のビームスプリッターによって分光される第2の経路に配設されたピンホールマスクと、該ピンホールマスクを通過した反射光を第3の経路と第4の経路に分光する第2のビームスプリッターと、該第2のビームスプリッターによって該第3の経路に分光された反射光を受光する第1の受光素子と、該第2のビームスプリッターによって該第4の経路に分光された反射光を受光する第2の受光素子と、該第4の経路に配設され該第2の受光素子が受光する反射光の受光領域を規制する受光領域規制手段と、該第1の受光素子が受光した光量と該第2の受光素子が受光した光量との比に基いて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高さ位置検出装置。
【請求項2】
該環状スポット形成手段は、レーザー光線の光軸に沿って所定の間隔を持って直列に配設された一対の円錐レンズによって構成されている、請求項1記載のチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置検出装置。
【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2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2009−63446(P2009−63446A)
【公開日】平成21年3月26日(2009.3.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−231907(P2007−231907)
【出願日】平成19年9月6日(2007.9.6)
【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21年3月26日(2009.3.26)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年9月6日(2007.9.6)
【出願人】(000134051)株式会社ディスコ (2,397)
【Fターム(参考)】
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