レーザー光線のスポット形状検出方法
【課題】レーザ光線のスポット形状および集光点位置（焦点距離）を正確に検出することができるレーザ光線のスポッと形状検出方法を提供する。
【解決手段】X軸方向およびY軸方向に移動可能に構成されたテーブルの保持面にレーザ光線が照射されると発光する微小粒子からなる発光体を備えた検出基板を保持し、検出基板の発光体が位置する領域にレーザ光線発振手段によって発振され検出基板を加工することができない出力のレーザ光線を照射し、検出基板の発光体が位置する領域にレーザ光線を照射した状態でテーブルをX軸方向およびY軸方向に移動させつつ発光体によって発光された光の光強度を光検出器によって検出し、光強度検出工程において検出された発光体のｘ、ｙ座標値における光強度マップを作成し、さらに集光器をテーブル保持面に垂直なＺ軸方向における複数の検出位置において同様作業を実施してレーザ光線のスポット形状画像を作成する。
【解決手段】X軸方向およびY軸方向に移動可能に構成されたテーブルの保持面にレーザ光線が照射されると発光する微小粒子からなる発光体を備えた検出基板を保持し、検出基板の発光体が位置する領域にレーザ光線発振手段によって発振され検出基板を加工することができない出力のレーザ光線を照射し、検出基板の発光体が位置する領域にレーザ光線を照射した状態でテーブルをX軸方向およびY軸方向に移動させつつ発光体によって発光された光の光強度を光検出器によって検出し、光強度検出工程において検出された発光体のｘ、ｙ座標値における光強度マップを作成し、さらに集光器をテーブル保持面に垂直なＺ軸方向における複数の検出位置において同様作業を実施してレーザ光線のスポット形状画像を作成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー加工装置のレーザー光線発振手段から発振され集光器によって集光されるレーザー光線のスポット形状を検出するレーザー光線のスポット形状検出方法に関する。
【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形成された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。このように形成された半導体ウエーハを分割予定ライン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、サファイア基板や炭化珪素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】
上述したウエーハを分割予定ラインに沿って分割する方法として、ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を分割予定ラインに沿って照射することにより破断の起点となるレーザー加工溝を形成し、この破断の起点となるレーザー加工溝が形成された分割予定ラインに沿って外力を付与することにより割断する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、上述したウエーハを分割予定ライン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波長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改質層を連続的に形成し、この改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、ウエーハを破断して分割するものである。（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
しかるに、レーザー光線を集光する集光器は多数の凸レンズと凹レンズを組み合わせた組み合わせレンズによって構成されているため、またレーザー発振器から集光器に至るまでの光学系に歪みがあり、集光スポット形状が必ずしも円形等の意図した形状に集光されるとは限らない。レーザー光線の集光スポット形状および集光スポットの大きさが加工品質に影響を及ぼすことが判っており、このため、ウエーハ等の被加工物に照射されるレーザー光線のスポット形状および集光スポットの大きさを検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３０５４２０号公報
【特許文献２】特許第３４０８８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
而して、ウエーハ等の被加工物に照射されるレーザー光線のスポット形状および集光点位置の検出は、例えば曇りガラスにレーザー光線のスポットを位置付け、CCDカメラによって裏側からスポットを撮像する方法が実施されているが、曇りガラスの散乱光によって正確なスポット形状および集光点位置を検出することができないという問題がある。
【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、レーザー光線のスポット形状および集光点位置（焦点距離）を正確に検出することができるレーザー光線のスポッと形状検出方法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、レーザー光線発振手段によって発振され集光器によって集光されたレーザー光線のスポット形状を検出するレーザー光線のスポット形状検出方法であって、
X軸方向およびY軸方向に移動可能に構成されたテーブルの保持面にレーザー光線が照射されると発光する微小粒子からなる発光体を備えた検出基板を保持する検出基板保持工程と、
該テーブルに保持された該検出基板の該発光体が位置する領域に該レーザー光線発振手段によって発振され該検出基板および該発光体を加工することができない出力のレーザー光線を該集光器によって集光して照射するレーザー光線照射工程と、
該テーブルに保持された該検出基板の該発光体が位置する領域にレーザー光線を照射した状態で該テーブルを該集光器に対して相対的にX軸方向およびY軸方向に移動させつつ該発光体によって発光された光の光強度を光検出器によって検出する光強度検出工程と、
該光強度検出工程において検出された該発光体のx,y座標値における光強度マップを作成する光強度マップ作成工程と、を含み、
該集光器を該テーブル保持面に垂直なＺ軸方向における複数の検出位置において該光強度検出工程および該光強度マップ作成工程を実施し、該光強度マップ作成工程で作成された複数の光強度マップに基づいてレーザー光線のスポット形状画像を作成するスポット形状画像形成工程を含んでいる、
ことを特徴とするレーザー光線のスポット形状検出方法が提供される。
【００１０】
上記発光体は、発光体は、粒径が３０〜１００nmに設定されている。また、上記発光体は、単一蛍光粒子を用いることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法においては、X軸方向およびY軸方向に移動可能に構成されたテーブルの保持面にレーザー光線が照射されると発光する微小粒子からなる発光体を備えた検出基板を保持する検出基板保持工程と、テーブルに保持された該検出基板の発光体が位置する領域にレーザー光線発振手段によって発振され検出基板および発光体を加工することができない出力のレーザー光線を集光器によって集光して照射するレーザー光線照射工程と、テーブルに保持された検出基板の発光体が位置する領域にレーザー光線を照射した状態でテーブルをX軸方向およびY軸方向に移動させつつ発光体によって発光された光の光強度を光検出器によって検出する光強度検出工程と、光強度検出工程において検出された発光体のx,y座標値における光強度マップを作成する光強度マップ作成工程とを含み、集光器をテーブル保持面に垂直なＺ軸方向における複数の検出位置において光強度検出工程および光強度マップ作成工程を実施し、光強度マップ作成工程で作成された複数の光強度マップに基づいてレーザー光線のスポット形状画像を作成するスポット形状画像形成工程を含んでいるので、光強度マップに基づいてスポットの境界部である輪郭（スポット形状）を求めることができる。そして、集光器のテーブル保持面に垂直なＺ軸方向における複数の検出位置において検出されたスポットの大きさ（面積）が最小となるスポットが集光スポットとなり、集光スポットの大きさ（面積）を求めることができるとともに、集光器の焦点距離を正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法が実施されるレーザー加工装置の斜視図。
【図２】図1に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段のブロック構成図。
【図３】図1に示すレーザー加工装置のチャックテーブル機構を構成する支持テーブルに着脱可能に装着される光検出器のブロック構成図。
【図４】図1に示すレーザー加工装置に装備される制御手段のブロック構成図。
【図５】本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法における検出基板支持工程の説明図。
【図６】本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法における光強度検出工程の説明図。
【図７】本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法における光強度マップ作成工程で作成される光強度マップの一例を示す図。
【図８】本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法におけるスポット形状画像形成工程の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法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。
【００１４】
図１には、本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法を実施するためのレーザー加工装置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Ｘ軸方向に移動可能に配設され被計測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、該レーザー光線照射ユニット支持機構４にＸ軸方向およびY軸方向に対して垂直な矢印Ｚで示す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。
【００１５】
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、被加工物を保持する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計測物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、被計測物を保護テープを介して支持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。
【００１６】
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Ｘ軸方向移動手段３７を具備している。Ｘ軸方向移動手段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。
【００１７】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記チャックテーブル３６の移動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、図示の実施形態においては０．1μm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軸方向移動位置を検出する。
【００１８】
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Y軸方向移動手段３８を具備している。第１のY軸方向移動手段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。
【００１９】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記第２の滑動ブロック３３のY軸方向移動位置を検出するためのY軸方向移動位置検出手段３８４を備えている。Y軸方向移動位置検出手段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軸方向移動位置検出手段３８４の読み取りヘッド３８４bは、図示に実施形態においては０．1μm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の割り出し送り位置を検出する。
【００２０】
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Y軸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計測ユニット支持機構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Y軸方向移動手段４３を具備している。第２のY軸方向移動手段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。
【００２１】
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、Z軸方向に移動可能に支持される。
【００２２】
図示のレーザー光線照射手段５２は、上記ユニットホルダ５１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５２１を含んでいる。ケーシング５２１内には図２に示すようにレーザー光線発振手段５２２と出力調整手段５２３とが配設されている。このレーザー光線発振手段５２２および出力調整手段５２３は、後述する制御手段によって制御される。また、レーザー光線照射手段５２は、上記レーザー光線発振手段５２２から発振され出力調整５２３によって出力が調整されたレーザー光線を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物に照射する集光器５２４を具備している。この集光器５２４は、多数の凸レンズと凹レンズを組み合わせた組み合わせレンズによって構成されており、上記ケーシング５２１の先端部に装着されている。
【００２３】
図１に戻って説明を続けると、レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２の前端部には、上記集光器５２４から照射されるレーザー光線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５５が配設されている。この撮像手段５５は、被加工物を照明する照明手段と、該照明手段によって照明された領域を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた像を撮像する撮像素子（ＣＣＤ）等を備え、撮像した画像データを図示しない制御手段に送る。
【００２４】
図１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Z軸方向に移動させるためのZ軸方向移動手段５３を具備している。Z軸方向移動手段５３は、上記X軸方向移動手段３７や第１のY軸方向移動手段３８および第２のY軸方向移動手段４３と同様に一対の案内レール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５６２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とユニットハウジング５２を一対の案内レール４２３、４２３に沿ってZ軸方向に移動せしめる。
【００２５】
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５４を具備している。Z軸方向位置検出手段５４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５４a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５４aに沿って移動する読み取りヘッド５７bとからなっている。このZ軸方向位置検出手段５４の読み取りヘッド５４bは、図示の実施形態においては０．1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。また、レーザー光線照射ユニット５は、ユニットハウジング５２の前端部に配設され後述する被計測物の計測領域を撮像する撮像手段５５を備えている。この撮像手段５５は、撮像した画像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レーザー加工装置は、上記チャックテーブル機構３を構成する支持テーブル３５上に光検出器６が着脱可能に装着されるように構成されている。この光検出器６は、図３に示すようにチャックテーブル機構３を構成するチャックテーブル３６に保持された後述する検出基板に保持された発光体が発光する光の波長のみを透過するバンドパスフィルター６１と、該バンドパスフィルター６１を透過した光を結像する結像レンズ６２と、該結像レンズ６２で結像された光を受光して光強度信号を出力するホトマルチプラ６３とからなっている。このように構成された光検出器６は、チャックテーブル３６に保持された後述する検出基板に固定された発光体が発光した光を受光し、受光した光の強度に対応した電圧信号を後述する制御手段に送る。
【００２７】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、図４に示す制御手段７を具備している。制御手段７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）７１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）７２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）７３と、カウンター７４と、入力インターフェース７５および出力インターフェース７６とを備えている。制御手段７の入力インターフェース７５には、上記Ｘ軸方向位置検出手段３７４、Y軸方向移動量検出手段３８４、撮像手段５２４、光検出器６等からの検出信号が入力される。そして、制御手段７の出力インターフェース７６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、レーザー光線発振手段５２２、出力調整手段５２３、表示手段７０等に制御信号を出力する。
【００２８】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置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。
上述したレーザー加工装置におけるレーザー光線照射手段５２の集光器５２４から照射されるレーザー光線のスポット形状を検出するためには、図５に示すように環状のフレームFに装着された粘着テープTの表面に検出基板８を貼着する（検出基板支持工程）。検出基板８は図示の実施形態においてはガラス基板によって円形に形成されており、その表面（上面）における中心部にレーザー光線が照射されると発光する発光体９が固定されている。発光体９は、粒径が３０〜１００nmの単一蛍光粒子が用いられる。このような単一蛍光粒子としては、蛍光シリカナノ粒子を用いることができる。
【００２９】
上述した検出基板支持工程を実施したならば、上記図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上に検出基板８が貼着された粘着テープT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、粘着テープTを介して検出基板８をチャックテーブル３６上に吸引保持する（検出基板保持工程）。このようにして、検出基板８が貼着されている粘着テープTを装着した環状のフレームＦは、チャックテーブル３６に配設されたクランプ３６２によって固定される。このようにして、検出基板８を粘着テープTを介して吸引保持したチャックテーブル３６は、Ｘ軸方向移動手段３７および第１のY軸方向移動手段３８を作動してチャックテーブル３６の中心位置をレーザー光線照射手段５２の集光器５２４の直下に位置付ける。
【００３０】
チャックテーブル３６の中心位置をレーザー光線照射手段５２の集光器５２４の直下に位置付けたならば、レーザー光線照射手段５２を作動して集光器５２４からチャックテーブル３６に保持された検出基板８に固定された発光体９が位置する領域にレーザー光線を照射する。このようにして照射されたレーザー光線は、検出基板８および発光体９を加工することができない出力（例えば０．０１W）に設定されている（レーザー光線照射工程）。
【００３１】
次に、Z軸方向移動手段５３を作動してレーザー光線照射手段５２の集光器５２４をZ軸方向に移動し、集光器５２４によって集光されるレーザー光線の集光点がチャックテーブル３６に保持された検出基板８の表面（上面）より設計値として所定量高い第１の検出位置（Z1）に位置付ける。そして、チャックテーブル３６に保持された検出基板８に固定された発光体９が位置する領域にレーザー光線を照射した状態でチャックテーブル３６をX軸方向およびY軸方向に移動させつつ発光体９が発光する光の光強度を光検出器６によって検出する光強度検出工程を実施する。この光強度検出工程について、図６を参照して説明する。図６には、レーザー光線照射手段５２の集光器５２４から検出基板８に照射されたレーザー光線のスポットSと、検出基板８に固定された発光体９が誇張した状態で示されている。即ち、制御手段７は、Ｘ軸方向移動手段３７および第１のY軸方向移動手段３８を作動してチャックテーブル３６をX軸方向およびY軸方向に移動するとともに、Ｘ軸方向位置検出手段３７４およびY軸方向移動位置検出手段３８４からの検出信号に基づいてチャックテーブル３６に保持された検出基板８に固定された発光体９を例えば(x1,y1)の座標値に位置付ける。そして、Ｘ軸方向移動手段３７を作動してチャックテーブル３６を(xn,y1)の座標値まで移動する。このチャックテーブル３６の移動は、発光体９がレーザー光線のスポットSが位置していない領域からスポットSが位置している領域を通過してスポットSが位置していない領域に至る。このようにして移動する発光体９は、レーザー光線のスポットSが位置していない領域ではレーザー光線が照射されないので発光せず、スポットSが位置していない領域ではレーザー光線が照射されるので高い光強度で発光する。そして発光体９は、スポットSの境界部においては部分的にレーザー光線が照射されるので比較的低い光強度で発光する。このようにして発光体９が移動する際に、光検出器６は発光体９が発光する光を受光し、その光強度信号を制御手段７に送る。制御手段７は、光検出器６からの光強度信号とY軸方向移動位置検出手段３８４およびY軸方向移動位置検出手段３８４から検出信号に基づいて０．1μm毎の座標値に対応した光強度をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３に格納する。
【００３２】
上述したように、(x1,y1)座標値から(xn,y1)座標値まで走査したならば、Ｘ軸方向移動手段３７および第１のY軸方向移動手段３８を作動してチャックテーブル３６をX軸方向およびY軸方向に移動するとともに、Ｘ軸方向位置検出手段３７４およびY軸方向移動位置検出手段３８４からの検出信号に基づいてチャックテーブル３６に保持された検出基板８に固定された発光体９を例えば(x1,y2)の座標値に位置付ける。そして、Ｘ軸方向移動手段３７を作動してチャックテーブル３６を(xn,y2)の座標値まで移動する。このようにして発光体９が移動する際に、光検出器６は上述したように発光体９が発光する光を受光し、その光強度信号を制御手段７に送る。制御手段７は、光検出器６からの光強度信号とY軸方向移動位置検出手段３８４およびY軸方向移動位置検出手段３８４から検出信号に基づいて０．1μm毎の座標値に対応した光強度をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３に格納する。次に制御手段７は、(x1,y3)座標値から(xn,y3)座標値まで走査し、以後順次(x1,yn)座標値から(xn,yn)座標値まで走査して、光検出器６によって検出された各(x,y)座標値における発光体９が発光する光の光強度をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３に格納する。
【００３３】
以上のようにして第１の検出位置（Z1）における(x1,y1)座標値から(xn,yn)座標値までの光強度検出工程を実施したならば、制御手段７は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３に格納された各(x,y)座標値における発光体９が発光する光の光強度に基づいて、例えば図７に示すように第１の検出位置（Z1）の各(x,y)座標値における光強度マップを作成し、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３に格納する（光強度マップ作成工程）。
【００３４】
上述したように第１の検出位置（Z1）における光強度検出工程および光強度マップ作成工程を実施したならば、制御手段７はZ軸方向移動手段５３を作動してレーザー光線照射手段５２の集光器５２４をZ軸方向に０．1μm下降せしめ、集光器５２４を第２の検出位置（Z2）に位置付ける。そして、第２の検出位置（Z2）において、上記光強度検出工程および光強度マップ作成工程を実施する。以後、Z軸方向移動手段５３を作動してレーザー光線照射手段５２の集光器５２４をZ軸方向に０．1μmづつ下降し、第３の検出位置（Z3）、第４の検出位置（Z4）、第５の検出位置（Z5）においてそれぞれ上述した光強度検出工程および光強度マップ作成工程する。
【００３５】
次に、制御手段７は、上記各検出位置（Z1〜Z5）における光強度マップに基づいてレーザー光線のスポット形状画像を作成する（スポット形状画像形成工程）。このスポット形状画像形成工程においては、上述したようにスポットSの境界部においては発光体９は部分的にレーザー光線が照射されるので比較的低い光強度で発光するので、この比較的低い光強度の(x,y)座標値に基づいてスポットSの輪郭を求めることができる。図８には、スポット形状画像形成工程によって求められた各検出位置（Z1〜Z5）におけるスポットSの輪郭が示されており、この画像が表示手段７０に表示される。従って、表示手段７０に表示されたスポットSの輪郭に基づいてスポット形状を確認することができる。なお、図８においては、第３の検出位置（Z3）においてスポットSの大きさ（面積）が最小となっている。従って、第３の検出位置（Z3）におけるスポットSが集光スポットとなり、集光スポットの大きさ（面積）を求めることができるとともに、集光器５２４の焦点距離を正確に求めることができる。なお、図８に示す実施形態においては、第１の検出位置（Z1）および第２の検出位置（Z2）の画像は集光器５２４が焦点距離より高い位置に位置付けられた状態を示し、第４の検出位置（Z4）および第５の検出位置（Z5）の画像は集光器５２４が焦点距離より低い位置に位置付けられた状態を示している。なお、上述したスポット形状画像形成工程において作成されたスポット形状が設定された形状と異なる場合には、加工品質に影響を及ぼすので、集光器を交換したり組レンズ等の光学系の修正を行う。
【符号の説明】
【００３６】
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：Ｘ軸方向移動手段
３７４：Ｘ軸方向位置検出手段
３８：第１のY軸方向移動手段
３８４：Y軸方向移動量検出手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４３：第２のY軸方向移動手段
５：レーザー光線照射ユニット
５２：レーザー光線照射手段
５２４：集光器
５３：Z軸方向移動手段
５４：Z軸方向位置検出手段
６：光検出器
７：制御手段
７０：表示手段
８：検出基板
９：発光体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー加工装置のレーザー光線発振手段から発振され集光器によって集光されるレーザー光線のスポット形状を検出するレーザー光線のスポット形状検出方法に関する。
【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形成された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。このように形成された半導体ウエーハを分割予定ライン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、サファイア基板や炭化珪素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】
上述したウエーハを分割予定ラインに沿って分割する方法として、ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を分割予定ラインに沿って照射することにより破断の起点となるレーザー加工溝を形成し、この破断の起点となるレーザー加工溝が形成された分割予定ラインに沿って外力を付与することにより割断する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、上述したウエーハを分割予定ライン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波長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改質層を連続的に形成し、この改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、ウエーハを破断して分割するものである。（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
しかるに、レーザー光線を集光する集光器は多数の凸レンズと凹レンズを組み合わせた組み合わせレンズによって構成されているため、またレーザー発振器から集光器に至るまでの光学系に歪みがあり、集光スポット形状が必ずしも円形等の意図した形状に集光されるとは限らない。レーザー光線の集光スポット形状および集光スポットの大きさが加工品質に影響を及ぼすことが判っており、このため、ウエーハ等の被加工物に照射されるレーザー光線のスポット形状および集光スポットの大きさを検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３０５４２０号公報
【特許文献２】特許第３４０８８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
而して、ウエーハ等の被加工物に照射されるレーザー光線のスポット形状および集光点位置の検出は、例えば曇りガラスにレーザー光線のスポットを位置付け、CCDカメラによって裏側からスポットを撮像する方法が実施されているが、曇りガラスの散乱光によって正確なスポット形状および集光点位置を検出することができないという問題がある。
【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、レーザー光線のスポット形状および集光点位置（焦点距離）を正確に検出することができるレーザー光線のスポッと形状検出方法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、レーザー光線発振手段によって発振され集光器によって集光されたレーザー光線のスポット形状を検出するレーザー光線のスポット形状検出方法であって、
X軸方向およびY軸方向に移動可能に構成されたテーブルの保持面にレーザー光線が照射されると発光する微小粒子からなる発光体を備えた検出基板を保持する検出基板保持工程と、
該テーブルに保持された該検出基板の該発光体が位置する領域に該レーザー光線発振手段によって発振され該検出基板および該発光体を加工することができない出力のレーザー光線を該集光器によって集光して照射するレーザー光線照射工程と、
該テーブルに保持された該検出基板の該発光体が位置する領域にレーザー光線を照射した状態で該テーブルを該集光器に対して相対的にX軸方向およびY軸方向に移動させつつ該発光体によって発光された光の光強度を光検出器によって検出する光強度検出工程と、
該光強度検出工程において検出された該発光体のx,y座標値における光強度マップを作成する光強度マップ作成工程と、を含み、
該集光器を該テーブル保持面に垂直なＺ軸方向における複数の検出位置において該光強度検出工程および該光強度マップ作成工程を実施し、該光強度マップ作成工程で作成された複数の光強度マップに基づいてレーザー光線のスポット形状画像を作成するスポット形状画像形成工程を含んでいる、
ことを特徴とするレーザー光線のスポット形状検出方法が提供される。
【００１０】
上記発光体は、発光体は、粒径が３０〜１００nmに設定されている。また、上記発光体は、単一蛍光粒子を用いることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法においては、X軸方向およびY軸方向に移動可能に構成されたテーブルの保持面にレーザー光線が照射されると発光する微小粒子からなる発光体を備えた検出基板を保持する検出基板保持工程と、テーブルに保持された該検出基板の発光体が位置する領域にレーザー光線発振手段によって発振され検出基板および発光体を加工することができない出力のレーザー光線を集光器によって集光して照射するレーザー光線照射工程と、テーブルに保持された検出基板の発光体が位置する領域にレーザー光線を照射した状態でテーブルをX軸方向およびY軸方向に移動させつつ発光体によって発光された光の光強度を光検出器によって検出する光強度検出工程と、光強度検出工程において検出された発光体のx,y座標値における光強度マップを作成する光強度マップ作成工程とを含み、集光器をテーブル保持面に垂直なＺ軸方向における複数の検出位置において光強度検出工程および光強度マップ作成工程を実施し、光強度マップ作成工程で作成された複数の光強度マップに基づいてレーザー光線のスポット形状画像を作成するスポット形状画像形成工程を含んでいるので、光強度マップに基づいてスポットの境界部である輪郭（スポット形状）を求めることができる。そして、集光器のテーブル保持面に垂直なＺ軸方向における複数の検出位置において検出されたスポットの大きさ（面積）が最小となるスポットが集光スポットとなり、集光スポットの大きさ（面積）を求めることができるとともに、集光器の焦点距離を正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法が実施されるレーザー加工装置の斜視図。
【図２】図1に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段のブロック構成図。
【図３】図1に示すレーザー加工装置のチャックテーブル機構を構成する支持テーブルに着脱可能に装着される光検出器のブロック構成図。
【図４】図1に示すレーザー加工装置に装備される制御手段のブロック構成図。
【図５】本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法における検出基板支持工程の説明図。
【図６】本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法における光強度検出工程の説明図。
【図７】本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法における光強度マップ作成工程で作成される光強度マップの一例を示す図。
【図８】本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法におけるスポット形状画像形成工程の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法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。
【００１４】
図１には、本発明によるレーザー光線のスポット形状検出方法を実施するためのレーザー加工装置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Ｘ軸方向に移動可能に配設され被計測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、該レーザー光線照射ユニット支持機構４にＸ軸方向およびY軸方向に対して垂直な矢印Ｚで示す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。
【００１５】
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、被加工物を保持する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計測物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、被計測物を保護テープを介して支持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。
【００１６】
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Ｘ軸方向移動手段３７を具備している。Ｘ軸方向移動手段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。
【００１７】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記チャックテーブル３６の移動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、図示の実施形態においては０．1μm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軸方向移動位置を検出する。
【００１８】
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Y軸方向移動手段３８を具備している。第１のY軸方向移動手段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。
【００１９】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記第２の滑動ブロック３３のY軸方向移動位置を検出するためのY軸方向移動位置検出手段３８４を備えている。Y軸方向移動位置検出手段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軸方向移動位置検出手段３８４の読み取りヘッド３８４bは、図示に実施形態においては０．1μm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の割り出し送り位置を検出する。
【００２０】
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Y軸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計測ユニット支持機構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Y軸方向移動手段４３を具備している。第２のY軸方向移動手段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。
【００２１】
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、Z軸方向に移動可能に支持される。
【００２２】
図示のレーザー光線照射手段５２は、上記ユニットホルダ５１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５２１を含んでいる。ケーシング５２１内には図２に示すようにレーザー光線発振手段５２２と出力調整手段５２３とが配設されている。このレーザー光線発振手段５２２および出力調整手段５２３は、後述する制御手段によって制御される。また、レーザー光線照射手段５２は、上記レーザー光線発振手段５２２から発振され出力調整５２３によって出力が調整されたレーザー光線を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物に照射する集光器５２４を具備している。この集光器５２４は、多数の凸レンズと凹レンズを組み合わせた組み合わせレンズによって構成されており、上記ケーシング５２１の先端部に装着されている。
【００２３】
図１に戻って説明を続けると、レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２の前端部には、上記集光器５２４から照射されるレーザー光線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５５が配設されている。この撮像手段５５は、被加工物を照明する照明手段と、該照明手段によって照明された領域を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた像を撮像する撮像素子（ＣＣＤ）等を備え、撮像した画像データを図示しない制御手段に送る。
【００２４】
図１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Z軸方向に移動させるためのZ軸方向移動手段５３を具備している。Z軸方向移動手段５３は、上記X軸方向移動手段３７や第１のY軸方向移動手段３８および第２のY軸方向移動手段４３と同様に一対の案内レール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５６２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とユニットハウジング５２を一対の案内レール４２３、４２３に沿ってZ軸方向に移動せしめる。
【００２５】
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５４を具備している。Z軸方向位置検出手段５４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５４a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５４aに沿って移動する読み取りヘッド５７bとからなっている。このZ軸方向位置検出手段５４の読み取りヘッド５４bは、図示の実施形態においては０．1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。また、レーザー光線照射ユニット５は、ユニットハウジング５２の前端部に配設され後述する被計測物の計測領域を撮像する撮像手段５５を備えている。この撮像手段５５は、撮像した画像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レーザー加工装置は、上記チャックテーブル機構３を構成する支持テーブル３５上に光検出器６が着脱可能に装着されるように構成されている。この光検出器６は、図３に示すようにチャックテーブル機構３を構成するチャックテーブル３６に保持された後述する検出基板に保持された発光体が発光する光の波長のみを透過するバンドパスフィルター６１と、該バンドパスフィルター６１を透過した光を結像する結像レンズ６２と、該結像レンズ６２で結像された光を受光して光強度信号を出力するホトマルチプラ６３とからなっている。このように構成された光検出器６は、チャックテーブル３６に保持された後述する検出基板に固定された発光体が発光した光を受光し、受光した光の強度に対応した電圧信号を後述する制御手段に送る。
【００２７】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、図４に示す制御手段７を具備している。制御手段７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）７１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）７２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）７３と、カウンター７４と、入力インターフェース７５および出力インターフェース７６とを備えている。制御手段７の入力インターフェース７５には、上記Ｘ軸方向位置検出手段３７４、Y軸方向移動量検出手段３８４、撮像手段５２４、光検出器６等からの検出信号が入力される。そして、制御手段７の出力インターフェース７６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、レーザー光線発振手段５２２、出力調整手段５２３、表示手段７０等に制御信号を出力する。
【００２８】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置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。
上述したレーザー加工装置におけるレーザー光線照射手段５２の集光器５２４から照射されるレーザー光線のスポット形状を検出するためには、図５に示すように環状のフレームFに装着された粘着テープTの表面に検出基板８を貼着する（検出基板支持工程）。検出基板８は図示の実施形態においてはガラス基板によって円形に形成されており、その表面（上面）における中心部にレーザー光線が照射されると発光する発光体９が固定されている。発光体９は、粒径が３０〜１００nmの単一蛍光粒子が用いられる。このような単一蛍光粒子としては、蛍光シリカナノ粒子を用いることができる。
【００２９】
上述した検出基板支持工程を実施したならば、上記図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上に検出基板８が貼着された粘着テープT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、粘着テープTを介して検出基板８をチャックテーブル３６上に吸引保持する（検出基板保持工程）。このようにして、検出基板８が貼着されている粘着テープTを装着した環状のフレームＦは、チャックテーブル３６に配設されたクランプ３６２によって固定される。このようにして、検出基板８を粘着テープTを介して吸引保持したチャックテーブル３６は、Ｘ軸方向移動手段３７および第１のY軸方向移動手段３８を作動してチャックテーブル３６の中心位置をレーザー光線照射手段５２の集光器５２４の直下に位置付ける。
【００３０】
チャックテーブル３６の中心位置をレーザー光線照射手段５２の集光器５２４の直下に位置付けたならば、レーザー光線照射手段５２を作動して集光器５２４からチャックテーブル３６に保持された検出基板８に固定された発光体９が位置する領域にレーザー光線を照射する。このようにして照射されたレーザー光線は、検出基板８および発光体９を加工することができない出力（例えば０．０１W）に設定されている（レーザー光線照射工程）。
【００３１】
次に、Z軸方向移動手段５３を作動してレーザー光線照射手段５２の集光器５２４をZ軸方向に移動し、集光器５２４によって集光されるレーザー光線の集光点がチャックテーブル３６に保持された検出基板８の表面（上面）より設計値として所定量高い第１の検出位置（Z1）に位置付ける。そして、チャックテーブル３６に保持された検出基板８に固定された発光体９が位置する領域にレーザー光線を照射した状態でチャックテーブル３６をX軸方向およびY軸方向に移動させつつ発光体９が発光する光の光強度を光検出器６によって検出する光強度検出工程を実施する。この光強度検出工程について、図６を参照して説明する。図６には、レーザー光線照射手段５２の集光器５２４から検出基板８に照射されたレーザー光線のスポットSと、検出基板８に固定された発光体９が誇張した状態で示されている。即ち、制御手段７は、Ｘ軸方向移動手段３７および第１のY軸方向移動手段３８を作動してチャックテーブル３６をX軸方向およびY軸方向に移動するとともに、Ｘ軸方向位置検出手段３７４およびY軸方向移動位置検出手段３８４からの検出信号に基づいてチャックテーブル３６に保持された検出基板８に固定された発光体９を例えば(x1,y1)の座標値に位置付ける。そして、Ｘ軸方向移動手段３７を作動してチャックテーブル３６を(xn,y1)の座標値まで移動する。このチャックテーブル３６の移動は、発光体９がレーザー光線のスポットSが位置していない領域からスポットSが位置している領域を通過してスポットSが位置していない領域に至る。このようにして移動する発光体９は、レーザー光線のスポットSが位置していない領域ではレーザー光線が照射されないので発光せず、スポットSが位置していない領域ではレーザー光線が照射されるので高い光強度で発光する。そして発光体９は、スポットSの境界部においては部分的にレーザー光線が照射されるので比較的低い光強度で発光する。このようにして発光体９が移動する際に、光検出器６は発光体９が発光する光を受光し、その光強度信号を制御手段７に送る。制御手段７は、光検出器６からの光強度信号とY軸方向移動位置検出手段３８４およびY軸方向移動位置検出手段３８４から検出信号に基づいて０．1μm毎の座標値に対応した光強度をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３に格納する。
【００３２】
上述したように、(x1,y1)座標値から(xn,y1)座標値まで走査したならば、Ｘ軸方向移動手段３７および第１のY軸方向移動手段３８を作動してチャックテーブル３６をX軸方向およびY軸方向に移動するとともに、Ｘ軸方向位置検出手段３７４およびY軸方向移動位置検出手段３８４からの検出信号に基づいてチャックテーブル３６に保持された検出基板８に固定された発光体９を例えば(x1,y2)の座標値に位置付ける。そして、Ｘ軸方向移動手段３７を作動してチャックテーブル３６を(xn,y2)の座標値まで移動する。このようにして発光体９が移動する際に、光検出器６は上述したように発光体９が発光する光を受光し、その光強度信号を制御手段７に送る。制御手段７は、光検出器６からの光強度信号とY軸方向移動位置検出手段３８４およびY軸方向移動位置検出手段３８４から検出信号に基づいて０．1μm毎の座標値に対応した光強度をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３に格納する。次に制御手段７は、(x1,y3)座標値から(xn,y3)座標値まで走査し、以後順次(x1,yn)座標値から(xn,yn)座標値まで走査して、光検出器６によって検出された各(x,y)座標値における発光体９が発光する光の光強度をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３に格納する。
【００３３】
以上のようにして第１の検出位置（Z1）における(x1,y1)座標値から(xn,yn)座標値までの光強度検出工程を実施したならば、制御手段７は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３に格納された各(x,y)座標値における発光体９が発光する光の光強度に基づいて、例えば図７に示すように第１の検出位置（Z1）の各(x,y)座標値における光強度マップを作成し、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３に格納する（光強度マップ作成工程）。
【００３４】
上述したように第１の検出位置（Z1）における光強度検出工程および光強度マップ作成工程を実施したならば、制御手段７はZ軸方向移動手段５３を作動してレーザー光線照射手段５２の集光器５２４をZ軸方向に０．1μm下降せしめ、集光器５２４を第２の検出位置（Z2）に位置付ける。そして、第２の検出位置（Z2）において、上記光強度検出工程および光強度マップ作成工程を実施する。以後、Z軸方向移動手段５３を作動してレーザー光線照射手段５２の集光器５２４をZ軸方向に０．1μmづつ下降し、第３の検出位置（Z3）、第４の検出位置（Z4）、第５の検出位置（Z5）においてそれぞれ上述した光強度検出工程および光強度マップ作成工程する。
【００３５】
次に、制御手段７は、上記各検出位置（Z1〜Z5）における光強度マップに基づいてレーザー光線のスポット形状画像を作成する（スポット形状画像形成工程）。このスポット形状画像形成工程においては、上述したようにスポットSの境界部においては発光体９は部分的にレーザー光線が照射されるので比較的低い光強度で発光するので、この比較的低い光強度の(x,y)座標値に基づいてスポットSの輪郭を求めることができる。図８には、スポット形状画像形成工程によって求められた各検出位置（Z1〜Z5）におけるスポットSの輪郭が示されており、この画像が表示手段７０に表示される。従って、表示手段７０に表示されたスポットSの輪郭に基づいてスポット形状を確認することができる。なお、図８においては、第３の検出位置（Z3）においてスポットSの大きさ（面積）が最小となっている。従って、第３の検出位置（Z3）におけるスポットSが集光スポットとなり、集光スポットの大きさ（面積）を求めることができるとともに、集光器５２４の焦点距離を正確に求めることができる。なお、図８に示す実施形態においては、第１の検出位置（Z1）および第２の検出位置（Z2）の画像は集光器５２４が焦点距離より高い位置に位置付けられた状態を示し、第４の検出位置（Z4）および第５の検出位置（Z5）の画像は集光器５２４が焦点距離より低い位置に位置付けられた状態を示している。なお、上述したスポット形状画像形成工程において作成されたスポット形状が設定された形状と異なる場合には、加工品質に影響を及ぼすので、集光器を交換したり組レンズ等の光学系の修正を行う。
【符号の説明】
【００３６】
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：Ｘ軸方向移動手段
３７４：Ｘ軸方向位置検出手段
３８：第１のY軸方向移動手段
３８４：Y軸方向移動量検出手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４３：第２のY軸方向移動手段
５：レーザー光線照射ユニット
５２：レーザー光線照射手段
５２４：集光器
５３：Z軸方向移動手段
５４：Z軸方向位置検出手段
６：光検出器
７：制御手段
７０：表示手段
８：検出基板
９：発光体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光線発振手段によって発振され集光器によって集光されたレーザー光線のスポット形状を検出するレーザー光線のスポット形状検出方法であって、
X軸方向およびY軸方向に移動可能に構成されたテーブルの保持面にレーザー光線が照射されると発光する微小粒子からなる発光体を備えた検出基板を保持する検出基板保持工程と、
該テーブルに保持された該検出基板の該発光体が位置する領域に該レーザー光線発振手段によって発振され該検出基板および該発光体を加工することができない出力のレーザー光線を該集光器によって集光して照射するレーザー光線照射工程と、
該テーブルに保持された該検出基板の該発光体が位置する領域にレーザー光線を照射した状態で該テーブルを該集光器に対して相対的にX軸方向およびY軸方向に移動させつつ該発光体によって発光された光の光強度を光検出器によって検出する光強度検出工程と、
該光強度検出工程において検出された該発光体のx,y座標値における光強度マップを作成する光強度マップ作成工程と、を含み、
該集光器を該テーブル保持面に垂直なＺ軸方向における複数の検出位置において該光強度検出工程および該光強度マップ作成工程を実施し、該光強度マップ作成工程で作成された複数の光強度マップに基づいてレーザー光線のスポット形状画像を作成するスポット形状画像形成工程を含んでいる、
ことを特徴とするレーザー光線のスポット形状検出方法。
【請求項２】
該発光体は、粒径が３０〜１００nmに設定されている、請求項１記載のレーザー光線のスポット形状検出方法。
【請求項３】
該発光体は、単一蛍光粒子が用いられる、請求項１又は２記載のレーザー光線のスポット形状検出方法。
【請求項１】
レーザー光線発振手段によって発振され集光器によって集光されたレーザー光線のスポット形状を検出するレーザー光線のスポット形状検出方法であって、
X軸方向およびY軸方向に移動可能に構成されたテーブルの保持面にレーザー光線が照射されると発光する微小粒子からなる発光体を備えた検出基板を保持する検出基板保持工程と、
該テーブルに保持された該検出基板の該発光体が位置する領域に該レーザー光線発振手段によって発振され該検出基板および該発光体を加工することができない出力のレーザー光線を該集光器によって集光して照射するレーザー光線照射工程と、
該テーブルに保持された該検出基板の該発光体が位置する領域にレーザー光線を照射した状態で該テーブルを該集光器に対して相対的にX軸方向およびY軸方向に移動させつつ該発光体によって発光された光の光強度を光検出器によって検出する光強度検出工程と、
該光強度検出工程において検出された該発光体のx,y座標値における光強度マップを作成する光強度マップ作成工程と、を含み、
該集光器を該テーブル保持面に垂直なＺ軸方向における複数の検出位置において該光強度検出工程および該光強度マップ作成工程を実施し、該光強度マップ作成工程で作成された複数の光強度マップに基づいてレーザー光線のスポット形状画像を作成するスポット形状画像形成工程を含んでいる、
ことを特徴とするレーザー光線のスポット形状検出方法。
【請求項２】
該発光体は、粒径が３０〜１００nmに設定されている、請求項１記載のレーザー光線のスポット形状検出方法。
【請求項３】
該発光体は、単一蛍光粒子が用いられる、請求項１又は２記載のレーザー光線のスポット形状検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−２２６３４（Ｐ２０１３−２２６３４Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６２０８９（Ｐ２０１１−１６２０８９）
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【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２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
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