レーザー加工装置
【課題】被加工物の厚みにバラツキがあっても、深さが均一なレーザー加工溝を形成することができるレーザー加工装置を提供する。
【解決手段】レーザー光線照射手段と、チャックテーブルの加工送り手段と、チャックテーブルの割り出し送り手段と、チャックテーブルのX軸方向位置（X座標）検出手段と、チャックテーブルのY軸方向位置（Y座標）検出手段とを具備するレーザー加工装置であって、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手段と、X軸方向位置検出手段およびY軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいて出力調整手段を制御する制御手段とを具備し、制御手段は高さ位置検出手段とX軸方向位置検出手段およびY軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいてチャックテーブルに保持された被加工物のXY座標における高さ位置情報を記憶する記憶手段を具備し、記憶手段に記憶された高さ位置情報に基づいて出力調整手段を制御する。
【解決手段】レーザー光線照射手段と、チャックテーブルの加工送り手段と、チャックテーブルの割り出し送り手段と、チャックテーブルのX軸方向位置（X座標）検出手段と、チャックテーブルのY軸方向位置（Y座標）検出手段とを具備するレーザー加工装置であって、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手段と、X軸方向位置検出手段およびY軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいて出力調整手段を制御する制御手段とを具備し、制御手段は高さ位置検出手段とX軸方向位置検出手段およびY軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいてチャックテーブルに保持された被加工物のXY座標における高さ位置情報を記憶する記憶手段を具備し、記憶手段に記憶された高さ位置情報に基づいて出力調整手段を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャックテーブルに保持された板状の被加工物に所定の加工予定ラインに沿ってレーザー加工を施すレーザー加工装置に関する。
【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基板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（加工予定ライン）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フォトダイオード等の受光素子やレーザーダイオード等の発光素子等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々のフォトダイオード、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ウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハ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破断する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０５４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
而して、半導体ウエーハ等の板状の被加工物にはウネリがあり、その厚みにバラツキがあるため、深さが均一なレーザー加工溝を形成することができない。即ち、被加工物の厚みにバラツキがあると、照射するレーザー光線の集光点が被加工物の被加工面から厚み方向において異なるため、集光点が適正に位置付けられていない領域においてはレーザー加工溝の深さが浅くなってしまい、深さが均一なレーザー加工溝を形成することができない。
【０００６】
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、被加工物の厚みにバラツキがあっても、深さが均一なレーザー加工溝を形成することができるレーザー加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記主たる技術的課題を解決するため、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の保持面に保持された被加工物にレーザー光線を照射する集光器および該集光器から照射するレーザー光線の出力を調整する出力調整手段を備えたレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送り方向（X軸方向）に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送り方向と直交する割り出し送り方向（Y軸方向）に割り出し送りする割り出し送り手段と、該チャックテーブルのX軸方向位置（X座標）を検出するためのX軸方向位置検出手段と、該チャックテーブルのY軸方向位置（Y座標）を検出するためのY軸方向位置検出手段と、を具備するレーザー加工装置において、
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高さ位置検出手段と、
該高さ位置検出手段と該X軸方向位置検出手段および該Y軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいて該レーザー光線照射手段の該出力調整手段を制御する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該高さ位置検出手段と該X軸方向位置検出手段および該Y軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいて該チャックテーブルに保持された被加工物のXY座標における高さ位置情報を記憶する記憶手段を具備し、該記憶手段に記憶された高さ位置情報に基づいて該出力調整手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によるレーザー加工装置においては、制御手段は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高さ位置検出手段とX軸方向位置検出手段およびY軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいてチャックテーブルに保持された被加工物のXY座標における高さ位置情報を記憶する記憶手段を具備し、該記憶手段に記憶された高さ位置情報に基づいてチャックテーブルの保持面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の出力調整手段を制御するので、被加工物の厚みにバラツキがあっても、深さが均一なレーザー加工溝を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に従って構成された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に装備される加工ヘッドおよび高さ位置検出手段を示す斜視図。
【図４】図３に示す高さ位置検出手段を構成する発光手段と受光手段およびレーザー光線照射手段の集光器との位置関係を示す説明図。
【図５】図３に示す高さ位置検出手段の検出状態を示す説明図。
【図６】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７】図1に示すレーザー加工装置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装置のチャックテーブルの所定位置に保持された状態における座標位置との関係を示す説明図。
【図９】図１に示すレーザー加工装置に装備された高さ位置検出手段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装置によって実施するレーザー加工溝形成工程の説明図。
【図１１】被加工物の厚みのバラツキとレーザー光線照射手段の集光器から照射されるパルスレーザー光線の出力(W)との関係を示す制御マップ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に従って構成されたレーザー加工装置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。
【００１１】
図１には、本発明に従って構成された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レーザー光線照射ユニット５とを具備している。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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X軸方向位置（X座標）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し、チャックテーブル３６の基準位置からの加工送り量を検出することによりチャックテーブル３６のX軸方向位置（X座標）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X軸方向位置（X座標）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X軸方向位置（X座標）を検出することもできる。
【００１５】
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。
【００１６】
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即ちチャックテーブル３６のY軸方向位置（Y座標）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し、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出することによりチャックテーブル３６のY軸方向位置（Y座標）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Y軸方向位置（Y座標）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Y軸方向位置（Y座標）を検出することもできる。
【００１７】
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。
【００１８】
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と、該ユニットホルダ５１に取り付けられた加工手段としての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で示す方向に移動可能に支持される。
【００１９】
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５３を具備している。また、レーザー光線照射手段５２は、図２に示すようにケーシング５３内に配設されたパルスレーザー光線発振手段５４と、該パルスレーザー光線発振手段５４によって発振されたパルスレーザー光線の出力を調整する出力調整手段５５と、ケーシング５３の先端に配設されパルスレーザー光線発振手段５４によって発振され出力調整手段５５によって出力が調整されたパルスレーザー光線を上記チャックテーブル３６に保持された被加工物に照射する加工ヘッド５６を具備している。パルスレーザー光線発振手段５４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５４１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段５４２とから構成されている。出力調整手段５５は、パルスレーザー光線発振手段５４によって発振されたパルスレーザー光線の出力を後述する制御手段からの制御信号に基づいて制御する。
【００２０】
上記加工ヘッド５６は、方向変換ミラー手段５６１と、該方向変換ミラー手段５６１の下部に装着された集光器５６２とからなっている。方向変換ミラー手段５６１は、ミラーケース５６１aと、該ミラーケース５６１a内に配設された方向変換ミラー５６１ｂを含んでいる。方向変換ミラー５６１bは、図2に示すように上記パルスレーザー光線発振手段５４から発振され出力調整手段５５によって出力が調整されたパルスレーザー光線を下方即ち集光器５６２に向けて方向変換する。集光器５６２は、集光器ケース５６２aと、該集光器ケース５６２a内に配設された対物レンズ５６２bを含む組レンズ（図示せず）とから構成されている。
【００２１】
上記パルスレーザー光線発振手段５４から発振され出力調整手段５５によって出力が調整されたパルスレーザー光線は、方向変換ミラー５６１ｂによって９０度方向変換されて集光器５６２に至り、集光器５６２の対物レンズ５６２bを通して上記チャックテーブル３６に保持される被加工物に所定の集光スポット径で照射される。
【００２２】
図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記チャックテーブル３６上に保持される板状の被加工物の上面、即ちレーザー光線を照射する側の面におけるレーザー光線の照射領域の高さ位置を検出する高さ位置検出手段６を備えている。高さ位置検出手段６について図３乃至５を参照して説明する。
図示の実施形態における高さ位置検出手段６は、図３に示すようにＵ字状に形成された枠体６１を具備しており、この枠体６１が支持ブラケット６０を介して上記レーザー光線照射手段５２のケーシング５３に取り付けられている。枠体６１には、上記集光器５６２を挟んで発光手段６２と受光手段６３が矢印Ｙで示す方向に対向して配設されている。発光手段６２は、図５に示すように発光素子６２１と投光レンズ６２２を具備している。発光素子６２１は、例えば波長が６７０n mのパルスレーザー光線を図４および図５に示すように上記チャックテーブル３６上に保持される被加工物Ｗに投光レンズ６２２を通して所定の入射角αをもって照射する。この発光手段６２によるレーザー光線の照射位置は、集光器５６２から被加工物Ｗに照射されるレーザー光線の照射位置と略一致させて設定されている。なお、入射角αは、集光器５６２の対物レンズ５６２bの集光角度βより大きく９０度より小さい角度に設定されている。受光手段６３は、光位置検出素子６３１と受光レンズ６３２を具備しており、上記発光手段６２から照射されたレーザー光線が被加工物Ｗで正反射する位置に配設されている。また、図示の実施形態における高さ位置検出手段６は、上記発光手段６２および受光手段６３の傾斜角度を調整するための角度調整ツマミ６２aおよび６３aを備えている。この角度調整ツマミ６２aおよび６３aを回動することにより、発光手段６２から照射されるレーザー光線の入射角αおよび受光手段６３の受光角度を調整することができる。
【００２３】
以上のように構成された高さ位置検出手段６による被加工物Ｗの高さ位置の検出について、図５を参照して説明する。
被加工物Ｗの基準高さ位置が図５において１点鎖線で示す位置である場合には、発光素子６２１から投光レンズ６２２を通して被加工物Ｗの表面に照射されたレーザー光線は１点鎖線で示すように反射し、受光レンズ６３２を通して光位置検出素子６３１のＡ点で受光される。一方、被加工物Ｗの高さ位置が図５において２点鎖線で示す位置である場合には、発光素子６２１から投光レンズ６２２を通して被加工物Ｗの表面に照射されたレーザー光線は２点鎖線で示すように反射し、受光レンズ６３２を通して光位置検出素子６３１のＢ点で受光される。このようにして光位置検出素子６３１が受光したデータは、後述する制御手段に送られる。そして、後述する制御手段は光位置検出素子６３１によって検出されたＡ点とＢ点との間隔Ｈに基づいて、被加工物Ｗの高さ位置の変位ｈを演算する（ｈ＝Ｈ／sin α）。従って、上記チャックテーブル３６に保持された被加工物Ｗの高さ位置の基準値が図５において１点鎖線で示す位置である場合、被加工物Ｗの高さ位置が図５において２点鎖線で示す位置に変位した場合には、高さｈだけ下方に変位したことが判る。
【００２４】
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５３の前端部には、上記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７が配設されている。この撮像手段７は、図示の実施形態において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。
【００２５】
また、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、図１に示すように上記ユニットホルダ５１を一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向、即ち上記チャックテーブル３６の吸着チャック３６１の上面である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５７を具備している。集光点位置調整手段５７は、上記各送り手段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５７２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５７２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とレーザー光線照射手段５２を案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向に移動せしめる。
【００２６】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、図６に示す制御手段８を具備している。制御手段８は、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）８１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）８２と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３と、カウンター８４と、入力インターフェース８５および出力インターフェース８６とを備えている。このように構成された制御手段８の入力インターフェース８５には、上記X軸方向位置検出手段３７４の読み取りヘッド３７４b、Y軸方向位置検出手段３８４の読み取りヘッド３８４b、高さ位置検出手段６、撮像手段７等からの検出信号が入力される。また、出力インターフェース８６からは、上記加工送り手段３７のパルスモータ３７２、第１の割り出し送り手段３８のパルスモータ３８２、第２の割り出し送り手段４３のパルスモータ４３２、レーザー光線照射手段５２のパルスレーザー光線発振手段５４および出力調整手段５５、集光点位置調整手段５７のパルスモータ５７２等に制御信号を出力する。
【００２７】
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。
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。
【００２８】
上述したレーザー加工装置を用い、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の表面１０ａ側にストリート１０１に沿ってレーザー加工溝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の表面１０ａ側にストリート１０１に沿ってレーザー加工溝を形成する際に、半導体ウエーハの厚みにバラツキがあると、照射するレーザー光線の集光点が被加工物の表面１０ａである被加工面から厚み方向において異なる。このため、集光点が適正に位置付けられていない領域においてはレーザー加工溝の深さが浅くなってしまい、深さが均一なレーザー加工溝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手段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高さ位置計測工程を実施する。
【００２９】
高さ位置計測工程を実施するには、先ず上述した図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０の裏面１０ｂ側を載置し、図示しない吸引手段を作動することによりチャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０を吸引保持する。従って、チャックテーブル３６上に吸引保持された半導体ウエーハ１０は、表面１０ａが上側となる。このようにして半導体ウエーハ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を作動するによって撮像手段７の直下に位置付けられる。
【００３０】
チャックテーブル３６が撮像手段７の直下に位置付けられると、撮像手段７および制御手段８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７および制御手段８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、ストリート１０１に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射ユニット５の集光器５６２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、レーザー光線照射位置である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に形成されている上記所定方向に対して直交する方向に延びるストリート１０１に対しても、同様にレーザー光線照射位置である高さ検出位置のアライメントが遂行される。
【００３１】
上述したようにレーザー光線照射位置である高さ検出位置の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。
【００３２】
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）８３に格納されている。
【００３３】
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、レーザー光線照射位置である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をレーザー照射ユニット５の加工ヘッド５６を構成する高さ位置検出手段６の直下に位置付け、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）を高さ位置検出手段６の直下に位置付ける。そして、集光点位置調整手段５７を作動してチャックテーブル３６上に吸引保持された半導体ウエーハ１０の設計上の厚みに対応する上面（被加工面）の高さ位置に集光器５６２の対物集光レンズ５６２bによって集光されるレーザー光線の集光点が位置するようにレーザー光線照射ユニット５を位置付ける。次に、高さ位置検出手段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）８３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）８３に格納する。上述した高さ位置検出工程においては、制御手段８にはX軸方向位置検出手段３７４およびY軸方向位置検出手段３８４から検出信号が入力されており、従って、高さ位置検出手段６によって検出される高さ位置は、チャックテーブル３６上に吸引保持された半導体ウエーハ１０のXY座標における高さ位置情報としてランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納される。なお、各ストリート１０１における上面の高さ位置は、チャックテーブル３６上に吸引保持された半導体ウエーハ１０の設計上の厚みに対応する高さ位置を基準（０）として計測される。
【００３４】
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に沿ってレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成工程を実施する。
このレーザー加工溝形成工程を実施するには、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をレーザー照射ユニット５のレーザー光線照射手段５２を構成する集光器５６２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８の（ａ）参照）を集光器５６２の直下に位置付ける。次に、制御手段８は、レーザー光線照射手段５２を作動して集光器５６２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（例えば６０ｍｍ／秒）で移動せしめる（レーザー加工溝形成工程）。そして、図１０の(b)で示すように集光器５６２の照射位置がストリート２１１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。なお、上記レーザー加工溝形成工程においてレーザー光線照射手段５２の集光器５６２から照射されるパルスレーザー光線は、波長が３５５nm、繰り返し周波数が１００ｋＨｚ、集光スポット径が５μｍに設定されている。
【００３５】
上述したレーザー加工溝形成工程においては、制御手段８はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３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出力調整手段５５を制御する。
図１１には、レーザー光線照射手段５２の集光器５６２から照射されるパルスレーザー光線の出力(W)を示す制御マップが示されている。図１１において、縦軸はチャックテーブル３６上に吸引保持された半導体ウエーハ１０の設計上の厚みに対応する基準高さ位置（０）からのバラツキ（μm）を表し、横軸はレーザー光線照射手段５２の集光器５６２から照射されるパルスレーザー光線の出力(W)を表している。図１１に示す制御マップにおいては、チャックテーブル３６上に吸引保持された半導体ウエーハ１０の設計上の厚みに対応する基準高さ位置（０）の場合に集光器５６２によって集光されるパルスレーザー光線の集光スポットが半導体ウエーハ１０の上面に位置付けられるようになっており、そのときのパルスレーザー光線の出力(W)が１．５Wに設定されている。そして、チャックテーブル３６上に吸引保持された半導体ウエーハ１０の上面高さ位置が基準高さ位置（０）即ち集光器５６２によって集光されるパルスレーザー光線の集光スポット位置から上下に変位するに従ってパルスレーザー光線の出力(W)を高くするように設定されている。このように最も加工効果の大きい集光スポット位置から半導体ウエーハ１０の上面高さ位置が離れるに従ってパルスレーザー光線の出力(W)が高くなるので、半導体ウエーハ１０に対する加工量が均等となり、図１０の(b)で示すように均一な深さのレーザー加工溝１１０を形成することができる。なお、上述した加工条件においては、シリコンウエーハに対して深さが２５μｍのレーザー加工溝１１０を形成することができる。
【００３６】
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溝形成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溝形成工程を実行する。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溝形成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。
【符号の説明】
【００３７】
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：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
４１：案内レール
４２：可動支持基台
５：レーザー光線照射ユニット
５２：レーザー光線照射手段
５４：パルスレーザー光線発振手段
５５：出力調整手段
５６：加工ヘッド
５６２：集光器
５７：集光点位置調整手段
６：高さ位置検出手段
７：撮像手段
８：制御手段
１０：半導体ウエーハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャックテーブルに保持された板状の被加工物に所定の加工予定ラインに沿ってレーザー加工を施すレーザー加工装置に関する。
【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基板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（加工予定ライン）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フォトダイオード等の受光素子やレーザーダイオード等の発光素子等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々のフォトダイオード、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ウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハ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破断する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０５４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
而して、半導体ウエーハ等の板状の被加工物にはウネリがあり、その厚みにバラツキがあるため、深さが均一なレーザー加工溝を形成することができない。即ち、被加工物の厚みにバラツキがあると、照射するレーザー光線の集光点が被加工物の被加工面から厚み方向において異なるため、集光点が適正に位置付けられていない領域においてはレーザー加工溝の深さが浅くなってしまい、深さが均一なレーザー加工溝を形成することができない。
【０００６】
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、被加工物の厚みにバラツキがあっても、深さが均一なレーザー加工溝を形成することができるレーザー加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記主たる技術的課題を解決するため、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の保持面に保持された被加工物にレーザー光線を照射する集光器および該集光器から照射するレーザー光線の出力を調整する出力調整手段を備えたレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送り方向（X軸方向）に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送り方向と直交する割り出し送り方向（Y軸方向）に割り出し送りする割り出し送り手段と、該チャックテーブルのX軸方向位置（X座標）を検出するためのX軸方向位置検出手段と、該チャックテーブルのY軸方向位置（Y座標）を検出するためのY軸方向位置検出手段と、を具備するレーザー加工装置において、
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高さ位置検出手段と、
該高さ位置検出手段と該X軸方向位置検出手段および該Y軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいて該レーザー光線照射手段の該出力調整手段を制御する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該高さ位置検出手段と該X軸方向位置検出手段および該Y軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいて該チャックテーブルに保持された被加工物のXY座標における高さ位置情報を記憶する記憶手段を具備し、該記憶手段に記憶された高さ位置情報に基づいて該出力調整手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によるレーザー加工装置においては、制御手段は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高さ位置検出手段とX軸方向位置検出手段およびY軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいてチャックテーブルに保持された被加工物のXY座標における高さ位置情報を記憶する記憶手段を具備し、該記憶手段に記憶された高さ位置情報に基づいてチャックテーブルの保持面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の出力調整手段を制御するので、被加工物の厚みにバラツキがあっても、深さが均一なレーザー加工溝を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に従って構成された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に装備される加工ヘッドおよび高さ位置検出手段を示す斜視図。
【図４】図３に示す高さ位置検出手段を構成する発光手段と受光手段およびレーザー光線照射手段の集光器との位置関係を示す説明図。
【図５】図３に示す高さ位置検出手段の検出状態を示す説明図。
【図６】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７】図1に示すレーザー加工装置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装置のチャックテーブルの所定位置に保持された状態における座標位置との関係を示す説明図。
【図９】図１に示すレーザー加工装置に装備された高さ位置検出手段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装置によって実施するレーザー加工溝形成工程の説明図。
【図１１】被加工物の厚みのバラツキとレーザー光線照射手段の集光器から照射されるパルスレーザー光線の出力(W)との関係を示す制御マップ。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に従って構成されたレーザー加工装置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。
【００１１】
図１には、本発明に従って構成された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レーザー光線照射ユニット５とを具備している。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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X軸方向位置（X座標）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し、チャックテーブル３６の基準位置からの加工送り量を検出することによりチャックテーブル３６のX軸方向位置（X座標）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X軸方向位置（X座標）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X軸方向位置（X座標）を検出することもできる。
【００１５】
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。
【００１６】
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即ちチャックテーブル３６のY軸方向位置（Y座標）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し、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出することによりチャックテーブル３６のY軸方向位置（Y座標）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Y軸方向位置（Y座標）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Y軸方向位置（Y座標）を検出することもできる。
【００１７】
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。
【００１８】
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と、該ユニットホルダ５１に取り付けられた加工手段としての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で示す方向に移動可能に支持される。
【００１９】
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５３を具備している。また、レーザー光線照射手段５２は、図２に示すようにケーシング５３内に配設されたパルスレーザー光線発振手段５４と、該パルスレーザー光線発振手段５４によって発振されたパルスレーザー光線の出力を調整する出力調整手段５５と、ケーシング５３の先端に配設されパルスレーザー光線発振手段５４によって発振され出力調整手段５５によって出力が調整されたパルスレーザー光線を上記チャックテーブル３６に保持された被加工物に照射する加工ヘッド５６を具備している。パルスレーザー光線発振手段５４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５４１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段５４２とから構成されている。出力調整手段５５は、パルスレーザー光線発振手段５４によって発振されたパルスレーザー光線の出力を後述する制御手段からの制御信号に基づいて制御する。
【００２０】
上記加工ヘッド５６は、方向変換ミラー手段５６１と、該方向変換ミラー手段５６１の下部に装着された集光器５６２とからなっている。方向変換ミラー手段５６１は、ミラーケース５６１aと、該ミラーケース５６１a内に配設された方向変換ミラー５６１ｂを含んでいる。方向変換ミラー５６１bは、図2に示すように上記パルスレーザー光線発振手段５４から発振され出力調整手段５５によって出力が調整されたパルスレーザー光線を下方即ち集光器５６２に向けて方向変換する。集光器５６２は、集光器ケース５６２aと、該集光器ケース５６２a内に配設された対物レンズ５６２bを含む組レンズ（図示せず）とから構成されている。
【００２１】
上記パルスレーザー光線発振手段５４から発振され出力調整手段５５によって出力が調整されたパルスレーザー光線は、方向変換ミラー５６１ｂによって９０度方向変換されて集光器５６２に至り、集光器５６２の対物レンズ５６２bを通して上記チャックテーブル３６に保持される被加工物に所定の集光スポット径で照射される。
【００２２】
図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記チャックテーブル３６上に保持される板状の被加工物の上面、即ちレーザー光線を照射する側の面におけるレーザー光線の照射領域の高さ位置を検出する高さ位置検出手段６を備えている。高さ位置検出手段６について図３乃至５を参照して説明する。
図示の実施形態における高さ位置検出手段６は、図３に示すようにＵ字状に形成された枠体６１を具備しており、この枠体６１が支持ブラケット６０を介して上記レーザー光線照射手段５２のケーシング５３に取り付けられている。枠体６１には、上記集光器５６２を挟んで発光手段６２と受光手段６３が矢印Ｙで示す方向に対向して配設されている。発光手段６２は、図５に示すように発光素子６２１と投光レンズ６２２を具備している。発光素子６２１は、例えば波長が６７０n mのパルスレーザー光線を図４および図５に示すように上記チャックテーブル３６上に保持される被加工物Ｗに投光レンズ６２２を通して所定の入射角αをもって照射する。この発光手段６２によるレーザー光線の照射位置は、集光器５６２から被加工物Ｗに照射されるレーザー光線の照射位置と略一致させて設定されている。なお、入射角αは、集光器５６２の対物レンズ５６２bの集光角度βより大きく９０度より小さい角度に設定されている。受光手段６３は、光位置検出素子６３１と受光レンズ６３２を具備しており、上記発光手段６２から照射されたレーザー光線が被加工物Ｗで正反射する位置に配設されている。また、図示の実施形態における高さ位置検出手段６は、上記発光手段６２および受光手段６３の傾斜角度を調整するための角度調整ツマミ６２aおよび６３aを備えている。この角度調整ツマミ６２aおよび６３aを回動することにより、発光手段６２から照射されるレーザー光線の入射角αおよび受光手段６３の受光角度を調整することができる。
【００２３】
以上のように構成された高さ位置検出手段６による被加工物Ｗの高さ位置の検出について、図５を参照して説明する。
被加工物Ｗの基準高さ位置が図５において１点鎖線で示す位置である場合には、発光素子６２１から投光レンズ６２２を通して被加工物Ｗの表面に照射されたレーザー光線は１点鎖線で示すように反射し、受光レンズ６３２を通して光位置検出素子６３１のＡ点で受光される。一方、被加工物Ｗの高さ位置が図５において２点鎖線で示す位置である場合には、発光素子６２１から投光レンズ６２２を通して被加工物Ｗの表面に照射されたレーザー光線は２点鎖線で示すように反射し、受光レンズ６３２を通して光位置検出素子６３１のＢ点で受光される。このようにして光位置検出素子６３１が受光したデータは、後述する制御手段に送られる。そして、後述する制御手段は光位置検出素子６３１によって検出されたＡ点とＢ点との間隔Ｈに基づいて、被加工物Ｗの高さ位置の変位ｈを演算する（ｈ＝Ｈ／sin α）。従って、上記チャックテーブル３６に保持された被加工物Ｗの高さ位置の基準値が図５において１点鎖線で示す位置である場合、被加工物Ｗの高さ位置が図５において２点鎖線で示す位置に変位した場合には、高さｈだけ下方に変位したことが判る。
【００２４】
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５３の前端部には、上記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７が配設されている。この撮像手段７は、図示の実施形態において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。
【００２５】
また、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、図１に示すように上記ユニットホルダ５１を一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向、即ち上記チャックテーブル３６の吸着チャック３６１の上面である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５７を具備している。集光点位置調整手段５７は、上記各送り手段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５７２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５７２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とレーザー光線照射手段５２を案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向に移動せしめる。
【００２６】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、図６に示す制御手段８を具備している。制御手段８は、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）８１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）８２と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３と、カウンター８４と、入力インターフェース８５および出力インターフェース８６とを備えている。このように構成された制御手段８の入力インターフェース８５には、上記X軸方向位置検出手段３７４の読み取りヘッド３７４b、Y軸方向位置検出手段３８４の読み取りヘッド３８４b、高さ位置検出手段６、撮像手段７等からの検出信号が入力される。また、出力インターフェース８６からは、上記加工送り手段３７のパルスモータ３７２、第１の割り出し送り手段３８のパルスモータ３８２、第２の割り出し送り手段４３のパルスモータ４３２、レーザー光線照射手段５２のパルスレーザー光線発振手段５４および出力調整手段５５、集光点位置調整手段５７のパルスモータ５７２等に制御信号を出力する。
【００２７】
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。
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。
【００２８】
上述したレーザー加工装置を用い、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の表面１０ａ側にストリート１０１に沿ってレーザー加工溝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の表面１０ａ側にストリート１０１に沿ってレーザー加工溝を形成する際に、半導体ウエーハの厚みにバラツキがあると、照射するレーザー光線の集光点が被加工物の表面１０ａである被加工面から厚み方向において異なる。このため、集光点が適正に位置付けられていない領域においてはレーザー加工溝の深さが浅くなってしまい、深さが均一なレーザー加工溝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手段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高さ位置計測工程を実施する。
【００２９】
高さ位置計測工程を実施するには、先ず上述した図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０の裏面１０ｂ側を載置し、図示しない吸引手段を作動することによりチャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０を吸引保持する。従って、チャックテーブル３６上に吸引保持された半導体ウエーハ１０は、表面１０ａが上側となる。このようにして半導体ウエーハ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を作動するによって撮像手段７の直下に位置付けられる。
【００３０】
チャックテーブル３６が撮像手段７の直下に位置付けられると、撮像手段７および制御手段８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７および制御手段８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、ストリート１０１に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射ユニット５の集光器５６２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、レーザー光線照射位置である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に形成されている上記所定方向に対して直交する方向に延びるストリート１０１に対しても、同様にレーザー光線照射位置である高さ検出位置のアライメントが遂行される。
【００３１】
上述したようにレーザー光線照射位置である高さ検出位置の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。
【００３２】
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）８３に格納されている。
【００３３】
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、レーザー光線照射位置である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をレーザー照射ユニット５の加工ヘッド５６を構成する高さ位置検出手段６の直下に位置付け、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）を高さ位置検出手段６の直下に位置付ける。そして、集光点位置調整手段５７を作動してチャックテーブル３６上に吸引保持された半導体ウエーハ１０の設計上の厚みに対応する上面（被加工面）の高さ位置に集光器５６２の対物集光レンズ５６２bによって集光されるレーザー光線の集光点が位置するようにレーザー光線照射ユニット５を位置付ける。次に、高さ位置検出手段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）８３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）８３に格納する。上述した高さ位置検出工程においては、制御手段８にはX軸方向位置検出手段３７４およびY軸方向位置検出手段３８４から検出信号が入力されており、従って、高さ位置検出手段６によって検出される高さ位置は、チャックテーブル３６上に吸引保持された半導体ウエーハ１０のXY座標における高さ位置情報としてランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納される。なお、各ストリート１０１における上面の高さ位置は、チャックテーブル３６上に吸引保持された半導体ウエーハ１０の設計上の厚みに対応する高さ位置を基準（０）として計測される。
【００３４】
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に沿ってレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成工程を実施する。
このレーザー加工溝形成工程を実施するには、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をレーザー照射ユニット５のレーザー光線照射手段５２を構成する集光器５６２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８の（ａ）参照）を集光器５６２の直下に位置付ける。次に、制御手段８は、レーザー光線照射手段５２を作動して集光器５６２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（例えば６０ｍｍ／秒）で移動せしめる（レーザー加工溝形成工程）。そして、図１０の(b)で示すように集光器５６２の照射位置がストリート２１１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。なお、上記レーザー加工溝形成工程においてレーザー光線照射手段５２の集光器５６２から照射されるパルスレーザー光線は、波長が３５５nm、繰り返し周波数が１００ｋＨｚ、集光スポット径が５μｍに設定されている。
【００３５】
上述したレーザー加工溝形成工程においては、制御手段８はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３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出力調整手段５５を制御する。
図１１には、レーザー光線照射手段５２の集光器５６２から照射されるパルスレーザー光線の出力(W)を示す制御マップが示されている。図１１において、縦軸はチャックテーブル３６上に吸引保持された半導体ウエーハ１０の設計上の厚みに対応する基準高さ位置（０）からのバラツキ（μm）を表し、横軸はレーザー光線照射手段５２の集光器５６２から照射されるパルスレーザー光線の出力(W)を表している。図１１に示す制御マップにおいては、チャックテーブル３６上に吸引保持された半導体ウエーハ１０の設計上の厚みに対応する基準高さ位置（０）の場合に集光器５６２によって集光されるパルスレーザー光線の集光スポットが半導体ウエーハ１０の上面に位置付けられるようになっており、そのときのパルスレーザー光線の出力(W)が１．５Wに設定されている。そして、チャックテーブル３６上に吸引保持された半導体ウエーハ１０の上面高さ位置が基準高さ位置（０）即ち集光器５６２によって集光されるパルスレーザー光線の集光スポット位置から上下に変位するに従ってパルスレーザー光線の出力(W)を高くするように設定されている。このように最も加工効果の大きい集光スポット位置から半導体ウエーハ１０の上面高さ位置が離れるに従ってパルスレーザー光線の出力(W)が高くなるので、半導体ウエーハ１０に対する加工量が均等となり、図１０の(b)で示すように均一な深さのレーザー加工溝１１０を形成することができる。なお、上述した加工条件においては、シリコンウエーハに対して深さが２５μｍのレーザー加工溝１１０を形成することができる。
【００３６】
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溝形成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溝形成工程を実行する。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溝形成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。
【符号の説明】
【００３７】
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：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
４１：案内レール
４２：可動支持基台
５：レーザー光線照射ユニット
５２：レーザー光線照射手段
５４：パルスレーザー光線発振手段
５５：出力調整手段
５６：加工ヘッド
５６２：集光器
５７：集光点位置調整手段
６：高さ位置検出手段
７：撮像手段
８：制御手段
１０：半導体ウエーハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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の保持面に保持された被加工物にレーザー光線を照射する集光器および該集光器から照射するレーザー光線の出力を調整する出力調整手段を備えたレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送り方向（X軸方向）に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送り方向と直交する割り出し送り方向（Y軸方向）に割り出し送りする割り出し送り手段と、該チャックテーブルのX軸方向位置（X座標）を検出するためのX軸方向位置検出手段と、該チャックテーブルのY軸方向位置（Y座標）を検出するためのY軸方向位置検出手段と、を具備するレーザー加工装置において、
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高さ位置検出手段と、
該高さ位置検出手段と該X軸方向位置検出手段および該Y軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいて該レーザー光線照射手段の該出力調整手段を制御する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該高さ位置検出手段と該X軸方向位置検出手段および該Y軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいて該チャックテーブルに保持された被加工物のXY座標における高さ位置情報を記憶する記憶手段を具備し、該記憶手段に記憶された高さ位置情報に基づいて該出力調整手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項１】
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の保持面に保持された被加工物にレーザー光線を照射する集光器および該集光器から照射するレーザー光線の出力を調整する出力調整手段を備えたレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送り方向（X軸方向）に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送り方向と直交する割り出し送り方向（Y軸方向）に割り出し送りする割り出し送り手段と、該チャックテーブルのX軸方向位置（X座標）を検出するためのX軸方向位置検出手段と、該チャックテーブルのY軸方向位置（Y座標）を検出するためのY軸方向位置検出手段と、を具備するレーザー加工装置において、
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高さ位置検出手段と、
該高さ位置検出手段と該X軸方向位置検出手段および該Y軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいて該レーザー光線照射手段の該出力調整手段を制御する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該高さ位置検出手段と該X軸方向位置検出手段および該Y軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいて該チャックテーブルに保持された被加工物のXY座標における高さ位置情報を記憶する記憶手段を具備し、該記憶手段に記憶された高さ位置情報に基づいて該出力調整手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
【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２０１２−１９２４１５（Ｐ２０１２−１９２４１５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５６２８１（Ｐ２０１１−５６２８１）
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【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２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
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