CN101207058A - 晶片测量装置及激光加工机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶片测量装置及激光加工机。该晶片测量装置能可靠测量半导体晶片等晶片的厚度或上表面高度，其具有：聚光器；受光构件；聚光点变更构件；和根据聚光点变更构件的变更信号和受光构件的受光信号来测定晶片厚度的控制构件，控制构件具有存储厚度控制图的存储器，该厚度控制图中设定了构成聚光点变更构件的一对反射镜的两个设置角度的差与晶片厚度之间的关系，通过改变一对反射镜的设置角度的角度调整致动器来改变设置角度，同时根据来自受光构件的受光信号来检测两个强光量的峰，根据输入两个强光量的峰时的来自设置角度检测传感器的检测信号来求出设置角度的差，将设置角度差与该厚度控制图对照来求出晶片厚度。

Description

晶片测量装置及激光加工机
技术领域
本发明涉及晶片测量装置及激光加工机，所述晶片测量装置对保持在卡盘工作台上的半导体晶片等晶片的厚度或上表面高度进行测量，所述卡盘工作台配备在激光加工机等晶片加工机上。
背景技术
在半导体器件制造工序中，在大致为圆板形状的半导体晶片的表面上，通过呈格子状排列的被称为间隔道的分割预定线划分有多个区域，在该划分出的区域上形成IC(Integrated Circuit：集成电路)、LSI(largescale integration：大规模集成电路)等器件。而且，通过将半导体晶片沿间隔道切断来分割形成有器件的区域，从而制造出一个个半导体芯片。
为了实现装置的小型化、高性能化，这样的模块结构已经被实际应用：将多个半导体芯片层叠起来，并将所层叠的半导体芯片的电极连接起来。该模块结构为这样的结构：在半导体晶片表面上的、形成有被称为焊盘的电极的位置处，形成从背面到达焊盘的孔(通孔)，在该通孔中填充与焊盘连接的铝等导电性材料。(例如，参照专利文献1)
专利文献1：日本特开2003-163323号公报
在上述半导体晶片上设置的通孔利用钻头形成。然而，在半导体晶片上设置的通孔的直径小达100～300μm，如果通过钻头进行穿孔，则存在生产效率低的问题。
为了消除上述问题，提出了一种激光加工装置，该激光加工装置具有：加工进给量检测构件，其对保持被加工物的卡盘工作台和激光光线照射构件的相对加工进给量进行检测；存储构件，其存储在被加工物上形成的细孔的X、Y坐标值；以及控制构件，其根据在存储构件中所存储的细孔的X、Y坐标值和来自加工进给量检测构件的检测信号，来控制激光光线照射构件，当在被加工物上形成的细孔的X、Y坐标值到达激光光线照射构件的聚光器的正下方后，所述激光加工装置照射激光光线。(例如，参照专利文献2)
专利文献2：日本特开2006-247674号公报
此外，作为将上述半导体晶片等沿间隔道分割的方法，还尝试了这样的激光加工方法：使用相对于晶片具有透射性的波长的脉冲激光光线，使聚光点对准应分割的区域的内部地照射脉冲激光光线。使用了该激光加工方法的分割方法是这样的方法：从晶片的背面侧使聚光点对准内部，并对被加工物照射具有透射性的红外光区域的脉冲激光光线，从而在晶片的内部沿间隔道连续地形成变质层，沿因形成了该变质层而导致强度下降的间隔道施加外力，从而沿间隔道分割晶片。(例如，参照专利文献3)
专利文献3：日本专利第3408805号公报
在从上述半导体晶片的背面照射脉冲激光光线以形成通孔的形成方法中，必须点到为止，以使不在形成于半导体晶片表面的焊盘上开孔，因此，需要照射与半导体晶片的厚度对应的预定脉冲数的脉冲激光光线。然而，半导体晶片的厚度存在波动，因而确认各焊盘所在之处的半导体晶片的厚度非常重要。
此外，如上所述，通过使用相对于晶片具有透射性的波长的脉冲激光光线，使聚光点对准应分割的区域的内部地照射脉冲激光光线，来在半导体晶片的内部沿间隔道形成变质层，在如上这样的激光加工方法中，优选在半导体晶片等的内部的预定深度处均匀地形成变质层。然而，在半导体晶片中存在起伏、其厚度存在波动时，在照射激光光线时无法利用折射率的关系在预定深度处均匀地形成变质层。因此，为了在半导体晶片等的内部的预定深度处均匀地形成变质层，需要预先检测照射激光光线的区域的凹凸，使激光光线照射构件跟随该凹凸进行加工。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其主要技术课题是提供一种晶片测量装置和配备了晶片测量装置的激光加工机，所述晶片测量装置能够可靠地测量保持在卡盘工作台上的半导体晶片等晶片的厚度或上表面高度，所述卡盘工作台配备在晶片的加工机上。
为了解决上述主要技术课题，根据本发明，提供一种晶片测量装置，其测定在保持晶片的卡盘工作台上所保持的晶片的厚度，其特征在于，所述晶片测量装置具有：激光光线振荡器，其照射具有相对于晶片透射并且反射的波长的激光光线；聚光器，其使从所述激光光线振荡器振荡出的激光光线会聚，并照射向保持在所述卡盘工作台上的晶片；受光构件，其接收照射到保持于所述卡盘工作台的晶片上的激光光线的反射光；聚光点变更构件，其改变通过所述聚光器会聚的激光光线的聚光点；以及控制构件，其根据来自所述聚光点变更构件的变更信号和来自所述受光构件的受光信号，来测定晶片的厚度，
所述聚光点变更构件具有光路长度变更反射镜构件，该光路长度变更反射镜构件由以下部分构成：以预定间隔将反射面相互平行地对置配置的一对反射镜；调整该一对反射镜的设置角度的角度调整致动器；和检测所述一对反射镜的设置角度并将检测信号向所述控制构件输出的设置角度检测传感器，
所述控制构件具有存储厚度控制图的存储器，该厚度控制图设定了所述一对反射镜的两个所述设置角度的差与晶片的厚度之间的关系，通过所述角度调整致动器来改变所述一对反射镜的设置角度，同时根据来自所述受光构件的受光信号来检测两个强光量的峰，根据输入了所述两个强光量的峰时来自所述设置角度检测传感器的检测信号，来求出所述一对反射镜的两个所述设置角度的差，将所述设置角度差与所述厚度控制图对照来求出晶片的厚度。
此外，根据本发明，提供了一种激光加工机，其具有保持晶片的卡盘工作台；以及对保持于所述卡盘工作台上的晶片照射加工用的激光光线的加工用激光光线照射构件，其特征在于，所述激光加工机中配置有测定所述晶片的厚度的测量装置，该测量装置对保持在所述卡盘工作台上的晶片的厚度进行测量。
再有，根据本发明，提供了一种晶片测量装置，其测定在保持晶片的卡盘工作台上所保持的晶片的上表面高度，其特征在于，所述晶片测量装置具有：激光光线振荡器，其照射激光光线；聚光器，其使从所述激光光线振荡器振荡出的激光光线会聚，并照射向保持在所述卡盘工作台上的晶片；受光构件，其接收照射到保持于所述卡盘工作台的晶片上的激光光线的反射光；聚光点变更构件，其改变通过所述聚光器会聚的激光光线的聚光点；以及控制构件，其根据来自所述聚光点变更构件的变更信号和来自所述受光构件的受光信号，来测定晶片的上表面高度，
所述聚光点变更构件具有光路长度变更反射镜构件，该光路长度变更反射镜构件由以下部分构成：以预定间隔将反射面相互平行地对置配置的一对反射镜；调整该一对反射镜的设置角度的角度调整致动器；和检测所述一对反射镜的设置角度并将检测信号向所述控制构件输出的设置角度检测传感器，
所述控制构件具有存储高度控制图的存储器，该高度控制图设定了所述一对反射镜的所述设置角度与保持在所述卡盘工作台上的晶片的上表面高度之间的关系，通过所述角度调整致动器来改变所述一对反射镜的设置角度，同时根据来自所述受光构件的受光信号来检测强光量的峰，根据输入了所述强光量的峰时来自所述设置角度检测传感器的检测信号，来求出所述一对反射镜的两个所述设置角度，将所述设置角度与所述高度控制图对照来求出保持在卡盘工作台上的晶片的上表面高度。
另外，根据本发明，提供一种激光加工机，其具有保持晶片的卡盘工作台；以及对保持于所述卡盘工作台上的晶片照射加工用激光光线的激光光线照射构件，其特征在于，所述激光加工机中配置有测定所述晶片的上表面高度的测量装置，该测量装置对保持在所述卡盘工作台上的晶片的上表面高度进行测量。
所述聚光点变更构件具有：将导向所述光路长度变更反射镜构件的激光光线生成为不平行的光线的不平行光线生成透镜；和将通过了光路长度变更反射镜构件的激光光线垂直地全反射向光路长度变更反射镜构件的全反射镜。
此外，所述受光构件由具有通孔的掩模和接收通过了该掩模的反射光的光电探测器构成，所述通孔的直径为可使反射光的一部分通过。
另外，优选的是：从所述测量装置的激光光线振荡器振荡出的激光光线是连续波激光光线。
在本发明中，通过改变构成聚光点变更构件的光路长度变更反射镜构件的一对反射镜的设置角度，来改变照射向晶片的激光光线的聚光点位置，根据聚光点位于晶片的上表面和下表面时的反射光的光量的两个峰来求出一对反射镜的设置角度，将该设置角度差与厚度控制图对照来求出晶片的厚度，所以可正确地检测晶片的加工部的厚度。因此，可在晶片的加工部实施对应于厚度的适当加工。
附图说明
图1是根据本发明而构成的激光加工机的立体图。
图2是图1所示的激光加工机所配备的加工用激光光线照射单元的方框结构图。
图3是图1所示的激光加工机所配备的测量用激光光线照射单元的方框结构图。
图4是构成图3所示的测量用激光光线照射单元的光路长度变更反射镜构件的立体图。
图5是表示图3所示的测量用激光光线照射单元的激光光线的聚光点定位于被加工物上表面时的受光构件接收反射光的状态的说明图。
图6是表示图3所示的测量用激光光线照射单元的激光光线的聚光点定位于被加工物下表面时的受光构件接收反射光的状态的说明图。
图7是表示构成图3所示的测量用激光光线照射单元的受光构件的光电探测器的输出值和光路长度变更反射镜构件的设置角度之间关系的说明图。
图8是表示在图1所示的激光加工机上配备的控制构件的存储器中所存储的厚度控制图的图。
图9是作为利用图1所示的激光加工机来加工的晶片的半导体晶片的立体图。
图10是将图9所示的半导体晶片的一部分放大进行表示的俯视图。
图11是表示将图9所示的半导体晶片帖附在安装于环状框架的保护带表面上的状态的立体图。
图12是表示图9所示的半导体晶片与保持于图1所示激光加工装置的卡盘工作台的预定位置的状态下的坐标位置之间的关系的说明图。
图13是通过图1所示的激光加工机在图9所示的半导体晶片上形成激光加工孔的穿孔工序的说明图。
图14是通过图13所示的穿孔工序而形成有激光加工孔的半导体晶片的主要部分放大剖面图。
图15是表示在图1所示的激光加工机上配备的控制构件的存储器中所存储的高度控制图的图。
图16是表示使用图3所示的测量用激光光线照射单元来检测保持于卡盘工作台上的半导体晶片的上表面高度的状态的说明图。
标号说明
2：静止基座；3：卡盘工作台机构；31：导轨；36：卡盘工作台；37：加工进给构件；374：加工进给量检测构件；38：第一分度进给构件；4：激光光线照射单元支撑机构；41：导轨；42：可动支撑基座；43：第二分度进给构件；433：分度进给量检测构件；5：加工用激光光线照射单元；51：单元保持器(壳体)；52：脉冲激光光线振荡构件；53：输出调整构件；54：聚光器；6：测量用激光光线照射单元；61：单元保持器(壳体)；62：激光光线振荡器；63：聚光器；64：聚光点变更构件；65：受光构件；66：第一半反射镜；67：第二半反射镜；641：不平行生成透镜；642：光路长度变更反射镜构件；643：全反射镜；7：摄像构件；8：控制构件；10：半导体晶片；11：环状框架；12：保护带。
具体实施方式
下面，参照附图，对按照本发明而构成的晶片测量装置和激光加工机的优选实施方式进行详细说明。
在图1中，表示了按照本发明而构成的激光加工机的立体图。图1所示的激光加工机具有：静止基座2；卡盘工作台机构3，其以能够沿用箭头X表示的加工进给方向(X轴方向)移动的方式配置在该静止基座2上，用于保持被加工物；激光光线照射单元支撑机构4，其以能够沿与用上述箭头X表示的加工进给方向(X轴方向)成直角的、用箭头Y表示的分度进给方向(Y轴方向)移动的方式配置在静止基座2上；加工用激光光线照射单元5，其以能够沿用箭头Z表示的方向(Z轴方向)移动的方式配置在该激光光线照射单元支撑机构4上；以及构成晶片测量装置的测量用激光光线照射单元6。该加工用激光光线照射单元5和测量用激光光线照射单元6安装在共用的单元保持器44上。
上述卡盘工作台机构3具有：在静止基座2上沿箭头X所示的加工进给方向(X轴方向)平行地配置的一对导轨31、31；以能够沿箭头X所示的加工进给方向(X轴方向)移动的方式配置在该导轨31、31上的第一滑块32；以能够沿箭头Y所示的分度进给方向(Y轴方向)移动的方式配置在该第一滑块32上的第二滑块33；通过圆筒部件34支撑在该第二滑块33上的覆盖工作台35；和作为被加工物保持构件的卡盘工作台36。该卡盘工作台36具有由多孔性材料形成的吸附卡盘361，在吸附卡盘361(保持面)上通过未图示的抽吸构件来保持作为被加工物的半导体晶片。如此构成的卡盘工作台36通过在圆筒部件34内配置的未图示的脉冲电动机可旋转。再有，在卡盘工作台36上配置有用于固定后述的环状框架的夹紧器362。
上述第一滑块32在其下表面设有与上述一对导轨31、31配合的一对被导引槽321、321，并且在其上表面设有沿箭头Y所示的分度进给方向(Y轴方向)平行地形成的一对导轨322、322。这样构成的第一滑块32，通过被导引槽321、321与一对导轨31、31的配合，而构成为可沿一对导轨31、31在箭头X所示的加工进给方向(X轴方向)上移动。图示的实施方式中的卡盘工作台机构3具有用于使第一滑块32沿一对导轨31、31在箭头X所示的加工进给方向(X轴方向)上移动的加工进给构件37。加工进给构件37包括：平行配置在上述一对导轨31和31之间的外螺纹杆371；和用于旋转驱动该外螺纹杆371的脉冲电动机372等驱动源。外螺纹杆371其一端可自由旋转地由固定在上述静止基座2上的轴承座373支撑，其另一端传动连接在上述脉冲电动机372的输出轴上。再有，外螺纹杆371螺合在内螺纹穿通孔中，该内螺纹穿通孔形成在突出设置于第一滑块32的中央部下表面的未图示的内螺纹块上。因此，通过用脉冲电动机372驱动外螺纹杆371正转和反转，第一滑块32可沿导轨31、31在箭头X所示的加工进给方向(X轴方向)上移动。
图示实施方式的激光加工机具有用于检测上述卡盘工作台36的加工进给量的加工进给量检测构件374。加工进给量检测构件374由以下部件构成：沿导轨31配置的线性标度尺374a；和配置在第一滑块32上、并且与第一滑块32一同沿线性标度尺374a移动的读取头374b。该进给量检测构件374的读取头374b在图示的实施方式中，每隔1μm将1脉冲的脉冲信号发送给后述的控制构件。然后，后述的控制构件通过对所输入的脉冲信号进行计数来检测卡盘工作台36的加工进给量。再有，在使用脉冲电动机372来作为上述加工进给构件37的驱动源的情况下，通过对向脉冲电动机372输出驱动信号的后述控制构件的驱动脉冲进行计数，也能够检测卡盘工作台36的加工进给量。此外，在使用伺服电动机来作为上述加工进给构件37的驱动源的情况下，通过将检测伺服电动机的转数的旋转编码器所输出的脉冲信号发送给后述的控制构件，并由控制构件对所输入的脉冲信号进行计数，也能够检测卡盘工作台36的加工进给量。
上述第二滑块33在其下表面设有与在上述第一滑块32的上表面设置的一对导轨322、322配合的一对被导引槽331、331，通过将该被导引槽331、331与一对导轨322、322配合，该第二滑块33构成为可沿箭头Y所示的分度进给方向(Y轴方向)移动。图示的实施方式中的卡盘工作台机构3具有第一分度进给构件38，第一分度进给构件38用于使第二滑块33沿在第一滑块32上设置的一对导轨322、322在箭头Y所示的分度进给方向(Y轴方向)上移动。第一分度进给构件38包括：平行配置在上述一对导轨322和322之间的外螺纹杆381；和用于旋转驱动该外螺纹杆381的脉冲电动机382等驱动源。外螺纹杆381其一端可自由旋转地由固定在上述第一滑块32的上表面的轴承座383支撑，其另一端传动连接在上述脉冲电动机382的输出轴上。再有，外螺纹杆381螺合在内螺纹穿通孔中，该内螺纹穿通孔形成在突出设置于第二滑块33的中央部下表面的、未图示的内螺纹块上。因此，通过用脉冲电动机382驱动外螺纹杆381正转和反转，第二滑块33可沿导轨322、322在箭头Y所示的分度进给方向(Y轴方向)上移动。
图示实施方式中的激光加工机具有用于检测上述第二滑块33的分度加工进给量的分度进给量检测构件384。分度进给量检测构件384由沿导轨322配置的线性标度尺384a和读取头384b构成，该读取头384b配置在第二滑块33上，并且与第二滑块33一同沿线性标度尺384a移动。该进给量检测构件384的读取头384b在图示实施方式中每隔1μm就将1脉冲的脉冲信号发送给后述的控制构件。然后，后述的控制构件通过对所输入的脉冲信号进行计数，来检测卡盘工作台36的分度进给量。再有，在使用脉冲电动机382来作为上述分度进给构件38的驱动源的情况下，通过对向脉冲电动机382输出驱动信号的后述控制构件的驱动脉冲进行计数，也能够检测卡盘工作台36的分度进给量。此外，在使用伺服电动机来作为上述第一分度进给构件38的驱动源的情况下，通过将检测伺服电动机转数的旋转编码器所输出的脉冲信号发送给后述的控制构件，并由控制构件对所输入的脉冲信号进行计数，也能够检测卡盘工作台36的分度进给量。
上述激光光线照射单元支撑机构4具有：在静止基座2上沿箭头Y所示的分度进给方向(Y轴方向)平行配置的一对导轨41、41；和可沿箭头Y所示的方向移动地配置在该导轨41、41上的可动支撑基座42。该可动支撑基座42由可移动地配置在导轨41、41上的移动支撑部421、和安装在该移动支撑部421上的安装部422构成。安装部422在一个侧面平行地设有在箭头Z所示的方向(Z轴方向)上延伸的一对导轨423、423。图示实施方式中的激光光线照射单元支撑机构4具有第二分度进给构件43，该第二分度进给构件43用于使可动支撑基座42沿一对导轨41、41在箭头Y所示的分度进给方向(Y轴方向)上移动。第二分度进给构件43包括：在上述一对导轨41、41之间平行配置的外螺纹杆431；和用于旋转驱动该外螺纹杆431的脉冲电动机432等驱动源。外螺纹杆431其一端可自由旋转地由固定在上述静止基座2上的未图示的轴承座支撑，其另一端传动连接在上述脉冲电动机432的输出轴上。再有，外螺纹杆431螺合在内螺纹孔中，该内螺纹孔形成在未图示的内螺纹块上，该内螺纹块突出设置于构成可动支撑基座42的移动支撑部421的中央部下表面。因此，通过用脉冲电动机432驱动外螺纹杆431正转和反转，可动支撑基座42可沿导轨41、41在箭头Y所示的分度进给方向(Y轴方向)上移动。
安装有上述加工用激光光线照射单元5和测量用激光光线照射单元6的共用的单元保持器44设有一对被导引槽441、441，该一对被导引槽441、441与在上述可动支撑基座42的安装部422上设置的一对导轨423、423可滑动地配合，通过使该被导引槽441、441与上述导轨423、423配合，单元保持器44被支撑为可在箭头Z所示的方向(Z轴方向)上移动。
图示实施方式中的激光加工装置具有移动构件45，移动构件45用于使单元保持器44沿一对导轨423、423在箭头Z所示的方向(Z轴方向)上移动。移动构件包括：在一对导轨423、423之间配置的外螺纹杆(未图示)；和用于旋转驱动该外螺纹杆的脉冲电动机452等驱动源，通过用脉冲电动机452驱动未图示的外螺纹杆正转和反转，可使安装有加工用激光光线照射单元5和测量用激光光线照射单元6的单元保持器44沿导轨423、423在箭头Z所示的方向(Z轴方向)上移动。再有，在图示的实施方式中，通过正转驱动脉冲电动机452，使加工用激光光线照射单元5和测量用激光光线照射单元6向上方移动，通过反转驱动脉冲电动机452使加工用激光光线照射单元5和测量用激光光线照射单元6向下方移动。
图示实施方式中的加工用激光光线照射单元5包括固定在上述单元保持器44上、且实质上水平伸出的圆筒形状的壳体(单元保持器)51。此外，如图2所示，加工用激光光线照射单元5具有在壳体(单元保持器)51内配置的脉冲激光光线振荡构件52和输出调整构件53、以及安装在上述壳体(单元保持器)51的前端的聚光器54。上述脉冲激光光线振荡构件52由脉冲激光光线振荡器521和附设在其上的重复频率设定构件522构成，脉冲激光光线振荡器521由YAG激光振荡器或者YVO4激光振荡器构成。
在构成上述加工用激光光线照射单元5的壳体(单元保持器)51的前端部，配置有摄像构件7。该摄像构件7除了利用可视光线进行摄像的普通摄像元件(CCD)以外，还由以下等部件构成：向被加工物照射红外线的红外线照明构件；捕捉由该红外线照明构件照射出的红外线的光学系统；以及输出与由该光学系统捕捉到的红外线对应的电信号的摄像元件(红外线CCD)，摄像构件7将拍摄到的图像信号发送向后述的控制构件。
接下来，参照图1和图3来对构成晶片测量装置的测量用激光光线照射单元6进行说明。
图示实施方式中的测量用激光光线照射单元6包括固定在上述单元保持器44上、且实质上水平伸出的圆筒形状的壳体(单元保持器)61。此外，如图3所示，测量用激光光线照射单元6具有在壳体(单元保持器)61内配置的激光光线振荡器62和聚光器63，聚光器63具有聚光透镜631，聚光透镜631使从该激光光线振荡器62振荡出的激光光线会聚、并照射向保持在上述卡盘工作台36上的被加工物W。激光光线振荡器62在图示实施方式中照射连续波激光光线，该连续波激光光线具有相对于硅晶片透射并且反射的1064nm的波长。聚光器63如图1所示那样安装于上述壳体(单元保持器)51的前端。
参照图3继续说明，测量用激光光线照射单元6具有：聚光点变更构件64，其改变使从激光光线振荡器62振荡出的激光光线会聚的聚光器63的聚光点；受光构件65，其接收照射到半导体晶片10上的激光光线的反射光，所述半导体晶片10保持在卡盘工作台36上；第一半反射镜66，其配置在激光光线振荡器62和聚光点变更构件64之间；以及第二半反射镜67，其将通过该第一半反射镜66导向聚光器63的激光光线的一部分导向上述受光构件65。上述激光光线振荡器62振荡出波长为1064nm、输出为例如10mW的连续波激光光线。上述聚光点变更构件64由以下部分构成：不平行生成透镜641，其由凸透镜构成，该凸透镜在图示实施方式中将从激光光线振荡器62振荡出并且通过第一半反射镜66被导出的激光光线生成为不平行的光线；光路长度变更反射镜构件642，其改变从激光光线振荡器62到聚光器63的光路长度；以及全反射镜643，其将通过该光路长度变更反射镜构件642导出的激光光线全反射向该光路长度变更反射镜构件642。
光路长度变更反射镜构件642如图4所示由以下部分构成：以预定间隔使反射面互相平行地对置配置的一对反射镜642a、642b；调整该一对反射镜642a、642b的设置角度的角度调整致动器642c；以及检测该一对反射镜642a、642b的设置角度的设置角度检测传感器642d。作为这样的光路长度变更反射镜构件642，优选使用以施加的振动周期使一对反射镜642a、642b的设置角度变化的检流计扫描器。设置角度检测传感器642d在图示实施方式中由安装在角度调整致动器642c上的旋转编码器构成，设置角度检测传感器642d将检测信号发送向后述的控制构件。如此构成的光路长度变更反射镜构件642，通过使一对反射镜642a、642b的设置角度在图3中从单点划线变化到双点划线那样，可改变激光光线的光路长度。上述受光构件65由以下部分构成：掩模65a，其具有直径为10μm的针孔651a，该针孔651a可使通过上述第二半反射镜67分光后的反射光的一部分通过；和接收通过了该掩模65a的反射光的光电探测器65b，光电探测器65b将与接收到的光量对应的电压信号发送向后述的控制构件。
对上述测量用激光光线照射单元6的作用进行说明。
从上述激光光线振荡器62振荡出的连续波的激光光线如图3中实线所示以预定比例透射过第一半反射镜66，并通过不平行生成透镜641而生成为不平行的光线，在通过了光路长度变更反射镜构件642的一对反射镜642a、642b之后到达全反射镜643。到达了全反射镜643的激光光线由全反射镜643垂直地全反射，然后逆行通过光路长度变更反射镜构件642的一对反射镜642b、642a，接着通过不平行生成透镜641到达第一半反射镜66。到达了第一半反射镜66的激光光线以预定比例向聚光器63反射，并以预定比例透过第二半反射镜67，然后通过聚光器63的聚光透镜631会聚，并照射向保持于卡盘工作台36上的被加工物W。向被加工物W照射的激光光线的反射光如图3中虚线所示经聚光透镜631而到达第二半反射镜67，并通过第二半反射镜67以预定比例向受光构件65反射。反射向受光构件65的激光光线的反射光通过掩模65a的针孔651a到达光电探测器65b。
这里，对于从上述激光光线振荡器62振荡出的激光光线通过聚光透镜631所形成的聚光点进行说明。
若设上述不平行生成透镜641的焦距为f1、设聚光透镜631的焦距为f2、设不平行生成透镜641和聚光透镜631之间的光路长度为L、设从不平行生成透镜641到全反射镜643的光路长度为m1(通过光路长度变更反射镜构件642而变化)、设从聚光透镜631到聚光点P的光路长度为m2，则根据透镜的公式，有以下这样的关系。
(1)在m1＜f1和m1＞f1时
m 2 = 1 1 f 2 - 1 L f 1 ( 2 m 1 - f 1 ) 2 ( m 1 - f 1 )
(2)当m1＝f1时
m2＝f2
所以，通过改变光路长度变更反射镜构件642的一对反射镜642a、642b的设置角度，以改变从不平行生成透镜641到全反射镜643的光路长度m1，可改变从聚光透镜631到聚光点P的光路长度m2。
此外，若设从聚光透镜631到保持在卡盘工作台36上的半导体晶片10的上表面的距离为d、设从聚光透镜631到掩模67a的光路长度为n，则将掩模65a配置于以下这样的位置。
1 n + 1 d = 1 f 2
这里，参照图5和图6，对通过聚光透镜631会聚的激光光线的聚光点P的位置、和通过光电探测器65b接收的反射光的光量进行说明。
在图5中，实线表示通过聚光透镜631会聚的激光光线的聚光点P位于被加工物W的上表面的状态。这样，在激光光线的聚光点P位于被加工物W的上表面的情况下，由于反射光在掩模65a部会聚，所以全部的反射光通过针孔651a并被光电探测器65b接收。因此，由光电探测器65b接收的光量成为最大值。另一方面，在如图5中虚线所示那样通过聚光透镜631会聚的激光光线的聚光点P位于被加工物W的上表面和下表面之间的情况下，由于在被加工物W上表面的反射面积大，所以反射光在掩模65a部并不会聚。因此，通过针孔651a的反射光为一部分，由光电探测器65b接收的光量减少。
此外，在图6中，实线表示通过聚光透镜631会聚的激光光线的聚光点P位于被加工物W的下表面的状态。这样，在激光光线的聚光点P位于被加工物W的下表面的情况下，反射光在掩模65a部会聚，所以全部的反射光通过针孔651a并被光电探测器65b接收。因此，由光电探测器65b接收的光量为最大值。另一方面，在如图6中虚线所示那样通过聚光透镜631会聚的激光光线的聚光点P的位置比被加工物W的下表面更靠下侧的情况下，由于在被加工物W的上表面的反射面积大，所以反射光在掩模65a部不会聚。因此，通过针孔651a的反射光为一部分，由光电探测器65b接收的光量减少。
因此，当改变光路长度变更反射镜构件642的一对反射镜642a、642b的设置角度，使通过聚光透镜631会聚的激光光线的聚光点P从被加工物W的上侧向下侧移动时，光电探测器65b在聚光点P位于被加工物W的上表面和下表面时受光量为峰，输出图7所示那样的检测信号。即，图7中横轴表示一对反射镜642a、642b的设置角度，纵轴表示光电探测器65b的输出电压(V)。而且，输入了图7所示的检测信号的后述控制构件，求出激光光线的聚光点P位于被加工物W的上表面和下表面时的两个峰时的一对反射镜642a、642b的设置角度差，并根据该设置角度差来求出被加工物W的厚度。
即，后述的控制构件如图8所示具有厚度控制图，在该厚度控制图中设定了上述两个峰时的一对反射镜642a、642b的设置角度差与对应的被加工物W的厚度之间的关系，参照该厚度控制图来求出对应于上述一对反射镜642a、642b的设置角度差的厚度。图8是通过实验来对硅晶片求出厚度相对于上述设置角度差的关系而得到的。再有，在图8所示的厚度控制图中，实线表示聚光透镜631的NA值为0.35的情况，单点划线表示聚光透镜631的NA值为0.4的情况，双点划线表示聚光透镜631的NA值为0.45的情况。如此设定的控制图存储在后述的控制构件的存储器中。
回到图1继续进行说明，图示实施方式中的激光加工装置具有控制构件8。控制构件8由计算机构成，其具有：按照控制程序进行运算处理的中央处理装置(CPU)81；存储控制程序等的只读存储器(ROM)82；存储运算结果等的可读写的随机存储器(RAM)83；计数器84；输入接口85以及输出接口86。向控制构件8的输入接口85输入来自上述加工进给量检测构件374、分度进给量检测构件384、设置角度检测传感器642d、光电探测器65b以及摄像构件7等的检测信号。而且，从控制构件8的输出接口86向上述脉冲电动机372、脉冲电动机382、脉冲电动机432、脉冲电动机452、加工用脉冲激光光线照射单元5、测量用脉冲激光光线照射单元6等输出控制信号。再有，上述随机存储器(RAM)83具有：存储上述图8所示的控制图的第一存储区域83a、存储后述的被加工物的设计值的数据的第二存储区域83b和其它存储区域。
图示实施方式中的激光加工机如上述那样构成，下面对其作用进行说明。
图9中表示作为激光加工的被加工物的半导体晶片10的俯视图。图9所示的半导体晶片10由硅晶片构成，在其表面10a上通过呈格子状地排列的多个间隔道101划分出多个区域，在该划分出的区域中分别形成有IC、LSI等器件102。该各器件102全部为相同结构。在器件102的表面上，分别如图10所示那样形成有多个焊盘103(103a～103j)。再有，在图示实施方式中，103a与103f、103b与103g、103c与103h、103d与103i、103e与103j的X方向位置相同。在该多个焊盘103(103a～103j)部，分别形成了从背面10b到达焊盘103的加工孔(通孔)。各器件102中的焊盘103(103a～103j)在X方向(图10中为左右方向)的间隔A、以及在各器件102上形成的焊盘103中的隔着间隔道101在X方向(图10中为左右方向)上相邻的焊盘即焊盘103e和焊盘103a的间隔B，在图示实施方式中分别设定为相同间隔。此外，各器件102中的焊盘103(103a～103j)在Y方向(图10中为上下方向)的间隔C、以及在各器件102上形成的焊盘103中的隔着间隔道101在Y方向(图9中为上下方向)上相邻的焊盘即焊盘103f与焊盘103a、焊盘103j与焊盘103e的间隔D，在图示实施方式中分别设定为相同间隔。对于如此构成的半导体晶片10，在图9所示的各行E1....En及各列F1....Fn上配置的器件102的个数和上述各间隔A、B、C、D的设计值数据存储在上述随机存储器(RAM)83的第二存储区域83b中。
说明这样的激光加工的实施方式：使用上述激光加工机，在形成于上述半导体晶片10上的各器件102的焊盘103(103a～103j)部，形成加工孔(通孔)。
如上述那样构成的半导体晶片10，如图11所示，将表面10a帖附在保护带12上，保护带12安装于环状的框架11上，由聚烯烃等合成树脂片构成。因此，半导体晶片10的背面10b为上侧。如此，通过保护带12支撑在环状的框架11上的半导体晶片10，将保护带12侧载置在图1所示的激光加工机的卡盘工作台36上。而且，通过使未图示的抽吸构件工作，半导体晶片10隔着保护带12抽吸保持在卡盘工作台36上。此外，环状的框架11由夹紧器362固定。
如上述那样抽吸保持有半导体晶片10的卡盘工作台36，通过加工进给构件37而位于摄像构件7的正下方。当卡盘工作台36位于摄像构件7的正下方时，卡盘工作台36上的半导体晶片10处于定位在图12所示的坐标位置上的状态。在该状态下，实施这样的对准作业：在由卡盘工作台36保持的半导体晶片10上形成的格子状的间隔道101是否与X轴方向和Y轴方向平行配置。即，通过摄像构件7对保持在卡盘工作台36上的半导体晶片10进行摄像，并执行图案匹配等图像处理，以进行对准作业。此时，虽然半导体晶片10的形成有间隔道101的表面10a位于下侧，但由于摄像构件7如上所述具有由红外线照明构件、捕捉红外线的光学系统以及输出与红外线对应的电信号的摄像元件(红外线CCD)等构成的摄像构件，所以摄像构件7可从半导体晶片10的背面10b透射来对间隔道101进行摄像。
接着，移动卡盘工作台36，使在半导体晶片10上形成的器件102中的、最上行E1的位于图12中最左端的器件102，定位于摄像构件7的正下方。然后，进一步使在器件102上形成的焊盘103(103a～103j)中的、在图12中位于左上方的焊盘103a定位于摄像构件7的正下方。在该状态下，如果摄像构件7检测到焊盘103a，则将其坐标值(a1)作为第一加工进给开始位置坐标值发送至控制构件8。接着，控制构件8将该坐标值(a1)作为第一加工进给开始位置坐标值存储在随机存储器(RAM)83中(加工进给开始位置检测工序)。
这样，如果检测到了图12中的最上行E1的器件102中的第一加工进给开始位置坐标值(a1)，则使卡盘工作台36在Y轴方向上进行相当于间隔道101的间隔的分度进给，并且在X轴方向上进行相当于间隔道101的间隔的移动，将图12中的上数第二行E2中的最左端的器件102定位于摄像构件7的正下方。并且，进一步使在器件102上形成的焊盘103(103a～103j)中的图12中左上方的焊盘103a定位于摄像构件7的正下方。在该状态下，如果摄像构件7检测到焊盘103a，则将其坐标值(a2)作为第二加工进给开始位置坐标值发送至控制构件8。并且，控制构件8将该坐标值(a2)作为第二加工进给开始位置坐标值存储在随机存储器(RAM)83中。然后，控制构件8反复执行上述分度进给和加工进给开始位置检测工序，直到到达图12中最下行En，并检测在各行形成的器件102的加工进给开始位置坐标值(a3～an)，且将其存储到随机存储器(RAM)83中。
接下来，实施厚度检测工序：检测半导体晶片10的在各器件102上形成的各焊盘103(103a～103j)部处的厚度。厚度检测工序首先使加工进给构件37工作，使卡盘工作台36移动，使在上述随机存储器(RAM)83中存储的第一加工进给开始位置坐标值(a1)定位于测量用激光光线照射单元6的聚光器63的正下方。然后，控制构件8如上述那样控制测量用激光光线照射单元6，以检测半导体晶片10的厚度，并将该检测值作为第一加工进给开始位置坐标值(a1)处的半导体晶片10的厚度存储在随机存储器(RAM)83中。这里，参照图7和图8对求出半导体晶片10的厚度的步骤进行说明。即，控制构件8在输入了图7所示的光电探测器65b的输出电压V之后，求出两个峰时的一对反射镜642a、642b的设置角度差。在图7所示的示例中，聚光透镜631的NA值为0.35，激光光线的聚光点P位于半导体晶片10的上表面时的一对反射镜642a、642b的设置角度为46.9度，激光光线的聚光点P位于半导体晶片10的下表面时的一对反射镜642a、642b的设置角度为49.6度，所以两个峰时的一对反射镜642a、642b的设置角度差(49.6度-46.9度)为2.7度。在这样求出两个峰时的一对反射镜642a、642b的设置角度差之后，控制构件8与图8所示的厚度控制图中的实线所示的聚光透镜631的NA值为0.35的数据对照。即，由于两个峰时的一对反射镜642a、642b的设置角度差为2.7度，所以当与图8所示的厚度控制图中的实线所示的聚光透镜631的NA值为0.35的数据对照时，半导体晶片10的厚度为55μm。这样，在实施第一加工进给开始位置坐标值(a1)的厚度检测工序之后，控制构件8使加工进给构件37工作，使卡盘工作台36移动上述间隔A，使与焊盘103b对应的位置位于测量用激光光线照射单元6的聚光器63的正下方，实施上述厚度检测工序，将其检测值存储在随机存储器(RAM)83中。这样，对与在半导体晶片10上形成的全部焊盘103对应的位置实施厚度检测工序，并将其检测值存储在随机存储器(RAM)83中。
接着，实施穿孔工序：在形成于半导体晶片10的各器件102上的各焊盘103(103a～103j)部，穿设激光加工孔(通孔)。在穿孔工序中，首先使加工进给构件37工作，使卡盘工作台36移动，并使在上述随机存储器(RAM)83中存储的第一加工进给开始位置坐标值(a1)位于加工用激光光线照射单元5的激光光线振荡构件52的聚光器54的正下方。这样，第一加工进给开始位置坐标值(a1)定位于聚光器54正下方的状态是图13所示的状态。从图13所示的状态起，控制构件8控制加工用激光光线照射单元5的激光光线振荡构件52，从聚光器54照射加工用脉冲激光光线。
对上述穿孔工序的加工条件的一个示例进行说明。
光源：LD激励Q开关Nd：YVO4脉冲激光器
波长：355nm
能量密度：30J/cm2
聚光光斑直径：70μm
当利用这样的加工条件来实施穿孔工序时，可在硅晶片上形成脉冲激光光线的每一脉冲深度为2μm左右的激光加工孔。因此，如果在上述厚度检测工序中检测到的加工部的厚度为54μm，则照射27脉冲的脉冲激光光线，如果加工部的厚度为58μm，则照射29脉冲的脉冲激光光线，这样，可如图14所示那样形成到达焊盘103的激光加工孔110。
如上所述，当在第一加工进给开始位置坐标值(a1)处实施了穿孔工序之后，使加工进给构件37工作，使卡盘工作台36移动上述间隔A，使与焊盘103b对应的位置定位于激光光线振荡构件52的聚光器54的正下方。然后，对应于在上述厚度检测工序中检测到的加工部的厚度来实施上述穿孔工序。通过这样使与形成于半导体晶片10的全部焊盘103对应的位置定位于激光光线振荡构件52的聚光器54的正下方来实施上述穿孔工序，可在半导体晶片10上形成从背面10b到达各焊盘103的激光加工孔110。
下面，参照图15和图16来对晶片测量装置的其它实施方式进行说明。
图15和图16所示的的实施方式是检测在卡盘工作台上保持的被加工物的上表面的高度位置的晶片测量装置。虽然图15及图16所示的实施方式在结构上与上述图3所示的测量用激光光线照射单元6的结构实质相同，但上述控制构件8的随机存储器(RAM)83中所存储的控制图不同。在该实施方式中使用的控制图，如图15所示，表示与上述一对反射镜642a、642b的设置角度对应的被加工物W的高度位置。图15所示的高度控制图设定为：在上述一对反射镜642a、642b的设置角度为45度时，通过上述图3所示的测量用激光光线照射单元6的聚光透镜631会聚的激光光线的聚光点P定位于作为卡盘工作台36的上表面的保持面上，图15所示的高度控制图是在卡盘工作台36上保持不同厚度的多个被加工物W，通过实验求出聚光点P位于各被加工物W的上表面时的一对反射镜642a、642b的设置角度而得到的。在图15所示的高度控制图中，实线表示聚光透镜631的NA值为0.35的情况，单点划线表示聚光透镜631的NA值为0.4的情况，双点划线表示聚光透镜631的NA值为0.45的情况。再有，在该实施方式中，从测量用激光光线照射单元6照射的激光光线不需要是相对于被加工物可透射并且反射的波长，只要是相对于被加工物反射的波长的激光光线即可。
在使用作为上述晶片测量装置的测量用激光光线照射单元6，如图16所示沿在保持于卡盘工作台36的半导体晶片10的间隔道101检测上表面的高度位置时，使卡盘工作台36动作，使半导体晶片10每隔预定间隔就位于聚光器63的正下方，从聚光器63照射激光光线，并如上所述由光电探测器65b接收在半导体晶片10的上表面发生反射的光。然后，控制构件8改变一对反射镜642a、642b的设置角度，检测在光电探测器65b所接收到的反射光的光量为峰时的一对反射镜642a、642b的设置角度，使该检测到的设置角度与图15所示的高度控制图对照，求出半导体晶片10的相对于检测到的设置角度的高度位置，并将该高度位置存储在随机存储器(RAM)83中。通过这样沿半导体晶片10的间隔道101每隔预定间隔检测高度位置，可检测沿半导体晶片10的间隔道101的起伏状态。因此，控制加工用激光光线照射单元5的脉冲激光光线振荡构件52，使从聚光器54照射的相对于硅晶片具有透射性的波长的加工用脉冲激光光线的聚光点定位于半导体晶片10的内部、并沿间隔道101进行照射时，通过对应于如上述那样检测到的半导体晶片10的高度位置，来控制加工用脉冲激光光线的聚光点的高度位置，可在半导体晶片10的内部的与上表面平行的位置处形成变质层。
虽然在上面根据图示的实施方式来说明了本发明，但本发明并不仅限于实施方式，可在本发明的主旨范围内进行各种变形。例如，在上述实施方式中，虽然例示了在加工用激光光线照射单元5和测量用激光光线照射单元6上分别配备了激光光线振荡器的示例，但也可通过输出调整构件53将从例如加工用激光光线照射单元5的激光光线振荡构件52振荡出的激光光线的输出调整为例如10mW，来作为测量用激光光线照射单元6的激光光线使用。

Claims (10)

1.一种晶片测量装置，其测定在保持晶片的卡盘工作台上所保持的晶片的厚度，其特征在于，所述晶片测量装置具有：
激光光线振荡器，其照射具有相对于晶片透射并且反射的波长的激光光线；
聚光器，其使从所述激光光线振荡器振荡出的激光光线会聚，并照射向保持在所述卡盘工作台上的晶片；
受光构件，其接收照射到保持于所述卡盘工作台的晶片上的激光光线的反射光；
聚光点变更构件，其改变通过所述聚光器会聚的激光光线的聚光点；以及
控制构件，其根据来自所述聚光点变更构件的变更信号和来自所述受光构件的受光信号，来测定晶片的厚度，
所述聚光点变更构件具有光路长度变更反射镜构件，该光路长度变更反射镜构件由以下部分构成：以预定间隔将反射面相互平行地对置配置的一对反射镜；调整该一对反射镜的设置角度的角度调整致动器；和检测所述一对反射镜的设置角度并将检测信号向所述控制构件输出的设置角度检测传感器，
所述控制构件具有存储厚度控制图的存储器，该厚度控制图设定了所述一对反射镜的两个所述设置角度的差与晶片的厚度之间的关系，通过所述角度调整致动器来改变所述一对反射镜的设置角度，同时根据来自所述受光构件的受光信号来检测两个强光量的峰，根据输入了所述两个强光量的峰时来自所述设置角度检测传感器的检测信号，来求出所述一对反射镜的两个所述设置角度的差，将所述设置角度差与所述厚度控制图对照来求出晶片的厚度。
2.根据权利要求1所述的晶片测量装置，其特征在于，
所述聚光点变更构件具有：将导向所述光路长度变更反射镜构件的激光光线生成为不平行的光线的不平行光线生成透镜；和将通过了所述光路长度变更反射镜构件的激光光线垂直地全反射向所述光路长度变更反射镜构件的全反射镜。
3.根据权利要求1或2所述的晶片测量装置，其特征在于，
所述受光构件由具有通孔的掩模和接收通过了该掩模的反射光的光电探测器构成，所述通孔的直径为可使反射光的一部分通过。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的晶片测量装置，其特征在于，
从所述激光光线振荡器振荡出的激光光线是连续波激光光线。
5.一种激光加工机，其具有保持晶片的卡盘工作台；以及对保持于所述卡盘工作台上的晶片照射加工用的激光光线的加工用激光光线照射构件，其特征在于，
所述激光加工机中配置有权利要求1所述的晶片测量装置，该测量装置对保持在所述卡盘工作台上的晶片的厚度进行测量。
6.一种晶片测量装置，其测定在保持晶片的卡盘工作台上所保持的晶片的上表面高度，其特征在于，所述晶片测量装置具有：
激光光线振荡器，其照射激光光线；
聚光器，其使从所述激光光线振荡器振荡出的激光光线会聚，并照射向保持在所述卡盘工作台上的晶片；
受光构件，其接收照射到保持于所述卡盘工作台的晶片上的激光光线的反射光；
聚光点变更构件，其改变通过所述聚光器会聚的激光光线的聚光点；以及
控制构件，其根据来自所述聚光点变更构件的变更信号和来自所述受光构件的受光信号，来测定晶片的上表面高度，
所述聚光点变更构件具有光路长度变更反射镜构件，该光路长度变更反射镜构件由以下部分构成：以预定间隔将反射面相互平行地对置配置的一对反射镜；调整该一对反射镜的设置角度的角度调整致动器；和检测所述一对反射镜的设置角度并将检测信号向所述控制构件输出的设置角度检测传感器，
所述控制构件具有存储高度控制图的存储器，该高度控制图设定了所述一对反射镜的所述设置角度与保持在所述卡盘工作台上的晶片的上表面高度之间的关系，通过所述角度调整致动器来改变所述一对反射镜的设置角度，同时根据来自所述受光构件的受光信号来检测强光量的峰，根据输入了所述强光量的峰时来自所述设置角度检测传感器的检测信号，来求出所述一对反射镜的两个所述设置角度，将所述设置角度与所述高度控制图对照来求出保持在卡盘工作台上的晶片的上表面高度。
7.根据权利要求6所述的晶片测量装置，其特征在于，
所述聚光点变更构件具有：将导向所述光路长度变更反射镜构件的激光光线生成为不平行的光线的不平行光线生成透镜；和将通过了所述光路长度变更反射镜构件的激光光线垂直地全反射向所述光路长度变更反射镜构件的全反射镜。
8.根据权利要求6或7所述的晶片测量装置，其特征在于，
所述受光构件由具有通孔的掩模和接收通过了该掩模的反射光的光电探测器构成，所述通孔的直径为可使反射光的一部分通过。
9.根据权利要求6至8中的任一项所述的晶片测量装置，其特征在于，
从所述激光光线振荡器振荡出的激光光线是连续波激光光线。
10.一种激光加工机，其具有保持晶片的卡盘工作台；以及对保持于所述卡盘工作台上的晶片照射加工用激光光线的激光光线照射构件，其特征在于，
所述激光加工机中配置有权利要求6所述的晶片测量装置，该测量装置对保持在所述卡盘工作台上的晶片的上表面高度进行测量。
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