CN101393882B - 保持在卡盘工作台上的被加工物的高度位置检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种保持在卡盘工作台上的被加工物的高度位置检测装置，其具有：激光光束激励单元；使激光光束的光斑形状形成为环状的环状光斑形成单元；沿第1路径引导光斑形状为环状的激光光束的第1光束分离器；聚光器，其对沿该第1路径引导的激光光束进行聚光，并照射被加工物；设置于第2路径上的针孔遮光器；第2光束分离器，其把通过针孔遮光器的反射光分割为第3路径和第4路径；接受第3路径上的反射光的第1受光元件；接受第4路径上的反射光的第2受光元件；设于第4路径上的受光区域限制单元，限制第2受光元件所接受的反射光的受光区域；以及控制单元，其根据第1受光元件与第2受光元件的受光光量之比，求出被加工物的上表面高度位置。
Description
技术领域
本发明涉及高度位置检测装置，其用于检测保持在卡盘工作台(chuck table)上的半导体晶片等被加工物的上表面高度位置，其中，该卡盘工作台装备在激光加工器等加工设备上。
背景技术
在半导体器件制造工序中，在大致圆板形状的半导体晶片的表面上，利用排列成格子状的被称为分割道(street)的分割预定线划分成多个区域，在该所划分的区域中形成IC、LSI等器件。并且，通过沿着分割道切断半导体晶片，对形成有器件的区域进行分割，从而制造各个器件。此外，在蓝宝石基板的表面层叠了氮化镓类化合物半导体等的光学器件晶片，也通过沿着分割预定线进行切断，而被分割为各个发光二极管、激光二极管等的光学器件，从而在电气设备中广泛应用。
作为上述沿着半导体晶片和光学器件晶片等的分割道进行分割的方法，也在尝试下述的激光加工方法，即，使用对晶片具有透射性的脉冲激光光束，使聚光点对准要分割区域的内部并照射脉冲激光光束。采用该激光加工方法的分割方法，使聚光点从晶片的一方表面侧对准内部，照射对晶片具有透射性的例如波长为1064nm的脉冲激光光束，在晶片内部沿着分割道连续形成变质层，沿着强度因形成该变质层而降低的分割预定线施加外力，由此分割被加工物(例如参照日本专利第3408805号公报)。
然而，当半导体晶片等板状被加工物存在弯曲起伏、其厚度存在偏差的情况下，在照射激光光束时，不能根据折射率的关系在预定深度均匀地形成变质层。因此，为了在半导体晶片等的内部在预定深度均匀地形成变质层，需要预先检测照射激光光束的区域的凹凸情况，使激光光束照射单元追随该凹凸情况进行加工。
为了解决上述问题，本申请人提出了一种激光加工装置(例如参照日本特开2007-152355号公报)，其具有高度位置检测单元，向保持在卡盘工作台上的被加工物的表面(上表面)照射可见光的激光光束，根据与在被加工物的表面(上表面)上反射的面积相对应的光量，检测被加工物的表面(上表面)的高度位置。
但是，在上述公报公开的高度位置检测单元中，在作为被加工物的晶片由硅形成时，由于可见光的激光光束不能透射，所以虽然能够准确测定与在被加工物的表面(上表面)上反射的面积相对应的光量，但是在由具有透明性的蓝宝石或石英形成晶片时，激光光束在被加工物的表面(上表面)上反射的同时，也在被加工物的背面(下表面)上反射，所以不能仅测定出在被加工物的表面(上表面)上反射的光。因此，在上述公报公开的高度位置检测单元中，不能检测由具有透明性的材料形成的被加工物的表面位置。
发明内容
本发明就是鉴于上述情况而提出的，其主要技术课题是提供一种高度位置检测装置，即使是由具有透明性的材料形成的被加工物，也能够可靠地检测被保持在卡盘工作台上的被加工物的上表面高度位置。
为了解决上述主要技术课题，根据本发明提供一种用于检测被保持在卡盘工作台上的被加工物的上表面高度位置的高度位置检测装置，其特征在于，该被保持在卡盘工作台上的被加工物的高度位置检测装置具有：激励激光光束的激光光束激励单元；环状光斑形成单元，其使由该激光光束激励单元激励出的激光光束的光斑形状形成为环状；第1光束分离器，其沿第1路径引导通过该环状光斑形成单元使光斑形状形成为环状的激光光束；聚光器，其对沿该第1路径引导的激光光束进行聚光，并照射保持在卡盘工作台上的被加工物；针孔遮光器，其设置于第2路径上，该第2路径是在卡盘工作台所保持的被加工物上反射的激光光束被该第1光束分离器分割而形成的；第2光束分离器，其把通过该针孔遮光器的反射光分割为第3路径和第4路径；第1受光元件，其接受被该第2光束分离器分割到该第3路径上的反射光；第2受光元件，其接受被该第2光束分离器分割到该第4路径上的反射光；受光区域限制单元，其设于该第4路径上，限制该第2受光元件所接受的反射光的受光区域；以及控制单元，其根据该第1受光元件所接受的光量与该第2受光元件所接受的光量之比，求出被保持在卡盘工作台上的被加工物的上表面高度位置。
上述环状光斑形成单元由沿着激光光束保持预定间隔地串联设置的一对圆锥透镜构成。
本发明的保持在卡盘工作台上的被加工物的高度位置检测装置按照上面所述构成，利用环状光斑形成单元使从激光光束激励单元激励出的具有圆形光斑形状的激光光束形成为具有环状光斑形状的激光光束，使该具有环状光斑形状的激光光束照射被加工物。因此，照射被加工物的具有环状光斑形状的激光光束在上表面以环状的光斑形状反射，同时在被加工物具有透明性时，在下表面以环状的光斑形状反射。并且，在被加工物的下表面反射的环状光斑形状的第2反射光被针孔遮光器遮挡，根据通过针孔遮光器的针孔的、在被加工物的上表面反射的环状光斑形状的第1反射光，检测受光量，所以即使在被加工物具有透明性时，也能够准确检测被加工物的上表面位置。
附图说明
图1是装备了根据本发明构成的、保持在卡盘工作台上的被加工物的高度位置检测装置的激光加工器的立体图。
图2是表示根据本发明构成的、保持在卡盘工作台上的被加工物的高度位置检测装置的结构的方框图。
图3是表示利用构成图2所示高度位置检测装置的环状光斑形成单元，使圆形光斑形状的激光光束形成为环状光斑形状的状态的说明图。
图4是表示利用图2所示的高度位置检测装置向保持在卡盘工作台上的被加工物照射激光光束的状态的说明图。
图5是表示利用构成图2所示高度位置检测装置的第1光束分离器分光后的反射光的一部分被针孔遮光器(pin-hole mask)遮挡，同时另一部分通过的状态的说明图。
图6是表示利用图2所示的高度位置检测装置向保持在卡盘工作台上的厚度不同的被加工物照射激光光束的状态的说明图。
图7是表示从构成图2所示高度位置检测装置的第1受光元件输出的电压值(V1)与从第2受光元件输出的电压值(V2)之比、和从聚光器到被加工物的上表面的距离之间的关系的控制图。
图8是表示构成图2所示高度位置检测装置的控制单元的方框图。
图9是作为被加工物的半导体晶片的立体图。
图10是表示图9所示半导体晶片被保持在图1所示激光加工器的卡盘工作台的预定位置上的状态时的坐标位置关系的说明图。
图11是利用装备在图1所示激光加工器上的高度位置检测装置实施的高度位置检测步骤的说明图。
图12是利用图1所示激光加工器在图9所示的半导体晶片上形成变质层的加工步骤的说明图。
图13是表示被加工物的厚度较厚时的加工步骤的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图更加具体地说明根据本发明构成的、保持在卡盘工作台上的被加工物的高度位置检测装置的优选实施方式。
图1表示装备了根据本发明构成的、保持在卡盘工作台上的被加工物的高度位置检测装置的加工器即激光加工器的立体图。图1所示的激光加工器具有：固定基座2；用于保持被加工物的卡盘工作台机构3，其设置在该固定基座2上并且可以沿着箭头X表示的加工进给方向移动；激光光束照射单元支撑机构4，其设置在固定基座2上，并且可以沿着与上述箭头X表示的方向(X轴方向)垂直的、箭头Y表示的分度进给方向(Y轴方向)移动；以及激光光束照射单元5，其设置在该激光光束照射单元支撑机构4上，并且可以沿着箭头Z表示的方向(Z轴方向)移动。
上述卡盘工作台机构3具有：在固定基座2上沿着箭头X表示的加工进给方向平行设置的一对引导导轨31、31；设置在该引导导轨31、31上，并且可以沿着箭头X表示的加工进给方向(X轴方向)移动的第1滑动块32；设置在该第1滑动块32上，并且可以沿着箭头Y表示的分度进给方向(Y轴方向)移动的第2滑动块33；利用圆筒部件34支撑在该第2滑动块33上的罩板35；和作为被加工物保持单元的卡盘工作台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上利用未图示的吸引单元保持着作为被加工物的、例如圆盘状半导体晶片。这样构成的卡盘工作台36通过设置在圆筒部件34内的未图示的脉冲电动机而旋转。另外，在卡盘工作台36上设有用于固定后面叙述的环状框架的卡具362。
上述第1滑动块32在其下表面设有与上述一对引导导轨31、31嵌合的一对被引导槽321、321，并在其上表面设有沿着箭头Y表示的分度进给方向平行形成的一对引导导轨322、322。这样构成的第1滑动块32构成为使被引导槽321、321嵌合在一对引导导轨31、31上，从而该第1滑动块32可以沿着一对引导导轨31、31在箭头X表示的加工进给方向移动。图示实施方式中的卡盘工作台机构3具有加工进给单元37，其用于使第1滑动块32沿着一对引导导轨31、31在箭头X表示的加工进给方向移动。加工进给单元37包括在上述一对引导导轨31、31之间平行设置的阳螺纹杆371、和用于驱动该阳螺纹杆371旋转的脉冲电动机372等驱动源。阳螺纹杆371的一端可以自由旋转地支撑在固定于上述固定基座2上的轴承体373上，另一端与上述脉冲电动机372的输出轴传动连接。另外，阳螺纹杆371旋合在形成于未图示的阴螺纹体上的阴螺纹通孔中，该阴螺纹体在第1滑动块32的中央部下表面上突出设置。因此，通过利用脉冲电动机372驱动阳螺纹杆371正转和反转，第1滑动块32沿着引导导轨31、31在箭头X表示的加工进给方向(X轴方向)移动。
图示实施方式中的激光加工器具有用于检测上述卡盘工作台36的X轴方向位置的X轴方向位置检测单元374。X轴方向位置检测单元374包括沿着引导导轨31设置的直线刻度尺374a，和设置在第1滑动块32上并与第1滑动块32一同沿着直线刻度尺374a移动的读取头374b。该X轴方向位置检测单元374的读取头374b在图示实施方式中，每隔1μm向后面叙述的控制单元发送1脉冲的脉冲信号。并且，后面叙述的控制单元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X轴方向位置。
上述第2滑动块33构成为在其下表面设有一对被引导槽331、331，它们与设于上述第1滑动块32的上表面的一对引导导轨322、322嵌合，使该被引导槽331、331嵌合在一对引导导轨322、322上，从而上述第2滑动块33可以沿着箭头Y表示的分度进给方向(Y轴方向)移动。图示实施方式中的卡盘工作台机构3具有第1分度进给单元38，其用于使第2滑动块33沿着设于第1滑动块32的一对引导导轨322、322在箭头Y表示的分度进给方向(Y轴方向)移动。第1分度进给单元38包括在上述一对引导导轨322、322之间平行设置的阳螺纹杆381、和用于驱动该阳螺纹杆381旋转的脉冲电动机382等驱动源。阳螺纹杆381的一端可以自由旋转地支撑在固定于上述第1滑动块32的上表面的轴承体383上，另一端与上述脉冲电动机382的输出轴传动连接。另外，阳螺纹杆381旋合在形成于未图示的阴螺纹体上的阴螺纹通孔中，该阴螺纹体在第2滑动块33的中央部下表面上突出设置。因此，通过利用脉冲电动机382驱动阳螺纹杆381正转和反转，第2滑动块33沿着引导导轨322、322在箭头Y表示的分度进给方向(Y轴方向)移动。
图示实施方式中的激光加工器具有用于检测上述第2滑动块33的Y轴方向位置的Y轴方向位置检测单元384。Y轴方向位置检测单元384包括沿着引导导轨322设置的直线刻度尺384a，和设置在第2滑动块33上并与第2滑动块33一同沿着直线刻度尺384a移动的读取头384b。该Y轴方向位置检测单元384的读取头384b在图示实施方式中，每隔1μm向后面叙述的控制单元发送1脉冲的脉冲信号。并且，后面叙述的控制单元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Y轴方向位置。
上述激光光束照射单元支撑机构4具有：在固定基座2上沿着箭头Y表示的分度进给方向(Y轴方向)平行设置的一对引导导轨41、41，和设置在该引导导轨41、41上并且可以沿箭头Y表示的方向移动的可动支撑基座42。该可动支撑基座42由设置在引导导轨41、41上并且可以移动的移动支撑部421、和安装在该移动支撑部421上的安装部422构成。安装部422在一个侧面平行设有沿箭头Z表示的方向延伸的一对引导导轨423、423。图示实施方式中的激光光束照射单元支撑机构4具有第2分度进给单元43，其用于使可动支撑基座42沿着一对引导导轨41、41在箭头Y表示的分度进给方向(Y轴方向)移动。第2分度进给单元43包括在上述一对引导导轨41、41之间平行设置的阳螺纹杆431、和用于驱动该阳螺纹杆431旋转的脉冲电动机432等驱动源。阳螺纹杆431的一端可以自由旋转地支撑在固定于上述固定基座2上的未图示的轴承体上，另一端与上述脉冲电动机432的输出轴传动连接。另外，阳螺纹杆431旋合在形成于未图示的阴螺纹体上的阴螺纹孔中，该阴螺纹体在构成可动支撑基座42的移动支撑部421的中央部下表面上突出设置。因此，通过利用脉冲电动机432驱动阳螺纹杆431正转和反转，可动支撑基座42沿着引导导轨41、41在箭头Y表示的分度进给方向(Y轴方向)移动。
激光光束照射单元5具有单元支架51、和安装在该单元支架51上的激光光束照射装置52。单元支架51设有一对被引导槽511、511，它们可滑动地嵌合在设于上述安装部422的一对引导导轨423、423上，通过将该被引导槽511、511嵌合在上述引导导轨423、423上，从而单元支架51可以被支撑着在箭头Z表示的方向(Z轴方向)移动。
激光光束照射单元5具有聚光点位置调整单元53，其用于使单元支架51沿着一对引导导轨423、423在箭头Z表示的聚光点位置调整方向(Z轴方向)移动。聚光点位置调整单元53包括设于一对引导导轨423、423之间的阳螺纹杆(未图示)、和驱动该阳螺纹杆旋转的脉冲电动机532等驱动源，通过利用脉冲电动机532驱动未图示的阳螺纹杆正转和反转，使单元支架51和激光光束照射装置52沿着引导导轨423、423在箭头Z表示的聚光点位置调整方向(Z轴方向)移动。另外，在图示的实施方式中，通过驱动脉冲电动机532正转，使激光光束照射装置52向上方移动，通过驱动脉冲电动机532反转，使激光光束照射装置52向下方移动。
激光光束照射单元5具有用于检测激光光束照射装置52的Z轴方向位置的Z轴方向位置检测单元55。Z轴方向位置检测单元55由与上述引导导轨423、423平行设置的直线刻度尺551，和安装在上述单元支架51上并且与单元支架51一同沿着直线刻度尺551移动的读取头552构成。该Z轴方向位置检测单元55的读取头552在图示实施方式中，每隔1μm向后面叙述的控制单元发送1脉冲的脉冲信号。
激光光束照射装置52包括实质上水平配置的圆筒形状的壳体521。在壳体521内如图2所示具有加工用脉冲激光光束激励单元6和聚光器7，该聚光器7向保持在上述卡盘工作台36上的被加工物照射由该加工用脉冲激光光束激励单元6激励出的加工用脉冲激光光束。加工用脉冲激光光束激励单元6激励相对于作为被加工物的晶片具有透射性的波长的加工用脉冲激光光束LB1。该加工用脉冲激光光束激励单元6可以使用例如激励波长为1064nm的加工用脉冲激光光束LB1的YVO4脉冲激光激励器或YAG脉冲激光激励器。聚光器7由使上述加工用脉冲激光光束激励单元6激励的加工用脉冲激光光束LB1朝向图2中的下方转换方向的方向转换反射镜71、和对通过该方向转换反射镜71转换方向后的加工用脉冲激光光束LB1进行聚光的聚光透镜72构成。
参照图2继续说明，图示实施方式中的激光加工器具有高度位置检测装置8，其用于检测保持在卡盘工作台上的被加工物的上表面高度位置。高度位置检测装置8具有：激励检查用激光光束的检查用激光光束激励单元80；分光半透半反镜(dichroic half mirror)81，其设置在上述加工用脉冲激光光束激励单元6和聚光器7之间，使从检查用激光光束激励单元80激励出的检查用激光光束朝向聚光器7分光；环状光斑形成单元82，其设置在该分光半透半反镜81和检查用激光光束激励单元80之间，使由检查用激光光束激励单元80激励的检查用激光光束的光斑形状(截面形状)形成为环状；以及第1光束分离器83，其设置在该环状光斑形成单元82和分光半透半反镜81之间，沿朝向分光半透半反镜81的第1路径83a引导通过环状光斑形成单元82使光斑形状(截面形状)形成为环状的检查用激光光束。
检查用激光光束激励单元80可以使用He-Ne脉冲激光激励器，其用于激励与上述加工用脉冲激光光束激励单元6所激励的加工用脉冲激光光束的频率不同的频率的、例如波长为635nm的检查用激光光束LB2a。分光半透半反镜81使加工用脉冲激光光束LB1通过，而使从检查用激光光束激励单元80激励的检查用激光光束朝向聚光器7反射。环状光斑形成单元82在图示实施方式中，由沿着检查用激光光束LB2a的光路隔开预定间隔串联设置的第1圆锥透镜821和第2圆锥透镜822这一对透镜构成。另外，在图示实施方式中，表示将这一对的第1圆锥透镜821和第2圆锥透镜822的顶点彼此相对设置的示例，但也可以彼此背靠背地设置或朝向同一方向设置。这样构成的环状光斑形成单元82使由检查用激光光束激励单元80激励的光斑形状为圆形的检查用激光光束LB2a形成为光斑形状为环状的激光光束LB2b。另外，环状光斑形成单元82可以使用具有环状孔的遮光器部件。上述第1光束分离器83沿着朝向上述分光半透半反镜81的第1路径83a引导通过环状光斑形成单元82光斑形状形成为环状的激光光束LB2b，同时沿着第2路径83b引导被分光半透半反镜81分割后的后面叙述的反射光。
高度位置检测单元8具有：针孔遮光器84，其设于第2路径83b上，具有限制直径大于预定直径的反射光通过的针孔841；第2光束分离器85，其把通过该针孔遮光器84的反射光分到第3路径85a和第4路径85b上；聚光透镜86，其将通过该第2光束分离器85被分到第3路径85a上的反射光100％聚光；以及第1受光元件87，其接受通过该聚光透镜86聚光的反射光。第1受光元件87向后面叙述的控制单元发送与所接受的光量相对应的电压信号。另外，形成于上述针孔遮光器84的针孔841的直径例如被设定为1mm。并且，高度位置检测单元8具有：第2受光元件88，其接受被第2光束分离器85分割到第4路径85b上的反射光；以及受光区域限制单元89，其限制该第2受光元件88所接受的反射光的受光区域。受光区域限制单元89在图示实施方式中包括：圆筒形透镜891，其使被第2光束分离器85分割到第4路径85b上的反射光一维聚光；一维遮光器892，其将被该圆筒形透镜891一维聚光的反射光限制在单位长度。接受通过该一维遮光器892的反射光的第2受光元件88，向后面叙述的控制单元发送与所接受的光量相对应的电压信号。
图示实施方式中的高度位置检测单元8按照上面所述构成，下面说明其作用。
如图3所示，具有由检查用激光光束激励单元80激励的圆形光斑形状S1的检查用激光光束LB2a，利用环状光斑形成单元82形成为具有环状光斑形状S2的检查用激光光束LB2b。即，环状光斑形成单元82使直径为2mm的激光光束LB2a扩大为例如外径(D1)为10mm、内径(D2)为8mm的环状激光光束LB2b，并且形成为平行的光束。利用环状光斑形成单元82形成为环状光斑形状S2的检查用激光光束LB2b按照图2所示，由第1光束分离器83沿第1路径83a引导着到达分光半透半反镜81，并被该分光半透半反镜81朝向聚光器7反射。朝向聚光器7反射的检查用激光光束LB2b与上述加工用脉冲激光光束LB1相同，利用方向转换反射镜71朝向图2中的下方转换方向，并被聚光透镜72聚光。
当在保持于卡盘工作台36上的被加工物W的上表面上照射如上所述形成为环状光斑形状S2的检查用激光光束LB2b时，使聚光点位置调整单元53工作，按照图4所示进行调整使聚光点Pb相比于被加工物W的上表面位于激光光束照射方向的上游侧(上侧)。其结果，形成为环状光斑形状S2的检查用激光光束LB2b以环状光斑形状S3照射保持于卡盘工作台36上的被加工物W的上表面，并以环状光斑形状S3的大小进行反射(第1反射光)。此时，在被加工物W由具有透明性的蓝宝石或石英形成时，检查用激光光束LB2b透射被加工物W到达下表面，并以环状光斑形状S4的大小进行反射(第2反射光)。
这样在被加工物W的上表面反射的环状光斑形状S3的第1反射光与在被加工物W的下表面反射的环状光斑形状S4的第2反射光，通过聚光透镜72、方向转换反射镜71、分光半透半反镜81到达第1光束分离器83。如图5所示，到达第1光束分离器83的环状光斑形状S3的第1反射光LB2c和环状光斑形状S4的第2反射光LB2d，被第1光束分离器83分割到第2路径83b上并到达针孔遮光器84。形成于针孔遮光器84的针孔841在图示实施方式中例如直径被设定为1mm，虽然环状光斑形状S3的第1反射光LB2c可以通过，但环状光斑形状S4的第2反射光LB2d被遮挡。另外，关于形成于针孔遮光器84的针孔841的直径，考虑到被加工物W的厚度和上述聚光点Pb的位置等，设定为环状光斑形状S3的第1反射光LB2c通过、但环状光斑形状S4的第2反射光LB2d被遮挡的值。这样，在被加工物W的下表面反射的环状光斑形状S4的第2反射光LB2d被针孔遮光器84遮挡，只有在被加工物W的上表面反射的环状光斑形状S3的第1反射光LB2c通过针孔遮光器84的针孔841。
如上所述通过针孔遮光器84的针孔841的、在被加工物W的上表面反射的环状光斑形状S3的第1反射光LB2c，按照图2所示被第2光束分离器85分割到第3路径85a和第4路径85b上。被分割到第3路径85a上的环状光斑形状S3的第1反射光LB2c被聚光透镜86进行100％聚光，并被第1受光元件87接受。并且，第1受光元件87向后面叙述的控制单元发送与所接受的光量对应的电压信号。另一方面，被分光到第4路径85b上的环状光斑形状S4的第2反射光LB2d，被受光区域限制单元89的圆筒形透镜891一维聚光，被一维遮光器892限制为预定的单位长度，并被第2受光元件88接受。并且，第2受光元件88向后面叙述的控制单元发送与所接受的光量相对应的电压信号。
在此，说明被第1受光元件87和第2受光元件88接受的环状光斑形状S3的第1反射光LB2c的受光量。
被第1受光元件87接受的环状光斑形状S3的第1反射光LB2c，被聚光透镜86进行100％聚光，所以受光量恒定，从第1受光元件87输出的电压值(V1)恒定(例如10V)。另一方面，被第2受光元件88接受的环状光斑形状S3的第1反射光LB2c，被圆筒形透镜891聚光为一维后，被一维遮光器892限制为预定的单位长度，并被第2受光元件88接受，所以如图4所示，在检查用激光光束LB2b照射到被加工物W的上表面上时，根据从聚光器7的聚光透镜72到被加工物W的上表面的距离、即被加工物W的高度位置(厚度)不同，第2受光元件88的受光量变化。因此，从第2受光元件88输出的电压值(V2)根据被检查用激光光束LB2b照射的被加工物W的上表面高度位置而变化。
例如图6(a)所示，在被加工物W的高度位置比较高(被加工物W的厚度比较厚)、从聚光透镜72到被加工物W的上表面的距离(H)较小时，检查用激光光束LB2b以照射在被加工物W的上表面上的环状光斑S3a反射。该反射光按照上面所述被第2光束分离器85分割到第3路径85a和第4路径85b上，但被分割到第3路径85a上的环状光斑S3a的反射光被聚光透镜86进行100％聚光，所以反射光的全部光量被第1受光元件87接受。另一方面，被第2光束分离器85分割到第4路径85b上的环状光斑S3a的反射光，被圆筒形透镜891一维聚光，所以截面大致呈长方形。这样，截面被控制为大致长方形的反射光被一维遮光器892限制为预定的单位长度，所以被分割到第4路径85b上的反射光的一部分被第2受光元件88接受。因此，被第2受光元件88接受的反射光的光量少于被上述第1受光元件87接受的光量。
然后，如图6(b)所示，在被加工物W的高度位置比较低(被加工物W的厚度比较薄)、从聚光透镜72到被加工物W的上表面的距离(H)较大时，检查用激光光束LB2b以照射在被加工物W的上表面上的环状光斑S3b反射。该环状光斑S3b大于上述的环状光斑S3a。该环状光斑S3b的反射光按照上面所述被第2光束分离器85分割到第3路径85a和第4路径85b上，但被分割到第3路径85a上的环状光斑S3b的反射光被聚光透镜86进行100％聚光，所以反射光的全部光量被第1受光元件87接受。另一方面，被第2光束分离器85分割到第4路径85b上的环状光斑S3b的反射光，被圆筒形透镜891一维聚光，所以截面大致呈长方形。由于反射光的环状光斑S3b大于上述的环状光斑S3a，所以该大致长方形的长边的长度比环状光斑S3a时长。这样，截面被聚光为大致长方形的反射光被一维遮光器892划分为预定长度，一部分被第2受光元件88接受。因此，被第2受光元件88接受的光量少于上述图6(a)所示情况时的光量。这样，被第2受光元件88接受的反射光的光量，在从聚光透镜72到被加工物W的上表面的距离(H)即被加工物W的高度位置越高(被加工物W的厚度越厚)时越多，在从聚光透镜72到被加工物W的上表面的距离(H)即被加工物W的高度位置越低(被加工物W的厚度越薄)时越少。
在此，参照图7所示的控制图，说明从上述第1受光元件87输出的电压值(V1)与从第2受光元件88输出的电压值(V2)之比、和从聚光透镜72到被加工物W的上表面的距离(H)即被加工物W的高度位置的关系。另外，在图7中，横轴表示从聚光透镜72到被加工物W的上表面的距离(H)，纵轴表示从第1受光元件87输出的电压值(V1)与从第2受光元件88输出的电压值(V2)之比(V1/V2)。在图7的示例中，在从聚光透镜72到被加工物W的上表面的距离(H)为30.0mm时，上述电压值之比(V1/V2)被设定为“1”，在从聚光透镜72到被加工物W的上表面的距离(H)为30.6mm时，上述电压值之比(V1/V2)被设定为“10”。因此，按照上面所述求出从第1受光元件87输出的电压值(V1)与从第2受光元件88输出的电压值(V2)之比(V1/V2)，将该电压值之比(V1/V2)与图7所示的控制图对照，由此可以求出从聚光透镜72到被加工物W的上表面的距离(H)。另外，图7所示的控制图存储在后面叙述的控制单元的存储器中。
图示实施方式的高度位置检测单元8按照上面所述构成，使检查用激光光束激励单元80激励的具有圆形光斑形状S1的检查用激光光束LB2a，利用环状光斑形成单元82形成为具有环状光斑形状S2的检查用激光光束LB2b，使该具有环状光斑形状S2的检查用激光光束LB2b照射被加工物W。因此，如图4所示，照射被加工物W的具有环状光斑形状S2的检查用激光光束LB2b在其上表面以环状光斑形状S3反射，并且在被加工物W具有透明性时，在其下表面以环状光斑形状S4反射。并且，在被加工物W的下表面反射的环状光斑形状S4的第2反射光LB2d被针孔遮光器84遮挡，根据通过针孔遮光器84的针孔841的、在被加工物W的上表面反射的环状光斑形状S3的第1反射光LB2c，检测受光量，所以在被加工物W具有透明性时，也能够准确检测被加工物W的上表面位置。
再次参照图1，在构成上述激光光束照射单元52的壳体521的前端部设有摄像单元9，其用于检测要利用激光光束照射单元52进行激光加工的加工区域。该摄像单元9除利用可见光束摄像的普通摄像元件(CCD)之外，还由向被加工物照射红外线的红外线照明单元、捕捉被该红外线照明单元所照射的红外线的光学系统、输出与该光学系统捕捉到的红外线相对应的电信号的摄像元件(红外线CCD)等构成，向后面叙述的控制单元发送所摄像的图像信号。
图示实施方式中的激光加工器具有图8所示的控制单元10。控制单元10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)101；存储控制程序等的只读存储器(ROM)102；存储运算结果等的可读写的随机存取存储器(RAM)103；输入接口104和输出接口105。控制单元10的输入接口104被输入来自上述X轴方向位置检测单元374、Y轴方向位置检测单元384、聚光点位置调整单元53、第1受光元件87、第2受光元件88和摄像单元9等的检测信号。并且，从控制单元10的输出接口105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532、加工用脉冲激光光束激励单元6、检查用激光光束激励单元80等输出控制信号。另外，上述随机存取存储器(RAM)103具有存储上述图7所示的控制图的第1存储区域103a、存储后面叙述的被加工物的设计值数据的第2存储区域103b、存储后面叙述的光学器件晶片10的高度位置的第3存储区域103c以及其他存储区域。
图示实施方式中的激光加工器按照上面所述构成，下面说明其作用。
图9表示作为进行激光加工的被加工物的光学器件晶片20的立体图。图9所示光学器件晶片20由蓝宝石晶片构成，在其表面20a上利用排列成格子状的多个分割道201划分了多个区域，在该划分的区域中形成发光二极管、激光二极管等的光学器件202。
说明使用上述激光加工器，沿着上述光学器件晶片20的分割预定线201照射激光光束，在光学器件晶片20的内部沿着分割道201形成变质层的激光加工的实施方式。另外，在光学器件晶片20的内部形成变质层时，如果光学器件晶片20的厚度有偏差，如上所述将不能按照折射率的关系在预定深度均匀地形成变质层。因此，在实施激光加工之前，利用上述高度位置检测装置8计测保持在卡盘工作台36上的光学器件晶片20的高度位置。
即，首先在上述图1所示的激光加工器的卡盘工作台36上放置光学器件晶片20，并使其背面20b朝上，在该卡盘工作台36上吸引保持光学器件晶片20。吸引保持光学器件晶片20的卡盘工作台36通过加工进给单元37定位于摄像单元9的正下方。
在卡盘工作台36定位于摄像单元9的正下方后，执行利用摄像单元9和控制单元10检测光学器件晶片20的要进行激光加工的加工区域的校准作业。即，摄像单元9和控制单元10通过执行模式匹配等图像处理来完成校准作业，该模式匹配用于进行形成于光学器件晶片20的预定方向上的分割道201、与沿着该分割道201检测光学器件晶片20的高度的高度位置检测装置8的聚光器7的定位。并且，对在与形成于光学器件晶片20的预定方向正交的方向形成的分割道201，同样执行校准。此时，光学器件晶片20的形成有分割道201的表面20a位于下侧，但摄像单元9如上所述，具有由红外线照明单元、捕捉红外线的光学系统、和输出与红外线相对应的电信号的摄像元件(红外线CCD)等构成的摄像部件，所以能够透过背面20b拍摄分割道201。
在按照上面所述进行校准后，卡盘工作台36上的光学器件晶片20成为定位于图10(a)所示的坐标位置处的状态。另外，图10(b)表示使卡盘工作台36即光学器件晶片20从图10(a)所示状态旋转90度后的状态。
另外，在处于位于图10(a)和图10(b)所示的坐标位置的状态下的光学器件晶片20上形成的各个分割道201的进给开始位置坐标值(A1、A2、A3...An)、进给结束位置坐标值(B1、B2、B3...Bn)、以及进给开始位置坐标值(C1、C2、C3...Cn)、进给结束位置坐标值(D1、D2、D3...Dn)，存储在上述随机存取存储器(RAM)103的第2存储区域103b中。
在按照上面所述检测在保持于卡盘工作台36的光学器件晶片20上形成的分割道201、并进行高度检测位置的校准后，移动卡盘工作台36，使在图10(a)中排在最前面的分割道201位于聚光器7的正下方。并且，如图11所示，使分割道201的一端(在图11中为左端)即进给开始位置坐标值(A1)(参照图10(a))位于聚光器7的正下方。另外，在使高度位置检测单元8工作的同时，使卡盘工作台36沿图11中的箭头X1表示的方向移动，并使其一直移动到进给结束位置坐标值(B1)(高度位置检测步骤)。其结果，可以按照上面所述检测光学器件晶片20在图10(a)中排在最前面的分割道201的高度位置(从聚光透镜72到被加工物W的上表面的距离(H))。该检测出的高度位置(从聚光透镜72到被加工物W的上表面的距离(H))，与存储在上述随机存取存储器(RAM)103的第2存储区域103b中的坐标值相对应地存储在第3存储区域103c中。这样，沿着形成于光学器件晶片20的全部分割道201实施高度位置检测步骤，把各个分割道201的高度位置存储在上述随机存取存储器(RAM)103的第3存储区域103c中。
在如上所述沿着形成于光学器件晶片20的全部分割道201实施高度位置检测步骤后，实施在光学器件晶片20的内部沿着分割道201形成变质层的激光加工。
为了实施激光加工，首先移动卡盘工作台36，使在图10(a)中排在最前面的分割道201位于聚光器7的正下方。并且，按照图12(a)所示，使分割道201的一端(在图12(a)中为左端)即进给开始位置坐标值(A1)(参照图10(a))位于聚光器7的正下方。控制单元10使聚光点位置调整单元53工作，使从聚光器7照射的加工用脉冲激光光束LB1的聚光点Pa对准距光学器件晶片20的背面20b(上表面)预定深度的位置。接着，控制单元10使加工用脉冲激光光束激励单元6工作，一面从聚光器7照射加工用脉冲激光光束LB1，一面使卡盘工作台36沿箭头X1表示的方向以预定的加工进给速度移动(加工步骤)。然后，按照图12(b)所示，在聚光器7的照射位置到达分割道201的另一端(在图12(b)中为右端)后，停止照射脉冲激光光束，同时停止移动卡盘工作台36。在该加工步骤中，控制单元10根据存储在随机存取存储器(RAM)103的第3存储区域103c中的与光学器件晶片20的分割道201的X坐标值相对应的高度位置，控制聚光点位置调整单元53的脉冲电动机532，并按照图12(b)所示，使聚光器7与光学器件晶片20的分割道201的高度位置相对应地在上下方向移动。其结果，在光学器件晶片20的内部，如图12(b)所示，在距背面20b(上表面)预定深度的位置处形成了与背面20b(上表面)平行的变质层210。
另外，上述加工步骤中的加工条件例如按照下面所述设定。
激光器 ：YVO4脉冲激光器
波长 ：1064nm
重复频率 ：100kHz
脉冲输出 ：2.5μJ
聚光光斑直径
加工进给速度：100mm/秒
另外，在光学器件晶片20的厚度比较厚时，优选按照图13所示，分级改变聚光点Pa并多次执行上述加工步骤，由此形成多个变质层210a、210b、210c。优选按照210a、210b、210c的顺序，分级改变激光光束的聚光点来进行该变质层210a、210b、210c的形成。
如上所述，当沿着在光学器件晶片20的预定方向延伸的全部分割道201执行上述加工步骤后，使卡盘工作台36转动90度，沿着相对上述预定方向垂直延伸的各个分割道201执行上述加工步骤。这样，在沿着形成于光学器件晶片20上的全部分割道201执行上述加工步骤后，保持光学器件晶片20的卡盘工作台36返回最初吸引保持光学器件晶片20的位置，在此解除对光学器件晶片20吸引保持。然后，光学器件晶片20被未图示的搬运单元搬运到分割工序。
以上说明了把本发明的保持在卡盘工作台上的被加工物的高度位置检测装置应用于激光加工器的示例，但本发明可以应用于对保持在卡盘工作台上的被加工物进行加工的各种加工设备。
Claims (2)
1.一种检测被保持在卡盘工作台上的被加工物的上表面高度位置的高度位置检测装置，其特征在于，该被保持在卡盘工作台上的被加工物的高度位置检测装置具有：
激励激光光束的激光光束激励单元；
环状光斑形成单元，其使由该激光光束激励单元激励出的激光光束的光斑形状形成为环状；
第1光束分离器，其沿第1路径引导通过该环状光斑形成单元使光斑形状形成为环状的激光光束；
聚光器，其对沿该第1路径引导的激光光束进行聚光，并照射保持在卡盘工作台上的被加工物；
针孔遮光器，其设置于第2路径上，该第2路径是在卡盘工作台所保持的被加工物上反射的激光光束被该第1光束分离器分割而形成的；
第2光束分离器，其把通过该针孔遮光器的反射光分割为第3路径和第4路径；
第1受光元件，其接受被该第2光束分离器分割到该第3路径上的反射光；
第2受光元件，其接受被该第2光束分离器分割到该第4路径上的反射光；
受光区域限制单元，其设于该第4路径上，限制该第2受光元件所接受的反射光的受光区域；以及
控制单元，其根据该第1受光元件所接受的光量与该第2受光元件所接受的光量之比，求出保持在卡盘工作台上的被加工物的上表面高度位置。
2.根据权利要求1所述的保持在卡盘工作台上的被加工物的高度位置检测装置，其特征在于，该环状光斑形成单元由沿着激光光束保持预定间隔地串联设置的一对圆锥透镜构成。
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