JP2008170366A - チャックテーブルに保持された被加工物の計測装置およびレーザー加工機 - Google Patents
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Abstract
【課題】チャックテーブルに保持された半導体ウエーハ等の被加工物の上面高さや厚みを確実に計測できる計測装置および計測装置を装備したレーザー加工機を提供する。
【解決手段】白色光を発光する白色光源と、白色光を集光する色収差レンズと、白色光源と色収差レンズとの間に配設され被加工物に照射された白色光の反射光を分光するビームスプリッターと、分光された反射光を集光する第1の集光レンズと、第1の集光レンズの集光点位置に配設され集光された反射光が通過するピンホールを備えたマスクと、ピンホールを通過した反射光を集光する第2の集光レンズと、第2の集光レンズによって集光された反射光を回折光に変換する回折格子と、回折光を集光する第3の集光レンズと、集光された回折光の波長を検出する波長検出手段と、波長検出手段からの波長信号に基いてチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を求める制御手段とからなっている。
【選択図】図3
【解決手段】白色光を発光する白色光源と、白色光を集光する色収差レンズと、白色光源と色収差レンズとの間に配設され被加工物に照射された白色光の反射光を分光するビームスプリッターと、分光された反射光を集光する第1の集光レンズと、第1の集光レンズの集光点位置に配設され集光された反射光が通過するピンホールを備えたマスクと、ピンホールを通過した反射光を集光する第2の集光レンズと、第2の集光レンズによって集光された反射光を回折光に変換する回折格子と、回折光を集光する第3の集光レンズと、集光された回折光の波長を検出する波長検出手段と、波長検出手段からの波長信号に基いてチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を求める制御手段とからなっている。
【選択図】図3
Description
本発明は、レーザー加工機等の加工機に装備されるチャックテーブルに保持された半導体ウエーハ等の被加工物の上面高さや厚みを計測する計測装置およびレーザー加工機に関する。
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にIC、LSI等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。
上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの一方の面側から内部に集光点を合わせてウエーハに対して透過性を有する例えば波長が1064nmのパルスレーザー光線を照射し、ウエーハの内部にストリートに沿って変質層を連続的に形成し、この変質層が形成されることによって強度が低下した分割予定ラインに沿って外力を加えることにより、被加工物を分割するものである。(例えば、特許文献1参照。)
特許第3408805号公報
また、半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、被加工物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メカニカルブレーキング装置によって割断する方法が提案されている。(例えば、特許文献1参照。)
特開平10−305420号公報
このように被加工物に形成されたストリートに沿ってレーザー加工溝を形成する場合にも被加工物の所定高さ位置にレーザー光線の集光点を位置付けることが重要である。
また、半導体ウエーハの表面におけるボンディングパッドと呼ばれる電極が形成された位置に裏面からボンディングパッドに達する孔(ビアホール)を形成する加工方法として、半導体ウエーハの裏面からパルスレーザー光線を照射する方法が試みられている。しかるに、半導体ウエーハの厚みにバラツキがあると、ボンディングパッドに達する孔(ビアホール)を正確に形成することができない。従って、半導体ウエーハにおけるボンディングパッド部の厚みを正確に把握しておく必要がある。
しかるに、半導体ウエーハ等の板状の被加工物にはウネリがあり、その厚さにバラツキがあるため、均一なレーザー加工を施すことが難しい。即ち、ウエーハの内部にストリートに沿って変質層を形成する場合、ウエーハの厚さにバラツキがあるとレーザー光線を照射する際に屈折率の関係で所定の深さ位置に均一に変質層を形成することができない。また、ウエーハに形成されたストリートに沿ってレーザー加工溝を形成する場合にもその厚さにバラツキがあると、均一な深さのレーザー加工溝を形成することができない。更に、ウエーハにボンディングパッドに達する孔(ビアホール)を形成する場合、ウエーハの厚みにバラツキがあると、ボンディングパッドに達する孔(ビアホール)を正確に形成することができない。
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、チャックテーブルに保持された半導体ウエーハ等の被加工物の上面高さや厚みを確実に計測することができる計測装置および計測装置を装備したレーザー加工機を提供することである。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、加工機に装備される被加工物を保持するチャックテーブルに保持された被加工物の高さを計測する計測装置であって、
白色光を発光する白色光源と、該白色光源が発光した白色光を集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射する色収差レンズと、該白色光源と該色収差レンズとの間に配設され被加工物に照射された白色光の反射光を分光するビームスプリッターと、該ビームスプリッターによって分光された反射光を集光する第1の集光レンズと、該第1の集光レンズの集光点位置に配設され該第1の集光レンズによって集光された反射光が通過するピンホールを備えたマスクと、該マスクのピンホールを通過した反射光を集光する第2の集光レンズと、該第2の集光レンズによって集光された反射光を回折光に変換する回折格子と、該回折格子によって回折された回折光を集光する第3の集光レンズと、該第3の集光レンズによって集光された回折光の波長を検出する波長検出手段と、該波長検出手段からの波長信号に基いてチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を求める制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該色収差レンズによって集光された白色光の波長と焦点距離との関係を設定した制御マップを格納するメモリを備えており、該波長検出手段からの波長信号を該制御マップと照合して該色収差レンズからの焦点距離を求めることにより、チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を計測する、
ことを特徴とするチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置が提供される。
白色光を発光する白色光源と、該白色光源が発光した白色光を集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射する色収差レンズと、該白色光源と該色収差レンズとの間に配設され被加工物に照射された白色光の反射光を分光するビームスプリッターと、該ビームスプリッターによって分光された反射光を集光する第1の集光レンズと、該第1の集光レンズの集光点位置に配設され該第1の集光レンズによって集光された反射光が通過するピンホールを備えたマスクと、該マスクのピンホールを通過した反射光を集光する第2の集光レンズと、該第2の集光レンズによって集光された反射光を回折光に変換する回折格子と、該回折格子によって回折された回折光を集光する第3の集光レンズと、該第3の集光レンズによって集光された回折光の波長を検出する波長検出手段と、該波長検出手段からの波長信号に基いてチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を求める制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該色収差レンズによって集光された白色光の波長と焦点距離との関係を設定した制御マップを格納するメモリを備えており、該波長検出手段からの波長信号を該制御マップと照合して該色収差レンズからの焦点距離を求めることにより、チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を計測する、
ことを特徴とするチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置が提供される。
該色収差レンズと該チャックテーブルをX軸方向に相対的に移動するX軸移動手段と、該色収差レンズと該チャックテーブルをX軸方向と直交するY軸方向に相対的に移動するY軸移動手段と、該チャックテーブルのX軸方向位置検出手段と、該チャックテーブルのY軸方向位置検出手段とを具備し、
該制御手段は該波長検出手段と該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いて被加工物の所定位置における高さ位置を求め、該被加工物の所定位置における高さ位置を格納するメモリを備えている。
該制御手段は該波長検出手段と該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いて被加工物の所定位置における高さ位置を求め、該被加工物の所定位置における高さ位置を格納するメモリを備えている。
また、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に保持された被加工物に加工用のレーザー光線を照射する加工用レーザー光線照射手段と、該加工用レーザー光線照射手段をチャックテーブルの該保持面に対して垂直な方向に移動する集光点位置調整手段と、
を具備するレーザー加工機であって、
上記計測装置が配設されており、該計測装置は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計測する、
ことを特徴とするレーザー加工機が提供される。
を具備するレーザー加工機であって、
上記計測装置が配設されており、該計測装置は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計測する、
ことを特徴とするレーザー加工機が提供される。
本発明においては、色収差レンズを通過した白色光が波長によって異なる焦点距離を有することを利用して、その反射光によって波長を特定することにより焦点距離を求めるので、チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を正確に計測することができる。
以下、本発明に従って構成されたチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置およびレーザー加工機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。
図1には、本発明に従って構成されたチャックテーブルに保持された被加工物の高さを計測する計測装置を装備したレーザー加工機の斜視図が示されている。図1に示すレーザー加工装置は、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に上記矢印Xで示す加工送り方向(X軸方向)と直角な矢印Yで示す割り出し送り方向(Y軸方向)に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構4と、該レーザー光線ユニット支持機構4に矢印Zで示す方向(Z軸方向)に移動可能に配設された加工用レーザー光線照射ユニット5と、チャックテーブルに保持された被加工物の高さを計測する計測装置を構成する計測用光線照射ユニット6とを具備している。この加工用レーザー光線照射ユニット5と計測用光線照射ユニット6は、共通のユニットホルダ44に装着される。
上記チャックテーブル機構3は、静止基台2上に矢印Xで示す加工送り方向(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た第一の滑動ブロック32と、該第1の滑動ブロック32上に矢印Yで示す割り出し送り方向(Y軸方向)に移動可能に配設された第2の滑動ブロック33と、該第2の滑動ブロック33上に円筒部材34によって支持されたカバーテーブル35と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル36を具備している。このチャックテーブル36は多孔性材料から形成された吸着チャック361を具備しており、吸着チャック361上(保持面)に被加工物である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。
上記第1の滑動ブロック32は、その下面に上記一対の案内レール31、31と嵌合する一対の被案内溝321、321が設けられているとともに、その上面に矢印Yで示す割り出し送り方向(Y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に沿って矢印Xで示す加工送り方向(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に沿って矢印Xで示す加工送り方向(X軸方向)に移動させるための加工送り手段37(X軸移動手段)を具備している。加工送り手段37は、上記一対の案内レール31と31の間に平行に配設された雄ネジロッド371と、該雄ネジロッド371を回転駆動するためのパルスモータ372等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド371は、その一端が上記静止基台2に固定された軸受ブロック373に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ372の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド371は、第1の滑動ブロック32の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ372によって雄ネジロッド371を正転および逆転駆動することにより、第一の滑動ブロック32は案内レール31、31に沿って矢印Xで示す加工送り方向(X軸方向)に移動せしめられる。
図示の実施形態におけるレーザー加工機は、上記チャックテーブル36の加工送り量を検出するための加工送り量検出手段374を備えている。加工送り量検出手段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。この送り量検出手段374の読み取りヘッド374bは、図示に実施形態においては1μm毎に1パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル36の加工送り量を検出する。従って、加工送り量検出手段374は、チャックテーブル36のX軸方向位置を検出するX軸方向位置検出手段として機能する。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の加工送り量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の加工送り量を検出することもできる。
上記第2の滑動ブロック33は、その下面に上記第1の滑動ブロック32の上面に設けられた一対の案内レール322、322と嵌合する一対の被案内溝331、331が設けられており、この被案内溝331、331を一対の案内レール322、322に嵌合することにより、矢印Yで示す割り出し送り方向(Y軸方向)に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構3は、第2の滑動ブロック33を第1の滑動ブロック32に設けられた一対の案内レール322、322に沿って矢印Yで示す割り出し送り方向(Y軸方向)に移動させるための第1の割り出し送り手段38(Y軸移動手段)を具備している。第1の割り出し送り手段38は、上記一対の案内レール322と322の間に平行に配設された雄ネジロッド381と、該雄ネジロッド381を回転駆動するためのパルスモータ382等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド381は、その一端が上記第1の滑動ブロック32の上面に固定された軸受ブロック383に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ382の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド381は、第2の滑動ブロック33の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ382によって雄ネジロッド381を正転および逆転駆動することにより、第2の滑動ブロック33は案内レール322、322に沿って矢印Yで示す割り出し送り方向(Y軸方向)に移動せしめられる。
図示の実施形態におけるレーザー加工機は、上記第2の滑動ブロック33の割り出し加工送り量を検出するための割り出し送り量検出手段384を備えている。割り出し送り量検出手段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。この送り量検出手段384の読み取りヘッド384bは、図示に実施形態においては1μm毎に1パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル36の割り出し送り量を検出する。従って、割り出し送り量検出手段384は、チャックテーブル36のY軸方向位置を検出するY軸方向位置検出手段として機能する。なお、上記割り出し送り手段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の割り出し送り量を検出することもできる。また、上記第1の割り出し送り手段38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の割り出し送り量を検出することもできる。
上記レーザー光線照射ユニット支持機構4は、静止基台2上に矢印Yで示す割り出し送り方向(Y軸方向)に沿って平行に配設された一対の案内レール41、41と、該案内レール41、41上に矢印Yで示す方向に移動可能に配設された可動支持基台42を具備している。この可動支持基台42は、案内レール41、41上に移動可能に配設された移動支持部421と、該移動支持部421に取り付けられた装着部422とからなっている。装着部422は、一側面に矢印Zで示す方向(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に沿って矢印Yで示す割り出し送り方向(Y軸方向)に移動させるための第2の割り出し送り手段43(Y軸移動手段)を具備している。第2の割り出し送り手段43は、上記一対の案内レール41、41の間に平行に配設された雄ネジロッド431と、該雄ねじロッド431を回転駆動するためのパルスモータ432等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド431は、その一端が上記静止基台2に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ432の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド431は、可動支持基台42を構成する移動支持部421の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ432によって雄ネジロッド431を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台42は案内レール41、41に沿って矢印Yで示す割り出し送り方向(Y軸方向)に移動せしめられる。
上記加工用レーザー光線照射ユニット5と計測用光線照射ユニット6が装着された共通のユニットホルダ44は、上記可動支持基台42の装着部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441、441が設けられており、この被案内溝441、441を上記案内レール423、423に嵌合することにより、矢印Zで示す方向(Z軸方向)に移動可能に支持される。
図示の実施形態におけるレーザー加工機は、ユニットホルダ44を一対の案内レール423、423に沿って矢印Zで示す方向(Z軸方向)即ちチャックテーブル36の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45を具備している。集光点位置調整手段45は、一対の案内レール423、423の間に配設された雄ネジロッド(図示せず)と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ452等の駆動源を含んでおり、パルスモータ452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、加工用レーザー光線照射ユニット5と計測用光線照射ユニット6が装着されたユニットホルダ44を案内レール423、423に沿って矢印Zで示す方向(Z軸方向)に移動せしめる。なお、図示の実施形態においてはパルスモータ452を正転駆動することにより加工用レーザー光線照射ユニット5と計測用光線照射ユニット6を上方に移動し、パルスモータ452を逆転駆動することにより加工用レーザー光線照射ユニット5と計測用光線照射ユニット6を下方に移動するようになっている。
図示の実施形態における加工用レーザー光線照射ユニット5は、上記ユニットホルダ44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51を含んでいる。また、加工用レーザー光線照射ユニット5は、図2に示すようにケーシング51内に配設されたパルスレーザー光線発振手段52および出力調整手段53と、上記ケーシング51の先端に装着された集光器54を具備している。上記パルスレーザー光線発振手段52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521と、これに付設された繰り返し周波数設定手段522とから構成されている。
上記加工用レーザー光線照射ユニット5を構成するケーシング51の前端部には、撮像手段7が配設されている。この撮像手段7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。
次に、チャックテーブルに保持された被加工物の高さを計測する計測装置を構成する計測用光線照射ユニット6について、図1および図3を参照して説明する。
図示の実施形態における計測用光線照射ユニット6は、上記ユニットホルダ44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60を含んでいる。また、計測用光線照射ユニット6は、図3に示すようにケーシング60内に配設された白色光を発光する白色光源61と、該白色光源61が発光した白色光を集光してチャックテーブル36に保持された被加工物Wに照射する色収差レンズ62と、該白色光源61と色収差レンズ62との間に配設され被加工物に照射された白色光の反射光を分光するビームスプリッター63を具備している。白色光源61は、白色灯や発光ダイオード(LED)等を用いることができる。色収差レンズ62は、グラディウムレンズ等の色収差を有するレンズからなり、光の波長によって屈折率が異なる。従って、色収差レンズ62に入光した白色光は、波長によって焦点距離(集光位置)が異なる。ビームスプリッター63は、白色光源61が発光した白色光を実線で示すように色収差レンズ62に向けて透過せしめるとともに、被加工物Wで反射した反射光を破線で示すように90度の角度で反射し分光せしめる。
図示の実施形態における計測用光線照射ユニット6は、上記ユニットホルダ44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60を含んでいる。また、計測用光線照射ユニット6は、図3に示すようにケーシング60内に配設された白色光を発光する白色光源61と、該白色光源61が発光した白色光を集光してチャックテーブル36に保持された被加工物Wに照射する色収差レンズ62と、該白色光源61と色収差レンズ62との間に配設され被加工物に照射された白色光の反射光を分光するビームスプリッター63を具備している。白色光源61は、白色灯や発光ダイオード(LED)等を用いることができる。色収差レンズ62は、グラディウムレンズ等の色収差を有するレンズからなり、光の波長によって屈折率が異なる。従って、色収差レンズ62に入光した白色光は、波長によって焦点距離(集光位置)が異なる。ビームスプリッター63は、白色光源61が発光した白色光を実線で示すように色収差レンズ62に向けて透過せしめるとともに、被加工物Wで反射した反射光を破線で示すように90度の角度で反射し分光せしめる。
ビームスプリッター63によって分光された反射光は、第1の集光レンズ64、マスク65、第2の集光レンズ66、回折格子67、第3の集光レンズ68を介して波長検出手段69に至る。第1の集光レンズ64はアクロマテックレンズ等の色収差等の色収差のないレンズからなり、ビームスプリッター63によって分光された反射光を集光せしめる。マスク65は、第1の集光レンズ64の集光点位置に配設され第1の集光レンズ64によって集光された反射光が通過するピンホール651を備えている。なお、ピンホール651は、直径が10〜100μmでよい。第2の集光レンズ66はアクロマテックレンズ等の色収差等の色収差のないレンズからなり、マスク65のピンホール651を通過した反射光を集光する。回折格子67は、第2の集光レンズ66によって集光された反射光を回折光に変換する。第3の集光レンズ68は、反射光が回折格子67によって変換された回折光を集光して波長検出手段69に照射する。波長検出手段69は、CCD、CMOS、PSD等からなり、第3の集光レンズ68によって集光された回折光の波長を検出し、検出した波長信号を後述する制御手段に送る。
上述した計測用光線照射ユニット6の作用について説明する。
上記白色光源61が発光した白色光(L)は、図3において実線で示すようにビームスプリッター63を透過して色収差レンズ62に入光し、色収差レンズ62によって集光されチャックテーブル36に保持された被加工物Wに照射される。このとき色収差レンズ62によって集光される白色光(L)は、波長によって屈折率が異なるため、波長によって焦点距離が異なる。従って、被加工物Wに照射された白色光(L)は被加工物Wの上面で反射するが、このうち被加工物Wの上面に集光点が合致した波長の光が最も小さい直径で反射する。被加工物Wの上面で反射した集光点が合致した波長(S1)の反射光(L1)は、破線で示すようにビームスプリッター63によって分光されて第1の集光レンズ64に入光する。第1の集光レンズ64に入光した反射光(L1)は、集光されマスク65のピンホール651を通過し、更に第2の集光レンズ66によって再度集光されて回折格子67に至る。なお、被加工物Wの上面に集光点が合致しない波長の反射光は直径が大きいため、第1の集光レンズ64によって集光されてもマスク65によって遮断されピンホール651を通過する量はほんの僅かとなる。回折格子67に到達した反射光は、波長に対応した回折光に変換され波長に対応した角度で反射して第3の集光レンズ68に至る。第3の集光レンズ68に到達した回折光(La)は、集光されて波長検出手段69に照射する。波長検出手段69は、回折光(La)が照射された位置に基いて上記反射光(L1)の波長(S1)を検出し、検出した波長信号を後述する制御手段に送る。なお、マスク65によって遮断されピンホール651を通過した被加工物Wの上面に集光点が合致しない波長の反射光も回折格子67によってそれぞれ所定の角度を反射し第3の集光レンズ68を介して波長検出手段69に到達するが、上述したように光量が極めて少ないため波長検出手段69を作動することはない。後述する制御手段は、入力した波長信号に基いて上記色収差レンズ62の波長に対する焦点距離を求めることにより、チャックテーブル36に保持された被加工物Wの上面の高さ位置を求める。
上記白色光源61が発光した白色光(L)は、図3において実線で示すようにビームスプリッター63を透過して色収差レンズ62に入光し、色収差レンズ62によって集光されチャックテーブル36に保持された被加工物Wに照射される。このとき色収差レンズ62によって集光される白色光(L)は、波長によって屈折率が異なるため、波長によって焦点距離が異なる。従って、被加工物Wに照射された白色光(L)は被加工物Wの上面で反射するが、このうち被加工物Wの上面に集光点が合致した波長の光が最も小さい直径で反射する。被加工物Wの上面で反射した集光点が合致した波長(S1)の反射光(L1)は、破線で示すようにビームスプリッター63によって分光されて第1の集光レンズ64に入光する。第1の集光レンズ64に入光した反射光(L1)は、集光されマスク65のピンホール651を通過し、更に第2の集光レンズ66によって再度集光されて回折格子67に至る。なお、被加工物Wの上面に集光点が合致しない波長の反射光は直径が大きいため、第1の集光レンズ64によって集光されてもマスク65によって遮断されピンホール651を通過する量はほんの僅かとなる。回折格子67に到達した反射光は、波長に対応した回折光に変換され波長に対応した角度で反射して第3の集光レンズ68に至る。第3の集光レンズ68に到達した回折光(La)は、集光されて波長検出手段69に照射する。波長検出手段69は、回折光(La)が照射された位置に基いて上記反射光(L1)の波長(S1)を検出し、検出した波長信号を後述する制御手段に送る。なお、マスク65によって遮断されピンホール651を通過した被加工物Wの上面に集光点が合致しない波長の反射光も回折格子67によってそれぞれ所定の角度を反射し第3の集光レンズ68を介して波長検出手段69に到達するが、上述したように光量が極めて少ないため波長検出手段69を作動することはない。後述する制御手段は、入力した波長信号に基いて上記色収差レンズ62の波長に対する焦点距離を求めることにより、チャックテーブル36に保持された被加工物Wの上面の高さ位置を求める。
後述する制御手段は、図4に示すように色収差レンズ62によって集光される白色光の波長と焦点距離との関係を設定した制御マップを備えており、この制御マップを参照して上記波長検出手段69から送られた波長信号に対応した焦点距離を求める。従って、色収差レンズ62から焦点距離に対応する位置がチャックテーブル36に保持された被加工物Wの上面の高さ位置となる。例えば、図4に示す制御マップにおいては上記波長検出手段69から送られた波長信号が0.8μmである場合には、色収差レンズ62から焦点距離は29.4mmであるので、チャックテーブル36に保持された被加工物Wの上面の高さ位置は色収差レンズ62から29.4mm下方位置となる。
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、制御手段8を具備している。制御手段8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)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。制御手段8の入力インターフェース85には、上記加工送り量検出手段374、割り出し送り量検出手段384、波長検出手段69および撮像手段7等からの検出信号が入力される。そして、制御手段8の出力インターフェース86からは、上記パルスモータ372、パルスモータ382、パルスモータ432、パルスモータ532、加工用パルスレーザー光線発振手段5、計測用光線照射ユニット6等に制御信号を出力する。なお、上記ランダムアクセスメモリ(RAM)83は、上述した図4に示す制御マップを格納する第1の記憶領域83a、後述する被加工物の設計値のデータを記憶する第2の記憶領域83b、後述する半導体ウエーハ10の高さ位置を記憶する第3の記憶領域83cや他の記憶領域を備えている。
図示の実施形態におけるレーザー加工機は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図5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5に示すは、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。
図5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5に示すは、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。
上述したレーザー加工機を用い、上記半導体ウエーハ10の分割予定ライン101に沿ってレーザー光線を照射し、半導体ウエーハ10の内部にストリート101に沿って変質層を形成するレーザー加工の実施形態について説明する。なお、半導体ウエーハ10の内部に変質層を形成する際に、半導体ウエーハの厚さにバラツキがあると、上述したように屈折率の関係で所定の深さに均一に変質層を形成することができない。そこで、レーザー加工を施す前に、上述した計測装置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。
即ち、先ず上述した図1に示すレーザー加工機のチャックテーブル36上に半導体ウエーハ10の裏面10bを上にして載置し、該チャックテーブル36上に半導体ウエーハ10を吸引保持する。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によって撮像手段7の直下に位置付けられる。
即ち、先ず上述した図1に示すレーザー加工機のチャックテーブル36上に半導体ウエーハ10の裏面10bを上にして載置し、該チャックテーブル36上に半導体ウエーハ10を吸引保持する。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によって撮像手段7の直下に位置付けられる。
チャックテーブル36が撮像手段6の直下に位置付けられると、撮像手段6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、該ストリート101に沿って半導体ウエーハ10の高さを検出する計測用光線照射ユニット6の色収差レンズ62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、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に形成されている所定方向と直交する方向に形成されているストリート101に対しても、同様に高さ検出位置のアライメントが遂行される。このとき、半導体ウエーハ10のストリート101が形成されている表面10aは下側に位置しているが、撮像手段7が上述したように赤外線照明手段と赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子(赤外線CCD)等で構成された撮像手段を備えているので、裏面10bから透かしてストリート101を撮像することができる。
上述したようにアライメントが行われると、チャックテーブル36上の半導体ウエーハ10は、図6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6の(b)はチャックテーブル36即ち半導体ウエーハ10を図6の(a)に示す状態から90度回転した状態を示している。
なお、図6の(a)および図6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)8の第2に記憶領域83bに格納されている。
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に形成されているストリート101を検出し、高さ検出位置のアライメントが行われたならば、チャックテーブル36を移動して図6の(a)において最上位のストリート101を計測用光線照射ユニット6の色収差レンズ62の直下に位置付ける。そして、更に図7で示すようにストリート101の一端(図7において左端)である送り開始位置座標値(A1)(図6の(a)参照)を色収差レンズ62の直下に位置付ける。そして、計測用光線照射ユニット6を作動するとともに、チャックテーブル36を図7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6の(a)において最上位のストリート101における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)8の第3の記憶領域83c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における高さ位置を上記ランダムアクセスメモリ(RAM)8の第3の記憶領域83cに格納する。
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に内部にストリート101に沿って変質層を形成するレーザー加工を実施する。
レーザー加工を実施するには、先ずチャックテーブル36を移動して図6の(a)において最上位のストリート101を加工用レーザー光線照射ユニット5の集光器54の直下に位置付ける。そして、更に図8の(a)で示すようにストリート101の一端(図8の(a)において左端)である送り開始位置座標値(A1)(図6の(a)参照)を集光器54の直下に位置付ける。そして、集光器54から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pを半導体ウエーハ10の裏面10b(上面)から所定の深さ位置に合わせる。次に、加工用レーザー光線照射ユニット5を作動し、集光器54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で移動せしめる(加工工程)。そして、図8の(b)で示すように集光器54の照射位置がストリート101の他端(図8の(b)において右端)に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともに、チャックテーブル36の移動を停止する。この加工工程においては、制御手段8はランダムアクセスメモリ(RAM)8の第3の記憶領域83c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、集光点位置調整手段45のパルスモータ452を制御し、図8の(b)で示すように集光器54を半導体ウエーハ10のストリート101における高さ位置に対応して上下方向に移動せしめる。この結果、半導体ウエーハ10の内部には、図8の(b)で示すように裏面10b(上面)から所定の深さ位置に裏面10b(上面)と平行に変質層110が形成される。
レーザー加工を実施するには、先ずチャックテーブル36を移動して図6の(a)において最上位のストリート101を加工用レーザー光線照射ユニット5の集光器54の直下に位置付ける。そして、更に図8の(a)で示すようにストリート101の一端(図8の(a)において左端)である送り開始位置座標値(A1)(図6の(a)参照)を集光器54の直下に位置付ける。そして、集光器54から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pを半導体ウエーハ10の裏面10b(上面)から所定の深さ位置に合わせる。次に、加工用レーザー光線照射ユニット5を作動し、集光器54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で移動せしめる(加工工程)。そして、図8の(b)で示すように集光器54の照射位置がストリート101の他端(図8の(b)において右端)に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともに、チャックテーブル36の移動を停止する。この加工工程においては、制御手段8はランダムアクセスメモリ(RAM)8の第3の記憶領域83c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、集光点位置調整手段45のパルスモータ452を制御し、図8の(b)で示すように集光器54を半導体ウエーハ10のストリート101における高さ位置に対応して上下方向に移動せしめる。この結果、半導体ウエーハ10の内部には、図8の(b)で示すように裏面10b(上面)から所定の深さ位置に裏面10b(上面)と平行に変質層110が形成される。
なお、上記加工工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
レーザー :YVO4 パルスレーザー
波長 :1064nm
繰り返し周波数 :100kHz
パルス出力 :2.5μJ
集光スポット径 :φ1μm
加工送り速度 :100mm/秒
レーザー :YVO4 パルスレーザー
波長 :1064nm
繰り返し周波数 :100kHz
パルス出力 :2.5μJ
集光スポット径 :φ1μm
加工送り速度 :100mm/秒
なお、半導体ウエーハ20の厚さが厚い場合には、図9に示すように集光点Pを段階的に変えて上述したレーザー光線照射工程を複数回実行することにより、複数の変質層110a、110b、110cを形成することが望ましい。この変質層110a、110b、110cの形成は、110a、110b、110cの順番でレーザー光線の集光点を段階的に変位して行うことが好ましい。
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に沿って上記加工工程を実行したならば、チャックテーブル36を90度回動せしめて、上記所定方向に対して直角に延びる各ストリート101に沿って上記加工工程を実行する。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に沿って上記加工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。
次に、上述した計測装置によって被加工物の厚みを計測する例について、図10を参照して説明する。
上記白色光源61が発光した白色光(L)は、図10において実線で示すようにビームスプリッター63を透過して色収差レンズ62に入光し、色収差レンズ62によって集光されチャックテーブル36に保持された被加工物Wに照射される。このとき色収差レンズ62によって集光される白色光のうち被加工物Wの上面に集光点が合致した波長(S1)の光が上述したように反射するとともに、被加工物Wを透過した光のうち被加工物Wの下面に集光点が合致した波長(S2)の光が図10において破線で示すように反射する。このように被加工物Wの上面と下面で反射した反射光(L1),(L2)は、上述したように破線で示すようにビームスプリッター63、第1の集光レンズ64、マスク65のピンホール651、第2の集光レンズ66を介して回折格子67に至る。回折格子67に到達した反射光(L1),(L2)は、波長(S1)と波長(S2)に対応した回折光(La),(Lb)に変換されそれぞれ波長に対応した角度で反射して第3の集光レンズ68に至る。第3の集光レンズ68に到達した波長(S1)と波長(S2)に対応した回折光は、それぞれ集光されて波長検出手段69に照射する。例えば、波長(S1)の回折光(La)が波長検出手段69の0.8μmの位置に照射され、波長(S2)の回折光が波長検出手段69の0.9μmの位置に照射された場合には、波長検出手段69からの波長信号に基いて制御手段8は図4に示す制御マップと照合し、波長(S1)の焦点距離が29.4mmで波長(S2)の焦点距離が29.6mmであることが判る。従って、制御手段8は両焦点距離の差(29.6mm−29.4mm)を演算することにより、被加工物Wの厚みを0.2mm(200μm)であると判定する。
上記白色光源61が発光した白色光(L)は、図10において実線で示すようにビームスプリッター63を透過して色収差レンズ62に入光し、色収差レンズ62によって集光されチャックテーブル36に保持された被加工物Wに照射される。このとき色収差レンズ62によって集光される白色光のうち被加工物Wの上面に集光点が合致した波長(S1)の光が上述したように反射するとともに、被加工物Wを透過した光のうち被加工物Wの下面に集光点が合致した波長(S2)の光が図10において破線で示すように反射する。このように被加工物Wの上面と下面で反射した反射光(L1),(L2)は、上述したように破線で示すようにビームスプリッター63、第1の集光レンズ64、マスク65のピンホール651、第2の集光レンズ66を介して回折格子67に至る。回折格子67に到達した反射光(L1),(L2)は、波長(S1)と波長(S2)に対応した回折光(La),(Lb)に変換されそれぞれ波長に対応した角度で反射して第3の集光レンズ68に至る。第3の集光レンズ68に到達した波長(S1)と波長(S2)に対応した回折光は、それぞれ集光されて波長検出手段69に照射する。例えば、波長(S1)の回折光(La)が波長検出手段69の0.8μmの位置に照射され、波長(S2)の回折光が波長検出手段69の0.9μmの位置に照射された場合には、波長検出手段69からの波長信号に基いて制御手段8は図4に示す制御マップと照合し、波長(S1)の焦点距離が29.4mmで波長(S2)の焦点距離が29.6mmであることが判る。従って、制御手段8は両焦点距離の差(29.6mm−29.4mm)を演算することにより、被加工物Wの厚みを0.2mm(200μm)であると判定する。
このように被加工物の厚みを計測することにより、例えばパルスレーザー光線を用いて半導体ウエーハにボンディングパッドに達する孔(ビアホール)を形成する場合、被加工物の厚み対応したパルス数を設定することができるため、ボンディングパッドに達する孔(ビアホール)を正確に形成することができる。
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:加工送り量検出手段
38:第1の割り出し送り手段
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
43:第2の割り出し送り手段
433:割り出し送り量検出手段
44:ユニットホルダ
5:加工用レーザー光線照射ユニット
51:ユニットホルダ
52:パルスレーザー光線発振手段
53:出力調整手段
54:集光器
6:計測用光線照射ユニット
61:白色光源
62:色収差レンズ
63:ビームスプリッター
64:第1の集光レンズ
65:マスク
651:ピンホール
66:第2の集光レンズ
67:回折格子
68:第3の集光レンズ
69:波長検出手段
7:撮像手段
8:制御手段
10:半導体ウエーハ
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:加工送り量検出手段
38:第1の割り出し送り手段
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
43:第2の割り出し送り手段
433:割り出し送り量検出手段
44:ユニットホルダ
5:加工用レーザー光線照射ユニット
51:ユニットホルダ
52:パルスレーザー光線発振手段
53:出力調整手段
54:集光器
6:計測用光線照射ユニット
61:白色光源
62:色収差レンズ
63:ビームスプリッター
64:第1の集光レンズ
65:マスク
651:ピンホール
66:第2の集光レンズ
67:回折格子
68:第3の集光レンズ
69:波長検出手段
7:撮像手段
8:制御手段
10:半導体ウエーハ
Claims (3)
- 加工機に装備される被加工物を保持するチャックテーブルに保持された被加工物の高さを計測する計測装置であって、
白色光を発光する白色光源と、該白色光源が発光した白色光を集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射する色収差レンズと、該白色光源と該色収差レンズとの間に配設され被加工物に照射された白色光の反射光を分光するビームスプリッターと、該ビームスプリッターによって分光された反射光を集光する第1の集光レンズと、該第1の集光レンズの集光点位置に配設され該第1の集光レンズによって集光された反射光が通過するピンホールを備えたマスクと、該マスクのピンホールを通過した反射光を集光する第2の集光レンズと、該第2の集光レンズによって集光された反射光を回折光に変換する回折格子と、該回折格子によって回折された回折光を集光する第3の集光レンズと、該第3の集光レンズによって集光された回折光の波長を検出する波長検出手段と、該波長検出手段からの波長信号に基いてチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を求める制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該色収差レンズによって集光された白色光の波長と焦点距離との関係を設定した制御マップを格納するメモリを備えており、該波長検出手段からの波長信号を該制御マップと照合して該色収差レンズからの焦点距離を求めることにより、チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を計測する、
ことを特徴とするチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置。 - 該色収差レンズと該チャックテーブルをX軸方向に相対的に移動するX軸移動手段と、該色収差レンズと該チャックテーブルをX軸方向と直交するY軸方向に相対的に移動するY軸移動手段と、該チャックテーブルのX軸方向位置検出手段と、該チャックテーブルのY軸方向位置検出手段とを具備し、
該制御手段は該波長検出手段と該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いて被加工物の所定位置における高さ位置を求め、該被加工物の所定位置における高さ位置を格納するメモリを備えている、請求項1記載のチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置。 - 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に保持された被加工物に加工用のレーザー光線を照射する加工用レーザー光線照射手段と、該加工用レーザー光線照射手段をチャックテーブルの該保持面に対して垂直な方向に移動する集光点位置調整手段と、を具備するレーザー加工機であって、請求項1記載の計測装置が配設されており、該計測装置は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計測する、
ことを特徴とするレーザー加工機。
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