JP2010266407A - Height detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばレーザ加工される半導体ウエーハ等のワーク表面の高さ位置を測定する高さ検出装置に関するものである。 The present invention relates to a height detection apparatus that measures the height position of a workpiece surface such as a semiconductor wafer to be laser processed, for example.
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ワークの表面に格子状に配列されたストリート(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等の回路が形成されている半導体ワークをストリートに沿って切断することにより回路毎に分割して個々の半導体チップを製造している。半導体ワークのストリートに沿った切断は、通常、ダイサーと称される切削装置によって行われているが、レーザビームを照射して切断する加工方法も試みられている。 In the semiconductor device manufacturing process, a plurality of areas are defined by streets (division lines) arranged in a grid pattern on the surface of a semiconductor work having a substantially disk shape, and circuits such as IC and LSI are defined in the partitioned areas. Each semiconductor chip is manufactured by dividing each semiconductor circuit by cutting the semiconductor work on which the film is formed along the street. Cutting along the streets of a semiconductor work is usually performed by a cutting device called a dicer, but a processing method of cutting by irradiating a laser beam has also been attempted.
例えば、光デバイスウエーハ等のワークをストリートに沿って分割する方法として、ワークに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームをストリートに沿って照射することによりレーザ加工溝を形成し、このレーザ加工溝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)。 For example, as a method of dividing a workpiece such as an optical device wafer along the street, a laser processing groove is formed by irradiating the workpiece with a pulsed laser beam having a wavelength that absorbs the workpiece along the street. A method of cleaving by applying an external force along the groove has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
また、ワークに対して透過性を有する波長のパルスレーザビームを用い、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ビームを照射するレーザ加工方法も試みられている。このレーザ加工方法を用いた分割方法は、ワークの一方の面側から内部に集光点を合わせてワークに対して透過性を有する波長のパルスレーザビームを照射し、ワークの内部にストリートに沿った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、ワークを分割するものである(例えば、特許文献2参照)。 In addition, a laser processing method has been attempted in which a pulse laser beam having a wavelength that is transmissive to the workpiece is used, and the pulse laser beam is irradiated with a focused point inside the region to be divided. The dividing method using this laser processing method is to irradiate a pulse laser beam having a wavelength that is transmissive to the workpiece by aligning the condensing point from one side of the workpiece to the inside, along the street along the street. The modified layer is continuously formed, and the work is divided by applying an external force along the street whose strength is reduced by forming the modified layer (see, for example, Patent Document 2). .
ところで、ウエーハ等の板状のワークにはウネリがあり、ワークの表面高さ位置が一定でない。そのため、上述したようないずれの加工方法においても外力付与時に品質よくワークをチップに分割できるようにするためには、ワーク表面の高さ位置を検出し、その検出結果に基づいてレーザ加工時にレーザビームの焦点位置を補正することでレーザ加工溝や改質層を均一に形成する必要がある。そこで、例えば白色光を用いてワーク表面の高さ位置を検出する検出装置が提案されている(例えば、特許文献3参照)。すなわち、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、ピンホールを透過した反射光の波長を特定することで焦点距離を求め、ワークの表面高さ位置を計測するようにしたものである。 By the way, a plate-like workpiece such as a wafer has undulation, and the surface height position of the workpiece is not constant. Therefore, in any of the above processing methods, in order to be able to divide the workpiece into chips with good quality when external force is applied, the height position of the workpiece surface is detected, and the laser is processed during laser processing based on the detection result. It is necessary to uniformly form the laser processing groove and the modified layer by correcting the focal position of the beam. Thus, for example, a detection device that detects the height position of the workpiece surface using white light has been proposed (see, for example, Patent Document 3). That is, using the fact that white light that has passed through a chromatic aberration lens has a different focal length depending on the wavelength, the focal length is obtained by specifying the wavelength of reflected light that has passed through the pinhole, and the surface height position of the workpiece is measured. It is what I did.
これらの提案例によりワーク表面の高さ位置を精度良く計測することが可能となった。しかしながら、回折を用いて光を波長毎に分散させる場合、隣り合う次数のスペクトルが一部重なり合う現象が起こるため、重なりの生じない自由スペクトル領域の波長しか検出に利用できなかった。すなわち、検出に利用可能な波長域が制限されてしまうものである。 These proposed examples made it possible to accurately measure the height position of the workpiece surface. However, when light is dispersed for each wavelength by using diffraction, a phenomenon in which adjacent order spectra partially overlap occurs, and therefore only wavelengths in the free spectral region where no overlap occurs can be used for detection. That is, the wavelength range that can be used for detection is limited.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回折を用いる場合に所望の次数の回折光の全ての波長を検出に利用することができる高さ検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a height detection device that can use all wavelengths of diffracted light of a desired order for detection when diffraction is used. .
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる高さ検出装置は、加工機に装備され、保持手段に保持されたワークの高さを検出する高さ検出装置であって、白色光を発光する白色光源と、前記白色光に含まれる各波長をそれぞれ集光して、前記ワークに向かう光軸上に複数の集光点を形成する色収差レンズと、該色収差レンズで集光されて前記ワークで反射した反射光を検出する高さ検出手段と、を備え、前記高さ検出手段は、前記ワーク表面で反射した光のうち該ワーク表面付近で焦点を結んだ光以外の光の通過を規制する光規制手段と、該光規制手段を通過した前記反射光を同一平面内に広がる回折光に分岐させる回折光学素子と、前記回折光に含まれる所定のn次回折光(nは、整数)と該n次とは次数の異なる異次回折光とのうちで前記n次回折光のみを検出するn次回折光検出手段と、を有し、該n次回折光検出手段は、前記n次回折光と前記異次回折光とを含む前記回折光を集光する回折光集光レンズと、前記回折光集光レンズによって集光される前記n次回折光と前記異次回折光とを含む前記回折光を、前記同一平面外の方向へ波長毎に異なった角度で屈折させる波長分散フィルタと、該波長分散フィルタによって波長毎に異なった箇所に集光される前記n次回折光と前記異次回折光とのうちで前記n次回折光が集光される箇所にのみ検出部を有し、前記n次回折光のみの波長毎の光強度を検出する波長検出センサと、前記色収差レンズによって集光される前記白色光に含まれる各波長の焦点距離を記憶した制御マップを格納するメモリと、を含み、前記波長検出センサからの信号と前記制御マップとに基づいて前記保持手段に保持された前記ワークの高さ位置を求めることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a height detection device according to the present invention is a height detection device that is mounted on a processing machine and detects the height of a work held by a holding means. A white light source that emits white light, a chromatic aberration lens that condenses each wavelength included in the white light, and forms a plurality of condensing points on the optical axis toward the workpiece, and the chromatic aberration lens collects the light. Height detecting means for detecting reflected light reflected by the workpiece and being reflected by the workpiece, the height detecting means other than light focused on the workpiece surface in the vicinity of the workpiece surface. A light restricting means that restricts the passage of light, a diffractive optical element that branches the reflected light that has passed through the light restricting means into diffracted light that spreads in the same plane, and predetermined nth-order diffracted light (n Is an integer) and the nth order is a different order. N-order diffracted light detecting means for detecting only the n-th order diffracted light out of the folded light, and the n-th order diffracted light detecting means collects the diffracted light including the n-order diffracted light and the different-order diffracted light. The diffracted light collecting lens, and the diffracted light including the nth-order diffracted light and the different-order diffracted light collected by the diffracted light condensing lens at different angles for each wavelength in the direction outside the same plane. A refracting wavelength dispersion filter, and a detection unit only at a location where the n-order diffracted light is condensed among the n-order diffracted light and the different-order diffracted light that are collected at different locations for each wavelength by the wavelength dispersion filter And a control map storing a focal length of each wavelength included in the white light collected by the chromatic aberration lens, and detecting a light intensity for each wavelength of only the n-th order diffracted light. Memory, including And obtaining the height position of the workpiece held by the holding means based on the signal and the control map from the wavelength sensor.
本発明によれば、回折を用いる場合に所望の次数の回折光の全ての波長を検出に利用することができる高さ検出装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when using diffraction, the height detection apparatus which can utilize for detection all the wavelengths of the diffracted light of a desired order can be provided.
以下、本発明を実施するための形態である高さ検出装置について図面を参照して説明する。本実施の形態は、格子状に配列された複数のストリートによって区画された複数の領域にデバイスが形成された半導体ウエーハ等のワークを検出対象物としてその高さ位置を検出する高さ検出装置を、ワークにストリートに沿って加工用レーザビームを照射してレーザ加工を施す加工機であるレーザ加工装置へ搭載した適用例を示す。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a height detection device that is a mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a height detection device that detects the height position of a workpiece such as a semiconductor wafer in which devices are formed in a plurality of regions partitioned by a plurality of streets arranged in a lattice shape as a detection target. An application example will be described in which the workpiece is mounted on a laser processing apparatus which is a processing machine that performs laser processing by irradiating a workpiece with a processing laser beam along a street.
図1は、本実施の形態の高さ検出装置を装備したレーザ加工装置の主要部を示す外観斜視図であり、図2は、当該レーザ加工装置による加工に用いられるワークを示す斜視図である。本実施の形態のレーザ加工装置20は、ワーク1を保持する保持面21aを有する保持手段21と、保持手段21の保持面21a上に保持されたワーク1にパルス状の加工用レーザビームを照射してレーザ加工する加工用レーザビーム照射手段22と、保持手段21の保持面21a上に保持されたワーク1を検出対象物としてその表面の高さ位置を検出する高さ検出装置100とを備えている。また、保持手段21は、ワーク1を吸引保持するとともに、円筒部24内の図示しないモータに連結されて回転可能に設けられている。
FIG. 1 is an external perspective view showing a main part of a laser processing apparatus equipped with a height detection device of the present embodiment, and FIG. 2 is a perspective view showing a workpiece used for processing by the laser processing apparatus. . The
まず、加工対象となるワーク1は、図2に示すように、環状のフレーム2に装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなるダイシングテープ3に表面1aを上側にして貼着された状態で用意される。このようなワーク1は、特に限定されないが、例えば半導体ウエーハ等のウエーハや、チップ実装用としてウエーハの裏面に設けられるDAF(Die Attach Film)等の粘着部材、あるいは半導体製品のパッケージ、セラミック、ガラス系あるいはシリコン系の基板、さらには、μmオーダの精度が要求される各種加工材料が挙げられる。本実施の形態のワーク1は、半導体ウエーハ等をベースとし、表面1aに格子状に配列されたX軸方向に延びる複数の第1のストリート4aとY軸方向に延びる複数の第2のストリート4bとによって区画された複数の矩形領域が形成され、この複数の矩形領域にデバイス5が形成されている。
First, as shown in FIG. 2, a
また、保持手段21は、2段の滑動ブロック25,26上に搭載されている。保持手段21は、滑動ブロック25に対してボールネジ27、ナット(図示せず)、パルスモータ28等により構成された加工送り手段29によって水平方向となるX軸方向に移動可能に設けられ、搭載されたワーク1を加工用レーザビーム照射手段22が照射するパルスレーザビームに対して相対的に加工送りさせる。保持手段21は、同様に、滑動ブロック26に対してボールネジ30、ナット(図示せず)、パルスモータ31等により構成された割り出し送り手段32によって水平方向となるY軸方向に移動可能に設けられ、搭載されたワーク1を加工用レーザビーム照射手段22が照射するパルスレーザビームに対して相対的に割り出し送りさせる。
The
ここで、加工送り手段29に対しては、保持手段21の加工送り量を検出するための加工送り量検出手段33が付設されている。加工送り量検出手段33は、X軸方向に沿って配設されたリニアスケール33aと、滑動ブロック25に配設され滑動ブロック25とともにリニアスケール33aに沿って移動する図示しない読み取りヘッドとからなっている。この加工送り量検出手段33は、例えば1μm毎に1パルスのパルス信号を図示しない制御手段に送ることで、この制御手段は、入力したパルス信号をカウントして保持手段21の加工送り量を検出する。
Here, the processing feed means 29 is provided with a processing feed amount detection means 33 for detecting the processing feed amount of the holding means 21. The processing feed amount detection means 33 includes a
同様に、割り出し送り手段32に対しては、保持手段21の割り出し送り量を検出するための割り出し送り量検出手段34が付設されている。割り出し送り量検出手段34は、Y軸方向に沿って配設されたリニアスケール34aと、滑動ブロック26に配設され滑動ブロック26とともにリニアスケール34aに沿って移動する図示しない読み取りヘッドとからなっている。この割り出し送り量検出手段34は、例えば1μm毎に1パルスのパルス信号を制御手段に送ることで、この制御手段は、入力したパルス信号をカウントして保持手段21の割り出し送り量を検出する。
Similarly, an index feed amount detection means 34 for detecting the index feed amount of the
また、加工用レーザビーム照射手段22は、実質上水平に配置されたケーシング35を含んでおり、支持ブロック36に対してこのケーシング35を介して図示しないZ軸移動手段によってZ軸方向に移動可能に設けられている。加工用レーザビーム照射手段22は、ケーシング35内に配設された図示しないレーザビーム発振手段および伝送光学系と、ケーシング35の先端に配設されレーザビーム発振手段によって発振されたパルス状の加工用レーザビームを保持手段21に保持されたワーク1に照射する集光器39を具備している。レーザビーム発振手段は、YAGレーザ発振器或いはYVO4レーザ発振器からなるレーザビーム発振器等から構成されている。集光器39内には、加工用レーザビームをワーク1に対して集光照射するための加工用集光レンズが設けられている。また、加工用集光レンズに対しては、Z軸方向の焦点合わせの微調整を高速で行うZ軸用のレンズアクチュエータが設けられている。
Further, the processing laser beam irradiation means 22 includes a
また、ケーシング35の先端部に装着された高さ検出装置100は、保持手段21の保持面21a上に保持されたワーク1の加工対象となるストリート上に加工用レーザビーム照射手段22に先行して検出光を照射して、ストリート上の表面高さ位置を検出するためのものである。表面高さの検出は、ワーク1の表面1aの高さ位置が変動しても加工用レーザビームの集光位置を表面1aの高さ位置に合わせることで、良好なるレーザ加工溝を形成するためである。高さ検出装置100により検出された表面高さ位置の情報は、制御手段に送られ、当該ストリートのレーザ加工に際してワーク1に対して加工用レーザビームを照射する集光器39内の図示しない加工用集光レンズの焦点合わせを行うためのZ軸用のレンズアクチュエータの制御に供される。
Further, the
図3は、本実施の形態の高さ検出装置100を概略的に示す構成図であり、図4は、集光位置の様子を示す模式図であり、図5は、図3中のA部分を拡大して示す構成図であり、図6は、図3中のB部分を拡大して示す構成図である。本実施の形態の高さ検出装置100は、主に、白色光源101と色収差レンズ102と高さ検出手段120とを備える。
FIG. 3 is a configuration diagram schematically showing the
白色光源101は、複数の波長の光を含む白色光を発光する光源であり、タングステンランプ、ハロゲンランプ、白色LED等を用い得るが、本実施の形態では、例えばハロゲンランプが用いられている。色収差レンズ102は、白色光源101から発せられた白色光を、保持手段21の保持面21a(ワーク1)側に向けて集光照射させるためのものである。ここで、この色収差レンズ102は、白色光に含まれる波長毎にワーク1側に向けて光軸上に複数の焦点を形成する集光レンズである。すなわち、色収差レンズ102によって集光される白色光は、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こととなる。このような色収差レンズ102としては、例えば開口数NA=0.68、視野角WD=1.56mmの非球面レンズが用いられている。
The
ここで、白色光源101と色収差レンズ102との間には、コリメートレンズ105、集光レンズ106、照射側光ファイバ107、コリメートレンズ108が順に配置されている。照射側光ファイバ107は、第1の光路109aを形成し、白色光源101から出射された白色光に関して色収差レンズ102に必要な白色光のみを安定して伝搬させるためのものである。また、コリメートレンズ105、集光レンズ106は、白色光源101から発せられた白色光を平行ビーム化させた後、集光させて効率よく照射側光ファイバ107の入射端部に入射させるためのレンズであり、いずれも色収差の影響を抑制したレンズが用いられている。また、照射側光ファイバ107の出射端側には、光ファイバ121の入射端側と一体化させるファイバカプラ110が設けられ、共通光ファイバ111と連結されている。この共通光ファイバ111と色収差レンズ102との間に設けられたコリメートレンズ108は、照射側光ファイバ107を経て共通光ファイバ111から出射される白色光を平行ビーム化させて色収差レンズ102に導くための色収差の影響を抑制したレンズである。
Here, between the
また、高さ検出手段120は、色収差レンズ102で集光されてワーク1の表面で反射した白色光の反射光に基づきワーク1の表面高さ位置を検出するためのものである。この高さ検出手段120は、主に、光ファイバ121と、回折光学素子122と、1次回折光検出手段130とを備える。光ファイバ121は、第1の光路109aとは異なる第2の光路109bを形成し、ワーク1の表面で反射した白色光の反射光のうちワーク1の表面付近で焦点を結んだ光以外の光の通過を規制するための光規制手段である。ここに、規制とは、光を完全に通さない場合だけでなく、一部通さない場合も含む意味である。光ファイバ107,111,121としては、コアとクラッドとからなり、例えばコア径が50μmのマルチモードファイバが用いられている。
The height detection means 120 is for detecting the surface height position of the
また、回折光学素子122は、光ファイバ121を通過した反射光が有する波長成分に対応した検出用回折光に変換するための回折格子である。このために、本実施の形態の回折光学素子122は、光ファイバ121によって第2の光路109bに導かれて光ファイバ121出射端のコリメートレンズ123により平行化された反射光を、同一平面内、例えばYZ平面内に広がる回折光に分散させる。なお、コリメートレンズ123も色収差の影響を抑制したレンズである。
The diffractive
また、1次回折光検出手段130は、回折光学素子122により分岐された回折光に含まれる1次回折光と2次回折光等の高次回折光とのうちの1次回折光のみを検出するための検出手段であり、n次回折光検出手段として設けられている。この1次回折光検出手段130は、主に、回折光集光レンズ131と、波長分散フィルタ132と、波長検出センサ133と、メモリ134と、表面高さ位置演算部135とを備える。
The first-order diffracted
回折光集光レンズ131は、回折光学素子122により分岐された1次回折光(n次回折光)と高次回折光(異次回折光)とを含む回折光を波長検出センサ133に向けて集光させるためのものである。また、波長分散フィルタ132は、回折光集光レンズ131によって集光される1次回折光と高次回折光とを含む回折光を、回折光学素子122が分岐させたYZ平面(同一平面)外の方向、すなわち、X軸方向に広がりを持たせるように、波長毎に異なった角度で屈折させるための光学素子であり、例えばプリズム等を用いることができる。
The diffracted
また、波長検出センサ133は、波長分散フィルタ132によって波長毎に異なった箇所に集光される1次回折光と高次回折光とのうちで1次回折光が集光される箇所にのみ検出部を有し、1次回折光のみの波長毎の光強度を検出するためのものである。すなわち、波長検出センサ133は、回折光学素子122により分岐されて、回折集光レンズ131によって波長に応じた異なる位置に入射する回折光のうちで1次回折光のみを検出部で受光することにより、波長毎の光強度を検出する。この波長検出センサ133としては、回折集光レンズ131によって集光される回折光の波長を検出可能なCCDラインセンサ、CMOSセンサ等を用い得る。
In addition, the
ここで、回折光学素子122、回折集光レンズ131および波長分散フィルタ132を経て波長検出センサ133に集光される回折光の集光位置の様子について図4を参照して説明する。例えば、自色光に基づく1次回折光として、400〜1000nmの波長領域を使用しようとする場合、回折光学素子122、回折集光レンズ131を経た1次回折光における各波長光400,500,600,700,800,900,1000nmは、図3に示すように、同一平面(YZ平面)内で波長に応じた位置に広がるように分岐されて集光される。この際、高次回折光として、例えば隣り合う次数光である2次回折光のスペクトルの一部が、1次回折光の長波長側スペクトルに重なり合ってしまう。具体的には、回折光学素子122、回折集光レンズ131を経た2次回折光における波長光400,500nmは、1次回折光における800,1000nmに、それぞれ同一平面(YZ平面)内でほぼ重なる位置に集光される。この結果、波長検出センサ133において、1次回折光800nmと2次回折光400nm、1次回折光1000nmと2次回折光500nmとの区別がつかず、波長700nm以下の1次回折光なる自由スペクトル領域に使用が制約されてしまう。
Here, the state of the condensing position of the diffracted light condensed on the
そこで、本実施の形態では、波長分散フィルタ132を付加し、1次回折光と2次回折光とを、回折光学素子122が分岐させたYZ平面(同一平面)外の方向に波長毎に異なった角度で屈折させ、図4に示すように、X軸方向に2次元的な広がりを持たせることで、1次回折光と2次回折光との判別を可能としている。波長検出センサ133の検出部133aは、波長分散フィルタ132によって波長毎に異なった箇所に集光される1次回折光と2次回折光(高次回折光)とのうちで1次回折光が集光される箇所にのみ感度を持つように配設される。これにより、検出部133aにおいて1次回折光と2次回折光との重なり領域はなく、所望の1次回折光として、400〜1000nmの波長領域全域の使用が可能となる。
Therefore, in this embodiment, the
また、表面高さ位置演算部135は、予め色収差レンズ102によって集光される白色光に含まれる各波長光の焦点距離とワーク1の表面高さ位置との関係を設定してメモリ134に格納された制御マップを参照して波長検出センサ133の検出結果に基づきワークWの表面高さ位置を算出して高さ位置情報を取得するものである。なお、各波長の焦点距離を設定してメモリ134に格納された制御マップは、Z軸高さ(ワーク1の表面1aの高さ位置)と波長検出センサ133により検出されるピークの検出波長との関係を予め測定して取得したものである。
Further, the surface height
次いで、本実施の形態におけるワーク1の表面1aの高さ位置の検出原理について説明する。白色光源101から発せられた白色光は、光ファイバ107,111を介してファイバ端より出力され、コリメートレンズ108により平行ビームにされた後、色収差レンズ102を通してワーク1の表面1a上に集光される。表面1aで反射した白色光は、光路を逆行するが、この際、ワーク1の表面1aで焦点の合う光は、特定の波長の光のみである。よって、白色光のうちで、表面1aに焦点の合った波長の光が共通光ファイバ111(光ファイバ121)の小径のコアに最も強く再結合し、他の波長の光は共通光ファイバ111(光ファイバ121)のコアに殆ど再結合せず遮断される。
Next, the detection principle of the height position of the
これにより、共通光ファイバ111(光ファイバ121)のコアに再結合した、焦点の合った波長の光が光ファイバ121によって効率よく検出手段120中の回折光学素子122側に導かれる。そして、回折光学素子122により所定のYZ平面内に広がる回折光に分岐される。分岐された回折光は、回折集光レンズ131によって波長に応じた角度で波長検出センサ133により集光される。この際、回折集光レンズ131により集光される回折光には、1次回折光の他に2次回折光も含まれる場合があるが、波長分散フィルタ132を経ることにより、1次回折光と2次回折光とでは所定のYZ平面に対してYZ平面外となるX軸方向へ波長に応じて異なる角度で屈折される。そして、1次回折光のみが波長検出センサ133の検出部133aにより受光される。この波長検出センサ133は、受光した光(1次回折光)の波長を測定し、その測定波長のピークを算出することで、ワーク1の表面1aに焦点の合った光の波長を検出することができる。
As a result, the focused wavelength light recombined with the core of the common optical fiber 111 (optical fiber 121) is efficiently guided to the diffractive
よって、表面高さ位置演算部135は、波長検出センサ133から検出結果としてピーク波長の情報を取得し、メモリ134に格納された制御マップを参照することで、現在のワーク1の表面1aの高さ位置を算出して高さ位置情報を取得することとなる。ここで、分光器を用いた波長検出センサ133は、サンプリングレート1kHz以上の高速でピーク波長情報を順次取得できるため、例えばワーク1が600mm/sの速度で移動する場合、各ストリートS1,S2上において0.6mm間隔でワーク1の表面1aの高さ測定が可能となる。
Therefore, the surface height
また、本実施の形態では、色収差レンズ102により白色光を集光させて保持面21a側に向けて照射させているので、単一波長光を用いた場合に比べて、ワーク1の表面1aの高さ位置にばらつきがあっても、焦点のピークパワーが必ず帰ってくるポイントがあるので、高精度に表面1aの高さ位置を検出することができる。
In the present embodiment, since the white light is condensed by the
この点について、図5を参照して、さらに詳細に説明する。前述したように、白色光源101から発せられた白色光は、色収差レンズ102を通して保持手段21の保持面21a上に保持されたワーク1に向けて照射される。この際、色収差レンズ102は、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。すなわち、この色収差レンズ102は、白色光に含まれる波長毎にワーク1に向けて光軸上に複数の焦点を形成する。よって、図5に示すように、色収差レンズ102の光軸中心直下の範囲Lには、白色光に含まれる波長毎に無数の焦点が存在することとなる。したがって、無数の焦点が存在するこの範囲L内にワーク1の表面1aが存在するように、白色光を照射すれば、ワーク1の表面1aの高さ位置のばらつきによらず、焦点が合って反射される光が必ず存在することとなり、確実にワーク1の表面1aの高さ位置を検出することができる。
This point will be described in more detail with reference to FIG. As described above, the white light emitted from the
なお、焦点のばらつきを示す範囲Lに関しては、色収差レンズ102の開口数NA、材質、あるいは色収差レンズ102として回折レンズを用いる等の対応により、数μmから数mmまで自由に設計可能である。
Note that the range L indicating the variation in focus can be freely designed from several μm to several mm depending on the numerical aperture NA and material of the
また、ワーク1の表面1aで反射される光は、光路を逆行して共通光ファイバ111(光ファイバ121)に入射する。この際、例えば焦点の合っていない保持面21aなどで反射された光は、共通光ファイバ111に再結合しにくく、入射光量が少ないため、波長検出センサ133により検出される光強度は小さくなる。一方、白色光のうちで、ワーク1の表面1aの高さ位置のばらつきによらず、表面1a付近に合焦状態で照射された波長の光は、図6に示すように、共通光ファイバ111のクラッド111bに囲まれたコア111aに最も強く再結合する。これにより、共通光ファイバ111(光ファイバ121)で第2の光路109bに導かれて波長検出センサ133により検出される光強度は大きくなる。
Moreover, the light reflected by the
このように本実施の形態によれば、ワーク1の表面1aで反射した白色光を例えばコア径が50μmの共通光ファイバ111(光ファイバ121)で波長検出センサ133側に導いて入射させているので、空間フィルタとしての精度が高く、配置の自由度が高いものとなる。
As described above, according to the present embodiment, the white light reflected by the
つづいて、上述したような高さ検出装置100を備えるレーザ加工装置20の作用について説明する。まず、保持手段21の保持面21a上にワーク1を載置し、吸引保持させる。そして、ワーク1を吸引保持した保持手段21を図示しない撮像手段の直下に位置付け、ワーク1のレーザ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。すなわち、ワーク1の所定方向に形成されている第1のストリート4aと、この第1のストリート4aに沿って集光器39内の図示しない加工用集光レンズとの位置合わせを行なうためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、アライメントを遂行する。第2のストリート4bについても同様である。
It continues and demonstrates the effect | action of the
このようにしてアライメントが行なわれると、保持手段21上のワーク1は、図7(a)に示すような座標位置に位置付けられた状態となる。図7は、ワーク1が保持手段21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である。なお、図7(b)は、保持手段21、すなわちワーク1を図7(a)に示す状態から90度回転させて第2のストリート4bを加工対象とする状態を示している。
When alignment is performed in this manner, the
そして、保持手段21に保持されているワーク1に形成されている第1のストリート4aを検出し、レーザ加工位置のアライメントが行なわれると、制御手段は、このようにしてワーク1に形成された加工対象となる第1のストリート4aに沿ってワーク表面高さの検出処理を実行する。すなわち、保持手段21を移動させて、図7(a)中の最下位の第1のストリート4aを色収差レンズ102の直下に位置付ける。そこで、高さ検出装置100を作動させるとともに、保持手段21を加工送り方向に所定の加工送り速度に合わせて移動させる。この処理により、最下位の第1のストリート4aに関して、最下位の第1のストリート4a上の各部の表面1aの高さ位置が順次検出される。検出された表面高さの情報は、それぞれの検出時点のX,Y座標に関連付けて、一旦、図示しないメモリに格納される。
And if the
なお、表面1aの高さ位置は、波長検出センサ133のサンプリングレートに従い順次取得されるもので、前述したように、サンプリングレートが1kHzで、ワーク1が600mm/sの速度で移動する場合であれば、ストリート4a上において0.6mm間隔でワーク1の表面1aの高さが順次検出される。
The height position of the
最下位の第1のストリート4aの関する検出処理が終了すると、制御手段は、保持手段21を移動させて、図7(a)中の最下位の第1のストリート4aを加工用集光レンズの直下に位置付ける。このとき、色収差レンズ102は、先行する次の第1のストリート4aの直下に位置付けられるように設定されている。そして、制御手段は、最下位の第1のストリート4aに対するレーザ加工処理と、先行する次の第1のストリート4aに対するワーク表面高さの検出処理とを並行して実行する。
When the detection process relating to the lowest
すなわち、保持手段21を加工送り方向に所定の加工送り速度に合わせて移動させる。この処理において、制御手段20は、メモリに格納されている最下位の第1のストリート4aに関する表面高さの情報を参照してレーザ加工動作を制御する。
That is, the holding means 21 is moved in the machining feed direction according to a predetermined machining feed speed. In this processing, the control means 20 controls the laser processing operation with reference to the surface height information relating to the lowest
まず、加工用集光レンズがビーム照射開始位置A1に到達した時点で加工用レーザビームが照射されるように、加工用レーザビーム照射手段3を駆動させることで、ワーク1に対する加工用レーザビームの照射を開始させる。そして、ワーク1の表面高さ情報に基づき図示しないZ軸用のレンズアクチュエータを制御することで、加工用集光レンズから照射される加工用レーザビームの集光点がワーク1の表面1aに一致するように高さ位置を調整しながら、ワーク1の表面1aに最下位の第1のストリート4aに沿ってレーザ加工溝を形成するレーザ加工を実施する。この結果、加工用集光レンズから照射される加工用レーザビームの集光点はワーク1の表面1aに合わせられ、ワーク1の表面1aの凹凸に関係なく表面1aに確実にレーザ加工溝が形成される。
First, by driving the processing laser beam irradiation means 3 so that the processing laser beam is irradiated when the processing condensing lens reaches the beam irradiation start position A1, the processing laser beam on the
そして、第1の集光レンズ4がビーム照射終了位置B1に到達した時点で加工用レーザビームの照射が停止するように、加工用レーザビーム照射手段3の駆動を停止させることで、ワーク1に対する加工用レーザビームの照射を停止させる。 The driving of the processing laser beam irradiation means 3 is stopped so that the irradiation of the processing laser beam stops when the first condenser lens 4 reaches the beam irradiation end position B1, so that The irradiation of the processing laser beam is stopped.
一方、このような加工動作と並行して、高さ検出装置100を作動させることにより、次の先行する第1のストリート4aに関して、第1のストリート4a上の各部の表面1aの高さ位置を順次検出する。検出された表面高さの情報は、それぞれの検出時点のX,Y座標に関連付けて、一旦、メモリに格納される。
On the other hand, by operating the
以後、このようなレーザ加工処理と高さ検出装置100による検出処理とを、以降の第1のストリート4aについても同様に並行処理として繰り返し実行する。そして、全ての第1のストリート4aに対するレーザ加工処理と高さ検出装置100による検出処理とを実行したら、保持手段21を90度回転させて、図7(b)に示すような状態に位置付け、第2のストリート4bの全てについても同様に、レーザ加工処理と高さ検出装置100による検出処理とを実行する。全ての処理が終了すると、ワーク1を保持している保持手段21は最初にワーク1を吸引保持した位置に戻され、ここでワーク1の吸引保持を解除する。そして、ワーク1は、図示しない搬送手段によって分割工程に搬送される。
Thereafter, such laser processing and detection processing by the
本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、回折光に含まれる1次回折光を検出対象となる所定の次数の回折光とする1次回折光検出手段130をn次回折光検出手段とする例で説明したが、所定の次数の回折光は1次回折光に限らない。要は、回折光に含まれる所定のn次回折光(nは、整数)と該n次とは次数の異なる異次回折光とのうちでn次回折光のみを検出するn次回折光検出手段であればよく、他の次数の回折光を所定の回折光としてもよく、さらには、検出対象となる回折光が低次側でなく高次側となるようにしてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the first-order diffracted
また、例えば、上記実施の形態では、ワーク1に吸収される波長の加工用レーザビームを照射することでレーザ加工溝を形成するレーザ加工例で説明したが、ワーク1を透過する波長の加工用レーザビームを照射することで改質層を形成するレーザ加工の場合であっても同様に適用することで、表面1aの変動に関係なく、表面1aから一定の深さ位置に改質層を形成させることができる。
Further, for example, in the above-described embodiment, the laser processing example in which the laser processing groove is formed by irradiating the processing laser beam having the wavelength absorbed by the
また、上記の実施の形態では、ダイシングテープ3を用いるワーク1の例で説明したが、ダイシングテープ3を用いずに、ワーク1を直接的に保持手段21の保持面21a上に保持させるタイプのものであっても同様に適用することができる。
In the above embodiment, the example of the
1 ワーク
20 レーザ加工装置
21 保持手段
21a 保持面
100 高さ検出装置
101 白色光源
102 色収差レンズ
120 高さ検出手段
121 光ファイバ
122 回折光学素子
130 1次回折光検出手段
131 回折光集光レンズ
132 波長分散フィルタ
133 波長検出センサ
133a 検出部
134 メモリ
DESCRIPTION OF
Claims (1)
白色光を発光する白色光源と、
前記白色光に含まれる各波長をそれぞれ集光して、前記ワークに向かう光軸上に複数の集光点を形成する色収差レンズと、
該色収差レンズで集光されて前記ワークで反射した反射光を検出する高さ検出手段と、
を備え、
前記高さ検出手段は、
前記ワーク表面で反射した光のうち該ワーク表面付近で焦点を結んだ光以外の光の通過を規制する光規制手段と、
該光規制手段を通過した前記反射光を同一平面内に広がる回折光に分岐させる回折光学素子と、
前記回折光に含まれる所定のn次回折光(nは、整数)と該n次とは次数の異なる異次回折光とのうちで前記n次回折光のみを検出するn次回折光検出手段と、
を有し、
該n次回折光検出手段は、
前記n次回折光と前記異次回折光とを含む前記回折光を集光する回折光集光レンズと、
前記回折光集光レンズによって集光される前記n次回折光と前記異次回折光とを含む前記回折光を、前記同一平面外の方向へ波長毎に異なった角度で屈折させる波長分散フィルタと、
該波長分散フィルタによって波長毎に異なった箇所に集光される前記n次回折光と前記異次回折光とのうちで前記n次回折光が集光される箇所にのみ検出部を有し、前記n次回折光のみの波長毎の光強度を検出する波長検出センサと、
前記色収差レンズによって集光される前記白色光に含まれる各波長の焦点距離を記憶した制御マップを格納するメモリと、
を含み、
前記波長検出センサからの信号と前記制御マップとに基づいて前記保持手段に保持された前記ワークの高さ位置を求めることを特徴とする高さ検出装置。 A height detection device that is mounted on a processing machine and detects the height of a work held by a holding means,
A white light source that emits white light;
A chromatic aberration lens that condenses each wavelength contained in the white light and forms a plurality of condensing points on the optical axis toward the workpiece;
Height detection means for detecting reflected light that is collected by the chromatic aberration lens and reflected by the workpiece;
With
The height detecting means includes
Light regulating means for regulating the passage of light other than the light focused near the workpiece surface out of the light reflected by the workpiece surface;
A diffractive optical element that branches the reflected light that has passed through the light restricting means into diffracted light that spreads in the same plane;
N-order diffracted light detecting means for detecting only the n-th order diffracted light among predetermined n-order diffracted light (n is an integer) included in the diffracted light and different-order diffracted light having a different order from the n-th order;
Have
The n-order diffracted light detecting means is
A diffracted light condensing lens that condenses the diffracted light including the nth order diffracted light and the different order diffracted light;
A chromatic dispersion filter that refracts the diffracted light including the nth-order diffracted light and the different-order diffracted light collected by the diffracted light condensing lens at different angles for each wavelength in a direction outside the same plane;
A detector is provided only at a location where the n-th order diffracted light is condensed among the n-th order diffracted light and the different-order diffracted light collected at different locations for each wavelength by the wavelength dispersion filter, and the n next time A wavelength detection sensor that detects the light intensity for each wavelength of the folded light only;
A memory for storing a control map storing focal lengths of the respective wavelengths included in the white light collected by the chromatic aberration lens;
Including
A height detection apparatus characterized in that a height position of the work held by the holding means is obtained based on a signal from the wavelength detection sensor and the control map.
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