JP2011196785A - 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

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位置を計測す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】発光源からの光を第１の経路に導くとともに第１の経路を逆行する反射光を第２の経路に導く第１の光分岐手段と第１の経路に導かれた光を平行光にし、この平行光を第３の経路と第４の経路に分ける第２の光分岐手段と第３の経路に配設され第３の経路に導かれた光を被加工物に導く対物レンズと、第２の光分岐手段と対物レンズとの間に配設された集光レンズと、第４の経路に導かれた平行光を反射し、この反射光を逆行せしめる反射ミラーと、第２の経路に導かれた反射光を回折する回折格子と、回折光の所定の波長域における各波長の逆数の光強度を検出するイメージセンサーと、検出信号からの分光干渉波形と理論上の波形関数に基づくフーリエ変換理論による波形解析を実行する制御手段とを具備している。
【選択図】図２

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高さ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デバイスを製造している。

上述した半導体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が試みられている。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ストリート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。）このように被加工物に形成されたストリートに沿って内部に変質層を形成する場合、被加工物の上面から所定の深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２参照。）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。

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。

上述した問題を解消するために、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を確実に計測することができる計測装置が下記特許文献３に開示されている。下記特許文献３に開示された計測装置は、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。

特許第３４０８８０５号 特開平１０−３０５４２０号公報 特開２００８−１７０３６６号公報

而して、白色光を色収差レンズによって集光すると、光軸上に各波長に対応した集光点が位置付けられるが、波長が長くなるに従って集光レンズの内側(光軸側)に位置付けられ実質的にNA値が小さくなるため、焦光点がボケて正確な表面高さ位置を検出することができないという問題がある。

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高さを正確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チャックテーブルに保持された被加工物の位置を検出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において、
所定の波長領域を有する光を発する発光源と、
該発光源からの光を第１の経路に導くとともに該第１の経路を逆行する反射光を第２の経路に導く第１の光分岐手段と、
該第１の経路に導かれた光を平行光に形成するコリメーションレンズと、
該コリメーションレンズによって平行光に形成された光を第３の経路と第４の経路に分ける第２の光分岐手段と、
該第３の経路に配設され該第３の経路に導かれた光を該チャックテーブルに保持された被加工物に導く対物レンズと、
該第２の光分岐手段と該対物レンズとの間に配設され該第３の経路に導かれた平行光を集光し該対物レンズに集光点を位置付けて該対物レンズからの光を擬似平行光に生成する集光レンズと、
該第４の経路に配設され該第４の経路に導かれた平行光を反射して該第４の経路に反射光を逆行せしめる反射ミラーと、
該反射ミラーによって反射し該第４の経路と該第２の光分岐手段と該コリメーションレンズおよび該第１の経路を逆行して該第１の光分岐手段から該第２の経路に導かれた反射光と、該チャックテーブルに保持された被加工物で反射し該対物レンズと該集光レンズと該第２の光分岐手段と該コリメーションレンズおよび該第１の経路を逆行して該第１の光分岐手段から該第２の経路に導かれた反射光との干渉を回折する回折格子と、
該回折格子によって回折した反射光の所定の波長域における各波長の逆数の光強度を検出し、光強度信号を出力するイメージセンサーと、
該回折格子と該イメージセンサーとの間に配設され、該イメージセンサーで検出される波長域の間隔を各波長の逆数の間隔と等しい間隔になるように該回折格子によって回折した反射光の各波長を位置付けるレンズ手段と、
該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいてフーリエ変換理論に基づく波形解析を実行し、該第４の経路における該反射ミラーまでの光路長と該第３の経路における該チャックテーブルに保持された被加工物までの光路長との光路長差を求め、該光路長差に基づいて該チャックテーブルの表面から該チャックテーブルに保持された被加工物の上面までの距離を求める制御手段と、を具備している、
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。

上記制御手段が実行する波形解析は、分光干渉波形と理論上の波形関数との相関係数が高い該光路長差を求める。

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レーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の位置を検出する計測装置と、を具備するレーザー加工機において、
該計測装置は、所定の波長領域を有する光を発する発光源と、
該発光源からの光を第１の経路に導くとともに該第１の経路を逆行する反射光を第２の経路に導く第１の光分岐手段と、
該第１の経路に導かれた光を平行光に形成するコリメーションレンズと、
該コリメーションレンズによって平行光に形成された光を第３の経路と第４の経路に分ける第２の光分岐手段と、
該第３の経路に配設され該第３の経路に導かれた光を該チャックテーブルに保持された被加工物に導く対物レンズと、
該第２の光分岐手段と該対物レンズとの間に配設され該第３の経路に導かれた平行光を集光し該対物レンズに集光点を位置付けて該対物レンズからの光を擬似平行光に生成する集光レンズと、
該第４の経路に配設され該第４の経路に導かれた平行光を反射して該第４の経路に反射光を逆行せしめる反射ミラーと、
該反射ミラーによって反射し該第４の経路と該第２の光分岐手段と該コリメーションレンズおよび該第１の経路を逆行して該第１の光分岐手段から該第２の経路に導かれた反射光と、該チャックテーブルに保持された被加工物で反射し該対物レンズと該集光レンズと該第２の光分岐手段と該コリメーションレンズおよび該第１の経路を逆行して該第１の光分岐手段から該第２の経路に導かれた反射光との干渉を回折する回折格子と、
該回折格子によって回折した反射光の所定の波長域における各波長の逆数の光強度を検出し、光強度信号を出力するイメージセンサーと、
該回折格子と該イメージセンサーとの間に配設され、該イメージセンサーで検出される波長域の間隔を各波長の逆数の間隔と等しい間隔になるように該回折格子によって回折した反射光の各波長を位置付けるレンズ手段と、
該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいてフーリエ変換理論に基づく波形解析を実行し、該第４の経路における該反射ミラーまでの光路長と該第３の経路における該チャックテーブルに保持された被加工物までの光路長との光路長差を求め、該光路長差に基づいて該チャックテーブルの表面から該チャックテーブルに保持された被加工物の上面までの距離を求める制御手段と、を具備し、
該レーザー光線照射手段は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該集光レンズと該対物レンズとの間に配設され該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を該対物レンズに向けて方向変換するダイクロイックミラーと、を具備している、
ことを特徴とするレーザー加工機が提供される。

本発明によるチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置は以上のように構成され、イメージセンサーからの各波長の逆数の光強度信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいてフーリエ変換理論に基づく波形解析を実行し、第４の経路における反射ミラーまでの基準となる光路長と第３の経路におけるチャックテーブルに保持された被加工物までの光路長との光路長差を求め、該光路長差に基づいてチャックテーブルの表面からチャックテーブルに保持された被加工物の上面までの距離を求めるので、チャックテーブルに保持された被加工物の上面位置を正確に計測することができる。また、上記ラインイメージセンサーは回折格子によって回折した反射光の各波長における光強度を検出し、各波長の逆数の光強度信号を制御手段に送るようになっているので、制御手段は上記フーリエ変換理論に基づく演算を短時間で実行することができる。
また、本発明によるレーザー加工機は上記計測装置を装備しているので、チャックテーブルに保持された被加工物の上面位置を基準とした所定の位置に正確にレーザー加工を施すことができる。

本発明に従って構成されたレーザー加工機の斜視図。 図1に示すレーザー加工機に装備される位置計測兼レーザー照射ユニットを構成する位置計測装置およびレーザー光線照射手段のブロック構成図。 図２に示す位置計測装置を構成する制御手段によって求められる分光干渉波形を示す説明図。 図２に示す位置計測装置を構成する制御手段によって求められる被加工物の表面までの光路長差を示す説明図。 図２に示す位置計測装置を構成する制御手段によって求められる被加工物の表面までの光路長差と被加工物の表面までの光路長差および被加工物の厚みを示す光路長差の説明図。 図1に示すレーザー加工機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６に示す半導体ウエーハが図１に示すレーザー加工機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１に示すレーザー加工機に装備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によって実施される高さ位置検出工程の説明図。 図１に示すレーザー加工機によって図６に示す半導体ウエーハに変質層を形成する加工工程の説明図。

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位置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機１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、該レーザー光線照射ユニット支持機構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位置計測兼レーザー照射ユニット５とを具備している。

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、半導体ウエーハ等の被加工物を保護テープを介して支持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１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。

図示の実施形態におけるレーザー加工機１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。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、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。

図示の実施形態におけるレーザー加工機１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。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の割り出し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。

図示の実施形態のおける位置計測兼レーザー照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられた円筒形状のユニットハウジング５２を具備しており、ユニットホルダ５１が上記可動支持基台４２の装着部４２２に一対の案内レール４２３、４２３に沿って移動可能に配設されている。ユニットホルダ５１に取り付けられたユニットハウジング５２には、上記チャックテーブル３６に保持された被加工物の高さ位置を検出する位置計測装置およびチャックテーブル３６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が配設されている。この位置計測装置およびレーザー光線照射手段について、図２を参照して説明する。

図示の実施形態における位置計測装置６は、所定の波長領域を有する光を発する発光源６１と、該発光源６１からの光を第１の経路６aに導くとともに該第１の経路６aを逆行する反射光を第２の経路6ｂに導く第１の光分岐手段６２と、第１の経路６aに導かれた光を平行光に形成するコリメーションレンズ６３と、該コリメーションレンズ６３によって平行光に形成された光を第３の経路６cと第４の経路６ｄに分ける第２の光分岐手段６４とを具備している。

発光源６１は、例えば波長(λ)が８２０〜８７０nm領域の光を発光するLED、SLD、LD、ハロゲン電源、ASE電源、スーパーコンティニアム電源を用いることができる。上記第１の光分岐手段６２は、偏波保持ファイバーカプラ、偏波保持ファイバーサーキュレーター、シングルモードファイバーカプラ、シングルモードファイバーカプラサーキュレーターなどを用いることができる。上記第２の光分岐手段６４は、図示の実施形態においてはビームスプリッター６４１と、方向変換ミラー６４２とによって構成されている。なお、上記発光源６１から第１の光分岐手段６２までの経路および第１の経路６aは、光ファイバーによって構成されている。

上記第３の経路６cには、第３の経路６cに導かれた光をチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに導く対物レンズ６５と、該対物レンズ６５と上記第２の光分岐手段６４との間に集光レンズ６６が配設されている。この集光レンズ６６は、第２の光分岐手段６４から第３の経路６cに導かれた平行光を集光し対物レンズ６５内に集光点を位置付けて対物レンズ６５からの光を擬似平行光に生成する。このように対物レンズ６５と第２の光分岐手段６４との間に集光レンズ６６を配設して対物レンズ６５からの光を擬似平行光に生成することにより、チャックテーブル３６に保持された被加工物Wで反射した反射光が対物レンズ６５と集光レンズ６６と第２の光分岐手段６４およびコリメーションレンズ６３を介して逆行する際に第１の経路６aを構成する光ファイバーに収束させることができる。なお、対物レンズ６５はレンズケース６５１に装着されており、このレンズケース６５１はボイスコイルモータやリニアモータ等からなる第１の集光点位置調整手段６５０によって図２において上下方向即ちチャックテーブル３６の保持面に対して垂直な集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動せしめられるようになっている。この第１の集光点位置調整手段６５０は、後述する制御手段によって制御される。

上記第４の経路６ｄには、第４の経路６ｄに導かれた平行光を反射して第４の経路６ｄに反射光を逆行せしめる反射ミラー６７が配設されている。この反射ミラー６７は、図示の実施形態においては上記対物レンズ６５のレンズケース６５０に装着されている。

上記第２の経路６ｂには、コリメーションレンズ６８と回折格子６９とレンズ手段７０およびラインイメージセンサー７１が配設されている。コリメーションレンズ６８は、反射ミラー６７によって反射し第４の経路６ｄと第２の光分岐手段６４とコリメーションレンズ６３および第１の経路６aを逆行して第１の光分岐手段６２から第２の経路６bに導かれた反射光と、チャックテーブル３６に保持された被加工物Wで反射し対物レンズ６５と集光レンズ６６と第２の光分岐手段６４とコリメーションレンズ６３および第１の経路６aを逆行して第１の光分岐手段６２から第２の経路６ｂに導かれた反射光を平行光に形成する。上記回折格子６９は、コリメーションレンズ６８によって平行光に形成された上記両反射光の干渉を回折し、ラインイメージセンサー７１に送る。ラインイメージセンサー７１は、回折格子６９によって回折した反射光の各波長における光強度を検出し、各波長(λ)の逆数(１／λ)の光強度信号を制御手段８０に送る。上記レンズ手段７０は図示の実施形態においては凸レンズからなり、回折格子６９とラインイメージセンサー７１との間に配設され、ラインイメージセンサー７１で検出される波長域の間隔を各波長(λ)の逆数(１／λ)の間隔と等しい間隔になるように回折格子６９によって回折した反射光の各波長を位置付ける。

制御手段８０は、ラインイメージセンサー７１による検出信号から分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、第３の経路６cにおけるチャックテーブル３６に保持された被加工物Wまでの光路長と第４の経路６dにおける反射ミラー６７までの光路長の光路長差を求め、該光路長差に基づいてチャックテーブル３６の表面からチャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面までの距離を求める。即ち、制御手段８０は、ラインイメージセンサー７１からの検出信号に基づいて図３に示すような分光干渉波形を求める。図３において横軸は反射光の波長(λ)の逆数(１／λ)を示し、縦軸は光強度を示している。

以下、制御手段８０が上記分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて実行する波形解析の一例について説明する。
上記第３の経路６cにおける第２の光分岐手段６４のビームスプリッター６４１からチャックテーブル３６の表面までの光路長を（L1）とし、上記第４の経路６dにおける第２の光分岐手段６４のビームスプリッター６４１から反射ミラー６７までの光路長を（L2）とし、光路長（L2）と光路長（L1）との差を光路長差（d＝L2−L1）とする。なお、図示の実施形態において光路長差（d＝L2−L1）は、例えば５００μmに設定されているものとする。

次に、制御手段８０は、上記分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行する。この波形解析は、下記数式１、数式２、数式３に示すフーリエ変換理論に基づいて実行する。

上記数式において、λは波長、dは上記光路長差（L2−L1）、W(λi)は窓関数である。
上記数式１は、cosの理論波形と上記分光干渉波形（I（λ_n））との比較で最も波の周期が近い（相関性が高い）、即ち分光干渉波形と理論上の波形関数との相関係数が高い光路長差(d)を求める。また、上記数式２は、sinの理論波形と上記分光干渉波形（I（λ_n））との比較で最も波の周期が近い（相関性が高い）、即ち分光干渉波形と理論上の波形関数との相関係数が高い光路長差(d)を求める。そして、上記数式３は、数式１の結果と数式２の結果の平均値を求める。この数式１および数式２の演算において、上記ラインイメージセンサー７１は回折格子６９によって回折した反射光の各波長における光強度を検出し、各波長(λ)の逆数(１／λ)の光強度信号を制御手段８０に送るようになっているので、制御手段８０は上記演算を短時間で実行することができる。

制御手段８０は、上記数式１、数式２、数式３に基づく演算を実行することにより、図４に示すように信号強度が高い光路長差(d)を求める。図４において横軸は光路長差(d)を示し、縦軸は信号強度を示している。図４の(a)は光路長差(d)が６３０μmの場合であり、この場合チャックテーブル３６の表面から被加工物Wの表面（上面）までの距離は図示の実施形態においては１３０μmである。図４の(b)は光路長差(d)が５８０μmの場合であり、この場合チャックテーブル３６の表面から被加工物Wの表面（上面）までの距離は図示の実施形態においては８０μmである。このように、上記分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行して光路長差(d)を求めることにより、チャックテーブル３６の表面から被加工物Wの上面までの距離を求めることができる。なお、制御手段８０は、上記図４に示す解析結果を表示手段８１に表示する。

上述した実施形態においては、被加工物Wがシリコンウエーハのように上記波長領域の光を透過しない場合について説明したが、次に被加工物Wがサファイアやガラス等の光が透過する材料によって形成されている場合について説明する。
光が透過する被加工物Wの場合には、被加工物Wに照射された光は被加工物Wの表面（上面）で反射する反射光と被加工物Wの裏面（下面）で反射する反射光が生成され、この両反射光が対物レンズ６５と集光レンズ６６と第２の光分岐手段６４とコリメーションレンズ６３および第１の経路６aを逆行して第１の光分岐手段６２から第２の経路６ｂに導かれる。一方、上述したように反射ミラー６７によって反射した反射光も第４の経路６ｄと第２の光分岐手段６４とコリメーションレンズ６３および第１の経路６aを逆行して第１の光分岐手段６２から第２の経路６bに導かれる。このようにして第２の経路６bに導かれた各反射光がコリメーションレンズ６８によって平行光に形成され、更に回折格子６９によって回折された回折光が集光レンズ７０を介してラインイメージセンサー７１に導かれる。そして、ラインイメージセンサー７１は回折格子６９によって回折した反射光の各波長(λ)の逆数(１／λ)における光強度を検出し、検出信号を制御手段８０に送る。このように被加工物Wの表面（上面）と裏面（下面）および反射ミラー６７によって反射した各反射光による分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて上述した波形解析を実行すると、図５に示すように信号強度が高い光路長差(d)が３個求められる。図５において横軸は光路長差(d)を示し、縦軸は信号強度を示している。図５に示す例においては、光路長差(d)が６２０μmの位置と光路長差(d)が５００μmの位置と光路長差(d)が１２０μmの位置で信号強度が高く表されている。光路長差(d)が６２０μmの位置の信号強度(A)は被加工物Wの表面（上面）を表し、この場合チャックテーブル３６の表面から被加工物Wの表面（上面）までの距離は図示の実施形態においては１２０μmである。また、光路長差(d)が５００μmの位置の信号強度(B)は被加工物Wの裏面（下面）を表し、この場合チャックテーブル３６の表面から被加工物Wの裏面（下面）までの距離は図示の実施形態においては零（０）である。一方、光路長差(d)が１２０μmの位置の信号強度(C)は被加工物Wの厚みを表しており、被加工物Wの厚みが１２０μmであることが直接求められる。なお、制御手段８０は、上記図５に示す解析結果を表示手段８１に表示する。

図２に戻って説明を続けると、図１に示す位置計測兼レーザー照射ユニット５のユニットハウジング５２に配設されレーザー光線照射手段９は、パルスレーザー光線発振手段９１と、該パルスレーザー光線発振手段９１から発振されたパルスレーザー光線を上記対物レンズ６５に向けて方向変換するダイクロイックミラー９２を具備している。パルスレーザー光線発振手段９１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９１１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段９１２とから構成されており、例えば波長が１０６４nmのパルスレーザー光線を発振する。ダイクロイックミラー９２は、上記集光レンズ６６と対物レンズ６５との間に配設され、集光レンズ６６からの光は通過させるが、パルスレーザー光線発振手段９１から発振されたパルスレーザー光線を対物レンズ６５に向けて方向変換する。従って、パルスレーザー光線発振手段９１から発振されたパルスレーザー光線(LB)は、ダイクロイックミラー９２によって９０度方向変換されて対物レンズ６５に入光し、対物レンズ６５によって集光されてチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射される。従って、対物レンズ６５は、レーザー光線照射手段９を構成する集光レンズとしての機能を有する。

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機１は、ユニットホルダ５１を可動支持基台４２の装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（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第２の集光点位置調整手段５３を具備している。第２の集光点位置調整手段５３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５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２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、上記位置計測兼レーザー照射ユニット５を案内レール４２３、４２３に沿って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５３２を正転駆動することにより位置計測兼レーザー照射ユニット５を上方に移動し、パルスモータ５３２を逆転駆動することにより位置計測兼レーザー照射ユニット５を下方に移動するようになっている。

上記位置計測兼レーザー照射ユニット５を構成するユニットハウジング５２の前端部には、撮像手段９５が配設されている。この撮像手段９５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上記制御手段８０に送る。

図示の実施形態におけるレーザー加工機１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６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６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。

上述したレーザー加工機1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、上述した位置計測装置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の上面位置を計測する。
即ち、先ず上述した図１に示すレーザー加工機１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９５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９５の直下に位置付けられると、撮像手段９５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９５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の位置計測兼レーザー照射ユニット５を構成する位置測定装置６の対物レンズ６５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、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９５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７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７の（ｂ）はチャックテーブル３６即ち半導体ウエーハ１０を図７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７の（ａ）および図７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制御手段８０のメモリに格納されている。

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に形成されたストリート１０１を検出し、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７の（ａ）において最上位のストリート１０１を位置計測兼レーザー照射ユニット５を構成する位置計測装置６の対物レンズ６５の直下に位置付ける。そして、更に図８で示すようにストリート１０１の一端（図８において左端）である送り開始位置座標値(A1)（図７の（ａ）参照）を対物レンズ６５の直下に位置付ける。そして、位置計測装置６を作動するとともに、チャックテーブル３６を図８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７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位置計測装置６によって上述したように計測される。この計測された上記光路長差(d)および高さ位置は、上記制御手段８０のメモリに格納される。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制御手段８０のメモリに格納する。

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を実施する。
このレーザー加工を実施するためには、先ずチャックテーブル３６を移動して図７の（ａ）において最上位のストリート１０１を位置計測兼レーザー照射ユニット５を構成するレーザー光線照射手段９の集光レンズとして機能する対物レンズ６５の直下に位置付ける。そして、更に図９の（ａ）で示すようにストリート１０１の一端（図９の（ａ）において左端）である送り開始位置座標値(A1)（図９の（ａ）参照）を対物レンズ６５の直下に位置付ける。そして、レーザー光線照射手段９を構成する対物レンズ６５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、レーザー光線照射手段９を作動し、対物レンズ６５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（レーザー加工工程）。そして、図９の(b)で示すように対物レンズ６５の照射位置がストリート１０１の他端（図９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。このレーザー加工工程においては、制御手段８０はメモリに格納されている半導体ウエーハ１０のストリート１０１における裏面１０b(上面)の高さ位置に基いて、第１の集光点位置調整手段６５０を制御し、位置計測兼レーザー照射ユニット５をZ軸方向（集光点位置調整方向）に移動し、レーザー光線照射手段９を構成する対物レンズ６５を図９の(b)で示すように半導体ウエーハ１０のストリート１０１における裏面１０b(上面)の高さ位置に対応して上下方向に移動せしめる。この第１の集光点位置調整手段６５０の制御においては、制御手段８０は上記光路長差(d)が所定の値になるように制御する。この結果、半導体ウエーハ１０の内部には、図９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、上記レーザー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

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。

以上、本発明によるチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置をレーザー加工機に適用した例を示したが、本発明による計測装置は切削ブレードを装備した切削加工機等の他の加工機に適用してもよい。

２：静止基台
３：チャックテーブル機構
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
４２：可動支持基台
４３：第２の割り出し送り手段
５：高さ計測兼レーザー照射ユニット
５３：集光点位置調整手段
６：位置計測装置
６１：発光源
６２：第１の光分岐手段
６３：コリメーションレンズ
６４：第２の光分岐手段
６５：対物レンズ
６６：集光レンズ
６７：反射ミラー
６８：コリメーションレンズ
６９：回折格子
７０：集光レンズ
７１：ラインイメージセンサー
８０：制御手段
９：レーザー光線照射手段
９１：パルスレーザー光線発振手段
９２：ダイクロイックミラー
１０：半導体ウエーハ

Claims (2)

1. 加工機に装備されるチャックテーブルに保持された被加工物の位置を検出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において、
   所定の波長領域を有する光を発する発光源と、
   該発光源からの光を第１の経路に導くとともに該第１の経路を逆行する反射光を第２の経路に導く第１の光分岐手段と、
   該第１の経路に導かれた光を平行光に形成するコリメーションレンズと、
   該コリメーションレンズによって平行光に形成された光を第３の経路と第４の経路に分ける第２の光分岐手段と、
   該第３の経路に配設され該第３の経路に導かれた光を該チャックテーブルに保持された被加工物に導く対物レンズと、
   該第２の光分岐手段と該対物レンズとの間に配設され該第３の経路に導かれた平行光を集光し該対物レンズに集光点を位置付けて該対物レンズからの光を擬似平行光に生成する集光レンズと、
   該第４の経路に配設され該第４の経路に導かれた平行光を反射して該第４の経路に反射光を逆行せしめる反射ミラーと、
   該反射ミラーによって反射し該第４の経路と該第２の光分岐手段と該コリメーションレンズおよび該第１の経路を逆行して該第１の光分岐手段から該第２の経路に導かれた反射光と、該チャックテーブルに保持された被加工物で反射し該対物レンズと該集光レンズと該第２の光分岐手段と該コリメーションレンズおよび該第１の経路を逆行して該第１の光分岐手段から該第２の経路に導かれた反射光との干渉を回折する回折格子と、
   該回折格子によって回折した反射光の所定の波長域における各波長の逆数の光強度を検出し、光強度信号を出力するイメージセンサーと、
   該回折格子と該イメージセンサーとの間に配設され、該イメージセンサーで検出される波長域の間隔を各波長の逆数の間隔と等しい間隔になるように該回折格子によって回折した反射光の各波長を位置付けるレンズ手段と、
   該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいてフーリエ変換理論に基づく波形解析を実行し、該第４の経路における該反射ミラーまでの光路長と該第３の経路における該チャックテーブルに保持された被加工物までの光路長との光路長差を求め、該光路長差に基づいて該チャックテーブルの表面から該チャックテーブルに保持された被加工物の上面までの距離を求める制御手段と、を具備している、
   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。
2. 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レーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、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計測装置と、を具備するレーザー加工機において、
   該計測装置は、所定の波長領域を有する光を発する発光源と、
   該発光源からの光を第１の経路に導くとともに該第１の経路を逆行する反射光を第２の経路に導く第１の光分岐手段と、
   該第１の経路に導かれた光を平行光に形成するコリメーションレンズと、
   該コリメーションレンズによって平行光に形成された光を第３の経路と第４の経路に分ける第２の光分岐手段と、
   該第３の経路に配設され該第３の経路に導かれた光を該チャックテーブルに保持された被加工物に導く対物レンズと、
   該第２の光分岐手段と該対物レンズとの間に配設され該第３の経路に導かれた平行光を集光し該対物レンズに集光点を位置付けて該対物レンズからの光を擬似平行光に生成する集光レンズと、
   該第４の経路に配設され該第４の経路に導かれた平行光を反射して該第４の経路に反射光を逆行せしめる反射ミラーと、
   該反射ミラーによって反射し該第４の経路と該第２の光分岐手段と該コリメーションレンズおよび該第１の経路を逆行して該第１の光分岐手段から該第２の経路に導かれた反射光と、該チャックテーブルに保持された被加工物で反射し該対物レンズと該集光レンズと該第２の光分岐手段と該コリメーションレンズおよび該第１の経路を逆行して該第１の光分岐手段から該第２の経路に導かれた反射光との干渉を回折する回折格子と、
   該回折格子によって回折した反射光の所定の波長域における各波長の逆数の光強度を検出し、光強度信号を出力するイメージセンサーと、
   該回折格子と該イメージセンサーとの間に配設され、該イメージセンサーで検出される波長域の間隔を各波長の逆数の間隔と等しい間隔になるように該回折格子によって回折した反射光の各波長を位置付けるレンズ手段と、
   該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいてフーリエ変換理論に基づく波形解析を実行し、該第４の経路における該反射ミラーまでの光路長と該第３の経路における該チャックテーブルに保持された被加工物までの光路長との光路長差を求め、該光路長差に基づいて該チャックテーブルの表面から該チャックテーブルに保持された被加工物の上面までの距離を求める制御手段と、を具備し、
   該レーザー光線照射手段は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該集光レンズと該対物レンズとの間に配設され該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を該対物レンズに向けて方向変換するダイクロイックミラーと、を具備している、
   ことを特徴とするレーザー加工機。

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