JP2011237348A - チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置計測装置およびレーザー加工機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高さ位置計測装置は、発光源からの光を第1の偏波保持ファイバーと第2の偏波保持ファイバーに導く光分岐手段と、光照射光路に導かれた光を平行光に形成する第1のコリメーションレンズと、平行光に形成された光を偏光する1/4波長板と、対物レンズと、第1の反射光と第2の反射光とを平行光に形成する第2のコリメーションレンズと、第1の反射光と第2の反射光との光路長を調整する光路長調整手段と、第1の反射光と第2の反射光との干渉を回折する回折格子と、回折格子によって回折した第1の反射光と第2の反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、検出信号に基づいて分光干渉波形を求め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制御手段とを具備している。
【選択図】図2
Description
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の経路に導く光分岐手段と、該第1の経路に配設され発光源からの光を導く第1の偏波保持ファイバーと、該第2の経路に配設され該第1の偏波保持ファイバーを逆行する反射光を導く第2の偏波保持ファイバーと、該第1の偏波保持ファイバーの端面から光照射光路に導かれた光を平行光に形成する第1のコリメーションレンズと、該第1の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偏光する1/4波長板と、該1/4波長板を通過した光を該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の上面に導く対物レンズとを具備している検出光照射手段と、
該第1の偏波保持ファイバーの端面で反射し該光分岐手段を経由して該第2の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第1の反射光と、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物で反射し該対物レンズと該1/4波長板と該第1のコリメーションレンズと該第1の偏波保持ファイバーおよび該光分岐手段を経由して該第2の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第2の反射光とを平行光に形成する第2のコリメーションレンズと、
該第2のコリメーションレンズを通過した該第1の反射光と該第2の反射光との光路長を調整する光路長調整手段と、
該光路長調整手段を経由した該第1の反射光と該第2の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該第1の反射光と該第2の反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、
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波形解析を実行し、該第1の反射光の第1の光路長と該第2の反射光の第2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高さ位置計測装置が提供される。
該高さ位置計測装置は、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の経路に導く光分岐手段と、該第1の経路に配設され発光源からの光を導く第1の偏波保持ファイバーと、該第2の経路に配設され該第1の偏波保持ファイバーを逆行する反射光を導く第2の偏波保持ファイバーと、該第1の偏波保持ファイバーの端面から光照射光路に導かれた光を平行光に形成する第1のコリメーションレンズと、該第1の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偏光する1/4波長板と、該1/4波長板を通過した光を該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の上面に導く対物レンズとを具備している検出光照射手段と、
該第1の偏波保持ファイバーの端面で反射し該光分岐手段を経由して該第2の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第1の反射光と、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物で反射し該対物レンズと該1/4波長板と該第1のコリメーションレンズと該第1の偏波保持ファイバーおよび該光分岐手段を経由して該第2の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第2の反射光とを平行光に形成する第2のコリメーションレンズと、
該第2のコリメーションレンズを通過した該第1の反射光と該第2の反射光との光路長を調整する光路長調整手段と、
該光路長調整手段を経由した該第1の反射光と該第2の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該第1の反射光と該第2の反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、
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波形解析を実行し、該第1の反射光の第1の光路長と該第2の反射光の第2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、
該検出光照射手段が該集光器に隣接して配設されている、
ことを特徴とするレーザー加工機が提供される。
上記検出光照射手段は、上記集光器の加工送り方向両側にそれぞれ配設されていることが望ましい。
また、本発明によるレーザー加工機は上記高さ位置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。
図2に示す高さ位置計測装置7は、所定の波長領域を有する光を発する発光源71と、該発光源71からの光をチャックテーブルに保持された被加工物に照射する検出光照射手段72a、72bを具備している。上記発光源71は、例えば波長が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の反射光の光路における第1の偏波保持ファイバー722a、722bの端面から第1の偏波保持ファイバー722a、722b、光分岐手段721a、721b、第2の偏波保持ファイバー723a、723b、第3の偏波保持ファイバー78、第2のコリメーションレンズ79、上記光路長調整手段80の方向変換手段803を経由して回折格子81に至るまでの光路長を(L1)とし、上記第2の反射光の光路におけるチャックテーブル36の保持面(上面)から対物レンズ726a、726b、1/4波長板725a、725b、第1のコリメーションレンズ724a、724b、第1の偏波保持ファイバー722a、722b、光分岐手段721a、721b、第2の偏波保持ファイバー723a、723b、第3の偏波保持ファイバー78、第2のコリメーションレンズ79、光路長調整手段80の第1のビームスプリッター801および第2のビームスプリッター802を経由して回折格子81に至るまでの光路長を(L2)とし、光路長(L1)と光路長(L2)との差を光路長差(L=L1−L2)とする。なお、図示の実施形態において光路長差(L=L1−L1)は、例えば500μmに設定されているものとする。
上記数式1は、cosの理論波形と上記分光干渉波形(I(λn))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(λn))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。
第1の偏波保持ファイバー722a、722bの端面(図2において下面)で反射した第1の反射光(図示の実施形態においては直線偏光)は、直線変更の状態で第1の偏波保持ファイバー722a、722bを逆行して、光分岐手段721a、721b、第2の偏波保持ファイバー723a、723b、第3の偏波保持ファイバー78を経由して第2のコリメーションレンズ79に導かれる。一方、発光源71から第1の偏波保持ファイバー722a、722bの端面を通して照射される光(図示の実施形態においては直線偏光)は、1/4波長板725a、725bによって直線偏光から円偏光に変換される。従って、被加工物Wに照射された円偏光は被加工物Wの上面(表面)で反射する反射光と被加工物Wの下面(裏面)で反射する反射光が生成され、この第2の反射光(図示の実施形態においては回転方向が逆転した円偏光)は対物レンズ726a、726bを通して1/4波長板725a、725bを再度通過することにより上記第1の反射光に対して偏光面が90度回転した直線偏光になる。このようにして1/4波長板725a、725bを再度通過した第2の反射光は、第1のコリメーションレンズ724a、724bを経由して第1の偏波保持ファイバー722a、722bを逆行し、光分岐手段721a、721b、第2の偏波保持ファイバー723a、723b、第3の偏波保持ファイバー78を経由して第2のコリメーションレンズ79に導かれる。なお、上記第1の反射光と偏光面が90度回転している第2の反射光は、光スイッチ76によって第2の偏波保持ファイバー723aと723bのいずれか一方に導かれた第1の反射光および第2の反射光が第3の偏波保持ファイバー78を経由して第2のコリメーションレンズ79に導かれる。
図6にはレーザー加工される被加工物としての光デバイスウエーハ10の斜視図が示されている。図6に示す光デバイスウエーハ10は、厚みが例えば100μmのサファイアウエーハからなっており、その表面10aに窒化ガリウム系化合物半導体からなる光デバイス層が積層され格子状に形成された複数のストリート101によって区画された複数の領域に発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイス102が形成されている。
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の保持面上に光デバイスウエーハ10の裏面10bを上にして載置し、該チャックテーブル36の保持面上に光デバイスウエーハ10を吸引保持する。このようにして光デバイスウエーハ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65の直下に位置付けられる。
レーザー光線 :LD励起QスイッチNd:YVO4レーザー
波長 :1064nmのパルスレーザー
繰り返し周波数 :80kHz
パルス幅 :120ns
平均出力 :1.2W
集光スポット径 :φ2μm
加工送り速度 :100mm/秒
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:第2の集光点位置調整手段
6:レーザー光線照射手段
61:パルスレーザー光線発振手段
63:集光器
64:第1の集光点位置調整手段
65:撮像手段
7:高さ位置計測装置
71:発光源
72a、72b:検出光照射手段
721a、721b:光分岐手段
722a、722b:第1の偏波保持ファイバー
723a、723b:第2の偏波保持ファイバー
724a、724b:第1のコリメーションレンズ
725a、725b:1/4波長板
726a、726b:対物レンズ
76:光スイッチ
78:第3の偏波保持ファイバー
79:第2のコリメーションレンズ
80:光路長調整手段
81:回折格子
82:ラインイメージセンサー
90:制御手段
10:光デバイスウエーハ
Claims (4)
- チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の位置を検出する被加工物の高さ位置計測装置において、
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の経路に導く光分岐手段と、該第1の経路に配設され発光源からの光を導く第1の偏波保持ファイバーと、該第2の経路に配設され該第1の偏波保持ファイバーを逆行する反射光を導く第2の偏波保持ファイバーと、該第1の偏波保持ファイバーの端面から光照射光路に導かれた光を平行光に形成する第1のコリメーションレンズと、該第1の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偏光する1/4波長板と、該1/4波長板を通過した光を該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の上面に導く対物レンズとを具備している検出光照射手段と、
該第1の偏波保持ファイバーの端面で反射し該光分岐手段を経由して該第2の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第1の反射光と、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物で反射し該対物レンズと該1/4波長板と該第1のコリメーションレンズと該第1の偏波保持ファイバーおよび該光分岐手段を経由して該第2の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第2の反射光とを平行光に形成する第2のコリメーションレンズと、
該第2のコリメーションレンズを通過した該第1の反射光と該第2の反射光との光路長を調整する光路長調整手段と、
該光路長調整手段を経由した該第1の反射光と該第2の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該第1の反射光と該第2の反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、
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波形解析を実行し、該第1の反射光の第1の光路長と該第2の反射光の第2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高さ位置計測装置。 - 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の保持面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と該レーザー光線照射手段とを加工送り方向に相対的に移動せしめる加工送り手段と、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の位置を検出する高さ位置計測装置とを具備し、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器と該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線を集光して該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物に照射する集光器とを具備しているレーザー加工機において、
該高さ位置計測装置は、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の経路に導く光分岐手段と、該第1の経路に配設され発光源からの光を導く第1の偏波保持ファイバーと、該第2の経路に配設され該第1の偏波保持ファイバーを逆行する反射光を導く第2の偏波保持ファイバーと、該第1の偏波保持ファイバーの端面から光照射光路に導かれた光を平行光に形成する第1のコリメーションレンズと、該第1の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偏光する1/4波長板と、該1/4波長板を通過した光を該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の上面に導く対物レンズとを具備している検出光照射手段と、
該第1の偏波保持ファイバーの端面で反射し該光分岐手段を経由して該第2の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第1の反射光と、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物で反射し該対物レンズと該1/4波長板と該第1のコリメーションレンズと該第1の偏波保持ファイバーおよび該光分岐手段を経由して該第2の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第2の反射光とを平行光に形成する第2のコリメーションレンズと、
該第2のコリメーションレンズを通過した該第1の反射光と該第2の反射光との光路長を調整する光路長調整手段と、
該光路長調整手段を経由した該第1の反射光と該第2の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該第1の反射光と該第2の反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、
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波形解析を実行し、該第1の反射光の第1の光路長と該第2の反射光の第2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、
該検出光照射手段が該集光器に隣接して配設されている、
ことを特徴とするレーザー加工機。 - 該レーザー光線照射手段の該集光器を該チャックテーブルの保持面に対して垂直な集光点位置調整方向に移動せしめる集光点位置調整手段を備えており、
該制御手段は、該第1の反射光の第1の光路長と該第2の反射光の第2の光路長との光路長差に基づいて該集光点位置調整手段を制御する、請求項2記載のレーザー加工装置。 - 該検出光照射手段は、該集光器の加工送り方向両側にそれぞれ配設されている、請求項2又は3記載のレーザー加工装置。
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