JP2013128944A - レーザー加工装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】レーザー光線発振器から発振されるレーザー光線の照射位置のズレを補正する機能を備えたレーザー加工装置を提供する。
【解決手段】レーザー光線発振器と集光器６３との間に配設されレーザー光線発振器によって発振されたレーザー光線の光路を調整する光路調整手段６５と、光路調整手段６５によって光路が調整されたレーザー光線を該集光器６３に向けて反射せしめる反射ミラー６６と、反射ミラー６６を僅かに透過した検出光線を集光する検出光集光レンズ６７と、検出光集光レンズ６７によって集光された検出光線の集光スポットを撮像する撮像手段６９と、撮像手段６９によって撮像された検出光線の集光スポットの適正位置に対するズレ量および方向を求め、ズレ量および方向に基づいて該検出光集光レンズ６７によって集光された検出光線の集光スポットを適正位置に位置付けるように光路調整手段６５を制御する制御手段７とを具備している。
【選択図】図２

Description

本発明は、被加工物にレーザー光線を照射してレーザー加工を施すレーザー加工装置に関する。
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ウエーハを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波長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、ウエーハを分割するものである。
また、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハを分割する方法として、ウエーハに形成されたストリートに沿ってウエーハに対して吸収性を有する波長の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。
上述したレーザー加工を施すレーザー加工装置は、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を具備している。そして、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が発振したレーザー光線を伝送する光学伝送手段と、該光学伝送手段によって伝送されたレーザー光線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集光器と、レーザー光線を照射すべき領域を検出するためのアライメント手段を具備している。（例えば、特許文献１参照。）
特開２００５−１３８１４３号公報
而して、上述したレーザー加工装置のレーザー光線照射手段を構成するレーザー光線を発振するレーザー光線発振器から発振されるレーザー光線は、時間経過に伴って照射位置が僅かに円を描くようにズレる。このため、アライメント手段によってレーザー光線を照射すべき領域を適正に検出しても、レーザー光線を照射すべき領域に適正に照射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、レーザー光線発振器から発振されるレーザー光線の照射位置のズレを補正する機能を備えたレーザー加工装置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、被加工物を保持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と該レーザー光線照射手段を加工送り方向（X軸方向）に相対的に移動せしめる加工送り手段と、を具備するレーザー加工装置において、
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によって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に保持された被加工物に照射する集光レンズを備えた集光器と、該レーザー光線発振器と該集光との間に配設され該レーザー光線発振器によって発振されたレーザー光線の光路を調整する光路調整手段と、該光路調整手段によって光路が調整されたレーザー光線を該集光器に向けて反射せしめる反射ミラーと、該反射ミラーを僅かに透過した検出光線を集光する検出光集光レンズと、該検出光集光レンズによって集光された検出光線の集光スポットを撮像する撮像手段と、該撮像手段によって撮像された検出光線の集光スポットの適正位置に対するズレ量および方向を求め、該ズレ量および方向に基づいて該検出光集光レンズによって集光された検出光線の集光スポットを適正位置に位置付けるように該光路調整手段を制御する制御手段と、を具備している、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
上記検出光集光レンズと撮像手段との間に減光手段が配設されていることが望ましい。
また、上記集光器の集光レンズの焦点距離と上記検出光集光レンズの焦点距離は、同一距離に設定されていることが望ましい。
本発明によるレーザー加工装置においては、レーザー光線照射手段が、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によって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に保持された被加工物に照射する集光レンズを備えた集光器と、該レーザー光線発振器と該集光器との間に配設され該レーザー光線発振器によって発振されたレーザー光線の光路を調整する光路調整手段と、該光路調整手段によって光路が調整されたレーザー光線を該集光器に向けて反射せしめる反射ミラーと、該反射ミラーを僅かに透過した検出光線を集光する検出光集光レンズと、該検出光集光レンズによって集光された検出光線の集光スポットを撮像する撮像手段と、該撮像手段によって撮像された検出光線の集光スポットの適正位置に対するズレ量および方向を求め、該ズレ量および方向に基づいて該検出光集光レンズによって集光された検出光線の集光スポットを適正位置に位置付けるように光路調整手段を制御する制御手段とを具備しているので、撮像手段によって撮像された検出光線の集光スポットが適正位置に対してズレている場合には、検出光線の集光スポットを適正位置に位置付けるように光路調整手段を制御するので、集光レンズによって集光されて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されるレーザー光線をチャックテーブルの上面である保持面に対して垂直となる適正位置に照射されるように修正される。
本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図。 図１に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段のブロック構成図。 図２に示すレーザー光線照射手段を構成する光路調整手段の他の実施形態を示す側面図および平面図。 図２に示すレーザー光線照射手段を構成する撮像手段によって撮像される撮像信号の説明図。
以下、本発明によるレーザー加工装置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、本発明によるレーザー光線の出力設定方法を実施するためのレーザー加工装置の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置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レーザー光線照射ユニット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１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の上面（保持面）に被加工物である例えば円盤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、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ト３７１と、該雄ネジロット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。雄ネジロット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、雄ネジロット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ト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。
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ト３８１と、該雄ネジロット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。雄ネジロット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、雄ネジロット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ト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。
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Ｙ軸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、一方の側面に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ト４３１と、該雄ネジロット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。雄ネジロット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、雄ネジロット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ト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。
図示のレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられたレーザー光線照射手段６を具備している。ユニットホルダ５１は、上記装着部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５１１、５１１が設けられており、この被案内溝５１１、５１１を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、Z軸方向に移動可能に支持される。
図示のレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１を一対の案内レール４２３、４２３に沿ってZ軸方向に移動させるための集光点位置調整手段５３を具備している。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ト（図示せず）と、該雄ネジロット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トを正転および逆転駆動することにより、ユニットホルダ５１およびレーザー光線照射手段６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レーザー光線照射手段６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レーザー光線照射手段６を下方に移動するようになっている。
図示のレーザー光線照射手段６は、上記ユニットホルダ５１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６１を含んでいる。このレーザー光線照射手段６について、図２を参照して説明する。
図示のレーザー光線照射手段６は、上記ケーシング６１内に配設されたパルスレーザー光線発振手段６２と、該パルスレーザー光線発振手段６２によって発振されたパルスレーザー光線を集光して上記チャックテーブル３６の保持面に保持された被加工物Wに照射する集光レンズ６３１を備えた集光器６３を具備している。パルスレーザー光線発振手段６２は、パルスレーザー光線LBを発振するパルスレーザー光線発振器６２１と、パルスレーザー光線発振器６２１が発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数を設定する繰り返し周波数設定手段６２２とから構成されている。上記集光器６３は、焦点距離が(f1)の集光レンズ６３１を備えており、図１に示すようにケーシング６１の先端に装着される。
図示のレーザー光線照射手段６は、上記パルスレーザー光線発振手段６２と集光器６３との間に配設されパルスレーザー光線発振手段６２によって発振されたパルスレーザー光線の方向を変換する方向変換ミラー６４と、該方向変換ミラー６４によって方向変換されたパルスレーザー光線の光路を調整する光路調整手段６５と、該光路調整手段６５によって光路が調整されたパルスレーザー光線を集光器６３に向けて反射せしめる反射ミラー６６と、該反射ミラー６６を僅かに（１％程度）透過した検出光線LBaを集光する検出光集光レンズ６７と、該検出光集光レンズ６７によって集光された検出光線を減光する減光手段６８と、該減光手段６８によって減光された検出光線の集光スポットを撮像する撮像手段６９と、制御手段７を具備している。
上記光路調整手段６５は、図示の実施形態においてはガルバノスキャナーによって構成されスキャニングミラーからなっており、後述する制御手段によって制御され、方向変換ミラー６４によって方向変換されたパルスレーザー光線をX軸方向およびY軸方向に揺動して光路を調整する。ここで、光路調整手段６５の他の実施形態について、図３の(a)および(b)を参照して説明する。図３の(a)および(b)に示す光路調整手段６５０は、矩形状の支持基台６５１と、該支持基台６５１に支点６５２によって支持されるミラー６５３と、支持基台６５１をミラー６５３との間に対角線状に配設された２個の印加する電圧に応じて拡張幅が変化するピエゾ素子６５４とからなっている。ピエゾ素子６５４は、図示の実施形態においては一方の面が支持基台６５１に固定され、他方の面がミラー６５３に固定されている。従って、ピエゾ素子６５４に印加する電圧値を制御することにより、ミラー６５３の取り付け角度が変化し、方向変換ミラー６４によって方向変換されたパルスレーザー光線の光路を調整することができる。
上記反射ミラー６６は、図示の実施形態においては、光路調整手段６５によって光路が調整されたパルスレーザー光線の９９％を集光器６３に向けて反射せしめ、１％程度が透過する。
上記反射ミラー６６を透過した検出光線を集光する検出光集光レンズ６７は、上記集光器６３の集光レンズ６３１と同様に焦点距離が(f1)に設定されている。上記検出光集光レンズ６７によって集光された検出光線を減光する減光手段６８は、図示の形態においてはNDフィルターからなっている。また、上記撮像手段６９は、CCDカメラからなっており、上記検出光集光レンズ６７の焦点距離 (f1)の位置に位置付けられている。上記制御手段７は、撮像手段６９によって撮像された検出光線の集光点の適正位置に対するズレ量および方向を求め、該ズレ量および方向に基づいて検出光集光レンズ６７によって集光された検出光線の集光点を適正位置に位置付けるように上記光路調整手段６５を制御する。
図１に戻って説明を続けると、図示のレーザー加工装置は、ケーシング６１の前端部に配設され上記レーザー光線照射手段６によってレーザー加工すべき加工領域を撮像するアライメント手段８を備えている。このアライメント手段８は、顕微鏡やＣＣＤカメラ等の光学手段からなっており、撮像した画像信号を上記制御手段７に送る。
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は以上のように構成されており、パルスレーザー光線発振手段６２から発振され集光器６３によって集光されて照射されるパルスレーザー光線がチャックテーブル３６の上面である保持面に対して垂直となる必要がある。しかるに、パルスレーザー光線発振手段６２から発振されるレーザー光線は、時間経過に伴って光路が僅かにズレて照射位置が適正位置から僅かに円を描くようにズレる。従って、このズレを修正する必要がある。
以下、パルスレーザー光線発振手段６２から発振されるレーザー光線の光路のズレを修正する方法について、主に図２を参照して説明する。
パルスレーザー光線発振手段６２のパルスレーザー光線発振器６２１から発振されたパルスレーザー光線LBは、方向変換ミラー６４、光路調整手段６５、反射ミラー６６を介して集光器６３に導かれ、集光レンズ６３１によって集光されてチャックテーブル３６の保持面に保持された被加工物Wに照射される。一方、上記反射ミラー６６を透過した一部の検出光線LBaは、検出光集光レンズ６７によって集光されるとともに減光手段６８によって減光され撮像手段６９に達する。撮像手段６９は、図４に示すように検出光線LBaの集光スポットSを撮像し、撮像信号を制御手段７に送る。制御手段７は、撮像手段６９から送られた図４に示す撮像信号に基づいて、図４に示すように集光スポットSの適正位置Oに対するX軸方向のズレ量ΔxおよびY軸方向のズレ量Δyを求める（ズレ量検出工程）。このようにして検出光線LBaの集光スポットSの適正位置Oに対するX軸方向のズレ量ΔxおよびY軸方向のズレ量Δyを求めたならば、制御手段７は集光スポットS のX軸に対する傾き（α）および集光スポットS のY軸に対する傾き（β）を求める。即ち、光路調整手段６５から撮像手段６９までの距離をLとすると、sinα＝Δx／Lとなり、α＝sin-1（Δx／L）となる。また、光路調整手段６５から撮像手段６９までの距離をLとすると、sinβ＝Δy／Lとなり、β＝sin-1（Δy／L）となる。このようにして集光スポットS のX軸に対する傾き（α）および集光スポットSのY軸に対する傾き（β）を求めたならば、制御手段７はX軸方向のズレ量ΔxおよびY軸方向のズレ量ΔyとX軸に対する傾き（α）およびY軸に対する傾き（β）に基づいて集光スポットSを適正位置Oに位置付けるように光路調整手段６５を制御する。この結果、光路調整手段６５によってパルスレーザー光線発振手段６２のパルスレーザー光線発振器６２１から発振されたパルスレーザーLBの光路が修正され、反射ミラー６６を透過した検出光線LBaの集光スポットSは適正位置Oに位置付けられる（光路修正工程）。このように光路が修正されることにより、反射ミラー６６を介して集光器６３に導かれ、集光レンズ６３１によって集光されてチャックテーブル３６の保持面に保持された被加工物Wに照射されるパルスレーザー光線は、チャックテーブル３６の上面である保持面に対して垂直となり適正位置に照射される。従って、アライメント手段８によって検出されたレーザー光線照射手段６によってレーザー加工すべき加工領域にパルスレーザー光線を適正に照射することができる。なお、図示の形態においては、検出光集光レンズ６７の焦点距離(f1)と集光器６３の集光レンズ６３１の焦点距離(f1)が同一距離に設定されているので、検出光線LBaの集光スポットSは集光レンズ６３１によって集光されてチャックテーブル３６の保持面に保持された被加工物Wに照射されるパルスレーザー光線の集光スポットの位置と実質的に同じになり、チャックテーブル３６の上面である保持面に対して垂直となる適正位置により正確に位置付けることができる。また、図示の形態においては、反射ミラー６６を透過した一部の検出光線LBaは、検出光集光レンズ６７によって集光されるとともに減光手段６８によって減光され撮像手段６９に達するので、撮像手段６９が損傷することがない。
１：レーザー加工装置
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
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
４３：第２の割り出し送り手段
５：レーザー光線照射ユニット
５３：集光点位置調整手段
６：レーザー光線照射手段
６２：パルスレーザー光線発振手段
６２１：パルスレーザー光線発振器
６３：集光器
６３１：集光レンズ
６４：方向変換ミラー
６５：光路調整手段
６６：反射ミラー
６７：検出光集光レンズ
６８：減光手段
６９：撮像手段
７：制御手段
８：アライメント手段

Claims (3)

  1. 被加工物を保持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と該レーザー光線照射手段を加工送り方向（X軸方向）に相対的に移動せしめる加工送り手段と、を具備するレーザー加工装置において、
    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によって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に保持された被加工物に照射する集光レンズを備えた集光器と、該レーザー光線発振器と該集光器との間に配設され該レーザー光線発振器によって発振されたレーザー光線の光路を調整する光路調整手段と、該光路調整手段によって光路が調整されたレーザー光線を該集光器に向けて反射せしめる反射ミラーと、該反射ミラーを僅かに透過した検出光線を集光する検出光集光レンズと、該検出光集光レンズによって集光された検出光線の集光スポットを撮像する撮像手段と、該撮像手段によって撮像された検出光線の集光スポットの適正位置に対するズレ量および方向を求め、該ズレ量および方向に基づいて該検出光集光レンズによって集光された検出光線の集光スポットを適正位置に位置付けるように該光路調整手段を制御する制御手段と、を具備している、
    ことを特徴とするレーザー加工装置。
  2. 該検出光集光レンズと該撮像手段との間に減光手段が配設されている、請求項１記載のレーザー加工装置。
  3. 該集光器の集光レンズの焦点距離と該検出光集光レンズの焦点距離は、同一距離に設定されている、請求項１又は２記載のレーザー加工装置。
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