JP2018176212A - Laser beam machining apparatus and laser beam machining method - Google Patents

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和司 百村
Kazuji Hyakumura
和司 百村
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machining apparatus and a laser beam machining method which enable a workpiece to precisely be machined without being influenced by a surface shape of the workpiece.SOLUTION: The laser beam machining apparatus comprises: a laser beam head 20 which irradiates a workpiece W with a machining laser beam L1 via a condenser lens 24 to machine the workpiece W; an AF device 30 which irradiates the workpiece W with a detection laser bean L2 with a wavelength having a transparency to the workpiece W and detects a reflected beam reflected on the back face (opposite face on the opposite side to a laser beam irradiation face) thereby detecting positional information related to a position of the back face of the workpiece W in a thickness direction of the workpiece W; and a first actuator 25 which adjusts a focal point of the condensed machining laser beam L1 focused by a condenser lens 24, with a position of the back face of the workpiece W as the reference, on the basis of positional information detected by the AF device 30.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、被加工物に集光レンズを介してレーザー光を照射して被加工物を加工するレーザー加工装置及びレーザー加工方法に関するものである。   The present invention relates to a laser processing apparatus and a laser processing method for processing a workpiece by irradiating the workpiece with a laser beam through a condenser lens.

従来より、被加工物に集光レンズを介してレーザー光を照射して被加工物を加工するレーザー加工装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, there has been known a laser processing apparatus which processes a workpiece by irradiating the workpiece with a laser beam through a condenser lens (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1に開示されたレーザー加工装置では、被加工物の内部に集光点を合わせてレーザー光を照射して、被加工物の内部に切断の起点となる改質領域を形成している。このレーザー加工装置では、加工用レーザー光と検出用レーザー光を集光レンズによって被加工物に向けて集光し、被加工物の表面(レーザー光照射面)で反射した反射光を検出することにより、加工用レーザー光の集光点の位置を制御している。これにより、加工用レーザー光の集光点を被加工物の表面から所定の距離に位置させることができ、被加工物の内部の所望の位置に改質領域を形成することができる。   In the laser processing apparatus disclosed in Patent Document 1, the inside of the object to be processed is aligned with the condensing point and the laser beam is irradiated to form the modified region serving as the starting point of cutting on the inside of the object . In this laser processing apparatus, a processing laser beam and a detection laser beam are condensed toward a workpiece by a condenser lens, and the reflected light reflected on the surface (laser beam irradiation surface) of the workpiece is detected. By this, the position of the focusing point of the processing laser beam is controlled. Thereby, the condensing point of the processing laser beam can be located at a predetermined distance from the surface of the workpiece, and the modified region can be formed at a desired position inside the workpiece.

特開2007−167918号公報JP 2007-167918 A

しかしながら、ウェーハ等の被加工物の種類や加工状態によっては、被加工物の厚みが不均一である被加工物もあり、被加工物の表面形状が不安定なことがある。このような場合、特許文献1に開示されたレーザー加工装置では、被加工物の表面形状の影響を受けやすくなる。そのため、被加工物の表面の位置情報を精度良く取得することができない場合が発生し、ウェーハの内部に改質領域を精度良く形成することができないという問題がある。   However, depending on the type of a workpiece such as a wafer and the processing state, there are also workpieces in which the thickness of the workpiece is uneven, and the surface shape of the workpiece may be unstable. In such a case, the laser processing apparatus disclosed in Patent Document 1 is easily affected by the surface shape of the workpiece. Therefore, the position information of the surface of the workpiece can not be obtained with high accuracy, and there is a problem that the modified region can not be formed with high accuracy inside the wafer.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被加工物の表面形状に影響を受けることなく、被加工物を精度良く加工することができるレーザー加工装置及びレーザー加工方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a laser processing apparatus and a laser processing method that can precisely process a workpiece without being affected by the surface shape of the workpiece. The purpose is

上記目的を達成するために、以下の発明を提供する。   In order to achieve the above object, the following invention is provided.

本発明の第1態様に係るレーザー加工装置は、被加工物に集光レンズを介して加工用レーザー光を照射して被加工物を加工するレーザー加工手段と、被加工物に対して透過性を有する波長の検出用レーザー光を被加工物に照射して、被加工物のレーザー光照射面とは反対側の反対面で反射した反射光を検出することにより、被加工物の厚み方向における被加工物の反対面の位置に関する位置情報を検出する位置情報検出手段と、位置情報検出手段によって検出された位置情報に基づき、被加工物の反対面の位置を基準として、集光レンズによって集光される加工用レーザー光の集光点位置を調整する第1集光点位置調整手段と、を備える。   A laser processing apparatus according to a first aspect of the present invention comprises a laser processing means for processing a workpiece by irradiating the workpiece with a processing laser beam through a condenser lens, and a permeability to the workpiece By irradiating the workpiece with a detection laser beam having a wavelength having a wavelength of 100 nm, and detecting the reflected light reflected by the opposite surface of the workpiece opposite to the laser beam irradiated surface in the thickness direction of the workpiece Based on the position information detection means for detecting position information on the position of the opposite surface of the workpiece and the position information detected by the position information detection device, the light is collected by the condenser lens with reference to the position on the opposite surface of the workpiece And first focusing point position adjusting means for adjusting the focusing point position of the processing laser light to be emitted.

本発明の第2態様に係るレーザー加工装置は、第1態様において、位置情報検出手段は、集光レンズを介して検出用レーザー光を被加工物に照射し、加工用レーザー光の集光点位置を固定した状態で、検出用レーザー光の集光点位置を調整する第2集光点位置調整手段を備える。   In the laser processing apparatus according to the second aspect of the present invention, in the first aspect, the position information detection means irradiates the detection laser beam to the workpiece through the focusing lens, and the focusing point of the processing laser beam In a state where the position is fixed, a second focusing point position adjustment unit that adjusts the focusing point position of the detection laser beam is provided.

本発明の第3態様に係るレーザー加工装置は、第2集光点位置調整手段は、被加工物側から順に、検出用レーザー光の光路に沿って移動不能に設けられた第1レンズ群と、検出用レーザー光の光路に沿って移動可能に設けられた第2レンズ群とを有する。   In the laser processing apparatus according to the third aspect of the present invention, the second focusing point position adjusting means includes, in order from the workpiece side, a first lens group provided immovably along the optical path of the detection laser beam. And a second lens group movably provided along the optical path of the detection laser beam.

本発明の第4態様に係るレーザー加工装置は、第1態様において、第1レンズ群は正の屈折力を有する。   In a laser processing apparatus according to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the first lens group has positive refractive power.

本発明の第5態様に係るレーザー加工装置は、第1態様から第4態様のいずれか1つの態様において、レーザー加工手段は、被加工物の内部に加工用レーザー光を集光レンズにより集光し、被加工物の内部に切断の起点となる改質領域を形成する。   A laser processing apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the laser processing device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the laser processing means condenses the processing laser light into the interior of the workpiece by the condensing lens. Forming a reformed region which becomes a starting point of cutting inside the workpiece.

本発明の第6態様に係るレーザー加工方法は、被加工物に集光レンズを介して加工用レーザー光を照射して被加工物を加工するレーザー加工工程と、被加工物に対して透過性を有する波長の検出用レーザー光を被加工物に照射して、被加工物のレーザー光照射面とは反対側の反対面で反射した反射光を検出することにより、被加工物の厚み方向における被加工物の反対面の位置に関する位置情報を検出する位置情報検出工程と、位置情報検出手段によって検出された位置情報に基づき、被加工物の反対面の位置を基準として、集光レンズによって集光される加工用レーザー光の集光点位置を調整する第1集光点位置調整工程と、を備える。   A laser processing method according to a sixth aspect of the present invention comprises a laser processing step of processing a workpiece by irradiating the workpiece with a processing laser beam through a condenser lens, and permeability to the workpiece By irradiating the workpiece with a detection laser beam having a wavelength having a wavelength of 100 nm, and detecting the reflected light reflected by the opposite surface of the workpiece opposite to the laser beam irradiated surface in the thickness direction of the workpiece Based on the position information detection step of detecting position information regarding the position of the opposite surface of the workpiece, and the position information detected by the position information detection means, the light is collected by the condenser lens with reference to the position of the opposite surface of the workpiece And a first focusing point position adjustment step of adjusting a focusing point position of the processing laser light to be emitted.

本発明の第7態様に係るレーザー加工方法は、第6態様において、位置情報検出工程は、集光レンズを介して検出用レーザー光を被加工物に照射し、加工用レーザー光の集光点位置を固定した状態で、検出用レーザー光の集光点位置を調整する第2集光点位置調整工程を備える。   The laser processing method according to the seventh aspect of the present invention is the laser processing method according to the sixth aspect, wherein in the position information detecting step, the laser beam for detection is irradiated to the workpiece through the condenser lens, and the focusing point of the laser beam for processing In a state where the position is fixed, a second focusing point position adjustment step of adjusting the focusing point position of the detection laser beam is provided.

本発明の第8態様に係るレーザー加工方法は、第6態様又は第7態様において、レーザー加工工程は、被加工物の内部に加工用レーザー光を集光レンズにより集光し、被加工物の内部に切断の起点となる改質領域を形成する。   In the laser processing method according to the eighth aspect of the present invention, in the sixth aspect or the seventh aspect, in the laser processing step, a processing laser beam is condensed by a condensing lens inside a workpiece, Form a reformed region as a starting point of cutting inside.

本発明によれば、被加工物の表面形状に影響を受けることなく、被加工物を精度良く加工することができる。   According to the present invention, the workpiece can be machined with high accuracy without being affected by the surface shape of the workpiece.

本発明の一実施形態に係るレーザー加工装置の概略を示した構成図The block diagram which showed the outline of the laser processing apparatus which concerns on one Embodiment of this invention フレームにテープを介してマウントされた被加工物を示した斜視図A perspective view showing a workpiece mounted on a frame through a tape 被加工物の内部の集光点近傍に形成される改質領域を説明する概念図A conceptual diagram for explaining the reforming area formed in the vicinity of the condensing point inside the workpiece AF装置の構成例を示した概略図Schematic showing an example of the configuration of the AF device 2分割フォトダイオードの受光面に形成される集光像の様子を示した図A diagram showing the appearance of a light collection image formed on the light receiving surface of a two-part photodiode AF信号の出力特性を示したグラフGraph showing output characteristics of AF signal 検出用レーザー光の集光点が被加工物Wの厚み方向に変化する様子を示した図The figure which showed a mode that the condensing point of the laser beam for detection changes to the thickness direction of the to-be-processed object W 本実施形態のレーザー加工装置を用いたレーザー加工方法の流れを示したフローチャートA flowchart showing the flow of a laser processing method using the laser processing apparatus of the present embodiment 図8に示すキャリブレーション動作の詳細な流れを示したフローチャートA flowchart showing the detailed flow of the calibration operation shown in FIG. キャリブレーション動作によって測定されるAF信号の出力特性の一例を示した図The figure which showed an example of the output characteristic of AF signal measured by calibration operation 図8に示すリアルタイム加工動作の詳細な流れを示したフローチャートA flowchart showing the detailed flow of the real-time machining operation shown in FIG. 8 AF装置の他の構成例を示した概略図A schematic diagram showing another configuration example of the AF device 4分割フォトダイオードの受光面を示した図Figure showing the light receiving surface of a 4-split photodiode AF装置の更に他の構成例を示した概略図A schematic diagram showing yet another configuration example of the AF device

以下、添付図面に従って本発明の実施の形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係るレーザー加工装置10の概略を示した構成図である。同図に示すように、レーザー加工装置10は、被加工物Wを移動させるステージ12と、被加工物Wにレーザー光を照射するレーザーヘッド20と、レーザー加工装置10の各部を制御する制御部50とを備える。   FIG. 1 is a schematic view showing a laser processing apparatus 10 according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the laser processing apparatus 10 includes a stage 12 for moving the workpiece W, a laser head 20 for irradiating the workpiece W with laser light, and a control unit for controlling each part of the laser processing apparatus 10 And 50.

なお、被加工物Wとしては、特に限定されるものではないが、例えば、シリコンウェーハ等の半導体基板、ガラス基板、圧電セラミック基板、ガラス基板などを適用することができる。   The workpiece W is not particularly limited. For example, a semiconductor substrate such as a silicon wafer, a glass substrate, a piezoelectric ceramic substrate, a glass substrate, or the like can be used.

ステージ12は、XYZθ方向に移動可能に構成され、被加工物Wを吸着保持する。被加工物Wは、図2に示すように、一方の面に粘着材を有するダイシングシートSが貼付され、このダイシングシートSを介してフレームFと一体化された状態でステージ12に載置される。   The stage 12 is configured to be movable in the XYZθ direction, and holds the workpiece W by suction. As shown in FIG. 2, the workpiece W is mounted on the stage 12 in a state in which a dicing sheet S having an adhesive material is attached to one surface and integrated with the frame F via the dicing sheet S. Ru.

レーザーヘッド20は、被加工物Wに対向する位置に配置されており、被加工物Wの内部に多光子吸収による改質領域を形成するための加工用レーザー光L1を被加工物Wに対して照射する。レーザーヘッド20は、レーザー加工手段の一例である。   The laser head 20 is disposed at a position facing the workpiece W, and the processing laser light L1 for forming a modified region by multiphoton absorption inside the workpiece W is applied to the workpiece W. Irradiate. The laser head 20 is an example of a laser processing unit.

制御部50は、CPU、メモリ、入出力回路部等からなり、レーザー加工装置10の各部の動作や加工に必要なデータの記憶等を行う。   The control unit 50 includes a CPU, a memory, an input / output circuit unit, and the like, and stores data necessary for the operation and processing of each unit of the laser processing apparatus 10.

レーザー加工装置10はこの他に、図示しない被加工物搬送手段、操作板、テレビモニタ、及び表示灯等から構成されている。   In addition, the laser processing apparatus 10 is composed of a not-shown workpiece conveyance means, an operation plate, a television monitor, a display lamp, and the like.

操作板には、レーザー加工装置10の各部の動作を操作するスイッチ類や表示装置が取り付けられている。テレビモニタは、図示しないCCDカメラで撮像した被加工物画像の表示、又はプログラム内容や各種メッセージ等を表示する。表示灯は、レーザー加工装置10の加工中、加工終了、非常停止等の稼働状況を表示する。   Switches and a display device for operating the operation of each part of the laser processing apparatus 10 are attached to the operation plate. The television monitor displays an image of a workpiece taken by a CCD camera (not shown), or displays program contents, various messages, and the like. The indicator light indicates the operation status such as processing end, emergency stop, etc. during processing of the laser processing apparatus 10.

次に、レーザーヘッド20の詳細構成について説明する。   Next, the detailed configuration of the laser head 20 will be described.

図1に示すように、レーザーヘッド20は、加工用レーザー光源21と、ダイクロイックミラー23と、集光レンズ24と、第1アクチュエータ25と、AF装置(オートフォーカス装置)30とを備える。   As shown in FIG. 1, the laser head 20 includes a processing laser light source 21, a dichroic mirror 23, a condensing lens 24, a first actuator 25, and an AF device (autofocus device) 30.

加工用レーザー光源21は、被加工物Wの内部に改質領域を形成するための加工用レーザー光L1を出射する。例えば、加工用レーザー光源21は、パルス幅が1μs以下であって、集光点におけるピークパワー密度が1×10(W/cm)以上となるレーザー光を出射する。 The processing laser light source 21 emits processing laser light L1 for forming a modified region inside the workpiece W. For example, the processing laser light source 21 emits a laser beam having a pulse width of 1 μs or less and a peak power density at a focusing point of 1 × 10 8 (W / cm 2 ) or more.

加工用レーザー光L1の第1光路上には、加工用レーザー光源21側から順に、ダイクロイックミラー23と、集光レンズ24とが配置される。ダイクロイックミラー23は、加工用レーザー光L1を透過し、かつ後述するAF装置30から出射される検出用レーザー光L2を反射する。なお、検出用レーザー光L2の第2光路は、ダイクロイックミラー23により加工用レーザー光L1の第1光路と一部光路を共有するように屈曲され、その共有光路上に集光レンズ24が配置される。   On the first optical path of the processing laser beam L1, a dichroic mirror 23 and a condensing lens 24 are disposed in order from the processing laser light source 21 side. The dichroic mirror 23 transmits the processing laser light L1 and reflects the detection laser light L2 emitted from an AF device 30 described later. The second light path of the detection laser light L2 is bent by the dichroic mirror 23 so as to share a part of the light path with the first light path of the processing laser light L1, and the condenser lens 24 is disposed on the common light path. Ru.

加工用レーザー光源21から出射された加工用レーザー光L1は、ダイクロイックミラー23を通過した後、集光レンズ24により被加工物Wの内部に集光される。加工用レーザー光L1の集光点のZ方向位置(被加工物Wの厚み方向位置)は、第1アクチュエータ25によって集光レンズ24をZ方向に微小移動させることにより調節される。第1アクチュエータ25は、第1集光点位置調整手段の一例である。   The processing laser light L1 emitted from the processing laser light source 21 passes through the dichroic mirror 23, and is then condensed on the inside of the workpiece W by the condensing lens 24. The position in the Z direction (the position in the thickness direction of the workpiece W) of the focusing point of the processing laser beam L1 is adjusted by minutely moving the focusing lens 24 in the Z direction by the first actuator 25. The first actuator 25 is an example of a first focusing point position adjustment unit.

図3は、被加工物Wの内部の集光点近傍に形成される改質領域を説明する概念図である。図3(a)は、被加工物Wの内部に入射された加工用レーザー光L1が集光点に改質領域Pを形成した状態を示し、図3(b)は断続するパルス状の加工用レーザー光L1の下で被加工物Wが水平方向に移動され、不連続な改質領域P、P、…が並んで形成された状態を表している。図3(c)は、被加工物Wの内部に改質領域Pが多層に形成された状態を示している。   FIG. 3 is a conceptual view for explaining a reforming region formed in the vicinity of a light condensing point inside the workpiece W. As shown in FIG. FIG. 3 (a) shows a state in which the modified region P is formed at the focusing point of the processing laser beam L1 incident on the inside of the workpiece W, and FIG. 3 (b) is an intermittent pulse processing The workpiece W is moved in the horizontal direction under the for-use laser beam L1, and the state where the discontinuous modified regions P, P,... Are formed side by side is shown. FIG. 3C shows a state in which the modified region P is formed in multiple layers inside the workpiece W.

図3(a)に示すように、被加工物Wの表面(レーザー光照射面)から入射した加工用レーザー光L1の集光点が被加工物Wの厚み方向の内部に設定されていると、被加工物Wの表面を透過した加工用レーザー光L1は、被加工物Wの内部の集光点でエネルギーが集中し、被加工物Wの内部の集光点近傍に多光子吸収によるクラック領域、溶融領域、屈折率変化領域等の改質領域が形成される。図3(b)に示すように、断続するパルス状の加工用レーザー光L1を被加工物Wに照射して複数の改質領域P、P、…を切断予定ラインに沿って形成することで、被加工物Wは分子間力のバランスが崩れ、改質領域P、P、…を起点として自然に割断するか、或いは僅かな外力を加えることによって割断される。   As shown in FIG. 3A, when the condensing point of the processing laser beam L1 incident from the surface (laser beam irradiation surface) of the workpiece W is set in the thickness direction of the workpiece W The energy of the processing laser light L1 transmitted through the surface of the workpiece W is concentrated at the focusing point inside the workpiece W, and a crack due to multiphoton absorption near the focusing point inside the workpiece W Modified regions such as a region, a melting region, and a refractive index change region are formed. As shown in FIG. 3B, the workpiece W is irradiated with intermittent pulse-like processing laser light L1 to form a plurality of modified regions P, P,... Along the lines to be cut. The workpiece W loses its balance of intermolecular force, and is naturally cut from the modified regions P, P,... As a starting point, or cut by applying a slight external force.

また、厚さの厚い被加工物Wの場合は、改質領域Pの層が1層では割断できないので、図3(c)に示すように、被加工物Wの厚み方向に加工用レーザー光L1の集光点を移動し、改質領域Pを多層に形成させて割断する。   Further, in the case of a thick workpiece W, the layer in the modified region P can not be cut in one layer, so as shown in FIG. 3C, the processing laser light in the thickness direction of the workpiece W The focusing point of L1 is moved to form and modify the modified region P in multiple layers.

なお、図3(b)、(c)に示した例では、断続するパルス状の加工用レーザー光L1で不連続な改質領域P、P、…を形成した状態を示したが、加工用レーザー光L1の連続波の下で連続的な改質領域Pを形成するようにしてもよい。不連続の改質領域Pを形成した場合は、連続した改質領域Pを形成した場合に比べて割断され難いので、被加工物Wの厚さや搬送中の安全等の状況によって、加工用レーザー光L1の連続波を用いるか、断続波を用いるかが適宜選択される。   In the examples shown in FIGS. 3B and 3C, the discontinuous reformed regions P, P,... Are formed by the intermittent pulsed laser beam L1 for processing. A continuous reformed area P may be formed under the continuous wave of the laser light L1. In the case where the discontinuous modified region P is formed, cutting is more difficult than in the case where the continuous modified region P is formed. Therefore, depending on the thickness of the workpiece W, safety during transport, etc., the processing laser Whether to use the continuous wave or the intermittent wave of the light L1 is appropriately selected.

AF装置30は、被加工物Wの表面(レーザ光入射面)とは反対側の裏面(反対面)の位置に関する位置情報を検出するための検出用レーザー光L2を出射し、被加工物Wの裏面で反射した検出用レーザー光L2の反射光を受光し、その受光した反射光に基づいて、被加工物Wの裏面の基準位置からのZ方向の変位を検出する。   The AF device 30 emits a detection laser beam L2 for detecting position information related to the position of the back surface (opposite surface) opposite to the surface (laser beam incident surface) of the workpiece W, and the workpiece W The reflected light of the detection laser beam L2 reflected by the back surface of the object is received, and the displacement of the back surface of the workpiece W from the reference position in the Z direction is detected based on the received reflected light.

図4は、AF装置30の構成例を示した概略図である。図4に示すAF装置30は、ナイフエッジ法を用いて被加工物Wの裏面の基準位置からのZ方向の変位を検出するものである。   FIG. 4 is a schematic view showing a configuration example of the AF device 30. As shown in FIG. The AF device 30 shown in FIG. 4 detects the displacement in the Z direction from the reference position of the back surface of the workpiece W using a knife edge method.

AF装置30は、検出用光源31と、集光レンズ32と、ピンホール33と、ナイフエッジ34と、照明系レンズ35と、ハーフミラー36と、フォーカス光学系37と、結像レンズ38と、ディテクタ39と、AF信号処理部40と、第2アクチュエータ41とを備える。   The AF device 30 includes a light source for detection 31, a condenser lens 32, a pinhole 33, a knife edge 34, an illumination system lens 35, a half mirror 36, a focusing optical system 37, and an imaging lens 38. A detector 39, an AF signal processor 40, and a second actuator 41 are provided.

検出用光源31は、例えばLD(Laser Diode)光源やSLD(Super Luminescent Diode)光源等からなり、加工用レーザー光L1とは異なる波長であって被加工物Wに対して透過性の有する波長の検出用レーザー光L2を出射する。   The light source 31 for detection includes, for example, an LD (Laser Diode) light source, an SLD (Super Luminescent Diode) light source, and the like, and has a wavelength different from that of the processing laser light L1 and having a transparency to the object W The detection laser beam L2 is emitted.

検出用光源31から出射された検出用レーザー光L2は、集光レンズ32、ピンホール33を通過した後、ナイフエッジ34によってその一部が遮光される、そして、ナイフエッジ34によって遮光されることなく進行した光は、照明系レンズ35を通過した後、ハーフミラー36で反射されて、フォーカス光学系37を介して、ダイクロイックミラー23に導かれる。このダイクロイックミラー23により反射された検出用レーザー光L2は、加工用レーザー光L1との共有光路に沿って進行し、集光レンズ24により集光されて被加工物Wに照射される。なお、ナイフエッジ34はピンホール33とハーフミラー36の間にあればよく、照明系レンズ35の後に配置しても同様の効果を得られる。   The detection laser beam L2 emitted from the detection light source 31 passes through the condenser lens 32 and the pinhole 33 and is partially shielded by the knife edge 34, and shielded by the knife edge 34. After passing through the illumination system lens 35, the light which has not traveled is reflected by the half mirror 36 and guided to the dichroic mirror 23 through the focusing optical system 37. The detection laser beam L2 reflected by the dichroic mirror 23 travels along an optical path shared with the processing laser beam L1, is condensed by the condenser lens 24, and is irradiated onto the workpiece W. The knife edge 34 may be provided between the pinhole 33 and the half mirror 36, and the same effect can be obtained even after the illumination system lens 35 is disposed.

被加工物Wに照射された検出用レーザー光L2は被加工物Wの内部に入射して、被加工物Wの裏面で反射される。そして、被加工物Wの裏面で反射された検出用レーザー光L2の反射光は、集光レンズ24に戻って共有光路に沿って進行し、ダイクロイックミラー23により反射される。このダイクロイックミラー23により反射された検出用レーザー光L2の反射光は、フォーカス光学系37、ハーフミラー36を順次通過する。ハーフミラー36を通過した検出用レーザー光L2の反射光は、結像レンズ38により集光され、ディテクタ39上に照射され、ディテクタ39の受光面に集光像を形成する。   The detection laser beam L2 irradiated to the workpiece W is incident on the inside of the workpiece W and is reflected by the back surface of the workpiece W. Then, the reflected light of the detection laser light L2 reflected by the back surface of the workpiece W returns to the condensing lens 24, travels along the shared optical path, and is reflected by the dichroic mirror 23. The reflected light of the detection laser light L2 reflected by the dichroic mirror 23 sequentially passes through the focusing optical system 37 and the half mirror 36. The reflected light of the detection laser light L2 that has passed through the half mirror 36 is condensed by the imaging lens 38 and irradiated onto the detector 39 to form a condensed image on the light receiving surface of the detector 39.

ディテクタ39は、2分割された受光素子(光電変換素子)を有する2分割フォトダイオードからなり、検出用レーザー光L2の反射光の集光像を分割して受光し、それぞれの光量に応じた出力信号(電気信号)をAF信号処理部40に出力する。   The detector 39 is composed of a 2-divided photodiode having a 2-divided light receiving element (photoelectric conversion element), and divides and receives the condensed image of the reflected light of the detection laser beam L2, and outputs according to the respective light amounts A signal (electrical signal) is output to the AF signal processing unit 40.

AF信号処理部40は、ディテクタ39の各受光素子から出力された出力信号に基づいて、Z方向(被加工物Wの厚み方向)における被加工物Wの裏面の位置に関する位置情報を検出する。具体的には、被加工物Wの裏面の位置に関する位置情報として、被加工物Wの裏面の基準位置からのZ方向の変位(デフォーカス距離)を示すAF信号(オートフォーカス信号)を生成して制御部50に出力する。   The AF signal processing unit 40 detects position information on the position of the back surface of the workpiece W in the Z direction (the thickness direction of the workpiece W) based on the output signals output from the light receiving elements of the detector 39. Specifically, an AF signal (autofocus signal) indicating the displacement (defocus distance) in the Z direction from the reference position of the back surface of the workpiece W is generated as position information on the position of the back surface of the workpiece W Output to the control unit 50.

ここで、被加工物Wの裏面の変位の検出原理について説明する。   Here, the detection principle of the displacement of the back surface of the workpiece W will be described.

図5は、ディテクタ39を構成する2分割フォトダイオード42の受光面に形成される集光像の様子を示した図である。なお、図5(a)〜(c)は、図4において被加工物Wの裏面がそれぞれh1、h2、h3で示す位置にあるときに、2分割フォトダイオード42の受光面に形成される集光像の様子を示している。   FIG. 5 is a view showing a state of a condensed image formed on the light receiving surface of the two-divided photodiode 42 constituting the detector 39. As shown in FIG. 5 (a) to 5 (c) are formed on the light receiving surface of the two-divided photodiode 42 when the back surface of the workpiece W in FIG. 4 is at the positions indicated by h1, h2 and h3, respectively. It shows the appearance of the light image.

まず、被加工物Wの裏面がh2の位置にある場合、すなわち、被加工物Wの裏面と検出用レーザー光L2の集光点とが一致している場合、図5(b)に示すように、2分割フォトダイオード42の受光面には真ん中にシャープな像(真円)が形成される。このとき、2分割フォトダイオード42の受光素子42A、42Bで受光される光量は共に等しくなり、被加工物Wの裏面は合焦位置にあることが分かる。   First, as shown in FIG. 5B, when the back surface of the workpiece W is at the position of h2, that is, when the back surface of the workpiece W and the focusing point of the detection laser beam L2 coincide with each other. On the light receiving surface of the two-divided photodiode 42, a sharp image (perfect circle) is formed in the middle. At this time, it is understood that the amounts of light received by the light receiving elements 42A and 42B of the two-divided photodiode 42 are both equal, and the back surface of the workpiece W is at the in-focus position.

一方、被加工物Wの裏面がh1の位置にある場合、すなわち、被加工物Wの裏面が検出用レーザー光L2の集光点よりも集光レンズ24に近い位置にある場合、図5(a)に示すように、2分割フォトダイオード42の受光面には、受光素子42A側に半円状の集光像が形成され、その大きさ(ぼけ量)は被加工物Wと集光レンズ24との距離に応じて変化する。   On the other hand, when the back surface of the workpiece W is at the position h1, that is, when the back surface of the workpiece W is closer to the focusing lens 24 than the focusing point of the detection laser beam L2, as shown in FIG. As shown in a), a semicircular condensed image is formed on the light receiving element 42A side on the light receiving surface of the two-divided photodiode 42, and the size (the amount of blurring) is the workpiece W and the condensing lens It changes according to the distance with 24.

また、被加工物Wの裏面がh3の位置にある場合、すなわち、被加工物Wの裏面が検出用レーザー光L2の集光点よりも集光レンズ24から遠い位置にある場合、図5(c)に示すように、2分割フォトダイオード42の受光面には、受光素子42B側に半円状の集光像が形成され、その大きさ(ぼけ量)は被加工物Wと集光レンズ24との距離に応じて変化する。   Further, when the back surface of the workpiece W is at the position h3, that is, when the back surface of the workpiece W is at a position farther from the focusing lens 24 than the focusing point of the detection laser beam L2, as shown in FIG. As shown in c), on the light receiving surface of the two-divided photodiode 42, a semicircular condensed image is formed on the light receiving element 42B side, and the size (the amount of blurring) is the workpiece W and the condensing lens It changes according to the distance with 24.

このように、2分割フォトダイオード42の受光素子42A、42Bで受光される光量は、被加工物Wの裏面の変位に応じて変化する。したがって、このような性質を利用して被加工物Wの裏面の位置に関する位置情報、すなわち、被加工物Wの裏面の変位を検出することができる。   Thus, the amount of light received by the light receiving elements 42A and 42B of the two-divided photodiode 42 changes according to the displacement of the back surface of the workpiece W. Therefore, position information on the position of the back surface of the workpiece W, that is, the displacement of the back surface of the workpiece W can be detected using such properties.

AF信号処理部40では、2分割フォトダイオード42の受光素子42A、42Bから出力された出力信号をそれぞれA、Bとしたとき、AF信号Eを、次式(1)に従って求める。   In the AF signal processing unit 40, when the output signals output from the light receiving elements 42A and 42B of the two-divided photodiode 42 are A and B, respectively, the AF signal E is obtained according to the following equation (1).

E=(A−B)/(A+B) ・・・(1)
図6は、AF信号の出力特性を示したグラフであり、横軸は被加工物Wの裏面の基準位置からZ方向の変位(デフォーカス距離)を示し、縦軸はAF信号の出力値を示している。なお、被加工物Wの裏面の基準位置(原点)に検出用レーザー光L2の集光点が一致するように予め調整されているものとする。
E = (A−B) / (A + B) (1)
FIG. 6 is a graph showing the output characteristics of the AF signal. The horizontal axis shows the displacement (defocus distance) in the Z direction from the reference position on the back surface of the workpiece W, and the vertical axis shows the output value of the AF signal. It shows. It is assumed that the focal point of the detection laser beam L2 is adjusted in advance so as to coincide with the reference position (origin) of the back surface of the workpiece W.

図6に示すように、AF信号の出力特性は、被加工物Wの裏面の基準位置(原点)をゼロクロス点としたS字状の曲線となる。また、被加工物Wの裏面の位置が、図中に矢印で示した範囲、すなわち、被加工物Wの裏面の変位を検出可能な測定範囲(フォーカス引き込み範囲)内にあるとき、被加工物Wの裏面の変位とAF信号の出力との関係は、原点を通る単調な曲線となる。つまり、AF信号の出力がゼロであれば、被加工物Wの裏面が検出用レーザー光L2の集光点と一致する合焦位置にあることが分かり、AF信号の出力がゼロでなければ、被加工物Wの裏面の変位方向及び変位量を知ることができる。   As shown in FIG. 6, the output characteristic of the AF signal is an S-shaped curve with the reference position (origin) on the back surface of the workpiece W as the zero cross point. Further, when the position of the back surface of the workpiece W is in the range indicated by the arrow in the figure, that is, within the measurement range (focus pull-in range) in which the displacement of the back surface of the workpiece W can be detected The relationship between the displacement of the back surface of W and the output of the AF signal is a monotonous curve passing through the origin. That is, if the output of the AF signal is zero, it is known that the back surface of the workpiece W is at the in-focus position coincident with the focusing point of the detection laser beam L2, and if the output of the AF signal is not zero, The displacement direction and displacement amount of the back surface of the workpiece W can be known.

このような出力特性を有するAF信号は、被加工物Wの裏面の位置に関する位置情報(すなわち、被加工物Wの裏面の基準位置からZ方向の変位を示す情報)としてAF信号処理部40で生成され、制御部50に出力される。   The AF signal having such output characteristics is used as the position information on the position of the back surface of the workpiece W (that is, information indicating the displacement in the Z direction from the reference position on the back surface of the workpiece W) by the AF signal processing unit 40 It is generated and output to the control unit 50.

制御部50は、AF信号処理部40から出力されたAF信号に基づいて、集光レンズ24と被加工物Wの裏面との距離が一定となるように、第1アクチュエータ25の駆動を制御する。これにより、被加工物Wの裏面の変位に追従するように集光レンズ24がZ方向(被加工物Wの厚み方向)に微小移動され、被加工物Wの裏面から一定の距離に加工用レーザー光L1の集光点が位置するようになるので、被加工物Wの内部の所望の位置に改質領域を形成することができる。   The control unit 50 controls the driving of the first actuator 25 based on the AF signal output from the AF signal processing unit 40 so that the distance between the condensing lens 24 and the back surface of the workpiece W becomes constant. . Thereby, the condenser lens 24 is minutely moved in the Z direction (thickness direction of the workpiece W) so as to follow the displacement of the back surface of the workpiece W, and for processing at a constant distance from the back surface of the workpiece W Since the condensing point of the laser beam L1 comes to be located, the modified region can be formed at a desired position inside the workpiece W.

ところで、本実施形態のように、加工用レーザー光L1の第1光路と検出用レーザー光L2の第2光路との共有光路上に集光レンズ24が配置される構成においては、改質領域の加工深さを変えるために集光レンズ24と被加工物Wとの相対的な距離が変化すると、加工用レーザー光L1の集光点とともに検出用レーザー光L2の集光点も被加工物Wに対するZ方向位置が変化する。なお、本明細書において、「改質領域の加工深さ」とは、被加工物Wの表面から改質領域が形成される位置までの距離(深さ)をいう。   In the configuration in which the condensing lens 24 is disposed on the shared optical path between the first optical path of the processing laser light L1 and the second optical path of the detection laser light L2 as in the present embodiment, When the relative distance between the focusing lens 24 and the workpiece W changes to change the processing depth, the focusing point of the detection laser beam L2 is also the workpiece W together with the focusing point of the processing laser beam L1. Position in the direction of Z changes. In the present specification, “the processing depth of the modified region” refers to the distance (depth) from the surface of the workpiece W to the position where the modified region is formed.

例えば、図7(a)に示すように、被加工物Wの表面から浅い位置に改質領域を形成する場合において、被加工物Wの裏面に検出用レーザー光L2の集光点が一致していたとする。このような場合、図7(b)に示すように、被加工物Wの表面から深い位置に改質領域を形成するために、集光レンズ24と被加工物Wとの相対的な距離を変化させると、検出用レーザー光L2の集光点が被加工物Wの裏面からZ方向(被加工物Wの厚み方向)に大きくずれてしまう。そして、検出用レーザー光L2の集光点と被加工物Wの裏面との距離が測定範囲(フォーカス引き込み範囲)を超えてしまうと、被加工物Wの裏面の変位を検出することができなくなってしまう。特に、集光レンズ24は高NAレンズが用いられるため、被加工物Wの裏面の変位を検出可能な測定範囲が検出用レーザー光L2の集光点(合焦位置)の近傍に限られるため、上記問題はより顕著なものとなる。   For example, as shown in FIG. 7A, when forming the modified region at a position shallow from the surface of the workpiece W, the light condensing point of the detection laser beam L2 coincides with the back surface of the workpiece W It is assumed that In such a case, as shown in FIG. 7B, the relative distance between the condensing lens 24 and the workpiece W is set to form a modified region at a position deep from the surface of the workpiece W. When changed, the condensing point of the detection laser beam L2 largely deviates from the back surface of the workpiece W in the Z direction (the thickness direction of the workpiece W). Then, when the distance between the focusing point of the detection laser light L2 and the back surface of the workpiece W exceeds the measurement range (focus pull-in range), the displacement of the back surface of the workpiece W can not be detected. It will In particular, since the condenser lens 24 uses a high NA lens, the measurement range in which the displacement of the back surface of the workpiece W can be detected is limited to the vicinity of the focusing point (focusing position) of the detection laser beam L2. The above problems become more prominent.

そこで、本実施形態のAF装置30は、加工用レーザー光L1の集光点とは独立して検出用レーザー光L2の集光点の位置をZ方向(被加工物Wの厚み方向)に調整するフォーカス光学系37を備えている。フォーカス光学系37は、後述の第2アクチュエータ41と共に、第2集光点位置調整手段の構成要素の一例である。   Therefore, the AF device 30 according to the present embodiment adjusts the position of the focusing point of the detection laser beam L2 in the Z direction (the thickness direction of the workpiece W) independently of the focusing point of the processing laser beam L1. The focusing optical system 37 is provided. The focusing optical system 37 is an example of a component of the second focusing point position adjusting means together with a second actuator 41 described later.

フォーカス光学系37は、検出用レーザー光L2の第2光路上であって加工用レーザー光L1の第1光路との共有光路とは独立した位置に配置される。具体的には、ダイクロイックミラー23とハーフミラー36との間に配置される。   The focusing optical system 37 is disposed on the second optical path of the detection laser beam L2 and at a position independent of the shared optical path with the first optical path of the processing laser beam L1. Specifically, it is disposed between the dichroic mirror 23 and the half mirror 36.

フォーカス光学系37は、少なくとも第2光路に沿って移動可能に構成された移動レンズを含む複数のレンズからなり、本例では、物体側(被加工物W側)から像側(ディテクタ39側)に向かって順に、第1レンズ群37Aと、第2レンズ群37Bとを備えて構成される。   The focusing optical system 37 comprises a plurality of lenses including at least a movable lens configured to be movable along the second optical path, and in this example, from the object side (workpiece W side) to the image side (detector 39 side) The first lens group 37A and the second lens group 37B are provided in this order.

第1レンズ群37Aは、第2光路に沿って移動不能に設けられた固定レンズ群であり、正の屈折力を有する。第2レンズ群37Bは、第2光路に沿って移動可能に設けられた移動レンズ群であり、正の屈折力を有する。   The first lens group 37A is a fixed lens group provided immovably along the second optical path, and has positive refractive power. The second lens group 37B is a movable lens group provided movable along the second optical path, and has positive refractive power.

第2アクチュエータ41は、第2レンズ群37Bを第2光路に沿って移動させる。第2レンズ群37Bが第2光路に沿って移動すると、加工用レーザー光L1の集光点のZ方向位置は固定された状態で、第2レンズ群37Bの移動方向及び移動量に応じて検出用レーザー光L2の集光点のZ方向位置が変化する。すなわち、加工用レーザー光L1の集光点と検出用レーザー光L2の集光点との相対的な距離が変化する。   The second actuator 41 moves the second lens group 37B along the second optical path. When the second lens group 37B moves along the second optical path, detection is performed according to the movement direction and movement amount of the second lens group 37B while the Z direction position of the focusing point of the processing laser light L1 is fixed. Position in the Z direction of the focusing point of the laser light L2 changes. That is, the relative distance between the focusing point of the processing laser beam L1 and the focusing point of the detection laser beam L2 changes.

制御部50は、AF信号処理部40から出力されるAF信号に基づいて、検出用レーザー光L2の集光点が被加工物Wの裏面に一致するように(具体的には、AF信号の出力値がゼロとなるように)、第2アクチュエータ41の駆動を制御する。   Based on the AF signal output from the AF signal processing unit 40, the control unit 50 causes the focusing point of the detection laser beam L2 to coincide with the back surface of the workpiece W (specifically, the AF signal of the AF signal processing unit). The drive of the second actuator 41 is controlled so that the output value becomes zero).

このように、制御部50が、AF信号処理部40から出力されるAF信号に基づいて、第2アクチュエータ41の駆動を制御することにより、加工用レーザー光L1の集光点とは独立して検出用レーザー光L2の集光点を被加工物Wの裏面に一致させることが可能となる。   As described above, the control unit 50 controls the drive of the second actuator 41 based on the AF signal output from the AF signal processing unit 40, so that the control point 50 independently of the condensing point of the processing laser light L1. It is possible to make the condensing point of the detection laser beam L2 coincide with the back surface of the workpiece W.

これにより、図7(a)に示した状態から図7(b)に示した状態のように、改質領域の加工深さを変化させるために集光レンズ24と被加工物Wとの相対的な距離が変化する場合においても、上記のようにフォーカス光学系37の第2レンズ群37Bを第2光路に沿って移動させることにより、図7(c)に示した状態のように、加工用レーザー光L1の集光点のZ方向位置を固定した状態で、検出用レーザー光L2の集光点を被加工物Wの裏面に一致させることが可能となる。   Thereby, as shown in FIG. 7 (b) from the state shown in FIG. 7 (a), the relative position between the condenser lens 24 and the workpiece W to change the processing depth of the modified region Even when the dynamic distance changes, processing is performed as shown in FIG. 7C by moving the second lens group 37B of the focusing optical system 37 along the second optical path as described above. It is possible to make the focusing point of the detection laser beam L2 coincide with the back surface of the workpiece W in a state where the Z-direction position of the focusing point of the for-use laser beam L1 is fixed.

このようなフォーカス光学系37の構成が好ましい理由について説明する。   The reason why such a configuration of the focusing optical system 37 is preferable will be described.

検出用レーザー光L2の集光点が被加工物Wの裏面に一致するように制御が行われる場合、被加工物Wの裏面で反射した反射光は、図4に示すように、集光レンズ24を出た後は収束光として射出される。このとき、被加工物Wの内部における加工位置(加工用レーザー光L1の集光点の位置)が被加工物Wの裏面から離れるほど収束光における収束の度合いが強くなる。   When control is performed so that the focusing point of the detection laser beam L2 coincides with the back surface of the workpiece W, the reflected light reflected by the back surface of the workpiece W is a focusing lens as shown in FIG. After leaving 24, it is emitted as convergent light. At this time, as the processing position (the position of the light condensing point of the processing laser light L1) in the interior of the workpiece W is separated from the back surface of the workpiece W, the degree of convergence in the convergent light becomes stronger.

集光レンズ24からの射出光が収束光束なので、フォーカス光学系37としては、第1レンズ群37Aを凹レンズで構成することが考えられる。しかし、第1レンズ群37Aを凹レンズで構成した場合、集光レンズ24からの射出光の収束度が弱い状態で第1レンズ群37A(凹レンズ)の前側焦点位置に収束することになり、加工深さの制限が厳しくなる。   Since the light emitted from the condensing lens 24 is a convergent light beam, it may be considered that the first lens group 37A is configured as a concave lens as the focusing optical system 37. However, when the first lens group 37A is configured as a concave lens, the light emitted from the condensing lens 24 converges to the front focal position of the first lens group 37A (concave lens) in a state where the convergence of the light is weak. Limits become stricter.

これに対し、第1レンズ群37Aを凸レンズで構成した場合、集光レンズ24からの射出光の収束度がより強い状態まで第1レンズ群37Aの前側焦点位置に収束せず、第1レンズ群37Aを凹レンズで構成した場合に比べて、加工深さの制限がより緩くなる。   On the other hand, when the first lens group 37A is configured by a convex lens, the light emitted from the condensing lens 24 does not converge to the front focal position of the first lens group 37A until the convergence of the light converges more strongly. The restriction on the processing depth is more relaxed than when the lens 37A is configured with a concave lens.

したがって、本実施形態におけるフォーカス光学系37は、物体側に配置される第1レンズ群37Aは、正の屈折率を有する構成が好ましく採用される。   Therefore, in the focusing optical system 37 in the present embodiment, a configuration in which the first lens group 37A disposed on the object side has a positive refractive index is preferably adopted.

次に、本実施形態のレーザー加工装置10を用いたレーザー加工方法について説明する。図8は、本実施形態のレーザー加工装置10を用いたレーザー加工方法の流れを示したフローチャートである。なお、被加工物Wは、図3に示すように、一方の面に粘着材を有するダイシングシートSが貼付され、このダイシングシートSを介してフレームFと一体化された状態でステージ12に吸着保持されているものとする。また、ステージ12に吸着保持された被加工物Wは、画像処理装置を有するアライメント手段(不図示)によってアライメントが適宜行われるものとする。   Next, a laser processing method using the laser processing apparatus 10 of the present embodiment will be described. FIG. 8 is a flowchart showing a flow of a laser processing method using the laser processing apparatus 10 of the present embodiment. In addition, as shown in FIG. 3, the dicing sheet S which has an adhesive material is stuck on one surface, and the workpiece W is adsorbed on the stage 12 in the state integrated with the flame | frame F through this dicing sheet S. It shall be held. Further, it is assumed that the workpiece W suction-held on the stage 12 is appropriately aligned by alignment means (not shown) having an image processing apparatus.

図8に示すように、レーザー加工装置10は、後述するリアルタイム加工動作に先立って、オートAF信号の出力特性を測定するキャリブレーション動作を実行する(ステップS10)。   As shown in FIG. 8, the laser processing apparatus 10 executes a calibration operation for measuring the output characteristic of the auto AF signal prior to the real time processing operation described later (step S10).

キャリブレーション動作が完了した後、レーザー加工装置10は、被加工物Wの裏面の変位に追従するように加工用レーザー光L1の集光点のZ方向位置を調整しながら被加工物Wの内部に改質領域を形成するリアルタイム加工動作を実行する(ステップS12)。   After the calibration operation is completed, the laser processing apparatus 10 adjusts the position in the Z direction of the focusing point of the processing laser beam L1 so as to follow the displacement of the back surface of the workpiece W, and the inside of the workpiece W In step S12, a real-time processing operation for forming a reformed region is performed.

図9は、図8に示すキャリブレーション動作の詳細な流れを示したフローチャートである。   FIG. 9 is a flowchart showing the detailed flow of the calibration operation shown in FIG.

まず、制御部50は、第2アクチュエータ41の駆動を制御して、フォーカス光学系37の第2レンズ群37Bを改質領域の加工深さに応じた位置に移動させる(ステップS20)。なお、制御部50のメモリ部(不図示)には、改質領域の加工深さとフォーカス光学系37の第2レンズ群37Bの位置との対応関係が保持されている。   First, the control unit 50 controls the drive of the second actuator 41 to move the second lens group 37B of the focusing optical system 37 to a position according to the processing depth of the modified region (step S20). The memory unit (not shown) of the control unit 50 holds the correspondence between the processing depth of the modified region and the position of the second lens group 37B of the focusing optical system 37.

続いて、制御部50は、ステージ12の移動を制御して、被加工物Wの裏面の基準位置を集光レンズ24の直下に移動させる(ステップS22)。なお、被加工物Wの裏面の基準位置は、検出用レーザー光L2の集光点を一致させる位置であって、被加工物Wの裏面のZ方向位置の変位の基準となる位置なので、被加工物Wの裏面の段差が少ない部分(平滑面)であることが望ましく、例えば、被加工物Wの外周部を除く中央部分の所定位置を基準位置とする。   Subsequently, the control unit 50 controls the movement of the stage 12 to move the reference position on the back surface of the workpiece W directly below the condensing lens 24 (step S22). The reference position on the back surface of the workpiece W is a position at which the focal point of the detection laser beam L2 is made to coincide, and is a reference position for displacement of the Z direction position on the back surface of the workpiece W. It is desirable that the back surface of the workpiece W has a small level difference (smooth surface). For example, a predetermined position of a central portion excluding the outer peripheral portion of the workpiece W is set as a reference position.

続いて、制御部50は、第2アクチュエータ41の駆動を制御して、AF信号処理部40から出力されるAF信号がゼロとなるように、フォーカス光学系37の第2レンズ群37Bを第2光路に沿って移動させる(ステップS24)。これにより、図7(b)に示すように、検出用レーザー光L2の集光点と被加工物Wの裏面の基準位置とにずれがある場合でも、図7(c)に示すように、検出用レーザー光L2の集光点が被加工物Wの裏面の基準位置と一致するように集光点調整が行われる。なお、制御部50は、メモリ部(不図示)に保持されているフォーカス光学系37の第2レンズ群37Bの位置を、集光点調整後の第2レンズ群37Bの位置(補正位置)に書き換える。   Subsequently, the control unit 50 controls the driving of the second actuator 41 so that the second lens group 37B of the focusing optical system 37 is secondly operated so that the AF signal output from the AF signal processing unit 40 becomes zero. It is moved along the optical path (step S24). Thereby, as shown in FIG. 7 (b), even when there is a deviation between the focusing point of the detection laser beam L2 and the reference position on the back surface of the workpiece W, as shown in FIG. 7 (c), Focusing point adjustment is performed so that the focusing point of the detection laser beam L2 coincides with the reference position on the back surface of the workpiece W. Note that the control unit 50 sets the position of the second lens group 37B of the focusing optical system 37 held in the memory unit (not shown) to the position (correction position) of the second lens group 37B after the focusing point adjustment. rewrite.

続いて、制御部50は、第1アクチュエータ25の駆動を制御して、集光レンズ24をZ方向に沿って移動可能範囲の全体にわたって移動させながらAF信号処理部40から出力されるAF信号の出力特性を測定して、その出力特性をルックアップテーブルとしてメモリ部(不図示)に保持しておく(ステップS26)。   Subsequently, the control unit 50 controls the driving of the first actuator 25 to move the condensing lens 24 along the Z direction over the entire movable range, and outputs the AF signal output from the AF signal processing unit 40. The output characteristics are measured, and the output characteristics are stored as a lookup table in a memory unit (not shown) (step S26).

なお、被加工物Wの内部に改質領域の層を複数形成する場合には、ステップS20からステップS26までの処理を改質領域の加工深さ毎に実行する。   In the case where a plurality of layers of the modified region are formed inside the workpiece W, the processing from step S20 to step S26 is performed for each processing depth of the modified region.

以上の処理により、制御部50は、図8のステップS12のリアルタイム加工動作において、メモリ部(不図示)に保持されたルックアップテーブルを参照することにより、AF信号処理部40から出力されるAF信号の出力値から被加工物Wの裏面の基準位置からのZ方向の変位(デフォーカス距離)を簡単に求めることができるので、リアルタイム加工動作における加工効率(スループット)を向上させることが可能となる。   By the above processing, in the real-time processing operation of step S12 of FIG. 8, the control unit 50 refers to the look-up table stored in the memory unit (not shown) to output the AF output from the AF signal processing unit 40. Since the displacement (defocus distance) in the Z direction from the reference position of the back surface of the workpiece W from the reference value of the signal can be easily obtained, it is possible to improve the processing efficiency (throughput) in the real time processing operation Become.

図10は、キャリブレーション動作によって測定されるAF信号の出力特性の一例を示した図であり、改質領域の加工深さを500〜800μmの範囲で変化させたときの出力特性を示している。   FIG. 10 is a view showing an example of the output characteristic of the AF signal measured by the calibration operation, and shows the output characteristic when the processing depth of the modified region is changed in the range of 500 to 800 μm. .

本実施形態では、改質領域の加工深さに応じて検出用レーザー光L2の集光点のZ方向位置が被加工物Wの裏面の基準位置と一致するように調節されるので、図10に示すように、各加工深さに対応するAF信号の出力特性は略揃ったものとなり、いずれも被加工物Wの裏面の基準位置(原点)をゼロクロス点としたS字状の曲線となる。したがって、このような出力特性を有するAF信号を用いてリアルタイム加工動作を実行することにより、改質領域の加工深さの変更に影響されることなく、被加工物Wの裏面の変位を安定かつ高精度に検出することが可能となる。   In the present embodiment, the Z-direction position of the focusing point of the detection laser beam L2 is adjusted to coincide with the reference position on the back surface of the workpiece W according to the processing depth of the modified region. As shown in FIG. 5, the output characteristics of the AF signal corresponding to each processing depth are substantially uniform, and both become S-shaped curves with the reference position (origin) on the back surface of the workpiece W as the zero cross point. . Therefore, by executing the real-time machining operation using the AF signal having such output characteristics, the displacement of the back surface of the workpiece W can be stabilized stably without being affected by the change in the machining depth of the modified region. It becomes possible to detect with high accuracy.

図11は、図8に示すリアルタイム加工動作の詳細な流れを示したフローチャートである。   FIG. 11 is a flowchart showing the detailed flow of the real-time machining operation shown in FIG.

まず、制御部50は、図9のステップS20と同様に、第2アクチュエータ41の駆動を制御して、フォーカス光学系37の第2レンズ群37Bを改質領域の加工深さに応じた位置に移動させる(ステップS30、第2集光点位置調整工程の一例)。このとき、制御部50は、メモリ部(不図示)に保持されている第2レンズ群37Bの位置(補正位置)に移動させる。これにより、検出用レーザー光L2の集光点が被加工物Wの裏面の基準位置と一致し、AF装置30は、被加工物Wの裏面の基準位置を基準としたZ方向の変位を検出することが可能となる。   First, the control unit 50 controls the drive of the second actuator 41 to set the second lens group 37B of the focusing optical system 37 at a position according to the processing depth of the reforming area, as in step S20 of FIG. It is moved (Step S30, an example of the second focusing point position adjustment process). At this time, the control unit 50 moves the position (correction position) of the second lens group 37B held in the memory unit (not shown). Thereby, the condensing point of the detection laser beam L2 coincides with the reference position of the back surface of the workpiece W, and the AF device 30 detects the displacement in the Z direction based on the reference position of the back surface of the workpiece W It is possible to

続いて、制御部50は、ステージ12の移動を制御して、ステージ12に吸着保持された被加工物Wを所定の加工開始位置に移動させる(ステップS32)。   Subsequently, the control unit 50 controls the movement of the stage 12 to move the workpiece W suction-held on the stage 12 to a predetermined processing start position (step S32).

続いて、制御部50は、加工用レーザー光源21をONとした後、被加工物Wを水平方向(XY方向)に移動させながら、加工用レーザー光源21から出射された加工用レーザー光L1により、切断予定ラインに沿って被加工物Wの内部に改質領域を形成する(ステップS34)。   Subsequently, after turning on the processing laser light source 21, the control unit 50 moves the workpiece W in the horizontal direction (XY direction), and the processing laser light L 1 emitted from the processing laser light source 21. A reformed region is formed inside the workpiece W along the line to cut (step S34).

このとき、制御部50は、加工用レーザー光源21をONにするタイミングと略同時、或いはそれよりも先のタイミングで、検出用光源31をONとする。これにより、加工用レーザー光L1と検出用レーザー光L2が集光レンズ24により被加工物Wに向かって集光される。検出用光源31から出射された検出用レーザー光L2は被加工物Wの内部に入射し、被加工物Wの裏面で反射され、その反射光はディテクタ39の受光面に集光像を形成する。AF信号処理部40は、ディテクタ39から出力された出力信号に基づいて、被加工物Wの裏面の基準位置からのZ方向の変位を示すAF信号を生成して制御部50に出力する(位置情報検出工程の一例)。   At this time, the control unit 50 turns on the detection light source 31 at a timing substantially simultaneously with or before the timing at which the processing laser light source 21 is turned on. Thus, the processing laser beam L1 and the detection laser beam L2 are condensed toward the workpiece W by the condensing lens 24. The detection laser beam L2 emitted from the detection light source 31 enters the inside of the workpiece W, is reflected by the back surface of the workpiece W, and the reflected light forms a condensed image on the light receiving surface of the detector 39. . The AF signal processing unit 40 generates an AF signal indicating the displacement in the Z direction from the reference position of the back surface of the workpiece W based on the output signal output from the detector 39 and outputs it to the control unit 50 (position An example of the information detection process).

そして、制御部50は、AF信号処理部40から出力されるAF信号に基づいて、第1アクチュエータ25の駆動を制御することによって、加工用レーザー光L1の集光点のZ方向位置を調整しながら(第1集光点位置調整工程の一例)、被加工物Wの内部に改質領域を形成する(レーザー加工工程の一例)。   Then, the control unit 50 controls the drive of the first actuator 25 based on the AF signal output from the AF signal processing unit 40, thereby adjusting the Z direction position of the focusing point of the processing laser beam L1. While (an example of a 1st condensing point position adjustment process), a modification | reformation area | region is formed in the inside of the to-be-processed object W (an example of a laser processing process).

続いて、制御部50は、被加工物Wの全ての切断予定ラインに対して改質領域の形成が終了しているか否かを判断する(ステップS36)。全ての切断予定ラインに対して改質領域の形成が終了していない場合(Noの場合)、次の切断予定ラインに移動し(ステップS38)、その切断予定ラインについてステップS34からステップS36までの処理を繰り返す。一方、全ての切断予定ラインに対して改質領域の形成が終了した場合(Yesの場合)、次のステップS40に進む。   Subsequently, the control unit 50 determines whether the formation of the modified region is completed for all the lines to be cut of the workpiece W (step S36). If formation of the modified region is not completed for all the planned cutting lines (in the case of No), the processing moves to the next planned cutting line (step S38), and steps S34 to S36 are performed for the planned cutting lines. Repeat the process. On the other hand, if the formation of the modified region is completed for all the planned cutting lines (in the case of Yes), the process proceeds to the next step S40.

続いて、制御部50は、全ての加工深さについて改質領域の形成が終了しているか否かを判断する(ステップS40)。全ての加工深さについて改質領域の形成が終了していない場合には、次の加工深さに移動し(ステップS42)、ステップS30からステップS36までの処理を繰り返す。一方、全ての加工深さについて改質領域の形成が終了した場合には、リアルタイム加工動作を終了する。   Subsequently, the control unit 50 determines whether the formation of the modified region is completed for all the processing depths (step S40). If the formation of the modified region is not completed for all the processing depths, the processing moves to the next processing depth (step S42), and the processing from step S30 to step S36 is repeated. On the other hand, when the formation of the modified region is completed for all the processing depths, the real-time processing operation is ended.

このようにして、被加工物Wの内部の所望の位置に切断の起点となる改質領域を形成することにより、改質領域を切断の起点として被加工物Wを複数のチップに分割することが可能となる。   In this manner, by forming the modified region that becomes the starting point of cutting at a desired position inside the workpiece W, the processing region W is divided into a plurality of chips with the modified region as the starting point of cutting. Is possible.

ここで、本実施形態の効果を確認するために行った検証シミュレーションについて説明する。   Here, verification simulation performed to confirm the effect of the present embodiment will be described.

この検証シミュレーションにおいては、本実施形態のレーザー加工装置10と実質的に等価なモデルを設定し、被加工物Wであるシリコンウェーハの厚さが変化した際に、シリコンウェーハの裏面からのフォーカス位置(加工用レーザー光L1の集光点のZ方向位置)がどの程度変動するかについて確認を行った。   In this verification simulation, a model substantially equivalent to that of the laser processing apparatus 10 of this embodiment is set, and when the thickness of the silicon wafer as the workpiece W changes, the focus position from the back surface of the silicon wafer It was confirmed how much (the Z direction position of the condensing point of the processing laser light L1) fluctuates.

検証シミュレーションの条件としては、シリコンウェーハの厚さを400μmとし、シリコンウェーハの裏面(レーザ光照射面とは反対側の反対面)から200μmの位置にフォーカスする状態(加工用レーザー光L1が集光する状態)を基準状態とする。そして、シリコンウェーハの厚さが±10μm変動したと仮定し、シリコンウェーハの裏面からの反射光を利用してシリコンウェーハの裏面の位置に関する位置情報を取得し、この位置情報に基づいてフォーカス位置を再設定し、フォーカス位置とシリコンウェーハの裏面との距離を求める。なお、理想的には、シリコンウェーハの厚さが変化しても、シリコンウェーハの裏面からのフォーカス位置は常に一定である。   As a condition of the verification simulation, the thickness of the silicon wafer is 400 μm, and the state (focusing laser light L1 for processing) is focused to a position of 200 μm from the back surface (the opposite surface opposite to the laser light irradiation surface) State)) as the reference state. Then, assuming that the thickness of the silicon wafer fluctuates by ± 10 μm, position information regarding the position of the back surface of the silicon wafer is acquired using the reflected light from the back surface of the silicon wafer, and the focus position is determined based on the position information. It resets and calculates | requires the distance of a focus position and the back surface of a silicon wafer. Ideally, the focus position from the back surface of the silicon wafer is always constant even if the thickness of the silicon wafer changes.

検証シミュレーションの結果を表1に示す。なお、表1において、ワーキングディスタンスとは、集光レンズ24とシリコンウェーハ(被加工物W)との間の距離である。また、フォーカス位置のズレは、シリコンウェーハの裏面から離れる方向を正の値とする。   The results of the verification simulation are shown in Table 1. In Table 1, the working distance is the distance between the condenser lens 24 and the silicon wafer (the workpiece W). Further, the shift of the focus position has a positive value in the direction away from the back surface of the silicon wafer.

Figure 2018176212
Figure 2018176212

表1に示すように、検証シミュレーションの結果によれば、フォーカス位置のズレに±0.4μm程度の変動が若干見られたが、実用上は許容できる範囲内であり、十分な性能が得られることを確認した。   As shown in Table 1, according to the results of the verification simulation, although a slight shift of about ± 0.4 μm was observed in the shift of the focus position, it is within an acceptable range for practical use, and sufficient performance can be obtained. It was confirmed.

以上のとおり、本実施形態によれば、被加工物Wに対して透過性を有する波長の検出用レーザー光L2を被加工物Wに照射して、被加工物Wの裏面(レーザー光照射面とは反対側の反対面)で反射した反射光を検出することにより、被加工物Wの裏面の位置に関する位置情報を取得することができる。そして、この位置情報に基づいて加工用レーザー光L1の集光点のZ方向位置を調整するようにしたので、被加工物Wの表面形状の影響を受けることなく、被加工物Wを精度良く加工することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, the workpiece W is irradiated with the detection laser beam L2 having a wavelength having transparency to the workpiece W, and the back surface of the workpiece W (laser beam irradiation surface) The position information about the position of the back surface of the workpiece W can be obtained by detecting the reflected light reflected on the opposite surface opposite to the surface of the object W). And since the Z direction position of the condensing point of the processing laser beam L1 is adjusted based on the position information, the workpiece W can be precisely measured without being affected by the surface shape of the workpiece W. It becomes possible to process.

また、本実施形態では、加工用レーザー光L1の集光点とは独立して検出用レーザー光L2の集光点のZ方向位置を調整可能なフォーカス光学系37を備えたので、加工用レーザー光L1の集光点と検出用レーザー光L2の集光点との相対的な距離を調整することができる。これにより、改質領域の加工深さに応じて被加工物Wの裏面近傍に検出用レーザー光L2の集光点を合わせることが可能となり、被加工物Wの裏面の変位を安定かつ高精度に検出することができる。したがって、改質領域の加工深さの変化に対する自由度が高く、被加工物Wの内部の所望の位置に改質領域を精度良く形成することが可能となる。   Further, in the present embodiment, since the focusing optical system 37 capable of adjusting the position in the Z direction of the focusing point of the detection laser beam L2 independently of the focusing point of the processing laser beam L1 is provided, the processing laser The relative distance between the focusing point of the light L1 and the focusing point of the detection laser beam L2 can be adjusted. As a result, it becomes possible to align the focusing point of the detection laser beam L2 in the vicinity of the back surface of the workpiece W according to the processing depth of the modified region, and the displacement of the back surface of the workpiece W is stable and accurate Can be detected. Therefore, the degree of freedom with respect to the change in the processing depth of the modified region is high, and the modified region can be accurately formed at a desired position inside the workpiece W.

なお、本実施形態では、検出用レーザー光L2の反射光を受光する手段としてのディテクタ39が2分割フォトダイオードで構成される例を示したが、これに限らず、光量バランスを測定できるもの(例えば、4分割フォトダイオード、2次元撮像素子等)を用いてもよい。   In the present embodiment, the detector 39 as means for receiving the reflected light of the detection laser beam L2 is an example composed of a two-split photodiode, but the present invention is not limited to this, and the light amount balance can be measured ( For example, a four-split photodiode, a two-dimensional imaging device, or the like may be used.

また、本実施形態では、被加工物Wの裏面の変位を検出する方法としてナイフエッジ法を用いたが、これに限らず、例えば、非点収差法等を用いることも可能である。   Moreover, in this embodiment, although the knife edge method was used as a method of detecting the displacement of the back surface of the to-be-processed object W, it is also possible to use not only this but an astigmatic method etc., for example.

図12は、AF装置30の他の構成例を示した概略図である。なお、図12において、図4と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。   FIG. 12 is a schematic view showing another configuration example of the AF device 30. As shown in FIG. 12, the same or similar components as or to FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図12に示すAF装置30は、非点収差法を用いて被加工物Wの裏面の変位を検出するものである。AF装置30は、図4に示したナイフエッジ34に代えて、結像レンズ38とディテクタ39との間に、検出用レーザー光L2の反射光に非点収差を付与する非点収差付与手段としてシリンドリカルレンズ43が配置される。また、ディテクタ39は、4分割フォトダイオードによって構成される。   The AF device 30 shown in FIG. 12 detects the displacement of the back surface of the workpiece W using an astigmatism method. The AF device 30 is provided as astigmatism applying means for applying astigmatism to the reflected light of the detection laser beam L2 between the imaging lens 38 and the detector 39, instead of the knife edge 34 shown in FIG. A cylindrical lens 43 is disposed. Also, the detector 39 is configured by a 4-divided photodiode.

ここで、非点収差法による被加工物Wの裏面の変位の検出原理について説明する。   Here, the detection principle of the displacement of the back surface of the workpiece W by the astigmatism method will be described.

ディテクタ39を構成する4分割フォトダイオードの受光面上に形成される検出用レーザー光L2の反射光の集光像は、被加工物Wの裏面と検出用レーザー光L2の集光点が一致している場合には真円となる。一方、被加工物Wの裏面と検出用レーザー光L2の集光点がずれている場合には、被加工物Wの裏面の変位方向に応じて集光像が縦方向又は横方向に引き伸ばされた楕円となり、その大きさは被加工物Wの裏面の変位量に依存する。したがって、この性質を利用することで、被加工物Wの裏面の変位を検出することができる。   The condensed image of the reflected light of the detection laser beam L2 formed on the light receiving surface of the four-divided photodiode constituting the detector 39 is such that the back surface of the workpiece W matches the focus of the detection laser beam L2. If it is, it will be a true circle. On the other hand, when the back surface of the workpiece W and the condensing point of the detection laser beam L2 are shifted, the condensed image is stretched in the longitudinal direction or the lateral direction according to the displacement direction of the back surface of the workpiece W The size is dependent on the amount of displacement of the back surface of the workpiece W. Therefore, the displacement of the back surface of the workpiece W can be detected by utilizing this property.

図13は、4分割フォトダイオードの受光面を示した図である。同図に示すように、4分割フォトダイオード44は、4つの受光素子(光電変換素子)44A〜44Dを有し、各受光素子44A〜44Dは、検出用レーザー光L2の反射光の集光像を分割して受光し、それぞれの光量に応じた出力信号をAF信号処理部40に出力する。   FIG. 13 is a view showing the light receiving surface of the four-divided photodiode. As shown in the figure, the four-divided photodiode 44 has four light receiving elements (photoelectric conversion elements) 44A to 44D, and each of the light receiving elements 44A to 44D is a focused image of the reflected light of the detection laser light L2. Is divided and received, and an output signal corresponding to each light amount is output to the AF signal processing unit 40.

AF信号処理部40では、各受光素子44A〜44Dからそれぞれ出力される出力信号をA〜Dとしたとき、AF信号Eを、次式(2)に従って求める。   When the output signals respectively output from the light receiving elements 44A to 44D are A to D, the AF signal processing unit 40 obtains an AF signal E according to the following equation (2).

E={(A+C)−(B+D)}/{(A+C)+(B+D)} ・・・(2)
制御部50は、AF信号処理部40から出力されるAF信号に基づいて、上述した実施形態と同様に、第1アクチュエータ25や第2アクチュエータ41の駆動を制御することにより、被加工物Wの表面形状による影響や改質領域の加工深さの変更に影響を受けることなく、被加工物Wの裏面の変位を追従するように加工用レーザー光L1の集光点を高精度に制御することができ、被加工物Wの内部の所望の位置に改質領域を高精度に形成することが可能となる。
E = {(A + C)-(B + D)} / {(A + C) + (B + D)} (2)
The control unit 50 controls the driving of the first actuator 25 and the second actuator 41 based on the AF signal output from the AF signal processing unit 40, as in the above-described embodiment, to thereby obtain the workpiece W. Controlling the focusing point of the processing laser beam L1 with high precision so as to follow the displacement of the back surface of the workpiece W without being affected by the influence of the surface shape or the change of the processing depth of the modified region It is possible to form the modified region at a desired position inside the workpiece W with high precision.

図14は、AF装置30の更に他の構成例を示した概略図である。なお、図14において、図4と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。   FIG. 14 is a schematic view showing still another configuration example of the AF device 30. As shown in FIG. In FIG. 14, the same or similar components as or to FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

図14に示すAF装置30は、2つのディテクタで受光された反射光の光量比を利用して被加工物Wの裏面の変位を検出するものである。AF装置30は、図4に示したナイフエッジ34、結像レンズ38、ディテクタ39に代えて、ハーフミラー45、集光レンズ46、マスク(遮光板)47、第1ディテクタ48、第2ディテクタ49を備えて構成される。   The AF device 30 shown in FIG. 14 detects the displacement of the back surface of the workpiece W using the light amount ratio of the reflected light received by the two detectors. The AF device 30 has a half mirror 45, a condenser lens 46, a mask (light shielding plate) 47, a first detector 48, and a second detector 49 in place of the knife edge 34, the imaging lens 38 and the detector 39 shown in FIG. It is configured with.

検出用光源31から出射された検出用レーザー光L2は、集光レンズ32、ピンホール33、照明系レンズ35を経由して、ハーフミラー36で反射される。更に、この検出用レーザー光L2は、フォーカス光学系37を経由して、ダイクロイックミラー23で反射され、加工用レーザー光L1との共有光路に沿って進行し、集光レンズ24により集光されて被加工物Wに照射される。   The detection laser beam L2 emitted from the detection light source 31 is reflected by the half mirror 36 via the condenser lens 32, the pinhole 33, and the illumination system lens 35. Further, the detection laser beam L2 is reflected by the dichroic mirror 23 via the focusing optical system 37, travels along the shared optical path with the processing laser beam L1, and is condensed by the condensing lens 24. The workpiece W is irradiated.

被加工物Wに照射された検出用レーザー光L2は被加工物Wの内部に入射し、被加工物Wの裏面で反射される。そして、被加工物Wの裏面で反射された反射光は、集光レンズ24により屈折され、ダイクロイックミラー23で反射され、フォーカス光学系37を経由して、ハーフミラー36を透過する。更に、この反射光は、ハーフミラー45によって2つの分岐経路に分岐される。一方の分岐経路に分岐された反射光は、集光レンズ46により100%集光され第1ディテクタ48の受光面に結像される。そして、第1ディテクタ48は、受光した光量に応じた出力信号をAF信号処理部40に出力する。他方の分岐経路に分岐された反射光は、マスク47の孔部を通過して(受光領域が制限され)、第2ディテクタ49の受光面に結像される。そして、第2ディテクタ49は、受光した光量に応じた出力信号をAF信号処理部40に出力する。   The detection laser beam L2 irradiated to the workpiece W is incident on the inside of the workpiece W, and is reflected on the back surface of the workpiece W. Then, the reflected light reflected by the back surface of the workpiece W is refracted by the condenser lens 24, reflected by the dichroic mirror 23, and transmitted through the half mirror 36 via the focusing optical system 37. Further, the reflected light is branched by the half mirror 45 into two branch paths. The reflected light branched into one branch path is condensed 100% by the condenser lens 46 and imaged on the light receiving surface of the first detector 48. Then, the first detector 48 outputs an output signal according to the received light amount to the AF signal processing unit 40. The reflected light branched into the other branch path passes through the hole of the mask 47 (the light receiving area is limited) and is imaged on the light receiving surface of the second detector 49. Then, the second detector 49 outputs an output signal corresponding to the received light amount to the AF signal processing unit 40.

AF信号処理部40は、第1ディテクタ48及び第2ディテクタ49から出力された出力信号に基づいて、被加工物Wの裏面の基準位置からのZ方向の変位(デフォーカス距離)を示すAF信号を生成して制御部50に出力する。   The AF signal processing unit 40, based on the output signals output from the first detector 48 and the second detector 49, indicates an AF signal indicating the displacement (defocus distance) in the Z direction from the reference position of the back surface of the workpiece W Are generated and output to the control unit 50.

ここで、被加工物Wの裏面の変位の検出原理について説明する。   Here, the detection principle of the displacement of the back surface of the workpiece W will be described.

第1ディテクタ48に受光される反射光は、集光レンズ46によって100%集光されるので受光量は一定であり、第1ディテクタ48の出力は一定となる。一方、第2ディテクタ49に受光される反射光は、マスク47によって受光領域が中心部分に制限されるので、集光レンズ24から被加工物Wの裏面までの距離、すなわち、被加工物Wの厚み方向における被加工物Wの裏面の位置(Z方向位置)によって第2ディテクタ49の受光量は変化する。そのため、第2ディテクタ49の出力は、検出用レーザー光が照射される被加工物Wの裏面の位置によって変化する。したがって、このような性質を利用することで、被加工物Wの裏面の変位を検出することができる。   The reflected light received by the first detector 48 is condensed 100% by the condensing lens 46, so the amount of received light is constant, and the output of the first detector 48 is constant. On the other hand, the reflected light received by the second detector 49 is limited to the central portion by the mask 47 in the light receiving area, so that the distance from the condenser lens 24 to the back surface of the workpiece W, ie, the workpiece W The amount of light received by the second detector 49 changes depending on the position (Z direction position) of the back surface of the workpiece W in the thickness direction. Therefore, the output of the second detector 49 changes depending on the position of the back surface of the workpiece W to which the detection laser beam is irradiated. Therefore, displacement of the back surface of the workpiece W can be detected by utilizing such a property.

AF信号処理部40では、第1ディテクタ48及び第2ディテクタ49から出力された出力信号をそれぞれS1、S2としたとき、AF信号Eを、次式(3)に従って求める。   When the output signals from the first detector 48 and the second detector 49 are S1 and S2, respectively, the AF signal processing unit 40 obtains the AF signal E according to the following equation (3).

E=S1/S2 ・・・(3)
制御部50は、AF信号処理部40から出力されるAF信号に基づいて、上述した実施形態と同様に、第1アクチュエータ25や第2アクチュエータ41の駆動を制御することにより、改質領域の加工深さに対する変更に影響を受けることなく、被加工物Wの裏面の変位を追従するように加工用レーザー光L1の集光点を高精度に制御することができ、被加工物Wの内部の所望の位置に改質領域を高精度に形成することが可能となる。
E = S1 / S2 (3)
The control unit 50 controls the drive of the first actuator 25 and the second actuator 41 based on the AF signal output from the AF signal processing unit 40 as in the above-described embodiment, thereby processing the modified region. The focusing point of the processing laser beam L1 can be controlled with high accuracy so as to follow the displacement of the back surface of the workpiece W without being affected by the change to the depth, and the inside of the workpiece W can be It is possible to form the modified region at a desired position with high accuracy.

なお、ディテクタ39は、4分割フォトダイオードに限らず、光量バランスを測定できるものであればよく、例えば、2次元撮像素子等を用いてもよい。   The detector 39 is not limited to the 4-divided photodiode, and any detector capable of measuring the light amount balance may be used. For example, a two-dimensional imaging device or the like may be used.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。以下、いくつかの変形例について説明する。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above examples, and it goes without saying that various improvements and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. . Hereinafter, some modifications will be described.

<変形例1>
上述した実施形態では、好ましい態様として、加工用レーザー光L1と検出用レーザー光L2とを同一の集光レンズ24によって集光させる構成を示したが、この態様に限らず、例えば、加工用レーザー光L1を集光する集光レンズと、検出用レーザー光L2を集光する集光レンズとは、それぞれ別々の集光レンズで構成されていてもよい。
<Modification 1>
In the embodiment described above, as a preferable mode, a configuration is shown in which the processing laser beam L1 and the detection laser beam L2 are condensed by the same condensing lens 24, but the present invention is not limited to this mode. The condensing lens which condenses the light L1 and the condensing lens which condenses the laser light L2 for detection may be respectively configured by different condensing lenses.

<変形例2>
上述した実施形態では、好ましい態様として、フォーカス光学系37を構成する第1レンズ群37Aが正の屈折率を有する態様について説明したが、これに限らず、第1レンズ群37Aが負の屈折率を有するものであってもよい。この場合、本実施形態に比べて加工深さの制限が厳しくなるが、被加工物Wの厚さが薄い場合などには適用可能である。
<Modification 2>
In the embodiment described above, as a preferable aspect, the aspect in which the first lens group 37A constituting the focusing optical system 37 has a positive refractive index has been described, but the present invention is not limited thereto. It may have the In this case, the restriction of the processing depth is stricter than that of the present embodiment, but the present invention is applicable to the case where the thickness of the workpiece W is thin.

<変形例3>
上述した実施形態では、好ましい態様として、レーザー加工装置10が、被加工物Wの内部に集光点を合わせて加工用レーザー光L1を照射し、被加工物Wの内部に切断の起点となる改質領域を形成する態様について説明したが、これに限らず、例えば、被加工物Wにレーザー加工溝を形成するレーザー加工装置などに適用してもよい。
<Modification 3>
In the embodiment described above, as a preferable mode, the laser processing apparatus 10 aligns the focusing point to the inside of the workpiece W and irradiates the processing laser light L1 to become the starting point of the cutting inside the workpiece W. Although the aspect which forms a modification | reformation area | region was demonstrated, you may apply not only to this but the laser processing apparatus etc. which form a laser processing groove | channel in the to-be-processed object W, for example.

10…レーザー加工装置、12…ステージ、20…レーザーヘッド、21…レーザー光源、23…ダイクロイックミラー、24…集光レンズ、25…第1アクチュエータ、30…AF装置、31…AF用光源、32…集光レンズ、33…ピンホール、34…ナイフエッジ、35…照明系レンズ、36…ハーフミラー、37…フォーカス光学系、37A…固定レンズ、37B…移動レンズ、38…結像レンズ、39…ディテクタ、40…AF信号処理部、41…第2アクチュエータ、42…2分割フォトディテクタ、43…シリンドリカルレンズ、44…4分割フォトダイオード、45…ハーフミラー、46…集光レンズ、47…マスク、48…第1ディテクタ、49…第2ディテクタ、50…制御部、L1…加工用レーザー光、L2…検出用レーザー光   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Laser processing apparatus, 12 ... Stage, 20 ... Laser head, 21 ... Laser light source, 23 ... Dichroic mirror, 24 ... Condensing lens, 25 ... 1st actuator, 30 ... AF apparatus, 31 ... Light source for AF, 32 ... Condenser lens 33 Pinhole 34 Knife edge 35 Illumination system lens 36 Half mirror 37 Focusing optical system 37A Fixed lens 37B Moving lens 38 Imaging lens 39 Detector , 40: AF signal processing unit, 41: second actuator, 42: two split photodetector, 43: cylindrical lens, 44: four split photodiode, 45: half mirror, 46: focusing lens, 47: mask, 48: 48 1 detector, 49: second detector, 50: control unit, L1: processing laser light, L2: for detection Za light

Claims (8)

被加工物に集光レンズを介して加工用レーザー光を照射して前記被加工物を加工するレーザー加工手段と、
前記被加工物に対して透過性を有する波長の検出用レーザー光を前記被加工物に照射して、前記被加工物のレーザー光照射面とは反対側の反対面で反射した反射光を検出することにより、前記被加工物の厚み方向における前記被加工物の前記反対面の位置に関する位置情報を検出する位置情報検出手段と、
前記位置情報検出手段によって検出された前記位置情報に基づき、前記被加工物の前記反対面の位置を基準として、前記集光レンズによって集光される前記加工用レーザー光の集光点位置を調整する第1集光点位置調整手段と、
を備えたレーザー加工装置。
Laser processing means for processing the workpiece by irradiating the workpiece with a processing laser beam through a condenser lens;
The processing object is irradiated with a detection laser beam of a wavelength having transparency to the processing object, and the reflected light reflected on the opposite surface of the processing object opposite to the laser light irradiation surface is detected Position information detecting means for detecting position information related to the position of the opposite surface of the workpiece in the thickness direction of the workpiece;
Based on the position information detected by the position information detecting means, adjust the focusing point position of the processing laser beam collected by the condensing lens based on the position of the opposite surface of the workpiece First focusing point position adjusting means,
Laser processing equipment.
前記位置情報検出手段は、前記集光レンズを介して前記検出用レーザー光を前記被加工物に照射し、
前記加工用レーザー光の集光点位置を固定した状態で、前記検出用レーザー光の集光点位置を調整する第2集光点位置調整手段を備える、
請求項1に記載のレーザー加工装置。
The position information detection means irradiates the detection laser beam to the workpiece through the condenser lens,
A second focusing point position adjustment unit configured to adjust a focusing point position of the detection laser beam in a state where the focusing point position of the processing laser beam is fixed;
The laser processing apparatus according to claim 1.
前記第2集光点位置調整手段は、前記被加工物側から順に、前記検出用レーザー光の光路に沿って移動不能に設けられた第1レンズ群と、前記検出用レーザー光の光路に沿って移動可能に設けられた第2レンズ群とを有する、
請求項2に記載のレーザー加工装置。
The second focusing point position adjusting means includes, in order from the workpiece side, a first lens group provided immovably along the optical path of the detection laser beam, and an optical path of the detection laser beam. And a second lens group movably provided,
The laser processing apparatus according to claim 2.
前記第1レンズ群は正の屈折力を有する、
請求項3に記載のレーザー加工装置。
The first lens group has a positive refractive power,
The laser processing apparatus according to claim 3.
前記レーザー加工手段は、前記被加工物の内部に前記加工用レーザー光を前記集光レンズにより集光し、前記被加工物の内部に切断の起点となる改質領域を形成する、
請求項1から4のいずれか1項に記載のレーザー加工装置。
The laser processing means condenses the processing laser beam with the condenser lens inside the workpiece, and forms a modified region which becomes a starting point of cutting inside the workpiece.
The laser processing apparatus of any one of Claim 1 to 4.
被加工物に集光レンズを介して加工用レーザー光を照射して前記被加工物を加工するレーザー加工工程と、
前記被加工物に対して透過性を有する波長の検出用レーザー光を前記被加工物に照射して、前記被加工物のレーザー光照射面とは反対側の反対面で反射した反射光を検出することにより、前記被加工物の厚み方向における前記被加工物の前記反対面の位置に関する位置情報を検出する位置情報検出工程と、
前記位置情報検出手段によって検出された前記位置情報に基づき、前記被加工物の前記反対面の位置を基準として、前記集光レンズによって集光される前記加工用レーザー光の集光点位置を調整する第1集光点位置調整工程と、
を備えたレーザー加工方法。
A laser processing step of processing the workpiece by irradiating the workpiece with a processing laser beam through a condenser lens;
The processing object is irradiated with a detection laser beam of a wavelength having transparency to the processing object, and the reflected light reflected on the opposite surface of the processing object opposite to the laser light irradiation surface is detected Position information detecting step of detecting position information related to the position of the opposite surface of the workpiece in the thickness direction of the workpiece;
Based on the position information detected by the position information detecting means, adjust the focusing point position of the processing laser beam collected by the condensing lens based on the position of the opposite surface of the workpiece Adjusting the first focusing point position;
Laser processing method equipped with
前記位置情報検出工程は、前記集光レンズを介して前記検出用レーザー光を前記被加工物に照射し、
前記加工用レーザー光の集光点位置を固定した状態で、前記検出用レーザー光の集光点位置を調整する第2集光点位置調整工程を備える、
請求項6に記載のレーザー加工方法。
In the positional information detection step, the laser beam for detection is irradiated to the workpiece through the condenser lens,
A second focusing point position adjusting step of adjusting the focusing point position of the detection laser beam in a state where the focusing point position of the processing laser beam is fixed;
The laser processing method according to claim 6.
前記レーザー加工工程は、前記被加工物の内部に前記加工用レーザー光を前記集光レンズにより集光し、前記被加工物の内部に切断の起点となる改質領域を形成する、
請求項6又は7に記載のレーザー加工方法。
In the laser processing step, the processing laser beam is condensed by the condenser lens inside the workpiece, and a modified region which becomes a starting point of cutting is formed inside the workpiece.
The laser processing method of Claim 6 or 7.
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