JP2019045418A - 高さ検出装置、及びレーザー加工装置 - Google Patents

高さ検出装置、及びレーザー加工装置 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明の課題は、被加工物の上面に酸化膜や絶縁膜等の膜が積層された場合でも、適正に上面の高さを検出できる高さ検出装置、及び高さ検出装置を備えたレーザー加工装置を提供する。
【解決手段】本発明によれば、光源６１と、第１の光路に配設された被加工物１０に集光する集光器６５と、第１の光路６ａの光を第２の光路６ｂに分岐するビームスプリッター６４１と、第２の光路６ｂに光を反射しビームスプリッター６４１を経由して第１の光路６ａに光を戻すミラー６７と、被加工物１０の上面で反射した光とミラー６７によって戻された光の干渉光を分岐する光分岐部６２と、第３の光路６ｃに配設され干渉光に基づいて被加工物１０の高さを算出する算出手段７と、から構成され、算出手段７は、選択部６９２によって選択された波長帯の干渉光をイメージセンサー７１で捕えて被加工物１０の高さを算出する、高さ検出装置６。
【選択図】図２

Description

本発明は、保持手段に保持された半導体ウエーハ等の被加工物の高さを計測する高さ検出装置、及び該高さ検出装置を備えたレーザー加工装置に関する。
ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたウエーハは、ダイシング装置、レーザー加工装置等、によって個々のデバイスに分割され携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。
レーザー加工装置は、被加工物に対して吸収性を有する波長のレーザー光線の集光点を被加工物の上面に位置付けて照射し、アブレーション加工を施すタイプ（例えば、特許文献１を参照。）のものと、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を被加工物の内部に位置付けて照射して内部に改質層を形成するタイプ（例えば、特許文献２を参照。）のものと、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を被加工物の所要位置に位置付けて照射して上面から裏面に至る細孔と該細孔を囲繞する変質領域とからなるシールドトンネルを形成するタイプ（例えば、特許文献３を参照。）のものと、が存在する。
また、被加工物の上面にうねりがあると、レーザー光線の集光点を適正な位置に位置付けることができなくなることから、レーザー光線が照射される被加工物の加工領域の高さを予め検出して高さ情報を生成し、その後高さ情報に基づいてレーザー光線の集光点を適正な位置に位置付けて照射し被加工物を加工する技術が本出願人により提案されている（特許文献４を参照。）。
特開平１０−３０５４２０号公報 特許第３４０８８０５号公報 特開２０１４−２２１４８３号公報 特開２０１１−１２２８９４号公報
上記した特許文献４に記載された発明によれば、被加工物の表面にうねりが存在していても、予め高さを検出して記憶しておき、記憶された高さ情報に基づいてレーザー加工時の集光点位置を修正してレーザー光線を照射することができ、レーザー加工時のレーザー光線の集光点位置を、所望の適切な位置に位置付けて照射することができる。
しかし、特定の波長帯の光を被加工物の上面に照射して反射光と基準光との干渉光をイメージセンサーで捕えフーリエ変換等を実施することにより被加工物の上面高さを検出する分光干渉型の高さ検出装置においては、被加工物の上面に酸化膜や絶縁膜等の膜が積層されていると、想定した特定の波長帯の光が十分に反射せず、適正に上面高さを検出できないという問題がある。
本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、被加工物の上面に酸化膜や絶縁膜等の膜が積層された場合であっても、適正に上面の高さを検出できる高さ検出装置、及び高さ検出装置を備えたレーザー加工装置を提供することにある。
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保持手段と、該保持手段に保持された被加工物の上面高さを検出する高さ検出手段と、を少なくとも備えた分光干渉型の高さ検出装置であって、該高さ検出手段は、所定幅の波長帯を有する光を第１の光路に発する光源と、該第１の光路に配設され該保持手段に保持された被加工物に集光する集光器と、該光源と該集光器との間に配設され該第１の光路の光を第２の光路に分岐するビームスプリッターと、該第２の光路に配設され基本となる光路長を生成して該第２の光路に光を反射し該ビームスプリッターを経由して該第１の光路に光を戻すミラーと、該ビームスプリッターと該光源との間に配設され該保持手段に保持された被加工物の上面で反射し該集光器を介して該第１の光路に戻された光と該ミラーによって戻された光の干渉光を該第１の光路から第３の光路に分岐する光分岐部と、該第３の光路に配設され該干渉光に基づいて被加工物の高さを算出する算出手段と、から少なくとも構成され、該算出手段は、該光源が発する波長帯の光を少なくとも２つの波長帯に分岐する波長帯分岐部と、該波長帯分岐部において分岐されたいずれかの光を選択する選択部と、を備え、該選択部によって選択された波長帯の干渉光をイメージセンサーで捕えて被加工物の高さを算出する、高さ検出装置が提供される。
該波長帯分岐部は、該光源が発する所定の波長域の光を少なくとも２つの波長帯に分岐する第１の波長帯の光を透過し、第２の波長帯の光を反射するダイクロイックミラーと、該第１の波長帯の光路に配設されノイズ光を除去する第１のバンドパスフィルターと、該第１のバンドパスフィルターからの光を該第１の波長帯で分散する第１の回析格子と、該第２の波長帯の光路に配設されノイズ光を除去する第２のバンドパスフィルターと、該第２のバンドパスフィルターからの光を該第２の波長帯で分散する第２の回析格子と、から構成され、該選択部は、該第１の波長帯の光路と該第２の波長帯の光路とのいずれかを遮光する遮光板で構成されていることが好ましい。
さらに、該算出手段は、算出された高さ情報を被加工物の座標に基づいて記憶する記憶部を含むことができる。
また、本発明によれば、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物の上面高さを検出する高さ検出手段と、を少なくとも備えた分光干渉型の高さ検出装置であって、該高さ検出手段は、所定幅の波長帯を有する光を第１の光路に発する光源と、該第１の光路に配設され該保持手段に保持された被加工物に集光する集光器と、該光源と該集光器との間に配設され該第１の光路の光を第２の光路に分岐するビームスプリッターと、該第２の光路に配設され基本となる光路長を生成して該第２の光路に光を反射し該ビームスプリッターを経由して該第１の光路に光を戻すミラーと、該ビームスプリッターと該光源との間に配設され該保持手段に保持された被加工物の上面で反射し該集光器を介して該第１の光路に戻された光と該ミラーによって戻された光の干渉光を該第１の光路から第３の光路に分岐する光分岐部と、該第３の光路に配設され該干渉光に基づいて被加工物の高さを算出する算出手段と、から少なくとも構成され、該算出手段は、該光源が発する波長帯の光を少なくとも２つの波長帯に分岐する波長帯分岐部と、該波長帯分岐部において分岐されたいずれかの光を選択する選択部と、を備え、該選択部によって選択された波長帯の干渉光をイメージセンサーで捕えて被加工物の高さを算出し、該算出された高さ情報を被加工物の座標に基づいて記憶する記憶部を含む、高さ検出装置を備えたレーザー加工装置であって、該保持手段に保持された被加工物を加工するレーザー光線を発振する発振器と、該発振器が発振したレーザー光線を該集光器に導く光学系と、該集光器に配設され該記憶部に記憶された高さ情報に基づいて該集光器を該保持手段に保持された被加工物に接近及び離反させる駆動部を備えたレーザー加工装置が提供される。
該レーザー加工装置の該波長帯分岐部は、該光源が発する所定の波長域の光を少なくとも２つの波長帯に分岐する第１の波長帯の光を透過し、第２の波長帯の光を反射するダイクロイックミラーからなり、該第１の波長帯の光路に配設されノイズ光を除去する第１のバンドパスフィルターと、該第１のバンドパスフィルターからの光を該第１の波長帯で分散する第１の回析格子と、該第２の波長帯の光路に配設されノイズ光を除去する第２のバンドパスフィルターと、該第２のバンドパスフィルターからの光を該第２の波長帯で分散する第２の回析格子と、から構成され、該選択部は、該第１の波長帯の光路と該第２の波長帯の光路とのいずれかを遮光する遮光板で構成されていることが好ましい。
本発明の高さ検出装置は、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物の上面高さを検出する高さ検出手段と、を少なくとも備えた分光干渉型の高さ検出装置であって、該高さ検出手段は、所定幅の波長帯を有する光を第１の光路に発する光源と、該第１の光路に配設され該保持手段に保持された被加工物に集光する集光器と、該光源と該集光器との間に配設され該第１の光路の光を第２の光路に分岐するスプリッターと、該第２の光路に配設され基本となる光路長を生成して該第２の光路に光を反射し該スプリッターを経由して該第１の光路に光を戻すミラーと、該スプリッターと該光源との間に配設され該保持手段に保持された被加工物の上面で反射し該集光器を介して該第１の光路に戻された光と該ミラーによって戻された光の干渉光を該第１の光路から第３の光路に分岐する光分岐部と、該第３の光路に配設され該干渉光に基づいて被加工物の高さを算出する算出手段と、から少なくとも構成され、該算出手段は、該光源が発する波長帯の光を少なくとも２つの波長帯に分岐する波長帯分岐部と、分岐されたいずれかの光を選択する選択部とを含む波長帯分岐部を備え、該選択部によって選択された波長帯の干渉光をイメージセンサーで捕えて被加工物の高さを算出するように構成されていることにより、被加工物の上面に酸化膜や絶縁膜等の膜が積層されている場合でも少なくとも２つの波長帯の光のいずれかを選択して適正に上面高さを検出することが可能になる。
また、本発明により算出された高さ情報を被加工物の座標に基づいて記憶する記憶部を含む、上記高さ検出装置を備えたレーザー加工装置であって、該保持手段に保持された被加工物を加工するレーザー光線を発振する発振器と、該発振器が発振したレーザー光線を該集光器に導く光学系と、該集光器に配設され該記憶部に記憶された高さ情報に基づいて該集光器を該保持手段に保持された被加工物に接近及び離反させる駆動部を備えたレーザー加工装置によれば、高さ情報に基づいてレーザー光線の集光点を適正な位置に位置付けながら照射して所望の加工を施すことができる。
本発明に基づいて構成されたレーザー加工装置の全体斜視図である。 図１に示すレーザー加工装置に装備される高さ検出装置およびレーザー光線照射手段のブロック図である。 図２に示す高さ検出装置によって求められる分光干渉波形を示す概念図である。 図１に示すレーザー加工装置によって加工される被加工物としての半導体ウエーハの斜視図である。 図４に示す半導体ウエーハがチャックテーブルの所定位置に保持された状態における半導体ウエーハの各部位と座標位置との関係を示す平面図である。 図１に示すレーザー加工装置に装備された高さ検出装置によって実施される高さ位置検出工程を説明するための側面図である。 図１のレーザー加工装置に装備される制御手段の記憶部に記憶される高さ情報を説明するための概念図である。
以下、本発明の実施形態に係る被加工物の高さ検出装置およびレーザー加工装置について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１には、本実施形態に係る高さを計測する高さ検出装置を装備したレーザー加工装置の全体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、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保持機構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、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高さ検出兼レーザー照射ユニット５とを備えている。
上記保持機構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、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、第１の滑動ブロック３２上にＹ軸方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持された支持テーブル３５と、被加工物を保持する保持手段としてのチャックテーブル３６を備えている。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を備えており、吸着チャック３６１の上面である保持面上に被加工物である例えば円形形状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転させられる。なお、チャックテーブル３６には、半導体ウエーハ等の被加工物を、保護テープを介して支持する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。
上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面にＸ軸方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態における保持機構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を備えている。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第１の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動させられる。
図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、上記チャックテーブル３６の加工送り量を検出するための加工送り量検出手段３７４を備えている。加工送り量検出手段３７４は、案内レール３１に沿って配設されたリニアスケール３７４aと、第１の滑動ブロック３２に配設され第１の滑動ブロック３２とともにリニアスケール３７４aに沿って移動する読み取りヘッド３７４ｂとからなっている。この送り量検出手段３７４の読み取りヘッド３７４ｂは、図示の実施形態においては1μｍ毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出する。なお、上記加工送り手段３７の駆動源としてパルスモータ３７２を用いた場合には、パルスモータ３７２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することもできる。また、上記加工送り手段３７の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することもできる。
上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、Ｙ軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態における保持機構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を備えている。第１の割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿ってＹ軸方向に移動させられる。
図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、上記第２の滑動ブロック３３の割り出し加工送り量を検出するための割り出し送り量検出手段３８４を備えている。割り出し送り量検出手段３８４は、案内レール３２２に沿って配設されたリニアスケール３８４aと、第２の滑動ブロック３３に配設され第２の滑動ブロック３３とともにリニアスケール３８４aに沿って移動する読み取りヘッド３８４ｂとからなっている。この送り量検出手段３８４の読み取りヘッド３８４ｂは、図示に実施形態においては1μｍ毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出する。なお、上記第１の割り出し送り手段３８の駆動源としてパルスモータ３８２を用いた場合には、パルスモータ３８２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出することもできる。また、上記加工送り手段３７の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出することもできる。
上記レーザー光線照射ユニット支持機構４は、静止基台２上にＹ軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上に矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を備えている。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一側面にＺ軸方向に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿ってＹ軸方向に移動させるための第２の割り出し送り手段４３を備えている。第２の割り出し送り手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロッド４３１と、該雄ネジロッド４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロッド４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿ってＹ軸方向に移動させられる。
図示の実施形態のおける高さ検出兼レーザー照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられた円筒形状のユニットハウジング５２を備えており、ユニットホルダ５１が上記可動支持基台４２の装着部４２２に一対の案内レール４２３、４２３に沿って移動可能に配設されている。ユニットホルダ５１に取り付けられたユニットハウジング５２には、上記チャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０の高さ位置を検出する高さ検出手段およびチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段が配設されている。この高さ検出手段、およびレーザー光線照射手段について、図２を参照して説明する。
図示の実施形態に係る高さ検出装置は、被加工物の高さを検出する高さ検出手段６、および被加工物である半導体ウエーハ１０を保持するチャックテーブル３６から構成される。高さ検出手段６は、特定の波長帯の光を半導体ウエーハ１０の上面に照射して戻る光と基準光との干渉光をイメージセンサーで捕えフーリエ変換等を実施することにより半導体ウエーハ１０の上面高さを検出する分光干渉型の高さ検出装置で構成される。高さ検出手段６についてより具体的に説明する。
高さ検出手段６は、広域の所定の波長帯を有する光を第１の光路６ａに発する光源６１と、第１の光路６ａに配設され光源６１からの光を被加工物に集光して照射する集光器としての集光レンズ６５と、光源６１からの光を第１の光路６aに導くとともに第１の光路６aを逆行する光を、追って説明する第３の光路６ｃに導く第１の光分岐部６２と、第１の光分岐部６２をそのまま直進して半導体ウエーハ１０に達する第１の光路６ａから第２の光路６ｂに分岐させるビームスプリッター６４１を備えた第２の光分岐部６４と、第２の光路６ｂに導かれた光を第１の光路に戻すためのミラー６７と、第３の光路６ｃに配設され該干渉光に基づいて半導体ウエーハ１０の上面高さを算出する算出手段７と、を備えている。
光源６１は、広域の所定幅の波長帯を有する光、例えば、波長が６２０〜８７０ｎｍ領域の光を発光するＬＥＤ、ＳＬＤ、ＬＤ、ハロゲン電源、ＡＳＥ電源、スーパーコンティニアム電源を用いることができる。上記第１の光分岐部６２は、偏波保持ファイバーカプラ、偏波保持ファイバーサーキュレーター、シングルモードファイバーカプラ、シングルモードファイバーカプラサーキュレーターなどを用いることができる。上記第２の光分岐部６４は、図示の実施形態においてはビームスプリッター６４１と、方向変換ミラー６４２とによって構成されている。なお、上記光源６１から第１の光分岐部６２までの光路、および第１の光分岐部６２からチャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０までの第１の光路６ａのうち、第１の光分岐部６２からコリメーションレンズ６３手前までの光路は、光ファイバーによって構成されている。
上記第１の光路６ａであって、ビームスプリッター６４１と半導体ウエーハ１０との間には、該光路に導かれた光をチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０に導く集光レンズ６５と、集光レンズ６５と第２の光分岐部６４との間に集光レンズ６６が配設されている。この集光レンズ６６は、第２の光分岐部６４から導かれた平行光を集光し集光レンズ６５内に集光点を位置付ける。このように集光レンズ６５と第２の光分岐部６４との間に集光レンズ６６を配設することにより、チャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０で反射して戻された光が集光レンズ６５と集光レンズ６６と第２の光分岐部６４およびコリメーションレンズ６３を介して逆行する際に第１の光路６aを構成する光ファイバーに収束させることができる。なお、集光レンズ６５はレンズケース６５１に装着されており、このレンズケース６５１はボイスコイルモータやリニアモータ等からなる第１の集光点位置調整手段６５０によって図２において上下方向即ちチャックテーブル３６の保持面に対して垂直な集光点位置調整方向（Ｚ軸方向）に移動させられるようになっている。この第１の集光点位置調整手段６５０は、後述する制御手段８０によって制御される。
上記第２の光路６ｂには、第２の光路６ｂに導かれた平行光を反射して基本となる光路長を形成する第２の光路６ｂに反射光を逆行させるミラー６７が配設されている。このミラー６７は、図示の実施形態においては上記集光レンズ６５のレンズケース６５１に装着されている。
第１の光分岐部６２により第１の光路６aを逆行する光が分岐される第３の光路６ｃには、算出手段７が構成されている。算出手段７は、光源６１が発する波長帯の光を少なくとも２つの波長帯に分岐する波長帯分岐部６９と、波長帯分岐部６９において分岐されたいずれかの光を選択する選択部６９２と、を備え、該選択部６９２によって選択された波長帯の干渉光をイメージセンサー７１で捕えて制御手段８０により半導体ウエーハ１０の高さを算出する。
波長帯分岐部６９は、具体的には、コリメーションレンズ６８により平行光に形成された光ＬＢ０を分岐して、一方の第１の波長帯（６００〜８００ｎｍ）の光ＬＢ１を透過して第１分岐光路６ｄに導くと共に、他方の第２の波長帯（８００〜９００ｎｍ）の光ＬＢ２を反射して第２分岐光路６ｅに導くダイクロイックミラー６９１と、該分岐された光を遮断、通過させることによっていずれかを選択するように機能する選択部６９２（第１の選択部６９２ａ、第２の選択部６９２ｂ）とを備えている。第１の選択部６９２ａ、および第２の選択部６９２ｂには、それぞれ図示しない駆動手段により駆動されて第１分岐光路６ｄ、および第２分岐光路６ｅを遮断、通過させる状態とする遮光板Ｓ１、遮光板Ｓ２が配設されている。遮光板Ｓ１、および遮光板Ｓ２は、制御手段８０からの指示信号に基づいて制御され、波長帯分岐部６９が第１の波長帯の光ＬＢ１を選択して出力する第１の選択状態と、第２の波長帯の光ＬＢ２を選択して出力する第２の選択状態とを切り換えることができる。
図示の実施形態に係る波長帯分岐部６９は、さらに、選択部６９２によって選択された第１の波長帯の光ＬＢ１のノイズ光を除去すべく波長８２０〜８７０ｎｍの光のみを透過する第１のバンドパスフィルター６９３と、第２の波長帯の光ＬＢ２のノイズ光を除去すべく波長６２０〜６７０ｎｍの光のみを透過する第２のバンドパスフィルター６９７と、第１の波長帯の光ＬＢ１のうち第１のバンドパスフィルター６９３を通過した光ＬＢ１’を分散させる第１の回析格子６９４と、第２の波長帯の光ＬＢ２のうち第２のバンドパスフィルター６９７を通過した光ＬＢ２’を分散させる第２の回析格子６９８と、第１の回析格子６９４によって分散させられた光を透過し、第２の回析格子６９８によって分散させられた光を反射して集光レンズ７０、およびイメージセンサー７１に導くダイクロイックミラー６９５と、を備えている。
ダイクロイックミラー６９５を経て出力された光は、上記した集光レンズ７０と、集光レンズ７０を介して回析された光の各波長における光強度を検出するイメージセンサー７１が配設されおり、イメージセンサー７１によって検出された検出信号は、制御手段８０に送られる。即ち、制御手段８０は、イメージセンサー７１からの検出信号に基づいて図３に示すような分光干渉波形を求める。制御手段８０には、表示手段８１が接続されており、該分光干渉波形を含め、各種情報を表示することができる。図３において横軸は干渉光の波長を示し、縦軸は光強度を示している。
制御手段８０は、イメージセンサー７１による検出信号から分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいてフーリエ変換理論や、ウエーブレット変換理論により波形解析を実行し、光源６１から第１の光路６ａにおけるチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０までの光路長と光源６１から第２の光路６ｂにおけるミラー６７までの光路長の光路長差を求め、該光路長差に基づいてチャックテーブル３６の表面からチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０の上面までの距離を求める。なお、具体的な演算方法については、例えば、特許文献４に記載されているように周知の演算方法であるため、詳細については省略する。
図２に戻って説明を続けると、図１に示す高さ検出兼レーザー照射ユニット５のユニットハウジング５２に配設されたレーザー光線照射手段９は、半導体ウエーハ１０にレーザー加工を施すためのパルスレーザー光線発振手段９１と、パルスレーザー光線発振手段９１から発振されたパルスレーザー光線を上記集光レンズ６５に向けて方向変換するダイクロイックミラー９２を備えている。パルスレーザー光線発振手段９１は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器９１１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段９１２とから構成されており、例えば波長が１０６４ｎｍのパルスレーザー光線を発振する。ダイクロイックミラー９２は、上記集光レンズ６６と集光レンズ６５との間に配設され、集光レンズ６６からの光は通過させるが、パルスレーザー光線発振手段９１から発振されたパルスレーザー光線を集光レンズ６５に向けて方向変換する。すなわち、６００〜９００ｎｍの波長の光を透過し、それ以外の波長（１０６４ｎｍ）を反射する。従って、パルスレーザー光線発振手段９１から発振されたパルスレーザー光線ＬＢは、ダイクロイックミラー９２によって９０度方向変換されて集光レンズ６５に入光し、集光レンズ６５によって集光されてチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０に照射される。
図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、ユニットホルダ５１を可動支持基台４２の装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Ｚ軸方向）即ちチャックテーブル３６の保持面に対して垂直な方向に移動させるための第２の集光点位置調整手段５３を備えている。第２の集光点位置調整手段５３は、一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロッド（図示は省略する。）と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、上記高さ検出兼レーザー照射ユニット５を案内レール４２３、４２３に沿ってＺ軸方向に移動させる。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高さ検出兼レーザー照射ユニット５を上方に移動し、パルスモータ５３２を逆転駆動することにより高さ検出兼レーザー照射ユニット５を下方に移動するようになっている。
上記高さ検出兼レーザー照射ユニット５を構成するユニットハウジング５２の前端部には、撮像手段９５が配設されている。この撮像手段９５は、可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、半導体ウエーハ１０に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を後述する上記制御手段８０に送る。
図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、概ね以上のように構成されており、以下にその作用について説明する。
図４にはレーザー加工される半導体ウエーハ１０の斜視図が示されている。図４に示す半導体ウエーハ１０は、シリコンウエーハからなっており、その表面１０ａに格子状に配列された複数のストリート１０１によって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１０２が形成されている。
上述したレーザー加工装置１を用い、上記半導体ウエーハ１０のストリート１０１に沿ってレーザー光線を照射し、半導体ウエーハ１０の内部にストリート１０１に沿って変質層を形成するレーザー加工の実施形態について説明する。なお、半導体ウエーハ１０の内部に変質層を形成する際に、半導体ウエーハ１０の厚さにバラツキがあると、上述したように屈折率の関係で所定の深さに均一に変質層を形成することができない。そこで、レーザー加工を施す前に、上述した高さ検出装置６によってチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０の上面の高さ位置を検出する。
即ち、先ず上述した図１に示すレーザー加工装置１のチャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０の裏面１０ｂを上にして載置し、該チャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０を吸引保持する。半導体ウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７によって撮像手段９５の直下に位置付けられる。
チャックテーブル３６が撮像手段９５の直下に位置付けられると、撮像手段９５および制御手段８０によって半導体ウエーハ１０のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段９５および制御手段８０は、半導体ウエーハ１０の所定方向に形成されているストリート１０１と、該ストリート１０１に沿って半導体ウエーハ１０の高さ検出兼レーザー照射ユニット５を構成する高さ検出装置６の集光レンズ６５との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、検出位置のアライメントを遂行する。また、半導体ウエーハ１０に形成されている所定方向と直交する方向に形成されているストリート１０１に対しても、同様に検出位置のアライメントが遂行される。このとき、半導体ウエーハ１０のストリート１０１が形成されている表面１０ａは下側に位置しているが、撮像手段９５が上述したように赤外線照明手段と赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成された撮像手段を備えているので、裏面１０ｂから透かしてストリート１０１を撮像することができる。
上述したようにアライメントが行われると、チャックテーブル３６上の半導体ウエーハ１０は、図５の（ａ）に示す座標位置に位置付けられた状態となる。なお、図５の（ｂ）はチャックテーブル３６即ち半導体ウエーハ１０を図５の（ａ）に示す状態から９０度回転した状態を示している。
図５の（ａ）および図５の（ｂ）に示す座標位置に位置付けられた状態における半導体ウエーハ１０に形成された各ストリート１０１の送り開始位置座標値（Ａ１,Ａ２,Ａ３…Ａｎ）と送り終了位置座標値（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３・・・Ｂｎ）および送り開始位置座標値（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３・・・Ｃｎ）と送り終了位置座標値（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３・・・Ｄｎ）は、その設計値のデータが制御手段８０のメモリに格納されている。
上述したようにチャックテーブル３６上に保持されている半導体ウエーハ１０に形成されたストリート１０１を検出し、検出位置のアライメントが行われたならば、チャックテーブル３６を移動して図５の（ａ）において最上位のストリート１０１を高さ検出兼レーザー照射ユニット５を構成する高さ検出装置６の集光レンズ６５の直下に位置付ける。そして、更に図６で示すようにストリート１０１の一端（図６において左端）である送り開始位置座標値（Ａ１）（図５の（ａ）参照）を集光レンズ６５の直下に位置付ける。
送り開始位置座標値（Ａ１）を集光レンズ６５の直下に位置付けたならば、高さ検出装置６を作動させて高さ位置検出工程を実施する。図２を参照しながら説明すると、高さ位置検出工程を実施するに際し、選択部６９２を構成する第１の選択部６９２ａ、第２の選択部６９２ｂは、制御手段８０からの指示信号により、第１の選択状態に設定される。具体的には、第１分岐光路６ｄに配設されている一方の第１の選択部６９２ａは、図示しない駆動手段により遮光板Ｓ１が駆動され、第１分岐光路６ｄを遮断しない位置、すなわち、実線で示す位置に駆動される。この状態では、ダイクロイックミラー６９１により分岐された一方の第１の波長帯の光ＬＢ１が第１の選択部６９２ａを通過する。また、第２分岐光路６ｅに配設されている他方の第２の選択部６９２ｂは、図に示すように、遮光板Ｓ２が、制御手段８０からの指示信号により、図示しない駆動手段により駆動され、第２分岐光路６ｅを遮断する位置、すなわち実線で示す位置に駆動される。これにより、ダイクロイックミラー６９１により分岐された他方の第２の波長帯の光ＬＢ２が第２の選択部６９２ｂを通過せずに遮断される。この第１の選択状態では、第１分岐光路６ｄに分岐された第１の波長帯の光ＬＢ１のみが選択部６９２を通過して、バンドバスフィルター６９３においてノイズが除去された光ＬＢ１’
（波長８２０〜８７０ｎｍの光）が第１の回析格子６９４で回析されダイクロイックミラー６９５を透過してイメージセンター７１に到達する。
上記した選択部６９２の状態を第１の選択状態として、高さ検出装置６を作動するとともに、チャックテーブル３６を図６において矢印Ｘ１で示す方向に移動し、送り終了位置座標値（Ｂ１）まで移動する（高さ位置検出工程）。この結果、半導体ウエーハ１０の図５の（ａ）において最上位のストリート１０１に沿って上面の高さ位置を高さ検出装置６によって計測する。
ここで、送り開始位置座標値（Ａ１）から送り終了位置座標値（Ｂ１）まで移動した高さ位置を検出した際に、制御手段８０に接続された表示手段８１によってイメージセンサー７１によって検出された分光干渉波形について確認する。上述したように、分光干渉型の高さ検出装置においては、半導体ウエーハ１０の上面に酸化膜や絶縁膜等の膜が積層されていると、半導体ウエーハ１０の表面で光が十分に反射せず、想定した特定の波長帯の光（本実施形態では、第１の波長帯の光ＬＢ１）に基づいて分光干渉波形が形成され難い。よって、高さを検出するために適した分光干渉波形が形成されずに、半導体ウエーハ１０の高さを検出できないという問題がある。ここで、波長帯分岐部６９が第１の選択状態にある状態、すなわち、波長帯分岐部６９において、第１の波長帯の光ＬＢ１が選択されている状態で適正な分光干渉波形が形成されない場合は、半導体ウエーハ１０の表面の状態が、第１の波長帯の光ＬＢ１の反射に適していないものと判断し、制御手段８０の指示信号により、選択部６９２を第２の選択状態、すなわち、波長帯分岐部６９において、第２の波長帯の光ＬＢ２が選択される状態とする。具体的には、第１分岐光路６ｄに配設されている一方の第１の選択部６９２ａは、図示しない駆動手段により遮光板Ｓ１が駆動され、第１分岐光路６ｄを遮断する位置、すなわち、２点鎖線で示す遮光板Ｓ１’の位置に駆動される。この状態では、ダイクロイックミラー６９１により分岐された第１の波長帯の光ＬＢ１が第１の選択部６９２ａを通過せずに遮断される。また、第２分岐光路６ｅに配設されている他方の第２の選択部６９２ｂは、図に示すように、制御手段８０からの指示信号により、第２分岐光路６ｅを遮断しない位置、すなわち２点鎖線で示す遮光板Ｓ２’の位置に駆動される。これにより、ダイクロイックミラー６９１により分岐された第２の波長帯の光ＬＢ２が第２の選択部６９２ｂにおいて遮断されずに通過する。この第２の選択状態は、第２分岐光路６ｅに分岐した第２の波長帯の光ＬＢ２のみが選択部６９２を通過して、バンドバスフィルター６９７においてノイズ光が除去され、第２の回析格子６９８で回析された光ＬＢ２’（波長６２０〜６７０ｎｍの光）がダイクロイックミラー６９５で反射され集光器７０を介してイメージセンター７１に到達する。ノイズが除去された第２の波長帯の光ＬＢ２’は、酸化膜や絶縁膜等の膜が積層されている場合に良好に反射する光として選定されたものである。よって、このような状態とすることで、図３（ｂ）に示すような良好な分光干渉波形を得ることができる。良好な分光干渉波形が得られたならば、半導体ウエーハ１０上の各座標値における高さ位置を検出する。
上記したように、波長帯分岐部６９を第１の選択状態、第２の選択状態のいずれかを選択することで半導体ウエーハ１０の表面の状態が変化したとしても、適切な分光干渉波形を得ることができ、算出手段７によって、半導体ウエーハ１０の上面の高さを正確に検出することが可能となる。このようにして検出された高さとその座標位置は、上記制御手段８０のメモリに格納される。そして、半導体ウエーハ１０に形成された全てのストリート１０１に沿って高さ位置検出工程を実施し、制御手段８０の記憶部(メモリ）に対し、図７に示すように、各ストリート１０１の各座標位置（Ｘ１〜Ｘｎ，Ｙ１〜Ｙｎ）における上面の高さＺ（１，１）〜Ｚ（ｎ，ｎ）を制御手段８０のメモリに格納する。
以上のようにして半導体ウエーハ１０に形成された全てのストリート１０１に沿って高さ位置検出工程を実施したならば、半導体ウエーハ１０の内部にストリート１０１に沿って変質層を形成するレーザー加工を実施する。
このレーザー加工を実施するためには、先ずチャックテーブル３６を移動して図５の（ａ）において最上位のストリート１０１を、高さ検出兼レーザー照射ユニット５を構成するレーザー光線照射手段９の集光レンズとして機能する集光レンズ６５の直下に位置付ける。そして、ストリート１０１の一端である送り開始位置座標値（Ａ１）を集光レンズ６５の直下に位置付ける。そして、レーザー光線照射手段７を構成する集光レンズ６５から照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ１０の裏面１０ｂ(上面)から所定の深さ位置に合わせる。次に、レーザー光線照射手段９を作動し、集光レンズ６５からパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６を所定の加工送り速度で移動させる（レーザー加工工程）。そして、集光レンズ６５の照射位置がストリート１０１の他端に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともに、チャックテーブル３６の移動を停止する。このレーザー加工工程においては、制御手段８０は図７に示すメモリに格納されている半導体ウエーハ１０のストリート１０１における裏面１０ｂ(上面)の高さ位置に基づいて、第１の集光点位置調整手段６５０を制御し、高さ検出兼レーザー照射ユニット５をＺ軸方向（集光点位置調整方向）に移動し、レーザー光線照射手段９を構成する集光レンズ６５を半導体ウエーハ１０のストリート１０１における裏面１０ｂ(上面)の高さ位置に対応して上下方向に移動させる。この結果、半導体ウエーハ１０の内部には裏面１０ｂ(上面)から所定の深さ位置に裏面１０ｂ(上面)と平行に変質層が形成される。
なお、上記レーザー加工工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
レーザー ：ＹＶＯ４ パルスレーザー
波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
パルス出力 ：２．５μＪ
集光スポット径 ：φ１μｍ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒
以上のようにして、半導体ウエーハ１０の所定方向に延在する全てのストリート１０１に沿って上記レーザー加工工程を実行したならば、チャックテーブル３６を９０度回動させて、上記所定方向に対して直交する方向に延びる各ストリート１０１に沿って上記レーザー加工工程を実行する。このようにして、半導体ウエーハ１０に形成された全てのストリート１０１に沿って上記レーザー加工工程を実行したならば、半導体ウエーハ１０を保持しているチャックテーブル３６は、最初に半導体ウエーハ１０を吸引保持した位置に戻され、ここで半導体ウエーハ１０の吸引保持を解除する。そして、半導体ウエーハ１０は、図示しない搬送手段によって分割工程に搬送される。
以上、本実施形態では、チャックテーブルに保持された被加工物の高さ検出装置をレーザー加工装置に適用した例を示したが、本発明はこれに限定されず、本発明の高さ検出装置を、切削ブレードを装備した切削加工装置等の他の加工装置に適用してもよい。
また、上記した実施形態では、高さ検出装置６に備えられる光源６１に関し、該光源６１から照射される所定幅の波長帯を有する光として、波長帯が６２０〜８７０ｎｍ領域の光を含んで発光するように設定した。これは、本実施形態において被加工物として想定した半導体ウエーハの上面に酸化膜や絶縁膜等の膜が積層されていない状態で良好に反射する光の波長８２０〜８７０ｎｍの光と、半導体ウエーハの上面に酸化膜や絶縁膜等の膜が積層された場合に良好に反射する波長６２０〜６７０ｎｍの光を得られるように設定したものであるが、想定する被加工物の反射特性に応じて自由に設定することができる。
また、上記した実施形態では、波長帯分岐部６９において、光源６１から照射された光を２つの波長帯の光に分岐するようにしたが、被加工物の表面に形成される膜の種類によっては、３つ以上に分岐するように設定し、適宜切り替えて高さ検出を実施するようにしてもよい。その場合は、図２に示す波長帯分岐部６９のダイクロイックミラー６９１によって分岐された第１分岐光路、第２分岐光路のいずれか、または両方に対して、さらに光を分岐させるダイクロイックミラー、遮光板、回析格子、およびダイクロイックミラー等を配置することで、３つ以上の波長帯の光に分岐させることが可能になる。
本実施形態の波長帯分岐部６９には、第１の波長帯の光ＬＢ１と第２の波長帯の光ＬＢ２に対し、第１、第２のバンドパスフィルター６９３、６９７を適用してノイズ光を取り除いたが、本発明はこれを必須の要件とするものではなく、分解能が高いイメージセンサーを用いる場合は、ノイズ光を除去せずに回析格子にて分光し解析を行ってもよい。しかし、ノイズ光を除去することによって分光干渉波形を形成する波長帯を限定すれば、分解能が劣るイメージセンサー７１であっても、分光干渉波形を解析して正確な高さ計測を実施することができる。
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
４２：可動支持基台
４３：第２の割り出し送り手段
５：高さ検出兼レーザー照射ユニット
５３：第１の集光点位置調整手段
６：高さ検出手段
６１：光源
６２：第１の光分岐部
６３：コリメーションレンズ
６４：第２の光分岐部
６５、６６：集光レンズ
６７： ミラー
６８：コリメーションレンズ
６９：波長帯分岐部
６９１、６９５：ダイクロイックミラー
６９２：選択部
６９２ａ：第１の選択部
６９２ｂ：第２の選択部
６９３：第１のバンドパスフィルター
６９４：第１の回析格子
６９７：第２のバンドパスフィルター
６９８：第２の回析格子
７０：集光レンズ
７１：メージセンサー
８０：制御手段
８１：表示手段
９：レーザー光線照射手段
９１：パルスレーザー光線発振手段
９２：ダイクロイックミラー
１０：半導体ウエーハ

Claims (4)

  1. 被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物の上面高さを検出する高さ検出手段と、を少なくとも備えた分光干渉型の高さ検出装置であって、
    該高さ検出手段は、所定幅の波長帯を有する光を第１の光路に発する光源と、
    該第１の光路に配設され該保持手段に保持された被加工物に集光する集光器と、
    該光源と該集光器との間に配設され該第１の光路の光を第２の光路に分岐するビームスプリッターと、
    該第２の光路に配設され基本となる光路長を生成して該第２の光路に光を反射し該ビームスプリッターを経由して該第１の光路に光を戻すミラーと、
    該ビームスプリッターと該光源との間に配設され該保持手段に保持された被加工物の上面で反射し該集光器を介して該第１の光路に戻された光と該ミラーによって戻された光の干渉光を該第１の光路から第３の光路に分岐する光分岐部と、
    該第３の光路に配設され該干渉光に基づいて被加工物の高さを算出する算出手段と、
    から少なくとも構成され、
    該算出手段は、
    該光源が発する波長帯の光を少なくとも２つの波長帯に分岐する波長帯分岐部と、該波長帯分岐部において分岐されたいずれかの光を選択する選択部と、を備え、
    該選択部によって選択された波長帯の干渉光をイメージセンサーで捕えて被加工物の高さを算出する、高さ検出装置。
  2. 該波長帯分岐部は、
    該光源が発する所定の波長域の光を少なくとも２つの波長帯に分岐する第１の波長帯の光を透過し、第２の波長帯の光を反射するダイクロイックミラーと、
    該第１の波長帯の光路に配設されノイズ光を除去する第１のバンドパスフィルターと、該第１のバンドパスフィルターからの光を該第１の波長帯で分散する第１の回析格子と、
    該第２の波長帯の光路に配設されノイズ光を除去する第２のバンドパスフィルターと、該第２のバンドパスフィルターからの光を該第２の波長帯で分散する第２の回析格子と、
    から構成され、
    該選択部は、該第１の波長帯の光路と該第２の波長帯の光路とのいずれかを遮光する遮光板で構成されている、請求項１に記載の高さ検出装置。
  3. 該算出手段は、算出された高さ情報を被加工物の座標に基づいて記憶する記憶部を含む請求項１、又は２に記載の高さ検出装置。
  4. 請求項３に記載された高さ検出装置を備えたレーザー加工装置であって、
    該保持手段に保持された被加工物を加工するレーザー光線を発振する発振器と、該発振器が発振したレーザー光線を該集光器に導く光学系と、該集光器に配設され該記憶部に記憶された高さ情報に基づいて該集光器を該保持手段に保持された被加工物に接近及び離反させる駆動部を備えたレーザー加工装置。
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