JP2020110823A - レーザー加工装置および集光レンズの確認方法 - Google Patents

Abstract

【課題】集光レンズの汚れを容易に確認する。【解決手段】集光レンズ６５を透過した検出光Ｌ２が反射部８０によって反射されて、反射光Ｌ３が得られる。そして、再び集光レンズ６５を透過した反射光Ｌ３を受光部７７が受光し、その受光量に基づいて、判断部７９が、集光レンズ６５が汚れているか否か、すなわち、集光レンズ６５の汚れの程度を判断する。したがって、レーザー加工装置１０では、デブリの付着などによる集光レンズ６５の汚れを、容易に確認することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、レーザー加工装置および集光レンズの確認方法に関する。

レーザー加工装置は、たとえば、ウェーハに対して透過性の波長を有するレーザー光線をウェーハに照射し、ウェーハの内部にレーザー光線の集光点を形成することによって改質層を形成する。

特開２０１７−００６９３０号公報 特開２０１８−１３０７２８号公報

このようなレーザー加工装置では、薄いウェーハの内部に集光点を位置づけて改質層を形成する場合、集光点がウェーハの上面に近くなるため、ウェーハ上面でアブレーションが起こることがある。この場合、ウェーハの溶融によってデブリが発生し、このデブリが飛散して集光レンズに付着することがある。集光レンズにデブリが付着すると、集光レンズを透過するレーザー光線がデブリによって遮られることとなり、レーザー光線が集光レンズを透過する透過率が低下し、集光点で集光したレーザー光線のエネルギー量が不十分となるため、改質層の形成に影響を及ぼす。このため、改質層に沿ってウェーハを分割することが困難となるという問題がある。

本発明の目的は、デブリの付着などによる集光レンズの汚れを容易に確認することにある。

本発明のレーザー加工装置（本レーザー加工装置）は、被加工物を保持するチャックテーブルと、被加工物に対して透過性の波長を有するレーザー光線を発振するレーザー発振器、および、該レーザー発振器から発振されたレーザー光線を該チャックテーブルに保持された被加工物の内部に集光させる集光レンズを有し、該集光レンズによって集光された該レーザー光線の集光点によって、該被加工物の内部に改質層を形成する加工手段と、を備えるレーザー加工装置であって、該集光レンズの汚れを検出する汚れ検出手段を備え、該汚れ検出手段は、該集光レンズの汚れ検出用の検出光を発光する光源と、該検出光を該集光レンズに導くダイクロイックミラーと、該ダイクロイックミラーによって導かれ該集光レンズを透過した該検出光を反射させる、上面に鏡面を有する反射部と、該反射部によって反射され、該検出光における該集光レンズの透過方向とは逆方向に該集光レンズを透過した反射光を受光する受光部と、該受光部によって受光された該反射光の受光量に基づいて、該集光レンズが汚れているか否かを判断する判断手段と、を備える。

また、本レーザー加工装置は、該チャックテーブルに対して該集光レンズを昇降させる昇降手段をさらに備えてもよく、該昇降手段が、該集光レンズを昇降させることによって、該検出光の集光点を該反射部の上面に位置づけ、該受光部が、該反射部の上面で反射された該反射光を受光し、該判断手段が、該受光部の受光量に基づいて、該集光レンズが汚れているか否かを判断してもよい。

また、本レーザー加工装置では、該検出光の波長は、３００ｎｍから１０００ｎｍまでの範囲にあってもよい。

本発明の集光レンズの確認方法（本集光レンズの確認方法）は、被加工物に対して透過性の波長を有するレーザー光線の集光点によって該被加工物の内部に改質層を形成するために該被加工物の内部に該レーザー光線を集光させる集光レンズが汚れているか否かを確認する、集光レンズの確認方法であって、該集光レンズの汚れ検出用の検出光を該集光レンズに導き、該集光レンズを透過した該検出光を反射部の上面で反射させることによって得られる反射光を、該集光レンズに導き、該集光レンズを透過した該反射光を受光部によって受光し、該受光部によって受光された該反射光の受光量に基づいて、該集光レンズが汚れているか否かを確認する。

本レーザー加工装置および本集光レンズの確認方法では、集光レンズを透過した検出光が反射部によって反射されて、反射光が得られる。そして、再び集光レンズを透過した反射光を受光部が受光し、受光部の受光量に基づいて、集光レンズが汚れているか否かを判断（確認）する。したがって、デブリの付着などによって集光レンズが汚れているか否かを、容易に確認することができる。

また、検出光の集光点が、昇降手段によって、反射部の上面に位置づけられることにより、反射部からの反射光の光量を多くすることができるので、受光部による受光量も多くすることが可能となる。その結果、集光レンズが汚れているか否かの判断の精度を高められる。

本実施形態にかかるレーザー加工装置の構成を示す斜視図である。 加工手段によるウェーハの加工の様子を示す説明図である。 汚れ検出手段による集光レンズの汚れの確認の様子を示す説明図である。 受光部の受光量と加工手段による加工距離との関係を示すグラフである。

図１に示すように、本実施形態にかかるレーザー加工装置１０は、直方体状の基台１１、および、基台１１の一端に立設された立壁部１３を備えている。

基台１１の上面には、チャックテーブル４３を移動させるチャックテーブル移動機構１４が設けられている。チャックテーブル移動機構１４は、チャックテーブル４３を、Ｘ軸方向に加工送りするとともに、Ｙ軸方向に割り出し送りする。チャックテーブル移動機構１４は、チャックテーブル４３を備えたチャックテーブル部４０、チャックテーブル４３を割り出し送り方向に移動する割り出し送り部２０、および、チャックテーブル４３を加工送り方向に移動する加工送り部３０を備えている。

割り出し送り部２０は、Ｙ軸方向に延びる一対のガイドレール２３、ガイドレール２３に載置されたＹ軸テーブル２４、ガイドレール２３と平行に延びるボールネジ２５、および、ボールネジ２５を回転させる駆動モータ２６を含んでいる。

一対のガイドレール２３は、Ｙ軸方向に平行に、基台１１の上面に配置されている。Ｙ軸テーブル２４は、一対のガイドレール２３上に、これらのガイドレール２３に沿ってスライド可能に設置されている。Ｙ軸テーブル２４上には、加工送り部３０およびチャックテーブル部４０が載置されている。

ボールネジ２５は、Ｙ軸テーブル２４の下面側に設けられたナット部（図示せず）に螺合されている。駆動モータ２６は、ボールネジ２５の一端部に連結されており、ボールネジ２５を回転駆動する。ボールネジ２５が回転駆動されることで、Ｙ軸テーブル２４、加工送り部３０およびチャックテーブル部４０が、ガイドレール２３に沿って、割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動する。

加工送り部３０は、Ｘ軸方向に延びる一対のガイドレール３１、ガイドレール３１上に載置されたＸ軸テーブル３２、ガイドレール３１と平行に延びるボールネジ３３、および、ボールネジ３３を回転させる駆動モータ３５を備えている。一対のガイドレール３１は、Ｘ軸方向に平行に、Ｙ軸テーブル２４の上面に配置されている。Ｘ軸テーブル３２は、一対のガイドレール３１上に、これらのガイドレール３１に沿ってスライド可能に設置されている。Ｘ軸テーブル３２上には、チャックテーブル部４０および反射部８０が載置されている。

ボールネジ３３は、Ｘ軸テーブル３２の下面側に設けられたナット部（図示せず）に螺合されている。駆動モータ３５は、ボールネジ３３の一端部に連結されており、ボールネジ３３を回転駆動する。ボールネジ３３が回転駆動されることで、Ｘ軸テーブル３２およびチャックテーブル部４０が、ガイドレール３１に沿って、加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動する。

チャックテーブル部４０は、ウェーハ１を保持するために用いられる。図１に示すように、ウェーハ１は、リングフレームＦ、粘着テープＳおよびウェーハ１を含むワークセットＷとして、チャックテーブル部４０に保持される。

チャックテーブル部４０は、ウェーハ１を保持するチャックテーブル４３、チャックテーブル４３の周囲に設けられたクランプ部４５、および、チャックテーブル４３を支持するθテーブル４７を有している。

θテーブル４７は、Ｘ軸テーブル３２の上面に、ＸＹ平面内で回転可能に設けられている。チャックテーブル４３は、ウェーハ１を吸着保持するための部材である。チャックテーブル４３は、円板状に形成されており、θテーブル４７上に設けられている。

チャックテーブル４３の上面には、ポーラスセラミックス材を含む保持面が形成されている。この保持面は、吸引源（図示せず）に連通されている。チャックテーブル４３の周囲には、支持アームを含む４つのクランプ部４５が設けられている。４つのクランプ部４５は、エアアクチュエータ（図示せず）により駆動されることで、チャックテーブル４３に保持されているウェーハ１の周囲のリングフレームＦを、四方から挟持固定する。

レーザー加工装置１０の立壁部１３は、チャックテーブル移動機構１４の後方に立設されている。立壁部１３の前面には、レーザーユニット１２をＺ軸方向に移動するための昇降手段５０が設けられている。

昇降手段５０は、Ｚ軸方向に延びる一対のガイドレール５１、ガイドレール５１上に載置されたＺ軸テーブル５２、ガイドレール５１と平行に延びるボールネジ５３、および、ボールネジ５３を回転させる駆動モータ５５を備えている。一対のガイドレール５１は、Ｚ軸方向に平行に、立壁部１３の前面に配置されている。Ｚ軸テーブル５２は、一対のガイドレール５１上に、これらのガイドレール５１に沿ってスライド可能に設置されている。Ｚ軸テーブル５２には、レーザーユニット１２が取り付けられている。

レーザーユニット１２は、ウェーハ１をレーザー加工するための装置である。レーザーユニット１２は、ウェーハ１をレーザー光線によって加工する加工手段１８、加工手段１８の集光レンズの汚れを検出する汚れ検出手段１９、および、加工手段１８および汚れ検出手段１９を支持するアーム部１７を有している。

アーム部１７は、Ｚ軸テーブル５２から、チャックテーブル移動機構１４の方向に突出している。加工手段１８および汚れ検出手段１９は、チャックテーブル部４０のチャックテーブル４３に対向するように、アーム部１７の先端に支持されている。

加工手段１８および汚れ検出手段１９内には、レーザーユニット１２の光学系が設けられている。
図２に示すように、加工手段１８は、固体レーザー光源であるレーザー発振器６１、および、レーザー発振器６１の下方に設けられたダイクロイックミラー６３および集光レンズ６５を備えている。

レーザー発振器６１は、ウェーハ１に対して透過性の波長を有する、パルスのレーザー光線Ｌ１を発振する。レーザー光線Ｌ１の波長は、たとえば、１０６４ｎｍ，１０９９ｎｍあるいは１３４２ｎｍであってもよい。

ダイクロイックミラー６３は、レーザー発振器６１から出力されるレーザー光線Ｌ１を透過する。ダイクロイックミラー６３を透過したレーザー光線Ｌ１は、集光レンズ６５に向かう。集光レンズ６５は、レーザー光線Ｌ１を、チャックテーブル４３に保持されたウェーハ１の内部に集光させる。

すなわち、加工手段１８は、レーザー発振器６１から出力されてダイクロイックミラー６３を透過したレーザー光線Ｌ１を集光レンズ６５によって集光し、チャックテーブル４３上に保持されたウェーハ１に照射する。これにより、ウェーハ１がレーザー加工される。

このレーザー光線Ｌ１を集光させることによって得られる集光点Ｐの高さ位置は、昇降手段５０によって、レーザーユニット１２（加工手段１８）のＺ軸方向における位置、すなわち、チャックテーブル４３に対する集光レンズ６５の高さ位置を変更することによって、任意の位置に配置されることが可能である。

加工手段１８からのレーザー光線Ｌ１の照射により、ウェーハ１の内部に、レーザー光線Ｌ１の集光点Ｐが位置づけられる。この集光点Ｐが、ウェーハ１の内部で相対的に移動することによって、ウェーハ１内に、分割起点となる改質層が形成される。

すなわち、ウェーハ１の材料は、レーザー光線Ｌ１の照射によって改質される。ウェーハ１におけるレーザー光線Ｌ１の照射部分（集光点Ｐの通過部分）は、改質されて、密度、屈折率、および機械的強度等の物理的特性が他の部分と異なる改質層となり、他の部分よりも弱い強度を有する。改質層は、たとえば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域、および、これらが混在する領域を含む。改質層は、このような領域を含むため、他の部分に比べて割れやすい。この改質層をウェーハ１の分割予定ラインに沿って形成し、ウェーハ１を分割予定ラインに沿って分割することによって、複数のチップを得ることができる。

なお、加工手段１８によるレーザー加工は、たとえば、以下の加工条件にて行われる。
（加工条件１）
レーザー光線の波長 １０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ５０ｋＨｚ
平均出力 １Ｗ
スポット径 １φμｍ
加工送り速度 １００〜８００ｍｍ／ｓｅｃ
（加工条件２）
レーザー光線の波長 １３４２ｎｍ
繰り返し周波数 ９０ｋＨｚ
平均出力 １Ｗ
スポット径 １φμｍ
加工送り速度 １００〜８００ｍｍ／ｓｅｃ

このように、集光レンズ６５は、ウェーハ１に対して透過性の波長を有するレーザー光線Ｌ１の集光点Ｐによってウェーハ１の内部に改質層を形成するために、ウェーハ１の内部にレーザー光線を集光させるものである。そして、図２および図３に示した汚れ検出手段１９は、この集光レンズ６５の汚れを検出する。すなわち、汚れ検出手段１９は、集光レンズ６５が汚れているか否かを判断（確認）するために用いられる。

図３に示すように、汚れ検出手段１９は、集光レンズ６５の汚れ検出用の検出光を発光する検出用光源７１と、その下方に設けられた半透過ミラー７３およびレーザービームダンパー７５とを備えている。さらに、汚れ検出手段１９は、反射部８０からの反射光を受光する受光部７７、および、集光レンズ６５が汚れているか否か（集光レンズ６５の汚れの程度）を判断する判断部７９を備えている。また、加工手段１８のダイクロイックミラー６３も、汚れ検出手段１９の一部として機能する。

以下に、汚れ検出手段１９による集光レンズ６５の汚れの確認動作（集光レンズ６５の確認方法）について説明する。集光レンズ６５の汚れを確認する際には、図３に示すように、集光レンズ６５の下方に、Ｘ軸テーブル３２に配置された反射部８０が位置するように、Ｘ軸テーブル３２が配置される。
そして、汚れ検出手段１９の検出用光源７１は、汚れ検出用のレーザー光線である検出光Ｌ２を発光（発振）する。検出光Ｌ２の波長は、たとえば、３００〜１０００ｎｍの範囲にある。

半透過ミラー７３は、検出光Ｌ２の一部を反射する一方、検出光Ｌ２の残部を透過する。半透過ミラー７３の反射率は、たとえば８０％である。レーザービームダンパー７５は、半透過ミラー７３を透過した検出光Ｌ２を吸収する。

半透過ミラー７３によって反射された検出光Ｌ２は、加工手段１８のダイクロイックミラー６３に向かう。ここで、ダイクロイックミラー６３は、検出用光源７１から発光された検出光Ｌ２を反射するように構成されている。したがって、ダイクロイックミラー６３は、検出光Ｌ２を反射して、集光レンズ６５に導く。検出光Ｌ２は、集光レンズ６５によって集光されて、反射部８０に照射される。

反射部８０は、ダイクロイックミラー６３によって集光レンズ６５に導かれ、集光レンズ６５を透過した検出光Ｌ２を反射するものであり、上面に鏡面を有する。すなわち、反射部８０は、図３に示すように、Ｘ軸テーブル３２上に載置されている反射テーブル８１、および、反射テーブル８１上に備えられているシリコンミラー８３を有している。
そして、集光レンズ６５の汚れを確認する際には、集光レンズ６５によって集光された検出光Ｌ２の集光点Ｐは、昇降手段５０によって、シリコンミラー８３の上面に位置づけられる。シリコンミラー８３は、反射部８０における鏡面を有する反射板の一例に相当する。

集光レンズ６５を透過した検出光Ｌ２は、シリコンミラー８３によって反射されて、反射光Ｌ３となり、集光レンズ６５に導かれる。反射光Ｌ３は、検出光Ｌ２における集光レンズ６５の透過方向とは逆方向に集光レンズ６５を透過して、ダイクロイックミラー６３に向かう。反射光Ｌ３は、ダイクロイックミラー６３によって反射されて、汚れ検出手段１９の半透過ミラー７３に向かう。受光部７７は、半透過ミラー７３を透過した反射光Ｌ３を受光する。受光部７７は、たとえば、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）である。

判断部７９は、受光部７７によって受光された反射光Ｌ３の受光量に基づいて、集光レンズ６５が汚れているか否か（集光レンズ６５における汚れの有無）を判断する。たとえば、判断部７９は、反射光Ｌ３の受光量が、予め設定されている閾値以下である場合に、集光レンズ６５が汚れていると判断する。判断部７９は、判断手段の一例に相当する。

図４に、受光部７７の受光量と、加工手段１８による加工距離との関係を示すグラフを示す。加工距離とは、加工手段１８からウェーハ１に照射されるレーザー光線Ｌ１の集光点Ｐの、ウェーハ１内での相対的な移動距離である。一般に、この加工距離が長いほど、集光レンズ６５の汚れが多くなる。つまり、多くの加工をしたことになる。

このグラフに示す例では、上述した閾値が、集光レンズ６５が実質的に汚れていない新品である場合における受光部７７の受光量、すなわち、初期の受光量に基づいて設定される。具体的には、閾値は、たとえば、初期の受光量（１００％）の約７２％に設定されていてもよい。あるいは、この閾値は、初期の受光量の９０％に設定されてもよい。
初期の受光量または閾値を記憶部に記憶させておき、判断部７９が、集光レンズ６５が汚れているか否かの判断基準として利用する。

判断部７９は、集光レンズ６５が汚れていると判断した場合、図示しない通知装置を用いて、その旨をオペレータに通知し、オペレータに処置を促す。オペレータは、たとえば、レーザー加工装置１０による加工を停止し、集光レンズ６５の清掃あるいは交換を実施する。

以上のように、レーザー加工装置１０では、集光レンズ６５を透過した検出光Ｌ２が反射部８０によって反射されて、反射光Ｌ３が得られる。そして、再び集光レンズ６５を透過した反射光Ｌ３を受光部７７が受光し、その受光量に基づいて、判断部７９が、集光レンズ６５が汚れているか否かを判断（確認）する。したがって、レーザー加工装置１０では、デブリの付着などによって集光レンズ６５が汚れているか否かを、容易に確認することができる。

また、本実施形態では、集光レンズ６５の汚れを検出する際、集光レンズ６５によって集光された検出光Ｌ２の集光点Ｐが、昇降手段５０によって、反射部８０のシリコンミラー８３の上面に位置づけられる。これにより、反射部８０からの反射光Ｌ３の光量を多くすることができるので、受光部７７による受光量も多くすることが可能となる。その結果、判断部７９による判断の精度を高められる。

なお、レーザー光線Ｌ１の波長と検出光Ｌ２の波長との差は、大きい方が好ましい。また、ダイクロイックミラー６３は、レーザー光線Ｌ１の波長と検出光Ｌ２の波長とに差が小さい場合でも、レーザー光線Ｌ１を透過する一方、検出光Ｌ２を反射するものであることが好ましい。また、検出用光源７１による検出光Ｌ２の出力値は、レーザー発振器６１によるレーザー光線Ｌ１の出力値よりも小さく設定されていてもよい。

また、本実施形態では、昇降手段５０によって、加工手段１８から照射されるレーザー光線Ｌ１および検出光Ｌ２の集光点Ｐの高さ位置を変更している。これに代えて、加工手段１８内の光学系によって、集光点Ｐの高さ位置を変更してもよい。このために、たとえば、加工手段１８内に、集光レンズ６５の位置を上下動させるための昇降機構を備えていてもよい。

また、本実施形態では、半透過ミラー７３の反射率は８０％に設定されている。これに限らず、半透過ミラー７３の反射率は、０％および１００％に近い値でなければ、任意の値に設定されてよい。

また、本実施形態では、反射部８０がシリコンミラー８３を有している。これに代えて、反射部８０では、反射テーブル８１の上面が鏡面となっていてもよい。

１：ウェーハ、Ｆ：リングフレーム、Ｓ：粘着テープ、Ｗ：ワークセット、
１０：レーザー加工装置、５０：昇降手段、
１２：レーザーユニット、１８：加工手段、１９：検出手段、
６１：レーザー発振器、６３：ダイクロイックミラー、６５：集光レンズ、
７１：検出用光源、７３：半透過ミラー、７５：レーザービームダンパー、
７７：受光部、７９：判断部、
８０：反射部、８１：反射テーブル、８３：シリコンミラー、
Ｌ１：レーザー光線、Ｌ２：検出光、Ｌ３：反射光、Ｐ：集光点

Claims (4)

1. 被加工物を保持するチャックテーブルと、
   被加工物に対して透過性の波長を有するレーザー光線を発振するレーザー発振器、および、該レーザー発振器から発振されたレーザー光線を該チャックテーブルに保持された被加工物の内部に集光させる集光レンズを有し、該集光レンズによって集光された該レーザー光線の集光点によって、該被加工物の内部に改質層を形成する加工手段と、を備えるレーザー加工装置であって、
   該集光レンズの汚れを検出する汚れ検出手段を備え、
   該汚れ検出手段は、
   該集光レンズの汚れ検出用の検出光を発光する光源と、
   該検出光を該集光レンズに導くダイクロイックミラーと、
   該ダイクロイックミラーによって導かれ該集光レンズを透過した該検出光を反射させる、上面に鏡面を有する反射部と、
   該反射部によって反射され、該検出光における該集光レンズの透過方向とは逆方向に該集光レンズを透過した反射光を受光する受光部と、
   該受光部によって受光された該反射光の受光量に基づいて、該集光レンズが汚れているか否かを判断する判断手段と、
   を備えるレーザー加工装置。
2. 該チャックテーブルに対して該集光レンズを昇降させる昇降手段をさらに備え、
   該昇降手段が、該集光レンズを昇降させることによって、該検出光の集光点を該反射部の上面に位置づけ、
   該受光部が、該反射部の上面で反射された該反射光を受光し、
   該判断手段が、該受光部の受光量に基づいて、該集光レンズが汚れているか否かを判断する、
   請求項１記載のレーザー加工装置。
3. 該検出光の波長は、３００ｎｍから１０００ｎｍまでの範囲にある、
   請求項１記載のレーザー加工装置。
4. 被加工物に対して透過性の波長を有するレーザー光線の集光点によって該被加工物の内部に改質層を形成するために該被加工物の内部に該レーザー光線を集光させる集光レンズが汚れているか否かを確認する、集光レンズの確認方法であって、
   該集光レンズの汚れ検出用の検出光を該集光レンズに導き、
   該集光レンズを透過した該検出光を反射部の上面で反射させることによって得られる反射光を、該集光レンズに導き、
   該集光レンズを透過した該反射光を受光部によって受光し、
   該受光部によって受光された該反射光の受光量に基づいて、該集光レンズが汚れているか否かを確認する、
   集光レンズの確認方法。

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