JP2021148545A

JP2021148545A - 検査装置および検査方法

Info

Publication number: JP2021148545A
Application number: JP2020047561A
Authority: JP
Inventors: 洋司森數; Yoji Morikazu
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2020-03-18
Filing date: 2020-03-18
Publication date: 2021-09-27
Also published as: US11933667B2; US20210291295A1; CN113494993A; DE102021202379A1; KR20210117149A; TW202135963A

Abstract

【課題】レーザー光線のガウシアン分布の等光線を高精度に検出することができる検査装置を提供する。【解決手段】検査装置２は、発振器４が発振した直後のレーザー光線ＬＢを減光させる減光板６と、減光板６によって減光されたレーザー光線ＬＢを複数の画素で撮像する撮像手段８と、撮像手段８によって撮像された画像を処理する処理手段１０と、処理手段１０によって処理された画像を表示する表示手段１２とを備える。処理手段１０は、レーザー光線ＬＢの強さを仕切る少なくとも内輪１４と外輪１８の２つの閾値を備える。表示手段１２は内輪１４と外輪１８を表示する。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー光線を発振する発振器の精度を検査する検査装置および検査方法に関する。

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、レーザー加工装置によって個々のデバイスチップに分割され、分割された各デバイスチップは携帯電話、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、ウエーハを保持する保持手段と、保持手段に保持されたウエーハにレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、保持手段とレーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする送り手段とから概ね構成されている。

レーザー光線照射手段は、被加工物に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を被加工物に照射してアブレーションによって被加工物の上面に溝加工を施すタイプ（たとえば特許文献１参照）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づけてレーザー光線を被加工物に照射して被加工物の内部に改質層を形成するタイプ（たとえば特許文献２参照）とが存在する。

このようなレーザー加工装置において、レーザー光線のガウシアン分布の等光線（同じ強さの複数の点を結んだ線）を確認するにはＭ２測定器が使用されている。

特開平１０−３０５４２０号公報特許第３４０８８０５号公報

しかし、Ｍ２測定は、集光器によって集光されたスポット形状を観察するものであり、レーザー光線のガウシアン分布の等光線を充分な解像度で検出することができず、実際に被加工物にレーザー光線を照射して微妙なスポット形状の歪み（等光線の歪み）を加工結果によって知るところが多く、Ｍ２測定は参考程度の精度で信頼性に欠けるという問題がある。

上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、レーザー光線のガウシアン分布の等光線を高精度に検出することができる検査装置および検査方法を提供することである。

本発明の第一の局面は上記課題を解決するために以下の検査装置を提供する。すなわち、レーザー光線を発振する発振器の精度を検査する検査装置であって、該発振器が発振した直後のレーザー光線を減光させる減光板と、該減光板によって減光されたレーザー光線を複数の画素で撮像する撮像手段と、該撮像手段によって撮像された画像を処理する処理手段と、該処理手段によって処理された画像を表示する表示手段と、を備え、該処理手段は、レーザー光線の強さを仕切る少なくとも内輪と外輪の２つの閾値を備え該表示手段は該内輪と該外輪を表示する検査装置を本発明の第一の局面は提供する。

好ましくは、該処理手段は、該内輪の閾値と該外輪の閾値との間に少なくとも中輪の閾値を備える。該処理手段は該内輪の中心と該外輪の中心もしくは該中輪の中心とのズレ量を算出し該表示手段は該ズレ量を表示するのが望ましい。

本発明の第二の局面は上記課題を解決するために以下の検査方法を提供する。すなわち、レーザー光線を発振する発振器と、レーザー光線を集光する集光器と、該発振器と該集光器との間に配設されレーザー光線を導く光学系と、該集光器が集光したレーザー光線によって加工が施される被加工物を保持する保持手段と、を含むレーザー加工装置における検査方法であって、上記のとおりの該検査装置の該撮像手段を該レーザー加工装置の該発振器と該光学系との間に位置づける撮像手段位置づけ工程と、該レーザー加工装置の該発振器が発振した直後のレーザー光線を該撮像手段で撮像する撮像工程と、該撮像手段によって撮像された画像を該処理手段で処理する処理工程と、該処理手段で処理した画像を該表示手段に表示させると共に、該表示手段に表示させた画像によって該レーザー加工装置の該発振器の精度を検査する検査工程と、を含む検査方法を本発明の第二の局面は提供する。

本発明の第一の局面の検査装置は、発振器が発振した直後のレーザー光線を減光させる減光板と、該減光板によって減光されたレーザー光線を複数の画素で撮像する撮像手段と、該撮像手段によって撮像された画像を処理する処理手段と、該処理手段によって処理された画像を表示する表示手段と、を備え、該処理手段は、レーザー光線の強さを仕切る少なくとも内輪と外輪の２つの閾値を備え該表示手段は該内輪と該外輪を表示するので、レーザー光線のガウシアン分布の等光線を高精度に検出することができる。

本発明の第二の局面の検査方法は、レーザー光線を発振する発振器と、レーザー光線を集光する集光器と、該発振器と該集光器との間に配設されレーザー光線を導く光学系と、該集光器が集光したレーザー光線によって加工が施される被加工物を保持する保持手段と、を含むレーザー加工装置における検査方法であって、上記のとおりの該検査装置の該撮像手段を該レーザー加工装置の該発振器と該光学系との間に位置づける撮像手段位置づけ工程と、該レーザー加工装置の該発振器が発振した直後のレーザー光線を該撮像手段で撮像する撮像工程と、該撮像手段によって撮像された画像を該処理手段で処理する処理工程と、該処理手段で処理した画像を該表示手段に表示させると共に、該表示手段に表示させた画像によって該レーザー加工装置の該発振器の精度を検査する検査工程と、を含むので、レーザー光線のガウシアン分布の等光線を高精度に検出することができる。

本発明に従って構成された検査装置のブロック図。（ａ）内輪、中輪および外輪のそれぞれの中心が整合しているレーザー光線の断面画像の模式図、（ｂ）内輪、中輪および外輪のそれぞれの中心がズレているレーザー光線の断面画像の模式図。本発明の検査方法によって検査され得るレーザー加工装置の斜視図。図３に示すレーザー加工装置のブロック図。

以下、本発明の検査装置および検査方法の好適実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１を参照して説明すると、検査装置２は、発振器４が発振した直後のレーザー光線ＬＢを減光させる減光板６と、減光板６によって減光されたレーザー光線ＬＢを複数の画素で撮像する撮像手段８と、撮像手段８によって撮像された画像を処理する処理手段１０と、処理手段１０によって処理された画像を表示する表示手段１２とを備える。

減光板６としては、ＮＤフィルター等の適宜の減光手段が用いられ得る。減光板６は、たとえば、繰り返し周波数が数十ＭＨｚ程度で、かつ出力が数ｍＷ程度のレーザー光線ＬＢ（いわゆる種光）を発振する発振器４の直後に配置されている。すなわち、発振器４が発振したレーザー光線ＬＢは、繰り返し周波数変換手段（図示していない。）によって周波数が変換される前に、かつ出力増幅手段（図示していない。）によって出力が増幅される前に、減光板６によって減光され撮像手段８によって撮像される。

撮像手段８は、たとえばＣＣＤカメラでよく、減光板６によって減光されたレーザー光線ＬＢの断面（光軸に直交する断面）を複数の画素で撮像する。

処理手段１０は、コンピュータから構成され得る。処理手段１０は、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）とを含む。処理手段１０は撮像手段８に電気的に接続されており、撮像手段８によって撮像されたレーザー光線ＬＢの光軸に直交する断面画像が処理手段１０に送られる。

処理手段１０は、レーザー光線ＬＢの強さを仕切る少なくとも内輪と外輪の２つの閾値を備える。図示の実施形態の処理手段１０は、内輪の閾値と外輪の閾値との間に更に中輪の閾値を備えている。内輪の閾値は中輪の閾値および外輪の閾値よりも大きく、中輪の閾値は外輪の閾値よりも大きい（内輪の閾値＞中輪の閾値＞外輪の閾値）。なお、処理手段１０は３つ以上の閾値を備えていてもよい。

処理手段１０は、内輪、外輪および中輪の３つの閾値に基づいてレーザー光線ＬＢの断面画像を４値化処理し、レーザー光線ＬＢの強さに応じてレーザー光線ＬＢの断面画像を区画する。図２を参照することによって理解されるとおり、処理手段１０は、レーザー光線ＬＢの強さが内輪の閾値よりも大きい円形状の第一の領域Ｒ１（黒色の領域）と、レーザー光線ＬＢの強さが内輪の閾値よりも小さく且つ中輪の閾値よりも大きい環状の第二の領域Ｒ２（薄い灰色の領域）と、レーザー光線ＬＢの強さが中輪の閾値よりも小さく且つ外輪の閾値よりも大きい環状の第三の領域Ｒ３（濃い灰色の領域）と、レーザー光線ＬＢの強さが外輪の閾値よりも小さい第四の領域Ｒ４（白色の領域）とにレーザー光線ＬＢの断面画像を区画する。

処理手段１０は、４値化処理したレーザー光線ＬＢの断面画像に基づいて、第一の領域Ｒ１の面積を算出し、算出した第一の領域Ｒ１の面積と同一の面積を有する円の直径を算出すると共に、第一の領域Ｒ１の重心を算出する。図２に示すとおり、処理手段１０は、算出した第一の領域Ｒ１の重心を中心Ｃ１として、算出した円（第一の領域Ｒ１に相当する円）の直径に基づき、４値化処理したレーザー光線ＬＢの断面画像に内輪１４を描く処理を施す。

また、処理手段１０は、４値化処理したレーザー光線ＬＢの断面画像に基づいて、第一・第二の領域Ｒ１、Ｒ２の合計面積を算出し、算出した第一・第二の領域Ｒ１、Ｒ２の合計面積と同一の面積を有する円の直径を算出すると共に、第二の領域Ｒ２の重心を算出する。図２に示すとおり、処理手段１０は、算出した第二の領域Ｒ２の重心を中心Ｃ２として、算出した円（第一・第二の領域Ｒ１、Ｒ２に相当する円）の直径に基づき、４値化処理したレーザー光線ＬＢの断面画像に中輪１６を描く処理を施す。

さらに、処理手段１０は、４値化処理したレーザー光線ＬＢの断面画像に基づいて、第一・第二・第三の領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の合計面積を算出し、算出した第一・第二・第三の領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の合計面積と同一の面積を有する円の直径を算出すると共に、第三の領域Ｒ３の重心を算出する。図２に示すとおり、処理手段１０は、算出した第三の領域Ｒ３の重心を中心Ｃ３として、算出した円（第一・第二・第三の領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に相当する円）の直径に基づき、４値化処理したレーザー光線ＬＢの断面画像に外輪１８を描く処理を施す。このようにして処理手段１０は、レーザー光線ＬＢの等光線として内輪１４、中輪１６および外輪１８の３つの輪をレーザー光線ＬＢの断面画像に描く処理を施す。

図示の実施形態の処理手段１０は、内輪１４の中心Ｃ１（第一の領域Ｒ１の重心）と、外輪１８の中心Ｃ３（第三の領域Ｒ３の重心）もしくは中輪１６の中心Ｃ２（第二の領域Ｒ２の重心）とのズレ量を算出する。処理手段１０は、内輪１４の中心Ｃ１と、中輪１６の中心Ｃ２もしくは外輪１８の中心Ｃ３とのズレ量が所定値以下（たとえば外輪１８の直径の５％以下）である場合には発振器４の使用が許容され、ズレ量が所定値を超える場合には発振器４の使用が許容されないことを判定するようになっていてもよい。なお、図２（ａ）には、内輪１４、中輪１６および外輪１８のそれぞれの中心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が整合しているレーザー光線ＬＢの断面画像の模式図が示されており、図２（ｂ）には、内輪１４、中輪１６および外輪１８のそれぞれの中心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３がズレており、かつ内輪１４の中心Ｃ１と外輪１８の中心Ｃ３とのズレ量が上記所定値を超えている場合のレーザー光線ＬＢの断面画像の模式図が示されている。

表示手段１２は、液晶画面等を有する表示装置から構成され得る。図１に示すとおり、表示手段１２は、処理手段１０に電気的に接続されており、処理手段１０によって処理されたレーザー光線ＬＢの断面画像が表示手段１２に送られる。

表示手段１２は、処理手段１０によって処理されたレーザー光線ＬＢの断面画像と共に少なくとも内輪１４と外輪１８とを表示する。図示の実施形態の表示手段１２は、図２に示すとおり、さらに中輪１６を表示すると共に、内輪１４、中輪１６および外輪１８のそれぞれの中心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を表示するようになっている。

表示手段１２は、処理手段１０が求めたズレ量や、発振器４の使用が許容されるか否かに関する処理手段１０の判定結果等を表示するようになっていてもよい。表示手段１２が表示するズレ量は、内輪１４の中心Ｃ１と外輪１８の中心Ｃ３とのズレ量でもよく、内輪１４の中心Ｃ１と中輪１６の中心Ｃ２とのズレ量でもよい。

次に、上述したとおりの検査装置２を用いる検査方法について説明する。

図３には、検査装置２を用いた検査方法が実施され得るレーザー加工装置２０が示されており、図４には、レーザー加工装置２０のブロック図が示されている。レーザー加工装置２０は、レーザー光線ＬＢを発振する発振器２２（図４参照）と、レーザー光線ＬＢを集光する集光器２４（図３および図４参照。）と、発振器２２と集光器２４との間に配設されレーザー光線ＬＢを導く光学系２６（図４参照）と、集光器２４が集光したレーザー光線ＬＢによって加工が施される被加工物Ｗを保持する保持手段２８（図３および図４参照。）とを含む。

図３に示すとおり、レーザー加工装置２０は、基台３０と、基台３０の上面から上方に延び次いで実質上水平に延びるハウジング３２とを備える。発振器２２および光学系２６はハウジング３２内に配置され、集光器２４はハウジング３２の先端下面に配置されている。なお、ハウジング３２の先端下面には、保持手段２８に保持された被加工物Ｗを撮像してレーザー加工すべき領域を検出するためのカメラ３４が装着されている。

発振器２２は、たとえば、繰り返し周波数が数十ＭＨｚ程度で、かつ出力が数ｍＷ程度のレーザー光線ＬＢ（いわゆる種光）を発振する。光学系２６は、発振器２２が発振したレーザー光線ＬＢの繰り返し周波数を適宜の繰り返し周波数（たとえば数百ｋＨｚ程度）に変換する繰り返し周波数変換手段（図示していない。）と、発振器２２が発振したレーザー光線ＬＢの出力を適宜の出力（たとえば数十Ｗ程度）に増幅する出力増幅手段（図示していない。）と、出力増幅手段によって増幅されたレーザー光線ＬＢの出力を適宜の出力に調整する出力調整手段（図示していない。）と、発振器２２が発振したレーザー光線ＬＢの波長を適宜の波長に変換する波長変換手段（図示していない。）とを有する。そして、図４に示すとおり、発振器２２が発振したレーザー光線ＬＢは、光学系２６によって適宜の周波数、出力および波長に変換された後、ミラー３６で反射されて集光器２４に導かれ、集光器２４において集光されて被加工物Ｗに照射される。

図３を参照して説明すると、保持手段２８は、矢印Ｘで示すＸ軸方向に移動自在に基台３０に搭載されたＸ軸可動板３８と、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向（矢印Ｙで示す方向）に移動自在にＸ軸可動板３８に搭載されたＹ軸可動板４０と、Ｙ軸可動板４０の上面に固定された支柱４２と、支柱４２の上端に固定されたカバー板４４とを含む。なお、Ｘ軸方向およびＹ軸方向が規定するＸＹ平面は実質上水平である。

カバー板４４にはＹ軸方向に延びる長穴４４ａが形成され、長穴４４ａを通って上方に延びるチャックテーブル４６が支柱４２の上端に回転自在に搭載されている。チャックテーブル４６は、支柱４２に内蔵された回転手段（図示していない。）によって回転される。チャックテーブル４６の上端部分には、吸引手段（図示していない。）に接続された多孔質の円形の吸着チャック４８が配置され、チャックテーブル４６においては、吸引手段で吸着チャック４８の上面に吸引力を生成することにより、吸着チャック４８の上面に載せられた被加工物Ｗを吸引保持する。また、チャックテーブル４６の周縁には、周方向に間隔をおいて複数のクランプ５０が配置されている。

保持手段２８は、Ｘ軸可動板３８に連結されＸ軸方向に延びるボールねじ５２と、ボールねじ５２を回転させるモータ５４とを有するＸ軸送り手段５６によって、基台３０上の案内レール３０ａに沿ってＸ軸方向に加工送りされる。また、保持手段２８は、Ｙ軸可動板４０に連結されＹ軸方向に延びるボールねじ５８と、ボールねじ５８を回転させるモータ６０とを有するＹ軸送り手段６２によって、Ｘ軸可動板３８上の案内レール３８ａに沿ってＹ軸方向に割り出し送りされる。

上述の検査装置２を用いてレーザー加工装置２０の発振器２２の精度を検査する際は、まず、検査装置２の減光板６および撮像手段８をレーザー加工装置２０の発振器２２と光学系２６との間に位置づける撮像手段位置づけ工程を実施する。

撮像手段位置づけ工程を実施した後、レーザー加工装置２０の発振器２２が発振した直後のレーザー光線ＬＢを撮像手段８で撮像する撮像工程を実施する。撮像工程において撮像手段８が撮像するレーザー光線ＬＢは減光板６によって減光されたレーザー光線ＬＢである。また、撮像手段８が撮像するレーザー光線ＬＢの断面の直径は、たとえば５~６ｍｍ程度である。

撮像工程を実施した後、撮像手段８によって撮像された画像を処理手段１０で処理する処理工程を実施する。

処理工程では、まず、内輪１４、中輪１６および外輪１８の３つの閾値に基づいてレーザー光線ＬＢの断面画像を４値化処理し、レーザー光線ＬＢの強さに応じてレーザー光線ＬＢの断面画像を第一ないし第四の領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の４つの領域に処理手段１０によって区画する。次いで、４値化処理したレーザー光線ＬＢの断面画像に内輪１４、中輪１６および外輪１８を描く処理を処理手段１０によって施す。次いで、内輪１４の中心Ｃ１と外輪１８の中心Ｃ３もしくは中輪１６の中心Ｃ２とのズレ量を処理手段１０によって算出する。

処理工程を実施した後、処理手段１０で処理した画像を表示手段１２に表示させると共に、表示手段１２に表示させた画像によってレーザー加工装置２０の発振器２２の精度を検査する検査工程を実施する。

検査工程では、処理手段１０で処理したレーザー光線ＬＢの断面画像と共に、内輪１４の中心Ｃ１と外輪１８の中心Ｃ３もしくは中輪１６の中心Ｃ２とのズレ量を表示手段１２に表示させ、表示手段１２に表示させた画像を確認することによって、発振器２２の使用を許容するか否かを判定する。発振器２２の使用許否の判定においては、ズレ量が所定値以下（たとえば外輪１８の直径の５％以下）である場合には、発振器２２の使用を許容し、ズレ量が所定値を超える場合には発振器２２の使用を許容しないとすることができる。なお、発振器２２の使用を許容しない場合には、発振器２２の交換のほか、周波数変換手段、出力増幅手段または波長変換手段の交換、削除または追加等を行う。

以上のとおりであり、図示の実施形態では、レーザー光線ＬＢの等光線として内輪１４、中輪１６および外輪１８が表示手段１２に表示されると共に、内輪１４の中心Ｃ１と外輪１８の中心Ｃ３もしくは中輪１６の中心Ｃ２とのズレ量が表示手段１２に表示されるので、レーザー光線ＬＢのガウシアン分布の等光線を高精度に検出することができ、発振器２２の精度を検査することができる。

２：検査装置
４：発振器
６：減光板
８：撮像手段
１０：処理手段
１２：表示手段
１４：内輪
１６：中輪
１８：外輪
２０：レーザー加工装置
２２：発振器
２４：集光器
２６：光学系
２８：保持手段
ＬＢ：レーザー光線

Claims

レーザー光線を発振する発振器の精度を検査する検査装置であって、
該発振器が発振した直後のレーザー光線を減光させる減光板と、該減光板によって減光されたレーザー光線を複数の画素で撮像する撮像手段と、該撮像手段によって撮像された画像を処理する処理手段と、該処理手段によって処理された画像を表示する表示手段と、を備え、
該処理手段は、レーザー光線の強さを仕切る少なくとも内輪と外輪の２つの閾値を備え該表示手段は該内輪と該外輪を表示する検査装置。
該処理手段は、該内輪の閾値と該外輪の閾値との間に少なくとも中輪の閾値を備える請求項１記載の検査装置。
該処理手段は該内輪の中心と該外輪の中心もしくは該中輪の中心とのズレ量を算出し該表示手段は該ズレ量を表示する請求項２記載の検査装置。
レーザー光線を発振する発振器と、レーザー光線を集光する集光器と、該発振器と該集光器との間に配設されレーザー光線を導く光学系と、該集光器が集光したレーザー光線によって加工が施される被加工物を保持する保持手段と、を含むレーザー加工装置における検査方法であって、
請求項１から３までのいずれかに記載の該検査装置の該撮像手段を該レーザー加工装置の該発振器と該光学系との間に位置づける撮像手段位置づけ工程と、
該レーザー加工装置の該発振器が発振した直後のレーザー光線を該撮像手段で撮像する撮像工程と、
該撮像手段によって撮像された画像を該処理手段で処理する処理工程と、
該処理手段で処理した画像を該表示手段に表示させると共に、該表示手段に表示させた画像によって該レーザー加工装置の該発振器の精度を検査する検査工程と、
を含む検査方法。