JP2023102429A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第一のタイプの計測器を備えたレーザー加工装置と、第二のタイプの計測器を備えたレーザー加工装置とを備えておかなければならず不経済であるという問題を解消することができるレーザー加工装置を提供する。【解決手段】レーザー加工装置のレーザー光線照射手段６は、レーザー光線ＬＢ１を発振する発振器２４と、発振器２４が発振したレーザー光線ＬＢ１を集光して集光点Ｐをチャックテーブルに保持されたウエーハＷに位置づける集光器２６と、発振器２４と集光器２６との間に配設され集光点Ｐの位置を調整する集光点位置調整器２８と、ウエーハＷの上面位置を検出する上面位置検出器３０とを備える。上面位置検出器３０は、第一の上面位置検出器５６と、第二の上面位置検出器５８と、選択部６０とを備え、ウエーハＷの状況に応じて第一の上面位置検出器５６と第二の上面位置検出器５８とを適宜選択できる。【選択図】図２

Description

本発明は、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、裏面が研削されて所望の厚みに形成された後、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る。

レーザー加工装置は、ウエーハを保持するチャックテーブルと、チャックテーブル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、チャックテーブルとレーザー光線照射手段とをＸ軸方向およびＸ軸方向に直交するＹ軸方向に加工送りする送り手段とを含み、ウエーハの分割予定ラインにレーザー光線を高精度に照射できる。

また、ウエーハ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分割予定ライン内部に位置づけてレーザー光線をウエーハに照射して改質層を形成し、その後、ウエーハに外力を付与してウエーハを個々のデバイスチップに分割する技術においては、レーザー光線の集光点をウエーハの上面から適正な位置に位置づける必要があり、ウエーハの上面位置（上面高さ）を計測しながらレーザー光線の集光点の位置を制御する技術を本出願人が出願した（たとえば、特許文献１、２参照）。

特許文献１に開示されている技術は、検出用光源が発した検出光を、入射角αをもってウエーハの上面に照射し、ウエーハの上面で反射した反射光の位置を計測するイメージセンサーを備え、イメージセンサーが検出した反射光の位置によってウエーハの上面位置を算出する第一のタイプのものである。

特許文献２に開示されている技術は、検出用光源が発した検出光を、集光器を通してチャックテーブルに保持されたウエーハの上面に照射し、ウエーハの上面で反射した戻り光を第一の光路と第二の光路とに分岐し、第一の光路に配設されたスリットマスクを通過した戻り光の強さと、第二の光路に導かれた戻り光の強さとを比較して、ウエーハの上面位置を算出する第二のタイプのものである。

特開２００５－３１３１８２号公報 特開２００７－１５２３５５号公報

しかし、ウエーハの種類、表面状態によっては、第一のタイプによる計測が好ましい場合と、第二のタイプによる計測が好ましい場合とがあることから、第一のタイプの計測器を備えたレーザー加工装置と、第二のタイプの計測器を備えたレーザー加工装置とを備えておかなければならず不経済であるという問題がある。

本発明の課題は、第一のタイプの計測器を備えたレーザー加工装置と、第二のタイプの計測器を備えたレーザー加工装置とを備えておかなければならず不経済であるという問題を解消することができるレーザー加工装置を提供することである。

本発明によれば、上記課題を解決する以下のレーザー加工装置が提供される。すなわち、
「ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された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、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とをＸ軸方向および該Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に加工送りする送り手段とを含むレーザー加工装置であって、
該レーザー光線照射手段は、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集光して集光点を該チャックテーブルに保持されたウエーハに位置づける集光器と、該発振器と該集光器との間に配設され集光点の位置を調整する集光点位置調整器と、ウエーハの上面位置を検出する上面位置検出器と、を備え、
該上面位置検出器は、第一の上面位置検出器と、第二の上面位置検出器と、選択部とを備え、ウエーハの状況に応じて該第一の上面位置検出器と該第二の上面位置検出器とを適宜選択できるレーザー加工装置」が提供される。

該第一の上面位置検出器は、
検出用光源と、該検出用光源が発した検出光であって第一のビームスプリッターを通過した検出光を該発振器と該集光点位置調整器との間に合流させる合流器と、該集光点位置調整器と該集光器とを通過した検出光が該チャックテーブルに保持されたウエーハの上面で反射した戻り光を該合流器と該第一のビームスプリッターとを介して第一の光路と第二の光路とに分岐する第二のビームスプリッターと、該第一の光路に配設され分岐された戻り光の一部を通過させるフィルターと、該フィルターを通過した戻り光を受光する第一の受光素子と、該第二の光路に配設され分岐された戻り光の全部を受光する第二の受光素子と、を備え、該第一の受光素子での受光量と該第二の受光素子での受光量との比較からウエーハの上面位置を算出し、
該第二の上面位置検出器は、
該検出用光源が発した検出光を入射角αをもってウエーハの上面に照射する照射端部と、該照射端部から照射された検出光がウエーハの上面で反射した反射光を受光する受光端部と、該受光端部で受光した反射光の位置を計測するイメージセンサーとを備え、該イメージセンサーが検出した反射光の位置によってウエーハの上面位置を算出するのが好ましい。

該検出用光源が発した検出光が該第一のビームスプリッターに導かれ、該選択部は、該第一のビームスプリッターによって分岐された検出光を第一のシャッターおよび第二のシャッターによって選択するのが好適である。

該選択部によって適宜選択された該第一の上面位置検出器または該第二の上面位置検出器によって算出されたウエーハの上面位置に応じて該集光点位置調整器を制御して、該チャックテーブルに保持されたウエーハにレーザー光線の集光点を位置づけるのが望ましい。

本発明のレーザー加工装置は、
ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された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、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とをＸ軸方向および該Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に加工送りする送り手段とを含むレーザー加工装置であって、
該レーザー光線照射手段は、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集光して集光点を該チャックテーブルに保持されたウエーハに位置づける集光器と、該発振器と該集光器との間に配設され集光点の位置を調整する集光点位置調整器と、ウエーハの上面位置を検出する上面位置検出器と、を備え、
該上面位置検出器は、第一の上面位置検出器と、第二の上面位置検出器と、選択部とを備え、ウエーハの状況に応じて該第一の上面位置検出器と該第二の上面位置検出器とを適宜選択できるので、第一のタイプの計測器を備えたレーザー加工装置と、第二のタイプの計測器を備えたレーザー加工装置とを備えておかなければならず不経済であるという問題を解消することができる。

本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図。 図１に示すレーザー光線照射手段のブロック図。 図２に示す第一・第二のガルバノスキャナーの斜視図。 図３に示す第一のガルバノスキャナーを通過するレーザー光線の光路長を示す模式図。 図３に示す第一・第二のガルバノスキャナーの設置角度と、レーザー光線の光路長の変位との関係を示すグラフ。 レーザー光線の光路長と、集光器から集光点までの距離の変位との関係を示すグラフ。 （ａ）検出光がウエーハに照射されたときの反射面積を示す模式図、（ｂ）（ａ）に示す場合よりも、検出光の集光点が下方に位置づけられた場合の反射面積を示す模式図。 図２に示す第一・第二の受光素子から出力される電圧信号の比と、ウエーハの上面から検出光の集光点までの距離との関係を示すグラフ。 図１に示す集光器および第二の上面位置検出器の斜視図。 図１に示す第二の上面位置検出器によってウエーハの上面位置を検出している状態を示す模式図。 ウエーハの上面位置が基準位置である場合の検出光の光路と、ウエーハの上面位置が基準位置からｈだけ変化した場合の検出光の光路とを示す模式図。

以下、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の好適実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

（レーザー加工装置２）
図１に示すとおり、レーザー加工装置２は、ウエーハＷを保持するチャックテーブル４と、チャックテーブル４に保持されたウエーハＷにレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段６と、チャックテーブル４とレーザー光線照射手段６とを図１に矢印Ｘで示すＸ軸方向およびＸ軸方向に直交するＹ軸方向（図１に矢印Ｙで示す方向）に加工送りする送り手段８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。

（チャックテーブル４）
図示の実施形態のレーザー加工装置２は、Ｘ軸方向に移動自在に基台１０の上面に装着されたＸ軸可動板１２と、Ｙ軸方向に移動自在にＸ軸可動板１２の上面に装着されたＹ軸可動板１４と、Ｙ軸可動板１４の上面に固定された支柱１６と、支柱１６の上端に固定されたカバー板１８とを含む。カバー板１８には、Ｙ軸方向に延びる長穴１８ａが形成されている。そして、上記チャックテーブル４は、支柱１６の上端に回転自在に装着され、カバー板１８の長穴１８ａを通って上方に延びている。

チャックテーブル４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状の吸着チャック２０が配置されている。チャックテーブル４の周縁には、周方向に間隔をおいて複数のクランプ２２が設けられている。

チャックテーブル４においては、吸引手段で吸着チャック２０の上面に吸引力を生成し、吸着チャック２０の上面に載せられたウエーハＷを吸引保持する。また、チャックテーブル４は、支柱１６に内蔵されたチャックテーブル用モータ（図示していない。）によって、上下方向を軸心として回転されるようになっている。

（レーザー光線照射手段６）
図２に示すとおり、レーザー光線照射手段６は、加工用パルスレーザー光線ＬＢ１を発振する発振器２４と、発振器２４が発振したレーザー光線ＬＢ１を集光して集光点Ｐをチャックテーブル４に保持されたウエーハＷに位置づける集光器２６と、発振器２４と集光器２６との間に配設され集光点Ｐの位置を調整する集光点位置調整器２８と、ウエーハＷの上面位置を検出する上面位置検出器３０とを備える。

（発振器２４、集光器２６）
図１に示すとおり、レーザー光線照射手段６は、基台１０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を含んでいる。発振器２４は、ハウジング３２の内部に配置されている。発振器２４が発振するレーザー光線ＬＢ１は、ウエーハに対して透過性を有する波長（たとえば１０６４ｎｍ）でよい。集光器２６は、ハウジング３２の先端下面に装着されている。

（集光点位置調整器２８）
図２を参照して説明すると、集光点位置調整器２８は、互いに間隔をおいて配置された第一・第二のレンズ３４、３６と、第一のレンズ３４を通過したレーザー光線ＬＢ１を反射する第一のガルバノスキャナー３８と、第一のガルバノスキャナー３８で反射したレーザー光線ＬＢ１を反射して第二のレンズ３６に導く第二のガルバノスキャナー４０とを含む。なお、第二のレンズ３６と集光器２６との間には、第二のレンズ３６を通過したレーザー光線ＬＢ１を集光器２６に導く方向変換ミラー４２が設けられている。

（第一のガルバノスキャナー３８）
図２と共に図３を参照して説明すると、第一のガルバノスキャナー３８は、所定の間隔をおいて互いに平行に対面して設置された一対の第一・第二のミラー４４、４６と、第一・第二のミラー４４、４６の設置角度を調整する角度調整アクチュエータ４８（図３参照）とを有する。

図２に示すとおり、第一のミラー４４は、第一のレンズ３４を通過したレーザー光線ＬＢ１を第二のミラー４６に向けて反射する。第二のミラー４６は、第一のミラー４４で反射したレーザー光線ＬＢ１を第二のガルバノスキャナー４０に向けて反射する。

図３に示すとおり、角度調整アクチュエータ４８の回転軸４８ａは、第一・第二のミラー４４、４６の双方に連結されている。そして、角度調整アクチュエータ４８は、第一・第二のミラー４４、４６の平行状態を維持しつつ、レーザー光線ＬＢ１の光軸に対して第一・第二のミラー４４、４６の設置角度を変更する。

（第二のガルバノスキャナー４０）
第二のガルバノスキャナー４０は、第一のガルバノスキャナー３８と同様に、所定の間隔をおいて互いに平行に対面して設置された一対の第三・第四のミラー５０、５２と、第三・第四のミラー５０、５２の設置角度を調整する角度調整アクチュエータ５４とを有する。

第三のミラー５０は、第一のガルバノスキャナー３８の第二のミラー４６で反射したレーザー光線ＬＢ１を第四のミラー５２に向けて反射する。第四のミラー５２は、第三のミラー５０で反射したレーザー光線ＬＢ１を第二のレンズ３６に向けて反射する。

角度調整アクチュエータ５４の回転軸５４ａは、第三・第四のミラー５０、５２の双方に連結されている。そして、角度調整アクチュエータ５４は、第三・第四のミラー５０、５２の平行状態を維持しつつ、レーザー光線ＬＢ１の光軸に対して第三・第四のミラー５０、５２の設置角度を変更する。

上述したとおり、発振器２４が発振したレーザー光線ＬＢ１は、第一のレンズ３４を通過した後、第一・第二のミラー４４、４６で反射する。図４に示すとおり、第一のミラー４４と第二のミラー４６との間隔をｄとすると、
ｍ１＝ｄ／cosθ
ｍ２＝ｍ１cos２θ＝（ｄ／cosθ）cos２θ
で表されるので、
ｍ１＋ｍ２＝（ｄ／cosθ）（１＋cos２θ）＝２ｄcosθ
となる。

第三のミラー５０と第四のミラー５２との間隔も上記同様にｄとすると、レーザー光線ＬＢ１の光路長は（ｍ１＋ｍ２）×２で変化する。たとえば、間隔ｄを２ｍｍとし、角度θが４７．５度の状態を基準（光路長の変位０）とすると、レーザー光線ＬＢ１の光路長の変位は図５に示すようになる。図５に示す例においては、角度θが４０度から５７.５度までの範囲で変化すると、光路長は、＋０．７３ｍｍから－１．１ｍｍまでの範囲で変化する。つまり、上記角度範囲での光路長の変位は１.８３ｍｍとなる。

次に、光路長の変位と、集光器２６によって集光されるレーザー光線ＬＢ１の集光点位置の変位との関係について説明する。

図２に示すとおり、第一のレンズ３４の集束点Ｄから第二のレンズ３６までの光路長をｄ１、第二のレンズ３６から集光器２６までの光路長をｄ２、第二のレンズ３６の焦点距離をｆ１、集光器２６の焦点距離をｆ２とすると、集光器２６から集光点Ｐまでの距離ｄ３は、下記式（１）によって求めることができる。

なお、第一のレンズ３４の集束点Ｄは、発振器２４が発振するレーザー光線ＬＢ１が平行光線である場合は、第一のレンズ３４の焦点距離と一致する。

式（１）において、第二のレンズ３６の焦点距離ｆ１、集光器２６の焦点距離ｆ２、第二のレンズ３６から集光器２６までの光路長ｄ２、のそれぞれに具体的な数値を当てはめると、集光器２６から集光点Ｐまでの距離ｄ３は、第一のレンズ３４の集束点Ｄから第二のレンズ３６までの光路長ｄ１の関数となる。つまり、光路長ｄ１を変化させると、集光点Ｐの位置が変化する。

たとえば、第二のレンズ３６の焦点距離ｆ１を１２.７ｍｍ、集光器２６の焦点距離ｆ２を２ｍｍ、光路長ｄ２を２０ｍｍとし、また、光路長ｄ１が第二のレンズ３６の焦点距離ｆ１（１２.７ｍｍ）と一致する状態を基準（集光点Ｐの変位０）とすると、光路長ｄ１の変位に対する集光点Ｐの変位は図６に示すとおりになる。

したがって、上記のとおりの条件下においては、角度θが４０度から５７．５度までの範囲で変化すると、光路長が＋０．７３ｍｍから－１．１ｍｍまでの範囲で変化すると共に、これに対応して集光器２６から集光点Ｐまでの距離ｄ３が－２０μｍから＋２８μｍまでの範囲で変位する。すなわち、集光点位置調整器２８においては、角度調整アクチュエータ４８、５４で第一～第四のミラー４４、４６、５０、５２の設置角度を調整することにより、集光点Ｐの上下方向位置を調整するようになっている。

（上面位置検出器３０）
図２に示すとおり、上面位置検出器３０は、第一の上面位置検出器５６と、第二の上面位置検出器５８と、選択部６０とを備える。

（第一の上面位置検出器５６）
第一の上面位置検出器５６は、検出用光源６２と、検出用光源６２が発した検出光ＬＢ２であって第一のビームスプリッター６４を通過した検出光ＬＢ２を発振器２４と集光点位置調整器２８との間に合流させる合流器６６と、集光点位置調整器２８と集光器２６とを通過した検出光ＬＢ２がチャックテーブル４に保持されたウエーハＷの上面で反射した戻り光ＬＢ２’を合流器６６と第一のビームスプリッター６４とを介して第一の光路ＯＰ１と第二の光路ＯＰ２とに分岐する第二のビームスプリッター６８と、第一の光路ＯＰ１に配設され分岐された戻り光ＬＢ２’の一部を通過させるフィルター７０と、フィルター７０を通過した戻り光ＬＢ２’を受光する第一の受光素子７２と、第二の光路ＯＰ２に配設され分岐された戻り光ＬＢ２’の全部を受光する第二の受光素子７４と、を備える。

検出用光源６２は、検出光ＬＢ２として、発振器２４が発振する加工用レーザー光線ＬＢ１の周波数とは異なる周波数（たとえば６３２ｎｍ）のパルスレーザー光線を発振する。

合流器６６は、ダイクロイックハーフミラーから構成され得る。合流器６６は、発振器２４が発振したレーザー光線ＬＢ１を通過させると共に、検出用光源６２が発した検出光ＬＢ２であって第一のビームスプリッター６４を通過した検出光ＬＢ２を集光点位置調整器２８に向けて反射する。第一・第二の受光素子７２、７４は、受光量に対応する電圧信号を制御手段７６に出力する。

制御手段７６は、コンピュータから構成され、レーザー加工装置２の作動を制御する。制御手段７６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。

図示の実施形態の第一の上面位置検出器５６は、さらに、合流器６６から第一のビームスプリッター６４に導かれ第一のビームスプリッター６４で反射した光のうち戻り光ＬＢ２’の周波数（検出光ＬＢ２の周波数と同一の周波数）に対応する光のみを通過させるバンドパスフィルター７８と、第二のビームスプリッター６８によって第一の光路ＯＰ１に分岐された戻り光ＬＢ２’を一次元に集光するシリンドリカルレンズ８０と、第二のビームスプリッター６８によって第二の光路ＯＰ２に分岐された戻り光ＬＢ２’を１００％集光する集光レンズ８２と、を含む。

検出用光源６２が発した検出光ＬＢ２は、第一のビームスプリッター６４を通過した後、合流器６６において集光点位置調整器２８に向けて反射され、集光点位置調整器２８および方向変換ミラー４２を介して集光器２６に導かれる。そして、集光器２６によって集光された検出光ＬＢ２は、チャックテーブル４に保持されたウエーハＷの上面で反射する。

たとえば、図７（ａ）に示すように、検出光ＬＢ２の集光点ＰａがウエーハＷの上面に比較的近い位置である場合は、検出光ＬＢ２はウエーハＷの上面に照射される面積Ｓ１で反射する。

ウエーハＷの上面で反射した戻り光ＬＢ２’は、図２において破線で示すとおり、集光器２６、方向変換ミラー４２、集光点位置調整器２８、合流器６６および第一のビームスプリッター６４を経て、バンドパスフィルター７８に達する。

なお、検出光ＬＢ２の戻り光ＬＢ２’と同様に、加工用レーザー光線ＬＢ１の戻り光もバンドパスフィルター７８に達するが、加工用レーザー光線ＬＢ１の戻り光は、バンドパスフィルター７８によって遮断される。上記のとおり、バンドパスフィルター７８は、検出光ＬＢ２の戻り光ＬＢ２’の周波数に対応する光のみを通過させるためである。したがって、検出光ＬＢ２の戻り光ＬＢ２’のみがバンドパスフィルター７８を通過する。

バンドパスフィルター７８を通過した戻り光ＬＢ２’は、第二のビームスプリッター６８によって第一の光路ＯＰ１と第二の光路ＯＰ２とに分岐される。第一の光路ＯＰ１に分岐された戻り光ＬＢ２’は、シリンドリカルレンズ８０によって一次元に集光され、断面が楕円形となる。断面が楕円形に集光された戻り光ＬＢ２’は、フィルター７０によって所定の単位長さに規制され、第一の光路ＯＰ１に分岐された戻り光ＬＢ２’の一部が第一の受光素子７２によって受光される。そして、受光量に対応する電圧信号が第一の受光素子７２から出力される。

また、図７（ｂ）に示すように、検出光ＬＢ２の集光点Ｐａが図７（ａ）に示す位置よりも深い場合、検出光ＬＢ２はウエーハＷの上面に照射される面積Ｓ２で反射する。面積Ｓ２は面積Ｓ１よりも大きい（Ｓ２＞Ｓ１）。このため、面積Ｓ２に係る戻り光が、第一の光路ＯＰ１のシリンドリカルレンズ８０によって断面が楕円形に絞られた際の長軸の長さは、面積Ｓ１に係る戻り光が楕円形に絞られた際の長軸の長さもよりも長くなる。

上記のとおり、第一の光路ＯＰ１において断面が楕円形に絞られた戻り光ＬＢ２’は、フィルター７０によって所定の単位長さに規制されて第一の受光素子７２によって受光される。このため、面積Ｓ１に係る戻り光が第一の受光素子７２で受光された場合の受光量よりも、面積Ｓ２に係る戻り光が第一の受光素子７２で受光された場合の受光量の方が少なくなる。

このように第一の受光素子７２によって受光される戻り光の受光量は、検出光ＬＢ２の集光点ＰａがウエーハＷの上面に近いほど多く、集光点ＰａがウエーハＷの上面から遠いほど少なくなる。したがって、ウエーハＷの上面位置（反射位置）が変化すると、第一の受光素子７２の受光量が変化すると共に、第一の受光素子７２から出力される電圧信号が変化する。

他方、第二の光路ＯＰ２に分岐された戻り光ＬＢ２’は、集光レンズ８２によって１００％集光されるので、第二の光路ＯＰ２に分岐された戻り光ＬＢ２’の全部が第二の受光素子７４によって受光される。このため、ウエーハＷの上面位置（反射位置）が変化しても、第二の受光素子７４の受光量が変化することはない。したがって、第二の受光素子７４の受光量は、第一の受光素子７２の受光量よりも多く、また、第二の受光素子７４から出力される電圧信号は一定である。

第一・第二の受光素子７２、７４から出力される電圧信号の比（Ｖ２／Ｖ１）と、ウエーハＷの上面から検出光ＬＢ２の集光点Ｐａまでの距離との関係は、たとえば、図８に示すグラフのとおりである。

図８の横軸は、集光点ＰａがウエーハＷの内部に位置づけられた場合において、ウエーハＷの上面から集光点Ｐａまでの距離（μｍ）を示している。また、図８の縦軸は、第一の受光素子７２から出力される電圧信号Ｖ１と、第二の受光素子７４から出力される電圧信号Ｖ２との比（Ｖ２／Ｖ１）である。

図８に示す例では、集光点ＰａがウエーハＷの上面から１０μｍの深さに位置する場合には、電圧信号の比（Ｖ２／Ｖ１）が「３」となり、集光点ＰａがウエーハＷの上面から４０μｍの深さに位置する場合には、電圧信号の比（Ｖ２／Ｖ１）が「６」となる。

そして、第一の上面位置検出器５６においては、ウエーハＷの上面位置によって変化する第一の受光素子７２での受光量と、ウエーハＷの上面位置によって変化しない第二の受光素子７４での受光量との比較から、検出光ＬＢ２の集光点Ｐａの位置を基準として、ウエーハＷの上面位置を制御手段７６で算出するようになっている。

（第二の上面位置検出器５８）
図９および図１０を参照して説明すると、第二の上面位置検出器５８は、検出用光源６２が発した検出光ＬＢ２を入射角αをもってウエーハＷの上面に照射する照射端部８４（図１０参照）と、照射端部８４から照射された検出光ＬＢ２がウエーハＷの上面で反射した反射光ＬＢ２”を受光する受光端部８６と、受光端部８６で受光した反射光ＬＢ２”の位置を計測するイメージセンサー８８（図１０参照）と、を備える。

図示の実施形態の第二の上面位置検出器５８は、図９に示すようにＵ字状のケーシング９０を備える。ケーシング９０は、レーザー光線照射手段６のハウジング３２に適宜のブラケット（図示していない。）を介して支持されている。そして、このケーシング９０に照射端部８４と受光端部８６とが設けられている。照射端部８４と受光端部８６とは、図１０に示すとおり、集光器２６を挟んで、Ｙ軸方向に間隔をおい配置されている。

図２に示すとおり、検出用光源６２が発した検出光ＬＢ２は、第一のビームスプリッター６４を介して、第二の上面位置検出器５８のケーシング９０に導かれるようになっている。そして、ケーシング９０に導かれた検出光ＬＢ２は、図１０に示すとおり、照射端部８４から入射角αをもって、チャックテーブル４に保持されたウエーハＷの上面に照射される。

図１０に示すとおり、入射角αは、チャックテーブル４の上面に対して垂直な直線と、照射端部８４から照射される検出光ＬＢ２とのなす角度である。入射角αは、集光器２６の集光角度βよりも大きく、９０度より小さい角度に設定されている（β＜α＜９０）。なお、照射端部８４による検出光ＬＢ２の照射位置は、集光器２６からウエーハＷに照射される加工用レーザー光線ＬＢ１の照射位置にほぼ一致している。

受光端部８６は、照射端部８４から照射された検出光ＬＢ２がウエーハＷの上面で正反射して進む位置に配置されている。図１１に示すとおり、イメージセンサー８８は、チャックテーブル４の上面に対して垂直な直線とイメージセンサー８８とのなす角度がαとなるように設けられている。

また、図９に示すとおり、ケーシング９０には、照射端部８４および受光端部８６の傾斜角度を調整するための角度調整ツマミ９２、９４が付設されている。角度調整ツマミ９２、９４を回転させることにより、照射端部８４から照射される検出光ＬＢ２の入射角αおよび受光端部８６の受光角度の調整が可能となっている。

ウエーハＷの上面位置が図１１において実線で示す位置である場合には、照射端部８４から照射された検出光ＬＢ２は、ウエーハＷの上面で反射して、イメージセンサー８８のＡ点で受光される。また、ウエーハＷの上面位置が図１１において二点鎖線で示す位置である場合には、照射端部８４から照射された検出光ＬＢ２は、二点鎖線で示すようにウエーハＷの上面で反射して、イメージセンサー８８のＢ点で受光される。イメージセンサー８８によって検出されたデータは、制御手段７６に出力される。

そして、イメージセンサー８８によって検出された反射光ＬＢ２”の位置に基づいて、ウエーハＷの上面位置が制御手段７６によって算出される。具体的には、イメージセンサー８８によって検出されたＡ点とＢ点との間隔Ｈに基づいて、ウエーハＷの上面位置の変位ｈが算出される（ｈ＝Ｈcosα）。

たとえば、イメージセンサー８８のＡ点で反射光ＬＢ２”を検出した際のウエーハＷの上面位置を基準位置ｈ０とした場合において、イメージセンサー８８のＢ点で反射光ＬＢ２”を検出した際のウエーハＷの上面位置の変位ｈは、上記のとおりｈ＝Ｈcosαによって算出することができるので、Ｂ点で反射光ＬＢ２”を検出した際のウエーハＷの上面位置ｈ１は、ｈ１＝ｈ０－ｈによって求めることができる。このように、第二の上面位置検出器５８においては、イメージセンサー８８が検出した反射光ＬＢ２”の位置によってウエーハＷの上面位置を算出するようになっている。

（選択部６０）
図２を参照して説明すると、選択部６０は、第一・第二のシャッター９６、９８と、第一のシャッター９６を移動させる第一のアクチュエータ（図示ししていない。）と、第二のシャッター９８を移動させる第二のアクチュエータ（図示ししていない。）とを含む。

第一のシャッター９６は、第一のビームスプリッター６４を通過した検出光ＬＢ２の通過を許容する許容位置（図２に実線で示す位置）と、第一のビームスプリッター６４を通過した検出光ＬＢ２を遮断する遮断位置（図２に二点鎖線で示す位置）と、に第一のアクチュエータによって位置づけられるようになっている。

第二のシャッター９８は、第一のビームスプリッター６４で反射した検出光ＬＢ２の通過を許容する許容位置（図２に実線で示す位置）と、第一のビームスプリッター６４で反射した検出光ＬＢ２を遮断する遮断位置（図２に二点鎖線で示す位置）と、に第二のアクチュエータによって位置づけられるようになっている。

そして、選択部６０においては、第一のビームスプリッター６４によって分岐された検出光ＬＢ２を第一のシャッター９６および第二のシャッター９８によって選択するようになっている。

具体的には、選択部６０が第一の上面位置検出器５６を選択する場合、第一のアクチュエータによって第一のシャッター９６を許容位置に位置づけると共に、第二のアクチュエータによって第二のシャッター９８を遮断位置に位置づける。

そうすると、検出用光源６２から発振され第一のビームスプリッター６４を通過した検出光ＬＢ２は、第一の上面位置検出器５６に導かれる。一方、検出用光源６２から発振され第一のビームスプリッター６４で反射した検出光ＬＢ２は、第二のシャッター９８により遮断される。したがって、第一の上面位置検出器５６が選択される。

また、選択部６０が第二の上面位置検出器５８を選択する場合、第一のアクチュエータによって第一のシャッター９６を遮断位置に位置づけると共に、第二のアクチュエータによって第二のシャッター９８を許容位置に位置づける。

そうすると、検出用光源６２から発振され第一のビームスプリッター６４を通過した検出光ＬＢ２は、第一のシャッター９６により遮断される。一方、検出用光源６２から発振され第一のビームスプリッター６４で反射した検出光ＬＢ２は、第二の上面位置検出器５８に導かれる。したがって、第二の上面位置検出器５８が選択される。

（送り手段８）
図１に示すとおり、送り手段８は、レーザー光線照射手段６に対してチャックテーブル４をＸ軸方向に加工送りするＸ軸送り手段１００と、レーザー光線照射手段６に対してチャックテーブル４をＹ軸方向に加工送りするＹ軸送り手段１０２とを含む。

（Ｘ軸送り手段１００）
Ｘ軸送り手段１００は、Ｘ軸可動板１２に連結されＸ軸方向に延びるボールねじ１０４と、ボールねじ１０４を回転させるモータ１０６とを有する。Ｘ軸送り手段１００は、ボールねじ１０４によりモータ１０６の回転運動を直線運動に変換してＸ軸可動板１２に伝達し、基台１０上の案内レール１０ａに沿ってＸ軸可動板１２をＸ軸方向に移動させる。これによって、チャックテーブル４はＸ軸方向に加工送りされる。

（Ｙ軸送り手段１０２）
Ｙ軸送り手段１０２は、Ｙ軸可動板１４に連結されＹ軸方向に延びるボールねじ１０８と、ボールねじ１０８を回転させるモータ１１０とを有する。Ｙ軸送り手段１０２は、ボールねじ１０８によりモータ１１０の回転運動を直線運動に変換してＹ軸可動板１４に伝達し、Ｘ軸可動板１２上の案内レール１２ａに沿ってＹ軸可動板１４をＹ軸方向に移動させる。これによって、チャックテーブル４はＹ軸方向に加工送りされる。

図１に示すとおり、レーザー加工装置２は、さらに、レーザー光線照射手段６によってレーザー加工を施すべき被加工部位を検出する撮像手段１１２を備えている。撮像手段１１２は、レーザー光線照射手段６のハウジング３２の先端下面に装着されている。撮像手段１１２が撮像した画像は、制御手段７６に出力される。

次に、上述したとおりのレーザー加工装置２を用いて、ウエーハＷを加工する方法について説明する。

図示の実施形態では、まず、チャックテーブル４の上面にウエーハＷを載せる。次いで、吸着チャック２０に接続された吸引手段を作動させ、吸着チャック２０の上面でウエーハＷを吸引保持する。次いで、Ｘ軸送り手段１００を作動させ、チャックテーブル４を撮像手段１１２の直下に位置づける。

チャックテーブル４を撮像手段１１２の直下に位置づけたら、撮像手段１１２でウエーハＷを撮像する。次いで、撮像手段１１２で撮像したウエーハＷの画像に基づいて、ウエーハＷと集光器２６との位置関係を調整する。この際は、レーザー加工を施すべき被加工部位に加工用レーザー光線ＬＢ１の照準を合わせると共に、加工用レーザー光線ＬＢ１の集光点Ｐを所定位置（たとえば、ウエーハＷの上面から所定深さの位置）に調整する。

また、選択部６０によって第一の上面位置検出器５６または第二の上面位置検出器５８のいずれかを選択する。まずは、選択部６０によって第一の上面位置検出器５６を選択した場合について説明する。

第一の上面位置検出器５６を選択するには、選択部６０の第一のアクチュエータによって第一のシャッター９６を許容位置に位置づけると共に、第二のアクチュエータによって第二のシャッター９８を遮断位置に位置づける。

第一の上面位置検出器５６を選択したら、加工用レーザー光線ＬＢ１の集光点ＰがウエーハＷの被加工部位を順次通るように、送り手段８によってチャックテーブル４を動かしながら、加工用レーザー光線ＬＢ１を集光器２６から照射する。また、検出光ＬＢ２を集光器２６からウエーハＷに照射して、第一の上面位置検出器５６によってウエーハＷの上面位置の検出を行い、ウエーハＷの上面位置の検出結果に基づいて、加工用レーザー光線ＬＢ１の集光点Ｐの高さを調整する。

選択部６０によって第一の上面位置検出器５６を選択した上で、検出光ＬＢ２をウエーハＷに照射すると、第一の受光素子７２の受光量に係る電圧信号と、第二の受光素子７４の受光量に係る電圧信号とが制御手段７６に送られてくる。

そして、第一の受光素子７２での受光量と、第二の受光素子７４での受光量との比較から、ウエーハＷの上面位置を制御手段７６によって算出すると共に、算出したウエーハＷの上面位置に基づいて、集光点位置調整器２８の第一・第二のガルバノスキャナー３８、４０の角度調整アクチュエータ４８、５４を制御手段７６によって制御する。

このように、図示の実施形態のレーザー加工装置２においては、選択部６０によって選択された第一の上面位置検出器５６によって算出されたウエーハＷの上面位置に応じて、集光点位置調整器２８を制御して、チャックテーブル４に保持されたウエーハＷにレーザー光線ＬＢ１の集光点Ｐを位置づけるようになっている。

したがって、ウエーハＷの上面から加工用レーザー光線ＬＢ１の集光点Ｐまでの距離が一定に保たれるので、ウエーハＷの上面から所定深さの位置にウエーハＷの上面と平行に所要のレーザー加工（たとえば、改質層を形成）することができる。

次に、選択部６０によって第二の上面位置検出器５８を選択した場合について説明する。

第二の上面位置検出器５８を選択するには、選択部６０の第一のアクチュエータによって第一のシャッター９６を遮断位置に位置づけると共に、第二のアクチュエータによって第二のシャッター９８を許容位置に位置づける。これによって、検出用光源６２が発する検出光ＬＢ２が第二の上面位置検出器５８に導かれ、照射端部８４からウエーハＷの上面に検出光ＬＢ２が照射されることになる。

第二の上面位置検出器５８を選択したら、加工用レーザー光線ＬＢ１の集光点ＰがウエーハＷの被加工部位を順次通るように、送り手段８によってチャックテーブル４を動かしながら、加工用レーザー光線ＬＢ１を集光器２６から照射する。また、検出光ＬＢ２を照射端部８４からウエーハＷに照射して、第二の上面位置検出器５８によってウエーハＷの上面位置の検出を行い、ウエーハＷの上面位置の検出結果に基づいて、加工用レーザー光線ＬＢ１の集光点Ｐの高さを調整する。

選択部６０によって第二の上面位置検出器５８を選択した上で、検出光ＬＢ２をウエーハＷに照射すると、第二の上面位置検出器５８のイメージセンサー８８によって検出した反射光ＬＢ２”の位置情報が制御手段７６に送られてくる。

そして、イメージセンサー８８が検出した反射光ＬＢ２”の位置情報に基づいて、ウエーハＷの上面位置を制御手段７６によって算出すると共に、算出したウエーハＷの上面位置に基づいて、集光点位置調整器２８の第一・第二のガルバノスキャナー３８、４０の角度調整アクチュエータ４８、５４を制御手段７６によって制御する。

このように、図示の実施形態のレーザー加工装置２においては、選択部６０によって選択された第二の上面位置検出器５８によって算出されたウエーハＷの上面位置に応じて、集光点位置調整器２８を制御して、チャックテーブル４に保持されたウエーハＷにレーザー光線ＬＢ１の集光点Ｐを位置づけるようになっている。

したがって、ウエーハＷの上面から加工用レーザー光線ＬＢ１の集光点Ｐまでの距離が一定に保たれるので、ウエーハＷの上面から所定深さの位置にウエーハＷの上面と平行に所要のレーザー加工（たとえば、改質層を形成）することができる。

以上のとおりであり、図示の実施形態のレーザー加工装置２においては、ウエーハＷの状況（たとえば、ウエーハＷの種類や、ウエーハＷの表面の状態等）に応じて、第一の上面位置検出器５６と第二の上面位置検出器５８とを適宜選択できるので、第一のタイプの計測器を備えたレーザー加工装置と、第二のタイプの計測器を備えたレーザー加工装置とを備えておかなければならず不経済であるという問題を解消することができる。

２：レーザー加工装置
４：チャックテーブル
６：レーザー光線照射手段
８：送り手段
２４：発振器
２６：集光器
２８：集光点位置調整器
３０：上面位置検出器
５６：第一の上面位置検出器
５８：第二の上面位置検出器
６０：選択部
６２：検出用光源
６４：第一のビームスプリッター
６６：合流器
６８：第二のビームスプリッター
７０：フィルター
７２：第一の受光素子
７４：第二の受光素子
８４：照射端部
８６：受光端部
８８：イメージセンサー
９６：第一のシャッター
９８：第二のシャッター
Ｗ：ウエーハ
ＯＰ１：第一の光路
ＯＰ２：第二の光路
ＬＢ１：加工用パルスレーザー光線
ＬＢ２：検出光

Claims (4)

1. ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された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、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とをＸ軸方向および該Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に加工送りする送り手段とを含むレーザー加工装置であって、
   該レーザー光線照射手段は、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集光して集光点を該チャックテーブルに保持されたウエーハに位置づける集光器と、該発振器と該集光器との間に配設され集光点の位置を調整する集光点位置調整器と、ウエーハの上面位置を検出する上面位置検出器と、を備え、
   該上面位置検出器は、第一の上面位置検出器と、第二の上面位置検出器と、選択部とを備え、ウエーハの状況に応じて該第一の上面位置検出器と該第二の上面位置検出器とを適宜選択できるレーザー加工装置。
2. 該第一の上面位置検出器は、
   検出用光源と、該検出用光源が発した検出光であって第一のビームスプリッターを通過した検出光を該発振器と該集光点位置調整器との間に合流させる合流器と、該集光点位置調整器と該集光器とを通過した検出光が該チャックテーブルに保持されたウエーハの上面で反射した戻り光を該合流器と該第一のビームスプリッターとを介して第一の光路と第二の光路とに分岐する第二のビームスプリッターと、該第一の光路に配設され分岐された戻り光の一部を通過させるフィルターと、該フィルターを通過した戻り光を受光する第一の受光素子と、該第二の光路に配設され分岐された戻り光の全部を受光する第二の受光素子と、を備え、該第一の受光素子での受光量と該第二の受光素子での受光量との比較からウエーハの上面位置を算出し、
   該第二の上面位置検出器は、
   該検出用光源が発した検出光を入射角αをもってウエーハの上面に照射する照射端部と、該照射端部から照射された検出光がウエーハの上面で反射した反射光を受光する受光端部と、該受光端部で受光した反射光の位置を計測するイメージセンサーとを備え、該イメージセンサーが検出した反射光の位置によってウエーハの上面位置を算出する請求項１記載のレーザー加工装置。
3. 該検出用光源が発した検出光が該第一のビームスプリッターに導かれ、該選択部は、該第一のビームスプリッターによって分岐された検出光を第一のシャッターおよび第二のシャッターによって選択する請求項２記載のレーザー加工装置。
4. 該選択部によって適宜選択された該第一の上面位置検出器または該第二の上面位置検出器によって算出されたウエーハの上面位置に応じて該集光点位置調整器を制御して、該チャックテーブルに保持されたウエーハにレーザー光線の集光点を位置づける請求項１から３までのいずれかに記載のレーザー加工装置。

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