JP6148075B2 - レーザー加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物を保持するチャックテーブルに保持された被加工物の上面高さ位置を検出する機能を備えたレーザー加工装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列された分割予定ライン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等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体デバイスを製造している。また、略円板形状であるサファイア基板、炭化珪素基板、窒化ガリウム基板等の表面にn型半導体層およびp型半導体層からなる発光層が積層され格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域に発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスを形成して光デバイスウエーハを構成する。そして、光デバイスウエーハを分割予定ラインに沿って分割することにより個々の光デバイスを製造している。

上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の分割予定ラインに沿って分割する方法として、ウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を位置付けてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法が試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの一方の面側から内部に集光点を合わせてウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、ウエーハの内部に分割予定ラインに沿って改質層を連続的に形成し、この改質層が形成されることによって強度が低下した分割予定ラインに沿って外力を加えることにより、被加工物を分割するものである。（例えば、特許文献１参照。）このように被加工物に形成された分割予定ラインに沿って内部に改質層を形成する場合、被加工物の上面から所定の深さ位置にレーザー光線の集光点を位置付けることが重要である。

しかるに、半導体ウエーハ等の板状の被加工物にはウネリがあり、その厚さにバラツキがあるため、均一なレーザー加工を施すことが難しい。即ち、ウエーハの内部に集光点を位置付けてレーザー光線を分割予定ラインに沿って照射することにより改質層を形成する技術においては、レーザー光線のピークパワー密度を高めるために開口数(NA)が０．８程度と高い集光レンズが用いられており、レーザー光線を照射するウエーハの照射面（上面）にウネリ（凹凸）があり上面高さ位置が変化すると、レーザー光線の集光点が適正な位置に位置付けられず所定の深さ位置に均一に改質層を形成することができない。

上述した問題を解消するために、被加工物を保持するチャックテーブルに保持されたウエーハに形成された分割予定ラインの上面高さ位置を計測して各分割予定ラインの上面高さ位置情報を作成し、ウエーハの内部に集光点を位置付けてレーザー光線を分割予定ラインに沿って照射することにより改質層を形成する際には、上記上面高さ位置情報に基づいて集光レンズによる集光点を調整する集光点位置調整手段を上面高さ位置に対応して制御するようにした技術が下記特許文献２、特許文献３、特許文献４に開示されている。

特許第３４０８８０５号公報 特開２０１１−１２２８９４号公報 特開２０１２−２６０４号公報 特開２００９−６３４４６号公報

而して、チャックテーブルに保持された被加工物の上面高さ位置情報に基づいて集光点位置調整手段を作動しても高さ位置情報に追随せず僅かに遅れて作動することがあり、適正な位置にレーザー光線の集光点を位置付けることができず加工精度が悪化するという問題がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、チャックテーブルに保持された被加工物の上面高さ位置情報に追随して集光点位置調整手段が作動しているか否かを確認する機能を備えたレーザー加工装置を提供することである。

上記主たる技術的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面を有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被加工物にレーザー光線を集光して照射する対物集光レンズを備えたレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の上面高さ位置を検出する高さ位置検出手段と、該対物集光レンズを該チャックテーブルの保持面に対して垂直な方向（Ｚ軸方向）に移動せしめる集光点位置調整手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを加工送り方向（Ｘ軸方向）に相対的に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルのＸ軸方向位置を検出するためのＸ軸方向位置検出手段と、該集光点位置調整手段と該加工送り手段および表示手段に制御信号を出力する制御手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該制御手段は、該加工送り手段を作動して該チャックテーブルに保持された被加工物をＸ軸方向に移動しつつ該高さ位置検出手段を作動して被加工物の高さ位置を計測して得た高さ計測値と該Ｘ軸方向位置検出手段からの検出信号に基づくＸ座標とを記憶する記憶手段を具備しており、該加工送り手段を作動して該チャックテーブルに保持された被加工物をX軸方向に移動しつつ該記憶手段に記憶されたＸ座標に対応する高さ計測値に基づいて該集光点位置調整手段を制御するとともにＸ座標に対応する高さ位置の基準高さ位置に対する変位量をＸ座標と対応して表示手段に表示して、該表示手段に表示するＸ座標と対応した該変位量のブレ幅が許容範囲であれば該レーザー光線照射手段の作動を可とし、Ｘ座標と対応した該変位量のブレ幅が許容範囲外である場合には該レーザー光線照射手段の作動を不可とする、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

上制御手段は、加工送り手段と高さ位置検出手段および該集光点位置調整手段を作動しつつ、記憶手段に記憶されたＸ座標と対応した変位量におけるＸ座標と、チャックテーブルのＸ座標との間にズレを生じさせて変位量のブレ幅が許容範囲になるように調整し、変位量のブレ幅が許容範囲内になったときのＸ座標のズレ量を補正値として決定する。

本発明によるレーザー加工装置においては、制御手段は、加工送り手段を作動してチャックテーブルに保持された被加工物をＸ軸方向に移動しつつ高さ位置検出手段を作動して被加工物の高さ位置を計測して得た高さ計測値とＸ軸方向位置検出手段からの検出信号に基づくＸ座標とを記憶する記憶手段を具備しており、加工送り手段を作動してチャックテーブルに保持された被加工物をＸ軸方向に移動しつつ記憶手段に記憶されたＸ座標に対応する高さ計測値に基づいて集光点位置調整手段を制御するとともにＸ座標に対応する高さ位置の基準高さ位置に対する変位量をＸ座標と対応して表示手段に表示して、表示手段に表示するＸ座標と対応した変位量のブレ幅が許容範囲であれば該レーザー光線照射手段の作動を可とし、Ｘ座標と対応した変位量のブレ幅が許容範囲外である場合にはレーザー光線照射手段の作動を不可とするので、チャックテーブルに保持された被加工物の上面高さ位置情報に追随して集光点位置調整手段が作動しているか否かを確認することができるため、適正な位置にレーザー光線の集光点を位置付けることができ加工精度を向上させることができる。

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に示すレーザー加工装置に装備される位置検出兼レーザー照射ユニットを構成する位置検出装置およびレーザー光線照射手段のブロック構成図。 図1に示すレーザー加工装置に装備される制御手段のブロック構成図。 被加工物としての半導体ウエーハの斜視図。 図４に示す半導体ウエーハを環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着された状態を示す斜視図。 図４に示す半導体ウエーハが図１に示すレーザー加工装置の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座標位置との関係を示す説明図。 図１に示すレーザー加工装置に装備された高さ位置検出手段によって実施される高さ位置検出工程の説明図。 図１に示すレーザー加工装置に装備された高さ位置検出手段によって実施された高さ位置検出工程で作成された高さ位置変位マップ。 図１に示すレーザー加工装置によって実施された集光点位置調整手段の作動確認工程の説明図。 図９に示す集光点位置調整手段の作動確認工程において被加工物からの反射光を受光した受光素子が出力するX座標に対応する電圧値を示す説明図。 図１に示すレーザー加工装置によって実施する改質層形成工程の説明図。

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な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１には、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の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、該静止基台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チャックテーブル機構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、該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位置検出兼レーザー照射ユニット５とを具備している。

上記チャックテーブル機構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、該案内レール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、該第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、該第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、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。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を具備しており、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せしめられる。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Y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チャックテーブル機構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を具備している。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軸方向に移動せしめられる。

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X軸方向位置を検出するためのX軸方向位置検出手段３７４を備えている。X軸方向位置検出手段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X軸方向位置検出手段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ことによりチャックテーブル３６のX軸方向位置を求める。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チャックテーブル機構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を具備している。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軸方向に移動せしめられる。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、チャックテーブル３６のY軸方向位置を検出するためのY軸方向位置検出手段３８４を備えている。このY軸方向位置検出手段３８４は、チャックテーブル３６が配設された第２の滑動ブロック３３のY軸方向位置を検出する。図示の実施形態におけるY軸方向位置検出手段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Y軸方向位置検出手段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ことによりチャックテーブル３６のY軸方向位置を求める。なお、上記Y軸方向位置検出手段３８４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を具備している。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を具備している。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軸方向に移動せしめられる。

図示の実施形態のおける位置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を具備しており、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に保持された被加工物の高さ位置を検出する高さ位置検出手段およびチャックテーブル３６に保持された被加工物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。この高さ位置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２には、干渉式高さ位置検出手段の一例が示されている。図示の実施形態における高さ位置検出手段６は、所定の波長領域を有する光を発する発光源６１と、該発光源６１からの光を第１の経路６aに導くとともに該第１の経路６aを逆行する反射光を第２の経路6ｂに導く第１の光分岐手段６２と、第１の経路６aに導かれた光を平行光に形成するコリメーションレンズ６３と、該コリメーションレンズ６３によって平行光に形成された光を第３の経路６cと第４の経路６ｄに分ける第２の光分岐手段６４とを具備している。

発光源６１は、例えば波長が８２０〜８７０nm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の光分岐手段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の光分岐手段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、上記発光源６１から第１の光分岐手段６２までの経路および第１の経路６aは、光ファイバーによって構成されている。

上記第３の経路６cには、第３の経路６cに導かれた光をチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに導く対物集光レンズ６５と、該対物集光レンズ６５と上記第２の光分岐手段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の光分岐手段６４から第３の経路６cに導かれた平行光を集光し対物集光レンズ６５内に集光点を位置付けて対物集光レンズ６５からの光を擬似平行光に生成する。このように対物集光レンズ６５と第２の光分岐手段６４との間に集光レンズ６６を配設して対物集光レンズ６５からの光を擬似平行光に生成することにより、チャックテーブル３６に保持された被加工物Wで反射した反射光が対物集光レンズ６５と集光レンズ６６と第２の光分岐手段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の経路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、対物集光レンズ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）に移動せしめられるようになっている。この集光点位置調整手段６５０は、後述する制御手段によって制御される。

上記第４の経路６ｄには、第４の経路６ｄに導かれた平行光を反射して第４の経路６ｄに反射光を逆行せしめる反射ミラー６７が配設されている。この反射ミラー６７は、図示の実施形態においては上記対物集光レンズ６５のレンズケース６５１に装着されている。

上記第２の経路６ｂには、コリメーションレンズ６８と回折格子６９と集光レンズ７０およびラインイメージセンサー７１が配設されている。コリメーションレンズ６８は、反射ミラー６７によって反射し第４の経路６ｄと第２の光分岐手段６４とコリメーションレンズ６３および第１の経路６aを逆行して第１の光分岐手段６２から第２の経路６bに導かれた反射光と、チャックテーブル３６に保持された被加工物Wで反射し対物集光レンズ６５と集光レンズ６６と第２の光分岐手段６４とコリメーションレンズ６３および第１の経路６aを逆行して第１の光分岐手段６２から第２の経路６ｂに導かれた反射光を平行光に形成する。上記回折格子６９は、コリメーションレンズ６８によって平行光に形成された上記両反射光の干渉を回折し、各波長に対応する回折信号を集光レンズ７０を介してラインイメージセンサー７１に送る。上記ラインイメージセンサー７１は、回折格子６９によって回折した反射光の各波長における光強度を検出し、検出信号を後述する制御手段に送る。

後述する制御手段は、ラインイメージセンサー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波形解析を実行し、第３の経路６cにおけるチャックテーブル３６に保持された被加工物Wまでの光路長と第４の経路６dにおける反射ミラー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に保持された被加工物Wの上面までの距離、即ち被加工物Wの上面高さ位置を求める。なお、分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて実行するフーリエ変換理論に基づく波形解析については、例えば特開２０１１−１２２８９４号公報に記載されており、詳細な説明は省略する。

図２に基づいて説明を続けると、位置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（図１参照）に配設されたレーザー光線照射手段８は、パルスレーザー光線発振手段８１と、該パルスレーザー光線発振手段８１から発振されたパルスレーザー光線を上記対物集光レンズ６５に向けて方向変換するダイクロイックミラー８２を具備している。パルスレーザー光線発振手段８１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８１１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段８１２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８２は、上記集光レンズ６６と対物集光レンズ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８１から発振された例えば波長が１０６４nmのパルスレーザー光線を対物集光レンズ６５に向けて方向変換する。従って、パルスレーザー光線発振手段８１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８２によって９０度方向変換されて対物集光レンズ６５に入光し、対物集光レンズ６５によって集光されてチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射される。従って、対物集光レンズ６５は、レーザー光線照射手段８を構成する対物集光レンズとしての機能を有する。

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集光点位置付け手段５３を具備している。集光点位置付け手段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（図示せず）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、上記位置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軸方向に移動せしめる。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位置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位置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。

図示の実施形態における位置検出兼レーザー光線照射ユニット５は、位置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の集光点位置調整方向（Z軸方向）位置を検出するためのZ軸方向位置検出手段５４を具備している。Z軸方向位置検出手段５４は、上記案内レール４２３、４２３と平行に配設されたリニアスケール５４aと、上記ユニットホルダ５１に取り付けられユニットホルダ５１とともにリニアスケール５４aに沿って移動する読み取りヘッド５４bとからなっている。このZ軸方向位置検出手段５４の読み取りヘッド５４bは、図示の実施形態においては０．1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。

上記位置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８５が配設されている。この撮像手段８５は、可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物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制御手段に送る。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、図３に示す制御手段９を具備している。制御手段９はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）９１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）９２と、後述する制御マップや被加工物の設計値のデータや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）９３と、カウンター９４と、入力インターフェース９５および出力インターフェース９６とを備えている。このように構成された制御手段９の入力インターフェース９５には、上記X軸方向位置検出手段３７４、Y軸方向位置検出手段３８４、Z軸方向位置検出手段５４、高さ位置検出手段６のラインイメージセンサー７１、撮像手段８５、入力手段９０等からの検出信号が入力される。そして、制御手段９の出力インターフェース９６からは、上記パルスモータ３７２、パルスモータ３８２、パルスモータ４３２、パルスモータ５３２、集光点位置調整手段６５０、レーザー光線照射手段８のパルスレーザー光線発振器８１１および繰り返し周波数設定手段８１２、表示手段９００等に制御信号を出力する。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図４には、被加工物としての半導体ウエーハ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、例えば厚みが２００μmのシリコンウエーハからなっており、表面１０ａには格子状に形成された複数の分割予定ライン１０１によって区画された複数の領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１０２が形成されている。このように形成された半導体ウエーハ１０は、図５に示すように環状のフレームFに装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなる例えば厚みが１００μmの保護テープTに表面１０ａ側を貼着する（保護テープ貼着工程）。従って、半導体ウエーハ１０は、裏面１０bが上側となる。

上述したレーザー加工装置を用い、上記半導体ウエーハ１０の分割予定ライン１０１に沿ってレーザー光線を照射し、半導体ウエーハ１０の内部に分割予定ライン１０１に沿って改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の内部に改質層を形成する際に、半導体ウエーハの厚さにバラツキがあると、所定の深さに均一に改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、上述した高さ位置検出手段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の上面高さ位置を計測する。

チャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０の上面高さ位置を計測するには、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の保護テープT 側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、保護テープTを介して半導体ウエーハ１０をチャックテーブル３６上に吸引保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル３６上に保護テープTを介して保持された半導体ウエーハ１０は、裏面１０bが上側となる。このようにして、ウエーハ保持工程を実施したならば、加工送り手段３７を作動して半導体ウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３６を撮像手段８５の直下に位置付ける。

チャックテーブル３６が撮像手段８５の直下に位置付けられると、撮像手段８５および制御手段９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８５および制御手段９は、半導体ウエーハ１０の所定方向に形成されている分割予定ライン１０１と、該分割予定ライン１０１に沿って半導体ウエーハ１０の位置検出兼レーザー照射ユニット５を構成する高さ位置検出手段６の対物集光レンズ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分割予定ライン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の分割予定ライン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８５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から透かして分割予定ライン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６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６の（ｂ）はチャックテーブル３６即ち分割予定ラインを図６の（ａ）に示す状態から９０度回転した状態を示している。

なお、図６の（ａ）および図６の（ｂ）に示す座標位置に位置付けられた状態における光デバイスウエーハ１０に形成された各分割予定ライン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９のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３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６の（ａ）において最上位のストリート１０１を位置検出兼レーザー照射ユニット５を構成する高さ位置検出手段６の対物レンズ６５の直下に位置付ける。そして、更に図７示すように半導体ウエーハ１０のストリート１０１の一端（図７において左端）である送り開始位置座標値(A1)（図６の（ａ）参照）を対物レンズ６５の直下に位置付ける。そして、高さ位置検出手段６を作動するとともに、チャックテーブル３６を図７において矢印Ｘ１で示す方向に所定の送り速度（例えば、２００mm／秒）で移動し、X軸方向位置検出手段３７４からの検出信号に基づいて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６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が高さ位置検出手段６によって上述したように計測される。この計測された高さ位置は、上記制御手段９のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納される。そして、制御手段９は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納された図６の（ａ）において最上位のストリート１０１における開始位置座標値(A1)から送り終了位置座標値(B1)までの高さ位置の基準高さ位置に対する変位量を求め、図８に示す高さ位置変位マップを作成しランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納する。この高さ位置検出工程を半導体ウエーハ１０に形成された全てのストリート１０１に沿って実施し、上記高さ位置変位マップを作成してランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納する。

上述した高さ位置検出工程を実施したならば、計測された半導体ウエーハ１０の高さ位置の基準高さ位置に対する変位量を求めた高さ位置変位マップに従って、上記集光点位置調整手段６５０が追随して作動するか否かを確認する集光点位置調整手段の作動確認工程を実施する。この集光点位置調整手段の作動確認工程は、上記高さ位置変位マップを作成する際における、制御手段９に入力されたX軸方向位置検出手段３７４からの検出信号と高さ位置検出手段６からの高さ位置信号が信号伝達経路等の関係で必ずしも同時刻に検出された信号でない場合があり、この信号のズレを確認するとともに、集光点位置調整手段６５０の応答遅れを確認するために実施する。

集光点位置調整手段６５０の作動確認工程は、先ず、高さ位置検出工程が実施された半導体ウエーハ１０を保持したチャックテーブル３６を移動して例えば図６の（ａ）において最上位のストリート１０１を位置検出兼レーザー照射ユニット５を構成する高さ位置検出手段６の対物レンズ６５の直下に位置付ける。そして、更に図９に示すように半導体ウエーハ１０のストリート１０１の一端（図９において左端）である送り開始位置座標値(A1)（図６の（ａ）参照）を対物レンズ６５の直下に位置付ける。そして、制御手段９は、集光点位置付け手段５３を作動して対物レンズ６５の集光点位置を基準高さ位置に位置付ける。次に、制御手段９は、加工送り手段３７を作動してチャックテーブル３６を図９において矢印Ｘ１で示す方向に所定の送り速度（例えば、２００mm／秒）で移動しつつ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納された高さ位置変位マップのX座標における基準高さ位置に対する変位量に対応して集光点位置調整手段６５０を制御するとともに、高さ位置検出手段６を作動して高さ位置検出手段６が検出する高さ情報をX軸方向位置検出手段３７４からの検出信号に基づくX座標と対応して求める。そして、制御手段９はX座標に対応する高さ位置の基準高さ位置に対する変位量を求め、図１０の(a)または(b)に示すように表示手段９００に表示する。

上述した集光点位置調整手段の作動確認工程において表示手段９００に表示されたX座標に対応する高さ位置の基準高さ位置に対する変位量は、高さ位置変位マップが制御手段９に入力されたX軸方向位置検出手段３７４からの検出信号と高さ位置検出手段６からの高さ位置信号が同時刻に検出された信号に基づいて作成され、且つ、集光点位置調整手段６５０の作動遅れがない場合には、集光点位置調整手段６５０の作動が半導体ウエーハ１０の高さ位置に適正に追随して図１０の(a)に示すようにX軸に沿って略直線となる。一方、高さ位置変位マップが制御手段９に入力されたX軸方向位置検出手段３７４からの検出信号と高さ位置検出手段６からの高さ位置信号が時間的にズレた信号に基づいて作成されたものであり、または、集光点位置調整手段６５０の作動遅れがある場合には、集光点位置調整手段６５０の作動が半導体ウエーハ１０の高さ位置に適正に追随せず、図１０の(b)に示すようにX座標に対応する高さ位置の基準高さ位置に対する変位量が大きくブレル。このX座標に対応する高さ位置の基準高さ位置に対する変位量のブレ幅が許容範囲であれば、制御手段９は高さ位置変位マップに基づく制御は適正であると判断して表示手段９００に適正表示をする。一方、X座標に対応する高さ位置の基準高さ位置に対する変位量のブレ幅が許容範囲外である場合には、制御手段９は高さ位置変位マップおよび／または集光点位置調整手段６５０の応答性は適正でないと判断して表示手段９００に不可表示をする。

上述したように表示手段９００に不可表示されたらオペレータは、上記X座標に対応する高さ位置の基準高さ位置に対する変位量のブレ幅に対応する補正値を求め補正値検出工程を実施する。即ち、オペレータが入力手段９０から補正値検出指示信号を入力すると、制御手段9は、上記作動確認工程と同様に加工送り手段３７、高さ位置検出手段６、集光点位置調整手段６５０を作動しつつ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納された高さ位置変位マップにおけるX座標と、チャックテーブルのX座標との間にズレを生じさせて高さ位置の基準高さ位置に対する変位量のブレ幅が許容範囲になるように調整していく。そして、制御手段9は、高さ位置の基準高さ位置に対する変位量のブレ幅が許容範囲内になったときのX座標のズレ量(xμm)を補正値として決定し、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納するとともに、表示手段９００に表示する。

以上のようにして集光点位置調整手段の作動確認工程および補正値検出工程を実施したならば、半導体ウエーハ１０の内部に分割予定ライン１０１に沿って改質層を形成する改質層形成工程を実施する。
この改質層形成工程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６の（ａ）において最上位の分割予定ライン１０１を対物集光レンズ６５の直下に位置付ける。そして、更に図１１の（ａ）で示すように分割予定ライン１０１の一端（図１１の（ａ）において左端）である送り開始位置座標値(A1)（図６の（ａ）参照）を対物集光レンズ６５の直下に位置付ける。そして、レーザー光線照射手段８を構成する対物集光レンズ６５から照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを分割予定ライン１０１の裏面１０b(上面)から所定の深さ位置に位置付ける。次に、レーザー光線照射手段８を作動し、対物レンズ６５から半導体ウエーハ１０に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６を矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度（例えば、２００mm／秒）で移動せしめる（改質層形成工程）。そして、図１１の(b)で示すように対物集光レンズ６５の照射位置が分割予定ライン１０１の他端（図１１の(b)において右端）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。この改質層形成工程においては、制御手段９はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納された半導体ウエーハ１０の分割予定ライン１０１における高さ位置変位マップに基いて、集光点位置調整手段６５０を制御し、対物集光レンズ６５をZ軸方向（集光点位置調整方向）に移動して図１１の(b)で示すように半導体ウエーハ１０の分割予定ライン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せしめる。このとき、上記補正値検出工程に求めたズレ量(xμm)（補正値）が設定されている場合には、X軸方向位置検出手段３７４からの検出信号をズレ量(xμm)（補正値）によって補正した値をチャックテーブルのX座標とする。この結果、光デバイスウエーハ１０の内部には、図１１の(b)で示すように裏面１０b(上面)から所定の深さ位置に裏面１０b(上面)と平行に改質層１１０が形成される。

上記改質層形成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。
光源 ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４レーザー
波長 ：１０６４ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
平均出力 ：０．５Ｗ
パルス幅 ：１２０ns
集光スポット径 ：φ１μｍ
加工送り速度 ：２００mm／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分割予定ライン１０１に沿って上記改質層形成工程を実行したならば、チャックテーブル３６を９０度回動せしめて、上記所定方向に対して直交する方向に延びる各分割予定ライン１０１に沿って上記改質層形成工程を実行する。このようにして、半導体ウエーハ１０に形成された全ての分割予定ライン１０１に沿って上改質層形成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。

以上のように、図示の実施形態におけるレーザー加工装置１においては、制御手段９は、加工送り手段３７を作動してチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０をX軸方向に移動しつつ高さ位置検出手段６を作動して半導体ウエーハ１０の高さ位置を計測して得た高さ計測値とX軸方向位置検出手段３７４からの検出信号に基づくX座標とを記憶する記憶手段としてのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３を具備しており、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に記憶されている高さ位置変位マップに従って加工送り手段３７を作動してチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０をX座標に沿って移動しつつX座標に対応する高さ計測値に基づいて集光点位置調整手段６５０を制御してX座標における高さ位置検出手段６が検出する高さ情報を表示手段９００に表示することで、チャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０の上面高さ位置情報に追随して集光点位置調整手段６５０が作動しているか否かを確認することができるため、適正な位置にレーザー光線の集光点を位置付けることができ加工精度を向上させることができる。

以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。例えば、上述した実施形態においては高さ位置検出手段として干渉式の高さ位置検出手段を例示して説明したが、高さ位置検出手段としては共焦点光学系検出手段、非焦点収差検出手段、レーザー変位系(三角法)検出手段等を用いることができる。

１：レーザー加工装置
２：静止基台
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
３７４：X軸方向位置検出手段
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：位置検出兼レーザー照射ユニット
６：高さ位置検出手段
６１：発光源
６２：第１の光分岐手段
６３：コリメーションレンズ
６４：第２の光分岐手段
６５：対物集光レンズ
６５０：集光点位置調整手段
６６：集光レンズ
６７：反射ミラー
６８：コリメーションレンズ
６９：回折格子
７０：集光レンズ
７１：ラインイメージセンサー
８：レーザー光線照射手段
８１：パルスレーザー光線発振手段
８２：ダイクロイックミラー
９：制御手段
１０：半導体ウエーハ

Claims (2)

1. 被加工物を保持する保持面を有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被加工物にレーザー光線を集光して照射する対物集光レンズを備えたレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の上面高さ位置を検出する高さ位置検出手段と、該対物集光レンズを該チャックテーブルの保持面に対して垂直な方向（Ｚ軸方向）に移動せしめる集光点位置調整手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを加工送り方向（Ｘ軸方向）に相対的に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルのＸ軸方向位置を検出するためのＸ軸方向位置検出手段と、該集光点位置調整手段と該加工送り手段および表示手段に制御信号を出力する制御手段と、を具備するレーザー加工装置において、
   該制御手段は、該加工送り手段を作動して該チャックテーブルに保持された被加工物をＸ軸方向に移動しつつ該高さ位置検出手段を作動して被加工物の高さ位置を計測して得た高さ計測値と該Ｘ軸方向位置検出手段からの検出信号に基づくＸ座標とを記憶する記憶手段を具備しており、該加工送り手段を作動して該チャックテーブルに保持された被加工物をＸ軸方向に移動しつつ該記憶手段に記憶されたＸ座標に対応する高さ計測値に基づいて該集光点位置調整手段を制御するとともにＸ座標に対応する高さ位置の基準高さ位置に対する変位量をＸ座標と対応して表示手段に表示して、該表示手段に表示するＸ座標と対応した該変位量のブレ幅が許容範囲であれば該レーザー光線照射手段の作動を可とし、Ｘ座標と対応した該変位量のブレ幅が許容範囲外である場合には該レーザー光線照射手段の作動を不可とする、
   ことを特徴とするレーザー加工装置。
2. 該制御手段は、該加工送り手段と該高さ位置検出手段および該集光点位置調整手段を作動しつつ、該記憶手段に記憶されたX座標と対応した該変位量におけるＸ座標と、該チャックテーブルのＸ座標との間にズレを生じさせて該変位量のブレ幅が許容範囲になるように調整し、該変位量のブレ幅が許容範囲内になったときのＸ座標のズレ量を補正値として決定する、請求項１記載のレーザー加工装置。

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