JP6328507B2 - レーザー加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物にレーザー加工を施すレーザー加工装置、更に詳しくはレーザー光線を集光して被加工物に照射する集光器の集光レンズとして像側テレセントリック対物レンズ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形成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、半導体ウエーハを分割予定ラインに沿って分割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。

半導体ウエーハ等のウエーハを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波長のパルスレーザー光線を内部に集光点を位置付けて分割予定ラインに沿って照射し、ウエーハの内部に分割予定ラインに沿って破断の起点となる変質層を連続的に形成し、この破断起点となる変質層が形成され強度が低下せしめられた分割予定ラインに沿って外力を加えることにより、ウエーハを分割予定ラインに沿って分割する方法が提案されている。

また、半導体ウエーハ等のウエーハを分割予定ラインに沿って分割する方法として、ウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を分割予定ラインに沿って照射してアブレーション加工することにより破断の起点となるレーザー加工溝を形成し、この破断の起点となるレーザー加工溝が形成された分割予定ラインに沿って外力を付与することにより割断する方法が提案されている。

上述したレーザー加工を施すレーザー加工装置は、被加工物を保持する保持面を備えた被加工物保持手段と、該被加工物保持手段の保持面に保持された被加工物にレーザー光線を照射する集光器を備えたレーザー光線照射手段と、被加工物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方向（X軸方向）に加工送りする加工送り手段と、被加工物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方向（X軸方向）と直交する割り出し送り方向（Y軸方向）に割り出し送りする割り出し送り手段と、を具備している。

また、レーザー光線照射手段の集光器を構成する集光レンズとして像側テレセントリック対物レンズを用い、レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線をXY方向に方向変換するガルバノスキャナー等の光軸変換手段によって所定の照射位置になるように光軸を変換して像側テレセントリック対物レンズに導くように構成することにより、加工送り手段および割り出し送り手段を用いることなく、ウエーハの分割予定ラインに沿って高速でレーザー光線を照射したり、デバイスの電極に対応する領域に高速でレーザー光線を照射することができるレーザー加工装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−３３１７号公報

像側テレセントリック対物レンズは、像側テレセントリック対物レンズの焦点位置に位置付けられた光軸変換手段のミラーの揺動によって斜めに導かれたレーザー光線を像側テレセントリック対物レンズの中心軸に対して平行に即ち被加工物保持手段の保持面に対して垂直に照射することができ、被加工物保持手段の保持面に保持された被加工物を高精度に加工することができる。
しかるに、像側テレセントリック対物レンズに対して適正な位置に光軸変換手段のミラーが位置付けられていない場合、または経時的に像側テレセントリック対物レンズと光軸変換手段のミラーとの相対位置関係にズレが生じた場合、レーザー光線が被加工物保持手段の保持面に対して垂直に照射されないという問題がある。

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、像側テレセントリック対物レンズと光軸変換手段のミラーとを適正な位置関係に位置付け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に、本発明によれば、被加工物を保持する保持面を備えた被加工物保持手段と、該被加工物保持手段の保持面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と、該レーザー光線照射手段を制御する制御手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該レーザー光線照射手段は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光し該被加工物保持手段の保持面に保持された被加工物に照射する集光器とを具備し、
該集光器は、像側テレセントリック対物レンズと、該像側テレセントリック対物レンズにおける該被加工物保持手段と反対側の焦点位置に配設され該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線の光軸の方向を変換して該像側テレセントリック対物レンズに導く光軸変換手段とを備え、
該光軸変換手段は、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を反射するミラーと、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を該像側テレセントリック対物レンズの所要域に導くように該ミラーを揺動せしめるミラー作動手段と、該ミラーを該被加工物保持手段の保持面と平行な面内におけるX軸方向と該X軸方向と直交するY軸方向および該被加工物保持手段の保持面と垂直なZ軸方向に調整する３次元調整手段とから構成されており、
該制御手段は、該像側テレセントリック対物レンズの所要域に導かれたレーザー光線が該像側テレセントリック対物レンズを通過する際に、レーザー光線の光軸が該被加工物保持手段の保持面に対して垂直となるように該３次元調整手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

上記被加工物保持手段に保持された被加工物の加工状態を検出する３次元測定器と、被加工物保持手段を上記集光器と３次元測定器との直下に位置付ける位置付け手段とを備え、
該制御手段は、位置付け手段を作動して被加工物保持手段を集光器の直下に位置付け、上記レーザー光線照射手段を作動し被加工物保持手段に保持された被加工物の外周領域にレーザー光線を照射して複数の細孔を形成する細孔形成工程と、位置付け手段を作動して被加工物保持手段を３次元測定器の直下に位置付け、３次元測定器を作動して少なくとも３個の細孔の半径方向の断面形状を測定する断面形状測定工程と、少なくとも３個の細孔の断面形状に基づいて上記３次元調整手段を制御して上記ミラーを像側テレセントリック対物レンズの焦点位置に位置付けるミラー位置調整工程と、を実行する。

本発明によるレーザー加工装置においては、レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光し該被加工物保持手段の保持面に保持された被加工物に照射する集光器は、像側テレセントリック対物レンズと、該像側テレセントリック対物レンズにおける該被加工物保持手段と反対側の焦点位置に配設されレーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線の光軸の光軸の方向を変換して該像側テレセントリック対物レンズに導く光軸変換手段とを備え、該光軸変換手段は、レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を反射するミラーと、レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を該像側テレセントリック対物レンズの所要域に導くように該ミラーを揺動せしめるミラー作動手段と、該ミラーを被加工物保持手段の保持面と平行な面内におけるX軸方向と該X軸方向と直交するY軸方向および被加工物保持手段の保持面と垂直なZ軸方向に調整する３次元調整手段とから構成されており、制御手段は、像側テレセントリック対物レンズの所要域に導かれたレーザー光線が像側テレセントリック対物レンズを通過する際に、レーザー光線の光軸が被加工物保持手段の保持面に対して垂直となるように３次元調整手段を制御するので、光軸変換手段のミラーの適正反射位置を像側テレセントリック対物レンズにおけるチャックテーブルと反対側の焦点位置に確実に位置付けることができ、像側テレセントリック対物レンズによって集光されるレーザー光線を被加工物保持手段の保持面に対して垂直に照射することができる。

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に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段のブロック構成図。 図２に示すレーザー光線照射手段を構成する集光器の正面図。 図２に示すレーザー光線照射手段を構成する集光器の平面図。 図１に示すレーザー加工装置に装備される３次元測定器の構成部材を分解して示す斜視図。 図５に示す３次元測定器としての干渉式撮像機構の要部断面図。 図６に示す干渉式撮像機構を構成する集光手段および干渉光生成手段の説明図。 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。 ピエゾモータからなるアクチュエータに印加する電圧とピエゾモータの軸方向変位との関係を設定した制御マップ。 図１に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段によって実施する計測用細孔形成工程の説明図。 図１に示すレーザー加工装置に装備される３次元測定器としての干渉式撮像機構によって実施する断面形状測定工程の説明図。 図６に示す３次元測定器としての干渉式撮像機構によって生成された細孔の半径方向の断面形状および細孔を形成したときのレーザー光線の光軸の像側テレセントリック対物レンズの中心軸に対する傾斜度を示す説明図。 計測用ウエーハに形成された細孔の位置と、細孔を形成したときのレーザー光線の光軸の像側テレセントリック対物レンズの中心軸に対する傾斜度を示す説明図。

以下、本発明によ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、更に詳細に説明する。

図１には、本発明によ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は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示すＸ軸方向に移動可能に配設され被加工物を保持する被加工物保持機構３と、静止基台２上に配設されたレーザー光線照射手段としてのレーザー光線照射ユニット４とを具備している。

上記被加工物保持機構３は、静止基台２上に矢印Ｘで示す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X軸方向と直交する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カバーテーブル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板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被加工物保持機構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X軸方向送り手段３７を具備している。X軸方向送り手段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X軸方向位置を検出する。なお、上記X軸移動手段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X軸方向位置を検出することもできる。また、上記X軸移動手段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X軸方向位置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、X軸方向と直交する矢印Yで示す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被加工物保持機構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Y軸方向送り手段３８を具備している。Y軸方向送り手段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、上記第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は、上記第２の滑動ブロック３３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。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Y軸方向位置を検出する。なお、上記Y軸移動手段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Y軸方向位置を検出することもできる。また、上記Y軸移動手段３８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Y軸方向位置を検出することもできる。

なお、上述したX軸方向送り手段３７およびY軸方向送り手段３８は、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を後述する集光器と３次元測定器の直下に位置付ける位置付け手段として機能する。

上記レーザー光線照射ユニット４は、上記基台２上に配設された支持部材４１と、該支持部材４１によって支持され実質上水平に延出するケーシング４２と、該ケーシング４２に配設されたレーザー光線照射手段５と、ケーシング４２の前端部に配設されレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段６を具備している。なお、撮像手段６は、図示の実施形態において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。

上記レーザー光線照射手段５について、図２乃至図４を参照して説明する。
図示の実施形態におけるレーザー光線照射手段５は、図２に示すようにパルスレーザー光線発振手段５１と、該パルスレーザー光線発振手段５１によって発振されたパルスレーザー光線の出力を調整する出力調整手段５２と、該出力調整手段５２によって出力が調整されたパルスレーザー光線を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する集光器７を具備している。パルスレーザー光線発振手段５１は、ＹＡＧレーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器５１１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段５１２とから構成されている。出力調整手段５２は、パルスレーザー光線発振手段５１によって発振されたパルスレーザー光線LBの出力を調整する。

上記集光器７について、図３および図４を参照して説明する。図３には集光器７の正面図が示されており、図４には集光器の平面図が示されている。
図３および図４に示す集光器７は、像側テレセントリック対物レンズ７１と、該像側テレセントリック対物レンズ７１におけるチャックテーブル３６と反対側の焦点位置に配設され上記パルスレーザー光線発振手段５１から発振されたパルスレーザー光線LBの光軸の光軸の方向を変換して像側テレセントリック対物レンズ７１に導く光軸変換手段７２とを備えている。像側テレセントリック対物レンズ７１は、チャックテーブル３６に保持された被加工物である被加工物Wの直径に対応する直径を有し、光軸変換手段７２によって光軸の光軸の方向を変換されたレーザー光線を集光して像側テレセントリック対物レンズ７１の中心軸に対して平行に即ちチャックテーブル３６の保持面に対して垂直に被加工物Wに照射する。

光軸変換手段７２は、上記パルスレーザー光線発振手段５１１から発振され出力調整手段５２によって所定の出力に調整されたパルスレーザー光線LBを反射するミラー７２１と、該ミラー７２１を支持するミラー枠体７２２と、該ミラー７２１に入光したパルスレーザー光線LBをX軸方向およびY軸方向に揺動して像側テレセントリック対物レンズ７１に導くミラー作動手段７２３とからなっている。このミラー作動手段７２３は、ミラー７２１の中心位置を軸として回転する第１のミラー作動手段７２３aと、ミラー７２１の中心を通る支持軸を中心として揺動せしめる第２のミラー作動手段７２３bとによって構成されている。このように構成された光軸変換手段７２は、光軸変換支持部材７３に支持されている。この光軸変換支持部材７３は、Z軸方向支持部材７４にチャックテーブル３６の保持面に対して垂直な方向(Z軸方向)に移動可能に支持される。

上記Z軸方向支持部材７４は、Y軸方向に延びる水平部７４１と、該水平部７４１の上記パルスレーザー光線LBの入射側と反対側の端部からZ軸方向に延びる垂直部７４２とからなっており、垂直部７４２に上記光軸変換支持部材７３をZ軸方向に移動可能に支持するように構成されている。このZ軸方向支持部材７４には、光軸変換支持部材７３をZ軸方向に移動調整するためのZ軸方向移動手段７４３が配設されている。なお、Z軸方向移動手段７４３は、周知のボールスクリュー機構とボールスクリュー機構を駆動するパルスモータからなっており、光軸変換支持部材７３をZ軸方向支持部材７４の垂直部７４２に沿ってZ軸方向に移動せしめる。なお、Z軸方向支持部材７４の水平部７４１における上記パルスレーザー光線LBの入射側の端部には、パルスレーザー光線LBの入射位置にZ軸方向固定ミラー７４４が配設されている。このZ軸方向固定ミラー７４４は、入射したパルスレーザー光線LBをZ軸方向上方に反射する。

上記光軸変換支持部材７３は、上記Z軸方向支持部材７４の垂直部７４２にZ軸方向に移動可能に支持される被支持部７３１と、該被支持部７３１からそれぞれ上記パルスレーザー光線LBの入射側に延びる第１のミラー支持部７３２および第２のミラー支持部７３３とからなっている。第１のミラー支持部７３２には、上記Z軸方向固定ミラー７４４と対向してZ軸方向調整ミラー７３４が配設されている。また、第２のミラー支持部７３３には、上記Z軸方向調整ミラー７３４によって反射されたパルスレーザー光線LBを入射する後述するX軸方向固定ミラーと対向して配置されるX軸方向調整ミラー７３５が配設されている。

図示の実施形態における集光器７は、上記光軸変換支持部材７３を支持するZ軸方向支持部材７４をX軸方向に移動せしめるX軸方向移動部材７５を具備している。このX軸方向移動部材７５は、Z軸方向支持部材７４の垂直部７４２を支持する支持部７５１と、支持部７５１から上記パルスレーザー光線LBの入射側に延びるミラー支持部７５２とからなっており、該ミラー支持部７５２に上記Z軸方向調整ミラー７３４とX軸方向調整ミラー７３５に互いに対向するX軸方向固定ミラー７５３が配設されている。図示の実施形態における集光器７は、X軸方向移動部材７５をX軸方向に移動調整するためのX軸方向移動手段７５４を具備している。このX軸方向移動手段７５４は、上記Z軸方向移動手段７４３と同様に周知のボールスクリュー機構とボールスクリュー機構を駆動するパルスモータからなっており、X軸方向移動部材７５をX軸方向に移動せしめる。

図示の実施形態における集光器７は、上記光軸変換支持部材７３を支持するZ軸方向支持部材７４をY軸方向に移動せしめるY軸方向移動部材７６を具備している。このY軸方向移動部材７６は、Z軸方向支持部材７４の垂直部７４２およびX軸方向移動部材７５を支持するように構成されている。図示の実施形態における集光器７は、Y軸方向移動部材７６をY軸方向に移動調整するためのY軸方向移動手段７６１を具備している。このY軸方向移動手段７６１は、上記Z軸方向移動手段７４３およびX軸方向移動手段７５４と同様に周知のボールスクリュー機構とボールスクリュー機構を駆動するパルスモータからなっており、Y軸方向移動部材７６をY軸方向に移動せしめる。

図示の実施形態における集光器７は以上のように構成され、上記光軸変換手段７２が配設された光軸変換支持部材７３を支持するZ軸方向支持部材７４をX軸方向に移動せしめるX軸方向移動手段７５４と、Z軸方向支持部材７４およびX軸方向移動部材７５を支持するY軸方向移動部材７６をY軸方向に移動せしめるY軸方向移動手段７６１、およびZ軸方向支持部材７４をZ軸方向に移動せしめるZ軸方向移動手段７４３は、光軸変換手段７２のミラー７２１をX方向とY軸方向およびZ軸方向に調整する３次元調整手段として機能する。従って、３次元調整手段を構成するX軸方向移動手段７５４とY軸方向移動手段７６１およびZ軸方向移動手段７４３を制御することにより、光軸変換手段７２のミラー７２１の適正反射位置を像側テレセントリック対物レンズ７１におけるチャックテーブル３６と反対側の焦点位置に位置付けることができる。なお、３次元調整手段を構成するX軸方向移動手段７５４とY軸方向移動手段７６１およびZ軸方向移動手段７４３は、後述する制御手段によって制御される。

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には、チャックテーブル３６に保持された被加工物に加工が施された加工状態を検出するための３次元測定器８が配設されている。３次元測定器８は、上記機体ケーシング４２に配設されたX軸方向とY軸方向およびZ軸方向において３次元でチャックテーブル３６に保持された被加工物を撮像し、撮像した画像信号を出力する干渉式撮像機構８０を具備している。干渉式撮像機構８０は、機体ケーシング４２に配設された第１のZ軸方向調整手段９によってZ軸方向に移動可能に支持されている。干渉式撮像機構８０および第１のZ軸方向調整手段９について、図５乃至図７を参照して説明する。

図５乃至図７に示す干渉式撮像機構８０は、所謂ミラウ型干渉式撮像機構で、図６に詳細に示すように機構ハウジング８１と、該機構ハウジング８１の上部に配設された撮像素子手段８２と、機構ハウジング８１の下部に配設されチャックテーブル３６の保持面（上面）に対向する集光手段８３と、該集光手段８３を通してチャックテーブル３６の保持面に保持された被加工物に光を照射する光照射手段８４を具備している。撮像素子手段８２は、複数の画素がX軸方向とY軸方向に配列されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に出力する。

干渉式撮像機構８０を構成する集光手段８３は、集光ケース８３１と、該集光ケース８３１内に配設された対物レンズ８３２とからなっている。対物レンズ８３２は、図７に示すように後述する光照射手段８４からの光を集光点P（撮像位置）に集光する。なお、図示の実施形態においては、集光点Pの集光スポットはφ１００μmに設定されている。このように構成された集光手段８３の集光ケース８３１には、チャックテーブル３６の保持面に保持された被加工物で反射した戻り光と干渉光を生成する干渉光生成手段８５が配設されている。干渉光生成手段８５は、該対物レンズ８３２からチャックテーブル３６側に配設されたガラスプレート８５１と、該ガラスプレート８５１からチャックテーブル３６側に配設された第１のビームスプリッター８５２とからなっている。ガラスプレート８５１は、中央に径が例えばφ０．５mmの微細なミラー８５１aを備えている。上記第１のビームスプリッター８５２は、光照射手段８４から照射され対物レンズ８３２によって集光された光を透過してチャックテーブル３６の保持面に保持された被加工物に照射するとともにガラスプレート８５１のミラー８５１aに向けて光を反射する。このように構成された集光手段８３および干渉光生成手段８５は、集光点P（撮像位置）で反射した戻り光と第１のビームスプリッター８５２で反射した光がガラスプレート８５１において干渉したとき光強度の高い干渉光を生成し、上記撮像素子手段８２に向けて導く。

上記対物レンズ８３２と干渉光生成手段８５が配設された集光手段８３の集光ケース８３１は、図６に示すように機構ハウジング８１の底壁８１１に設けられた装着穴８１１aを通してチャックテーブル３６の保持面（上面）に対して垂直な方向（図６において上下方向）に移動可能に配設されている。そして、図示の実施形態においては機構ハウジング８１の底壁８１１と集光ケース８３１の上端に設けられた鍔部８３１aとの間に集光器ケース８３１を図６において上下方向に移動するための第２のZ軸方向調整手段として機能するアクチュエータ８６が配設されている。アクチュエータ８６は、図示の実施形態においては印加する電圧値に対応して軸方向に延びる圧電素子によって構成されたピエゾモータからなっている。従って、ピエゾモータからなるアクチュエータ８６は、後述する制御手段によって制御され印加する電圧値に対応して集光ケース８３１を図６において上下方向（チャックテーブル３６の保持面に垂直な方向）に移動することができる。なお、アクチュエータ８６は、ピエゾモータのように応答性が速いボイスコイルモータを用いてもよい。

上記光照射手段８４は、機構ハウジング８１の側方への突出部８１２に配設されたLEDからなる光源８４１と、機構ハウジング８１において撮像素子手段８２と集光手段８３との間に配設され光源８４１からの光を集光手段８３に導くとともにチャックテーブル３６の保持面に保持された被加工物で反射した光を撮像素子手段８２に導く第２のビームスプリッター８４２とからなっている。

次に、上記第１のZ軸方向調整手段９について、図５を参照して説明する。
第１のZ軸方向調整手段９は、上記干渉式撮像機構８０の機構ハウジング８１を矢印Zで示すZ軸方向（チャックテーブル３６の保持面に垂直な方向）に移動可能に支持する支持ケース９１と、該支持ケース９１に支持された機構ハウジング８１を矢印Zで示すZ軸方向に移動せしめる作動手段９２とからなっている。支持ケース９１は、上壁９１１と底壁９１２と両側壁９１３、９１４および後壁（図示せず）とからなり、両側壁９１３、９１４が前側に突出して案内レール９１３a、９１３bを構成している。上記作動手段９２は、支持ケース９１の両側壁９１３、９１４の間に平行に配設され上壁９１１と底壁９１２に回転可能に支持された雄ネジロッド９２１と、上壁９１１に配設され雄ネジロッド９２１と伝動連結されたパルスモータ９２２等の駆動源を含んでいる。このように構成された作動手段９２の雄ネジロッド９２１に上記機構ハウジング８１の後壁に配設された雌ネジブロック８１３に形成された貫通雌ネジ穴８１３aが螺合される。従って、パルスモータ９２２によって雄ネジロッド９２１を正転および逆転駆動することにより、雌ネジブロック８１３が装着されている機構ハウジング８１は案内レール９１３a、９１３bに沿ってZ軸方向に移動せしめられる。

図示の実施形態における３次元測定器８は、上記第１のZ軸方向調整手段９によって移動せしめられる干渉式撮像機構８０のZ軸方向位置を検出するためのZ軸方向位置検出手段９０を具備している。Z軸方向位置検出手段９０は、上記案内レール９１３aに配設されたリニアスケール９０aと、上記干渉式撮像機構８０の機構ハウジング８１に取り付けられ機構ハウジング８１とともにリニアスケール９０aに沿って移動する読み取りヘッド９０bとからなっている。このように構成されたZ軸方向位置検出手段９０の読み取りヘッド９０b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。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、図８に示す制御手段１０を具備している。制御手段１０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）１０１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１０２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）１０３と、入力インターフェース１０４および出力インターフェース１０５とを備えている。制御手段１０の入力インターフェース１０４には、上記X軸方向位置検出手段３７４の読み取りヘッド３７４b、Y軸方向位置検出手段３８４の読み取りヘッド３８４b、撮像手段６、撮像素子手段８２、Z軸方向位置検出手段９０の読み取りヘッド９０b等からの検出信号が入力される。そして、制御手段１０の出力インターフェース１０５からは、上記X軸移動手段３７のパルスモータ３７２、Y軸移動手段３８のパルスモータ３８２、パルスレーザー光線発振手段５１、出力調整手段５２、第１のミラー作動手段７２３a、第２のミラー作動手段７２３b、Z軸方向移動手段７４３、X軸方向移動手段７５４、Y軸方向移動手段７６１、上記第１のZ軸方向調整手段９のパルスモータ９２２、第２のZ軸方向調整手段として機能するピエゾモータからなるアクチュエータ８６、光照射手段８４の光源８４１、表示手段やプリンター等の出力手段１１０等に制御信号を出力する。なお、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３は、上記ピエゾモータからなるアクチュエータ８６に印加する電圧とピエゾモータの軸方向変位との関係を設定した図９に示す制御マップを格納する制御マップ記憶領域１０３aと、干渉式撮像機構８０の干渉光生成手段８５で生成された強い光を捉えた撮像素子手段８２の画素のX軸方向およびY軸方向の座標を記憶するXY座標記憶領域１０３bと、干渉式撮像機構８０の干渉光生成手段８５で生成された強い光を捉えた撮像素子手段８２の画素のZ軸方向位置毎のXY座標を記憶するXYZ座標記憶領域１０３cと、後述する３次元データと光軸変換手段７２の３次元調整量との関係を設定した３次元調整データを記憶する調整データ記憶領域１０３dと、その他の記憶領域を備えている。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置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。
先ず、レーザー光線照射手段５の作動について図２乃至図４を参照して説明する。パルスレーザー光線発振手段５１から発振されたパルスレーザー光線LBは、出力調整手段５２によって所定の出力に調整されて集光器７を構成するZ軸方向固定ミラー７４４に導かれる。Z軸方向固定ミラー７４４に導かれたパルスレーザー光線LBは、Z軸方向調整ミラー７３４、X軸方向固定ミラー７５３、X軸方向調整ミラー７３５を介して光軸変換手段７２のミラー７２１に導かれる。光軸変換手段７２のミラー７２１に導かれたパルスレーザー光線LBは、第１のミラー作動手段７２３aおよび第２のミラー作動手段７２３bの作動に対応して像側テレセントリック対物レンズ７１に向けて反射せしめられ、該像側テレセントリック対物レンズ７１によってそれぞれ集光されチャックテーブル３６に保持された被加工物である被加工物Wに照射される、

上述したようにチャックテーブル３６に保持された被加工物である被加工物Wに照射されるパルスレーザー光線LBは、光軸変換手段７２のミラー７２１の適正反射位置が像側テレセントリック対物レンズ７１におけるチャックテーブル３６と反対側の焦点位置に位置付けられていれば、像側テレセントリック対物レンズ７１の中心軸に対して平行に即ちチャックテーブル３６の保持面に対して垂直に照射され、チャックテーブル３６の保持面に保持された被加工物Wを高精度に加工することができる。しかるに、光軸変換手段７２のミラー７２１の適正反射位置が像側テレセントリック対物レンズ７１におけるチャックテーブル３６と反対側の焦点位置に位置付けられていない場合には、パルスレーザー光線LBは像側テレセントリック対物レンズ７１の中心軸に対して平行に即ちチャックテーブル３６の保持面に対して垂直に照射されず、チャックテーブル３６の保持面に保持された被加工物Wを高精度に加工することができない。

光軸変換手段７２のミラー７２１の適正反射位置が像側テレセントリック対物レンズ７１におけるチャックテーブル３６と反対側の焦点位置に位置付けられているか否かを確認するために、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、先ず被加工物の外周領域にレーザー光線を照射して複数の細孔を形成する細孔形成工程を実施する。この細孔形成工程を実施するには図１０に示すように被加工物としての計測用ウエーハ２０をチャックテーブル３６の保持面に載置し、図示しない吸引手段を作動することによりチャックテーブル３６上に計測用ウエーハ２０を吸引保持する。そして、位置付け手段としてのX軸方向送り手段３７およびY軸方向送り手段３８を作動して図１０に示すように計測用ウエーハ２０を吸引保持したチャックテーブル３６を集光器７の直下に位置付ける。次に、上述したようにレーザー光線照射手段５を作動し、集光器７を構成する像側テレセントリック対物レンズ７１を通してチャックテーブル３６に保持された計測用ウエーハ２０の外周領域にパルスレーザー光線を照射し複数の細孔２０１を形成する（計測用細孔形成工程）。

上述した細孔形成工程を実施したならば、計測用ウエーハ２０に形成された複数の細孔２０１の少なくとも３個の細孔２０１の半径方向の断面形状を測定する断面形状測定工程を実施する。この断面形状測定工程を実施するには、位置付け手段としてのX軸方向送り手段３７およびY軸方向送り手段３８を作動して図１１に示すように複数の細孔２０１が形成された計測用ウエーハ２０を吸引保持したチャックテーブル３６を３次元測定器８の直下に位置付ける。そして、選定された３個の細孔２０１−１（座標位置：x1,y1）、２０１−２（座標位置：x2、y2）、２０１−３（座標位置：x3,y3）を順次３次元測定器８の直下に位置付け、３次元測定器８を作動して３個の細孔２０１−１（座標位置：x1,y1）、２０１−２（座標位置：x2、y2）、２０１−３（座標位置：x3,y3）の半径方向の断面形状を測定する。

先ず、細孔２０１−１（座標位置：x1,y1）を３次元測定器８の直下に位置付ける。次に、第１のZ軸方向調整手段９を作動して干渉式撮像機構８０を所定の待機位置から下降させるとともに、第２のZ軸方向調整手段としてのピエゾモータからなるアクチュエータ８６に例えば６０Vの電圧を印加しピエゾモータからなるアクチュエータ８６を図９に示すように６０μm伸びた状態とする。この状態において干渉式撮像機構８０の集光手段８３から照射される光の集光点P（図７参照）がチャックテーブル３６に保持された計測用ウエーハ２０の表面（上面）付近となるようにセットする。

次に、制御手段１０は干渉式撮像機構８０を構成する撮像素子手段８２、光照射手段８４の光源８４１を作動するとともに、ピエゾモータからなるアクチュエータ８６に印加する電圧を６０Vから１Vずつ下げていく。この結果、図示の実施形態においては、図９に示すようにピエゾモータからなるアクチュエータ８６は電圧を１V下げる毎に1μm短縮するので、集光手段８３が1μmずつZ軸方向に下降する。このようにして集光手段８３が1μmずつ下降する毎に、撮像素子手段８２で受光した画像が制御手段１０に送られる。制御手段１０は撮像素子手段８２から送られた画像信号に基づいて、上述した光強度の高い干渉光を受光した画素のXY座標をZ軸方向位置毎（Z1、Z2、Z3・・・・）に求め、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３のXYZ座標記憶領域１０３cに格納する。なお、Z軸方向位置（Z1、Z2、Z3・・・・）は、Z軸方向位置検出手段９０の読み取りヘッド９０bからの検出信号またはピエゾモータからなるアクチュエータ８６に印加する電圧信号から求められる。そして、制御手段１０は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３に格納されたZ軸方向位置毎（Z1、Z2、Z3・・・・）の光強度の高い干渉光を受光した画素のXY座標に基づいて図１２の(a)に示すように細孔２０１−１（座標位置：x1,y1）の半径方向の断面形状を作成し、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３に格納するとともに出力手段１１０に出力する。また、制御手段１０は、図１２の(a)に示すように半径方向の断面形状に基づいて光軸の像側テレセントリック対物レンズ７１の中心軸に対する傾斜（図示の実施形態においては−２度）を求め、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３に格納するとともに出力手段１１０に出力する。

上述したように細孔２０１−１（座標位置：x1,y1）の半径方向の断面形状を計測したならば、細孔２０１−２（座標位置：x2、y2）を３次元測定器８の直下に位置付けて上述したように断面形状測定工程を実施し、図１２の(b)に示すように細孔２０１−２（座標位置：x2、y2）の半径方向の断面形状および光軸の像側テレセントリック対物レンズ７１の中心軸に対する傾斜（図示の実施形態においては＋６．５度）を求め、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３に格納するとともに出力手段１１０に出力する。次に、細孔２０１−３（座標位置：x3,y3）を３次元測定器８の直下に位置付けて上述したように断面形状測定工程を実施し、図１２の(ｃ)に示すように細孔２０１−３（座標位置：x3,y3）の半径方向の断面形状および光軸の像側テレセントリック対物レンズ７１の中心軸に対する傾斜（図示の実施形態においては−４．５度）を求め、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３に格納するとともに出力手段１１０に出力する。

図１３は、上記細孔２０１−１（座標位置：x1,y1）と細孔２０１−２（座標位置：x2、y2）および細孔２０１−３（座標位置：x3,y3）の位置と、細孔を形成したときのレーザー光線の光軸の像側テレセントリック対物レンズ７１の中心軸に対する傾斜度を示すものである。なお、制御手段１０のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３における調整データ記憶領域１０３dには、計測用ウエーハ２０の３個所に形成された細孔における半径方向の断面形状に基づいて計測されたレーザー光線の光軸の像側テレセントリック対物レンズ７１の中心軸に対する傾斜に関するパターンデータと、該各パターンデータに対応する３次元（X軸方向、Y軸方向、Z軸方向）調整量を規定した３次元調整データが格納されている。

上述したように細孔２０１−１（座標位置：x1,y1）と細孔２０１−２（座標位置：x2、y2）および細孔２０１−３（座標位置：x3,y3）の位置と、細孔を形成したときのレーザー光線の光軸の像側テレセントリック対物レンズ７１の中心軸に対する傾斜を求めたならが、制御手段１０は該３個の細孔を形成したレーザー光線の光軸の像側テレセントリック対物レンズ７１の中心軸に対する傾斜に関するパターンがランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３における調整データ記憶領域１０３dに格納されたパターンデータにおけるどのパターンと一致するかを検索する。そして、制御手段１０は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３における調整データ記憶領域１０３dに格納されたパターンデータから上記３個の細孔を形成したレーザー光線の光軸の像側テレセントリック対物レンズ７１の中心軸に対する傾斜に関するパターンと一致するパターンを求め、該パターンに対応する３次元調整データを求める。この求めた３次元調整データが例えば、X＝−１０μm、Y＝−５μm、Z＝−２μmであるならば、制御手段１０は、上記３次元調整手段を構成するX軸方向移動手段７５４を図１３において−方向に１０μm、Y軸方向移動手段７６１を図１３において−方向に５μm、Z軸方向移動手段７４３を下方に２μm移動するように制御することにより、光軸変換手段７２のミラー７２１の適正反射位置を像側テレセントリック対物レンズ７１におけるチャックテーブル３６と反対側の焦点位置に位置付けることができる。従って、像側テレセントリック対物レンズ７１によって集光されるパルスレーザー光線をチャックテーブル３６の保持面に対して垂直に照射することができる。

２：静止基台
３：被加工物保持機構
３６：チャックテーブル
３７：X軸方向送り手段
３８：Y軸方向送り手段
４：レーザー光線照射ユニット
５：レーザー光線照射手段
５１：パルスレーザー光線発振手段
５２：出力調整手段
６：撮像手段
７：集光器
７１：像側テレセントリック対物レンズ
７２：光軸変換手段
７３：光軸変換支持部材
７３４：Z軸方向調整ミラー
７３５：X軸方向調整ミラー
７４：Z軸方向支持部材
７４３：Z軸方向移動手段
７４４：Z軸方向固定ミラー
７５：X軸方向移動部材
７５３：X軸方向固定ミラー
７５４：X軸方向移動手段
７６：Y軸方向移動部材
７６１：Y軸方向移動手段
８：３次元測定器
８０：干渉式撮像機構
９：第１のZ軸方向調整手段
１０：制御手段
２０：計測用ウエーハ

Claims (2)

1. 被加工物を保持する保持面を備えた被加工物保持手段と、該被加工物保持手段の保持面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と、該レーザー光線照射手段を制御する制御手段と、を具備するレーザー加工装置において、
   該レーザー光線照射手段は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光し該被加工物保持手段の保持面に保持された被加工物に照射する集光器とを具備し、
   該集光器は、像側テレセントリック対物レンズと、該像側テレセントリック対物レンズにおける該被加工物保持手段と反対側の焦点位置に配設され該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線の光軸の方向を変換して該像側テレセントリック対物レンズに導く光軸変換手段とを備え、
   該光軸変換手段は、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を反射するミラーと、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を該像側テレセントリック対物レンズの所要域に導くように該ミラーを揺動せしめるミラー作動手段と、該ミラーを該被加工物保持手段の保持面と平行な面内におけるX軸方向と該X軸方向と直交するY軸方向および該被加工物保持手段の保持面と垂直なZ軸方向に調整する３次元調整手段とから構成されており、
   該制御手段は、該像側テレセントリック対物レンズの所要域に導かれたレーザー光線が該像側テレセントリック対物レンズを通過する際に、レーザー光線の光軸が該被加工物保持手段の保持面に対して垂直となるように該３次元調整手段を制御する、
   ことを特徴とするレーザー加工装置。
2. 該被加工物保持手段に保持された被加工物の加工状態を検出する３次元測定器と、該被加工物保持手段を該集光器と該３次元測定器との直下に位置付ける位置付け手段とを備え、
   該制御手段は、該位置付け手段を作動して該被加工物保持手段を該集光器の直下に位置付け、該レーザー光線照射手段を作動し該被加工物保持手段に保持された被加工物の外周領域にレーザー光線を照射して複数の細孔を形成する細孔形成工程と、該位置付け手段を作動して該被加工物保持手段を該３次元測定器の直下に位置付け、該３次元測定器を作動して少なくとも３個の細孔の半径方向の断面形状を測定する断面形状測定工程と、少なくとも３個の細孔の断面形状に基づいて該３次元調整手段を制御して該ミラーを該像側テレセントリック対物レンズの焦点位置に位置付けるミラー位置調整工程と、を実行する、請求項１記載のレーザー加工装置。