JP7450413B2 - レーザー加工装置およびレーザー加工装置の調整方法 - Google Patents

レーザー加工装置およびレーザー加工装置の調整方法 Download PDF

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Description

本発明は、レーザー加工装置およびレーザー加工装置の調整方法に関する。
半導体ウェーハのような被加工物を分割する方法として、被加工物の内部にレーザービームを照射して脆性領域となる改質層を形成し、外力を加えて個々のチップに分割する技術が知られている（特許文献１参照）。レーザービームを照射するレーザー加工装置では、レーザー発振器から発振されたレーザービームを様々な光学部品を用いて伝播し、集光レンズによって集光して被加工物へと照射している。しかしながら、レーザービームの光路上では様々な光学的歪みが生じる場合があり、この光学的な歪みに起因してレーザー加工装置間で加工結果が異なってしまう、いわゆる装置間機差が生じるという問題があった。
そこで、本出願人らがこの装置間機差の原因を調査したところ、集光レンズの個体差に起因している場合が多いことが分かってきた。このような装置間機差を解消するために、機差の主要因となる集光レンズを交換したり、波面センサを使用して加工点のスポット形状を補正する技術（特許文献２参照）を用いたりしている。
特許第３４０８８０５号公報 特願２０１９－２０７２７４号
ところが、装置間機差を解消するために個体差が小さい、すなわち類似の形状を有する集光レンズを選定する必要があり、費用がかかる上に、交換作業には工数がかかってしまうという課題がある。また、スポット形状を補正するために用いる波面センサは高額であるため、装置コストが高くなってしまうという課題も生じていた。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストかつ装置間機差を抑制することができるレーザー加工装置およびレーザー加工装置の調整方法を提供することである。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の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、該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニットと、該チャックテーブルと該レーザービーム照射ユニットとを相対的に移動させる移動ユニットと、を含み、該レーザービーム照射ユニットは、レーザー発振器と、該レーザー発振器から発振されたレーザービームを集光する集光レンズと、該レーザー発振器と該集光レンズとの間に配設される位相変調素子と、を備え、該位相変調素子に印加する電圧をマップ化したパターンを入力する入力ユニットと、各構成要素を制御し、該入力ユニットから入力された該パターンに応じた電圧を該位相変調素子に印加する制御部と、を更に有し、該パターンは、該集光レンズの実際の形状と設計値との差を補正して該集光レンズの固体差を抑制するための形状補正パターンを含むことを特徴とする。また、該パターンは、該形状補正パターンと、該レーザービームの加工点での形状および強度を含む光学的特性を調整するための調整パターンと、を足し合わせた合算パターンを含んでもよい。
また、本発明のレーザー加工装置の調整方法は、被加工物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被加工物にレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニットと、該チャックテーブルと該レーザービーム照射ユニットとを相対的に移動させる移動ユニットと、各構成要素を制御する制御部と、種々の情報を入力する入力ユニットと、を有し、該レーザービーム照射ユニットは、レーザー発振器と、該レーザー発振器から発振されたレーザービームを集光する集光レンズと、該レーザー発振器と該集光レンズとの間に配設される位相変調素子と、を備えたレーザー加工装置において、被加工物に照射されるレーザービームの集光状態を調整する調整方法であって、該位相変調素子に印加する電圧をマップ化したパターンを作成するパターン作成ステップと、該パターン作成ステップで作成したパターンを該入力ユニットから入力する入力ステップと、該入力ステップで入力されたパターンに応じた電圧を該位相変調素子に印加する電圧印加ステップと、該電圧印加ステップの後、該レーザービームを発振しながら該被加工物と該レーザービームとを相対的に移動させ、該被加工物に加工を施すレーザービーム照射ステップと、を含み、該パターン作成ステップで作成するパターンは、該集光レンズの実際の形状と設計値との差を補正して該集光レンズの固体差を抑制するための形状補正パターンを含むことを特徴とする。また、該パターン作成ステップで作成するパターンは、該形状補正パターンと、該レーザービームの加工点での形状および強度を含む光学的特性を調整するための調整パターンと、を足し合わせた合算パターンを含んでもよい。
本願発明は、低コストかつ装置間機差を抑制することができる。
図１は、実施形態に係るレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。 図２は、図１に示されたレーザー加工装置の加工対象の被加工物の斜視図である。 図３は、図１に示されたレーザー加工装置のレーザービーム照射ユニットの構成を模式的に示す模式図である。 図４は、集光レンズの一例を示す図である。 図５は、集光レンズの中心からの径方向の位置と第１面のＺ座標との関係一例を示す図である。 図６は、形状補正パターンの一例を示す図である。 図７は、調整パターンの一例を示す図である。 図８は、合算パターンの一例を示す図である。 図９は、設計値による集光状態のシミュレーション結果を示す図である。 図１０は、実形状のフィット関数による集光状態のシミュレーション結果を示す図である。 図１１は、形状補正後の集光状態のシミュレーション結果を示す図である。 図１２は、実施形態に係るレーザー加工装置の調整方法の流れを示すフローチャートである。
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。更に、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換または変更を行うことができる。
〔実施形態〕
本発明の実施形態に係るレーザー加工装置１を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係るレーザー加工装置１の構成例を示す斜視図である。図２は、図１に示されたレーザー加工装置１の加工対象の被加工物１００の斜視図である。
図１に示すように、レーザー加工装置１は、チャックテーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０と、移動ユニット３０と、撮像ユニット７０と、入力ユニット８０と、制御部９０と、を備える。移動ユニット３０は、Ｘ軸方向移動ユニット４０と、Ｙ軸方向移動ユニット５０と、Ｚ軸方向移動ユニット６０と、を含む。以下の説明において、Ｘ軸方向は、水平面における一方向である。Ｙ軸方向は、水平面において、Ｘ軸方向に直交する方向である。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交する方向である。実施形態のレーザー加工装置１は、加工送り方向がＸ軸方向であり、割り出し送り方向がＹ軸方向である。
実施形態に係るレーザー加工装置１は、加工対象である被加工物１００に対してレーザービーム２１を照射することにより、被加工物１００を加工する装置である。レーザー加工装置１による被加工物１００の加工は、例えば、ステルスダイシングによって被加工物１００の内部に改質層１０６（図３参照）を形成する改質層形成加工、被加工物１００の表面１０２に溝を形成する溝加工、または分割予定ライン１０３に沿って被加工物１００を切断する切断加工等である。実施形態では、被加工物１００に改質層１０６を形成する構成について説明する。被加工物１００は、シリコン（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）等を基板１０１とする円板状の半導体ウェーハ、光デバイスウェーハ等のウェーハである。
図２に示すように、被加工物１００は、基板１０１の表面１０２に格子状に設定された分割予定ライン１０３と、分割予定ライン１０３によって区画された領域に形成されたデバイス１０４と、を有している。デバイス１０４は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）、またはＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサである。実施形態において、被加工物１００は、分割予定ライン１０３に沿って内部に改質層１０６（図３参照）が形成される。実施形態において、被加工物１００は、環状フレーム１１０が貼着されかつ被加工物１００の外径よりも大径なテープ１１１が表面１０２の裏側の裏面１０５に貼着されて、環状フレーム１１０の開口内に支持される。
図１に示すように、チャックテーブル１０は、被加工物１００を保持面１１で保持する。保持面１１は、ポーラスセラミック等から形成された円板形状である。保持面１１は、実施形態において、水平方向と平行な平面である。保持面１１は、例えば、真空吸引経路を介して真空吸引源と接続している。チャックテーブル１０は、保持面１１上に載置された被加工物１００を吸引保持する。チャックテーブル１０の周囲には、被加工物１００を支持する環状フレーム１１０を挟持するクランプ部１２が複数配置されている。チャックテーブル１０は、回転ユニット１３によりＺ軸方向と平行な軸心回りに回転される。回転ユニット１３は、Ｘ軸方向移動プレート１４に支持される。回転ユニット１３およびチャックテーブル１０は、Ｘ軸方向移動プレート１４を介して、Ｘ軸方向移動ユニット４０によりＸ軸方向に移動される。回転ユニット１３およびチャックテーブル１０は、Ｘ軸方向移動プレート１４、Ｘ軸方向移動ユニット４０およびＹ軸方向移動プレート１５を介して、Ｙ軸方向移動ユニット５０によりＹ軸方向に移動される。
レーザービーム照射ユニット２０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物１００に対してパルス状のレーザービーム２１を照射するユニットである。レーザービーム照射ユニット２０のうち、少なくとも集光レンズ２７（図３参照）は、レーザー加工装置１の装置本体２から立設した柱３に設置されるＺ軸方向移動ユニット６０に支持される。レーザービーム照射ユニット２０の詳細な構成については、後述にて説明する。
図１に示すように、Ｘ軸方向移動ユニット４０は、チャックテーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０とを加工送り方向であるＸ軸方向に相対的に移動させるユニットである。Ｘ軸方向移動ユニット４０は、実施形態において、チャックテーブル１０をＸ軸方向に移動させる。Ｘ軸方向移動ユニット４０は、実施形態において、レーザー加工装置１の装置本体２上に設置されている。Ｘ軸方向移動ユニット４０は、Ｘ軸方向移動プレート１４をＸ軸方向に移動自在に支持する。Ｘ軸方向移動ユニット４０は、周知のボールねじ４１と、周知のパルスモータ４２と、周知のガイドレール４３と、を含む。ボールねじ４１は、軸心回りに回転自在に設けられる。パルスモータ４２は、ボールねじ４１を軸心回りに回転させる。ガイドレール４３は、Ｘ軸方向移動プレート１４をＸ軸方向に移動自在に支持する。ガイドレール４３は、Ｙ軸方向移動プレート１５に固定して設けられる。
Ｙ軸方向移動ユニット５０は、チャックテーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０とを割り出し送り方向であるＹ軸方向に相対的に移動させるユニットである。Ｙ軸方向移動ユニット５０は、実施形態において、チャックテーブル１０をＹ軸方向に移動させる。Ｙ軸方向移動ユニット５０は、実施形態において、レーザー加工装置１の装置本体２上に設置されている。Ｙ軸方向移動ユニット５０は、Ｙ軸方向移動プレート１５をＹ軸方向に移動自在に支持する。Ｙ軸方向移動ユニット５０は、周知のボールねじ５１と、周知のパルスモータ５２と、周知のガイドレール５３と、を含む。ボールねじ５１は、軸心回りに回転自在に設けられる。パルスモータ５２は、ボールねじ５１を軸心回りに回転させる。ガイドレール５３は、Ｙ軸方向移動プレート１５をＹ軸方向に移動自在に支持する。ガイドレール５３は、装置本体２に固定して設けられる。
Ｚ軸方向移動ユニット６０は、チャックテーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０とを集光点位置調整方向であるＺ軸方向に相対的に移動させるユニットである。Ｚ軸方向移動ユニット６０は、実施形態において、レーザービーム照射ユニット２０をＺ軸方向に移動させる。Ｚ軸方向移動ユニット６０は、実施形態において、レーザー加工装置１の装置本体２から立設した柱３に設置されている。Ｚ軸方向移動ユニット６０は、レーザービーム照射ユニット２０のうち少なくとも集光レンズ２７（図３参照）をＺ軸方向に移動自在に支持する。Ｚ軸方向移動ユニット６０は、周知のボールねじ６１と、周知のパルスモータ６２と、周知のガイドレール６３と、を含む。ボールねじ６１は、軸心回りに回転自在に設けられる。パルスモータ６２は、ボールねじ６１を軸心回りに回転させる。ガイドレール６３は、レーザービーム照射ユニット２０をＺ軸方向に移動自在に支持する。ガイドレール６３は、柱３に固定して設けられる。
撮像ユニット７０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物１００を撮像する。撮像ユニット７０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物１００を撮像するＣＣＤカメラまたは赤外線カメラを含む。撮像ユニット７０は、例えば、レーザービーム照射ユニット２０の集光レンズ２７（図３参照）に隣接するように固定されている。撮像ユニット７０は、被加工物１００を撮像して、被加工物１００とレーザービーム照射ユニット２０との位置合わせを行うアライメントを遂行するための画像を得て、得た画像を制御部９０に出力する。
入力ユニット８０は、種々の情報を入力する。入力ユニット８０は、オペレータが加工内容情報を登録する等の各種操作を受付可能である。入力ユニット８０は、後述の形状補正パターン２４２（一例として図６を参照）と調整パターン２４３（一例として図７を参照）とを足し合わせた合算パターン２４４（一例として図８を参照）を入力する操作を受け付け可能である。入力ユニット８０は、キーボード等の外部入力装置であってもよい。レーザー加工装置１がタッチパネルを含む表示装置を備える場合、入力ユニット８０は、表示装置に含まれてもよい。
制御部９０は、レーザー加工装置１の上述した各構成要素をそれぞれ制御して、被加工物１００に対する加工動作をレーザー加工装置１に実行させる。制御部９０は、レーザービーム照射ユニット２０、移動ユニット３０および撮像ユニット７０を制御する。制御部９０は、演算手段としての演算処理装置と、記憶手段としての記憶装置と、通信手段としての入出力インターフェース装置と、を含むコンピュータである。演算処理装置は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のマイクロプロセッサを含む。記憶装置は、ＲＯＭ（Read Only Memory）またはＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを有する。演算処理装置は、記憶装置に格納された所定のプログラムに基づいて各種の演算を行う。演算処理装置は、演算結果に従って、入出力インターフェース装置を介して各種制御信号を上述した各構成要素に出力し、レーザー加工装置１の制御を行う。
制御部９０は、例えば、入力ユニット８０から入力されたパターンに応じた電圧を後述の位相変調素子２４に印加する。制御部９０は、例えば、撮像ユニット７０に被加工物１００を撮像させる。制御部９０は、例えば、撮像ユニット７０によって撮像した画像の画像処理を行う。制御部９０は、例えば、画像処理によって被加工物１００の加工ラインを検出する。制御部９０は、例えば、レーザービーム２１の集光点である加工点２８が加工ラインに沿って移動するようにＸ軸方向移動ユニット４０を駆動させると共に、レーザービーム照射ユニット２０にレーザービーム２１を照射させる。
次に、レーザービーム照射ユニット２０について、詳細に説明する。図３は、図１に示されたレーザー加工装置１のレーザービーム照射ユニット２０の構成を模式的に示す模式図である。図３に示すように、レーザービーム照射ユニット２０は、レーザー発振器２２と、偏光板２３と、位相変調素子２４と、レンズ群２５と、ミラー２６と、集光レンズ２７と、を含む。
なお、図３の矢印は、加工送り時のチャックテーブル１０の移動方向を示す。また、実施形態において、レーザービーム２１の集光点である加工点２８は、被加工物１００の内部に設定される。レーザービーム２１を加工点２８に照射しつつ、チャックテーブル１０を加工送りすることによって、被加工物１００の内部に、分割予定ライン１０３（図２参照）に沿った改質層１０６が形成される。
改質層１０６とは、密度、屈折率、機械的強度またはその他の物理的特性が周囲のそれとは異なる状態になった領域のことを意味する。改質層１０６は、例えば、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、およびこれらの領域が混在した領域等である。改質層１０６は、被加工物１００の他の部分よりも機械的な強度等が低い。
レーザー発振器２２は、被加工物１００を加工するための所定の波長を有するレーザービーム２１を発振する。レーザービーム照射ユニット２０が照射するレーザービーム２１は、実施形態において、被加工物１００に対して透過性を有する波長である。
偏光板２３は、レーザー発振器２２と位相変調素子２４との間に設けられる。偏光板２３は、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１を特定方向の光に偏光させる。
位相変調素子２４は、レーザー発振器２２と集光レンズ２７との間に設けられる。位相変調素子２４は、入射したレーザービーム２１の位相変調を行う。位相変調素子２４は、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１の、振幅、位相等の空間的な分布を電気的に制御することによって、レーザービーム２１の位相を変調させる。位相変調素子２４は、入力ユニット８０から入力されたパターンに応じた電圧が制御部９０から印加されることによって、レーザービーム２１を所望のビーム形状に成形する。これにより、レーザービーム２１は、加工点２８における出力およびスポット形状が調整される。
パターンとは、位相変調素子２４に印加する電圧をマップ化したものである。実施形態の位相変調素子２４に適用するパターンは、形状補正パターン２４２（図６参照）と調整パターン２４３（図７参照）とを足し合わせた合算パターン２４４（図８参照）である。形状補正パターン２４２は、集光レンズ２７の収差を補正するためのパターンである。調整パターン２４３は、レーザービーム２１の加工点２８での光学的特性を調整するためのパターンである。光学的特性の調整は、例えば、レーザービーム２１の形状の変更および強度の減衰等を含む。レーザー加工装置１は、位相変調素子２４に印加する電圧について、形状補正パターン２４２および調整パターン２４３の少なくともいずれかを変更することによって、加工点２８における出力およびスポット形状を調整できる。
位相変調素子２４は、実施形態において、浜松ホトニクス株式会社製の空間光変調器（ＬＣＯＳ；Liquid Crystal On Silicon）である。実施形態の位相変調素子２４は、表示部２４１を有する。表示部２４１は、液晶の素子を含む。表示部２４１は、パターンを表示させる。位相変調素子２４は、入力ユニット８０から入力された合算パターン２４４に応じた電圧が制御部９０から印加されると、表示部２４１に合算パターン２４４を表示させる。これにより、位相変調素子２４を反射または通過するレーザービーム２１は、合算パターン２４４に応じて位相変調されかつビーム形状を成形されて、加工点２８における出力およびスポット形状が調整される。
位相変調素子２４は、実施形態ではレーザービーム２１を反射させて出力するが、本発明ではレーザービーム２１を透過させて出力させてもよい。また、位相変調素子２４は、空間光変調器に限定されず、デフォーマブルミラーであってもよい。位相変調素子２４がデフォーマブルミラーである場合、位相変調素子２４は、合算パターン２４４に応じた電圧が印加されると、合算パターン２４４に応じてミラー膜を変形させる。ＬＣＯＳの使用波長が４０５ｎｍ以上のグリーン、ＩＲ（赤外線）であるのに対して、デフォーマブルミラーは、３５５ｎｍでも使用可能であるため、ＵＶ（紫外線）によるアブレーション加工にも利用することができる。
レンズ群２５は、位相変調素子２４と集光レンズ２７との間に設けられる。レンズ群２５は、レンズ２５１およびレンズ２５２の２枚のレンズから構成される４ｆ光学系である。４ｆ光学系とは、レンズ２５１の後側焦点面とレンズ２５２の前側焦点面とが一致し、レンズ２５１の前側焦点面の像がレンズ２５２の後側焦点面に結像する光学系である。レンズ群２５は、位相変調素子２４から出力されるレーザービーム２１のビーム径を拡大または縮小させる。
ミラー２６は、レーザービーム２１を反射して、チャックテーブル１０の保持面１１に保持した被加工物１００に向けて反射する。実施形態において、ミラー２６は、レンズ群２５を通過したレーザービーム２１を集光レンズ２７へ向けて反射する。
集光レンズ２７は、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１を、チャックテーブル１０の保持面１１に保持された被加工物１００に集光して照射させる。集光レンズ２７は、実施形態において、単レンズである。集光レンズ２７は、実施形態において、ミラー２６により反射されたレーザービーム２１を加工点２８に集光する。
次に、パターンの作成方法について説明する。図４は、集光レンズ２７の一例を示す図である。図５は、集光レンズ２７の中心からの径方向の位置と第１面２７１のＺ座標との関係の一例を示す図である。図５の横軸は、集光レンズ２７の中心からの径方向の位置を示し、図５の縦軸は、第１面２７１のＺ座標を示している。なお、図５において、Ｚ軸方向の原点０は、第１面２７１の径方向の中心におけるＺ軸方向の位置を示す。すなわち、図５は、集光レンズ２７の中心からの径方向の位置毎の第１面２７１の中心に対するＺ軸方向の差分を示している。
図４に示すように、実施形態の集光レンズ２７は、凸状球面である第１面２７１と、凹状球面である第２面２７２と、を含む。メーカより購入したレンズは、レンズ表面の設計値に対するずれを公差の範囲内で許容されたものである。例えば、メーカは、レンズ表面の設計値に対するずれについて、例えば接触式の測定器でレンズ毎にレンズ形状の測定を行い、レンズの中心からの径方向の位置に対する形状の測定値の分布を購入者に開示している。
形状補正パターン２４２の作成方法では、まず、図５に示すように、集光レンズ２７の中心からの径方向の位置に対する第１面２７１のＺ座標の実形状２７１１（図５中に実線で示す）をフィッティングして、集光レンズ２７の中心からの径方向の位置に対する第１面２７１のＺ座標のフィット関数２７１２（図５に一例を点線で示す）を作成する。集光レンズ２７の実形状２７１１は、上記のように、メーカから提供された測定値を使用してもよいし、メーカ以外が測定した測定値を使用してもよい。なお、フィット関数２７１２は、Ｒ言語や数値解析ソフト等を用いた既知の方法で作成される。フィット関数２７１２は、集光レンズ２７の中心からの径方向位置毎の第１面２７１のＺ座標を示す関数である。
次に、集光レンズ２７の第１面２７１の形状がフィット関数２７１２で表されるものとして、既知の光線追跡ソフト等で、集光レンズ２７透過後の収差を算出する。この算出した収差の差に基づいて、理想の波面となるような補正値を算出することによって、この補正値による形状補正パターン２４２を作成する。理想の波面とは、設計値どおりの第１面２７１の形状を有する集光レンズ２７透過後のレーザービーム２１の波面である。すなわち、理想の波面とは、レーザー加工装置１に設定された加工条件に対応する所望の加工結果が得られるレーザービーム２１の位相の空間分布である。
具体的には、まず、集光レンズ２７の第１面２７１の形状がフィット関数２７１２で表されるものとして、既知の光線追跡ソフト等で、集光レンズ２７の収差に対応したゼルニケ係数を算出する。ゼルニケ係数とは、既知の光線追跡ソフト等で算出された集光レンズ２７透過後のレーザービーム２１の波面をゼルニケ多項式近似して算出された値で、集光レンズ２７の収差と対応するものである。なお、ゼルニケ多項式とは、単位円上で定義された直交多項式である。
次に、算出したゼルニケ係数から、集光レンズ２７透過後のレーザービーム２１の理想の波面のゼルニケ係数になるための補正値（以下、ゼルニケ係数の補正値と記す）を求める。更に、ゼルニケ係数の補正値を用いて位相変調素子２４に印加する電圧をマップ化したパターンを生成して、生成したパターンを、形状補正パターン２４２とする。
ここで、算出したゼルニケ係数は、集光レンズ２７の第１面２７１の形状がフィット関数２７１２で表されるものとして、既知の光線追跡ソフト等で算出された集光レンズ２７透過後のレーザービーム２１の波面を、ゼルニケ多項式近似して算出された値である。したがって、算出したゼルニケ係数は、集光レンズ２７の第１面２７１の形状の設計値からのずれに対応した値である。また、ゼルニケ係数の補正値は、集光レンズ２７透過後のレーザービーム２１の波面を、理想の波面に近付けるための値である。したがって、形状補正パターン２４２は、集光レンズ２７透過後のレーザービーム２１の波面を、理想の波面に近付けるためのパターンである。
図６は、形状補正パターン２４２の一例を示す図である。図７は、調整パターン２４３の一例を示す図である。図８は、合算パターン２４４の一例を示す図である。図６に示す形状補正パターン２４２、図７に示す調整パターン２４３、および図８に示す合算パターン２４４において、黒色部分は、レーザービーム２１を透過する箇所を示し、白色部分は、レーザービーム２１を遮光する箇所を示す。また、灰色部分は、濃淡、すなわち階調が位相変調量の違いを示す。
形状補正パターン２４２と調整パターン２４３とは、足し合わされて合算パターン２４４を成す。合算パターン２４４は、オペレータによって、入力ユニット８０から入力される。合算パターン２４４は、制御部９０によって作成されてもよい。すなわち、入力ユニット８０には、合算パターン２４４に足し合わされる前の形状補正パターン２４２および調整パターン２４３が入力されてもよい。また、形状補正パターン２４２は、オペレータから入力された集光レンズ２７の中心からの径方向の位置に対する第１面２７１のＺ座標の実形状２７１１に基づいて、制御部９０によって作成されてもよい。また、調整パターン２４３は、オペレータから入力された光学的特性を調整する設定値等に基づいて、制御部９０によって作成されてもよい。
次に、形状補正パターン２４２を適用することによる効果を検証する。図９は、設計値による集光状態のシミュレーション結果を示す図である。図１０は、実形状２７１１のフィット関数２７１２による集光状態のシミュレーション結果を示す図である。図１１は、形状補正後の集光状態のシミュレーション結果を示す図である。図９から図１１は、レーザービーム２１のエネルギー分布を示す。なお、図９から図１１において、上図は、被加工物１００の断面方向のスポット形状を示し、Ｚ軸方向の原点０は、加工点２８の高さを示す。また、図９から図１１において、下図は、Ｚ軸方向の原点０における径方向のエネルギー分布を示す。実施形態において、集光レンズ２７の開口数は、０．８であるものとする。また、レーザービーム２１の波長は１３４２ｎｍであり、周波数は１００ｋＨｚであるものとする。また、集光レンズ２７に入射するレーザービーム２１のビーム径は、１０ｍｍであるものとする。また、シミュレーションに使用する評価ソフトは、実施形態において、株式会社ティー・イー・エム製のVirtual Labである。
図９に示すように、理想の波面となる設計値の集光レンズ２７では、加工点２８に集光されたレーザービーム２１のビーム径が約２μｍである。また、レーザービーム２１のエネルギー分布は、ガウシアン分布である。これに対し、図１０に示すように、実形状２７１１のフィット関数２７１２によって表される集光レンズ２７では、加工点２８に集光されたレーザービーム２１のエネルギー分布がガウシアンの裾野部分でぼけており、ビーム径が約４μｍである。このように、加工点２８におけるスポット形状は、集光レンズ２７の球面形状の設計値からのずれによって、所望のスポット形状から歪んでしまっている。
図１１に示すように、形状補正パターン２４２を適用した集光レンズ２７では、加工点２８に集光されたレーザービーム２１のビーム径が約２μｍである。また、レーザービーム２１のエネルギー分布は、ガウシアンの裾野部分でぼけていない。このように、形状補正パターン２４２を適用した集光レンズ２７は、図９に示す設計値の集光レンズ２７と類似の集光状態を形成することができる。
次に、レーザー加工装置１によるレーザー加工方法について説明する。図１２は、実施形態に係るレーザー加工方法の流れを示すフローチャートである。レーザー加工方法は、パターン作成ステップ５０１と、入力ステップ５０２と、電圧印加ステップ５０３と、レーザービーム照射ステップ５０４と、を含む。
パターン作成ステップ５０１は、位相変調素子２４に印加する電圧をマップ化したパターンを作成するステップである。パターンは、形状補正パターン２４２と調整パターン２４３とを足し合わせた合算パターン２４４である。実施形態において、パターン作成ステップ５０１では、位相変調素子２４の表示部２４１に表示させる合算パターン２４４を作成する。
より詳しくは、パターン作成ステップ５０１では、まず、集光レンズ２７の中心からの径方向の位置に対する第１面２７１のＺ座標の実形状２７１１をフィッティングして、集光レンズ２７の第１面２７１のＺ座標のフィット関数２７１２を作成する。次に、集光レンズ２７の第１面２７１の形状がフィット関数２７１２で表されるものとして、集光レンズ２７透過後の収差を算出し、算出した収差に基づいて、理想の波面となるような補正値による形状補正パターン２４２を作成する。パターン作成ステップ５０１では、次に、形状補正パターン２４２と、調整パターン２４３と、を足し合わせて合算パターン２４４を作成する。
入力ステップ５０２は、パターン作成ステップ５０１で作成したパターン、すなわち合算パターン２４４を、入力ユニット８０から入力する。具体的には、例えば、オペレータが、パターンの作成ソフトを備えた外部装置等で作成した合算パターン２４４のデータを入力ユニット８０から入力する。なお、パターンの作成ソフトは、専用のソフトでもよいし、Excel（登録商標）等でもよい。
電圧印加ステップ５０３は、入力ステップ５０２で入力されたパターンに、すなわち合算パターン２４４に応じた電圧を、位相変調素子２４に印加するステップである。より詳しくは、電圧印加ステップ５０３では、制御部９０が入力ユニット８０から入力された合算パターン２４４を取得する。制御部９０は、合算パターン２４４に応じた電圧を印加するよう、位相変調素子２４に制御信号を出力する。実施形態において、位相変調素子２４は、合算パターン２４４に応じた電圧が制御部９０から印加されると、表示部２４１に合算パターン２４４を表示させる。
レーザービーム照射ステップ５０４は、電圧印加ステップ５０３の後、レーザービーム２１を発振しながら被加工物１００とチャックテーブル１０とを相対的に移動させ、被加工物１００に加工を施すステップである。具体的には、レーザービーム照射ステップ５０４では、移動ユニット３０をレーザー加工装置１の加工位置まで移動させる。次に、撮像ユニット７０で被加工物１００を撮像することによって、分割予定ライン１０３を検出する。分割予定ライン１０３が検出されたら、被加工物１００の分割予定ライン１０３と、レーザー加工装置１の集光点との位置合わせを行うアライメントを遂行する。
レーザービーム照射ステップ５０４では、次に、レーザービーム２１を被加工物１００に対して照射する。この際、移動ユニット３０は、オペレータから登録された加工内容情報に基づいて、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに移動するとともにＺ軸方向と平行な軸心回りに回転する。
レーザービーム照射ステップ５０４では、被加工物１００の表面１０２側から被加工物１００に対して透過性を有する波長であってパルス状のレーザービーム２１を、被加工物１００の内部に集光点である加工点２８を位置付けて照射する。レーザー加工装置１が被加工物１００に対して透過性を有する波長のレーザービーム２１を照射するので、基板１０１の内部に分割予定ライン１０３に沿った改質層１０６が形成される。
以上説明したように、実施形態に係るレーザー加工装置１は、レーザービーム照射ユニット２０が位相変調素子２４を含み、所定のパターンに応じた電圧を位相変調素子２４に印加することで、集光レンズ２７の固体差を抑制することが可能である位相変調素子２４は、レーザー発振器２２と、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１を集光する集光レンズ２７との間に配設される。所定のパターンは、集光レンズ２７の実際の形状と設計値との差を補正するための形状補正パターン２４２と、レーザービーム２１の加工点２８での光学的特性を調整するための調整パターン２４３と、を足し合わせた合算パターン２４４である。
従来のレーザー加工装置は、レーザービーム２１の加工点２８での光学的特性を調整するための調整パターン２４３に応じた電圧が印加されるＬＣＯＳ、デフォーマブルミラー等の位相変調素子２４を搭載している。したがって、従来の調整パターン２４３に加え、集光レンズ２７の実際の形状と設計値との差を補正するための形状補正パターン２４２を足し合わせた合算パターン２４４を入力することで、集光レンズ２７の個体差を補正したレーザービーム２１を照射することができる。これにより、実施形態のレーザー加工装置１は、装置間機差を抑制することができる。また、位相変調素子２４は、従来のレーザー加工装置に既に搭載されているものを使用することができるため、部品の追加や装置の変更等の余分なコストをかける必要はない。したがって、実施形態のレーザー加工装置１は、低コストで実現可能である。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、実施形態では、集光レンズ２７の第１面２７１の形状の個体差を補正するが、第２面２７２の形状の個体差を補正してもよいし、第１面２７１および第２面２７２の両方の形状を補正してもよい。
１ レーザー加工装置
１０ チャックテーブル
２０ レーザービーム照射ユニット
２１ レーザービーム
２２ レーザー発振器
２３ 偏光板
２４ 位相変調素子
２４１ 表示部
２４２ 形状補正パターン
２４３ 調整パターン
２４４ 合算パターン
２５ レンズ群
２５１、２５２ レンズ
２６ ミラー
２７ 集光レンズ
２７１ 第１面
２７１１ 実形状
２７１２ フィット関数
２７２ 第２面
２８ 加工点
３０ 移動ユニット
７０ 撮像ユニット
８０ 入力ユニット
９０ 制御部
１００ 被加工物

Claims (4)

  1. レーザー加工装置であって、
    被加工物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被加工物にレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニットと、
    該チャックテーブルと該レーザービーム照射ユニットとを相対的に移動させる移動ユニットと、
    を含み、
    該レーザービーム照射ユニットは、
    レーザー発振器と、
    該レーザー発振器から発振されたレーザービームを集光する集光レンズと、
    該レーザー発振器と該集光レンズとの間に配設される位相変調素子と、
    を備え、
    該位相変調素子に印加する電圧をマップ化したパターンを入力する入力ユニットと、
    各構成要素を制御し、該入力ユニットから入力された該パターンに応じた電圧を該位相変調素子に印加する制御部と、
    を更に有し、
    該パターンは、
    該集光レンズの実際の形状と設計値との差を補正して該集光レンズの固体差を抑制するための形状補正パターンを含むことを特徴とする、
    レーザー加工装置。
  2. 該パターンは、
    該形状補正パターンと、
    該レーザービームの加工点での形状および強度を含む光学的特性を調整するための調整パターンと、
    を足し合わせた合算パターンを含むことを特徴とする、
    請求項１に記載のレーザー加工装置。
  3. 被加工物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被加工物にレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニットと、
    該チャックテーブルと該レーザービーム照射ユニットとを相対的に移動させる移動ユニットと、
    各構成要素を制御する制御部と、
    種々の情報を入力する入力ユニットと、
    を有し、
    該レーザービーム照射ユニットは、
    レーザー発振器と、
    該レーザー発振器から発振されたレーザービームを集光する集光レンズと、
    該レーザー発振器と該集光レンズとの間に配設される位相変調素子と、
    を備えたレーザー加工装置において、被加工物に照射されるレーザービームの集光状態を調整する調整方法であって、
    該位相変調素子に印加する電圧をマップ化したパターンを作成するパターン作成ステップと、
    該パターン作成ステップで作成したパターンを該入力ユニットから入力する入力ステップと、
    該入力ステップで入力されたパターンに応じた電圧を該位相変調素子に印加する電圧印加ステップと、
    該電圧印加ステップの後、該レーザービームを発振しながら該被加工物と該レーザービームとを相対的に移動させ、該被加工物に加工を施すレーザービーム照射ステップと、
    を含み、
    該パターン作成ステップで作成するパターンは、該集光レンズの実際の形状と設計値との差を補正して該集光レンズの固体差を抑制するための形状補正パターンを含むことを特徴とする、
    レーザー加工装置の調整方法。
  4. 該パターン作成ステップで作成するパターンは、
    該形状補正パターンと、
    該レーザービームの加工点での形状および強度を含む光学的特性を調整するための調整パターンと、
    を足し合わせた合算パターンを含むことを特徴とする、
    請求項３に記載のレーザー加工装置の調整方法。
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