JPH11245067A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設置環境が変化しても適正なオートフォーカ
スを行うことができるレーザ加工装置を提供する。 【解決手段】 「被加工物」としての半導体デバイス１
９に斜め方向からオートフォーカスビームを照射してそ
の反射光を検知するオートフォーカス系３０により、前
記半導体デバイス１９が対物レンズ１７の焦点面に位置
するようにして、前記対物レンズ１７を介して加工レー
ザを照射して加工を行うレーザ加工装置において、設置
環境の変化に応じて、オートフォーカス系３０の出力に
従って設定される前記対物レンズ１７の焦点面と前記半
導体デバイス１９との位置関係を補正する補正装置３５
を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、被加工物に対物
光学系を介して加工レーザを照射して加工を行うレーザ
加工装置、特に、設置環境が変化しても、対物光学系の
焦点面と被加工物との位置関係を補正できるレーザ加工
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種のレーザ加工装置として
は、ＸＹ方向に移動可能なＸＹステージ上に、Ｚ方向に
移動可能なＺステージが配設され、更に、このＺステー
ジ上に「被加工物」としての半導体デバイスが把持され
るようになっている。

【０００３】そして、この半導体デバイスの上側に対物
レンズが設けられ、加工レーザ光源から射出された加工
レーザをその対物レンズを介して半導体デバイスに照射
して加工するようにしている。

【０００４】かかる加工レーザの照射前には、オートフ
ォーカス系により、対物レンズの焦点面と半導体デバイ
スとを一致させるようにしている。このオートフォーカ
ス系は、オートフォーカスビームを半導体デバイスに斜
め方向から投影し、この反射光を受光器で受光し、この
受光器の所定位置に反射光が入射されるようにＺステー
ジを上下動させることにより、オートフォーカスを行
い、対物レンズの焦点面と半導体デバイスとを一致させ
るようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなレーザ加工装置が設置されている環境は変化するた
め、レーザ加工装置に変形等が生じることがあり、かか
る場合には、オートフォーカスビームと、対物レンズと
の位置関係が変化することから、オートフォーカス系を
合わせても対物レンズ焦点面と半導体デバイス上面とが
一致せず、オートフォーカスズレが生じてしまう、とい
う問題があった。

【０００６】そこで、この発明は、設置環境が変化して
も適正なオートフォーカスを行うことができるレーザ加
工装置を提供することを目的としたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる課題に着目し、請
求項１に記載された発明は、被加工物に対物光学系を介
して加工レーザを照射して加工を行うレーザ加工装置に
おいて、設置環境の変化に応じて、オートフォーカス系
の出力に従って設定される前記対物光学系の焦点面と前
記被加工物との位置関係を補正する補正装置を備えたレ
ーザ加工装置としたことを特徴とする。

【０００８】請求項２に記載された発明は、請求項１記
載の構成に加え、前記補正装置は、前記対物光学系を介
してその焦点面側に配置されるパターンを検出するパタ
ーン検出系を有し、該パターン検出系の出力に基づいて
その焦点面の位置を求めることを特徴とする。

【０００９】請求項３に記載された発明は、請求項２記
載の構成に加え、前記パターン検出系は、前記対物光学
系の光軸に沿った方向に関する複数の位置の各々におけ
るそのパターンの像を検出する画像処理装置を含むこと
を特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。

【００１１】図１及び図２は、この発明の実施の形態を
示す図である。

【００１２】まず、構成について説明すると、この実施
の形態に係るレーザ加工装置は、図１に示すように、Ｙ
ＡＧレーザ等の加工レーザ光源１１を有し、この加工レ
ーザ光源１１は、メインコントローラ１２からステージ
コントローラ１３を介して発せられたトリガにより、任
意のタイミングでレーザ発振されるようになっている。

【００１３】加工レーザ光源１１から射出されたレーザ
光は、加工レーザ用光学系１４を通過し、反射ミラー１
５により「対物光学系」としての対物レンズ１７に向け
て反射されるようになっている。この加工レーザ用光学
系１４は、レーザパワーコントローラ１８に接続され、
このレーザパワーコントローラ１８が前記メインコント
ローラ１２に接続され、そのレーザパワーコントローラ
１８により、加工レーザのエネルギー値や加工レーザの
ビームサイズが制御されるようになっている。

【００１４】そして、その反射ミラー１５によって下方
に反射された加工レーザは、対物レンズ１７に入射さ
れ、この対物レンズ１７を通過して集光されてスポット
ビームとなり、「被加工物」としての半導体デバイス１
９の例えばヒューズに照射されるようになっている。

【００１５】また、この半導体デバイス１９は、図示省
略のチャックを介して上下方向に駆動されるＺステージ
２０上に載置されており、このＺステージ２０がＸＹス
テージ２１上に配置され、このＸＹステージ２１は、Ｘ
Ｙの２方向及び上下方向を軸として回転するように構成
されており、前記ステージコントローラ１３からの指令
により、ステージ用アクチュエータ２２にて所定方向に
駆動されるようになっている。そして、そのＸＹステー
ジ２１上には、この位置を検出する位置モニタ２３が配
置されると共に、Ｚステージ２０上には、画像処理用基
準マーク２４が配置されている。

【００１６】さらに、前記加工レーザ光源１１の他に、
半導体デバイス１９の位置合わせを行うヘリウムーネオ
ンレーザであるアライメントレーザ光源２６を備えてい
る。このアライメントレーザ光源２６から射出されたア
ライメントレーザは、アライメント用光学系２７を通過
し、反射ミラー２５にて反射されて前記対物レンズ１７
に入射されて、半導体デバイス１９上に照射されるよう
になっている。そのアライメント用光学系２７は、アラ
イメントコントローラ２８を介してメインコントローラ
１２に接続されている。これにより、半導体デバイス１
９内のヒューズ相互間の位置が計測され、アライメント
レーザと加工レーザとのオフセット量が測定され、アラ
イメントレーザから得られた位置情報と前記オフセット
量とを補正して加工が行われるようになっている。

【００１７】さらに、図示省略の保管ケースとＺステー
ジ２０との間で、半導体デバイス１９の搬送を行うロー
ダコントローラ２９が設けられ、このローダコントロー
ラ２９も前記メインコントローラ１２に接続されて制御
されるようになっている。

【００１８】さらにまた、半導体デバイス１９に対して
オートフォーカスをかけるオートフォーカス系３０が設
けられている。すなわち、このオートフォーカス系３０
は、オートフォーカスビームを半導体デバイス１９に斜
め方向から投影するオートフォーカスビーム用ＬＥＤ３
１が配置されると共に、半導体デバイス１９にて反射さ
れたオートフォーカスビームがビームシフト機構３２を
介して受光器３３に受光され、この受光器３３からの信
号が前記ステージコントローラ１３を介してメインコン
トローラ１２に入力されるようになっている。

【００１９】さらに、設置環境の変化に応じて、オート
フォーカス系３０の出力に従って設定される前記対物レ
ンズ１７の焦点面と前記半導体デバイス１９との位置関
係を補正する補正装置３５が設けられている。

【００２０】この補正装置３５は、照明ランプ３７から
のパターン検出光がハーフミラー３８を透過して前記対
物レンズ１７を介して「焦点面側に配置されるパター
ン」としての前記画像処理基準マーク２４に照射され、
このマーク２４の像がハーフミラー３８にて反射されて
ＴＶカメラ３９に撮像され、このＴＶカメラ３９からの
信号が画像処理装置４０に入力され、更に、この画像処
理装置４０からの信号が前記メインコントローラ１２に
入力されるようになっている。

【００２１】これら照明ランプ３７，ＴＶカメラ３９，
画像処理装置４０等により、対物レンズ１７を介してそ
の焦点面側に配置される画像処理用基準マーク２４を検
出するパターン検出系が構成され、このパターン検出系
の画像処理装置４０は、前記対物レンズ１７の光軸に沿
った方向に関する複数の位置の各々におけるその基準マ
ーク２４の像を検出するようになっている。そして、こ
のパターン検出系の出力に基づいてその焦点面の位置が
求められるようになっており、この位置に対応してビー
ムシフト機構３２によりオートフォーカスビームをシフ
トさせて、対物レンズ１７の焦点面と半導体デバイス１
９との位置関係が補正されるようになっている。

【００２２】次に、作用について説明する。

【００２３】予め、Ｚステージ２０上の画像処理用基準
マーク２４を対物レンズ１７の下方まで移動させ、オー
トフォーカス系３０を合わせる。これは、オートフォー
カス系３０のオートフォーカスビーム用ＬＥＤ３１から
画像処理用基準マーク２４にオートフォーカスビームが
斜め方向から照射され、この基準マーク２４からの反射
光がビームシフト機構３２を介して受光器３３の所定位
置に入射されることにより、オートフォーカスが行われ
る。

【００２４】この状態で、照明ランプ３７からハーフミ
ラー３８及び対物レンズ１７を介して照明光を画像処理
用基準マーク２４に照射し、この反射光をＴＶカメラ３
９で撮像して得られたその基準マーク２４の画像を画像
処理装置４０にテンプレートとして登録する。

【００２５】かかる操作を予め行っておき、そして、以
下の操作を例えば各ロット毎、又は数ロット毎のレーザ
加工処理前に行う。

【００２６】すなわち、Ｚステージ２０を介して前記基
準マーク２４をＺ方向にスキャンさせて、これら各Ｚ位
置における基準マーク２４の画像と前記で登録されたテ
ンプレートとの間での相関結果を画像処理装置４０を用
いて演算する。この演算結果すなわち相関結果はメイン
コントローラ１２に登録して行く。

【００２７】これら各Ｚ位置における各相関値の内で、
一番高い相関値におけるＺ位置が合焦点になるため、こ
のＺ位置でフォーカスが合うようにビームシフト機構３
２により、オートフォーカスビームをシフトさせる。

【００２８】ここで、図２を用いてオートフォーカスビ
ームのシフトの説明を行う。図２の（ａ）では、半導体
デバイス１９上面と対物レンズ１７との距離が「Ｌ」で
オートフォーカスが合っている状態を示す。また、図２
の（ｂ）では、設置環境の変化、例えば環境温度変化に
より、半導体デバイス１９上面と対物レンズ１７との距
離が「△Ｌ１」だけ増加すると、上記相関結果より、オ
ートフォーカスビームのビームシフト機構３２によりＺ
方向の「△Ｌ１」に相当する量「△Ｌ２」だけ斜め方向
にシフトするようにしている。

【００２９】これにより、オートフォーカスビームと対
物レンズ１７との環境温度変化によるズレが各ロット毎
又は数ロット毎に補正されることとなる。

【００３０】そして、各ロットの加工中では、オートフ
ォーカス系３０のみを用いて位置合わせすることによ
り、迅速に位置合わせができて、加工レーザ光源１１か
ら加工ビームを対物レンズ１７を介して半導体デバイス
１９に照射して加工するようにしている。従って、高精
度のレーザ加工を行うことができる。

【００３１】なお、上記実施の形態では、補正装置３５
に画像処理装置４０を含んでいるが、これに限らず、環
境変化に伴う対物光学系（対物レンズ１７）の焦点面の
変動を、画像処理装置４０以外の手段、例えばその変動
を計算で予測して、その焦点面と被加工物（半導体デバ
イス１９）とのフォーカスオフセットを補正することも
できる。

【００３２】また、上記実施の形態では、画像処理装置
４０で求めた合焦点に基づいて、ビームシフト機構３２
によりオートフォーカスビームをシフトさせるようにし
ているが、当然ながらオートフォーカスビームをシフト
させる代わりに、例えば受光器３３の出力に、その求め
た合焦点、即ち、フォーカスオフセット（焦点面の変動
量）に対応する電気的なオフセットを与える、あるいは
オートフォーカス系３０の出力に基づいて焦点面と半導
体デバイス１９とを相対移動する機構（例えば対物光学
系の駆動機構、又は被加工物を載置するステージ）を、
そのフォーカスオフセットを加味して駆動することによ
り補正することもできる。即ち、対物光学系の焦点面と
被加工物とのフォーカスオフセットを補正する手段は、
ビームシフト機構３２に限られるものでない。

【００３３】

【発明の効果】以上説明してきたように、各請求項に記
載された発明によれば、設置環境が変化しても補正装置
により、オートフォーカス系の出力に従って設定される
対物光学系の焦点面と被加工物との位置関係を補正でき
るため、フォーカスオフセットを補正できて、加工精度
を向上させることができる。

【００３４】請求項３に記載された発明によれば、対物
光学系の光軸に沿った方向に関する複数の位置の各々に
おけるそのパターンの像を検出する画像処理装置を設け
ることにより、焦点面の変動を計算で予測する場合等と
比較すると、より正確に焦点面の位置を求めることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態に係るレーザ加工装置を
示す概略図である。

【図２】同実施の形態に係る対物レンズとオートフォー
カス系との関係を示す図である。

【符号の説明】

11 加工レーザ光源 17 対物レンズ（対物光学系） 19 半導体デバイス（被加工物） 20 Ｚステージ 24 画像処理用基準マーク（パターン） 30 オートフォーカス系 32 ビームシフト機構 33 受光器 35 補正装置 37 照明ランプ 39 ＴＶカメラ 40 画像処理装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物に対物光学系を介して加工レー
   ザを照射して加工を行うレーザ加工装置において、 設置環境の変化に応じて、オートフォーカス系の出力に
   従って設定される前記対物光学系の焦点面と前記被加工
   物との位置関係を補正する補正装置を備えたことを特徴
   とするレーザ加工装置。
2. 【請求項２】 前記補正装置は、前記対物光学系を介し
   てその焦点面側に配置されるパターンを検出するパター
   ン検出系を有し、該パターン検出系の出力に基づいてそ
   の焦点面の位置を求めることを特徴とする請求項１記載
   のレーザ加工装置。
3. 【請求項３】 前記パターン検出系は、前記対物光学系
   の光軸に沿った方向に関する複数の位置の各々における
   そのパターンの像を検出する画像処理装置を含むことを
   特徴とする請求項２記載のレーザ加工装置。