TWI632972B - Position detecting device and laser processing device having the same - Google Patents

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TWI632972B
TWI632972B TW105102443A TW105102443A TWI632972B TW I632972 B TWI632972 B TW I632972B TW 105102443 A TW105102443 A TW 105102443A TW 105102443 A TW105102443 A TW 105102443A TW I632972 B TWI632972 B TW I632972B
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Abstract

提供一種雷射切割裝置，其能夠在不受形成在晶圓的雷射光照射面之薄膜的偏差所致影響的情況下，以良好精度穩定地進行晶圓的雷射光照射面的高度位置的檢測。AF裝置110(高度位置檢測手段)係將自光源部200輸出的AF用雷射光L2(波長不同的複數道AF用雷射光L2a、L2b之合成光)照射到晶圓W的表面，並將其反射光藉由檢測光學系400按各波長進行檢測。AF信號處理部500係依據檢測光學系400的檢測結果，將表示晶圓W的雷射光照射面之位移的位移信號傳送到控制部50。此外，AF裝置110具備配設在光源部200至聚光透鏡106的光路之聚焦光學系310，該光路即為照射光路。聚焦光學系310係在晶圓厚度方向調整AF用雷射光L2的聚光點。

Description

位置檢測裝置及具備此種位置檢測裝置之雷射加工裝置
本發明係關於將形成有半導體裝置或電子零件等的晶圓分割成各個晶片之雷射切割裝置。
以往，為了將表面形成有半導體裝置或電子零件等的晶圓分割成各個晶片，係使用利用由細鑽石研磨粒形成之厚度30μm左右的薄的磨石，在晶圓設研磨溝來切割晶圓之切割裝置。
在切割裝置中，使薄的磨石(以下，稱為切割刀)以例如30,000~60,000rpm進行高速旋轉來研磨晶圓，對晶圓進行完全切斷(full cut)或不完全切斷(half cut或semi-full-cut)。
然而，利用該切割刀進行研磨加工時，由於晶圓為高脆性材料，所以會成為脆性模式加工，而在晶圓的表面或背面產生碎屑(chipping)，此碎屑是導致所分割之晶片的性能降低的主要原因。
對於此種問題，代替以往利用切割刀所進行的切斷，而提出一種將聚光點對準晶圓內部並射入雷射光，在晶圓內部形成因多光子吸收所產生的改質區域，以分割成各個晶片之技術(例如，參照專利文獻1)。在此種技術中，為了將形成於晶圓內部的改質區域從晶 圓表面或背面(雷射光照射面)形成為一定深度，必須使用自動對焦機構檢測晶圓的雷射光照射面的高度位置(厚度方向位置)，以高精度地控制雷射光之聚光點的位置。
在專利文獻1所揭示的技術中，為了在晶圓內部的既定深度均一地形成改質區域(變質層)，對晶圓的雷射光照射面照射檢測用雷射光(AF用雷射光)，依據該反射光檢測晶圓之雷射光照射面的高度位置，一邊因應晶圓的雷射光照射面的高度位置來控制加工用雷射光的聚光點位置，一邊進行加工。
又，在專利文獻1所揭示的技術中，具備使檢測用雷射光的聚光點位置位移之聚光點位置位移手段，在距離晶圓的雷射光照射面較深的位置形成改質區域時，可調整檢測用雷射光的聚光點位置與加工用雷射光的聚光點位置之距離。藉此，由於可減少照射到晶圓的雷射光照射面之檢測用雷射光的照射面積(點(spot)面積)，所以可不用降低在晶圓的雷射光照射面所反射之檢測用雷射光之反射光的每單位面積的光量，而正確地檢測晶圓之雷射光照射面的高度位置。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1日本特開2009-269074號公報
在上述的技術中，用以在晶圓的內部形成改質區域的加工用雷射光，主要係使用1μm以上之紅外線區域的波長的光，在用以觀察加工區域的觀察用光學系所使用的觀察光主要是使用可視區域之波長的光。因此，用以檢測晶圓的雷射光照射面的高度位置之檢測用雷射光，係使用加工用雷射光的波長區域與觀察光的波長區域之間的波長區域，即0.6~1μm左右的波長光。
又，在上述的技術中，一般是從與晶圓的表面(裝置面)相反側的背面側照射雷射光以進行加工，然而會有在晶圓的背面於加工步驟中形成有各種薄膜(例如，氧化膜、氮化膜等)的情況。由於此薄膜不是意圖被形成，所以各晶圓會有膜厚的偏差，此外，會有因晶圓背面的場所而導致偏差大的情況。因此，會有因各晶圓或晶圓背面的場所導致的偏差而造成檢測用雷射光的反射率降低之情況，會有自動對焦機構不會正常地發揮功能的不良情況產生之問題。也就是說，因為形成於晶圓背面之各薄膜的晶圓或場所所導致的偏差之關係，會有對自動對焦機構的動作造成影響，而無法迅速且以良好精度穩定地進行晶圓表面的高度位置的檢測之問題。
此外，不僅是晶圓W的背面成為雷射光照射面的情況，在晶圓W的表面(裝置面)成為雷射光照射面的情況，也有可能會產生同樣的問題。
本發明係有鑑於此種情況而完成者，其目的在提供一種不會受到形成於晶圓的雷射光照射面之薄 膜的偏差所致之影響，可以良好精度穩定地進行晶圓之雷射光照射面的高度位置的檢測之雷射切割裝置。
為了達成上述目的，本發明的第1態樣之雷射切割裝置係具備：保持台(table)，保持晶圓；加工用雷射光源，其射出加工用雷射光，該加工用雷射光用以在被保持於保持台之晶圓的內部形成改質區域；聚光透鏡，將自加工用雷射光源射出的加工用雷射光聚光於晶圓的內部；聚光透鏡驅動手段，藉由使聚光透鏡移動於加工用雷射光的光軸方向，而使利用聚光透鏡所聚光之加工用雷射光的聚光點朝晶圓厚度方向位移；高度位置檢測手段，檢測被保持於保持台之晶圓的雷射光照射面的高度位置；及控制手段，係依據來自高度位置檢測手段的檢測信號，控制聚光透鏡驅動手段；其中，高度位置檢測手段具備：檢測用雷射光輸出手段，係輸出不同波長的複數道檢測用雷射光；光路分歧手段，係配設在從檢測用雷射光輸出手段至聚光透鏡的光路、即照射光路上，使藉由聚光透鏡聚光且照射到晶圓的雷射光照射面而反射之複數道檢測用雷射光的反射光的一部分自照射光路分歧； 光檢測手段，係將藉由光路分歧手段所分歧之複數道檢測用雷射光的反射光按各波長進行檢測；位移信號生成手段，係依據藉由光檢測手段按各波長所檢測之複數道檢測用雷射光的光量，將表示晶圓的雷射光照射面的位移之位移信號傳送到控制手段；及聚光點調整光學系，係在晶圓厚度方向調整檢測用雷射光的聚光點。
本發明的第2態樣之雷射切割裝置為，在第1態樣中，聚光點調整光學系係在照射光路上且配設在光路分歧手段與聚光透鏡之間。
本發明的第3態樣之雷射切割裝置為，在第1態樣中，聚光點調整光學系係配設在光路分歧手段至光檢測手段的光路，該光路即為檢測光路。
本發明的第4態樣之雷射切割裝置為，在第1態樣至第3態樣的任一態樣中，檢測用雷射光輸出手段具有：複數個檢測用雷射光源，將複數道檢測用雷射光分別輸出；及光合成手段，將自複數個檢測用雷射光源分別輸出的複數道檢測用雷射光加以合成； 光檢測手段具有：波長分割手段，將藉由光路分歧手段所分歧之複數道檢測用雷射光的反射光按各波長進行分割；及複數個檢測器，將藉由波長分割手段所分割之複數道檢測用雷射光的反射光按各波長分別接收。
本發明的第5態樣之雷射切割裝置為，在第1態樣至第3態樣的任一態樣中，檢測用雷射光輸出手段係將複數道檢測用雷射光依各波長分時地輸出之分 時輸出手段，光檢測手段係與分時輸出手段同步地將複數道檢測用雷射光的反射光依各波長分時地檢測之分時檢測手段。
本發明的第6態樣之雷射切割裝置為，在第1態樣至第5態樣的任一態樣中，位移信號生成手段，係依據在藉由光檢測手段按各波長所檢測出之複數道檢測用雷射光的光量中所檢測出最高光量之波長的檢測用雷射光的光量，獲得位移信號。
本發明的第7態樣之雷射切割裝置為，在第1態樣至第5態樣的任一態樣中，位移信號生成手段係對藉由光檢測手段依各波長所檢測出之複數道檢測用雷射光的光量的每一者，依據預定基準進行加權相加，而獲得位移信號。
本發明的第8態樣之雷射切割裝置為，在第1態樣至第7態樣的任一態樣中，聚光點調整光學系係從聚光透鏡側依序至少具有正透鏡及負透鏡，藉由使負透鏡沿照射光路移動，而在晶圓厚度方向調整檢測用雷射光的聚光點。
本發明的第9態樣之雷射切割裝置為，在第1態樣至第8態樣的任一態樣中，聚光點調整光學系係具備色差補正手段，其補正複數道檢測用雷射光的反射光之各波長的色差。
根據本發明，能夠在不受到形成於晶圓的雷射光照射面之薄膜的偏差所致之影響的情況下，以良 好精度穩定地進行晶圓的表面的高度位置之檢測。其結果，可在距離晶圓表面既定的加工深度，以良好精度形成改質區域。
10‧‧‧雷射切割裝置
12‧‧‧平台
20‧‧‧雷射頭
50‧‧‧控制部
100‧‧‧加工用雷射光源
102‧‧‧準直透鏡
104‧‧‧分光鏡
106‧‧‧聚光透鏡
108‧‧‧第1致動器
110‧‧‧AF裝置
200‧‧‧光源部
202‧‧‧第1光源
204‧‧‧第2光源
205‧‧‧第3光源
206‧‧‧準直透鏡
208‧‧‧準直透鏡
210‧‧‧分光鏡
300‧‧‧照射光學系
302‧‧‧光纖
304‧‧‧準直透鏡
308‧‧‧半鏡
310‧‧‧聚焦光學系
311‧‧‧4f光學系
312‧‧‧固定透鏡
314‧‧‧移動透鏡
316‧‧‧第2致動器
400‧‧‧檢測光學系
404‧‧‧分光鏡
411‧‧‧第1檢測器
413‧‧‧第2檢測器
500‧‧‧AF信號處理部
L1‧‧‧加工用雷射光
L2‧‧‧AF用雷射光
LC‧‧‧雷射合成器
圖1為表示第1實施形態的雷射切割裝置的概略之構成圖。
圖2A為說明形成於晶圓內部的聚光點附近之改質區域的示意圖。
圖2B為說明形成於晶圓內部的聚光點附近之改質區域的示意圖。
圖2C為說明形成於晶圓內部的聚光點附近之改質區域的示意圖。
圖3A為表示形成於2分割光二極體的受光面之聚光像的態樣的圖。
圖3B為表示形成於2分割光二極體的受光面之聚光像的態樣的圖。
圖3C為表示形成於2分割光二極體的受光面之聚光像的態樣的圖。
圖4為表示AF用雷射光的聚光點與晶圓的表面之位置關係之圖。
圖5為表示AF信號的輸出特性之圖形(graph)。
圖6A為表示AF用雷射光的聚光點在晶圓厚度方向變化的態樣之圖。
圖6B為表示AF用雷射光的聚光點在晶圓厚度方向變化的態樣之圖。
圖6C為表示AF用雷射光的聚光點在晶圓厚度方向變化的態樣之圖。
圖7為表示使用第1實施形態的雷射切割裝置之切割方法的流程之流程圖。
圖8為表示圖7所示之校準動作的詳細流程之流程圖。
圖9為表示圖7所示之即時加工動作的詳細流程之流程圖。
圖10為表示第1實施形態之AF信號的輸出特性的一例之圖。
圖11為表示藉由模擬之評價結果(各加工深度之AF信號的輸出特性)之圖。
圖12為表示藉由模擬之評價結果(各加工深度之AF信號的輸出特性)之圖。
圖13為表示藉由模擬之評價結果(各加工深度之AF信號的輸出特性)之圖。
圖14為表示藉由模擬之評價結果(各加工深度之AF信號的輸出特性)之圖。
圖15為表示藉由模擬之評價結果(各加工深度之AF信號的輸出特性)之圖。
圖16為表示在第1實施形態的雷射切割裝置中，使用3波長的AF用雷射光之例的構成圖。
圖17為表示第2實施形態的雷射切割裝置的概略之構成圖。
圖18為表示4分割光二極體的受光面之圖。
圖19為表示第2實施形態之AF信號的輸出特性之圖。
圖20為表示第3實施形態之雷射切割裝置的概略之構成圖。
圖21為表示第3實施形態之AF信號的輸出特性之圖。
圖22為表示第3實施形態之雷射切割裝置的其他構成例之主要部分構成圖。
圖23為第3實施形態之雷射切割裝置的又一其他構成例之構成圖。
圖24為第4實施形態之雷射切割裝置的概略之構成圖。
圖25為第5實施形態之雷射切割裝置的概略之構成圖。
圖26為表示使用第5實施形態的雷射切割裝置之切割方法的流程之流程圖。
圖27為表示圖26所示之校準動作的詳細流程之流程圖。
圖28為表示圖26所示之即時加工動作的詳細流程之流程圖。
圖29為表示第5實施形態之AF信號的輸出特性的一例之圖。
圖30為表示在第5實施形態的雷射切割裝置中，使用3波長的AF用雷射光之例的構成圖。
圖31為表示第6實施形態的雷射切割裝置的概略之構成圖。
圖32為表示第6實施形態之AF信號的輸出特性之圖。
圖33為表示第6實施形態之切割裝置的其他構成例之主要部分構成圖。
圖34為表示第6實施形態之雷射切割裝置的其他構成例之主要部分構成圖。
圖35為表示第7實施形態之雷射切割裝置的概略之構成圖。
圖36為表示第7實施形態之AF信號的輸出特性之圖。
圖37為表示第8實施形態之雷射切割裝置的概略之構成圖。
[用以實施發明的形態]
以下，依據附圖，說明本發明的實施形態。
(第1實施形態)
首先，說明關於本發明的第1實施形態。
圖1為表示第1實施形態之雷射切割裝置的概略之構成圖。如圖1所示，雷射切割裝置10係由平台12、雷射頭20、控制部50等所構成。
平台12係構成為可移動於XYZθ方向，用於吸附保持晶圓W。晶圓W係以表面(裝置面)之相反側的背面成為雷射光照射面的方式載置於平台12上。此 外，亦可將晶圓W的表面設為雷射光照射面。關於後述的其他實施形態，亦同樣。
雷射頭20係對晶圓W照射加工用雷射光L1，該加工用雷射光L1係用於在晶圓W的內部形成改質區域。
控制部50係由CPU(Central Processing Unit)、記憶體、輸出輸入電路部等所構成，用於控制雷射切割裝置10之各部位的動作。
此外，雷射切割裝置10係由未圖示的晶圓搬送手段、操作板、電視螢幕及顯示燈等所構成。
在操作板安裝有用於操作雷射切割裝置10之各部位的動作之開關類或顯示裝置。電視螢幕係顯示藉由未圖示的CCD(Charge Coupled Device)相機所拍攝之晶圓影像的顯示、或者程式內容、各種訊息等。顯示燈係顯示雷射切割裝置10在加工中、加工結束、緊急停止等的運作狀況。
接著，說明雷射頭20的詳細構成。
如圖1所示，雷射頭20係由加工用雷射光源100、準直透鏡102、分光鏡104、聚光透鏡106、AF裝置(自動對焦裝置)110等所構成。
加工用雷射光源100係射出用於在晶圓W的內部形成改質區域的加工用雷射光L1。例如，加工用雷射光源100的脈衝寬度為1μs以下，其射出聚光點的峰值功率(peak power)密度為1×108(W/cm2)以上的雷射光。
自加工用雷射光源100射出的加工用雷射光L1，係藉由準直透鏡102準直，在透過分光鏡104後，藉由聚光透鏡106聚光於晶圓W的內部。加工用雷射光L1之聚光點的Z方向位置(晶圓厚度方向位置)，係藉由透過第1致動器108使聚光透鏡106朝Z方向(加工用雷射光L1的光軸方向)微小移動來進行調節。第1致動器108係聚光透鏡驅動手段的一例。此外，詳細情況將於後闡述，第1致動器108係藉由控制部50控制驅動，以使聚光透鏡106與晶圓W的雷射光照射面之距離成為固定。
圖2A~圖2C為說明形成於晶圓內部之聚光點附近之改質區域的示意圖。圖2A係表示射入晶圓W內部的加工用雷射光L1於聚光點形成有改質區域P的狀態，圖2B係表示在斷斷續續的脈衝狀加工用雷射光L1下晶圓W朝水平方向移動，且不連續的改質區域P、P、...排列而形成的狀態。圖2C係表示改質區域P在晶圓W的內部形成有多層的狀態。
如圖2A所示，當自晶圓W的雷射光照射面射入之加工用雷射光L1的聚光點設定在晶圓W的厚度方向內部時，穿透晶圓W的雷射光照射面的加工用雷射光L1的能量會集中在晶圓W內部的聚光點，在晶圓W內部的聚光點附近形成因多光子吸收而產生的裂痕(crack)區域、熔融區域、折射率變化區域等的改質區域。如圖2B所示，將斷斷續續的脈衝狀加工用雷射光L1照射到晶圓W而將複數個改質區域P、P、...沿著切割道形 成，藉此晶圓W之分子間力的平衡崩潰，而以改質區域P、P、...為起點自然地割斷，或者藉由施加微小的外力而割斷。
又，在厚度較厚的晶圓W之情況，改質區域P的層為1層時無法割斷，所以如圖2C所示，將加工用雷射光L1的聚光點移動於晶圓W的厚度方向，使改質區域P形成為多層而予以割斷。
此外，在圖2B、圖2C所示例子中，係顯示以斷斷續續的脈衝狀加工用雷射光L1形成有不連續的改質區域P、P、...之狀態，惟亦可在加工用雷射光L1的連續波下形成連續的改質區域P。形成有不連續的改質區域P的情況，比形成有連續的改質區域P的情況還難以割斷，所以可根據晶圓W的厚度或搬送中的安全等狀況，適當地選擇要使用加工用雷射光L1的連續波、或者使用斷續波。
AF裝置110係對晶圓W照射AF用雷射光(檢測用雷射光)L2，並接收在晶圓W的雷射光照射面反射之AF用雷射光L2的反射光，依據所接受到的反射光，來檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置(Z方向位置)。AF裝置110係高度位置檢測手段的一例。
AF裝置110具備有：光源部200，輸出AF用雷射光L2；照射光學系300，將從光源部200輸出的AF用雷射光L2導入聚光透鏡106；檢測光學系400，檢測藉由聚光透鏡106聚光且在晶圓W的雷射光照射面所反射之AF用雷射光L2的反射光；以及AF信號處理部 500，利用由檢測光學系400所測得的AF用雷射光L2的反射光，而生成表示晶圓W的雷射光照射面的高度位置之AF信號。
光源部200係由第1光源202、第2光源204、準直透鏡206、208、分光鏡210、聚光透鏡212等所構成。光源部200為檢測用雷射光輸出手段的一例。
第1光源202及第2光源204係由例如LD(Laser Diode)光源、SLD(Super Luminescent Diode)光源等所構成，分別射出彼此不同波長的AF用雷射光(檢測用雷射光)L2a、L2b。AF用雷射光L2a、L2b具有與加工用雷射光L1不同的波長且可在晶圓W的雷射光照射面反射的波長。亦即，AF用雷射光L2a是具有第1波長區域(例如，620~750nm)的波長之雷射光(紅色雷射光)，AF用雷射光L2b是具有與第1波長區域不同的第2波長區域(例如，450~495nm)的波長之雷射光(藍色雷射光)。第1光源202及第2光源204是複數個檢測用雷射光源的一例。
自第1光源202及第2光源204射出的AF用雷射光L2a、L2b，係分別藉由準直透鏡206、208準直，而導入分光鏡210。
分光鏡210係為，在經由準直透鏡206、208射入的AF用雷射光L2a、L2b中，藉由透過一方的AF用雷射光L2a，且反射另一方的AF用雷射光L2b，而將兩者的光導入同一光路。藉由分光鏡210導入同一光路之AF用雷射光L2a、L2b的合成光，係藉由聚光透 鏡212聚光而自光源部200輸出作為光源光(AF用雷射光L2)。此外，分光鏡210是光合成手段的一例。
照射光學系300係由光纖302、準直透鏡304、刀口(knife edge)306、半鏡308、聚焦光學系310、分光鏡104等所構成。
自光源部200輸出的AF用雷射光L2(AF用雷射光L2a、L2b的合成光)，係射入光纖302的射入端，經由光纖302而從光纖302的射出端射出。又，此AF用雷射光L2係藉由準直透鏡304準直，被刀口306遮住其一部分的光。然後，沒有被刀口306遮住而行進的光，係在半鏡308反射，並經由聚焦光學系310，在分光鏡104反射，而被導入與加工用雷射光L1相同的光路。進一步，此AF用雷射光L2係藉由聚光透鏡106聚光而照射至晶圓W。
在晶圓W的雷射光照射面反射之AF用雷射光L2的反射光，係藉由聚光透鏡106折射，且在分光鏡104反射，然後經由聚焦光學系310，穿透半鏡308，而被導入檢測光學系400，該檢測光學系400係設置在自照射光學系300的光路分歧的光路上。
此外，半鏡308係光路分歧手段的一例，配設在照射光學系300的光路(照射光路)，將在晶圓W的雷射光照射面反射之AF用雷射光L2的反射光的一部分從照射光學系300的光路分歧到檢測光學系400的光路(檢測光路)。
檢測光學系400係由成像透鏡402、分光鏡404、第1檢測器406、第2檢測器408等所構成。檢測光學系400是光檢測手段的一例。射入檢測光學系400之AF用雷射光L2的反射光，係經由成像透鏡402被導入分光鏡404。
分光鏡404係波長分割手段，其將AF用雷射光L2的反射光分割成特定波長的光、和該特定波長的光以外之波長的光。亦即，在AF用雷射光L2的反射光中，從第1光源202射出且相當於AF用雷射光L2a的波長之第1波長區域的光，係穿透分光鏡404，而由第1檢測器406受光。另一方面，從第2光源204射出且相當於AF用雷射光L2b的波長之第2波長區域的光，係在分光鏡404反射，而由第2檢測器408受光。
第1檢測器406及第2檢測器408係由具有分割成兩部分的受光元件(光電轉換元件)的2分割光二極體所構成，將各自之波長區域之光的聚光像分割並受光，將因應各自的光量的輸出信號(電性信號)輸出到AF信號處理部500。
此外，第1檢測器406及第2檢測器408係配置在考量了各波長區域的色差之位置，以顯示相同的對焦位置的方式進行調整。
AF信號處理部500係依據由第1檢測器406及第2檢測器408的至少一方的檢測器的各受光元件輸出的輸出信號，生成AF信號(自動對焦信號)並輸出到控制部50，該AF信號係作為表示從晶圓W的雷射光 照射面的基準位置朝Z方向的位移(失焦(defocus)距離)之位移信號(檢測信號)。此外，AF信號處理部500是位移信號生成手段的一例。
在此，說明關於晶圓W之雷射光照射面的位移之檢測原理。
圖3A~圖3C為表示形成於構成檢測器(相當於第1檢測器406及第2檢測器408)之2分割光二極體600的受光面之聚光像的態樣之圖。此外，圖3A~圖3C係表示當在圖4中晶圓W的雷射光照射面分別位在h1、h2、h3所示的位置時，形成於2分割光二極體600的受光面之聚光像的態樣。
首先，當晶圓W的雷射光照射面位於h2的位置時(參照圖4)，即，當晶圓W的雷射光照射面與AF用雷射光L2的聚光點一致時，如圖3B所示，在2分割光二極體600的受光面於正中央形成明晰影像(sharp image)(正圓)。此時，可知在2分割光二極體600的受光元件600A、600B接收的光量均相等，晶圓W的雷射光照射面位在對焦位置。
另一方面，當晶圓W的雷射光照射面位在h1的位置時(參照圖4)，即，當晶圓W的雷射光照射面位在比AF用雷射光L2的聚光點更靠近聚光透鏡106的位置時，如圖3A所示，在2分割光二極體600的受光面，於受光元件600A側形成半圓形的聚光像，其大小(模糊量)係因應晶圓W與聚光透鏡106的距離而改變。
又，當晶圓W的雷射光照射面位在h3的位置時(參照圖4)，即，當晶圓W的雷射光照射面位在比AF用雷射光L2的聚光點更遠離聚光透鏡106的位置時，如圖3C所示，在2分割光二極體600的受光面，於受光元件600B側形成半圓形的聚光像，其大小(模糊量)係因應晶圓W與聚光透鏡106的距離而改變。
如此，在2分割光二極體600的受光元件600A、600B受光的光量，係因應晶圓W的雷射光照射面的位移而改變。因此，可利用此種性質來檢測晶圓W的雷射光照射面的位移。
圖5為表示AF信號的輸出特性之圖形(graph)，横軸表示從晶圓W的雷射光照射面的基準位置朝Z方向(晶圓厚度方向)的位移(失焦距離)，縱軸表示AF信號的輸出值。此外，以AF用雷射光L2的聚光點與晶圓W的雷射光照射面的基準位置(原點)一致之方式預先調整。
如圖5所示，AF信號的輸出特性係成為以晶圓W的雷射光照射面的基準位置(原點)作為零交叉點的S字狀曲線。又，當晶圓W的雷射光照射面的位置係位在圖中以箭頭所示的範圍，即位在可檢測晶圓W的雷射光照射面的位移之測定範圍(引入範圍)內時，晶圓W的雷射光照射面的位移與AF信號的輸出的關係成為通過原點的單調増加曲線(或者，單調減少曲線)，以其大部分顯示大致直線的變化。也就是說，若AF信號的輸出為零，則可知道晶圓W的雷射光照射面位在與AF用 雷射光L2的聚光點一致的對焦位置，若AF信號的輸出不是零，則可知道晶圓W的雷射光照射面的位移方向及位移量。
具有此種輸出特性的AF信號，係在AF信號處理部500產生，而作為表示從晶圓W的雷射光照射面的基準位置朝Z方向的位移之晶圓位移資訊，並輸出到控制部50。
此處，本實施形態的AF信號處理部500，係使用由在第1檢測器406及第2檢測器408分別受光之光的總受光量較多那一方的檢測器所輸出之輸出信號，來生成AF信號E。
具體而言，當將從構成第1檢測器406之2分割光二極體600的受光元件600A、600B輸出的輸出信號分別設為A1、B1，且將從構成第2檢測器408之2分割光二極體600的受光元件600A、600B輸出的輸出信號分別設為A2、B2時，在第1檢測器406之輸出信號的和(A1+B1)為第2檢測器408之輸出信號的和(A2+B2)以上的情況，依據下式(1)求出AF信號E。
E=(A1-B1)/(A1+B1)...(1)
另一方面，在第1檢測器406之輸出信號的和(A1+B1)小於第2檢測器408之輸出信號的和(A2+B2)的情況，依據下式(2)求出AF信號E。
E=(A2-B2)/(A2+B2)...(2)
亦即，在本實施形態的AF信號處理部500中，將用於求出AF信號E的檢測器換成第1檢測器406及第2檢測器408中總受光量較多那一方的檢測器來使用。藉此，由於始終使用高反射率之波長的光來生成AF信號E，所以即便被照射到晶圓W的雷射光照射面之AF用雷射光L2的反射率因波長而改變，也不會受到因形成於晶圓W的雷射光照射面之薄膜的偏差所造成的影響，而能以良好精度穩定地進行晶圓W的雷射光照射面的高度位置之檢測。
控制部50係依據從AF信號處理部500輸出的AF信號，控制第1致動器108的驅動，以使聚光透鏡106與晶圓W的雷射光照射面之距離成為固定。藉此，聚光透鏡106以追隨晶圓W的雷射光照射面的位移的方式朝Z方向(晶圓厚度方向)微小移動，使得加工用雷射光L1的聚光點位在與晶圓W的雷射光照射面相隔一定距離(深度)，所以可在晶圓W內部之所期望的位置形成改質區域。此外，控制部50為控制手段的一例。
在如上所述構成的AF裝置110，於照射光學系300的光路配設有聚焦光學系310。具體而言，在分光鏡104與半鏡308之間的光路配設有聚焦光學系310。
聚焦光學系310是聚光點調整光學系的一例，其係獨立於加工用雷射光L1的聚光點而在Z方向(晶圓厚度方向)調整AF用雷射光L2的聚光點。此聚焦光學系310係由包含構成至少可沿著照射光學系300的光路 移動之移動透鏡的複數個透鏡所構成，在本例子中，從被照體側(晶圓W側)依序由設置成無法沿照射光學系300的光路移動之固定透鏡(正透鏡)312、和設置成可沿照射光學系300的光路移動之移動透鏡(負透鏡)314所構成。
第2致動器316係使移動透鏡314沿照射光學系300的光路移動。當移動透鏡314沿照射光學系300的光路移動時，在加工用雷射光L1之聚光點的Z方向位置已固定的狀態下，AF用雷射光L2之聚光點的Z方向位置會因應移動透鏡314的移動方向及移動量而改變。亦即，加工用雷射光L1的聚光點與AF用雷射光L2的聚光點之相對距離會改變。
控制部50係依據由AF信號處理部500輸出的AF信號，以AF用雷射光L2的聚光點與晶圓W的雷射光照射面一致之方式(具體而言，以AF信號的輸出成為零的方式)，控制第2致動器316的驅動。
如本實施形態所示，在AF用雷射光L2藉由分光鏡104被導入與加工用雷射光L1相同光路之構成中，當為了改變改質區域的加工深度而使聚光透鏡106與晶圓W的相對距離改變時，加工用雷射光L1的聚光點相對於晶圓W的Z方向位置會改變，且AF用雷射光L2的聚光點相對於晶圓W的Z方向位置也會改變。
例如，如圖6A所示，在距離晶圓W的雷射光照射面較淺的位置形成改質區域的情況下，AF用雷射光L2的聚光點係與晶圓W的雷射光照射面一致。於 此種情況，如圖6B所示，當為了在距離晶圓W的雷射光照射面較深的位置形成改質區域，而使聚光透鏡106與晶圓W的相對距離改變時，則AF用雷射光L2的聚光點會從晶圓W的雷射光照射面朝Z方向(晶圓厚度方向)大幅偏移。當AF用雷射光L2的聚光點與晶圓W的雷射光照射面之距離超過測定範圍(引入範圍)時，則無法檢測晶圓W的雷射光照射面之位移。尤其，聚光透鏡106係使用高NA(numerical aperture)透鏡，所以可檢測晶圓W的雷射光照射面的位移之測定範圍限於AF用雷射光L2的聚光點(對焦位置)附近，所以上述問題變更顯著。
為了因應此問題，在本實施形態的AF裝置110中，為了可在不改變加工用雷射光L1的聚光點的位置之情況下，使AF用雷射光L2的聚光點的位置改變，聚焦光學系310被設置在照射光學系300的光路上。藉此，如圖6A顯示的狀態至圖6B顯示的狀態所示，即便在為了使改質區域的加工深度改變而使聚光透鏡106和晶圓W的相對距離改變的情況下，如上所述藉由使聚焦光學系310的移動透鏡314沿照射光學系300的光路移動，如圖6C顯示的狀態所示，可在固定加工用雷射光L1的聚光點的Z方向位置之狀態下，使AF用雷射光L2的聚光點與晶圓W的雷射光照射面一致。
因此，由於在改質區域的加工深度改變的情況下，也可調整加工用雷射光L1的聚光點與AF用雷射光L2的聚光點之間隔，所以可使AF用雷射光L2的聚光點與晶圓W的雷射光照射面一致，可在於晶圓W的 雷射光照射面所反射之AF用雷射光L2的反射光之每單位面積的光量不會降低的情況下，正確地檢測晶圓W的Z方向位置(高度位置)。
其次，說明關於使用本實施形態之雷射切割裝置10的切割方法。圖7為顯示使用本實施形態的雷射切割裝置10之切割方法的流程之流程圖。
如圖7所示，雷射切割裝置10係在後述的即時加工動作之前，先執行測定AF信號的輸出特性之校準動作(步驟S10)。
待校準動作完成後，雷射切割裝置10係以追隨晶圓W的雷射光照射面的位移之方式，一邊調整加工用雷射光L1之聚光點的Z方向位置，一邊進行在晶圓W的內部形成改質區域的即時加工動作(步驟S12)。
圖8為顯示圖7所示之校準動作的詳細流程之流程圖。
首先，控制部50控制第2致動器316的驅動，以使聚焦光學系310的移動透鏡314移動到因應改質區域的加工深度之位置(步驟S20)。此外，在控制部50的記憶體部(未圖示)，保持有改質區域的加工深度與聚焦光學系310的移動透鏡314的位置之對應關係。
接著，控制部50控制平台12的移動，以使晶圓W的雷射光照射面的基準位置移動到聚光透鏡106的正下方(步驟S22)。此外，由於晶圓W的雷射光照射面的基準位置是使AF用雷射光L2的聚光點一致的位置，且是成為晶圓W的雷射光照射面在Z方向之位移的 基準的位置，所以較期望為晶圓W的雷射光照射面的階差較少的部分(平滑面)，例如將除了晶圓W的外周部以外之中央部分的既定位置設為基準位置。
接著，控制部50係控制第2致動器316的驅動，以從AF信號處理部500輸出的AF信號成為零之方式，使聚焦光學系310的移動透鏡314沿著照射光學系300的光路移動(步驟S24)。藉此，如圖6B所示，即便在AF用雷射光L2的聚光點與晶圓W的雷射光照射面之基準位置有偏移的情況，亦如圖6C所示以使AF用雷射光L2的聚光點與晶圓W的雷射光照射面的基準位置一致之方式進行聚光點調整。此外，控制部50係將保持於記憶體部(未圖示)之聚焦光學系310的移動透鏡314的位置重寫到聚光點調整後的移動透鏡314的位置(修正位置)。
此時，在AF信號處理部500中，依據由2分割光二極體600的受光元件600A、600B所輸出之輸出信號，生成AF信號，該2分割光二極體600係在第1檢測器406及第2檢測器408中構成總受光量較多那一方的檢測器。因此，不會受到因形成於晶圓W的雷射光照射面之薄膜的偏差(依各晶圓W或場所所造成的偏差)所產生的影響，而可穩定地以良好精度檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置。
接著，控制部50係控制第1致動器108的驅動，一邊使聚光透鏡106沿Z方向涵蓋可移動範圍的整體移動，一邊測定從AF信號處理部500輸出之AF信 號的輸出特性，並將此輸出特性作為查找表(lookup table)事先保持在記憶體部(未圖示)(步驟S26)。
此外，在晶圓W的內部形成複數個改質區域的層時，係依各改質區域的加工深度執行步驟S20至步驟S26的處理。
藉由以上的處理，控制部50係可在圖7的步驟S12的即時加工動作中，藉由參照保持於記憶體部(未圖示)的查找表，從自AF信號處理部500輸出的AF信號的輸出值簡單地求得從晶圓W的雷射光照射面的基準位置朝Z方向的位移(失焦距離)，所以能使即時加工動作的加工效率(生產量)提升。
圖9為顯示圖7所示之即時加工動作的詳細流程之流程圖。
首先，控制部50係與圖8的步驟S20同樣，控制第2致動器316的驅動，以使聚焦光學系310的移動透鏡314移動到對應改質區域的加工深度之位置(步驟S30)。此時，控制部50係使之移動到保持於記憶體部(未圖示)之移動透鏡314的位置(修正位置)。藉此，AF用雷射光L2的聚光點與晶圓W的雷射光照射面的基準位置一致，AF裝置110可檢測以晶圓W的雷射光照射面的基準位置作為基準之Z方向的位移。
然後，控制部50控制平台12的移動，使吸附保持於平台12的晶圓W移動到既定的加工開始位置(步驟S32)。
其次，控制部50係在將加工用雷射光源100設為ON後，一邊使晶圓W移動於水平方向(XY方向)，一邊利用從加工用雷射光源100射出的加工用雷射光L1，沿著切割道在晶圓W的內部形成改質區域(步驟S34)。
此時，控制部50係與將加工用雷射光源100設為ON的時間點(timing)大致同時地，或者在比其還早的時間點，將第1光源202及第2光源204設為ON。藉此，加工用雷射光L1和AF用雷射光L2(波長彼此相異之兩道AF用雷射光L2a、L2b的合成光)係藉由聚光透鏡106朝晶圓W聚光。照射到晶圓W的雷射光照射面並反射之AF用雷射光L2的反射光，係藉分光鏡404被分割成彼此相異的波長，經分割的各個光係分別由第1檢測器406及第2檢測器408受光。AF信號處理部500係依據由第1檢測器406及第2檢測器408中總受光量較多那一方的檢測器所輸出的輸出信號，生成表示從晶圓W的雷射光照射面的基準位置朝Z方向之位移之AF信號，並輸出到控制部50。
然後，控制部50係依據由AF信號處理部500輸出的AF信號，控制第1致動器108的驅動，藉此一邊調整加工用雷射光L1之聚光點的Z方向位置，一邊在晶圓W的內部形成改質區域。
接著，控制部50判斷是否已對晶圓W所有的切割道完成改質區域的形成(步驟S36)。在尚未對所有的切割道完成改質區域的形成之情況(為否的情況)， 移動到下一個切割道(步驟S38)，針對該切割道重複進行步驟S34至步驟S36的處理。另一方面，在已對所有的切割道完成改質區域的形成之情況(為是的場合)，前進到下一個步驟S40。
然後，控制部50判斷是否已對所有的加工深度完成改質區域的形成(步驟S40)。在尚未對所有的加工深度完成改質區域的形成之情況，移動到下一個加工深度(步驟S42)，重複進行步驟S30至步驟S40的處理。另一方面，在已對所有的加工深度完成改質區域的形成之情況，結束即時加工動作。
依此方式，藉由在晶圓內部之所期望的位置形成改質區域，能以改質區域作為起點將晶圓W分割成複數個晶片。
圖10係顯示第1實施形態之AF信號的輸出特性的一例之圖，顯示使改質區域的加工深度在0~800μm的範圍變化時的輸出特性。
本實施形態中，由於是因應改質區域的加工深度而使AF用雷射光L2的聚光點的Z方向位置與晶圓W的雷射光照射面的基準位置一致之方式進行調節，所以如圖10所示，對應各加工深度之AF信號的輸出特性大約一致，任一者均成為以晶圓W的雷射光照射面的基準位置(原點)作為零交叉(zero cross)點的S字狀曲線。因此，藉由使用具有此種輸出特性的AF信號來執行即時加工動作，可在不會受到改質區域的加工深度的變更影響之情況下，穩定且高精度地檢測晶圓W的雷射光照射面的位移。
如以上所述，本實施形態中，由於是使用波長彼此相異的兩道AF用雷射光L2a、L2b來檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置，所以不會受到因形成於晶圓W的雷射光照射面之薄膜的偏差所造成的影響，可穩定且以良好精度檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置。
又，在本實施形態中，在用以將AF用雷射光L2導入聚光透鏡106之照射光學系300的光路上且在分光鏡104與半鏡308之間，設置有聚焦光學系310作為在Z方向(晶圓厚度方向)調整AF用雷射光L2的聚光點之聚光點調整光學系。因此，伴隨改質區域之加工深度的變化，即便在聚光透鏡106與晶圓W的相對距離改變之情況，也能以使AF用雷射光L2的聚光點與晶圓W的雷射光照射面一致的方式進行調整，所以可在與晶圓的雷射光照射面距離既定的加工深度，以良好精度形成改質區域。
又，在本實施形態中，經本案發明人反覆致力探討研究的結果發現，聚光透鏡106與聚焦光學系310的光學距離、和焦點引入(focus pull-in)範圍、焦點感度有相關性，為了獲得良好的結果，必須將此光學距離保持在某範圍。具體而言，當聚光透鏡106的出射光瞳與聚焦光學系310的固定透鏡(正透鏡)312之光學距離D太長時，各加工深度之AF信號的輸出特性的偏差會變大，所以光學距離D較佳是在120mm以下。
在此，使用與上述實施形態的雷射切割裝置10實質上為等效的模式來進行模擬(simulation)，就針對使光學距離D變化時之各加工深度之AF信號的輸出特性(AF特性)的變化進行評價的結果，參照圖11及圖12進行說明。
圖11及圖12為表示將光學距離D分別設定為既定值時之各加工深度的AF信號的輸出特性。此外，D的單位設為mm(以下，同樣)。
圖11為D=30的情況，圖12為D=90的情況。如此等圖所示，隨著光學距離D變長，雖然焦點引入範圍變廣，但是AF信號的輸出特性之曲度(curve)的傾斜(在以對焦位置(即，失焦距離=0)為中心的比例關係上所具有的大致直線部分的傾斜)變和緩，有焦點感度降低的傾向。此外，各加工深度的AF信號之輸出特性的偏差會變大。
因此，聚光透鏡106的出射光瞳與聚焦光學系310的固定透鏡312之光學距離D係以120mm以下較佳。藉此，焦點感度高，焦點引入範圍廣，不論加工深度為何，都可獲得穩定的AF特性。
又，本實施形態中，聚焦光學系310是由固定透鏡(正透鏡)312及移動透鏡(負透鏡)314所構成，而該固定透鏡312的焦點距離較佳為20mm以上80mm以下。當固定透鏡312的焦點距離太長時，移動透鏡314的移動量會變太大。又，當固定透鏡312的焦點距離變太短時，各加工深度之AF信號的輸出特性的偏差會變 大。因此，若考量這些點，固定透鏡312的焦點距離係以在上述範圍較佳，可使移動透鏡314的移動量變小，且可使各加工深度之AF信號的輸出特性的偏差變小。
又，在本實施形態中，固定透鏡312的焦點距離(絕對值)與移動透鏡314之焦點距離(絕對值)的差較佳為2mm以上15mm以下。在固定透鏡312與移動透鏡314之焦點距離的差小於2mm的情況，當在晶圓W的雷射光照射面調整AF用雷射光L2的聚光點時，固定透鏡312與移動透鏡314的距離會變太短，所以在構成聚焦光學系310上會有困難。另一方面，若此焦點距離的差太大，則移動透鏡314的焦點距離會變小，基於像差上的觀點，是不理想的。當考量到這些點時，較佳為將固定透鏡312的焦點距離(絕對值)與移動透鏡314的焦點距離(絕對值)之差設在2mm以上15mm以下，可容易地構成聚焦光學系310，且可抑制像差的產生。
又，本實施形態中，藉由聚光透鏡106聚光且照射到晶圓W的雷射光照射面之AF用雷射光L2的聚光像(針孔像)的直徑(spot diameter；點徑)N係以5μm以上50μm以下較佳。
在此，使用與上述本實施形態之雷射切割裝置10實質上等效的模式來進行模擬，就針對使點徑N變化時之各加工深度的AF特性的變化進行評價的結果，參照圖13~圖15進行說明。
圖13~圖15為表示將點徑N分別設定為既定值時之各加工深度的AF信號的輸出特性。此外，N的單位為μm。又，光學距離D為60mm。
圖13為顯示N=10時之AF信號的輸出特性之圖。如圖13所示，在N=10的情況，於對焦位置(失焦距離=0)附近，AF信號之輸出特性的曲度急遽變化，在對焦位置以外成為大致一定的值。
圖14為顯示N=100時之AF信號的輸出特性之圖。如圖14所示，在N=100的情況，與N=10的情況相比(參照圖13)，於對焦位置附近之AF信號的輸出特性的曲度變化和緩。由此可知，為了擴大焦點引入範圍，只要加大點徑N即可。
圖15為顯示N=200時之AF信號的輸出特性之圖。如圖15所示，在N=200的情況，AF信號之輸出特性的曲度的振幅減少，會有在該曲度發生反曲點的現象產生。又，改質區域的加工深度愈深，則AF信號之輸出特性的曲度的傾斜(在以對焦位置為中心的比例關係上所具有的大致直線部分的傾斜)愈和緩，也會產生焦點感度降低之問題。
由此等結果得知，點徑N較佳為5μm以上50μm以下，可獲得焦點感度高，焦點引入範圍廣，不論加工深度為何都穩定的AF特性。
如上所述，本實施形態中，將聚光透鏡106的出射光瞳與聚焦光學系310之光學距離、和藉由聚光透鏡106之AF用雷射光L2的聚光像的直徑(點徑)設定在所期望的範圍，藉此可獲得AF感度高，引入範圍廣，不論加工深度為何都穩定的AF特性。因此，不論改質區域的加工深度為何，都可迅速且以良好精度穩定地檢 測晶圓W之雷射光照射面的高度位置。其結果，即便在晶圓W的雷射光照射面有偏差，亦可以良好精度在與晶圓W的雷射光照射面相距既定的加工深度形成改質區域。
此外，本實施形態中，係使用由在第1檢測器406及第2檢測器408中總受光量較多那一方的檢測器所輸出之輸出信號，但不限於此，亦可藉由對在第1檢測器406及第2檢測器408中分別受光的光量依據預定基準進行加權相加，而獲得AF信號。例如，將在第1檢測器406中受光的光量設為S1，將在第2檢測器408中受光的光量設為S2時，使用將對S1、S2分別乘以加權係數α、β(其中，α、β>0)者予以相加而得者。又，亦可使用將S1、S2分別平方並相加所得者，亦可使用其他的加權方法。
又，本實施形態中，由於係使用波長彼此相異的兩道AF用雷射光L2a、L2b，所以第1檢測器406及第2檢測器408係設成配置於考量了對各自的波長區域之色差的位置之構成，然而不限定於此，例如，亦可含有貼合在聚焦光學系310內的透鏡作為色差補正手段。於此情況，由於聚焦光學系310係發揮作為色差補正手段之功能，所以如圖16顯示的例子所示，在檢測光學系400中，變成不需要分光鏡404及第2檢測器408，可將AF裝置110的裝置構成簡單化。
又，本實施形態中，係說明使用波長彼此相異的兩道AF用雷射光L2a、L2b來檢測晶圓W的雷射 光照射面的高度位置之情況，但不侷限於此，亦可使用波長彼此相異之三道以上的AF用雷射光。例如，如圖16的光源部200所示，將輸出三種不同波長的雷射光之豬尾巴式LD(Laser Diode：202、204、205)，透過雷射合成器(laser combiner)201結合到一個光纖(fiber)。且，藉由將由LD202、204及205輸出的雷射光透過雷射合成器201輸出，可選擇所輸出之雷射光的波長，或將雷射光混合並輸出。
又，本實施形態中，雖顯示第1檢測器406及第2檢測器408以2分割光二極體構成的例子，但不限定於此，亦可使用能測定光量平衡者(例如，4分割光二極體、二維拍攝元件等)。
又，本實施形態中，雖使用光纖302，但若無佈局(layout)上的問題，也可直接在準直透鏡304的前側焦點位置製作光源像，並省略光纖302。
(第2實施形態)
其次，說明關於本發明的第2實施形態。以下，關於與第1實施形態共通的部分係省略說明，主要說明本實施形態的特徵部分。
圖17為顯示第2實施形態之雷射切割裝置的概略之構成圖。在圖17中，與圖1共通或類似的構成要素係標註同一符號，並省略其說明。
第2實施形態係使用像散法(astigmatic method)，作為檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置之方法。
如圖17所示，自AF裝置110的光源部200輸出的AF用雷射光L2係經由光纖302，藉由準直透鏡304準直，於其一部分未被遮光的情況下，在半鏡308反射。接著，此AF用雷射光L2係經由聚焦光學系310、分光鏡104，藉由聚光透鏡106聚光而被照射到晶圓W。在晶圓W的雷射光照射面反射之AF用雷射光L2的反射光，係逆向地行進於與AF用雷射光L2相同的光路，穿透配置於該光路上的半鏡308，而被導入檢測光學系400，該檢測光學系400係設置在自照射光學系300的光路分歧的光路。
檢測光學系400係由分光鏡404、成像透鏡410、412、柱狀透鏡(cylindrical lens)414、416、第1檢測器418、第2檢測器420等所構成。
分光鏡404係與第1實施形態同樣，將被導入檢測光學系400之AF用雷射光L2的反射光分割成特定波長的光和該特定波長的光以外之波長的光。亦即，在AF用雷射光L2的反射光中，自第1光源202射出且相當於AF用雷射光L2a的波長之第1波長區域的光，係穿透分光鏡404，並經由成像透鏡410、柱狀透鏡414，而由第1檢測器418受光。另一方面，自第2光源204射出且相當於AF用雷射光L2b的波長之第2波長區域的光，係在分光鏡404反射，且經由成像透鏡412、柱狀透鏡416，而由第2檢測器420受光。此外，柱狀透鏡414、416係對由分光鏡404分割成各波長區域的光分別賦予像散(astigmatism)的像散賦予手段。
第1檢測器418及第2檢測器420係由具有分割成4部分的受光元件之4分割光二極體所構成，將各波長區域的光的聚光像分割並受光，將因應各光量的輸出信號輸出至AF信號處理部500。
由於藉由像散法所進行之晶圓W的雷射光照射面的位移之檢測原理乃係週知(例如，參照特開2009-152288號公報)，故在此省略其詳細的說明，簡單說明之，在構成檢測器(相當於第1檢測器418及第2檢測器420)之4分割光二極體的受光面上所形成之AF用雷射光L2的反射光的聚光像，在晶圓W的雷射光照射面與AF用雷射光L2的聚光點一致的情況下會成為正圓。另一方面，在晶圓W的雷射光照射面與AF用雷射光L2的聚光點偏移的情況下，聚光像會因應晶圓W的雷射光照射面的位移方向而成為朝縱向或橫向被拉長的橢圓，其大小依存於晶圓W的雷射光照射面的位移量。因此，藉由利用此種性質，可檢測晶圓W的雷射光照射面的位移。
圖18為顯示4分割光二極體的受光面之圖。如該圖所示，4分割光二極體602具有四個受光元件(光電轉換元件)602A~602D，各受光元件602A~602D係將AF用雷射光L2的反射光的聚光像分割且受光，並將因應各光量的輸出信號輸出到AF信號處理部500。
AF信號處理部500係為，當將自構成第1檢測器418之4分割光二極體602的受光元件602A~602D輸出的輸出信號分別設為A1~D1，將自構成第2檢測器420之4分割光二極體602的受光元件602A~ 602D輸出的輸出信號分別設為A2~D2時，在第1檢測器418之輸出信號的和(A1+B1+C1+D1)為第2檢測器420之輸出信號的和(A2+B2+C2+D2)以上的情況下，依據下式(3)求出AF信號E。
E={(A1+C1)-(B1+D1)}/{(A1+C1)+(B1+D1)}...(3)
另一方面，在第1檢測器418之輸出信號的和(A1+B1+C1+D1)小於第2檢測器420之輸出信號的和(A2+B2+C2+D2)的情況下，依據下式(4)求出AF信號E。
E={(A2+C2)-(B2+D2)}/{(A2+C2)+(B2+D2)}...(4)
根據此構成，控制部50係依據由AF信號處理部500輸出的AF信號，與上述第1實施形態同樣地，可控制第1致動器108、第2致動器316的驅動，所以可在不會受到對改質區域的加工深度之變更影響的情況下，以追隨晶圓W的雷射光照射面的位移之方式高精度地控制加工用雷射光L1的聚光點，而能在晶圓W內部之所期望的位置高精度地形成改質區域。
此外，第1檢測器418及第2檢測器420不限於4分割光二極體，只要可測定光量平衡者即可，也可使用例如二維拍攝元件等。
圖19為顯示第2實施形態之AF信號的輸出特性之圖。如圖19所示，在第2實施形態中，與第1 實施形態中之AF信號的輸出特性(參照圖10)相比，各加工深度的偏差變大，但焦點引入範圍比較廣，AF信號的輸出特性之曲度的傾斜(在以對焦位置為中心之比例關係所具有的大致直線部分的傾斜)也較大且焦點感度高，可穩定地檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置。
如此，在第2實施形態中也可獲得與第1實施形態同樣的功效。又，在第2實施形態中，聚光透鏡106的出射光瞳與聚焦光學系310的固定透鏡312之光學距離較佳為50mm以下。藉由將此光學距離設定在上述範圍，可獲得AF感度高，引入範圍廣，不論加工深度為何都穩定的AF特性。
(第3實施形態)
其次，說明關於本發明第3實施形態。以下，關於與第1實施形態共通的部分係省略說明，主要說明本實施形態的特徵部分。
圖20為顯示第3實施形態之雷射切割裝置的概略之構成圖。圖20中，與圖1共通或類似的構成要素係標註同一符號，並省略其說明。
第3實施形態係使用中心強度法，作為檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置之方法。此外，中心強度法係指，藉兩個檢測器中的任一檢測器接收反射光的一部分，且藉另一檢測器接收反射光的全部或一部分，並使用各檢測器的受光量來檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置之方法。
如圖20所示，自AF裝置110的光源部200輸出的AF用雷射光L2，係經由具有與第2實施形態同樣構成之照射光學系300的光路而導入聚光透鏡106，藉由聚光透鏡106聚光而照射在晶圓W。在晶圓W的雷射光照射面反射之AF用雷射光L2的反射光，係逆向地行進於照射光學系300的光路，穿透配置於該光路上的半鏡308，而被導入檢測光學系400，該檢測光學系400係設置在自照射光學系300的光路分歧的光路。
檢測光學系400係由分光鏡404、開孔鏡422、425、成像透鏡426、428、第1檢測器430a、430b、第2檢測器432a、432b等所構成。
分光鏡404係與第1實施形態同樣，將被導入檢測光學系400之AF用雷射光L2的反射光分割成特定的波長和該特定的波長以外之波長的光。亦即，在AF用雷射光L2的反射光中，自第1光源202射出且相當於AF用雷射光L2a的波長之第1波長區域的光，係穿透分光鏡404，其一部分的光通過形成於開孔鏡422的中央部分的開口部且由第1檢測器430a受光，剩餘的光係在開孔鏡422的周邊部分的反射面反射並藉由成像透鏡426聚光而由第1檢測器430b受光。另一方面，自第2光源204射出且相當於AF用雷射光L2b的波長之第2波長區域的光，係在分光鏡404反射，其一部分的光通過形成於開孔鏡425的中央部分的開口部且由第2檢測器432a受光，剩餘的光係在開孔鏡425的周邊部分的反射面反射並藉由成像透鏡428聚光而由第2檢測器432b受光。
第1檢測器430a、430b及第2檢測器432a、432b，係將因應所受光之光量的輸出信號輸出至AF信號處理部500。
AF信號處理部500係依據由第1檢測器430a、430b及第2檢測器432a、432b的至少一方的檢測器輸出之輸出信號，生成AF信號並輸出到控制部50，該AF信號係表示從晶圓W的雷射光照射面的基準位置朝Z方向的位移(失焦距離)。
在此，說明關於晶圓W之雷射光照射面的位移之檢測原理。此外，由於使用第1檢測器430a、430b的檢測原理與使用第2檢測器432a、432b的檢測原理之檢測原理是同樣的，故代表此等而針對使用第1檢測器430a、430b的檢測原理進行說明。
在穿透分光鏡404的反射光中，一部分的光通過開孔鏡422的開口部而在第1檢測器430a受光，剩餘的光係在開孔鏡422的周邊部分的反射面反射並藉由成像透鏡426聚光而在第1檢測器430b受光。因此，由第1檢測器430a、430b受光之反射光的光量的和(總受光量)，不論晶圓W的雷射光照射面的高度位置為何，都始終固定，第1檢測器430a、430b之輸出的和係成為固定。另一方面，由第1檢測器430a受光的反射光，其受光區域係藉由開孔鏡422的開口部而限制於中心部分，所以受光量係依據聚光透鏡106至晶圓W的雷射光照射面之距離，即晶圓W的雷射光照射面的高度位置(Z方向位置)而改變。因此，第1檢測器430a的輸出係依 據被照射AF用雷射光L2之晶圓W的雷射光照射面的高度位置而改變。因此，藉由利用此種性質，可檢測晶圓W的雷射光照射面之位移。
在AF信號處理部500中，當將自第1檢測器430a、430b輸出的輸出信號分別設為Pa、Pb，且將自第2檢測器432a、432b輸出的輸出信號分別設為Qa、Qb時，在第1檢測器430a、430b之輸出信號的和(Pa+Pb)為第2檢測器432a、432b之輸出信號的和(Qa+Qb)以上的情況，依據下式(5)，求得AF信號E。
E=(Pa+Pb)/Pa...(5)
另一方面，在第1檢測器430a、430b之輸出信號的和(Pa+Pb)小於第2檢測器432a、432b之輸出信號的和(Qa+Qb)的情況，依據下式(6)，求得AF信號E。
E=(Qa+Qb)/Qa...(6)
亦即，AF信號處理部500係將用以求出AF信號E的檢測器，換成第1檢測器430a、430b及第2檢測器432a、432b中總受光量較多那一方的檢測器使用。藉此，由於始終使用高反射率之波長的光來生成AF信號E，所以即便被照射到晶圓W的雷射光照射面之AF用雷射光L2的反射率因波長而改變，也不會受到因形成於晶圓W的雷射光照射面之薄膜的偏差所造成的影響，而能以良好精度穩定地進行晶圓W的雷射光照射面的高度位置之檢測。
根據此構成，由於控制部50係依據由AF信號處理部500輸出的AF信號，與上述第1實施形態同樣地，可控制第1致動器108、第2致動器316的驅動，所以可在不會受到對改質區域的加工深度之變更影響的情況下，以追隨晶圓W的雷射光照射面的位移之方式高精度地控制加工用雷射光L1的聚光點，而可在晶圓W內部之所期望的位置高精度地形成改質區域。
圖21為顯示第3實施形態之AF信號的輸出特性之圖。如圖21所示，在第3實施形態中，與第1實施形態中之AF信號的輸出特性(參照圖10)相比，各加工深度的偏差變大，但失焦距離為負方向(從AF用雷射光L2的聚光點朝向聚光透鏡106的方向)的焦點引入範圍變廣，即便在晶圓W的雷射光射入面與AF用雷射光L2的聚光點偏移的情況下，也能穩定地檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置。
如此，在第3實施形態中，也可獲得與第1實施形態同樣的功效。又，在第3實施形態中，聚光透鏡106的出射光瞳與開孔鏡422、425(受光區域限制手段)之光學距離較佳為20mm以上150mm以下，且聚光透鏡106的出射光瞳與聚焦光學系310的固定透鏡312之光學距離較佳為120mm以下。藉由將此等的光學距離設定於上述範圍，可獲得AF感度高，引入範圍廣，不論加工深度為何都穩定的AF特性。
此外，第3實施形態中，雖使用作為受光區域限制手段之開孔鏡422、425，但不侷限於此，亦可 使用例如分割鏡。此時，將藉分光鏡404分割成各波長之AF用雷射光L2的反射光藉分割鏡分割成兩個路徑，將經分割的各反射光藉由第1檢測器430a、430b及第2檢測器432a、432b分別進行檢測。藉此，與使用開孔鏡422、425的情況同樣，可求得AF信號，且可檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置。
又，第3實施形態中，也可採用如圖22所示之構成。亦即，亦可在將AF用雷射光L2導入聚光透鏡106之照射光學系300的光路，且在半鏡308與準直透鏡304之間配置4f光學系318。4f光學系318係由第1中繼透鏡320和第2中繼透鏡322所構成。根據此種構成，由於可將與聚光透鏡106之出射光瞳共軛的面配置在與聚光透鏡106物理上分離的位置，所以可提高配置在照射光學系300之準直透鏡304等的配置自由度。
此外，在第3實施形態中，作為檢測AF用雷射光L2之檢測光學系400的構成，係列舉使用第1檢測器430a、430b及第2檢測器432a、432b的構成為例來說明，但未必限定於此種構成。作為檢測AF用雷射光L2之檢測光學系400的構成，亦可採用例如圖23所示之構成。
圖23為顯示第3實施形態之切割裝置的其他構成例之主要部分構成圖。在圖23所示的構成例中，取代圖20所示之開孔鏡422、425，而設置有半鏡434、436、遮罩(mask)438、440。
根據此構成例，在被導入分光鏡404之AF用雷射光L2的反射光中，穿透分光鏡404之第1波長區域的光的一部分係穿透半鏡434，且經由在光路上具有中央開口的遮罩438由第1檢測器430a受光，剩餘的光係在半鏡434反射，藉由成像透鏡426而由第1檢測器430b受光100%。另一方面，在分光鏡404反射之第2波長區域的光的一部分係穿透半鏡436，且經由在光路上具有中央開口的遮罩440由第2檢測器432a受光，剩餘的光係在半鏡436反射，藉由成像透鏡428而由第2檢測器432b受光100%。由第1檢測器430b、第2檢測器432b受光之反射光的光量固定，相對地，由第1檢測器430a、第2檢測器432a受光之反射光的光量係依晶圓W的雷射光照射面的高度位置而改變。藉由利用此性質，可與第3實施形態同樣地檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置。
亦即，在AF信號處理部500中，當將自第1檢測器430a、430b輸出的輸出信號分別設為Pa、Pb，且將自第2檢測器432a、432b輸出的輸出信號分別設為Qa、Qb時，在第1檢測器430b之輸出信號Pb為第2檢測器432b之輸出信號Qb以上的情況，依據下式(7)，求得AF信號E。
E=Pb/Pa...(7)
另一方面，在第1檢測器430b之輸出信號Pb小於第2檢測器432b之輸出信號Qb的情況，依據下式(8)，求得AF信號E。
E=Qb/Qa...(8)
根據此構成，控制部50係依據由AF信號處理部500輸出的AF信號，與上述第1實施形態同樣地，控制第1致動器108、第2致動器316的驅動，藉此，可在不會受到對改質區域的加工深度之變更影響的情況下，以追隨晶圓W的雷射光照射面的位移之方式高精度地控制加工用雷射光L1的聚光點，而可在晶圓W內部之所期望的位置高精度地形成改質區域。
(第4實施形態)
其次，說明關於本發明的第4實施形態。以下，關於與第1實施形態共通的部分，係省略說明，主要說明本實施形態的特徵部分。
圖24為顯示第4實施形態之雷射切割裝置的概略之構成圖。圖24中，與圖1共通或類似的構成要素係標註同一符號，並省略其說明。
第1實施形態中，AF裝置110係使用兩個檢測器406、408，同時檢測波長不同的兩個AF用雷射光L2a、L2b的反射光，相對地，第4實施形態中，係將波長不同的兩個AF用雷射光L2a、L2b在時間上交替地射出，將在晶圓W的雷射光射入面反射之AF用雷射光L2a、L2b的反射光按各波長區域分時交替地檢測。
亦即，AF裝置110係構成為分時交替地切換光源部200的第1光源202及第2光源204的ON/OFF，且可與該切替時間點同步地將AF用雷射光 L2a、L2b的反射光依各波長區域由一個檢測器406分時地進行檢測。此外，光源部200為分時輸出手段的一例。又，檢測器406為分時檢測手段的一例。
控制部50具備有光源控制部52和檢測控制部54。光源控制部52係控制第1光源202及第2光源204之ON/OFF的切換。檢測控制部54係與光源控制部52的切替時間點同步地控制檢測器406的檢測動作(受光動作)。
藉由以上的構成，在第4實施形態中亦同，由於因應AF用雷射光L2a、L2b之反射光的光量之輸出信號係從檢測器406分時交替地輸出，所以可獲得與第1實施形態同樣的功效。再者，在第4實施形態中，不需要為了檢測波長不同的複數道AF用雷射光而具備複數個檢測器，所以可將裝置構成簡單化。
(第5實施形態)
其次，說明本發明第5實施形態。
圖25為顯示第5實施形態之雷射切割裝置的概略之構成圖。如圖25所示，雷射切割裝置10係由平台12、雷射頭20、控制部50等所構成。
平台12係構成為可移動於XYZθ方向，用以將晶圓W吸附保持。晶圓W係以與表面(裝置面)為相反側的背面成為雷射光照射面之方式載置於平台12上。此外，亦可將晶圓W的表面設為雷射光照射面。關於後述的其他實施形態，亦同樣。
雷射頭20係對晶圓W照射加工用雷射光L1，該加工用雷射光L1係用以在晶圓W的內部形成改質區域。
控制部50係由CPU(Central Processing Unit)、記憶體、輸出輸入電路部等所構成，用以控制雷射切割裝置10之各部位的動作。
此外，雷射切割裝置10係由未圖示的晶圓搬送手段、操作板、電視螢幕及顯示燈等所構成。
在操作板安裝有用於操作雷射切割裝置10之各部位的動作之開關類或顯示裝置。電視螢幕係顯示藉由未圖示的CCD(Charge Coupled Device)相機所拍攝之晶圓影像的顯示、或者程式內容、各種訊息等。顯示燈係顯示雷射切割裝置10在加工中、加工結束、緊急停止等的運作狀況。
其次，說明雷射頭20的詳細構成。
如圖25所示，雷射頭20係由加工用雷射光源100、準直透鏡102、分光鏡104、聚光透鏡106、AF裝置(自動對焦裝置)110等所構成。
加工用雷射光源100係射出用於在晶圓W內部形成改質區域的加工用雷射光L1。例如，加工用雷射光源100係射出脈衝寬度為1μs以下，且聚光點的峰值功率密度為1×108(W/cm2)以上的雷射光。
從加工用雷射光源100射出的加工用雷射光L1係在藉由準直透鏡102準直，且通過分光鏡104後，藉由聚光透鏡106聚光於晶圓W的內部。加工用雷 射光L1之聚光點的Z方向位置(晶圓厚度方向位置)係藉由利用第1致動器108使聚光透鏡106朝Z方向(加工用雷射光L1的光軸方向)微小移動來進行調節。第1致動器108為聚光透鏡驅動手段的一例。此外，詳細情況將於後闡述，第1致動器108係藉由控制部50控制驅動，以使聚光透鏡106與晶圓W的雷射光照射面的距離固定。
使用了加工用雷射光L1之改質區域的形成，係可以與使用圖2A~圖2C所說明之例子同樣的方式來進行。亦即，如圖2A所示，當自晶圓W的雷射光照射面射入之加工用雷射光L1的聚光點設定在晶圓W的厚度方向內部時，穿透晶圓W的雷射光照射面的加工用雷射光L1的能量會集中在晶圓W內部的聚光點，在晶圓W內部的聚光點附近形成因多光子吸收而產生的裂痕(crack)區域、熔融區域、折射率變化區域等的改質區域。如圖2B所示，將斷斷續續的脈衝狀加工用雷射光L1照射到晶圓W而將複數個改質區域P、P、...沿著切割道形成，藉此，晶圓W之分子間力的平衡崩潰，而以改質區域P、P、...為起點自然地割斷，或者藉由施加微小的外力而割斷。
又，在厚度較厚的晶圓W之情況，改質區域P的層為1層時無法割斷，所以如圖2C所示，於晶圓W的厚度方向上移動加工用雷射光L1的聚光點，使改質區域P形成為多層而予以割斷。
此外，在圖2B、圖2C所示例子中，係顯示以斷斷續續的脈衝狀加工用雷射光L1形成有不連續的改質區域P、P、...之狀態，惟亦可在加工用雷射光L1的連續波下形成連續的改質區域P。形成有不連續的改質區域P的情況，比形成有連續的改質區域P的情況還難以割斷，所以可根據晶圓W的厚度或搬送中的安全等狀況，適當地選擇要使用加工用雷射光L1的連續波、或者使用斷續波。
AF裝置110係對晶圓W照射AF用雷射光(檢測用雷射光)L2，並接收在晶圓W的雷射光照射面反射之AF用雷射光L2的反射光，依據所接受到的反射光，來檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置(Z方向位置)。AF裝置110係高度位置檢測手段的一例。
AF裝置110具備有：光源部200，輸出AF用雷射光L2；照射光學系300，將從光源部200輸出的AF用雷射光L2導入聚光透鏡106；檢測光學系400，檢測藉由聚光透鏡106聚光且在晶圓W的雷射光照射面所反射之AF用雷射光L2的反射光；以及AF信號處理部500，利用由檢測光學系400所測得的AF用雷射光L2的反射光，而生成表示晶圓W的雷射光照射面的高度位置之AF信號。
光源部200係由第1光源202、第2光源204、準直透鏡206、208、分光鏡210、聚光透鏡212等所構成。光源部200為檢測用雷射光輸出手段的一例。
第1光源202及第2光源204係由例如LD(Laser Diode)光源、SLD(Super Luminescent Diode)光源等所構成，分別射出彼此不同波長的AF用雷射光(檢測用雷射光)L2a、L2b。AF用雷射光L2a、L2b具有與加工用雷射光L1不同的波長且可在晶圓W的雷射光照射面反射的波長。亦即，AF用雷射光L2a是具有第1波長區域(例如，620~750nm)的波長之雷射光(紅色雷射光)，AF用雷射光L2b是具有與第1波長區域不同的第2波長區域(例如，450~495nm)的波長之雷射光(藍色雷射光)。第1光源202及第2光源204是複數個檢測用雷射光源的一例。
自第1光源202及第2光源204射出的AF用雷射光L2a、L2b，係可分別藉由準直透鏡206、208準直，而導入分光鏡210。
分光鏡210係為，在經由準直透鏡206、208射入的AF用雷射光L2a、L2b中，藉由透過一方的AF用雷射光L2a，且反射另一方的AF用雷射光L2b，而將兩者的光導入同一光路。藉由分光鏡210導入同一光路之AF用雷射光L2a、L2b的合成光，係藉由聚光透鏡212聚光而自光源部200輸出作為光源光(AF用雷射光L2)。此外，分光鏡210是光合成手段的一例。
照射光學系300係由光纖302、準直透鏡304、刀口(knife edge)306、半鏡308、4f光學系311、分光鏡104等所構成。
自光源部200輸出的AF用雷射光L2(AF用雷射光L2a、L2b的合成光)，係射入光纖302的射入端，經由光纖302而從光纖302的射出端射出。又，此AF用雷射光L2係藉由準直透鏡304準直，被刀口306遮住其一部分的光。沒有被刀口306遮住而行進的光，係在半鏡308反射，並經由4f光學系311，在分光鏡104反射，而被導入與加工用雷射光L1相同的光路。進一步，此AF用雷射光L2係藉由聚光透鏡106聚光而照射至晶圓W。
在晶圓W的雷射光照射面反射之AF用雷射光L2的反射光，係藉由聚光透鏡106折射，且在分光鏡104反射，然後經由4f光學系311，穿透半鏡308，而被導入檢測光學系400，該檢測光學系400係設置在自照射光學系300的光路分歧的光路上。
此外，半鏡308係光路分歧手段的一例，配設在照射光學系300的光路(照射光路)，將在晶圓W的雷射光照射面反射之AF用雷射光L2的反射光的一部分從照射光學系300的光路分歧到檢測光學系400的光路(檢測光路)。
檢測光學系400係由聚焦光學系403、分光鏡404、成像透鏡407,409、第1檢測器411、第2檢測器413等所構成。檢測光學系400是光檢測手段的一例。射入檢測光學系400之AF用雷射光L2的反射光係經由聚焦光學系403被導入分光鏡404。
分光鏡404係波長分割手段，其將AF用雷射光L2的反射光分割成特定波長的光、和該特定波長的光以外之波長的光。亦即，在AF用雷射光L2的反射光中，從第1光源202射出且相當於AF用雷射光L2a的波長之第1波長區域的光，係穿透分光鏡404，經由成像透鏡407，由第1檢測器411受光。另一方面，從第2光源204射出且相當於AF用雷射光L2b的波長之第2波長區域的光，係在分光鏡404反射，經由成像透鏡409，而由第2檢測器413受光。
第1檢測器411及第2檢測器413係由具有分割成兩部分的受光元件(光電轉換元件)的2分割光二極體所構成，將各自之波長區域之光的聚光像分割並受光，將因應各自的光量的輸出信號(電性信號)輸出到AF信號處理部500。
此外，第1檢測器411及第2檢測器413係配置在考量了對於各波長區域的色差之位置，以顯示相同的對焦位置的方式進行調整。
AF信號處理部500係依據由第1檢測器411及第2檢測器413的至少一方的檢測器的各受光元件輸出的輸出信號，生成AF信號(自動對焦信號)並輸出到控制部50，該AF信號係作為表示從晶圓W的雷射光照射面的基準位置朝Z方向的位移(失焦距離)之位移信號(檢測信號)。此外，AF信號處理部500是位移信號生成手段的一例。
關於晶圓W之雷射光照射面的位移之檢測，係可以與使用圖3~圖5說明的例子同樣的方式進行。
首先，當晶圓W的雷射光照射面位於h2的位置時(參照圖4)，即，當晶圓W的雷射光照射面與AF用雷射光L2的聚光點一致時，如圖3B所示，在2分割光二極體600的受光面於正中央形成明晰影像(sharp image)(正圓)。此時，可知在2分割光二極體600的受光元件600A、600B接收的光量均相等，晶圓W的雷射光照射面位在對焦位置。
另一方面，當晶圓W的雷射光照射面位在h1的位置時(參照圖4)，即，當晶圓W的雷射光照射面位在比AF用雷射光L2的聚光點更靠近聚光透鏡106的位置時，如圖3A所示，在2分割光二極體600的受光面，於受光元件600A側形成半圓形的聚光像，其大小(模糊量)係因應晶圓W與聚光透鏡106的距離而改變。
又，當晶圓W的雷射光照射面位在h3的位置時(參照圖4)，即，當晶圓W的雷射光照射面位在比AF用雷射光L2的聚光點更遠離聚光透鏡106的位置時，如圖3C所示，在2分割光二極體600的受光面，於受光元件600B側形成半圓形的聚光像，其大小(模糊量)係因應晶圓W與聚光透鏡106的距離而改變。
如此，在2分割光二極體600的受光元件600A、600B受光的光量，係因應晶圓W的雷射光照射面的位移而改變。因此，可利用此種性質來檢測晶圓W的雷射光照射面的位移。
圖5為顯示AF信號的輸出特性之圖形(graph)，横軸表示從晶圓W的雷射光照射面的基準位置朝Z方向(晶圓厚度方向)的位移(失焦距離)，縱軸表示AF信號的輸出值。此外，以AF用雷射光L2的聚光點與晶圓W的雷射光照射面的基準位置(原點)一致之方式預先調整。
如圖5所示，AF信號的輸出特性係成為以晶圓W的雷射光照射面的基準位置(原點)作為零交叉點的S字狀曲線。又，當晶圓W的雷射光照射面的位置係位在圖中以箭頭所示的範圍，即位在可檢測晶圓W的雷射光照射面的位移之測定範圍(引入範圍)內時，晶圓W的雷射光照射面的位移與AF信號的輸出的關係成為通過原點的單調増加曲線(或者，單調減少曲線)，以其大部分顯示大致直線的變化。也就是說，若AF信號的輸出為零，則可知道晶圓W的雷射光照射面位在與AF用雷射光L2的聚光點一致的對焦位置，若AF信號的輸出不是零，則可知道晶圓W的雷射光照射面的位移方向及位移量。
具有此種輸出特性的AF信號，係在AF信號處理部500產生，而作為表示從晶圓W的雷射光照射面的基準位置朝Z方向的位移之晶圓位移資訊，並輸出到控制部50。
此處，本實施形態的AF信號處理部500，係使用由在第1檢測器411及第2檢測器412分別受光之光的總受光量較多那一方的檢測器所輸出之輸出信號，來生成AF信號E。
具體而言，當將從構成第1檢測器411之2分割光二極體600的受光元件600A、600B輸出的輸出信號分別設為A1、B1，且將從構成第2檢測器413之2分割光二極體600的受光元件600A、600B輸出的輸出信號分別設為A2、B2時，在第1檢測器411之輸出信號的和(A1+B1)為第2檢測器413之輸出信號的和(A2+B2)以上的情況，依據下式(1)求出AF信號E。
E=(A1-B1)/(A1+B1)...(1)
另一方面，在第1檢測器411之輸出信號的和(A1+B1)小於第2檢測器413之輸出信號的和(A2+B2)的情況，依據下式(2)求出AF信號E。
E=(A2-B2)/(A2+B2)...(2)
亦即，在本實施形態的AF信號處理部500中，將用於求出AF信號E的檢測器換成第1檢測器411及第2檢測器413中總受光量較多那一方的檢測器使用。藉此，由於始終使用高反射率之波長的光來生成AF信號E，所以即便被照射到晶圓W的雷射光照射面之AF用雷射光L2的反射率因波長而改變，也不會受到因形成於晶圓W的雷射光照射面之薄膜的偏差所造成的影響，而能以良好精度穩定地進行晶圓W的雷射光照射面的高度位置之檢測。
控制部50係依據從AF信號處理部500輸出的AF信號，控制第1致動器108的驅動，以使聚光 透鏡106與晶圓W的雷射光照射面之距離成為固定。藉此，聚光透鏡106以追隨晶圓W的雷射光照射面的位移的方式朝Z方向(晶圓厚度方向)微小移動，使得加工用雷射光L1的聚光點位在與晶圓W的雷射光照射面相隔一定距離(深度)，所以可在晶圓W內部之所期望的位置形成改質區域。此外，控制部50為控制手段的一例。
在如上所述構成的AF裝置110，於檢測光學系400的光路(檢測光路)配設有聚焦光學系403。具體而言，在半鏡308與分光鏡404之間配設有聚焦光學系403。
聚焦光學系403是聚光點調整光學系的一例，其係獨立於加工用雷射光L1的聚光點而在Z方向(晶圓厚度方向)調整AF用雷射光L2的聚光點。此聚焦光學系403係由包含構成至少可沿著檢測光學系400的光路移動之移動透鏡的複數個透鏡所構成，在本例子中，從被照體側(晶圓W側)依序由設置成無法沿檢測光學系400的光路移動之固定透鏡(正透鏡)414、和設置成可沿檢測光學系400的光路移動之移動透鏡(負透鏡)416所構成。
第2致動器419係使移動透鏡416沿檢測光學系400的光路移動。當移動透鏡416沿檢測光學系400的光路移動時，在加工用雷射光L1之聚光點的Z方向位置已固定的狀態下，AF用雷射光L2之聚光點的Z方向位置會因應移動透鏡416的移動方向及移動量而改變。亦即，加工用雷射光L1的聚光點與AF用雷射光L2的聚光點之相對距離會改變。
控制部50係依據由AF信號處理部500輸出的AF信號，以AF用雷射光L2的聚光點與晶圓W的雷射光照射面一致之方式(具體而言，以AF信號的輸出成為零的方式)，控制第2致動器419的驅動。
如本實施形態所示，在AF用雷射光L2藉由分光鏡104被導入與加工用雷射光L1相同光路之構成中，當為了改變改質區域的加工深度而使聚光透鏡106與晶圓W的相對距離改變時，加工用雷射光L1的聚光點相對於晶圓W的Z方向位置會改變，且AF用雷射光L2的聚光點相對於晶圓W的Z方向位置也會改變。
例如，如圖6A所示，在距離晶圓W的雷射光照射面較淺的位置形成改質區域的情況下，AF用雷射光L2的聚光點係與晶圓W的雷射光照射面一致。於此種情況，如圖6B所示，當為了在距離晶圓W的雷射光照射面較深的位置形成改質區域，而使聚光透鏡106與晶圓W的相對距離改變時，則AF用雷射光L2的聚光點會從晶圓W的雷射光照射面朝Z方向(晶圓厚度方向)大幅偏移。當AF用雷射光L2的聚光點與晶圓W的雷射光照射面之距離超過測定範圍(引入範圍)時，則無法檢測晶圓W的雷射光照射面之位移。尤其，由於聚光透鏡106係使用高NA(numerical aperture)透鏡，所以可檢測晶圓W的雷射光照射面的位移之測定範圍限於AF用雷射光L2的聚光點(對焦位置)附近，所以上述問題變更顯著。
為了因應此問題，在本實施形態的AF裝置110中，為了可在不改變加工用雷射光L1的聚光點的位置之情況下，使AF用雷射光L2的聚光點的位置改變，聚焦光學系403被設置在檢測光學系400的光路上。藉此，如圖6A顯示的狀態至圖6B顯示的狀態所示，即便在為了使改質區域的加工深度改變而使聚光透鏡106和晶圓W的相對距離改變的情況下，如上所述藉由使聚焦光學系403的移動透鏡416沿檢測光學系400的光路移動，如圖6C顯示的狀態所示，可在固定加工用雷射光L1的聚光點的Z方向位置之狀態下，使AF用雷射光L2的聚光點與晶圓W的雷射光照射面一致。
因此，由於在改質區域的加工深度改變的情況下，也可調整加工用雷射光L1的聚光點與AF用雷射光L2的聚光點之間隔，所以可使AF用雷射光L2的聚光點與晶圓W的雷射光照射面一致，可在晶圓W的雷射光照射面所反射之AF用雷射光L2的反射光之每單位面積的光量不會降低的情況下，正確地檢測晶圓W的Z方向位置(高度位置)。
又，在本實施形態中，如圖25所示，在聚焦光學系403與聚光透鏡106之間配設有4f光學系311。4f光學系311係由第1中繼透鏡313和第2中繼透鏡315所構成，配置在第1中繼透鏡313和聚光透鏡106的距離與第1中繼透鏡313的焦點距離f1相等的位置，且配置在第2中繼透鏡315和聚焦光學系403的距離與第2中繼透鏡315的焦點距離f2相等的位置，且配置在 第1中繼透鏡313和第2中繼透鏡315的距離與此等的焦點距離的和(f1+f2)相等的位置。
根據此種構成，由於可將與聚光透鏡106之出射光瞳共軛的面配置在與聚光透鏡106物理上分離的位置，所以可容易地將聚光透鏡106與聚焦光學系403的光學距離設定在所期望的範圍。
其次，說明關於使用本實施形態之雷射切割裝置10的切割方法。圖26為顯示使用本實施形態的雷射切割裝置10之切割方法的流程之流程圖。
如圖26所示，雷射切割裝置10係在後述的即時加工動作之前，先執行測定AF信號的輸出特性之校準動作(步驟S10)。
待校準動作完成後，雷射切割裝置10係以追隨晶圓W的雷射光照射面的位移之方式，一邊調整加工用雷射光L1之聚光點的Z方向位置，一邊進行在晶圓W的內部形成改質區域的即時加工動作(步驟S12)。
圖27為顯示圖26所示之校準動作的詳細流程之流程圖。
首先，控制部50係控制第2致動器419的驅動，以使聚焦光學系403的移動透鏡416移動到因應改質區域的加工深度之位置(步驟S20)。此外，在控制部50的記憶體部(未圖示)，保持有改質區域的加工深度與聚焦光學系403的移動透鏡416的位置之對應關係。
接著，控制部50控制平台12的移動，以使晶圓W的雷射光照射面的基準位置移動到聚光透鏡 106的正下方(步驟S22)。此外，由於晶圓W的雷射光照射面的基準位置是使AF用雷射光L2的聚光點一致的位置，且是成為晶圓W的雷射光照射面在Z方向之位移的基準的位置，所以較期望為晶圓W的雷射光照射面的階差較少的部分(平滑面)，例如將除了晶圓W的外周部以外之中央部分的既定位置設為基準位置。
接著，控制部50係控制第2致動器419的驅動，以從AF信號處理部500輸出的AF信號成為零之方式，使聚焦光學系403的移動透鏡416沿著檢測光學系400的光路移動(步驟S24)。藉此，如圖6B所示，即便在AF用雷射光L2的聚光點與晶圓W的雷射光照射面之基準位置有偏移的情況，亦如圖6C所示以使AF用雷射光L2的聚光點與晶圓W的雷射光照射面的基準位置一致之方式進行聚光點調整。此外，控制部50係將保持於記憶體部(未圖示)之聚焦光學系403的移動透鏡416的位置，重寫到聚光點調整後的移動透鏡416的位置(修正位置)。
此時，在AF信號處理部500中，依據由在第1檢測器411及第2檢測器413中構成總受光量較多那一方的檢測器之2分割光二極體600的受光元件600A、600B所輸出之輸出信號，生成AF信號。因此，不會受到因形成於晶圓W的雷射光照射面之薄膜的偏差(依各晶圓W或場所所造成的偏差)所產生的影響，而可穩定地以良好精度檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置。
接著，控制部50係控制第1致動器108的驅動，一邊使聚光透鏡106沿Z方向涵蓋可移動範圍的整體移動，一邊測定從AF信號處理部500輸出之AF信號的輸出特性，並將此輸出特性作為查找表(lookup table)事先保持在記憶體部(未圖示)(步驟S26)。
此外，在晶圓W的內部形成複數個改質區域的層時，係依各改質區域的加工深度執行步驟S20至步驟S26的處理。
藉由以上的處理，控制部50係可在圖26的步驟S12的即時加工動作中，藉由參照保持於記憶體部(未圖示)的查找表，從自AF信號處理部500輸出的AF信號的輸出值簡單地求得從晶圓W的雷射光照射面的基準位置朝Z方向的位移(失焦距離)，所以能使即時加工動作的加工效率(生產量)提升。
圖28為顯示圖26所示之即時加工動作的詳細流程之流程圖。
首先，控制部50係與圖27的步驟S20同樣，控制第2致動器419的驅動，以使聚焦光學系403的移動透鏡416移動到對應改質區域的加工深度之位置(步驟S30)。此時，控制部50係使之移動到保持於記憶體部(未圖示)之移動透鏡416的位置(修正位置)。藉此，AF用雷射光L2的聚光點與晶圓W的雷射光照射面的基準位置一致，AF裝置110可檢測以晶圓W的雷射光照射面的基準位置作為基準之Z方向的位移。
然後，控制部50控制平台12的移動，使吸附保持於平台12的晶圓W移動到既定的加工開始位置(步驟S32)。
其次，控制部50係在將加工用雷射光源100設為ON後，一邊使晶圓W移動於水平方向(XY方向)，一邊利用從加工用雷射光源100射出的加工用雷射光L1，沿著切割道在晶圓W的內部形成改質區域(步驟S34)。
此時，控制部50係與將加工用雷射光源100設為ON的時間點(timing)大致同時地，或者在比其還早的時間點，將第1光源202及第2光源204設為ON。藉此，加工用雷射光L1和AF用雷射光L2(波長彼此相異之兩道AF用雷射光L2a、L2b的合成光)係藉由聚光透鏡106朝晶圓W聚光。照射到晶圓W的雷射光照射面並反射之AF用雷射光L2的反射光，係藉分光鏡404被分割成彼此相異的波長，經分割的各個光係分別由第1檢測器411及第2檢測器413受光。AF信號處理部500係依據由第1檢測器411及第2檢測器413中總受光量較多那一方的檢測器所輸出的輸出信號，生成表示從晶圓W的雷射光照射面的基準位置朝Z方向之位移之AF信號，並輸出到控制部50。
然後，控制部50係依據由AF信號處理部500輸出的AF信號，控制第1致動器108的驅動，藉此一邊調整加工用雷射光L1之聚光點的Z方向位置，一邊在晶圓W的內部形成改質區域。
接著，控制部50判斷是否已對晶圓W所有的切割道完成改質區域的形成(步驟S36)。在尚未對所有的切割道完成改質區域的形成之情況(為否的情況)，移動到下一個切割道(步驟S38)，針對該切割道重複進行步驟S34至步驟S36的處理。另一方面，在已對所有的加工深度完成改質區域的形成之情況(為是的場合)，前進到下一個步驟S40。
然後，控制部50判斷是否已對所有的加工深度完成改質區域的形成(步驟S40)。在尚未對所有的加工深度完成改質區域的形成之情況，移動到下一個加工深度(步驟S42)，重複進行步驟S30至步驟S40的處理。另一方面，在已對所有的加工深度完成改質區域的形成之情況，結束即時加工動作。
依此方式，藉由在晶圓內部之所期望的位置形成改質區域，能以改質區域作為起點將晶圓W分割成複數個晶片。
圖29係顯示第5實施形態之AF信號的輸出特性的一例之圖，顯示使改質區域的加工深度在0~800μm的範圍變化時的輸出特性。
本實施形態中，由於是因應改質區域的加工深度而使AF用雷射光L2的聚光點的Z方向位置與晶圓W的雷射光照射面的基準位置一致之方式進行調節，所以如圖29所示，對應各加工深度之AF信號的輸出特性大約一致，任一者均成為以晶圓W的雷射光照射面的基準位置(原點)作為零交叉(zero cross)點的S字狀曲 線。因此，藉由使用具有此種輸出特性的AF信號來執行即時加工動作，可在不會受到改質區域的加工深度的變更影響之情況下，穩定且高精度地檢測晶圓W的雷射光照射面的位移。
如以上所述，本實施形態中，由於是使用波長彼此相異的兩道AF用雷射光L2a、L2b，來檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置，所以不會受到因形成於晶圓W的雷射光照射面之薄膜的偏差所造成的影響，可穩定且以良好精度檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置。
又，在本實施形態中，在用以將於晶圓W的雷射光照射面反射之AF用雷射光L2的反射光檢測之檢測光學系400的光路上，且在半鏡308與分光鏡404之間，設置有聚焦光學系403作為在Z方向(晶圓厚度方向)調整AF用雷射光L2的聚光點之聚光點調整光學系。因此，伴隨改質區域之加工深度的變化，即便在聚光透鏡106與晶圓W的相對距離改變之情況，也能以使AF用雷射光L2的聚光點與晶圓W的雷射光照射面一致的方式進行調整，所以可在與晶圓的雷射光照射面距離既定的加工深度，以良好精度形成改質區域。
又，本實施形態中，經本案發明人反覆致力探討研究的結果發現，在獲得不論加工深度為何都穩定的自動對焦特性(AF特性)方面，聚光透鏡106的出射光瞳與聚焦光學系403的光學距離D0、藉由聚光透鏡106所聚光且照射到晶圓W的雷射光照射面之AF用雷射光 L2的聚光像的直徑(點徑)N是重要的參數。具體而言，藉由將光學距離D0設為小於90mm(亦即，D0<90)，可獲得不論加工深度為何都穩定的AF特性。又，藉由將點徑N設為大於0.002mm且小於0.2mm(亦即，0.002<N<0.2)，可使AF感度變高，引入範圍變廣。因此，不論改質區域的加工深度為何，都可迅速且以良好精度穩定地檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置。其結果，即便在晶圓W的雷射光照射面有偏差，也可在距離晶圓W的雷射光照射面既定的加工深度，以良好精度形成改質區域。
此外，本實施形態中，係使用由在第1檢測器411及第2檢測器413中總受光量較多那一方的檢測器所輸出之輸出信號，但不限於此，亦可作成對在第1檢測器411及第2檢測器413中分別受光的光量，依據預定基準進行加權相加，藉此獲得AF信號。例如，將在第1檢測器411受光的光量設為S1，將在第2檢測器413受光的光量設為S2時，亦可使用將對S1、S2分別乘以加權係數α、β(其中，α、β>0)者予以相加而得者。又，亦可使用將S1、S2分別平方並相加所得者，亦可使用其他的加權方法。
又，本實施形態中，由於係使用波長相異的兩道AF用雷射光L2a、L2b，所以第1檢測器411及第2檢測器413係設成配置於考量了對各自的波長區域之色差的位置之構成，然而不限定於此，例如，亦可含有貼合在聚焦光學系403內的透鏡作為色差補正手段。 於此情況，由於聚焦光學系403係作用為色差補正手段，所以不需要第1檢測器411及第2檢測器413的位置調整，可將AF裝置110的裝置構成簡單化。
圖30為第5實施形態且為顯示使用了3種波長的AF用雷射光的例子之構成圖。在圖30所示的例子中，光源部200係將輸出三種不同波長的雷射光之豬尾巴式LD(Laser Diode：202、204、205)，透過雷射合成器201結合到一個光纖。且，藉由將由LD202、204及205輸出的雷射光透過雷射合成器201輸出，可選擇所輸出之雷射光的波長、或將雷射光混合並輸出。藉此，在檢測光學系400中，不需要分光鏡404、成像透鏡409及第2檢測器413。
又，本實施形態中，係說明使用波長彼此相異的兩道AF用雷射光L2a、L2b來檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置之情況，但不侷限於此，亦可使用波長彼此相異之三道以上的AF用雷射光。
又，本實施形態中，雖顯示第1檢測器411及第2檢測器413以2分割光二極體構成的例子，但不限定於此，亦可使用能測定光量平衡者(例如，4分割光二極體、二維拍攝元件等)。
又，本實施形態中，雖使用光纖302，但若無佈局(layout)上的問題，也可直接在準直透鏡304的前側焦點位置製作光源像，並省略光纖302。
(第6實施形態)
其次，說明關於本發明的第6實施形態。以下，關於與第5實施形態共通的部分係省略說明，主要說明本實施形態的特徵部分。
圖31為顯示第6實施形態之雷射切割裝置的概略之構成圖。在圖31中，與圖25共通或類似的構成要素係標註同一符號，並省略其說明。
第6實施形態係使用中心強度法，作為檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置之方法。此外，中心強度法係指，藉兩個檢測器中的任一檢測器接收反射光的一部分，且藉另一檢測器接收反射光的全部或一部分，並使用各檢測器的受光量來檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置之方法。
如圖31所示，自AF裝置110的光源部200輸出的AF用雷射光L2，係經由光纖302，藉由準直透鏡304準直，於其一部分未被遮光的情況下，在半鏡308反射。接著，此AF用雷射光L2係在分光鏡104反射，且藉由聚光透鏡106聚光而照射於晶圓W。在晶圓W的雷射光照射面反射之AF用雷射光L2的反射光，係逆向地行進於與AF用雷射光L2相同的光路，穿透配置於該光路上的半鏡308，而被導入檢測光學系400，該檢測光學系400係設置在自照射光學系300的光路分歧的光路。
檢測光學系400係由聚焦光學系403、分光鏡404、開孔鏡421、422、成像透鏡424、426、第1檢測器428a、428b、第2檢測器431a、431b等所構成。
分光鏡404係與第1實施形態同樣，將被導入檢測光學系400且經由聚焦光學系403射入之AF用雷射光L2的反射光，分割成特定波長的光和該特定波長以外之波長的光。亦即，在AF用雷射光L2的反射光中，自第1光源202射出且相當於AF用雷射光L2a的波長之第1波長區域的光，係穿透分光鏡404，其一部分的光通過形成於開孔鏡421的中央部分之開口部而在第1檢測器428a受光，剩餘的光係在開孔鏡421的周邊部分的反射面反射並藉由成像透鏡426聚光而由第1檢測器428b受光。另一方面，自第2光源204射出且相當於AF用雷射光L2b的波長之第2波長區域的光，係在分光鏡404反射，其一部分的光通過形成於開孔鏡422的中央部分的開口部且由第2檢測器431a受光，剩餘的光係在開孔鏡422的周邊部分的反射面反射並藉由成像透鏡426聚光而由第2檢測器431b受光。
第1檢測器428a、428b及第2檢測器431a、431b，係將因應所受光之光量的輸出信號輸出至AF信號處理部500。
AF信號處理部500係依據由第1檢測器428a、428b及第2檢測器431a、431b的至少一方的檢測器輸出之輸出信號，生成AF信號並輸出到控制部50，該AF信號係表示從晶圓W的雷射光照射面的基準位置朝Z方向的位移(失焦距離)。
在此，說明關於晶圓W的雷射光照射面的位移之檢測原理。此外，由於使用第1檢測器428a、428b 的檢測原理與使用第2檢測器431a、431b的檢測原理之檢測原理是同樣的，故代表此等而針對使用第1檢測器428a、428b的檢測原理進行說明。
在穿透分光鏡404的反射光中，一部分的光通過開孔鏡421的開口部而在第1檢測器428a受光，剩餘的光係在開孔鏡421的周邊部分的反射面反射並藉由成像透鏡424聚光而在第1檢測器428b受光。因此，由第1檢測器428a、428b受光之反射光的光量的和(總受光量)，不論晶圓W的雷射光照射面的高度位置為何，都始終固定，第1檢測器428a、428b之輸出的和係成為固定。另一方面，由第1檢測器428a受光的反射光，其受光區域係藉由開孔鏡421的開口部而限制於中心部分，所以受光量係依據聚光透鏡106至晶圓W的雷射光照射面之距離，即晶圓W的雷射光照射面的高度位置(Z方向位置)而改變。因此，第1檢測器428a的輸出係依據被照射AF用雷射光L2之晶圓W的雷射光照射面的高度位置而改變。因此，藉由利用此種性質，可檢測晶圓W的雷射光照射面之位移。
在AF信號處理部500中，當將自第1檢測器428a、428b輸出的輸出信號分別設為Pa、Pb，且將自第2檢測器431a、431b輸出的輸出信號分別設為Qa、Qb時，在第1檢測器428a、428b之輸出信號的和(Pa+Pb)為第2檢測器431a、431b之輸出信號的和(Qa+Qb)以上的情況，依據下式(3)，求得AF信號E。
E=(Pa+Pb)/Pa...(3)
另一方面，在第1檢測器428a、428b之輸出信號的和(Pa+Pb)小於第2檢測器431a、431b之輸出信號的和(Qa+Qb)的情況，依據下式(4)，求得AF信號E。
E=(Qa+Qb)/Qa...(4)
亦即，AF信號處理部500係將用以求出AF信號E的檢測器，換成第1檢測器428a、428b及第2檢測器431a、431b中總受光量較多那一方的檢測器使用。藉此，由於始終使用高反射率之波長的光來生成AF信號E，所以即便被照射到晶圓W的雷射光照射面之AF用雷射光L2的反射率因波長而改變，也不會受到因形成於晶圓W的雷射光照射面之薄膜的偏差所造成的影響，而能以良好精度穩定地進行晶圓W的雷射光照射面的高度位置之檢測。
根據此構成，由於控制部50係依據由AF信號處理部500輸出的AF信號，與上述第1實施形態同樣地，可控制第1致動器108、第2致動器419的驅動，所以可在不會受到對改質區域的加工深度之變更影響的情況下，以追隨晶圓W的雷射光照射面的位移之方式高精度地控制加工用雷射光L1的聚光點，而可在晶圓W內部之所期望的位置高精度地形成改質區域。
圖32為顯示第6實施形態之AF信號的輸出特性之圖。如圖32所示，在第6實施形態中，與第5 實施形態同樣，對應各加工深度之AF信號的輸出特性大約一致，均為在晶圓W的雷射光照射面的基準位置(原點)顯示一定的輸出值之大致直線狀的特性。因此，藉由使用具有此種輸出特性的AF信號來執行即時加工動作，可在不會受到改質區域的加工深度的變更影響之情況下，穩定且高精度地檢測晶圓W的雷射光照射面之位移。
如此，在第6實施形態中，也可獲得與第5實施形態同樣的功效。又，在第6實施形態中，聚光透鏡106與開孔鏡421、422(受光區域限制手段)之光學距離較佳為20mm以上160mm以下，且聚光透鏡106與聚焦光學系403的固定透鏡414之光學距離較佳為120mm以下。藉由將此等的光學距離設定於上述範圍，可獲得AF感度高，引入範圍廣，不論加工深度為何都穩定的AF特性。
此外，第6實施形態中，雖使用作為受光區域限制手段之開孔鏡421、422，但不侷限於此，亦可使用例如分割鏡。此時，將藉分光鏡404分割成各波長之AF用雷射光L2的反射光藉分割鏡分割成兩個路徑，將經分割的各反射光藉由第1檢測器428a、428b及第2檢測器431a、431b分別進行檢測。藉此，與使用開孔鏡421、422的情況同樣，可求得AF信號，且可檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置。
又，第6實施形態中，作為檢測AF用雷射光L2之檢測光學系400的構成，係列舉使用第1檢測 器428a、428b及第2檢測器431a、431b的構成為例來進行說明，然而未必受限於此種構成。作為檢測AF用雷射光L2之檢測光學系400的構成，亦可採用例如圖33所示之構成。
圖33為顯示第2實施形態之切割裝置的其他構成例之主要部分構成圖。在圖33所示的構成例中，取代圖31所示之開孔鏡421、422，而設置有半鏡432、434、遮罩437、438。
根據此構成例，在被導入分光鏡404之AF用雷射光L2的反射光中，穿透分光鏡404之第1波長區域的光的一部分係穿透半鏡432，且經由在光路上具有中央開口的遮罩437由第1檢測器428a受光，剩餘的光係在半鏡432反射，藉由成像透鏡424而由第1檢測器428b受光100%。另一方面，在分光鏡404反射之第2波長區域的光的一部分係穿透半鏡434，且經由在光路上具有中央開口的遮罩438由第2檢測器431a受光，剩餘的光係在半鏡434反射，藉由成像透鏡426而由第2檢測器431b受光100%。由第1檢測器428b、第2檢測器431b受光之反射光的光量固定，相對地，由第1檢測器428a、第2檢測器431a受光之反射光的光量係依晶圓W的雷射光照射面的高度位置而改變。藉由利用此性質，可與第2實施形態同樣地檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置。
亦即，在AF信號處理部500中，當將自第1檢測器428a、428b輸出的輸出信號分別設為Pa、 Pb，且將自第2檢測器431a、431b輸出的輸出信號分別設為Qa、Qb時，在第1檢測器428b之輸出信號Pb為第2檢測器431b之輸出信號Qb以上的情況，依據下式(5)，求得AF信號E。
E=Pb/Pa...(5)
另一方面，在第1檢測器428b之輸出信號Pb小於第2檢測器431b之輸出信號Qb的情況，依據下式(6)，求得AF信號E。
E=Qb/Qa...(6)
根據此構成，控制部50係依據由AF信號處理部500輸出的AF信號，與上述第5實施形態同樣地，控制第1致動器108、第2致動器419的驅動，藉此，可在不會受到對改質區域的加工深度之變更影響的情況下，以追隨晶圓W的雷射光照射面的位移之方式高精度地控制加工用雷射光L1的聚光點，而可在晶圓W內部之所期望的位置高精度地形成改質區域。
又，第6實施形態中，亦可採用如圖34所示之構成。亦即，在分光鏡104與半鏡308之間配置有半鏡441。半鏡441係光路分歧手段的一例，配設於照射光學系300的光路，將在晶圓W的雷射光照射面反射之AF用雷射光L2的反射光的一部分自照射光學系300的光路分歧至檢測光學系400的光路。
自AF裝置110的光源部200輸出的AF用雷射光L2，係經由照射光學系300的光路而導入聚光透鏡106，且藉由聚光透鏡106聚光而照射在晶圓W。在晶圓W的雷射光照射面反射之AF用雷射光L2的反射光，係逆向地行進於與AF用雷射光L2相同的光路，且藉由配置於該光路上的半鏡441反射，而被導入檢測光學系400，該檢測光學系400係設置在自照射光學系300的光路分歧的光路。
被導入檢測光學系400之AF用雷射光L2的反射光係與第2實施形態同樣，經由聚焦光學系403，藉由分光鏡404被分割成各波長。亦即，在被導入分光鏡404之AF用雷射光L2的反射光中，穿透分光鏡404之第1波長區域的光的一部分係通過形成於開孔鏡421之中央部分的開口部且由第1檢測器428a受光，剩餘的光係在開孔鏡421的周邊部分的反射面反射並藉由成像透鏡424聚光且由第1檢測器428b受光。同樣地，在分光鏡404反射之第2波長區域的光的一部分係通過形成於開孔鏡422的中央部分之開口部而由第2檢測器431a受光，剩餘的光係在開孔鏡422的周邊部分的反射面反射並藉由成像透鏡426聚光而由第2檢測器431b受光。
即便在此種構成中，也與上述第2實施形態同樣地可檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置，所以不會受到因形成於晶圓W的雷射光照射面之薄膜的偏差所造成的影響，可正確地檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置。因此，可在與晶圓的雷射光照射面距離既定的加工深度，以良好精度形成改質區域。
(第7實施形態)
其次，說明關於本發明的第7實施形態。以下，關於與第5實施形態共通的部分係省略說明，主要說明本實施形態的特徵部分。
圖35為顯示第7實施形態之雷射切割裝置的概略之構成圖。在圖35中，與圖25共通或類似的構成要素係標註同一符號，並省略其說明。
第7實施形態係使用像散法(astigmatic method)，作為檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置之方法。
如圖35所示，自AF裝置110的光源部200輸出的AF用雷射光L2，係經由具有與第2實施形態同樣構成之照射光學系300的光路而導入聚光透鏡106，並藉由聚光透鏡106聚光而照射到晶圓W。在晶圓W的雷射光照射面反射之AF用雷射光L2的反射光，係逆向地行進於與AF用雷射光L2相同的光路，且穿透配置於該光路上的半鏡308，而被導入檢測光學系400，該檢測光學系400係設置在自照射光學系300的光路分歧的光路。
檢測光學系400係由聚焦光學系403、分光鏡404、成像透鏡407、409、柱狀透鏡442、444、第1檢測器446、第2檢測器448等所構成。
與第5實施形態同樣，分光鏡404係將被導入檢測光學系400且經由聚焦光學系403而射入之AF用雷射光L2的反射光，分割成特定波長的光、和該特定 波長的光以外之波長的光。亦即，在AF用雷射光L2的反射光中，從第1光源202射出且相當於AF用雷射光L2a的波長之第1波長區域的光，係穿透分光鏡404，並經由成像透鏡407、柱狀透鏡442，而由第1檢測器446受光。另一方面，從第2光源204射出且相當於AF用雷射光L2b的波長之第2波長區域的光，係在分光鏡404反射，經由成像透鏡409、柱狀透鏡444，而由第2檢測器448受光。此外，柱狀透鏡442、444係對由分光鏡404分割成各波長區域的光分別賦予像散(astigmatism)的像散賦予手段。
第1檢測器446及第2檢測器448係由具有分割成4部分的受光元件之4分割光二極體所構成，將各波長區域的光的聚光像分割並受光，將因應各光量的輸出信號輸出至AF信號處理部500。
由於藉由像散法所進行之晶圓W的雷射光照射面的位移之檢測原理乃係週知(例如，參照特開2009-152288號公報)，故在此省略其詳細的說明，簡單說明之，在構成檢測器(相當於第1檢測器446及第2檢測器448)之4分割光二極體的受光面上所形成之AF用雷射光L2的反射光的聚光像，在晶圓W的雷射光照射面與AF用雷射光L2的聚光點一致的情況下會成為正圓。另一方面，在晶圓W的雷射光照射面與AF用雷射光L2的聚光點偏移的情況下，聚光像會因應晶圓W的雷射光照射面的位移方向而成為朝縱向或橫向被拉長的橢圓，其大小依存於晶圓W的雷射光照射面的位移量。因此，藉由利用此種性質，可檢測晶圓W的雷射光照射面的位移。
與圖16所示的例子同樣，4分割光二極體602具有四個受光元件(光電轉換元件)602A~602D，各受光元件602A~602D係將AF用雷射光L2的反射光的聚光像分割且受光，並將因應各光量的輸出信號(電性信號)輸出到AF信號處理部500。
AF信號處理部500係為，當將自構成第1檢測器446之4分割光二極體602的受光元件602A~602D輸出的輸出信號分別設為A1~D1，將自構成第2檢測器448之4分割光二極體602的受光元件602A~602D輸出的輸出信號分別設為A2~D2時，在第1檢測器446之輸出信號的和(A1+B1+C1+D1)為第2檢測器448之輸出信號的和(A2+B2+C2+D2)以上的情況下，依據下式(7)求出AF信號E。
E={(A1+C1)-(B1+D1)}/{(A1+C1)+(B1+D1)}...(7)
另一方面，在第1檢測器446之輸出信號的和(A1+B1+C1+D1)小於第2檢測器448之輸出信號的和(A2+B2+C2+D2)的情況下，依據下式(8)求出AF信號E。
E={(A2+C2)-(B2+D2)}/{(A2+C2)+(B2+D2)}...(8)
根據此構成，控制部50係依據由AF信號處理部500輸出的AF信號，與上述第1實施形態同樣地，可控制第1致動器108、第2致動器419的驅動，所以可在不 會受到對改質區域的加工深度之變更影響的情況下，以追隨晶圓W的雷射光照射面的位移之方式高精度地控制加工用雷射光L1的聚光點，而能在晶圓W內部之所期望的位置高精度地形成改質區域。
此外，第1檢測器446及第2檢測器448不限於4分割光二極體，只要可測定光量平衡者即可，也可使用例如二維拍攝元件等。
圖36為顯示第7實施形態之AF信號的輸出特性之圖。如圖36所示，在第7實施形態中，與第1實施形態中之AF信號的輸出特性(參照圖29)相比，各加工深度雖有偏差，但整體的偏差變小。又，焦點引入範圍較廣，AF信號的輸出特性之曲度的傾斜(在以對焦位置為中心的比例關係上所具有的大致直線部分的傾斜)也大，焦點感度高，而能夠穩定地檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置。
如此，在第7實施形態中也能夠獲得與第1實施形態同樣的功效。又，在第7實施形態中，聚光透鏡106的出射光瞳與聚焦光學系403的固定透鏡414之光學距離較佳為50mm以下。藉由將此光學距離設定在上述範圍，可獲得AF感度高，引入範圍廣，不論加工深度為何都穩定的AF特性。
(第8實施形態)
其次，說明關於本發明第8實施形態。以下，關於與第5實施形態共通的部分係省略說明，主要說明本實施形態的特徵部分。
圖37為顯示第8實施形態之雷射切割裝置的概略之構成圖。圖37中，與圖25共通或類似的構成要素係標註同一符號，並省略其說明。
第5實施形態中，AF裝置110係使用兩個檢測器411、413，同時檢測波長不同的兩道AF用雷射光L2a、L2b之反射光，相對地，在第8實施形態中，係將波長不同的兩道AF用雷射光L2a、L2b在時間上交替地射出，並將在晶圓W的雷射光射入面反射之AF用雷射光L2a、L2b的反射光依各波長區域分時交替地進行檢測。
亦即，AF裝置110係構成為分時交替地切換第1光源202及第2光源204的ON/OFF，且可與此切替時間點同步地將AF用雷射光L2a、L2b的反射光依各波長區域藉由一個檢測器411分時地進行檢測。此外，光源部200為分時輸出手段的一例。又，檢測器411為分時檢測手段的一例。
控制部50具備有光源控制部52和檢測控制部54。光源控制部52係控制第1光源202及第2光源204之ON/OFF的切換。檢測控制部54係與光源控制部52的切替時間點同步地控制檢測器411的檢測動作(受光動作)。
藉由以上的構成，在第8實施形態中同樣地，由於因應AF用雷射光L2a、L2b之反射光的光量之輸出信號係從檢測器411分時交替地輸出，所以可獲得與第1實施形態同樣的功效。再者，在第8實施形態中， 不需要為了檢測波長不同的複數道AF用雷射光而具備複數個檢測器，所以可將裝置構成簡單化。
此外，在第4及第8實施形態中，作為檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置之方法，係以適用刀口法的情況為例來說明，然而未必侷限於此種構成。作為檢測晶圓W的雷射光照射面的高度位置之方法，也可如上述第2、第3、第6及第7實施形態所示，採用像散法或中心強度法。
以上，說明關於本發明的實施形態，但本發明並不限定於以上的例子，在不脫離本發明之要旨的範圍內，當然也可進行各種的改良、變形。

Claims (7)

  1. 一種位置檢測裝置，其係具備：聚光透鏡，將波長不同的複數道檢測用雷射光朝被加工物的雷射光照射面聚光；光檢測手段，將在前述被加工物的雷射光照射面反射之前述複數道檢測用雷射光的反射光按各波長進行檢測；及位置檢測手段，依據藉由前述光檢測手段按各波長所檢測出之前述複數道檢測用雷射光的反射光，檢測在前述聚光透鏡的光軸方向之前述被加工物的雷射光照射面的位置。
  2. 如請求項1之位置檢測裝置，其中前述位置檢測手段係依據藉由前述光檢測手段按各波長所檢測出之前述複數道檢測用雷射光中光強度最高的檢測用雷射光，來檢測前述被加工物之雷射光照射面的位置。
  3. 如請求項1之位置檢測裝置，其中前述位置檢測手段係將藉由前述光檢測手段按各波長所檢測出之前述複數道檢測用雷射光的光強度進行加權相加，藉此來檢測前述被加工物之雷射光照射面的位置。
  4. 如請求項1至3中任一項之位置檢測裝置，其具備聚光點調整手段，該聚光點調整手段係使藉由前述聚光透鏡聚光之前述複數道檢測用雷射光的聚光點在前述光軸方向移動，而不使前述聚光透鏡與前述被加工物之間的距離改變。
  5. 如請求項4之位置檢測裝置，其中前述聚光點調整手 段係具備將前述複數道檢測用雷射光之反射光的各波長的色差加以補正之色差補正手段。
  6. 如請求項1至3中任一項之位置檢測裝置，其具備距離調整手段，該距離調整手段係依據藉由前述位置檢測手段所檢測出之前述被加工物的雷射光照射面的位置，使前述聚光透鏡與前述被加工物之間的距離改變。
  7. 一種雷射加工裝置，其具備如請求項1至3中任一項之位置檢測裝置，藉由透過前述聚光透鏡使加工用雷射光聚光於前述被加工物的內部，而在前述被加工物的內部形成改質區域。
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