(57)【要約】【課題】用いる白色光の扱いが容易で、ワークに焦点の合った波長光によるワーク表面高さの測定性能を向上させる。【解決手段】白色光源１０１から発せられた白色光を第１の光ファイバ１０３を用いて第２の集光レンズ１０２に導きワークＷに集光させ、ワークＷからの反射光を第２の光ファイバ１２０を用いて反射光の強度を検出する検出器１１０に導くようにした検出手段１０を備え、ワークＷに集光照射させるために用いる白色光の扱いを容易とし、かつ、ワークＷに焦点の合った波長光のみの安定した伝搬を可能とした。【選択図】        図１
2010125521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを保持する保持手段と、該保持手段に保持された前記ワークに加工用レーザビームを照射する加工用レーザビーム照射手段と、前記ワークに照射される前記加工用レーザビームを集光する第１の集光レンズと、前記保持手段の保持面に対して垂直な方向に前記第１の集光レンズを移動させるレンズ移動手段と、を備えるレーザ加工装置であって、
白色光を発光する白色光源と、
前記保持手段に保持された前記ワークに前記白色光を集光する第２の集光レンズと、
前記白色光源から出射された前記白色光を前記第２の集光レンズに導く第１の光ファイバと、
前記第２の集光レンズで集光されて前記ワークで反射した前記白色光の反射光の強度を検出する検出器と、
前記反射光を前記検出器に導く第２の光ファイバと、
を含む検出手段と、
前記検出器の検出結果に基づき前記ワークの表面に関する情報を取得して当該レーザ加工装置の動作を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記白色光源と前記第１の光ファイバとの間に、前記白色光を照射用回折光に変換する照射用回折格子と、前記第１の光ファイバに前記照射用回折光を導く照射側光学系と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
前記照射側光学系は、前記照射用回折光を前記第１の光ファイバに入射する平行光に変換する平行変換回折格子と、該平行変換回折格子に前記照射用回折光を導く回転多面鏡と、を含むことを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
前記検出器は、前記第２の光ファイバにより導かれる前記反射光を第１の光路と第２の光路とに分光する分光手段と、前記第１の光路に導かれた前記反射光の光強度を検出する光強度検出センサと、前記第２の光路に導かれた前記反射光を検出用回折光に変換する検出用回折格子と、前記第２の光路に導かれて前記検出用回折格子により変換された前記検出用回折光の波長毎の光強度を検出する波長別光強度検出センサと、を含み、
前記制御手段は、前記光強度検出センサの検出結果に基づき前記ワークのエッジ位置情報を取得するとともに、予め各波長光の焦点距離と前記ワークの表面高さとの関係を設定してメモリに格納された制御マップを参照して前記波長別光強度検出センサの検出結果に基づき前記ワークの高さ情報を取得することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
【請求項５】
前記検出器は、前記第２の光ファイバにより導かれる前記反射光を検出用回折光に変換する検出用回折格子と、一定の受光面を有して受光した前記検出用回折光の照射範囲中の光量の重心を検出する光量重心検出センサとを含み、
前記制御手段は、前記光量重心検出センサの検出結果に基づき前記ワークのエッジ位置情報を取得するとともに、予め各波長光の焦点距離と前記ワークの表面高さとの関係を設定してメモリに格納された制御マップを参照して前記光量重心検出センサの検出結果に基づき前記ワークの高さ情報を取得することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のレーザ加工装置。
【請求項６】
前記検出手段は、エッジ検知用光を発するエッジ検知用光源と、前記エッジ検知用光と前記照射用回折光とを選択切換えして前記第１の光ファイバに導く照射光切換手段と、を含み、
前記検出器は、前記照射光切換手段による切換えに応じて選択された前記エッジ検知用光と前記照射用回折光との光強度を検出する光強度検出センサからなり、
前記制御手段は、前記照射光切換手段による切換えに応じて前記光強度検出センサから出力される検出結果に基づき前記ワークのエッジ位置情報を取得するとともに、予め各波長光の焦点距離と前記ワークの表面高さとの関係を設定してメモリに格納された制御マップを参照して前記光強度検出センサから出力される検出結果に基づき前記ワークの高さ情報を取得することを特徴とする請求項２または３に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ワーク等のワークに加工用レーザビームを照射して所定の加工を施すレーザ加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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ワークの表面に格子状に配列されたストリート（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等の回路が形成されている半導体ワークをストリートに沿って切断することにより回路毎に分割して個々の半導体チップを製造している。半導体ワークのストリートに沿った切断は、通常、ダイサーと称される切削装置によって行われているが、レーザビームを照射して切断する加工方法も試みられている。
【０００３】
例えば、光デバイスウエーハ等のワークをストリートに沿って分割する方法として、ワークに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームをストリートに沿って照射することによりレーザ加工溝を形成し、このレーザ加工溝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（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、ワークに対して透過性を有する波長のパルスレーザビームを用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザビームを照射するレーザ加工方法も試みられている。このレーザ加工方法を用いた分割方法は、ワークの一方の面側から内部に集光点を合わせてワークに対して透過性を有する波長のパルスレーザビームを照射し、ワークの内部にストリートに沿った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ストリートに沿って外力を加えることにより、ワークを分割するものである（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
ところで、ウエーハ等の板状のワークにはウネリがあり、ワークの表面高さ位置が一定でないため、上述したようないずれの加工方法においても外力付与時に品質よくワークをチップに分割できるようにするためには、ワークの表面高さ位置を検出し、その検出結果に基づいてレーザ加工時にレーザビームの焦点位置を補正することでレーザ加工溝や改質層を均一に形成する必要がある。そのため、例えば白色光を用いてワークの表面高さ位置を検出する検出装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。すなわち、色収差レンズを通過した白色光が波長によって異なる焦点距離を有することを利用し、ピンホールを透過した反射光の波長を特定することで焦点距離を求め、ワークの表面高さ位置を計測するようにしたものである。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３０５４２０号公報
【特許文献２】特許第３４０８８０５号公報
【特許文献３】特開２００８−１７０３６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献３に記載の検出装置の場合、ワークで反射した光を、ピンホールを介して光検出器に導いているものであり、ワークに焦点の合った波長の光以外の波長光も光検出器に導かれてしまう可能性があり、ワークに焦点の合った波長光のみを効率よく安定して測定するには不十分であり、さらなる性能の向上が求められている。また、特許文献３に記載の検出装置の場合、ワークに対する白色光の入射に関しても、白色光源から発せられた白色光を制約なく入射させているため、扱いにくいものとなっている。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、用いる白色光の扱いが容易で、ワークに焦点の合った波長光によるワーク表面高さの測定性能を向上させることができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるレーザ加工装置は、ワークを保持する保持手段と、該保持手段に保持された前記ワークに加工用レーザビームを照射する加工用レーザビーム照射手段と、前記ワークに照射される前記加工用レーザビームを集光する第１の集光レンズと、前記保持手段の保持面に対して垂直な方向に前記第１の集光レンズを移動させるレンズ移動手段と、を備えるレーザ加工装置であって、白色光を発光する白色光源と、前記保持手段に保持された前記ワークに前記白色光を集光する第２の集光レンズと、前記白色光源から出射された前記白色光を前記第２の集光レンズに導く第１の光ファイバと、前記第２の集光レンズで集光されて前記ワークで反射した前記白色光の反射光の強度を検出する検出器と、前記反射光を前記検出器に導く第２の光ファイバと、を含む検出手段と、前記検出器の検出結果に基づき前記ワークの表面に関する情報を取得して当該レーザ加工装置の動作を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかるレーザ加工装置は、上記発明において、前記検出手段は、前記白色光源と前記第１の光ファイバとの間に、前記白色光を照射用回折光に変換する照射用回折格子と、前記第１の光ファイバに前記照射用回折光を導く照射側光学系と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかるレーザ加工装置は、上記発明において、前記照射側光学系は、前記照射用回折光を前記第１の光ファイバに入射する平行光に変換する平行変換回折格子と、該平行変換回折格子に前記照射用回折光を導く回転多面鏡と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかるレーザ加工装置は、上記発明において、前記検出器は、前記第２の光ファイバにより導かれる前記反射光を第１の光路と第２の光路とに分光する分光手段と、前記第１の光路に導かれた前記反射光の光強度を検出する光強度検出センサと、前記第２の光路に導かれた前記反射光を検出用回折光に変換する検出用回折格子と、前記第２の光路に導かれて前記検出用回折格子により変換された前記検出用回折光の波長毎の光強度を検出する波長別光強度検出センサと、を含み、前記制御手段は、前記光強度検出センサの検出結果に基づき前記ワークのエッジ位置情報を取得するとともに、予め各波長光の焦点距離と前記ワークの表面高さとの関係を設定してメモリに格納された制御マップを参照して前記波長別光強度検出センサの検出結果に基づき前記ワークの高さ情報を取得することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかるレーザ加工装置は、上記発明において、前記検出器は、前記第２の光ファイバにより導かれる前記反射光を検出用回折光に変換する検出用回折格子と、一定の受光面を有して受光した前記検出用回折光の照射範囲中の光量の重心を検出する光量重心検出センサとを含み、前記制御手段は、前記光量重心検出センサの検出結果に基づき前記ワークのエッジ位置情報を取得するとともに、予め各波長光の焦点距離と前記ワークの表面高さとの関係を設定してメモリに格納された制御マップを参照して前記光量重心検出センサの検出結果に基づき前記ワークの高さ情報を取得することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかるレーザ加工装置は、上記発明において、前記検出手段は、エッジ検知用光を発するエッジ検知用光源と、前記エッジ検知用光と前記白色光または前記照射用回折光とを選択切換えして前記第１の光ファイバに導く照射光切換手段と、を含み、前記検出器は、前記照射光切換手段による切換えに応じて選択された前記エッジ検知用光と前記白色光または前記照射用回折光との光強度を検出する光強度検出センサからなり、前記制御手段は、前記照射光切換手段による切換えに応じて前記光強度検出センサから出力される検出結果に基づき前記ワークのエッジ位置情報を取得するとともに、予め各波長光の焦点距離と前記ワークの表面高さとの関係を設定してメモリに格納された制御マップを参照して前記光強度検出センサから出力される検出結果に基づき前記ワークの高さ情報を取得することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にかかるレーザ加工装置によれば、白色光を第１の光ファイバを用いて第２の集光レンズに導きワークに集光させ、ワークからの反射光を第２の光ファイバを用いて反射光の強度を検出する検出器に導くようにした検出手段を備えるので、ワークに集光照射させるために用いる白色光の扱いが容易で、ワークに焦点の合った波長光のみの安定した伝搬が可能となり、ワーク表面高さの測定性能を向上させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態であるレーザ加工装置について図面を参照して説明する。本実施の形態は、ワークの所望の加工予定位置であるストリート（切断予定ライン）に沿って加工用レーザビームを照射することによりレーザ加工溝を形成して切断させるレーザ加工装置への適用例として説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１のレーザ加工装置の主要部の構成を示す模式図であり、図２は、当該加工装置による加工に用いられるワークを示す斜視図であり、図３は、ワークに対する加工位置および検出位置を示す模式図である。本実施の形態１のレーザ加工装置１は、主要構成として、保持手段２と、加工用レーザビーム照射手段３と、第１の集光レンズ４と、レンズ移動手段５とを備えている。
【００１８】
まず、加工対象となるワークＷは、図２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ダイシングテープＴに表面Ｗａを上側にして貼着された状態で用意される。このようなワークＷは、特に限定されないが、例えば半導体ウエーハ等のウエーハや、チップ実装用としてウエーハの裏面に設けられるＤＡＦ（Ｄｉｅ  Ａｔｔａｃｈ  Ｆｉｌｍ）等の粘着部材、あるいは半導体製品のパッケージ、セラミック、ガラス系あるいはシリコン系の基板、さらには、μｍオーダの精度が要求される各種加工材料が挙げられる。本実施の形態１のワークＷは、半導体ウエーハ等をベースとし、表面Ｗａに格子状に配列された複数の第１のストリートＳ１と複数の第２のストリートＳ２とによって区画された複数の矩形領域にデバイスＤが形成されている。
【００１９】
また、保持手段２は、加工対象となるワークＷを保持面２ａ上に吸引保持するチャックテーブルからなり、フレームＦを固定する図示しないクランプを備える。この保持手段２は、図示しないモータに連結されて回転可能に設けられ、保持したワークＷの状態を水平面内で回転可能とされている。また、保持手段２は、図示しない加工送り手段と割り出し送り手段とにより、水平面内で、加工送り方向（Ｘ方向）と割り出し送り方向（Ｙ方向）とに移動可能に設けられている。これにより、ワークＷを加工用レーザビーム照射手段３（第１の集光レンズ４）に対して相対的に、加工送りや割り出し送りが可能とされている。ここで、加工送り手段、割り出し送り手段には、加工送り量や割り出し送り量を検出するための送り量検出手段がそれぞれ付加されている。
【００２０】
また、加工用レーザビーム照射手段３は、保持手段２の保持面２ａ上に保持されたワークＷに対して吸収性を有する波長の加工用レーザビームを照射するためのものであり、レーザビーム発振手段等を備えている。第１の集光レンズ４は、加工用レーザビーム照射手段３のレーザビーム発振手段から発せられたパルス状の加工用レーザビームをワークＷの表面Ｗａに焦点を合わせて集光照射させるためのレンズである。レンズ移動手段５は、保持手段２の保持面２ａに対して垂直な方向（Ｚ方向）に第１の集光レンズ４を有するレンズブロック４ａを移動させるためのものである。このレンズ移動手段５は、後述するように検出されたワークＷの高さ情報に基づき制御手段により駆動制御されることにより、第１の集光レンズ４による焦点位置が常にワークＷの表面Ｗａとなるように第１の集光レンズ４を上下動させるレンズアクチュエータからなる。
【００２１】
このような主要構成を有する本実施の形態１のレーザ加工装置１は、さらに、検出手段１０と制御手段２０とを備えている。検出手段１０は、保持面２ａ上に保持されたワークＷのストリートＳ１，Ｓ２毎の表面高さを検出するとともに、ストリートＳ１，Ｓ２毎に加工用レーザビーム照射手段３による加工用レーザビームの照射開始位置、照射終了位置となるエッジ位置を検出するためのものである。表面高さの検出は、ワークＷの表面Ｗａの高さ位置が変動しても加工用レーザビームの集光位置を表面Ｗａの高さ位置に合わせることで、良好なるレーザ加工溝を形成するためである。また、ワークＷのエッジ位置の検出は、ワークＷの外周縁を越えて加工用レーザビームが照射されると、ダイシングテープＴが加熱されて溶融し保持手段２の保持面２ａに付着してしまう等の不具合があることから、エッジ位置で加工用レーザビームの照射開始タイミングと照射終了タイミングとを制御するためである。
【００２２】
検出手段１０は、白色光源１０１と、第２の集光レンズ１０２と、第１の光ファイバ１０３と、検出器１１０と、第２の光ファイバ１２０とを備えている。白色光源１０１は、複数の波長の光を含む白色光を発光する光源であり、タングステンランプ、ハロゲンランプ、白色ＬＥＤ等を用い得るが、本実施の形態１では、ハロゲンランプが用いられている。第２の集光レンズ１０２は、白色光源１０１から発せられた白色光を、保持手段２の保持面２ａ（ワークＷ）側に向けて集光照射させるためのものである。ここで、この第２の集光レンズ１０２は、白色光に含まれる波長毎にワークＷ側に向けて光軸上に複数の焦点を形成する色収差集光レンズからなる。すなわち、色収差集光レンズを用いた第２の集光レンズ１０２によって集光される白色光は、波長によって屈折率が異なるため、波長によって焦点距離が異なることとなる。本実施の形態１では、第２の集光レンズ１０２としては、例えば開口数ＮＡ＝０．６８、視野角ＷＤ＝１．５６ｍｍの非球面レンズが用いられている。また、この第２の集光レンズ１０２は、図３等に示すように、第１の集光レンズ４の近傍にて割り出し方向（Ｙ方向）で先行するストリートＳ１またはＳ２上に位置するように所定量ずらして配置されている。
【００２３】
また、第１の光ファイバ１０３は、白色光源１０１から出射された白色光を第２の集光レンズ１０２に決まったモードの必要な白色光のみを安定して伝搬させ、不要なモードの光の入射をなくすためのものである。ここで、第１の光ファイバ１０３の入射端側には白色光源１０１からの白色光を集光させて効率よく入射させるための色収差なしの集光レンズ１０４が設けられている。また、第１の光ファイバ１０３の出射端側には、第２の光ファイバ１２０の入射端側と一体化させるファイバカプラ１０５が設けられ、共通光ファイバ１０６と連結されている。この共通光ファイバ１０６と第２の集光レンズ１０２との間には、第１の光ファイバ１０３を経て共通光ファイバ１０６から出射される白色光を平行ビーム化させて第２の集光レンズ１０２に導くための色収差なしのコリメートレンズ１０７が設けられている。
【００２４】
また、検出器１１０は、第２の集光レンズ１０２で集光されてワークＷで反射した白色光の反射光の強度を検出するためのものである。第２の光ファイバ１２０は、ワークＷで反射した白色光の反射光を検出器１１０に導くためのものである。光ファイバ１０３，１０６，１２０としては、コアとクラッドとからなり、例えばコア径が５０μｍのマルチモードファイバが用いられている。
【００２５】
ここで、本実施の形態１の検出器１１０は、分光手段１１１と、検出用回折格子１１２と、光強度検出センサ１１３と、波長別光強度検出センサ１１４とを含んで構成されている。分光手段１１１は、共通光ファイバ１０６を介して第２の光ファイバ１２０により導かれる反射光を第１の光路１１５ａと第２の光路１１５ｂとに分光するためのものである。第１の光路１１５ａと第２の光路１１５ｂには、分光手段１１１から分岐された光ファイバ１１６ａ，１１６ｂが配設されている。また、光強度検出センサ１１３は、分光手段１１１により分光されて光ファイバ１１６ａによって第１の光路１１５ａに導かれた反射光を受光してその光強度を検出するフォトディテクタであり、エッジ位置検出用である。
【００２６】
一方、検出用回折格子１１２は、分光手段１１１により分光されて光ファイバ１１６ｂによって第２の光路１１５ｂに導かれてコリメートレンズ１１７により平行化された反射光を、その反射光が有する波長成分に対応した検出用回折光に変換するための回折格子である。波長別光強度検出センサ１１４は、第２の光路１１５ｂに導かれて検出用回折格子１１２により変換された検出用回折光が集光レンズ１１８を介して波長に応じた異なる位置に入射することにより、波長毎の光強度を検出するためのものである。この波長別光強度検出センサ１１４としては、集光レンズ１１８によって集光される検出用回折光の波長を検出可能なＣＣＤラインセンサ、ＣＭＯＳセンサ等を用い得るが、本実施の形態１では、例えばサンプリングレートが１ｋＨｚのファイバ型分光器が用いられている。
【００２７】
また、制御手段２０は、ＲＯＭ（図示せず）に格納された制御プログラムに従い演算処理を実行するＣＰＵ（図示せず）やＲＡＭ２３を備えるコンピュータからなる。この制御手段２０は、エッジ位置検出部２１と、表面高さ検出部２２とを備える。エッジ位置検出部２１は、光強度検出センサ１１３によって検出された光強度の情報に基づきワークＷのエッジ位置を判定してエッジ位置情報を取得するものである。表面高さ検出部２２は、予め第２の集光レンズ１０２に対する各波長光の焦点距離とワークＷの表面高さとの関係を設定してＲＡＭ２３中の所定のメモリ領域２３ａに格納された制御マップを参照して波長別光強度検出センサ１１４の検出結果に基づきワークＷの表面高さを判定して高さ位置情報を取得するものである。制御手段２０は、エッジ位置検出部２１が取得したエッジ位置情報と表面高さ検出部２２が取得した表面高さ情報とを一時的に格納するメモリ領域２３ｂをＲＡＭ２３中に有する。また、制御手段２０は、レーザ加工装置１全体の制御を司るものであるが、特に、メモリ領域２３ｂに格納された表面高さ情報を参照してレンズ移動手段５を駆動制御する他、メモリ領域２３ｂに格納されたエッジ位置情報を参照して加工用レーザビーム照射手段３を制御するレーザコントローラ２４を備えている。
【００２８】
なお、各波長の焦点距離を設定してメモリ領域２３ａに格納された制御マップは、例えば、図４に示すように、Ｚ軸高さ（ワークＷの表面Ｗａの高さ位置）と波長別光強度検出センサ１１４により検出されるピークの検出波長との関係を予め測定して取得したものである。この図４に示す制御マップの例は、波長別光強度検出センサ１１４の測定波長限界により波長７３０〜５２０ｎｍ程度の検出範囲であり、高さの測定範囲が５０μｍ（１１．３６ｍｍ−１１．３１ｍｍ）の場合を示している。検出用回折格子１１２を変更する等により検出範囲を広げれば、高さの測定範囲を５０μｍより広げることも可能である。
【００２９】
ここで、本実施の形態１におけるワークＷの表面Ｗａの高さ位置の検出原理について説明する。白色光源１０１から発せられ集光レンズ１０４により第１の光ファイバ１０３に導かれた白色光は、光ファイバ１０３、１０６を介してファイバ端より出力され、コリメートレンズ１０７により平行ビームにされた後、色収差集光レンズを用いた第２の集光レンズ１０２を通してワークＷの表面Ｗａ上に集光される。表面Ｗａで反射した白色光は、光路を逆行するが、この際、ワークＷの表面Ｗａで焦点の合う光は、特定の波長の光のみである。よって、白色光のうちで、表面Ｗａに焦点の合った波長の光が共通光ファイバ１０６の小径のコアに最も強く再結合し、他の波長の光は共通光ファイバ１０６のコアに殆ど再結合せず遮断される。
【００３０】
これにより、共通光ファイバ１０６のコアに再結合した、焦点の合った波長の光が第２の光ファイバ１２０によって効率よく分光手段１１１に導かれ、その一部は第２の光路１１５ｂに分光され、検出用回折格子１１２により検出用回折光に変換された後、集光レンズ１１８によって波長に応じた角度で屈折されて波長別光強度検出センサ１１４により受光される。この波長別光強度検出センサ１１４は、受光した光の波長を測定し、その測定波長のピークを算出することで、ワークＷの表面Ｗａに焦点の合った光の波長を検出することができる。このように、ピンホール等よりも小径の第２の光ファイバ１２０を用いてワークＷの表面Ｗａに焦点の合った波長光のみの安定した伝搬が可能となり、ワーク表面高さの測定性能が向上する。
【００３１】
よって、制御手段２０中の表面高さ検出部２２は、波長別光強度検出センサ１１４から検出結果としてピーク波長の情報を取得し、メモリ領域２３ａに格納された制御マップを参照することで、現在のワークＷの表面Ｗａの高さ位置を判定して高さ位置情報を取得することとなる。ここで、分光器を用いた波長別光強度検出センサ１１４は、サンプリングレート１ｋＨｚ以上の高速でピーク波長情報を順次取得できるため、例えばワークＷが６００ｍｍ／ｓの速度で移動する場合、各ストリートＳ１，Ｓ２上において０．６ｍｍ間隔でワークＷの表面Ｗａの高さ測定が可能となる。
【００３２】
次いで、本実施の形態１におけるワークＷのエッジＥｄの検出原理について説明する。まず、エッジＥｄの検出は、基本的には、保持面２ａ上では焦点が合わずワークＷの表面Ｗａ上で焦点が合うように第２の集光レンズ１０２によって集光させた光を保持面２ａ側に向けて照射し、その反射光を光強度検出センサ１１３で受光し、受光した光強度の大小変化位置を検出することにより行われる。焦点の合っていない保持面２ａからの反射光を受光した場合の光強度は小さく、焦点の合っている表面Ｗａからの反射光を受光した場合の光強度は大きくなり、ワークＷのエッジＥｄの位置ではその変化が大きいためである。よって、エッジ位置検出部２１は、光強度検出センサ１１３により検出される光強度に対して所定の閾値を用いることによりエッジＥｄを検出することが可能である。
【００３３】
このようなエッジＥｄの検出に単一波長光を用いた場合を考える。この場合、焦点位置がワークＷの表面Ｗａの高さ位置から少しでもずれると、その高さ毎にエッジＥｄ付近に差し掛かったときの光強度の立ち上がりが変化するために、検出されるエッジＥｄの位置精度が悪くなってしまう。また、焦点位置からワークＷの表面Ｗａの高さが外れすぎると検出そのものができなくなってしまう。
【００３４】
この点、本実施の形態１では、色収差集光レンズを用いた第２の集光レンズ１０２により白色光を集光させて保持面２ａ側に向けて照射させているので、単一波長光を用いた場合に比べて、ワークＷの表面Ｗａの高さ位置にばらつきがあっても、高さ方向の焦点ばらつき幅を調整できるので確実にエッジＥｄを検出することができる。また、保持面２ａからワークＷの表面Ｗａに変化した際には、焦点のピークパワーが必ず帰ってくるポイントがあるので、高精度にエッジＥｄの位置を検出することができる。
【００３５】
この点について、図５を参照して、さらに詳細に説明する。図５は、白色光が第２の集光レンズ１０２により集光されて保持面２ａ側に向けて照射される様子を拡大して示す模式図である。前述したように、白色光源１０１から発せられた白色光は、色収差集光レンズを用いた第２の集光レンズ１０２を通してワークＷを保持した保持手段２の保持面２ａ側に向けて照射される。この際、第２の集光レンズ１０２は、色収差集光レンズからなり、この色収差集光レンズを通過した白色光が波長によって異なる焦点距離を有する。すなわち、この第２の集光レンズ１０２は、白色光に含まれる波長毎にワークＷに向けて光軸上に複数の焦点を形成する。よって、図５に示すように、第２の集光レンズ１０２の光軸中心直下の範囲Ｌには、白色光に含まれる波長毎に無数の焦点が存在することとなる。したがって、無数の焦点が存在するこの範囲Ｌ内にワークＷの表面Ｗａが存在するように、白色光を照射すれば、ワークＷの表面Ｗａの高さ位置のばらつきによらず、焦点が合って反射される光が必ず存在することとなり、確実にエッジＥｄの位置を検出することができる。
【００３６】
なお、焦点のばらつきを示す範囲Ｌに関しては、第２の集光レンズ１０２の開口数ＮＡ、材質、あるいは第２の集光レンズ１０２として回折レンズを用いる等の対応により、数μｍから数ｍｍまで自由に設計可能である。
【００３７】
また、保持面２ａや表面Ｗａで反射される光は、光路を逆行して共通光ファイバ１０６に入射する。この際、焦点の合っていない保持面２ａで反射された光は、共通光ファイバ１０６に再結合しにくく、入射光量が少ないため、光強度検出センサ１１３により検出される光強度は小さくなる。一方、白色光のうちで、ワークＷの表面Ｗａの高さ位置のばらつきによらず、表面Ｗａに合焦状態で照射された波長の光は、図６に示すように、共通光ファイバ１０６のクラッド１０６ｂに囲まれたコア１０６ａに最も強く再結合する。これにより、共通光ファイバ１０６を介して第１の光路１１５ａに導かれて光強度検出センサ１１３により検出される光強度は大きくなる。
【００３８】
このようなエッジの検出に共焦点型の検出装置を用い、白色光中でワークＷ上に合焦した特定の波長の光のみを分光器に導くための空間フィルタとしてピンホールマスクを使用することも可能であるが、空間フィルタとしての精度や、各光学部品や分光器の設置作業が煩雑になり、配置の自由度が制限されるという問題が生ずる。この点に関しても、本実施の形態１によれば、ワークＷの表面Ｗａで反射した白色光を例えばコア径が５０μｍの第２の光ファイバ１２０で光強度検出センサ１１３側に導いて入射させているので、空間フィルタとしての精度が高く、配置の自由度が高いものとなる。また、分光器を用いることなく、単にフォトディテクタからなる光強度検出センサ１１３を用いて光強度を検出すればよく、単純な検出系となる。
【００３９】
また、本実施の形態１では、サンプリング走査を要する波長別光強度検出センサ１１４とは別個に、第１の光路１１５ａ側に光強度検出センサ１１３を配設して、常時、エッジ位置の検出動作を行わせているので、波長別光強度検出センサ１１４のサンプリング周期の影響を受けることなく、常時、高精度にエッジＥｄの位置検出を行うことができる。また、第２の集光レンズ１０２を共用する１つの検出手段１０によって、ワークＷの表面高さとエッジ位置との検出が可能なため、限られたスペースにおいて効率のよい検出を行わせることができる。
【００４０】
つづいて、上述したような検出手段１０を備えるレーザ加工装置１の作用について説明する。まず、保持手段２の保持面２ａ上にワークＷを載置し、吸引保持させる。そして、ワークＷを吸引保持した保持手段２を図示しない撮像手段の直下に位置付け、ワークＷのレーザ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。すなわち、ワークＷの所定方向に形成されている第１のストリートＳ１と、この第１のストリートＳ１に沿って第１の集光レンズ４との位置合わせを行なうためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、アライメントを遂行する。第２のストリートＳ２についても同様である。
【００４１】
このようにしてアライメントが行なわれると、保持手段２上のワークＷは、図７（ａ）に示すような座標位置に位置付けられた状態となる。図７は、ワークＷが保持手段２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である。なお、図７（ｂ）は、保持手段２、すなわちワークＷを図７（ａ）に示す状態から９０度回転させて第２のストリートＳ２を加工対象とする状態を示している。
【００４２】
そして、保持手段２に保持されているワークＷに形成されている第１のストリートＳ１を検出し、レーザ加工位置のアライメントが行なわれると、制御手段２０は、このようにしてワークＷに形成された加工対象となる第１のストリートＳ１に沿ってエッジ位置およびワーク表面高さの検出処理を実行する。すなわち、保持手段２を移動させて、図７（ａ）中の最下位の第１のストリートＳ１を第２の集光レンズ１０２の直下に位置付ける。そこで、検出手段１０を作動させるとともに、保持手段２を加工送り方向に所定の加工送り速度に合わせて移動させる。この処理により、最下位の第１のストリートＳ１に関して、ビーム照射開始位置となるエッジ位置Ａ１と、最下位の第１のストリートＳ１上の各部の表面Ｗａの高さ位置と、ビーム照射終了位置となるエッジ位置Ｂ１とが順次検出される。検出されたエッジ位置Ａ１，Ｂ１や表面高さの情報は、それぞれの検出時点のＸ，Ｙ座標に関連付けて、一旦、メモリ領域２４ｂに格納される。
【００４３】
なお、表面Ｗａの高さ位置は、波長別光強度検出センサ１１４のサンプリングレートに従い順次取得されるもので、前述したように、サンプリングレートが１ｋＨｚで、ワークＷが６００ｍｍ／ｓの速度で移動する場合であれば、ストリートＳ１上において０．６ｍｍ間隔でワークＷの表面Ｗａの高さが順次検出される。
【００４４】
最下位の第１のストリートＳ１の関する検出処理が終了すると、制御手段２０は、保持手段２を移動させて、図７（ａ）中の最下位の第１のストリートＳ１を第１の集光レンズ４の直下に位置付ける。このとき、第２の集光レンズ１０２は、先行する次の第１のストリートＳ１の直下に位置付けられるように設定されている。そして、制御手段２０は、最下位の第１のストリートＳ１に対するレーザ加工処理と、先行する次の第１のストリートＳ１に対するエッジ位置およびワーク表面高さの検出処理とを並行して実行する。
【００４５】
すなわち、保持手段２を加工送り方向に所定の加工送り速度に合わせて移動させる。この処理において、制御手段２０は、メモリ領域２４ｂに格納されている最下位の第１のストリートＳ１に関するエッジ位置Ａ１，Ｂ１や表面高さの情報を参照してレーザ加工動作を制御する。
【００４６】
まず、第１の集光レンズ４がエッジ位置Ａ１に到達した時点で加工用レーザビームが照射されるように、レーザコントローラ２４を介して加工用レーザビーム照射手段３を駆動させることで、ワークＷに対する加工用レーザビームの照射を開始させる。そして、ワークＷの表面高さ情報に基づきレンズ移動手段５を制御することで、第１の集光レンズ４から照射される加工用レーザビームの集光点がワークＷの表面Ｗａに一致するように高さ位置を調整しながら、ワークＷの表面Ｗａに最下位の第１のストリートＳ１に沿ってレーザ加工溝を形成するレーザ加工を実施する。この結果、第１の集光レンズ４から照射される加工用レーザビームの集光点はワークＷの表面Ｗａに合わせられ、ワークＷの表面Ｗａの凹凸に関係なく表面Ｗａに確実にレーザ加工溝が形成される。
【００４７】
そして、第１の集光レンズ４がエッジ位置Ｂ１に到達した時点で加工用レーザビームの照射が停止するように、レーザコントローラ２４を介して加工用レーザビーム照射手段３の駆動を停止させることで、ワークＷに対する加工用レーザビームの照射を停止させる。
【００４８】
一方、このような加工動作と並行して、検出手段１０を作動させることにより、次の先行する第１のストリートＳ１に関して、ビーム照射開始位置となるエッジ位置Ａ２と、この第１のストリートＳ１上の各部の表面Ｗａの高さ位置と、ビーム照射終了位置となるエッジ位置Ｂ２とを順次検出する。検出されたエッジ位置Ａ２，Ｂ２や表面高さの情報は、それぞれの検出時点のＸ，Ｙ座標に関連付けて、一旦、メモリ領域２４ｂに格納される。
【００４９】
以後、このようなレーザ加工処理と検出手段１０による検出処理とを、以降の第１のストリートＳ１についても同様に並行処理として繰り返し実行する。そして、全ての第１のストリートＳ１に対するレーザ加工処理と検出手段１０による検出処理とを実行したら、保持手段２を９０度回転させて、図７（ｂ）に示すような状態に位置付け、第２のストリートＳ２の全てについても同様に、レーザ加工処理と検出手段１０による検出処理とを実行する。エッジ検出に関しては、エッジ位置Ｃ１，Ｄ１、Ｃ２，Ｄ２、・・・の如く、順次検出する。全ての処理が終了すると、ワークＷを保持している保持手段２は最初にワークＷを吸引保持した位置に戻され、ここでワークＷの吸引保持を解除する。そして、ワークＷは、図示しない搬送手段によって分割工程に搬送される。
【００５０】
（実施の形態２）
図８は、本実施の形態２のレーザ加工装置の主要部の構成を示す模式図である。実施の形態１に示した部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する（以降の実施の形態でも同様とする）。本実施の形態２のレーザ加工装置１は、検出手段１０に関して、実施の形態１における検出器１１０に代えて、検出器１３０を備える。この検出器１３０は、検出用回折格子１３１と、光量重心位置検出センサ１３２とを含んで構成されている。検出用回折格子１３１は、第２の光ファイバ１２０によって導かれてコリメートレンズ１３３により平行化されたワークＷ側からの反射光を、その反射光が有する波長成分に対応した検出用回折光に変換するための回折格子である。
【００５１】
また、光量重心位置検出センサ１３２は、検出用回折格子１３１により変換された検出用回折光を、光軸に対して所定角度傾けて配設した集光レンズ１３４を介し、波長に応じた角度で屈折させて受光することで、受光した検出用回折光の照射範囲中の光量の重心を検出するためのものである。この光量重心位置検出センサ１３２は、例えば一定の受光面を有するＰＳＤ（半導体位置検出センサ）が用いられ、ワークＷの表面Ｗａの高さ検出と、ワークＷのエッジＥｄの位置検出とに共用される。すなわち、光量重心位置検出センサ１３２は、受光した光量に応じた電圧を発生する材料を一様に塗布した一定の受光面を有するセンサであり、光のスポットが照射されると、受光した光量に応じた電圧が受光位置に対応して部分的に発生するので、センサ両端に発生する電圧比に基づき、光のスポットが照射された位置が分かる。よって、検出用回折格子１３１により変換された検出用回折光が集光レンズ１３４によって波長に応じた角度で屈曲されて照射される光のスポットの位置と波長とを対応付けておくことで、ワークＷの表面Ｗａに焦点の合った光の波長を検出することができる。
【００５２】
よって、制御手段２０中の表面高さ検出部２２は、光量重心位置検出センサ１３２から検出結果としてピーク波長の情報を取得し、メモリ領域２３ａに格納された制御マップを参照することで、現在のワークＷの表面Ｗａの高さを判定して高さ位置情報を取得することとなる。ここで、光量重心位置検出センサ１３２は、波長別光強度検出センサ１１４のような走査を必要としないため、応答速度が速く、よって、ワークＷの表面Ｗａの高さ情報を連続して検出することができ、高速で移動する光スポットの動きであっても高精度に測定することができる。
【００５３】
一方、エッジＥｄの検出は、基本的には、保持面２ａ上では焦点が合わずワークＷの表面Ｗａ上で焦点が合うように第２の集光レンズ１０２によって集光させた光を保持面２ａ側に向けて照射し、その反射光を光量重心位置検出センサ１３２で受光し、受光した光強度の大小変化位置を検出することにより行われる。焦点の合っていない保持面２ａからの反射光を受光した場合の光強度は小さく、焦点の合っている表面Ｗａからの反射光を受光した場合の光強度は大きくなり、ワークＷのエッジＥｄの位置ではその変化が大きいためである。よって、エッジ位置検出部２１は、光量重心位置検出センサ１３２により検出される全体の光強度に対して所定の閾値を用いることによりエッジＥｄを検出することが可能である。この際、光量重心位置検出センサ１３２は、波長別光強度検出センサ１１４のような走査を必要とせず、応答速度が速く、よって、反射される光強度を連続して検出することができるため、表面高さの検出系と別個に設けることなく共用して、エッジ位置を高精度に検出することができる。
【００５４】
（実施の形態３）
図９は、本実施の形態３のレーザ加工装置の主要部の構成を示す模式図であり、図１０は、その照射側光学系の構成を示す模式図であり、図１１は、各波長光の走査のタイミング例を示す説明図である。本実施の形態３のレーザ加工装置１は、検出手段１０に関して、白色光の照射側に、照射波長選択手段１４０を備えるとともに、白色光源１０１とは別個のエッジ検知用光源１５０を備え、さらに、実施の形態１における検出器１１０に代えて、検出器１６０を備える。
【００５５】
照射波長選択手段１４０は、図１０に示すように、白色光源１０１と第１の光ファイバ１０３との間に、照射用回折格子１４１と照射側光学系１４２とを備える。照射側光学系１４２は、平行変換回折格子１４３と、回転多面鏡１４４とを含んで構成されている。照射用回折格子１４１は、白色光源１０１から発せられて集光レンズ１０４で集光され、比較的大径のマルチモードの光ファイバ１４５により導かれた白色光を、照射用回折光に変換するための素子である。より詳細には、照射用回折格子１４１は、光ファイバ１４５により導かれてコリメートレンズ１４６により平行ビーム化され、さらに、集光レンズ１４７で集光される白色光を、白色光が有する波長成分毎に対応した角度で反射させて検出用回折光に変換する素子である。
【００５６】
また、照射側光学系１４２は、照射用回折格子１４１により変換された照射用回折光の波長を連続的に変化させながら順次第１の光ファイバ１０３に導くためのものである。このため、各反射面に順次検出用回折光が入射される回転多面鏡１４４は、高速回転することで、検出用回折光を回転走査させる。図１０中では、Ｒ（赤色光）、Ｇ（緑色光）、Ｂ（青色光）が、順次回転走査される様子を示している。また、平行変換回折格子１４３は、回転多面鏡１４４により高速で走査されて入射する検出用回折光のうち、所定角度で入射する波長成分の光を平行光に変換して第１の光ファイバ１０３に入射させる回折格子等の素子である。
【００５７】
ここで、回転多面鏡１４４の回転に伴い、平行変換回折格子１４３に入射する照射用回折光は順次角度が変化するため、時間の経過とともに、短波長側から長波長側までの各波長光が、図１１に示すような特性に従い、第１の光ファイバ１０３に入射されるようにスイープされることとなる。このとき、第１の光ファイバ１０３に入射するときの時間情報によっていずれの波長光が入射するかが特定され、ワークＷ側に照射される照射用回折光の波長情報が制御手段２０に送出される。すなわち、本実施の形態３では、ワークＷの表面Ｗａの高さを検出するために、白色光そのものを照射せず、照射用回折光に変換することで時間の経過とともに波長毎に分光され、かつ、その波長が連続的に変化する光を照射するものである。
【００５８】
また、エッジ検知用光源１５０は、照射波長選択手段１４０による白色光の波長選択照射（波長毎の分光走査）に関係なく、常に白色光をエッジ検知用光としてワークＷ側に向けて照射するための専用光源であり、本実施の形態３では、例えばレーザダイオードが用いられている。このエッジ検知用光源１５０から発せられるエッジ検知用光は、照射波長選択手段１４０による照射用回折光と選択的にワークＷ側に向けて照射されるものであり、第１の光ファイバ１０３の途中には、いずれの光を照射させるかをエッジ検出に必要な速度で高速に選択切換えして第１の光ファイバ１０３に導く照射光切換手段１５１を備えている。この照射光切換手段１５１による切換情報は、制御手段２０に送出される。
【００５９】
さらに、検出器１６０は、照射光切換手段１５１による切換えに応じて選択されたエッジ検知用光と照射用回折光との光強度を検出する光強度検出センサ１６１であり、通常のフォトディテクタが用いられている。
【００６０】
これに対応して、本実施の形態３の制御手段２０のエッジ位置検出部２１は、照射光切換手段１５１による切換えに応じてエッジ検知用光が照射されるタイミングで光強度検出センサ１６１から出力される検出結果に基づきワークＷのエッジ位置情報を取得する。また、高さ位置検出部２２は、予めメモリ領域２３ａに格納された制御マップを参照し、照射光切換手段１５１による切換えに応じて照射用回折光が照射されるタイミングで光強度検出センサ１６１から出力される光強度がピーク値を示した時間における波長情報に基づきワークＷの高さ情報を取得する。すなわち、本実施の形態３では、ワークＷに対する照射側で白色光を時間の経過に伴い波長毎に連続する状態で分光させた状態で入射させているので、検出側では、単純な光強度検出センサ１６１を用いる構成で、ワークＷの表面高さを検出することが可能となる。
【００６１】
本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、ワークＷに吸収される波長の加工用レーザビームを照射することでレーザ加工溝を形成するレーザ加工例で説明したが、ワークＷを透過する波長の加工用レーザビームを照射することで改質層を形成するレーザ加工の場合であっても同様に適用することで、表面Ｗａの変動に関係なく、表面Ｗａから一定の深さ位置に改質層を形成させることができる。
【００６２】
また、上記の実施の形態では、ダイシングテープＴを用いるワークＷの例で説明したが、ダイシングテープＴを用いずに、ワークＷを直接的に保持手段２の保持面２ａ上に保持させるタイプのものであっても同様に適用することができる。この場合、エッジ位置の高精度な検出により、ワークＷを保持する保持面２ａに加工用レーザビームが照射されてしまう不具合を回避することができる。
【００６３】
さらには、実施の形態３に示した照射波長選択手段１４０は、実施の形態１または２の照射側に適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態１のレーザ加工装置の主要部の構成を示す模式図である。
【図２】当該加工装置による加工に用いられるワークを示す斜視図である。
【図３】ワークに対する加工位置および検出位置を示す模式図である。
【図４】制御マップを示す特性図である。
【図５】白色光が第２の集光レンズにより集光されて保持面側に向けて照射される様子を拡大して示す模式図である。
【図６】ワーク表面に合焦して反射される光が光ファイバに入射する様子を拡大して示す模式図である。
【図７】ワークが保持手段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である。
【図８】本発明の実施の形態２のレーザ加工装置の主要部の構成を示す模式図である。
【図９】本発明の実施の形態３のレーザ加工装置の主要部の構成を示す模式図である。
【図１０】照射側光学系の構成を示す模式図である。
【図１１】各波長光の走査のタイミング例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  レーザ加工装置
２  保持手段
２ａ  保持面
３  加工用レーザビーム照射手段
４  第１の集光レンズ
５  レンズ移動手段
１０  検出手段
２０  制御手段
１０１  白色光源
１０２  第２の集光レンズ
１０３  第１の光ファイバ
１１０  検出器
１１１  分光手段
１１２  検出用回折格子
１１３  光強度検出センサ
１１４  波長別光強度検出センサ
１１５ａ  第１の光路
１１５ｂ  第２の光路
１２０  第２の光ファイバ
１３０  検出器
１３１  検出用回折格子
１３２  光量重心位置検出センサ
１４１  照射用回折格子
１４２  照射側光学系
１４３  平行変換回折格子
１４４  回転多面鏡
１５０  エッジ検知用光源
１５１  照射光切換手段
１６０  検出器
１６１  光強度検出センサ
【図１】
2010125521.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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