(57)【要約】【課題】アクチュエータに不具合を生じさせずに、集光器に装着された対物レンズを清掃可能にすることを目的とする。【解決手段】レーザー加工装置１は、被加工物を保持する保持手段１０と、被加工物Ｗに対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段４０と、被加工物Ｗのレーザー光線照射領域の表面変位を測定する測定手段５０と、測定手段５０の測定結果に基づきレーザー光線の集光点位置を調整する集光点位置調整手段６０とを備え、集光器４５の対物レンズ４６の清掃等を行うメンテナンスモードにおいて、集光点位置調整手段６０を構成する制御手段６２の制御によりアクチュエータ６１への通電が自動的に遮断されるため、対物レンズ４６の清掃時に対物レンズ４６とともに集光器４５を上下動させてもアクチュエータ６１に不具合が生じない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を保持する保持手段と、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を発振する発振器及び該発振器から発振された該レーザー光線を該保持手段に保持された被加工物の内部に集光させるための対物レンズを有する集光器を備えるレーザー光線照射手段と、被加工物のレーザー光線照射領域の表面変位を測定する測定手段と、該測定手段の測定結果に基づきレーザー光線の集光点位置を被加工物に対して垂直方向に調整する集光点位置調整手段と、を備えるレーザー加工装置であって、
該集光点位置調整手段は、該集光器を支持するとともに該集光器を被加工物に対して垂直方向に移動させるアクチュエータと、
該測定手段の測定結果に基づいて該アクチュエータへの印加電圧を制御して該レーザー光線の集光点位置を調整する制御手段と、を備え、
該制御手段は、該集光器のメンテナンス作業を行うメンテナンスモードにおいて該集光点位置調整手段の該アクチュエータへの通電を遮断することを特徴とするレーザー加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物にレーザー光線を照射することによって被加工物の内部に改質層を形成するレーザー加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体ウエーハ等の板状の被加工物を個々のデバイスに分割する方法として、被加工物に対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザー光線の集光点を分割予定ラインに対応する被加工物の内部に位置付け、レーザー光線を分割予定ラインに沿って照射することにより被加工物の内部に改質層を形成し、その後、機械的ブレーキング装置によって被加工物を割断する方法が提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。この方法を用いることにより、レーザー加工の際に発生するデブリを飛散させることなく被加工物の内部に脆弱な改質層を形成することができる。
【０００３】
しかし、被加工物の外周には表面から裏面にかけて円弧状の面取り加工が施されているところ、被加工物の内部に位置付けたレーザー光線の集光点が面取り加工された領域に照射されると、レーザー光線は被加工物に対して完全な透過性は有していないため、面取り加工された部分がアブレーション加工されてデブリが発生し、集光器の対物レンズにそのデブリが付着し、対物レンズを汚染するという問題がある。また、分割予定ラインに対応する被加工物の表面にゴミ等の異物が付着していたり、被加工物の上面に膜が被覆されていたりする場合にも同様の問題が起こり得る。すなわち、レーザー光線により異物等が瞬間的に加熱されて燃焼することによってデブリが発生し、対物レンズにそのデブリが付着してしまうことがある。そのため、対物レンズを定期的に清掃する必要がある。
【０００４】
また、被加工物にはうねりがあり、その厚さにばらつきがあると、レーザー光線を被加工物に対し照射する際に、レーザー光線の当たる箇所毎に被加工物の厚さ方向の屈折位置がばらつくため、所定の深さで均一の改質層を形成することができない。そこで、被加工物の内部の所定深さにおいて均一の改質層を形成するため、下記の特許文献２には、レーザー光線を照射する領域の表面の高さ位置を検出する手段と、レーザー光線の集光点位置調整手段として機能するアクチュエータとを備えるレーザー加工装置が提案されている。このアクチュエータは、電圧が印加されることにより集光器の対物レンズを被加工物の上面に対して垂直な方向に微調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３４０８８５０号公報
【特許文献２】特開２０１０−５２０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、定期的に対物レンズを清掃する際に、上記したようなアクチュエータ（例えば、ピエゾ素子やボイスコイルモータ）に電圧をかけた状態のまま、集光器に余分な上下方向の力を加えてしまうと、過電圧や過電流が発生しアクチュエータの制御回路が破損することがある。また、ピエゾ素子の場合においては、電極間の絶縁体に負荷がかかってしまい、絶縁破壊を起こして電極間が短絡し故障するおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記の事情にかんがみてなされたものであり、レーザー光線の集光点位置調整手段のアクチュエータに不具合を生じさせずに、集光器に装着された対物レンズを清掃することができるようにすることに発明の解決すべき課題を有している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、被加工物を保持する保持手段と、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を発振する発振器及び該発振器から発振された該レーザー光線を該保持手段に保持された被加工物の内部に集光させるための対物レンズを有する集光器を備えるレーザー光線照射手段と、被加工物のレーザー光線照射領域の表面変位を測定する測定手段と、該測定手段の測定結果に基づきレーザー光線の集光点位置を被加工物に対して垂直方向に調整する集光点位置調整手段と、を備えるレーザー加工装置であって、該集光点位置調整手段は、該集光器を支持するとともに該集光器を被加工物に対して垂直方向に移動させるアクチュエータと、該測定手段の測定結果に基づいて該アクチュエータへの印加電圧を制御して該レーザー光線の集光点位置を調整する制御手段と、を備え、該制御手段は、該集光器のメンテナンス作業を行うメンテナンスモードにおいて該集光点位置調整手段の該アクチュエータへの通電を遮断することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかるレーザー加工装置は、レーザー光線の集光点位置を被加工物に対して垂直方向に調整する集光点位置調整手段を備え、集光器の対物レンズの清掃等を行うメンテナンスモードに移行すると、集光点位置調整手段を構成する制御手段の制御によりアクチュエータへの通電が自動的に遮断されるため、対物レンズの清掃時等に対物レンズとともに集光器を上下に動かしてもアクチュエータに過電圧や過電流が生じることはなく、アクチュエータに不具合が生じることはない。また、アクチュエータがピエゾ素子により構成されている場合は、電極間の絶縁体に負荷がかからないため、絶縁破壊を起こすことがなくアクチュエータが破損することがない。
したがって、アクチュエータを破損させることなく対物レンズの定期的なメンテナンスを安全に行うことができるため、デブリが対物レンズへ付着することによる被加工物に対する加工不良が生じず、良好な加工精度を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】レーザー加工装置の構成を示す斜視図である。
【図２】レーザー光線照射手段及び集光点位置調整手段の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に示すレーザー加工装置１は、基台２を有し、基台２のＹ軸方向後部側には、Ｚ軸方向にのびる側壁３が立設されている。レーザー加工装置１は、被加工物を保持し回転可能な保持手段１０を備えている。
【００１２】
図１に示すように、保持手段１０の下方には、Ｘ軸方向送り手段２０が配設されている。Ｘ軸方向送り手段２０は、Ｘ軸方向にのびるボールネジ２１と、ボールネジ２１の一端に接続されたモータ２２と、ボールネジ２１と平行にのびる一対のガイドレール２３と、保持手段１０を支持する移動基台２４とを備えている。一対のガイドレール２３には、移動基台２４の一方の面が摺接するとともに、移動基台２４の中央部に形成されたナットにボールネジ２１が螺合している。そして、モータ２２によって駆動されてボールネジ２１が回動することにより、移動基台２４がガイドレール２３にガイドされてＸ軸方向に移動し、保持手段１０を同方向に移動させることができる。
【００１３】
基台２の上面には、Ｘ軸方向送り手段２０と直交する方向にＹ軸方向送り手段３０が配設されている。Ｙ軸方向送り手段３０は、Ｙ軸方向にのびるボールネジ３１と、ボールネジ３１の一端に接続されたモータ３２と、ボールネジ３１と平行に配設された一対のガイドレール３３と、ガイドレール３３に配設された移動基台３４と、を備えている。一対のガイドレール３３には、移動基台３４の一方の面が摺接するとともに、移動基台３４の中央部に形成されたナットにボールネジ３１が螺合している。そして、モータ３２によって駆動されてボールネジ３１が回動することにより、移動基台３４がガイドレール３３にガイドされてＹ軸方向に移動し、移動基台３４の上にＸ軸方向送り手段２０を介して配設された保持手段１０を同方向に移動させることができる。
【００１４】
図１に示すように、側壁３の前方においては、被加工物に対しレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段４０が配設されている。図２に示すレーザー光線照射手段４０は、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を発振する発振器４１を備えており、発振器４１には発振源４２を備え、発振源４２から発振されるレーザー光線の光路上には偏向ミラー４４が配置されている。偏向ミラー４４は、発振源４２から発振されたレーザー光線４３を被加工物に対して垂直方向に偏向させることができる。
【００１５】
発振器４１の下端部には、レーザー光線を集光する集光器４５が配設されている。集光器４５の先端部には、レーザー光線を被加工物の内部の所定位置に集光させるための対物レンズ４６が配設されている。
【００１６】
図１に示すように、レーザー光線照射手段４０の発振器４１に隣接して、被加工物の上面の凹凸などの表面変位を測定する測定手段５０が配設されている。測定手段５０は、少なくとも測定光を投光する投光部と測定光の反射光を受光する受光部とを備えている。そして、測定手段５０は、投光部から投光された測定光の反射光の光量を受光部により測定し、その測定値によりレーザー光線照射領域における被加工物の表面高さ位置を測定することができる。
【００１７】
レーザー加工装置１には、測定手段５０の測定結果に基づいてレーザー光線の集光点位置を調整する集光点位置調整手段６０を備えている。図２に示すように、集光点位置調整手段６０は、集光器４５を下方から支持するとともに集光器４５を被加工物に対して垂直方向に移動させるアクチュエータ６１と、測定手段５０の測定結果に基づいてアクチュエータ６１への印加電圧を制御してレーザー光線の集光点位置を調整する制御手段６２とを備えている。
【００１８】
アクチュエータ６１は、電圧の印加によって保持手段１０の保持面に対して垂直方向に伸縮するピエゾ素子により構成されている。このピエゾ素子に印加する電圧を調整することによって集光器４５を上下方向に移動させ、対物レンズ４６の位置を微調整することができる。なお、アクチュエータ６１の構成としては、ピエゾ素子に限定されるものではなく、例えば、直線的な移動を可能にするボイスコイルモータなどにより構成してもよい。すなわち、アクチュエータ６１は、印加電圧の大きさや極性を調整することにより変形したり移動したりする素子によって構成されている。一方、かかるアクチュエータ６１は、アクチュエータ自身に何らかの力が加わって変形したり移動したりした場合には起電力が発生し、これによってアクチュエータ６１の制御回路に過電圧や過電流が生じるおそれがある。
【００１９】
制御手段６２は、少なくともＣＰＵとメモリ等の記憶素子とを備えたコンピュータである。一方、図２に示すように、制御手段６２には、レーザー光線照射手段４０の集光器４５のメンテナンス作業を行うメンテナンスモードと通常の動作モードとを切り替えるためのスイッチ７０が接続されている。メンテナンスモードとは、例えばレーザー光線照射手段４０及び集光点位置調整手段６０の稼働を停止し、集光器４５を清掃することができる状態を指す。作業者がスイッチ７０を押してメンテナンスモードに切り替えると、制御手段６２はアクチュエータ６１への電圧印加（通電）を自動的に遮断する構成となっている。
【００２０】
次に、レーザー加工装置１の動作例について説明する。図２に示す被加工物Ｗは、レーザー加工が行われる被加工物の一例であり、特に限定されるものではない。まず、被加工物Ｗを保持手段１０に搬送する。その後、Ｘ軸方向送り手段２０が作動し、被加工物Ｗを保持した保持手段１０をＸ軸方向に移動させ、測定手段５０の下方に移動させる。
【００２１】
保持手段１０が測定手段５０の下方を移動しながら、測定手段５０は、保持手段１０に保持された被加工物Ｗに向けて測定光を投光し、レーザー光線の照射領域における被加工物Ｗの表面Ｗ１の厚さ方向の変位を測定する。そして、測定手段５０による被加工物Ｗの表面変位の測定後、その測定値を制御手段６２に備えた記憶素子に記憶させる。例えば、被加工物が半導体ウェーハである場合は、形成されたデバイスを区画するすべて又は一部のストリートに沿って、その表面変位を測定して制御手段６２に記憶させる。
【００２２】
次に、Ｘ軸方向送り手段２０が保持手段１０をさらにＸ軸方向に移動させながら、レーザー光線照射手段４０から下方に向けてレーザー光線４３を照射し、被加工物Ｗの内部に改質層を形成する。このとき、集光点位置調整手段６０は、被加工物Ｗの内部の所定深さに改質層を形成するために、被加工物Ｗに照射するレーザー光線の集光点位置を調整して被加工物Ｗの内部に合わせる。具体的には、図２に示す制御手段６２は、測定手段５０によって測定された測定値に基づき、アクチュエータ６１への印加電圧を制御する。例えば、被加工物Ｗの表面Ｗ１が凸状に形成されている部分にレーザー光線を照射する場合は、印加電圧を大きくしてアクチュエータ６１を膨張させることによりレーザー光線照射手段４０を上方に引き上げる。これにより、アクチュエータ６１に支持されている集光器４５が、被加工物Ｗの表面変位に追随して垂直方向に移動するため、対物レンズ４６を介したレーザー光線の集光点位置を被加工物Ｗの内部の所定深さに位置付けるように微調整することができる。
【００２３】
このように、レーザー光線の集光点位置を調整しながら、図２に示すレーザー光線照射手段４０は、被加工物Ｗの分割予定ラインに沿ってレーザー光線４３を照射し、被加工物Ｗの内部に分割起点となる改質層を形成する。なお、レーザー光線４３は、被加工物Ｗの内部に達するために透過性を有していればよく、例えば、１０６４ｎｍの波長を有するＹＡＧレーザーを使用することができる。
【００２４】
被加工物Ｗに対してレーザー光線４３を照射すると、デブリが発生し、集光器４５の対物レンズ４６に付着することがあるため、デブリ除去等のために集光器４５のメンテナンス作業を定期的に行う。したがって、作業者は、定期的にスイッチ７０を押してメンテナンスモードに移行し、デブリ除去等のメンテナンス作業を実施する。
【００２５】
メンテナンスモードへの移行により、制御手段６２がアクチュエータ６１への通電を自動的に遮断するため、メンテナンスモードにおいて、例えば集光器４５の対物レンズ４６の清掃等を行うことにより集光器４５を上下に動かしても、アクチュエータ６１の制御回路に過電圧や過電流が生じることはない。また、アクチュエータ６１がピエゾ素子により構成されている場合は、電極間の絶縁体に負荷がかからないため、絶縁破壊を起こすことがなくアクチュエータ６１が破損することがない。こうして集光器４５の清掃をした後は、レーザー加工を再開することができる。
【００２６】
以上のように、集光器４５の対物レンズ４６の清掃等を行うメンテナンスモードでは、集光点位置調整手段６０を構成する制御手段６２の制御によりアクチュエータ６１への通電が自動的に遮断されるため、対物レンズ４６の清掃時等に対物レンズ４６とともに集光器４５を上下に動かしてもアクチュエータ６１に過電圧や過電流が生じることはなく、アクチュエータ６１に不具合が生じることはない。また、アクチュエータ６１がピエゾ素子により構成されている場合は、電極間の絶縁体に負荷がかからないため、絶縁破壊を起こすことがなくアクチュエータ６１が破損することがない。
したがって、レーザー加工装置１では、アクチュエータ６１を破損させることなく対物レンズ４６の定期的なメンテナンスを安全に行うことができるため、デブリが対物レンズ４６へ付着することによる被加工物に対する加工不良が生じず、良好な加工精度を維持することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１：レーザー加工装置  ２：基台  ３：側壁  １０：保持手段
２０：Ｘ軸方向送り手段  ２１：ボールネジ  ２２：モータ  ２３：ガイドレール
２４：移動基台  ３０：Ｙ軸方向送り手段  ３１：ボールネジ  ３２：モータ
３３：ガイドレール  ３４：移動基台
４０：レーザー光線照射手段  ４１：発振器  ４２：発振源  ４３：レーザー光線
４４：偏向ミラー  ４５：集光器  ４６：対物レンズ  ５０：測定手段
６０：集光点位置調整手段  ６１：アクチュエータ  ６２：制御手段
７０：スイッチ  Ｗ：被加工物
【図１】
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【図２】
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