(57)【要約】【課題】  レーザー光線照射手段の集光器から照射されるレーザー光線の集光点と高さ検出手段との位置関係を検出することができる機能を備えたレーザー加工装置を提供する。【解決手段】  被加工物を保持するチャックテーブルと、チャックテーブルに保持された被加工物にレーザー光線を照射する集光器を備えたレーザー光線照射手段と、集光器を移動する集光点位置調整手段と、チャックテーブルに保持された被加工物の上面の高さ位置を検出する高さ位置検出手段と、高さ位置検出手段によって検出された高さ位置信号に基づいて集光点位置調整手段を制御する制御手段とを具備するレーザー加工装置であって、集光器から照射される集光点検出用レーザー光線の集光点と高さ位置検出手段との位置関係を検出するための集光点検出テーブルがチャックテーブルに隣接して配設されている。【選択図】        図１
2006187782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を保持する被加工物保持面を備えた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の上面側からレーザー光線を照射し集光点を生成する集光器を備えたレーザー光線照射手段と、該集光器が生成するレーザー光線の集光点を該被加工物保持面に垂直な方向に移動する集光点位置調整手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の上面における該集光器から照射されるレーザー光線の照射領域の高さ位置を検出する高さ位置検出手段と、該高さ位置検出手段によって検出された高さ位置信号に基づいて該集光点位置調整手段を制御する制御手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該集光器から照射される集光点検出用レーザー光線の集光点と該高さ位置検出手段との位置関係を検出するための集光点検出テーブルが該チャックテーブルに隣接して配設されている、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
該集光点検出テーブルは、テーブル本体と該テーブル本体の上面に着脱可能に保持される集光点検出板からなっている、請求項１記載のレーザー加工装置。
【請求項３】
該集光点検出テーブルに該集光器から照射される集光点検出用レーザー光線のスポットを検出するスポット検出手段を具備し、
該制御手段は、該高さ位置検出手段によって検出された該集光点検出テーブルの高さ位置と、該スポット検出手段によって検出された集光点検出用レーザー光線のスポット径に基づいて該集光器から照射されるレーザー光線の集光点と高さ検出手段との位置関係を検出する、請求項１又は２記載のレーザー加工装置。
【請求項４】
該制御手段は、該集光器から照射されるレーザー光線の集光点と高さ検出手段の位置関係が所定の位置関係とズレている場合には、所定の位置関係になるように該集光点位置調整手段を制御する、請求項３記載のレーザー加工装置。
【請求項５】
該集光点検出用レーザー光線の出力は、加工時に照射されるレーザー光線の出力より小さい値に設定されている、請求項１から４のいずれかに記載のレーザー加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャックテーブルに保持された板状の被加工物に所定の加工予定ラインに沿ってレーザー加工を施すレーザー加工装置に関する。
【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ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる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等の回路を形成する。そして、半導体ウエーハを分割予定ラインに沿って切断することにより回路が形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。また、サファイヤ基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハも分割予定ラインに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。
【０００３】
上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の分割予定ラインに沿った切断は、通常、ダイサーと称されている切削装置によって行われている。この切削装置は、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の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を切削するための切削手段と、チャックテーブルと切削手段とを相対的に移動せしめる切削送り手段とを具備している。切削手段は、回転スピンドルと該スピンドルに装着された切削ブレードおよび回転スピンドルを回転駆動する駆動機構を備えたスピンドルユニットを含んでいる。切削ブレードは円盤状の基台と該基台の側面外周部に装着された環状の切れ刃からなっており、切れ刃は例えば粒径３μｍ程度のダイヤモンド砥粒を電鋳によって基台に固定し厚さ２０μｍ程度に形成されている。
【０００４】
しかるに、サファイヤ基板、炭化珪素基板等はモース硬度が高いため、上記切削ブレードによる切断は必ずしも容易ではない。更に、切削ブレードは２０μｍ程度の厚さを有するため、デバイスを区画する分割予定ラインとしては幅が５０μｍ程度必要となる。このため、例えば大きさが３００μｍ×３００μｍ程度のデバイスの場合には、ストリートの占める面積比率が１４％にもなり、生産性が悪いという問題がある。
【０００５】
一方、近年半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、その被加工物に対して透過性を有するパルスレーザー光線を用い、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ー光線を照射するレーザー加工方法も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、被加工物の一方の面側から内部に集光点を合わせて被加工物に対して透過性を有する例えば波長が１０６４ｎｍのパルスレーザー光線を照射し、被加工物の内部に分割予定ラインに沿って変質層を連続的に形成し、この変質層が形成されることによって強度が低下した分割予定ラインに沿って外力を加えることにより、被加工物を分割するものである。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特許第３４０８８０５号公報
【０００６】
しかるに、半導体ウエーハ等の板状の被加工物にはウネリがあり、その厚さにバラツキがあると、レーザー光線を照射する際に屈折率の関係で所定の深さに均一に変質層を形成することができない。従って、半導体ウエーハ等の内部の所定深さに均一に変質層を形成するためには、予めレーザー光線を照射する領域の凹凸を検出し、その凹凸にレーザー光線照射手段を追随させて加工する必要がある。
【０００７】
また、板状の被加工物の内部に集光点を合わせてレーザー光線を照射し、被加工物の内部にマーキングを施すレーザー加工も実用化されているが、被加工物の内部の所定深さにマーキングを施すには被加工物の表面の凹凸にレーザー光線照射手段を追随させて加工する必要がある。
【０００８】
上述した問題を解消するために、ワークテーブルに載置されたワークの高さ位置を検出する高さ位置検出手段を設け、該高さ位置検出手段によってワークの切削領域の高さ位置を検出し、切削領域の高さマップを作成し、このマップに基づいて切削ブレードの切り込み位置を制御するようにしたダイシング装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開平２００３−１６８６５５号公報
【０００９】
上記公報に開示された技術は、高さ位置検出手段によってワークの切削領域の高さ位置を検出して切削領域の高さマップを作成し、その後に作成したマップに基づいて切削ブレードの切り込み位置を制御しつつ切削加工を実施するもので、高さ位置検出工程と切削工程が分離されているため、生産性の面で効率的ではない。
【００１０】
そこで、本出願人は、板状物の厚さにバラツキがあっても板状物における所望位置に効率よくレーザー加工を施すことができるレーザー加工装置を特願２００４−１１７４９６として提案した。このレーザー加工装置は、高さ位置検出手段によってチャックテーブルに保持された被加工物における集光器から照射されるレーザー光線の照射位置の高さ位置を検出し、その検出信号に基づいて集光器をチャックテーブルの保持面に対して垂直な方向に移動調整するようにしたものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
而して、長時間に亘ってレーザー加工装置を稼動すると、レーザー加工装置の構成部材に熱歪が生じて上記高さ検出手段とレーザー光線照射手段の集光器との位置関係にズレが発生する。この結果、高さ検出手段によって検出された被加工物の上面の高さ位置に基づいて集光器の位置を制御しても、集光器から照射されるレーザー光線の集光点を被加工物の所望位置に位置付けることができない。
【００１２】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、レーザー光線照射手段の集光器から照射されるレーザー光線の集光点と高さ検出手段との位置関係を検出することができる機能を備えたレーザー加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持する被加工物保持面を備えた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の上面側からレーザー光線を照射し集光点を生成する集光器を備えたレーザー光線照射手段と、該集光器が生成するレーザー光線の集光点を該被加工物保持面に垂直な方向に移動する集光点位置調整手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の上面における該集光器から照射されるレーザー光線の照射領域の高さ位置を検出する高さ位置検出手段と、該高さ位置検出手段によって検出された高さ位置信号に基づいて該集光点位置調整手段を制御する制御手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該集光器から照射される集光点検出用レーザー光線の集光点と該高さ位置検出手段との位置関係を検出するための集光点検出テーブルが該チャックテーブルに隣接して配設されている、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
【００１４】
上記集光点検出テーブルは、テーブル本体と該テーブル本体の上面に着脱可能に保持される集光点検出板からなっていることが望ましい。
上記集光点検出テーブルに集光器から照射される集光点検出用レーザー光線のスポットを検出するスポット検出手段を具備し、上記制御手段は上記高さ位置検出手段によって検出された集光点検出テーブルの高さ位置と、上記スポット検出手段によって検出された集光点検出用レーザー光線のスポット径に基づいて集光器から照射されるレーザー光線の集光点と高さ検出手段との位置関係を検出する。また、制御手段は、集光器から照射されるレーザー光線の集光点と高さ検出手段の位置関係が所定の位置関係とズレている場合には、所定の位置関係になるように該集光点位置調整手段を制御する。上記集光点検出用レーザー光線の出力は、加工時に照射されるレーザー光線の出力より小さい値に設定されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によるレーザー加工装置によれば、集光器から照射される集光点検出用レーザー光線の集光点と高さ位置検出手段との位置関係を検出するための集光点検出テーブルがチャックテーブルに隣接して配設されているので、検出板をチャックテーブルにその都度乗せ換える必要がなく、被加工物の加工中であってもレーザー光線照射手段の集光器から照射されるレーザー光線の集光点と高さ検出手段との位置関係を検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１には、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向に移動可能に配設され板状の被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２に上記矢印Ｘで示す方向と直角な矢印Ｙで示す割り出し方向に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構４と、該レーザー光線照射ユニット支持機構４に矢印Ｚで示す焦点位置調整方向に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット５とを具備している。
【００１７】
上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上に矢印Ｘで示す方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上に矢印Ｘで示す方向に移動可能に配設された第一の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上に矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持された支持テーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成され被加工物保持面３６１を備えており、被加工物保持面３６１上に板状の被加工物である例えば円盤状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。また、チャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。
【００１８】
上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面に矢印Ｙで示す方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す方向に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に図示しない減速装置を介して伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第一の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられる。
【００１９】
上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、矢印Ｙで示す方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す方向に移動させるための第１の割り出し送り手段３８を具備している。第１の割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に図示しない減速装置を介して伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。
【００２０】
上記レーザー光線照射ユニット支持機構４は、静止基台２上に矢印Ｙで示す方向に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上に矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一側面に矢印Ｚで示す方向に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿って矢印Ｙで示す方向に移動させるための第２の割り出し送り手段４３を具備している。第２の割り出し送り手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロッド４３１と、該雄ねじロッド４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に図示しない減速装置を介して伝動連結されている。なお、雄ネジロッド４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロッド４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。
【００２１】
図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられた加工手段としてのレーザー光線照射手段５２を具備している。ユニットホルダ５１は、上記装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝５１１、５１１が設けられており、この被案内溝５１１、５１１を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、矢印Ｚで示す方向に移動可能に支持される。
【００２２】
図示のレーザー光線照射手段５２は、上記ユニットホルダ５１に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング５２１を含んでいる。ケーシング５２１内には図２に示すようにパルスレーザー光線発振手段５２２と伝送光学系５２３とが配設されている。パルスレーザー光線発振手段５２２は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器５２２ａと、これに付設された繰り返し周波数設定手段５２２ｂとから構成されている。このパルスレーザー光線発振手段５２２は、レーザー加工用のパルスレーザー光線の外に集光点検出用のパルスレーザー光線を発振する。伝送光学系５２３は、ビームスプリッタの如き適宜の光学要素を含んでいる。
【００２３】
図示の実施形態におけるレーザー光線照射手段５２は、上記ケーシング５２１の先端に装着された加工ヘッド５２４を備えている。この加工ヘッド５２４について、図２および図４を参照して説明する。.
加工ヘッド５２４は、偏向ミラー手段５２５と、該偏向ミラー手段５２５の下部に装着された集光器５２６とからなっている。偏向ミラー手段５２５は、ミラーケース５２５aと、該ミラーケース５２５a内に配設された偏向ミラー５２５ｂを含んでいる（図２参照）。偏向ミラー５２５bは、図2に示すように上記パルスレーザー光線発振手段５２２から発振され伝送光学系５２３を通して照射されたレーザー光線を下方即ち集光器５２６に向けて偏向する。
【００２４】
図４に戻って説明を続けると、集光器５２６は、集光器ケース５２６aと、該集光器ケース５２６a内に配設された周知の組レンズから構成される集光レンズ（図示せず）とを具備している。集光器ケース５２６aの下部外周面には雄ネジ５２６bが形成されており、この雄ネジ５２６bが上記ミラーケース５２５aの下部内周面に形成された雌ネジ（図示せず）と螺合することにより、集光器ケース５２６aはミラーケース５２５aに上記チャックテーブル３６の被加工物保持面３６１ａに垂直な方向（矢印Ｚ方向）に移動可能に装着される。従って、集光器ケース５２６aをミラーケース５２５aに対して移動することにより、集光器ケース５２６aが生成する集光点を矢印Ｚで示す方向に移動させることができる。
【００２５】
上述したように構成されたレーザー光線照射手段５２においては、図２に示すように上記パルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたレーザー光線は、伝送光学系５２３を介し、更に偏向ミラー５２５ｂによって９０度偏向されて集光器５２６に至り、集光器５２６から上記チャックテーブル３６に保持される被加工物に所定の集光スポット径Ｄ（集光点）で照射される。この集光スポット径Ｄは、図３に示すようにガウス分布を示すパルスレーザー光線が集光器５２６の対物集光レンズ５２６ｂを通して照射される場合、Ｄ（μｍ）＝４×λ×ｆ／（π×Ｗ）、ここでλはパルスレーザー光線の波長（μｍ）、Ｗは対物集光レンズ５２６bに入射されるパルスレーザー光線の直径（ｍｍ）、ｆは対物集光レンズ５２６bの焦点距離（ｍｍ）、で規定される。
【００２６】
図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、図４に示すように上記集光器５２６を矢印Ｚで示す方向に、即ち上記チャックテーブル３６の被加工物保持面３６１に対して垂直な方向に移動するための第１の集光点位置調整手段５３を具備している。第１の集光点位置調整手段５３は、上記ミラーケース５２５aに取り付けられたパルスモータ５３１と、該パルスモータ５３１の回転軸５３１aに装着された駆動歯車５３２と、上記集光器ケース５２６aの外周面に装着され駆動歯車５３２と噛み合いする被駆動歯車５３３とからなっている。このように構成された第１の集光点位置調整手段５３は、パルスモータ５３１を正転または逆転駆動することにより、集光器５２６をミラーケース５２５aに沿って矢印Ｚで示す集光点位置調整方向に移動せしめる。従って、第１の集光点位置調整手段５３は、集光器５２５から照射するレーザー光線の集光点の位置を調整する機能を有する。
【００２７】
また、図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、図１に示すように上記ユニットホルダ５１を一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向、即ち上記チャックテーブル３６の被加工物保持面３６１に対して垂直な方向に移動させるための第２の集光点位置調整手段５４を具備している。第２の集光点位置調整手段５４は、上記各送り手段と同様に一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロッド（図示せず）と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ５４２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５４２によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、ユニットホルダ５１とレーザー光線照射手段５２を案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す集光点位置調整方向に移動せしめる。
【００２８】
実施形態におけるレーザー加工装置は、上記チャックテーブル３６上に保持される板状の被加工物の上面、即ちレーザー光線を照射する側の面におけるレーザー光線の照射領域の高さ位置を検出する高さ位置検出手段６を備えている。高さ位置検出手段６について図４乃至図６を参照して説明する。
図示の実施形態における高さ位置検出手段６は、図４に示すようにＵ字状に形成された枠体６１を具備しており、この枠体６１が支持ブラケット７を介して上記レーザー光線照射手段５２のケーシング５２１に取り付けられている。枠体６１には、上記集光器５２６を挟んで発光手段６２と受光手段６３が矢印Ｙで示す方向に対向して配設されている。発光手段６２は、図６に示すように発光素子６２１と投光レンズ６２２を具備している。発光素子６２１は、例えば波長が６７０n mのパルスレーザー光線を図５および図６に示すように上記チャックテーブル３６上に保持される被加工物Ｗに投光レンズ６２２を通して所定の入射角αをもって照射する。この発光手段６２によるレーザー光線の照射位置は、集光器５２６から被加工物Ｗに照射されるレーザー光線の照射位置と略一致させて設定されている。なお、入射角αは、集光器５２６の対物集光レンズ５２６bのＮＡ値に関連する集光角度βより大きく９０度より小さい角度に設定されている。受光手段６３は、光位置検出素子６３１と受光レンズ６３２を具備しており、上記発光手段６２から照射されたレーザー光線が被加工物Ｗで正反射する位置に配設されている。また、図示の実施形態における高さ位置検出手段６は、上記発光手段６２および受光手段６３の傾斜角度を調整するための角度調整ツマミ６２aおよび６３aを備えている。この角度調整ツマミ６２aおよび６３aを回動することにより、発光手段６２から照射されるレーザー光線の入射角αおよび受光手段６３の受光角度を調整することができる。
【００２９】
以上のように構成された高さ位置検出手段６による被加工物Ｗの高さ位置の検出について、図6を参照して説明する。
被加工物Ｗの高さ位置が図６において１点鎖線で示す位置である場合には、発光素子６２１から投光レンズ６２２を通して被加工物Ｗの表面に照射されたレーザー光線は１点鎖線で示すように反射し、受光レンズ６３２を通して光位置検出素子６３１のＡ点で受光される。一方、被加工物Ｗの高さ位置が図６において２点鎖線で示す位置である場合には、発光素子６２１から投光レンズ６２２を通して被加工物Ｗの表面に照射されたレーザー光線は２点鎖線で示すように反射し、受光レンズ６３２を通して光位置検出素子６３１のＢ点で受光される。このようにして光位置検出素子６３１が受光したデータは、後述する制御手段に送られる。そして、後述する制御手段は光位置検出素子６３１によって検出されたＡ点とＢ点との間隔Ｈに基づいて、被加工物Ｗの高さ位置の変位ｈを演算する（ｈ＝Ｈ／sin α）。従って、上記チャックテーブル３６に保持された被加工物Ｗの高さ位置の基準値が図6において１点鎖線で示す位置である場合、被加工物Ｗの高さ位置が図６において２点鎖線で示す位置に変位した場合には、高さｈだけ下方に変位したことが判る。
【００３０】
図１に戻って説明を続けると、上記チャックテーブル機構３の支持テーブル３５の上面には、チャックテーブル３６に隣接して集光点検出テーブル８が配設されている。集光点検出テーブル８は、図７に示すように例えばシリコンによって円柱状に形成されており、その上面が鏡面に加工されている。図８は集光点検出テーブルの他の実施形態を示すもので、図８に示す集光点検出テーブル８は、テーブル本体８１と、該テーブル本体８１の上面に保持される集光点検出板８２とからなっている。テーブル本体８１は、上記チャックテーブル３６と同様に多孔性材料から形成され保持面８１１を備えており、保持面８１１上に集光点検出板８２を図示しない吸引手段によって着脱可能に保持するようになっている。集光点検出板８２は、例えばシリコンからなるダミーウエーハを用いることができる。このように図８に示す集光点検出テーブル８は、テーブル本体８１と集光点検出板８２によって構成されているので、集光点検出板８２が損傷した場合に容易に交換することができる。
【００３１】
図２に基づいて説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記集光点検出テーブル８にレーザー光線照射手段５２から照射される集光点検出用レーザー光線のスポットを検出するスポット検出手段９を備えている。スポット検出手段９は、図示の実施形態においては、上記加工ヘッド５２４のミラーケース５２５aに配設されたビームスプリッタ９１と、該ビームスプリッタ９１によって反射された集光点検出用レーザー光線を撮像する撮像手段９２とからなっている。ビームスプリッタ９１は、図９に示すように偏向ミラー手段５２５によって偏光されたレーザー光線は通過させ、集光点検出テーブル８で反射されたレーザー光線を略直角に反射する。撮像手段９２は集光点検出テーブル８で反射されたレーザー光線を撮像する撮像素子（ＣＣＤ）を備え、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。
【００３２】
図1に戻って説明を続けると、上記レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の前端部には、上記レーザー光線照射手段５２によってレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント手段１１が配設されている。このアライメント手１１は、図示の実施形態においては可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。
【００３３】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、制御手段１０を具備している。制御手段１０は、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）１０１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１０２と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３と、入力インターフェース１０４および出力インターフェース１０５とを備えている。このように構成された制御手段１０の入力インターフェース１０４には、上記高さ位置検出手段６やスポット検出手段９の撮像手段９２およびアライメント手段１１等からの検出信号が入力される。また、出力インターフェース１０５からは、上記パルスモータ３７２、パルスモータ３８２、パルスモータ４３２、パルスモータ５３１、パルスモータ５４２、レーザー光線照射手段５２等に制御信号を出力する。
【００３４】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図１０には、板状の被加工物としての半導体ウエーハの斜視図が示されている。図１０に示す半導体ウエーハ２０は、シリコンウエーハからなる半導体基板２１の表面２１ａに格子状に配列された複数の分割予定ライン（加工予定ライン）２１１（複数の分割予定ラインは互いに平行に形成されている）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２１２が形成されている。
【００３５】
上述したように構成された半導体ウエーハ２０は、図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６の被加工物保持面３６１上に裏面２１ｂを上側にして搬送され、該吸着チャック３６１に表面２１ａ側が吸引保持される。このようにして半導体ウエーハ２０を吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７の作動により案内レール３１、３１に沿って移動せしめられレーザー光線照射ユニット５に配設されたアライメント手段１１の直下に位置付けられる。
【００３６】
チャックテーブル３６がアライメント手段１１の直下に位置付けられると、アライメント手段１１および制御手段１０によって半導体ウエーハ２０のレーザー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。即ち、アライメント手段１１および制御手段１０は、半導体ウエーハ２０の所定方向に形成されている分割予定ライン２１１と、分割予定ライン２１１に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射ユニット５の集光器５２６との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。また、半導体ウエーハ２０に形成されている上記所定方向に対して直角に延びる分割予定ライン２１１に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。このとき、半導体ウエーハ２０の分割予定ライン２１１が形成されている表面２１ａは下側に位置しているが、アライメント手段１１が上述したように赤外線照明手段と赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成された撮像手段を備えているので、裏面２１ｂから透かして分割予定ライン２１１を撮像することができる。
【００３７】
以上のようにしてチャックテーブル３６上に保持されている半導体ウエーハ２０に形成されている分割予定ライン２１１を検出し、レーザビーム照射位置のアライメントが行われたならば、チャックテーブル３６を移動して図１１の(a)に示すように所定の分割予定ライン２１１の一端（図１１の(a)において左端）をレーザー光線照射手段５２の集光器５２６の直下に位置付ける。そして、集光器５２６から照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ２０の表面２１a（下面）付近にあわせる。次に、集光器５２６からパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６を矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる（加工工程）。そして、図１１の(b)で示すように集光器５２６の照射位置が分割予定ライン２１１の他端（図１１の(b)において右端）に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともに、チャックテーブル３６の移動を停止する。この加工工程においては、上記高さ位置検出手段６によって集光器５２６から照射されるパルスレーザー光線の照射位置の高さ位置が検出され、その検出信号が随時制御手段１０に送られている。制御手段１０は、高さ位置検出手段６の検出信号に基づいて半導体ウエーハ２０の分割予定ライン２１１に沿った高さ位置の変位ｈを演算する（ｈ＝Ｈ／sin α）。そして、制御手段１０は、演算した高さ位置の変位ｈに対応して上記第１の焦点位置調整手段５３のパルスモータ５３１を正転または逆転駆動し、集光器５２６を上方または下方に移動する。従って、上記加工工程においては、集光器５２６は図１１の(b)で示すように分割予定ライン２１１に沿った高さ位置に追随して上方または下方に移動せしめられる。この結果、半導体ウエーハ２０の内部に形成される変質層２１０は、レーザー光線を照射する側と反対側の面（チャックテーブル３６上に保持される半導体ウエーハ２０の下面）に均一に露出して形成される。このように図示の実施形態におけるレーザー加工装置によれば、高さ位置検出手段６によってチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ２０における集光器５２６から照射されるパルスレーザー光線の照射位置の高さ位置が随時検出され、その検出信号に基づいて制御手段１０が第１の集光点位置調整手段５３を制御するので、半導体ウエーハ２０の厚さにバラツキがあっても所望位置に効率よくてレーザー加工を施すことができる。
【００３８】
なお、上記加工工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
レーザー                ：ＹＶＯ４  パルスレーザー
波長                    ：１０６４ｎｍ
平均出力                ：２W
繰り返し周波数          ：１００ｋＨｚ
集光スポット径          ：φ１μｍ
加工送り速度            ：１００ｍｍ／秒
【００３９】
なお、半導体ウエーハ２０の厚さが厚い場合には、図１２に示すように集光点Ｐを段階的に変えて上述したレーザー光線照射工程を複数回実行することにより、複数の変質層２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを形成することが望ましい。この変質層２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃの形成は、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃの順番でレーザー光線の集光点を段階的に変位して行うことが好ましい。
【００４０】
以上のようにして、半導体ウエーハ２０の所定方向に延在する全ての分割予定ライン２１１に沿って上記加工工程を実行したならば、チャックテーブル３６を９０度回動せしめて、上記所定方向に対して直角に延びる各分割予定ラインに沿って上記加工工程を実行する。このようにして、半導体ウエーハ２０に形成された全ての分割予定ライン２１１に沿って上記加工工程を実行したならば、半導体ウエーハ２０を保持しているチャックテーブル３６は、最初に半導体ウエーハ２０を吸引保持した位置に戻され、ここで半導体ウエーハ２０の吸引保持を解除する。そして、半導体ウエーハ２０は、図示しない搬送手段によって分割工程に搬送される。
【００４１】
以上、本発明に従って構成されたレーザー加工装置を用いて半導体ウエーハ２０に形成された分割予定ライン２１１に沿って内部に変質層２１０を形成する加工例を説明したが、本発明によるレーザー加工装置を用いて被加工物の表面に溝を形成するレーザー加工を実施することにより、被加工物の表面に沿って所定深さの溝を形成することができる。この加工においては、被加工物の表面に溝が形成され表面状態が変化するので、高さ位置検出手段６による被加工物の高さ位置の検出は、加工点の２〜３ｍｍ前方の位置で実施する。なお、レーザー加工溝を形成する加工条件は例えば次のように設定される。
レーザー                ：ＹＶＯ４  パルスレーザー
波長                    ：３５５ｎｍ
平均出力                ：４W
繰り返し周波数          ：１００ｋＨｚ
集光スポット径(d)       ：φ３μｍ
加工送り速度            ：６０ｍｍ／秒
【００４２】
以上のようにしてレーザー加工を長時間実施すると、レーザー加工装置のレーザー光線照射手段５２の構成部材に熱歪が生ずる。この結果、高さ検出手段とレーザー光線照射手段の集光器との位置関係にズレが発生する。この結果、高さ検出手段６によって検出された被加工物である半導体ウエーハ２０の上面の高さ位置に基づいて集光器５２６の位置を制御しても、集光器５２６から照射されるレーザー光線の集光点を半導体ウエーハ２０の所望位置に位置付けることができない。このような問題を解消するために図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、所定時間稼動したら集光器５２６と高さ検出手段６との位置関係を検出して確認し、両者の位置関係を調整する。
【００４３】
以下、集光器５２６と高さ検出手段６との位置関係を確認し、両者の位置関係を調整する手順について、図１３に示すフローチャートを参照して説明する。
先ず、ステップS1において、高さ検出手段６を集光点検出テーブル８の直上に位置付け、高さ検出手段６によって集光点検出テーブル８の上面の高さ位置を上述したように検出する（集光点検出テーブルの高さ位置検出工程）。そして、高さ検出手段６は検出結果を制御手段１０に送り、制御手段１０は入力した検出結果をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３に一時格納する。
【００４４】
ステップS１において集光点検出テーブルの高さ位置検出工程を実施したならば、制御手段１０はステップS2に進んで、上記高さ検出手段６の検出結果に基づき集光器５２６から照射されるレーザー光線の集光点が検出された高さ位置と対応するように、第１の集光点位置調整手段５３を制御して集光器５２６を基準位置に位置付ける（集光器位置付け工程）。この集光器５２６の基準位置は、レーザー光線照射手段５２の構成部材に熱歪が発生していない状態（即ち、設計値）において、集光器５２６から照射されるレーザー光線の集光点が高さ位置検出手段６によって検出された高さ位置になるように、集光器５２６と高さ位置検出手段６との位置関係が予め設定されている。
【００４５】
次に、制御手段はステップS3に進んで、集光器５２６を集光点検出テーブル８の直上に位置付け、レーザー光線照射手段５２を制御し集光点検出用のレーザー光線を集光器５２６を通して集光点検出テーブル８の上面に照射せしめる。なお、集光点検出用レーザー光線は、その出力が上述した加工用のレーザー光線の出力より低い値、即ち集光点検出テーブル８をレーザー加工しない出力（例えば、０．０５Ｗ）に設定されている。このように集光点検出テーブル８の上面に照射された集光点検出用レーザー光線は、集光点検出テーブル８の上面に照射されたスポット径の状態で図９において破線で示すように集光点検出テーブル８の上面で反射し、更にビームスプリッタ９１によって撮像手段９２に向けて反射せしめられる。この反射光を撮像手段９２によって撮像する(スポット撮像工程)。このようにして集光点検出テーブル８の上面に照射された集光点検出用レーザー光線のスポットを撮像した撮像手段９２は、その画像信号を制御手段１０に送る。
【００４６】
上記集光点検出用レーザー光線のスポットの画像信号を入力した制御手段１０は、ステップS４に進んでスポットの径(D)を測定する(スポット径計測工程)。
【００４７】
次に、制御手段１０はステップS５に進んで、スポット径計測工程によって測定されたスポット径(D)と集光器５２６から照射されるレーザー光線の集光スポットの径(ｄ)が一致しているか否か、即ち集光器５２６と高さ位置検出手段６との位置関係が正常であるかズレているかを判定する（ズレ判定工程）。図示の実施形態においては、集光器５２６から照射されるレーザー光線の集光スポット径(ｄ)はφ１μmであるから、上記スポット径計測工程によって測定された集光点検出用レーザー光線のスポットの径(D)がφ１μmであれば、集光器５２６と高さ位置検出手段６との位置関係は、正常な位置関係であると判定する。この場合には、集光器５２６と高さ位置検出手段６との位置関係を調整する必要はない。一方、上記スポット径計測工程によって測定された集光点検出用レーザー光線のスポットの径(D)が集光器５２６から照射されるレーザー光線の集光スポット径(d)（φ１μm）より大きい場合は、レーザー光線照射手段５２の構成部材に発生する熱歪などの影響で集光器５２６と高さ位置検出手段６との位置関係が正常な状態からズレていると判定する。そして、制御手段１０は、上記ズレを補正値(±S)として算出する（ステップS6）。即ち、補正値(±S)は、±S＝(D−d)／2tanβ  で求められる。ここで、βは図５に示す集光器５２６の対物集光レンズ５２６bのＮＡ値に関連する集光角度である。
【００４８】
上記ズレ検出工程において、集光器５２６と高さ位置検出手段６との位置関係が正常な状態からズレていると判定した場合には、制御手段１０はステップS７に進んで、上述したように算出した補正値(±S)に基づいて第１の集光点位置調整手段５３を制御して集光器５２６と高さ位置検出手段６との位置関係を調整する(集光器調整工程)。この集光器調整工程においては、上記ステップS6で算出した補正値(±S)では集光器５２６と高さ位置検出手段６との位置関係がプラス側かマイナス側か不明であるため、第１の集光点位置調整手段５３によって集光器５２６を一方（例えば、下側）に移動し、集光器から集光点検出テーブル８に照射される集光点検出用のレーザー光線のスポットの径(D)が小さくなる場合には、上記ステップS6で算出した補正値(±S)まで集光器５２６を作動する。なお、第１の集光点位置調整手段５３によって集光器５２６を一方（例えば、下側）に移動し、集光器から集光点検出テーブル８に照射される集光点検出用のレーザー光線のスポットの径(D)が小さくならずに大きくなる場合には、第１の集光点位置調整手段５３によって集光器５２６を他方（例えば、上側）に移動して戻し、更に上記ステップS6で算出した補正値(±S)まで集光器５２６を作動する。この結果、集光器５２６から照射されるレーザー光線の集光点は高さ位置検出手段６によって検出された高さ位置となる。従って、以後の加工工程においては、制御手段１０が高さ位置検出手段６からの検出信号に基づいて第１の集光点位置調整手段５３を制御することにより、半導体ウエーハ２０の厚さにバラツキがあっても所望位置に効率よくてレーザー加工を施すことができる。
【００４９】
なお、上述した集光器５２６と高さ検出手段６との位置関係を検出して確認し、両者の位置関係を調整する作業は、例えばチャックテーブル３６にダミーウエーハ等の検出板を保持して実施することも可能であるが、その都度検出板を載置しなければならず、被加工物の加工中に上記作業を実施することは実質的に困難である。しかるに、本発明によれば、集光点検出テーブル８がチャックテーブル３６に隣接して配設されているので、検出板をその都度乗せ換える必要がなく、被加工物の加工中であっても上記作業を適宜実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図。
【図２】図１に示すレーザー加工装置に装備されるレーザビーム加工手段の構成を簡略に示すブロック図。
【図３】図２に示すレーザビーム加工手段から照射されるレーザー光線の集光スポット径を説明するための簡略図。
【図４】図１に示すレーザー加工装置に装備される加工ヘッドおよび高さ位置検出手段を示す斜視図。
【図５】図４に示す高さ位置検出手段を構成する発光手段と受光手段およびレーザー光線照射手段の集光器との位置関係を示す説明図。
【図６】図４に示す高さ検出手段の検出状態を示す説明図。
【図７】図１に示すレーザー加工装置に装備される集光点検出テーブルの一実施形態を示す斜視図。
【図８】図１に示すレーザー加工装置に装備される集光点検出テーブルの他の実施形態を示す斜視図。
【図９】図１に示すレーザー加工装置に装備されるスポット検出手段のブロック構成図。
【図１０】被加工物としての半導体ウエーハの斜視図。
【図１１】図１に示すレーザー加工装置によって被加工物を加工する加工工程を示す説明図。
【図１２】被加工物の厚さが厚い場合の加工工程を示す説明図。
【図１３】図１に示すレーザー加工装置に装備される制御手段の動作手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００５１】
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３１：案内レール
３６：チャックテーブル
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４１：案内レール
４２：可動支持基台
５：レーザー光線照射ユニット
５１：ユニットホルダ
５２：レーザー光線加工手段（加工手段）
５２４：偏向ミラー手段
５２５：集光器
５３：第１の集光点位置調整手段
５４：第２の集光点位置調整手段
６：高さ位置検出手段
８：集光点検出テーブル 
９：スポット検出手段 
９１：ビームスプリッタ
９２：撮像手段
１０：制御手段
１１：アライメント手段
２０：半導体ウエーハ
２１：半導体基板
２１０：変質層
２１１：分割予定ライン（加工予定ライン）
２１２：回路
【図１】
2006187782.tif 000003
【図２】
2006187782.tif 000004
【図３】
2006187782.tif 000005
【図４】
2006187782.tif 000006
【図５】
2006187782.tif 000007
【図６】
2006187782.tif 000008
【図７】
2006187782.tif 000009
【図８】
2006187782.tif 000010
【図９】
2006187782.tif 000011
【図１０】
2006187782.tif 000012
【図１１】
2006187782.tif 000013
【図１２】
2006187782.tif 000014
【図１３】
2006187782.tif 000015