(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエーハを保持する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段に保持された半導体ウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射してアブレーション加工することによりレーザー加工溝を形成可能な集光器を備えたレーザー光線照射手段と、被加工物保持手段とレーザー光線照射手段とを相対的に移動する移動手段と、該被加工物保持手段に保持された半導体ウエーハの加工すべき領域を検出するアライメント手段と、該レーザー光線照射手段および該移動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、
該制御手段に所望の加工結果を入力する入力手段と、
被加工物保持手段に保持されたレーザー加工溝が形成された半導体ウエーハのレーザー加工溝を撮像し３次元画像を生成する３次元画像撮像手段と、を具備し、
該制御手段は、被加工物保持手段に保持された半導体ウエーハにレーザー加工溝を形成する基本加工を施す基本加工実施工程を実行し、該基本加工実施工程が完了した後、基本加工された該レーザー加工溝を撮像して３次元画像を生成する３次元画像撮像工程を実施し、該入力手段によって入力された所望の加工結果と該３次元画像撮像手段によって生成されたレーザー加工溝の３次元画像に基づいて所望の加工結果が得られるように加工条件を調整する加工条件調整工程を実施し、該加工条件調整工程において調整された加工条件に基づいて該レーザー光線照射手段および該移動手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
該加工条件調整工程は、該入力手段から入力された所望の加工結果および加工要素の数値範囲に基づいて各加工要素の基本数値を設定する基本数値設定工程と、該基本数値設定工程において設定した各加工要素の基本数値に従って該レーザー光線照射手段および該移動手段を制御することにより該被加工物保持手段に保持された半導体ウエーハにレーザー加工溝を形成する基本加工を施す基本加工実施工程と、該３次元画像撮像手段を作動し該基本加工により形成されたレーザー加工溝を撮像して３次元画像を生成する３次元画像撮像工程と、該３次元画像撮像工程によって生成された３次元画像に基づいて各加工要素毎の加工結果のグラフを作成するグラフ生成工程と、該グラフ生成工程において作成された各加工要素毎の加工結果のグラフから加工結果に影響力を有する加工要素を選定し、選定した加工要素の変更数値を設定する変更数値範囲設定工程と、該変更数値範囲設定工程において設定した加工要素の変更数値に基づいて各加工要素の変更数値を設定する変更数値設定工程と、該変更数値設定工程において設定した各加工要素の変更数値に従って該レーザー光線照射手段および該移動手段を制御することにより該被加工物保持手段に保持された半導体ウエーハに変更加工を施す変更加工実施工程を実施し、以後実際の加工結果が所望の加工結果の許容範囲になるまで該３次元画像撮像工程と該グラフ生成工程と該変更数値設定工程および該変更加工実施工程を繰り返し実施する、請求項１記載のレーザー加工装置。
【請求項３】
該基本数値設定工程と該グラフ生成工程および該変更数値設定工程は、実験計画法に基づいて実行する、請求項２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、ウエーハ等の被加工物にレーザー加工を施すための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形成された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等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハを分割予定ラインに沿って分割することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体デバイスを製造している。
【０００３】
半導体ウエーハ等のウエーハを分割予定ラインに沿って分割する方法として、ウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を分割予定ラインに沿って照射してアブレーション加工することにより破断の起点となるレーザー加工溝を形成し、この破断の起点となるレーザー加工溝が形成された分割予定ライン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。
【０００４】
上述したレーザー加工を施すレーザー加工装置は、被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段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、被加工物保持手段とレーザー光線照射手段とを相対的に加工送り方向（X軸方向）に加工送りする加工送り手段と、被加工物保持手段とレーザー光線照射手段とを相対的に加工送り方向（X軸方向）と直交する割り出し送り方向（Y軸方向）に割り出し送りする割り出し送り手段と、加工すべき領域を検出するアライメント手段と、を具備している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２８９３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
而して、ウエーハ等の被加工物に所定深さ(例えば１０μm)のレーザー加工溝を形成する場合、レーザー光線の出力、繰り返し周波数、パルス幅、集光スポット径、加工送り速度等の加工要素の数値を適宜調整して加工を行うとともに、加工溝の深さを計測して試行錯誤しながら加工条件を設定しなければならず、生産性が悪いという問題がある。
また、被加工物としてのウエーハは、種類によってまたはメーカーによって特性が異なるため、その都度加工条件を変更する必要があり、オペレータは加工条件の設定に多大な時間を要することになる。
【０００７】
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、必要事項を入力することにより被加工物の加工条件を自動的に設定することができるレーザー加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記主たる技術的課題を解決するために、本発明によれば、半導体ウエーハを保持する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段に保持された半導体ウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射してアブレーション加工することによりレーザー加工溝を形成可能な集光器を備えたレーザー光線照射手段と、被加工物保持手段とレーザー光線照射手段とを相対的に移動する移動手段と、該被加工物保持手段に保持された半導体ウエーハの加工すべき領域を検出するアライメント手段と、該レーザー光線照射手段および該移動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、
該制御手段に所望の加工結果を入力する入力手段と、
被加工物保持手段に保持されたレーザー加工溝が形成された半導体ウエーハのレーザー加工溝を撮像し３次元画像を生成する３次元画像撮像手段と、を具備し、
該制御手段は、被加工物保持手段に保持された半導体ウエーハにレーザー加工溝を形成する基本加工を施す基本加工実施工程を実行し、該基本加工実施工程が完了した後、基本加工された該レーザー加工溝を撮像して３次元画像を生成する３次元画像撮像工程を実施し、該入力手段によって入力された所望の加工結果と該３次元画像撮像手段によって生成されたレーザー加工溝の３次元画像に基づいて所望の加工結果が得られるように加工条件を調整する加工条件調整工程を実施し、該加工条件調整工程において調整された加工条件に基づいて該レーザー光線照射手段および該移動手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
【０００９】
上記加工条件調整工程は、該入力手段から入力された所望の加工結果および加工要素の数値範囲に基づいて各加工要素の基本数値を設定する基本数値設定工程と、該基本数値設定工程において設定した各加工要素の基本数値に従って該レーザー光線照射手段および該移動手段を制御することにより該被加工物保持手段に保持された半導体ウエーハにレーザー加工溝を形成する基本加工を施す基本加工実施工程と、該３次元画像撮像手段を作動し該基本加工により形成されたレーザー加工溝を撮像して３次元画像を生成する３次元画像撮像工程と、該３次元画像撮像工程によって生成された３次元画像に基づいて各加工要素毎の加工結果のグラフを作成するグラフ生成工程と、該グラフ生成工程において作成された各加工要素毎の加工結果のグラフから加工結果に影響力を有する加工要素を選定し、選定した加工要素の変更数値を設定する変更数値範囲設定工程と、該変更数値範囲設定工程において設定した加工要素の変更数値に基づいて各加工要素の変更数値を設定する変更数値設定工程と、該変更数値設定工程において設定した各加工要素の変更数値に従って該レーザー光線照射手段および該移動手段を制御することにより該被加工物保持手段に保持された半導体ウエーハに変更加工を施す変更加工実施工程を実施し、以後実際の加工結果が所望の加工結果の許容範囲になるまで該３次元画像撮像工程と該グラフ生成工程と該変更数値設定工程および該変更加工実施工程を繰り返し実施する。
上記基本数値設定工程とグラフ生成工程および変更数値設定工程は、実験計画法に基づいて実行する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるレーザー加工装置は、被加工物保持手段に保持された半導体ウエーハ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被加工物保持手段とレーザー光線照射手段とを相対的に移動する移動手段とを制御する制御手段と、所望の加工結果を入力する入力手段と、被加工物保持手段に保持されたレーザー加工溝が形成された半導体ウエーハのレーザー加工溝を撮像し３次元画像を生成する３次元画像撮像手段とを具備し、制御手段は、被加工物保持手段に保持された半導体ウエーハにレーザー加工溝を形成する基本加工を施す基本加工実施工程を実行し、該基本加工実施工程が完了した後、基本加工された該レーザー加工溝を撮像して３次元画像を生成する３次元画像撮像工程を実施し、該入力手段によって入力された所望の加工結果と３次元画像撮像手段によって生成された加工状態の３次元画像に基づいて所望の加工結果が得られるように加工条件を調整する加工条件調整工程を実施し、加工条件調整工程において調整された加工条件に基づいてレーザー光線照射手段および移動手段を制御するので、入力手段から必要事項を入力することによりレーザー加工溝の加工条件を自動的に設定することができるため、オペレータが試行錯誤しながら加工条件を設定する必要がなく生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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た３次元画像撮像手段を構成する干渉式撮像機構の構成部材を分解して示す斜視図。
【図３】図２に示す干渉式撮像機構の要部断面図。
【図４】図３に示す干渉式撮像機構を構成する集光器および干渉光生成手段の説明図。
【図５】図１に示すレーザー加工装置に装備される処理手段のブロック構成図。
【図６】ピエゾモータからなるアクチュエータに印加する電圧とピエゾモータの軸方向変位との関係を設定した制御マップ。
【図７】被加工物としての半導体ウエーハが環状のフレームに装着されたダイシングテープの表面に装着された状態の斜視図。
【図８】図１に示すレーザー加工装置に装備される制御手段に入力する加工要素の数値範囲の説明図。
【図９】図１に示すレーザー加工装置に装備される制御手段が実施する基本数値設定工程によって設定された加工要素の基本数値の説明図。
【図１０】図１に示すレーザー加工装置が実施する基本加工実施工程によって加工された＃１〜＃５のレーザー加工溝の断面図。
【図１１】図１に示すレーザー加工装置が実施する３次元画像撮像工程によって生成された＃１〜＃５のレーザー加工溝の３次元画像の説明図。
【図１２】図１に示すレーザー加工装置に装備される制御手段が実施するグラフ生成工程によって生成された加工要素毎の加工結果のグラフの説明図。
【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が実施する変更数値範囲設定工程によって設定された加工要素の変更数値範囲の説明図。
【図１４】図１に示すレーザー加工装置に装備される制御手段が実施する変更数値設定工程によって設定された加工要素の変更数値の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明によって構成されたレーザー加工装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【００１３】
図１には、本発明によ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１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（Ｘ軸方向）に移動可能に配設され被加工物を保持する被加工物保持機構３と、静止基台２上に配設された加工手段であるレーザー光線照射手段としてのレーザー光線照射ユニット４とを具備している。
【００１４】
上記被加工物保持機構３は、静止基台２上に矢印Ｘで示すＸ軸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Ｘ軸方向に移動可能に配設された第１の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上にX軸方向と直交するY軸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カバーテーブル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た吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１の上面である保持面上に被加工物である例えば円板形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。このように構成され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。なお、チャックテーブル３６には、半導体ウエーハ等の被加工物を保護テープを介して支持する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。
【００１５】
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Y軸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Ｘ軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態における被加工物保持機構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Ｘ軸方向に移動させるためのX軸移動手段３７を具備している。X軸移動手段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１の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動せしめられる。
【００１６】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、上記チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出するためのX軸方向位置検出手段３７４を備えている。X軸方向位置検出手段３７４は、案内レール３１に沿って配設されたリニアスケール３７４aと、第１の滑動ブロック３２に配設され第１の滑動ブロック３２とともにリニアスケール３７４aに沿って移動する読み取りヘッド３７４bとからなっている。このX軸方向位置検出手段３７４の読み取りヘッド３７４bは、図示の実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出する。なお、上記X軸移動手段３７の駆動源としてパルスモータ３７２を用いた場合には、パルスモータ３７２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出することもできる。また、上記X軸移動手段３７の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出することもできる。
【００１７】
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、X軸方向と直交する矢印Yで示すY軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態における被加工物保持機構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Y軸方向に移動させるためのY軸移動手段３８を具備している。Y軸移動手段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Y軸方向に移動せしめられる。
【００１８】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、上記第２の滑動ブロック３３のY軸方向位置を検出するためのY軸方向位置検出手段３８４を備えている。Y軸方向位置検出手段３８４は、案内レール３２２に沿って配設されたリニアスケール３８４aと、第２の滑動ブロック３３に配設され第２の滑動ブロック３３とともにリニアスケール３８４aに沿って移動する読み取りヘッド３８４bとからなっている。このY軸方向位置検出手段３８４の読み取りヘッド３８４bは、図示の実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６のY軸方向位置を検出する。なお、上記Y軸移動手段３８の駆動源としてパルスモータ３８２を用いた場合には、パルスモータ３８２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６のY軸方向位置を検出することもできる。また、上記Y軸移動手段３８の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６のY軸方向位置を検出することもできる。
【００１９】
上記レーザー光線照射ユニット４は、上記静止基台２上に配設された支持部材４１と、該支持部材４１によって支持され実質上水平に延出する機体ケーシング４２と、該機体ケーシング４２に配設されたレーザー光線照射手段５と、レーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段６を具備している。レーザー光線照射手段５は、機体ケーシング４２内に配設され図示しないパルスレーザー光線発振器や繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー光線発振手段および該パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光しチャックテーブル３６に保持された被加工物に照射する加工ヘッド５１を具備している。
【００２０】
上記撮像手段６は、機体ケーシング４２に加工ヘッド５１からX軸方向の同一線上に所定距離おいて配設されている。この撮像手段６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図示しない制御手段に送る。
【００２１】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置１には、チャックテーブル３６に保持された被加工物に加工が施された加工状態を撮像し３次元画像を生成する３次元画像撮像手段７が配設されている。３次元画像撮像手段７は、上記機体ケーシング４２に配設されたX軸方向、X軸方向と直交するY軸方向、X軸方向およびY軸方向と直交するZ軸方向において３次元でチャックテーブル３６に保持された被加工物を撮像し、撮像した画像信号を出力する干渉式撮像機構７０を具備している。干渉式撮像機構７０は、機体ケーシング４２に配設された第１のZ軸移動手段８によってZ軸方向に移動可能に支持されている。干渉式撮像機構７０および第１のZ軸移動手段８について、図２乃至図４を参照して説明する。
【００２２】
図２乃至図４に示す干渉式撮像機構７０は、所謂ミラウ型干渉式撮像機構で、図３に詳細に示すように機構ハウジング７１と、該機構ハウジング７１の上部に配設された撮像素子手段７２と、機構ハウジング７１の下部に配設されチャックテーブル３６の保持面（上面）に対向する集光器７３と、該集光器７３を通してチャックテーブル３６の保持面に保持された被加工物に光を照射する光照射手段７４を具備している。撮像素子手段７２は、複数の画素がX軸方向とY軸方向に配列されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に出力する。
【００２３】
干渉式撮像機構７０を構成する集光器７３は、集光器ケース７３１と、該集光器ケース７３１内に配設された対物レンズ７３２とからなっている。対物レンズ７３２は、図４に示すように後述する光照射手段７４からの光を集光点P（撮像位置）に集光する。なお、図示の実施形態においては、集光点Pの集光スポットはφ１００μmに設定されている。このように構成された集光器７３の集光器ケース７３１には、チャックテーブル３６の保持面に保持された被加工物で反射した戻り光と干渉光を生成する干渉光生成手段７５が配設されている。干渉光生成手段７５は、該対物レンズ７３２からチャックテーブル３６側に配設されたガラスプレート７５１と、該ガラスプレート７５１からチャックテーブル３６側に配設された第１のビームスプリッター７５２とからなっている。ガラスプレート７５１は、中央に径が例えばφ０．５mmの微細なミラー７５１aを備えている。上記第１のビームスプリッター７５２は、光照射手段７４から照射され対物レンズ７３２によって集光された光を透過してチャックテーブル３６の保持面に保持された被加工物に照射するとともにガラスプレート７５１のミラー７５１aに向けて光を反射する。このように構成された集光器７３および干渉光生成手段７５は、集光点P（撮像位置）で反射した戻り光と第１のビームスプリッター７５２で反射した光がガラスプレート７５１において干渉したとき光強度の高い干渉光を生成し、上記撮像素子手段７２に向けて導く。
【００２４】
上記対物レンズ７３２と干渉光生成手段７５が配設された集光器７３の集光器ケース７３１は、図３に示すように機構ハウジング７１の底壁７１１に設けられた装着穴７１１aを通してチャックテーブル３６の保持面（上面）に対して垂直な方向（図３において上下方向）に移動可能に配設されている。そして、図示の実施形態においては機構ハウジング７１の底壁７１１と集光器ケース７３１の上端に設けられた鍔部７３１aとの間に集光器ケース７３１を図３において上下方向に移動するための第２のZ軸移動手段として機能するアクチュエータ７６が配設されている。アクチュエータ７６は、図示の実施形態においては印加する電圧値に対応して軸方向に延びる圧電素子によって構成されたピエゾモータからなっている。従って、ピエゾモータからなるアクチュエータ７６は、後述する制御手段によって制御され印加する電圧値に対応して集光器ケース７３１を図３において上下方向（チャックテーブル３６の保持面に垂直な方向）に移動することができる。なお、アクチュエータ７６は、ピエゾモータのように応答性が速いボイスコイルモータを用いてもよい。
【００２５】
上記光照射手段７４は、機構ハウジング７１の側方への突出部７１２に配設されたLEDからなる光源７４１と、機構ハウジング７１において撮像素子手段７２と集光器７３との間に配設され光源７４１からの光を集光器７３に導くとともにチャックテーブル３６の保持面に保持された被加工物で反射した光を撮像素子手段７２に導く第２のビームスプリッター７４２とからなっている。
【００２６】
次に、上記第１のZ軸移動手段８について、図２を参照して説明する。
第１のZ軸移動手段８は、上記干渉式撮像機構７０の機構ハウジング７１を矢印Zで示すZ軸方向（チャックテーブル３６の保持面に垂直な方向）に移動可能に支持する支持ケース８１と、該支持ケース８１に支持された機構ハウジング７１を矢印Zで示すZ軸方向に移動せしめる作動手段８２とからなっている。支持ケース８１は、上壁８１１と底壁８１２と両側壁８１３，８１４および後壁（図示せず）とからなり、両側壁８１３，８１４が前側に突出して案内レール８１３a，８１３bを構成している。上記作動手段８２は、支持ケース８１の両側壁８１３，８１４の間に平行に配設され上壁８１１と底壁８１２に回転可能に軸支された雄ネジロッド８２１と、上壁８１１に配設され雄ネジロッド８２１と伝動連結されたパルスモータ８２２等の駆動源を含んでいる。このように構成された作動手段８２の雄ネジロッド８２１に上記機構ハウジング７１の後壁に配設された雌ネジブロック７１３に形成された貫通雌ネジ穴７１３aが螺合される。従って、パルスモータ８２２によって雄ネジロッド８２１を正転および逆転駆動することにより、雌ネジブロック７１３が装着されている機構ハウジング７１は案内レール８１３a，８１３bに沿ってZ軸方向に移動せしめられる。
【００２７】
図示の実施形態における３次元画像撮像手段７は、上記第１のZ軸移動手段８によって移動せしめられる干渉式撮像機構７０のZ軸方向位置を検出するためのZ軸方向位置検出手段８０を具備している。Z軸方向位置検出手段８０は、上記案内レール８１３aに配設されたリニアスケール８０aと、上記干渉式撮像機構７０の機構ハウジング７１に取り付けられ機構ハウジング７１とともにリニアスケール８０aに沿って移動する読み取りヘッド８０bとからなっている。このように構成されたZ軸方向位置検出手段８０の読み取りヘッド８０bは、図示の実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。
【００２８】
図示の実施形態における３次元画像撮像手段７は、上記干渉式撮像機構７０の撮像素子手段７２から出力される画像信号に基づいて画像情報を生成する図５に示す制御手段９を具備している。なお、制御手段９は、３次元画像撮像手段７の構成手段以外にレーザー加工装置１の各構成手段も制御するようになっている。制御手段９はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）９１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）９２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）９３と、入力インターフェース９４および出力インターフェース９５とを備えている。制御手段９の入力インターフェース９４には、上記X軸方向位置検出手段３７４、Y軸方向位置検出手段３８４、撮像手段６、上記干渉式撮像機構７０の撮像素子手段７２、上記干渉式撮像機構７０のZ軸方向位置を検出するためのZ軸方向位置検出手段８０の読み取りヘッド８０b、入力手段９０等からの検出信号が入力される。そして、制御手段９の出力インターフェース９５からは、上記X軸移動手段３７のパルスモータ３７２、Y軸移動手段３８のパルスモータ３８２、レーザー光線照射手段５、上記第１のZ軸移動手段８のパルスモータ８２２、第２のZ軸移動手段として機能するピエゾモータからなるアクチュエータ７６、光照射手段７４の光源７４１、表示手段やプリンター等の出力手段９００等に制御信号を出力する。なお、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３は、上記ピエゾモータからなるアクチュエータ７６に印加する電圧とピエゾモータの軸方向変位との関係を設定した図６に示す制御マップを格納する記憶領域や他の記憶領域を備えている。
【００２９】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置１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７には、上述したレーザー加工装置１によって加工される被加工物としての半導体ウエーハ１０が環状のフレームFに装着されたダイシングテープTの表面に装着された状態の斜視図が示されている。図７に示す半導体ウエーハ１０は、シリコンウエーハからなっており、表面１０ａに複数の分割予定ライン１０１が格子状に形成されているとともに、該複数の分割予定ライン１０１によって区画された複数の領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１０２が形成されている。
【００３０】
上述したレーザー加工装置１を用い、上記半導体ウエーハ１０に所定深さ(例えば１０μm)のレーザー加工溝を形成するための加工条件の設定手順について説明する。
先ず、上述した図１に示すレーザー加工装置１のチャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０が貼着されたダイシングテープT側を載置し、該チャックテーブル３６上にダイシングテープTを介して半導体ウエーハ１０を吸引保持する。従って、チャックテーブル３６上にダイシングテープTを介して吸引保持された半導体ウエーハ１０は、表面１０ａが上側となる。なお、ダイシングテープTが装着された環状のフレームFは、チャックテーブル３６に配設されたクランプ３６２によって固定される。このようにして半導体ウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３６は、X軸移動手段３７によって撮像手段６の直下に位置付けられる。
【００３１】
上記のようにしてチャックテーブル３６が撮像手段６の直下に位置付けられると、撮像手段６および制御手段９によって半導体ウエーハ１０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、撮像手段６および図示しない制御手段９は、半導体ウエーハ１０の所定方向に形成されている分割予定ライン１０１とレーザー光線照射手段５の加工ヘッド５１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、アライメントを遂行する。また、半導体ウエーハ１０に形成されている所定方向と直交する方向に形成されている分割予定ライン１０１に対しても、同様にアライメントが遂行される。
【００３２】
以上のようにしてチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０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したならば、制御手段９は入力手段９０によって入力された所望の加工結果と３次元画像撮像手段７によって生成された加工状態の３次元画像に基づいて所望の加工結果が得られるように加工条件を調整する加工条件調整工程を実施する。この加工条件調整工程は、先ずオペレータが所望の加工結果であるレーザー加工溝の深さ(例えば１０μm)および図８に示す加工要素の基本数値範囲を設定し、入力手段９０から制御手段９に入力する。図８に示す加工要素の基本数値範囲は、加工要素としてのパルスレーザー光線の繰り返し周波数および出力と加工送り速度の最大値と最小値を設定する。なお、図８においては、パルスレーザー光線の繰り返し周波数は最大値が２００kHz,最小値が４０kHzに設定され、パルスレーザー光線の出力は最大値が２W,最小値が０．５Wに設定され、加工送り速度は最大値が２００mm／秒,最小値が５０mm／秒に設定されている。
【００３３】
上述した加工要素の数値範囲が入力されると制御手段９は、加工要素の基本数値範囲に基づいて実験計画法を用いて演算し、各加工要素の基本数値を設定する基本数値設定工程を実行する。この基本数値設定工程を実行することにより、図９の(a)に示す加工要素の基本数値が設定される。図９の(a)に示す加工要素の基本数値は、５個の試験加工（＃１〜＃５）に対してそれぞれパルスレーザー光線の繰り返し周波数および出力、加工送り速度、加工結果(加工溝深さ)が設定される。このようにして設定した加工要素の基本数値は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納される。
【００３４】
上記図９の(a)に示すように加工要素の基本数値を設定したならば制御手段９は、基本数値設定工程において設定した各加工要素の基本数値に従ってレーザー光線照射手段５およびX軸移動手段３７を制御することによりチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０に基本加工を施す基本加工実施工程を実行する。即ち、制御手段９はチャックテーブル３６を移動して所定の分割予定ライン１０１の一端をレーザー光線照射手段５の加工ヘッド５１の直下に位置付ける。そして、制御手段９は上記試験加工（＃１）の基本数値（繰り返し周波数：２００kHz、出力：２W、加工送り速度：２００mm／秒）でレーザー光線照射手段５およびX軸移動手段３７を作動することにより所定の分割予定ライン１０１に沿ってパルスレーザー光線を照射する。なお、加工ヘッド５１によって集光されるパルスレーザー光線の集光スポット径は、図示の実施形態においては２μmに設定されている。この結果、半導体ウエーハ１０には図１０において＃１に示すレーザー加工溝が形成される。
【００３５】
次に、制御手段９は、Y軸移動手段３８を作動してチャックテーブル３６をY軸方向に分割予定ライン１０１の間隔だけ移動し、隣接する次の分割予定ライン１０１に沿って上記試験加工（＃２）の基本数値（繰り返し周波数：４０kHz、出力：２W、加工送り速度：５０mm／秒）でレーザー光線照射手段５およびX軸移動手段３７を作動することにより所定の分割予定ライン１０１に沿ってパルスレーザー光線を照射する。この結果、半導体ウエーハ１０には図１０において＃２に示すレーザー加工溝が形成される。以後、上記試験加工（＃３、＃４、＃５）の基本数値に従って半導体ウエーハ１０の分割予定ライン１０１に沿ってレーザー加工を実施する。この結果、半導体ウエーハ１０には、図１０に示すように＃１〜＃５のレーザー加工溝が形成される。
【００３６】
上述した基本加工実施工程を実施したならば、制御手段９は基本加工された加工状態を撮像して３次元画像を生成する３次元画像撮像工程を実施する。
３次元画像撮像工程は、X軸移動手段３７を作動して上記基本加工実施工程が実施された半導体ウエーハ１０が保持されているチャックテーブル３６を３次元画像撮像手段７の干渉式撮像機構７０を構成する集光器７３の下側に移動するとともに、先ず半導体ウエーハ１０に形成されたレーザー加工溝＃１を集光器７３の直下に位置付ける。次に、第１のZ軸移動手段８を作動して干渉式撮像機構７０を所定の待機位置から下降させるとともに、第２のZ軸移動手段としてのピエゾモータからなるアクチュエータ７６に例えば６０Vの電圧を印加しピエゾモータからなるアクチュエータ７６を図６に示すように６０μm伸びた状態とする。この状態において干渉式撮像機構７０の集光器７３から照射される光の集光点P（図４参照）がチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０の表面１０a（上面）付近となるようにセットする。
【００３７】
次に、制御手段１０は干渉式撮像機構７０を構成する撮像素子手段７２、光照射手段７４の光源７４１を作動するとともに、ピエゾモータからなるアクチュエータ７６に印加する電圧を６０Vから１Vずつ下げていく。この結果、図示の実施形態においては、図６に示すようにピエゾモータからなるアクチュエータ７６は電圧を１V下げる毎に1μm短縮するので、集光手段７３が1μmずつZ軸方向に下降する。このようにして集光手段７３を1μmずつ下降する毎に、制御手段１０はX軸移動手段３７を作動する。そして、撮像素子手段７２で受光した画像が制御手段９に送られる。制御手段９は撮像素子手段７２から送られた画像信号をX軸方向位置検出手段３７４からの検出信号に基づいて例えば１００μｍ毎に取り込み、図１１の＃１に示すようにレーザー加工溝の３次元画像を生成する。この３次元画像撮像工程を＃２〜＃５のレーザー加工溝に対して実施することにより、図１１の＃１〜＃５に示すようにレーザー加工溝の３次元画像が生成され加工溝の深さを計測する。そして、制御手段９は、このようにして生成された図１１の＃１〜＃５に示すレーザー加工溝の３次元画像をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納されるとともに、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納されている上記図９の(a)に示す加工要素の基本数値における加工溝深さの欄に図９の(b)に示すように溝深さ(μm)を記録する。
なお、加工溝深さの欄に記録された加工溝の深さが所望の加工結果（加工溝深さ１０μm）の許容範囲（９．５〜１０．５μm）であるレーザー加工溝が存在するならば、制御手段９はそのレーザー加工溝を形成した加工条件を決定して終了する。
【００３８】
次に、制御手段９は、３次元画像撮像工程によって生成された３次元画像に基づいて各加工要素毎の加工結果のグラフを作成するグラフ生成工程を実施する。即ち、制御手段９は、図１１に示す３次元画像に基づいて実験計画法を用いて演算し、パルスレーザー光線の繰り返し周波数および出力と加工送り速度について加工溝深さの加工傾向を図１２に示すグラフとして作成する。そして、制御手段９は、図１２に示すグラフからパルスレーザー光線の繰り返し周波数および出力と加工送り速度について加工溝深さの加工傾向から加工結果に影響力を有する加工要素を選定する。図１２に示すグラフにおいては、所望の加工結果（加工溝深さ１０μm)に最も影響力を有する加工要素は加工溝深さ１０μmが関連している加工傾向を示している加工送り速度であると判定することができる（変更数値範囲設定工程）。このように、加工結果に影響力を有する加工要素を加工送り速度であると判定したならば、制御手段９は図１２に示す加工送り速度のグラフにおいて加工結果に影響力を与える範囲が５０mm／秒から２００mm／秒の中間点である１２５mm／秒より速い速度であると判定し、図１３に示すように加工要素としての加工送り速度の最小値を上記図８に示す５０mm／秒から１２５mm／秒に変更して変更数値を設定する変更数値設定工程を実行する。
【００３９】
上述した変更数値設定工程を実施したならば、制御手段９は加工要素の変更数値に基づいて実験計画法を用いて演算し、各加工要素の変更数値を設定する変更数値設定工程を実施する。この変更数値設定工程を実施することにより、図１４の(a)に示す各加工要素の変更数値が設定される。このようにして設定した加工要素の変更数値は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納される。
【００４０】
上記図１４の(a)に示すように各加工要素の変更数値を設定したならば制御手段９は、変更数値設定工程において設定した各加工要素の変更数値に従ってレーザー光線照射手段５およびX軸移動手段３７を制御することによりチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０に変更加工を施す変更加工実施工程を実行する。この変更加工実施工程は、上述した基本加工実施工程と同様に実施する。
【００４１】
上述した変更加工実施工程を実施したならば、制御手段９は変更加工された加工状態を撮像して３次元画像を生成する３次元画像撮像工程を実施する。この３次元画像撮像工程は、３次元画像撮像手段７を用いて上述した基本加工された加工状態を撮像して３次元画像を生成する３次元画像撮像工程と同様に実施する。そして、制御手段９は＃１〜＃５のレーザー加工溝の３次元画像を生成して加工溝の深さを計測し、＃１〜＃５のレーザー加工溝の３次元画像をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納するとともに、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納されている上記図１４の(a)に示す加工要素の変更数値における加工溝深さの欄に図１４の(b)に示すように溝深さ(μm)を記録する。そして、加工溝の深さが所望の加工結果（加工溝深さ１０μm）の許容範囲（９．５〜１０．５μm）であるレーザー加工溝が存在するならば、制御手段９は許容範囲
(図示の実施形態においては１０．４μm)である＃３のレーザー加工溝を加工するための加工条件を半導体ウエーハ１０に深さ１０μmのレーザー加工溝を形成する加工条件（繰り返し周波数：２００kHz、出力：０．５W、加工送り速度：１２５mm／秒）として決定する。そして、制御手段９は、決定した加工条件（繰り返し周波数：２００kHz、出力：０．５W、加工送り速度：１２５mm／秒）を出力手段９００に出力し、モニター等の表示手段に表示させたりプリンターによってプリントアウトさせる。
【００４２】
なお、上記３次元画像撮像工程において加工溝の深さが所望の加工結果（加工溝深さ１０μm）の許容範囲（９．５〜１０．５μm）でない場合には、加工結果が許容範囲になるまで該グラフ生成工程と該変更数値設定工程と該変更加工実施工程および３次元画像撮像工程を繰り返し実施する。
【００４３】
以上のように本発明によるレーザー加工装置においては、必要事項を入力することにより被加工物の加工条件を自動的に設定することができるので、オペレータが試行錯誤しながら加工条件を設定する必要がなく生産性が向上する。
なお、上述した実施形態においては、加工条件としてパルスレーザー光線の繰り返し周波数および出力と、加工送り速度を設定した例を示したが、加工条件にはパルスレーザー光線のパルス幅や集光スポット径を設定するようにすることが望ましい。
【符号の説明】
【００４４】
２：静止基台
３：被加工物保持機構
３６：チャックテーブル
３７：X軸移動手段
３８：Y軸移動手段
４：レーザー光線照射ユニット
５：レーザー光線照射手段
５１：加工ヘッド
６：撮像手段
７：３次元画像撮像手段
７０：干渉式撮像機構
７２：撮像素子手段
７３：集光器
７３２：対物レンズ
７４：光照射手段
７５：干渉光生成手段
７６：アクチュエータ
８：第１のZ軸移動手段
９：制御手段
１０：半導体ウエーハ
【図１】
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【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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