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技術 レーザー加工装置

出願人 株式会社ディスコ
発明者 九鬼潤一伊藤優作
出願日 2014年9月9日 (6年3ヶ月経過) 出願番号 2014-183552
公開日 2016年4月21日 (4年8ヶ月経過) 公開番号 2016-055314
状態 特許登録済
技術分野 レーザ加工 ダイシング
主要キーワード 基本数値 試験加工 加工要素 基本加工 ピエゾモータ 雌ネジ穴 方向位置検出 被加工物保持機構
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (15)

課題

必要事項を入力することにより被加工物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。

解決手段

レーザー加工装置は、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被加工物の加工状態撮像し3次元画像を生成する3次元画像撮像手段とを具備しており、制御手段は、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。

概要

背景

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。

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。

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)。

概要

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。レーザー加工装置は、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被加工物の加工状態撮像し3次元画像を生成する3次元画像撮像手段とを具備しており、制御手段は、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。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
0件

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請求項1

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、該被加工物保持手段に保持された被加工物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被加工物の加工状態撮像し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、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、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被加工物に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、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被加工物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。

技術分野

0001

本発明は、ウエーハ等の被加工物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

0005

特開2006−289388号公報

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、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移動する移動手段と、該被加工物保持手段に保持された被加工物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被加工物の加工状態撮像し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、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、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、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レーザー光線照射手段および移動手段を制御することにより被加工物保持手段に保持された被加工物に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、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レーザー光線照射手段および移動手段を制御することにより被加工物保持手段に保持された被加工物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3次元画像撮像工程とグラフ生成工程と変更数値設定工程および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被加工物の加工状態を撮像し3次元画像を生成する3次元画像撮像手段とを具備し、制御手段は、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被加工物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

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撮像機構構成部材を分解して示す斜視図。
図2に示す干渉式撮像機構の要部断面図。
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。
ピエゾモータからなるアクチュエータ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
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。

実施例

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。

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

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