JP2010029906A - Laser beam machining apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machining apparatus in which machining is performed while a height position of a workpiece is detected in real time and in which one objective lens is used for both machining laser beam and detecting laser beam. <P>SOLUTION: The laser beam machining apparatus is equipped with a holding means for holding a workpiece, a laser machining means for machining a workpiece by irradiating the workpiece held by the holding means with a machining laser beam, and a height detecting means for detecting the height of the workpiece by irradiating the surface of the workpiece with a detecting laser beam. The apparatus has a single condensing lens that converges the machining laser beam and the detecting laser beam on the workpiece. The machining laser beam is made incident vertically on the condensing lens while the detecting laser beam is made incident obliquely on the condensing lens. The detecting laser beam is set to reach the side of the machining advancing direction from a place which the machining laser beam reaches on the workpiece. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、一般的に半導体ウエーハ、光デバイスウエーハ等のワークを加工するレーザー加工装置に関し、特に、ワークの表面高さ検出機構を有するレーザー加工装置に関する。   The present invention generally relates to a laser processing apparatus for processing a workpiece such as a semiconductor wafer or an optical device wafer, and more particularly to a laser processing apparatus having a workpiece surface height detection mechanism.

サファイヤ基板等の表面に格子状に形成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、この区画されたそれぞれの領域に窒化ガリウム系化合物半導体等から形成された発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光デバイスが積層された光デバイスウエーハは、ストリートに沿って個々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。   A plurality of regions are defined by dividing lines called streets formed in a lattice pattern on the surface of a sapphire substrate, etc., and light emitting diodes (LEDs) formed from gallium nitride compound semiconductors or the like in the partitioned regions The optical device wafer in which the optical devices are stacked is divided into individual optical devices along the street, and is widely used in electrical equipment.

このような光デバイスウエーハのストリートに沿った切断は、通常、切削ブレードを高速回転して切削する切削装置によって行われている。しかし、サファイヤ基板はモース硬度が高く難切削材であるため、切削加工速度を遅くする必要があり、生産性が悪いという問題がある。   Such cutting along the street of the optical device wafer is usually performed by a cutting apparatus that rotates a cutting blade at a high speed. However, since the sapphire substrate has a high Mohs hardness and is a difficult-to-cut material, there is a problem that it is necessary to slow the cutting speed and the productivity is poor.

近年、光デバイスウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザービームを用い、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ービームを照射するレーザー加工方法も試みられている（例えば、特許第３４０８８０５号公報参照）。   In recent years, as a method of dividing an optical device wafer along a street, a pulsed laser beam having a wavelength that is transparent to the wafer is used, and a focused laser beam is irradiated within the region to be divided. Laser processing methods have also been tried (see, for example, Japanese Patent No. 3408805).

このレーザー加工方法を用いたウエーハ分割方法は、ウエーハの一方の面側から内部に集光点を合わせてウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザービームを照射し、ウエーハの内部にストリート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、ウエーハを個々のチップに分割するものである。   The wafer division method using this laser processing method is to irradiate a pulse laser beam having a wavelength that is transparent to the wafer from one surface side of the wafer and align it with the condensing point inside the wafer. The deteriorated layer is continuously formed along the surface, and the wafer is divided into individual chips by applying an external force along the planned dividing line whose strength is reduced by forming the deteriorated layer.

しかし、半導体ウエーハ等の板状の被加工物にはうねりがあり、その結果保持テーブルに保持された被加工物の高さ位置にばらつきがあると、レーザービーム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。   However, plate-like workpieces such as semiconductor wafers have waviness, and as a result, if there is variation in the height position of the workpieces held on the holding table, the relationship between the refractive indices when irradiating a laser beam. Thus, the altered layer cannot be uniformly formed at a predetermined depth.

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、予めレーザービームを照射する領域の凹凸を検出し、その凹凸にレーザービーム照射手段を追随させて加工する必要がある。   Therefore, in order to uniformly form a deteriorated layer at a predetermined depth inside a semiconductor wafer or the like, it is necessary to detect irregularities in the region irradiated with the laser beam in advance and process the irregularities by following the irregularities of the laser beam. There is.

上述した問題を解消するために、本出願人は加工用レーザービームの対物レンズとは別に設けた対物レンズを通してチャックテーブルに保持された被加工物の表面にセンシング用レーザービームを照射し、被加工物の表面で反射したセンシング用レーザービームに基づいて被加工物の表面（上面）の高さ位置を検出する高さ位置検出手段を備えたレーザー加工装置を提案した（特開２００５−２９７０１２号公報）。
特許第３４０８８０５号公報 特開２００５−２９７０１２号公報 In order to solve the above-described problems, the applicant irradiates the surface of the workpiece held on the chuck table through the objective lens provided separately from the objective lens for the processing laser beam, and irradiates the workpiece with the sensing laser beam. A laser processing apparatus having a height position detecting means for detecting the height position of the surface (upper surface) of a workpiece based on a sensing laser beam reflected by the surface of the object has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-297012). ).
Japanese Patent No. 3408805 JP 2005-297012 A

ところで、一般的に加工用レーザービームの対物レンズが配置される周辺は他の部品を配置するスペースが限られていることが多く、加工用レーザービームの対物レンズとは別にセンシング用レーザービームの対物レンズを使用した場合、各種収差が補正された高性能の組み合わせレンズが配置できず、使用するレンズの性能が低下し高精度の測定が不可能になるという問題がある。   By the way, in general, the space around which the processing laser beam objective lens is arranged is often limited in space for other components, and the sensing laser beam objective lens is separated from the processing laser beam objective lens. When a lens is used, there is a problem that a high-performance combination lens in which various aberrations are corrected cannot be arranged, and the performance of the lens to be used is deteriorated so that high-precision measurement is impossible.

また、加工用レーザービームの対物レンズとセンシング用レーザービームの対物レンズを兼用して同一の光路で加工用レーザービームとセンシング用レーザービームとを対物レンズに入射させた場合、加工用レーザービームとセンシング用レーザービームのウエーハへの照射位置が同じ箇所になってしまうため、リアルタイムでセンシングしながらの加工は不可能となる。   In addition, when a machining laser beam and a sensing laser beam are incident on the objective lens in the same optical path by using both the machining laser beam objective lens and the sensing laser beam objective lens, the machining laser beam and sensing Since the irradiation position of the laser beam to the wafer becomes the same location, processing while sensing in real time becomes impossible.

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、リアルタイムでワークの高さ位置を検出しながらの加工が可能であり、加工用レーザービームとセンシング用レーザービームで同一の対物レンズが兼用されているレーザー加工装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to perform machining while detecting the height position of a workpiece in real time, and a machining laser beam and a sensing laser beam. And providing a laser processing apparatus in which the same objective lens is also used.

本発明によると、ワークを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたワークに加工用レーザービームを照射してワークを加工するレーザー加工手段と、ワークの表面に検出用レーザービームを照射してワークの高さを検出する高さ検出手段とを備えたレーザー加工装置であって、前記加工用レーザービーム及び前記検出用レーザービームをワークに向かって集光する単一の集光レンズを具備し、前記加工用レーザービームは前記集光レンズに対して垂直に入射されるとともに、前記検出用レーザービームは前記集光レンズに対して斜めに入射され、前記検出用レーザービームはワーク上における前記加工用レーザービームが到達する箇所より加工進行方向側に到達するように設定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。   According to the present invention, the holding means for holding the workpiece, the laser processing means for processing the workpiece by irradiating the workpiece held by the holding means with the processing laser beam, and the surface of the workpiece is irradiated with the detection laser beam. A height detecting means for detecting the height of the workpiece, comprising a single condensing lens for condensing the machining laser beam and the detection laser beam toward the workpiece. The processing laser beam is perpendicularly incident on the condenser lens, the detection laser beam is obliquely incident on the condenser lens, and the detection laser beam is incident on the workpiece. Provided is a laser processing apparatus characterized in that the processing laser beam is set so as to reach the processing progress direction side from the point where the processing laser beam reaches. .

好ましくは、前記レーザー加工装置は前記加工用レーザービームの往路方向と復路方向の両方向の加工が可能であり、前記検出用レーザービームは、往路検出用レーザービームと復路検出用レーザービームとを含み、前記往路方向の加工を行う際は、ワーク上における前記加工用レーザービームが到達する箇所より加工進行方向側に前記往路検出用レーザービームが到達し、前記復路方向の加工を行う際は、ワーク上における前記加工用レーザービームが到達する箇所より加工進行方向側に前記復路検出用レーザービームが到達する。   Preferably, the laser processing apparatus is capable of processing both the forward direction and the backward direction of the processing laser beam, and the detection laser beam includes a forward detection laser beam and a backward detection laser beam, When machining in the forward direction, the laser beam for forward detection reaches the machining progress direction side from the position where the laser beam for machining reaches on the workpiece, and when machining in the backward direction, The return path detecting laser beam reaches the processing direction side from the position where the processing laser beam reaches.

好ましくは、前記高さ検出手段は、検出用レーザー発振手段と、該検出用レーザー発振手段から発振された検出用レーザービームを前記集光レンズに向かって反射するダイクロイックミラーと、該ダイクロイックミラーを回転するミラー回転手段とを含み、該ミラー回転手段で前記ダイクロイックミラーを回転することにより、前記往路検出用レーザービームと復路検出用レーザービームとを選択的に生成する。   Preferably, the height detection means includes a detection laser oscillation means, a dichroic mirror that reflects the detection laser beam oscillated from the detection laser oscillation means toward the condenser lens, and the dichroic mirror is rotated. And rotating the dichroic mirror with the mirror rotating means to selectively generate the forward path detecting laser beam and the backward path detecting laser beam.

代替案として、前記高さ検出手段は、第１検出用レーザービーム発振手段と、第２検出用レーザービーム発振手段とを含み、前記第１及び第２レーザービーム発振手段から発振されたレーザービームは前記集光レンズに到達する前に交差する。   As an alternative, the height detection means includes a first detection laser beam oscillation means and a second detection laser beam oscillation means, and the laser beams oscillated from the first and second laser beam oscillation means are Cross before reaching the condenser lens.

本発明によると、リアルタイムで被加工物の高さ位置を検出しながらの加工が可能であり、加工用レーザービームとセンシング用レーザービームで一つの対物レンズを兼用可能なレーザー加工装置が提供される。   According to the present invention, there is provided a laser processing apparatus that can perform processing while detecting the height position of a workpiece in real time and can use a single objective lens for both a processing laser beam and a sensing laser beam. .

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明実施形態に係るワークの高さ位置検出装置を具備したレーザー加工装置の概略構成図を示している。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a laser processing apparatus including a workpiece height position detection apparatus according to an embodiment of the present invention.

レーザー加工装置２は、静止基台４上にＸ軸方向に移動可能に搭載された第１スライドブロック６を含んでいる。第１スライドブロック６は、ボールねじ８及びパルスモータ１０から構成される加工送り手段１２により一対のガイドレール１４に沿って加工送り方向、すなわちＸ軸方向に移動される。   The laser processing apparatus 2 includes a first slide block 6 mounted on a stationary base 4 so as to be movable in the X-axis direction. The first slide block 6 is moved along the pair of guide rails 14 in the machining feed direction, that is, the X-axis direction, by the machining feed means 12 including the ball screw 8 and the pulse motor 10.

第１スライドブロック６上には第２スライドブロック１６がＹ軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、第２スライドブロック１６はボールねじ１８及びパルスモータ２０から構成される割り出し送り手段２２により一対のガイドレール２４に沿って割り出し方向、すなわちＹ軸方向に移動される。   A second slide block 16 is mounted on the first slide block 6 so as to be movable in the Y-axis direction. That is, the second slide block 16 is moved in the indexing direction, that is, the Y-axis direction along the pair of guide rails 24 by the indexing feeding means 22 constituted by the ball screw 18 and the pulse motor 20.

第２スライドブロック１０上には円筒支持部材２６を介してチャックテーブル２８が搭載されており、チャックテーブル２８は加工送り手段１２及び割り出し送り手段２２によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。チャックテーブル２８には、チャックテーブル２８に吸引保持されたＬＥＤウエーハ等のワークをクランプするクランパ３０が設けられている。   A chuck table 28 is mounted on the second slide block 10 via a cylindrical support member 26, and the chuck table 28 can be moved in the X-axis direction and the Y-axis direction by the processing feed means 12 and the index feed means 22. . The chuck table 28 is provided with a clamper 30 for clamping a work such as an LED wafer sucked and held by the chuck table 28.

静止基台４にはコラム３２が立設されており、このコラム３２にはレーザービーム発振手段３４を収容したケーシング３５が取り付けられている。レーザービーム発振手段３４は、後で詳細に説明するように、加工用レーザービーム発振手段とセンシング用（検出用）レーザービーム発振手段を含んでいる。   A column 32 is erected on the stationary base 4, and a casing 35 accommodating a laser beam oscillation means 34 is attached to the column 32. The laser beam oscillation means 34 includes a processing laser beam oscillation means and a sensing (detection) laser beam oscillation means, as will be described in detail later.

これらのレーザービーム発振手段から発振された加工用及びセンシング用レーザービームは、ケーシング３５の先端に取り付けられた集光器３６の対物レンズによって集光されてチャックテーブル２８に保持されているＬＥＤウエーハ等のワークに照射される。   The processing and sensing laser beams oscillated from these laser beam oscillating means are condensed by the objective lens of the condenser 36 attached to the tip of the casing 35 and are held on the chuck table 28 or the like. Irradiate the workpiece.

ケーシング３５の先端部には、集光器３６とＸ軸方向に整列して加工用レーザービーム照射手段によってレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段３８が配設されている。   At the tip of the casing 35, an image pickup means 38 is arranged which is aligned with the condenser 36 in the X-axis direction and detects a processing region to be laser processed by the processing laser beam irradiation means.

撮像手段３８は、可視光によって撮像する通常のＣＣＤ等の撮像素子の他に、ワークに赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、この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赤外線ＣＣＤ等の赤外線撮像素子から構成される赤外線撮像手段を含んでおり、撮像した画像信号は後述するコントローラ（制御手段）４０に送信される。   The image pickup means 38 includes, in addition to an image pickup device such as a normal CCD that picks up an image with visible light, an infrared irradiation means for irradiating the work with infrared rays, an optical system for capturing the infrared rays irradiated by the infrared irradiation means, and this optical system. Infrared imaging means including an infrared imaging element such as an infrared CCD that outputs an electrical signal corresponding to the captured infrared light is included, and the captured image signal is transmitted to a controller (control means) 40 described later.

コントローラ４０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）４２と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）４４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）４６と、カウンタ４８と、入力インターフェイス５０と、出力インターフェイス５２とを備えている。   The controller 40 includes a central processing unit (CPU) 42 that performs arithmetic processing according to a control program, a read-only memory (ROM) 44 that stores a control program, and a random read / write that stores arithmetic results. An access memory (RAM) 46, a counter 48, an input interface 50, and an output interface 52 are provided.

５６は案内レール１４に沿って配設されたリニアスケール５４と、第１スライドブロック６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出手段であり、加工送り量検出手段５６の検出信号はコントローラ４０の入力エンターフェイス５０に入力される。   Reference numeral 56 denotes a processing feed amount detection means comprising a linear scale 54 disposed along the guide rail 14 and a read head (not shown) disposed on the first slide block 6. Is input to the input interface 50 of the controller 40.

６０はガイドレール２４に沿って配設されたリニアスケール５８と第２スライドブロック１６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出手段であり、割り出し送り量検出手段６０の検出信号はコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。   Reference numeral 60 denotes index feed amount detection means comprising a linear scale 58 disposed along the guide rail 24 and a read head (not shown) disposed on the second slide block 16. The detection signal is input to the input interface 50 of the controller 40.

撮像手段３８で撮像した画像信号もコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。一方、コントローラ４０の出力インターフェイス５２からはパルスモータ１０、パルスモータ２０、レーザービーム照射手段３４等に制御信号が出力される。   An image signal picked up by the image pickup means 38 is also input to the input interface 50 of the controller 40. On the other hand, a control signal is output from the output interface 52 of the controller 40 to the pulse motor 10, the pulse motor 20, the laser beam irradiation means 34, and the like.

図２に示すように、レーザー加工装置２の加工対象であるＬＥＤウエーハ等の光デバイスウエーハＷの表面においては、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とが直交して形成されており、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とによって区画された領域に多数の光デバイスＤが形成されている。   As shown in FIG. 2, the first street S <b> 1 and the second street S <b> 2 are formed orthogonally on the surface of the optical device wafer W such as an LED wafer that is a processing target of the laser processing apparatus 2. A large number of optical devices D are formed in an area partitioned by the first street S1 and the second street S2.

光デバイスウエーハＷは、サファイア基板の上述したように区画されたそれぞれの領域に窒化ガリウム系化合物半導体等から形成された発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光デバイスが積層されて構成されている。   The optical device wafer W is configured by laminating an optical device such as a light emitting diode (LED) formed of a gallium nitride compound semiconductor or the like in each region of the sapphire substrate partitioned as described above.

ウエーハＷは粘着テープであるダイシングテープＴに貼着され、ダイシングテープＴの外周部は環状フレームＦに貼着されている。これにより、ウエーハＷはダイシングテープＴを介して環状フレームＦに支持された状態となり、図１に示すクランパ３０により環状フレームＦをクランプすることによりチャックテーブル２８上に支持固定される。   The wafer W is attached to a dicing tape T that is an adhesive tape, and the outer periphery of the dicing tape T is attached to an annular frame F. Thus, the wafer W is supported by the annular frame F via the dicing tape T, and is supported and fixed on the chuck table 28 by clamping the annular frame F by the clamper 30 shown in FIG.

次に、図３乃至図６を参照して、本発明第１実施形態のレーザー加工装置の光学系について説明する。加工用レーザー発振器６２は、被加工物であるウエーハＷに対して透過性を有する波長の加工用パルスレーザービームを発振する。   Next, the optical system of the laser processing apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The processing laser oscillator 62 oscillates a processing pulse laser beam having a wavelength that is transparent to the wafer W that is a workpiece.

加工用レーザー発振器６２としては、例えば波長が１０６４ｎｍである加工用パルスレーザービームを発振するＹＶＯ４パルスレーザー発振器或いはＹＡＧパルスレーザー発振器を用いることができる。   As the processing laser oscillator 62, for example, a YVO 4 pulse laser oscillator or a YAG pulse laser oscillator that oscillates a processing pulse laser beam having a wavelength of 1064 nm can be used.

加工用レーザー発振器６２から発振された加工用パルスレーザービームＬＢ１はミラー６４で反射されてダイクロイックミラー６６を透過する。ダイクロイックミラー６６を透過した加工用パルスレーザービームは集光レンズ（対物レンズ）６８に垂直に（集光レンズ６８の光軸に平行に）入射し、集光レンズ６８によりウエーハＷの内部に集光点を合わせて照射され、ウエーハＷの内部にストリートに沿って変質層を連続的に形成する。   The processing pulse laser beam LB1 oscillated from the processing laser oscillator 62 is reflected by the mirror 64 and passes through the dichroic mirror 66. The processing pulse laser beam that has passed through the dichroic mirror 66 enters the condenser lens (objective lens) 68 perpendicularly (parallel to the optical axis of the condenser lens 68), and is condensed inside the wafer W by the condenser lens 68. Irradiated with the dots aligned, a deteriorated layer is continuously formed inside the wafer W along the street.

一方、センシング用レーザー発振器７０は例えばＨｅ−Ｎｅレーザーから構成され、例えば波長６３３ｍｍ、出力１０ｍＷ、ビーム径１．０ｍｍのレーザービームを発振する。   On the other hand, the sensing laser oscillator 70 is composed of, for example, a He—Ne laser and oscillates a laser beam having a wavelength of 633 mm, an output of 10 mW, and a beam diameter of 1.0 mm, for example.

センシング用レーザー発振器７０から発振されたセンシング用レーザービームＬＢ２は、その一部がハーフミラー７２を透過し、ダイクロイックミラー６６で反射されて集光レンズ６８に入射する。該ダイクロイックミラー６６は例えばピエゾ素子等から構成されるミラー回転手段７４により紙面に垂直な回転軸周りに回転可能に配設されている。   A part of the sensing laser beam LB2 oscillated from the sensing laser oscillator 70 passes through the half mirror 72, is reflected by the dichroic mirror 66, and enters the condenser lens 68. The dichroic mirror 66 is disposed so as to be rotatable around a rotation axis perpendicular to the paper surface by a mirror rotating means 74 constituted by, for example, a piezoelectric element.

図３においては、ダイクロイックミラー６６は反時計回り方向に回転されて、ダイクロイックミラー６６の反射面がセンシング用レーザービームの光路７３に対して４５度からマイナス０．１４度傾くように配設されている。   In FIG. 3, the dichroic mirror 66 is rotated counterclockwise so that the reflection surface of the dichroic mirror 66 is inclined from 45 degrees to minus 0.14 degrees with respect to the optical path 73 of the sensing laser beam. Yes.

これにより、例えば焦点距離が２００ｍｍの集光レンズ６８を使用してダイクロイックミラー６６から集光レンズ６８までの距離と集光レンズ６８からウエーハＷまでの距離が概略等しい場合、加工用レーザービームが照射される箇所より０．５ｍｍ先に、即ち加工方向進行側にセンシング用レーザービームを照射することができる。矢印Ａは加工方向を示している。   Thus, for example, when a condensing lens 68 having a focal length of 200 mm is used and the distance from the dichroic mirror 66 to the condensing lens 68 is approximately equal to the distance from the condensing lens 68 to the wafer W, the processing laser beam is irradiated. The laser beam for sensing can be irradiated 0.5 mm ahead of the portion to be processed, that is, the processing direction progress side. Arrow A indicates the processing direction.

ウエーハＷの表面で反射されたセンシング用レーザービーム（レーザ光）は、集光レンズ６８を透過してダイクロイックミラー６６で反射され、その一部がハーフミラー７２で反射され、更にミラー７６で反射されて高さ位置検出部７８に入射される。   The sensing laser beam (laser light) reflected by the surface of the wafer W passes through the condenser lens 68 and is reflected by the dichroic mirror 66, a part of which is reflected by the half mirror 72 and further by the mirror 76. Is incident on the height position detector 78.

即ち、ミラー７６で反射されたセンシング用レーザービームは、ピンホールマスク８０のピンホール８０ａを通過してビームスプリッタ８２に入射され、ビームスプリッタ８２により第１の光路８３ａと第２の光路８３ｂに分割される。   That is, the sensing laser beam reflected by the mirror 76 passes through the pinhole 80a of the pinhole mask 80 and enters the beam splitter 82, and is split into the first optical path 83a and the second optical path 83b by the beam splitter 82. Is done.

第１の光路８３ａに分割されたセンシング用反射ビームは集光レンズ８４によって１００％集光され、第１の受光素子８６に受光される。第１の受光素子８６は、受光した光量に対応した電圧信号をコントローラ４０に出力する。   The sensing reflected beam divided into the first optical path 83 a is condensed 100% by the condenser lens 84 and received by the first light receiving element 86. The first light receiving element 86 outputs a voltage signal corresponding to the received light amount to the controller 40.

一方、第２の光路８３ｂに分割されたセンシング用反射ビームは、受光領域規制手段８８のシリンドリカルレンズ９０によって一次元に集光され、一次元マスク９２によって所定の単位長さに規制されて第２の受光素子９４に受光される。第２の受光素子９４は、受光した光量に対応した電圧信号をコントローラ４０に出力する。   On the other hand, the sensing reflected beam divided into the second optical path 83b is condensed one-dimensionally by the cylindrical lens 90 of the light-receiving region restricting means 88, and restricted to a predetermined unit length by the one-dimensional mask 92. The light receiving element 94 receives the light. The second light receiving element 94 outputs a voltage signal corresponding to the received light amount to the controller 40.

ここで、第１の受光素子８６と第２の受光素子９４によって受光される反射光の受光量の関係について説明する。第１の受光素子８６で受光されるセンシング用反射光は、集光レンズ８４によって１００％集光されるので受光量は一定であり、第１の受光素子８６から出力される電圧値（Ｖ値）は一定（例えば１０Ｖ）となる。   Here, the relationship between the amounts of reflected light received by the first light receiving element 86 and the second light receiving element 94 will be described. The reflected light for sensing received by the first light receiving element 86 is condensed 100% by the condenser lens 84, so that the amount of received light is constant, and the voltage value (V value) output from the first light receiving element 86 is constant. ) Is constant (for example, 10 V).

一方、第２の受光素子９４によって受光されるセンシング用反射光は、シリンドリカルレンズ９０によって一次元に集光された後、一次元マスク９２によって所定の単位長さに規制されて第２の受光素子９４に受光される。   On the other hand, the reflected reflected light for sensing received by the second light receiving element 94 is condensed in a one-dimensional manner by the cylindrical lens 90, and then regulated to a predetermined unit length by the one-dimensional mask 92, so that the second light receiving element. 94 receives the light.

従って、図５に示すようにセンシング用レーザービームＬＢ２がウエーハＷの上面に照射される際に、集光器３６の集光レンズ６８からウエーハＷの上面までの距離、即ちウエーハＷの高さ位置（厚み）によって第２の受光素子９４の受光量は変化する。従って、第２の受光素子９４から出力される電圧値（Ｖ２）は、センシング用レーザービームＬＢ２が照射されるウエーハＷの上面高さ位置によって変化する。   Accordingly, as shown in FIG. 5, when the sensing laser beam LB2 is irradiated onto the upper surface of the wafer W, the distance from the condenser lens 68 of the condenser 36 to the upper surface of the wafer W, that is, the height position of the wafer W. The amount of light received by the second light receiving element 94 varies depending on (thickness). Accordingly, the voltage value (V2) output from the second light receiving element 94 varies depending on the height position of the upper surface of the wafer W irradiated with the sensing laser beam LB2.

例えば、図５（Ａ）に示すように、ウエーハＷの高さ位置が高く（ウエーハＷの厚みが厚く）集光レンズ６８からウエーハＷの上面までの距離Ｈが小さい場合には、センシング用レーザービームＬＢ２はウエーハＷの上面に照射される小さなスポットＳ１で反射する。   For example, as shown in FIG. 5A, when the height position of the wafer W is high (the thickness of the wafer W is thick) and the distance H from the condenser lens 68 to the upper surface of the wafer W is small, a sensing laser is used. The beam LB2 is reflected by a small spot S1 irradiated on the upper surface of the wafer W.

この反射光は上述したようにビームスプリッタ８２により第１の光路８３ａと第２の光路８３ｂに分割されるが、第１の光路８３ａに分割されたスポットＳ１の反射光は集光レンズ８４によって１００％集光されるので、反射光の全ての光量が第１の受光素子８６に受光される。   As described above, the reflected light is divided into the first optical path 83 a and the second optical path 83 b by the beam splitter 82, and the reflected light of the spot S 1 divided into the first optical path 83 a is 100 by the condenser lens 84. % Of the light is reflected by the first light receiving element 86.

一方、ビームスプリッタ８２によって第２の光路８３ｂに分割されたスポットＳ１の反射光は、シリンドリカルレンズ９０によって一次元に集光されるので断面が略長方形となる。   On the other hand, the reflected light of the spot S1 divided into the second optical path 83b by the beam splitter 82 is condensed in a one-dimensional manner by the cylindrical lens 90, and thus has a substantially rectangular cross section.

このようにして断面が略長方形に絞られた反射光は、一次元マスク９２によって所定の単位長さに規制されるので、第２の光路８３ｂに分割された反射光の一部が第２の受光素子９４によって受光されることになる。従って、第２の受光素子９４に受光される反射光の光量は、第１の受光素子８６に受光される光量より少なくなる。   Since the reflected light whose cross section is narrowed to a substantially rectangular shape in this way is regulated to a predetermined unit length by the one-dimensional mask 92, a part of the reflected light divided into the second optical path 83b is the second. Light is received by the light receiving element 94. Therefore, the amount of reflected light received by the second light receiving element 94 is smaller than the amount of light received by the first light receiving element 86.

次に、図５（Ｂ）に示すように、ウエーハＷの高さ位置が低く（ウエーハＷの厚みが薄く）、集光レンズ６８からウエーハＷの上面までの距離Ｈが大きい場合には、センシング用レーザービームＬＢ２はウエーハＷの上面に照射されるスポットＳ２で反射する。このスポットＳ２は図５（Ａ）のスポットＳ１より大きい。   Next, as shown in FIG. 5B, when the height position of the wafer W is low (the thickness of the wafer W is thin) and the distance H from the condenser lens 68 to the upper surface of the wafer W is large, sensing is performed. The laser beam LB2 is reflected by the spot S2 irradiated on the upper surface of the wafer W. This spot S2 is larger than the spot S1 in FIG.

スポットＳ２の反射光はビームスプリッタ８２により第１の光路８３ａと第２の光路８３ｂに分割されるが、第１の光路８３ａに分割されたスポットＳ２の反射光は集光レンズ８４によって１００％集光されるので、反射光の全ての光量が第１の受光素子８６に受光される。   The reflected light of the spot S2 is divided by the beam splitter 82 into the first optical path 83a and the second optical path 83b. The reflected light of the spot S2 divided into the first optical path 83a is collected 100% by the condenser lens 84. Since the light is emitted, all of the reflected light is received by the first light receiving element 86.

一方、ビームスプリッタ８２により第２の光路８３ｂに分割されたスポットＳ２の反射光は、シリンドリカルレンズ９０によって一次元に集光されるので断面が略長方形となる。この略長方形の長辺の長さは、反射光のスポットＳ２がスポットＳ１より大きいので、スポットＳ１の場合より長くなる。   On the other hand, the reflected light of the spot S2 divided into the second optical path 83b by the beam splitter 82 is condensed in a one-dimensional manner by the cylindrical lens 90, and thus has a substantially rectangular cross section. The length of the long side of the substantially rectangular shape is longer than that of the spot S1 because the reflected light spot S2 is larger than the spot S1.

このようにして断面が略長方形に集光された反射光は、一次元マスク９２によって所定の長さに区切られ、一部が第２の受光素子９４によって受光される。従って、第２の受光素子９４によって受光される光量は、図５（Ａ）に示す場合より少なくなる。   In this way, the reflected light condensed in a substantially rectangular cross section is divided into a predetermined length by the one-dimensional mask 92, and a part thereof is received by the second light receiving element 94. Accordingly, the amount of light received by the second light receiving element 94 is smaller than that shown in FIG.

このように第２の受光素子９４に受光される反射光の光量は、集光レンズ６８からウエーハＷの上面までの距離Ｈが小さい程、即ちウエーハＷの高さ位置が高い（ウエーハＷの厚みが厚い）程多く、集光レンズ６８からウエーハＷの上面までの距離Ｈが大きい程、即ちウエーハＷの高さ位置が低い（ウエーハＷの厚みが薄い）程少なくなる。   Thus, the amount of reflected light received by the second light receiving element 94 is such that the smaller the distance H from the condenser lens 68 to the upper surface of the wafer W, that is, the higher the height position of the wafer W (the thickness of the wafer W). The greater the distance H from the condensing lens 68 to the upper surface of the wafer W, that is, the lower the height position of the wafer W (the thinner the wafer W), the smaller.

ここで、第１の受光素子８６から出力される電圧値Ｖ１と第２の受光素子９４から出力される電圧値Ｖ２との比と、集光レンズ６８からウエーハＷの上面までの距離Ｈ、即ちウエーハＷの高さ位置との関係について、図６に示すマップを参照して説明する。   Here, the ratio between the voltage value V1 output from the first light receiving element 86 and the voltage value V2 output from the second light receiving element 94, and the distance H from the condenser lens 68 to the upper surface of the wafer W, that is, The relationship with the height position of the wafer W will be described with reference to the map shown in FIG.

尚、図６において横軸は集光レンズ６８からウエーハＷの上面までの距離Ｈであり、縦軸は第１の受光素子８６から出力される電圧値Ｖ１と第２の受光素子９４から出力される電圧値Ｖ２との比（Ｖ１／Ｖ２）を示している。   In FIG. 6, the horizontal axis represents the distance H from the condenser lens 68 to the upper surface of the wafer W, and the vertical axis represents the voltage value V1 output from the first light receiving element 86 and the second light receiving element 94. The ratio (V1 / V2) to the voltage value V2 is shown.

図６に示す例においては、集光レンズ６８からウエーハＷの上面までの距離Ｈが３０．０ｍｍの場合、電圧値の比（Ｖ１／Ｖ２）は１であり、距離Ｈが３０．６ｍｍの場合、電圧値の比（Ｖ１／Ｖ２）は１０に設定されている。   In the example shown in FIG. 6, when the distance H from the condenser lens 68 to the upper surface of the wafer W is 30.0 mm, the voltage value ratio (V1 / V2) is 1, and the distance H is 30.6 mm. The voltage value ratio (V1 / V2) is set to 10.

従って、第１の受光素子８６から出力される電圧値Ｖ１と第２の受光素子９４から出力される電圧値Ｖ２との比（Ｖ１／Ｖ２）を求め、この電圧値の比（Ｖ１／Ｖ２）を図６に示すマップに照合することにより、集光レンズ６８からウエーハＷの上面までの距離Ｈを求めることができる。尚、図６に示すマップは、コントローラ４０のＲＯＭ４４に格納されている。   Accordingly, a ratio (V1 / V2) between the voltage value V1 output from the first light receiving element 86 and the voltage value V2 output from the second light receiving element 94 is obtained, and the ratio of the voltage values (V1 / V2). Is compared with the map shown in FIG. 6, the distance H from the condenser lens 68 to the upper surface of the wafer W can be obtained. Note that the map shown in FIG. 6 is stored in the ROM 44 of the controller 40.

次に、図４を参照すると、加工方向が矢印Ｂ方向の場合の加工用レーザービームＬＢ１に対するセンシング用レーザービームＬＢ２の位置関係が示されている。この場合には、ミラー回転手段７４によりダイクロイックミラー６６を時計回り方向に僅かばかり回転する。   Next, referring to FIG. 4, the positional relationship of the sensing laser beam LB2 with respect to the processing laser beam LB1 when the processing direction is the direction of arrow B is shown. In this case, the dichroic mirror 66 is slightly rotated clockwise by the mirror rotating means 74.

即ち、加工用レーザービームＬＢ１より０．５ｍｍ先にセンシング用レーザービームＬＢ２を照射する場合には、ダイクロイックミラー６６の反射面をセンシング用レーザービームＬＢ２の光路７３に対して４５度から＋０．１４度傾けるようにダイクロイックミラー６６を回転する。   That is, when the sensing laser beam LB2 is irradiated 0.5 mm ahead of the processing laser beam LB1, the reflection surface of the dichroic mirror 66 is 45 ° to + 0.14 ° with respect to the optical path 73 of the sensing laser beam LB2. The dichroic mirror 66 is rotated to tilt.

図４に示した場合のセンシング用レーザービームＬＢ２の反射光に基づくウエーハＷの高さ位置の検出は、図３を参照して説明した高さ位置の検出と同様であるのでその説明を省略する。   The detection of the height position of the wafer W based on the reflected light of the sensing laser beam LB2 in the case shown in FIG. 4 is the same as the detection of the height position described with reference to FIG. .

図７を参照すると、本発明第２実施形態のレーザー加工装置の光学系が示されている。上述した第１実施形態と実質上同一構成部分については同一符号を付して説明する。本実施形態では、２個のセンシング用レーザー発振器７０ａ，７０ｂを使用する。   FIG. 7 shows an optical system of a laser processing apparatus according to the second embodiment of the present invention. Components that are substantially the same as those of the first embodiment described above will be described with the same reference numerals. In the present embodiment, two sensing laser oscillators 70a and 70b are used.

加工用レーザー発振器６２から発振された例えば波長１０６４ｎｍの加工用レーザービームＬＢ１は、ミラー６４で反射されて集光レンズ６８に垂直に入射し、集光レンズ６８でウエーハＷの内部に集光点を合わせてウエーハＷに照射される。   For example, the processing laser beam LB1 with a wavelength of 1064 nm oscillated from the processing laser oscillator 62 is reflected by the mirror 64 and enters the condenser lens 68 perpendicularly, and the condenser lens 68 sets a condensing point inside the wafer W. Together, the wafer W is irradiated.

一方、センシング用レーザー発振器７０ａから発振された波長６３３ｎｍのセンシング用レーザービームＬＢ２ａは、その一部がハーフミラー９６ａで反射されて集光レンズ６８によりウエーハＷの表面に集光される。   On the other hand, a part of the sensing laser beam LB2a having a wavelength of 633 nm oscillated from the sensing laser oscillator 70a is reflected by the half mirror 96a and condensed on the surface of the wafer W by the condenser lens 68.

センシング用レーザー発振器７０ｂから発振された波長６３３ｎｍのセンシング用レーザービームＬＢ２ｂは、その一部がハーフミラー９６ｂで反射されて集光レンズ６８の手前側で加工用レーザービームＬＢ１及びセンシング用レーザービームＬＢ２ａと一点で交差し、集光レンズ６８によりウエーハＷの表面に集光される。   A part of the sensing laser beam LB2b having a wavelength of 633 nm oscillated from the sensing laser oscillator 70b is reflected by the half mirror 96b, and the processing laser beam LB1 and the sensing laser beam LB2a are disposed on the front side of the condenser lens 68. It intersects at one point and is condensed on the surface of the wafer W by the condenser lens 68.

センシング用レーザービームＬＢ２ａの反射光は、集光レンズ６８を介してハーフミラー９６ａに入射され、その一部がハーフミラー９６ａで反射されて高さ位置検出部７８ａのピンホールマスク８０のピンホール８０ａを通過する。   Reflected light of the sensing laser beam LB2a is incident on the half mirror 96a via the condenser lens 68, and a part of the reflected light is reflected by the half mirror 96a to be pinhole 80a of the pinhole mask 80 of the height position detector 78a. Pass through.

センシング用レーザービームＬＢ２ｂの反射光は、集光レンズ６８を介してハーフミラー９６ｂに入射され、その一部がハーフミラー９６ｂで反射されて高さ位置検出部７８ｂのピンホールマスク８０のピンホール８０ａを通過する。ピンホール８０ａを通過した後の反射光の光路は、図３及び図４に示した場合と同様であるのでその説明を省略する。   The reflected light of the sensing laser beam LB2b is incident on the half mirror 96b via the condenser lens 68, and a part of the reflected light is reflected by the half mirror 96b to be pinhole 80a of the pinhole mask 80 of the height position detector 78b. Pass through. Since the optical path of the reflected light after passing through the pinhole 80a is the same as that shown in FIGS. 3 and 4, its description is omitted.

本実施形態では、加工方法は矢印Ｃで示す両方向であり、加工方向が右方向の場合には、センシング用レーザー発振器７０ａを駆動し、左方向の場合にはセンシング用レーザー発振器７０ｂを駆動する。   In this embodiment, the processing method is in both directions indicated by the arrow C. When the processing direction is the right direction, the sensing laser oscillator 70a is driven, and when the processing direction is the left direction, the sensing laser oscillator 70b is driven.

上述した各実施形態では、本発明の高さ位置検出装置を半導体ウエーハＷに適用した例について説明したが、本発明のワーク（被加工物）はこれに限定されるものではなく、チップ実装用としてウエーハの裏面に設けられるＤＡＦ（ダイ・アタッチ・フィルム）等の粘着部材、或いは半導体製品のパッケージ、セラミック、ガラス系或いはシリコン系の基板、更には、ミクロンオーダーの精度が要求される各種加工材料に適用可能である。   In each of the above-described embodiments, the example in which the height position detection device of the present invention is applied to the semiconductor wafer W has been described. However, the workpiece (workpiece) of the present invention is not limited to this, and is for chip mounting. Adhesive members such as DAF (die attach film) provided on the backside of wafers, semiconductor product packages, ceramic, glass or silicon substrates, and various processing materials that require micron-order accuracy It is applicable to.

更に、ワークの内部に集光点を合わせてレーザーで加工する場合には、開口数（ＮＡ）が高い対物レンズ（集光レンズ）を使用する必要があり、その結果対物レンズとワークとの距離が近くなるので、対物レンズ周りのスペースが一層少なくなるため本発明は特に有効であり、アブレーションと呼ばれる熱蒸散現象により加工する場合には、加工点で発生する加工屑によって加工点の高さ位置を検出することは困難であるため、加工点から離れた位置でワークの高さ位置を検出することが必須となるので、本発明は特に有効である。   Furthermore, when processing a laser with a focusing point inside the workpiece, it is necessary to use an objective lens (condensing lens) with a high numerical aperture (NA), and as a result, the distance between the objective lens and the workpiece. Therefore, the present invention is particularly effective because the space around the objective lens is further reduced, and when machining by thermal transpiration phenomenon called ablation, the height position of the machining point is caused by the machining waste generated at the machining point. Since it is essential to detect the height position of the workpiece at a position away from the machining point, the present invention is particularly effective.

本発明の光学系を具備したレーザー加工装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the laser processing apparatus which comprised the optical system of this invention. フレームと一体化されたウエーハを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the wafer integrated with the flame | frame. 本発明第１実施形態のレーザー加工装置の光学系を示す図である。It is a figure which shows the optical system of the laser processing apparatus of 1st Embodiment of this invention. 図３に類似しているが、加工方向が図３の場合と反対方向の場合のレーザー加工装置の光学系を示す図である。FIG. 4 is a view similar to FIG. 3 but showing the optical system of the laser processing apparatus when the processing direction is opposite to that in FIG. 3. チャックテーブルに保持された厚みが異なるウエーハにレーザービームを照射する状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state which irradiates the laser beam to the wafer from which the thickness hold | maintained at the chuck table differs. 第１の受光素子から出力される電圧値Ｖ１と第２の受光素子から出力される電圧値Ｖ２との比（Ｖ１／Ｖ２）と、集光レンズからウエーハの上面までの距離との関係を示すマップである。The relationship between the ratio (V1 / V2) between the voltage value V1 output from the first light receiving element and the voltage value V2 output from the second light receiving element and the distance from the condenser lens to the upper surface of the wafer is shown. It is a map. 本発明第２実施形態のレーザー加工装置の光学系を示す図である。It is a figure which shows the optical system of the laser processing apparatus of 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

２ レーザー加工装置
２８ チャックテーブル
３４ レーザービーム照射手段
３６ 集光器
３８ 撮像手段
４０ コントローラ
６２ 加工用レーザー発振器
６６ ダイクロイックミラー
６８ 集光レンズ
７０，７０ａ，７０ｂ センシング用レーザー発振器
７４ ミラー回転手段
７８ 高さ位置検出部
８０ ピンホールマスク
８２ ビームスプリッタ
８６ 第１の受光素子
８８ 受光領域規制手段
９０ シリンドリカルレンズ
９２ 一次元マスク
９４ 第２の受光素子
９６ａ，９６ｂ ハーフミラー 2 Laser processing device 28 Chuck table 34 Laser beam irradiation means 36 Condenser 38 Imaging means 40 Controller 62 Processing laser oscillator 66 Dichroic mirror 68 Condensing lens 70, 70a, 70b Sensing laser oscillator 74 Mirror rotation means 78 Height position Detection unit 80 Pinhole mask 82 Beam splitter 86 First light receiving element 88 Light receiving region regulating means 90 Cylindrical lens 92 One-dimensional mask 94 Second light receiving elements 96a, 96b Half mirror

Claims (4)

ワークを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたワークに加工用レーザービームを照射してワークを加工するレーザー加工手段と、ワークの表面に検出用レーザービームを照射してワークの高さを検出する高さ検出手段とを備えたレーザー加工装置であって、
前記加工用レーザービーム及び前記検出用レーザービームをワークに向かって集光する単一の集光レンズを具備し、
前記加工用レーザービームは前記集光レンズに対して垂直に入射されるとともに、前記検出用レーザービームは前記集光レンズに対して斜めに入射され、
前記検出用レーザービームはワーク上における前記加工用レーザービームが到達する箇所より加工進行方向側に到達するように設定されていることを特徴とするレーザー加工装置。 A holding means for holding the workpiece; a laser processing means for processing the workpiece by irradiating the workpiece held by the holding means; and a height of the workpiece by irradiating the surface of the workpiece with a detection laser beam. A laser processing apparatus comprising a height detecting means for detecting
A single condensing lens for condensing the processing laser beam and the detection laser beam toward a workpiece;
The processing laser beam is perpendicularly incident on the condenser lens, and the detection laser beam is obliquely incident on the condenser lens,
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the detection laser beam is set so as to reach a processing advancing direction side from a position where the processing laser beam reaches on a workpiece. 前記レーザー加工装置は前記加工用レーザービームの往路方向と復路方向の両方向の加工が可能であり、
前記検出用レーザービームは、往路検出用レーザービームと復路検出用レーザービームとを含み、
前記往路方向の加工を行う際は、ワーク上における前記加工用レーザービームが到達する箇所より加工進行方向側に前記往路検出用レーザービームが到達し、
前記復路方向の加工を行う際は、ワーク上における前記加工用レーザービームが到達する箇所より加工進行方向側に前記復路検出用レーザービームが到達することを特徴とする請求項１記載のレーザー加工装置。 The laser processing apparatus is capable of processing both the forward direction and the return direction of the processing laser beam,
The detection laser beam includes an outward path detection laser beam and a backward path detection laser beam,
When performing processing in the forward direction, the laser beam for detection of the forward path reaches the processing progress direction side from the position where the laser beam for processing reaches on the workpiece,
2. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein when performing the processing in the return path direction, the laser beam for detecting the return path reaches the processing progress direction side from a position where the laser beam for processing reaches on the workpiece. . 前記高さ検出手段は、検出用レーザー発振手段と、該検出用レーザー発振手段から発振された検出用レーザービームを前記集光レンズに向かって反射するダイクロイックミラーと、該ダイクロイックミラーを回転するミラー回転手段とを含み、
該ミラー回転手段で前記ダイクロイックミラーを回転することにより、前記往路検出用レーザービームと復路検出用レーザービームとを選択的に生成することを特徴とする請求項２記載のレーザー加工装置。 The height detection means includes a detection laser oscillation means, a dichroic mirror that reflects the detection laser beam oscillated from the detection laser oscillation means toward the condenser lens, and a mirror rotation that rotates the dichroic mirror Means,
3. The laser processing apparatus according to claim 2, wherein the forward path detecting laser beam and the backward path detecting laser beam are selectively generated by rotating the dichroic mirror by the mirror rotating means. 前記高さ検出手段は、第１検出用レーザービーム発振手段と、第２検出用レーザービーム発振手段とを含み、
前記第１及び第２レーザービーム発振手段から発振されたレーザービームは前記集光レンズに到達する前に交差することを特徴とする請求項２記載のレーザー加工装置。 The height detection means includes a first detection laser beam oscillation means and a second detection laser beam oscillation means,
3. The laser processing apparatus according to claim 2, wherein the laser beams oscillated from the first and second laser beam oscillating means intersect before reaching the condenser lens.
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