JP7237432B2 - 比較方法及びレーザー加工装置 - Google Patents

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Description

本発明は、被加工物の一面に複数の加工痕を形成し、複数の加工痕の所定の形状からのずれを定量的に比較する比較方法、及び、被加工物の一面に形成された複数の加工痕の画像を解析する画像解析部を備えるレーザー加工装置に関する。
シリコン等の半導体材料で形成されたウェーハに対して吸収される波長を有するパルス状のレーザービームを、ウェーハの表面側に設定された分割予定ラインに沿って照射することによりウェーハに加工溝を形成する加工方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この加工方法では、レーザー加工装置が用いられる。レーザー加工装置は、ウェーハの裏面側を吸引して保持するチャックテーブルを有する。チャックテーブルの上方には、レーザービームを出射するレーザービーム照射ユニットが設けられている。
レーザービーム照射ユニットは、光軸方向がＺ軸方向と平行に設けられた集光レンズを備える集光器を含む。レーザービームは、レーザー発振器から出射された後、ミラー、レンズ等の光学部品を経て集光レンズへ入射し、集光レンズからウェーハへ出射する。
集光レンズから出射するレーザービームの集光点は、例えば、ウェーハの表面に位置付けられる。集光点の位置は、集光レンズの設計値等によって決定されるが、集光レンズとチャックテーブルとの間隔が高精度に特定されない場合には、チャックテーブルに保持されたウェーハに対して集光点を適正に位置付けることができないという問題がある。
そこで、ウェーハの表面に最も近い位置に集光点が位置するときの集光器の高さを特定する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。この方法では、ウェーハの表面側にレーザービームを照射した状態で、集光器の高さを異なる複数の高さに位置付けながら、Ｚ軸に直交するＸ軸方向に沿ってウェーハと集光器とを相対的に動かすことで、ウェーハに直線状の加工痕を形成する。
これにより、ウェーハには、集光器の高さに応じて異なる幅の加工痕が形成される。異なる幅の加工痕のうち最も細い加工痕が形成されるとき、集光点は、相対的に太い幅の加工痕が形成されるときの集光点の位置に比べて、ウェーハの表面の近くに位置する。実際にレーザービームでウェーハを加工するときには、最も細い加工痕が形成されるときの高さに集光器が固定される。
ところで、レーザー発振器及び光学部品の性能等に起因して、集光点の近傍では、非点収差が発生する場合がある。非点収差が発生すると、非点収差がない場合に比べて、ウェーハの表面に形成される加工痕の形状が変化するので、ウェーハの加工に影響が生じる。それゆえ、非点収差の有無や非点収差の程度が確認される。
しかし、直線状の加工痕を形成する上述の方法では、非点収差の有無及び程度を確認することができなかった。非点収差の有無等を確認するためには、例えば、集光器を異なる複数の高さに位置付け、各高さに応じてウェーハの表面側の異なる位置にレーザービームを照射して、ドット状の複数の加工痕を形成する。
上記の方法で形成された加工痕は、真円が歪んだ形状を有する場合がある。各加工痕における横方向（例えば、Ｘ軸方向）及び縦方向（例えば、Ｙ軸方向）の長さを測定することにより、非点収差の有無等が判定される。
例えば、集光器の高さを横軸とし、加工痕の横方向の長さを縦軸とした第１のグラフと、集光器の高さを横軸とし、加工痕の縦方向の長さを縦軸とした第２のグラフとを作成する。次に、第１のグラフで加工痕の横方向の長さが最小になる集光器の高さ（第１の高さ）を特定し、更に、第２のグラフで加工痕の縦方向の長さが最小になる集光器の高さ（第２の高さ）を特定する。
横方向の長さが最小になるときの集光器の第１の高さと、縦方向の長さが最小になるときの集光器の第２の高さとに差があれば、非点収差が存在すると判定される。更に、このときの集光器の第１の高さと第２の高さとの差を算出すれば、この差により非点収差の程度が判明する。例えば、この差が大きいほど、非点収差の程度が大きいと判定される。
特開２００７－２７５９１２号公報 特開２０１３－７８７８５号公報
しかし、第１及び第２のグラフの作成を作業者が行う場合、加工痕の縦及び横方向の長さの測定に多大な時間を要する。更に、ドット状の加工痕が、真円が歪んだ形状である場合に、加工痕のどの方向の長さを測定するのかという基準が無いので、作業者毎に加工痕の縦及び横方向の基準が異なり得るという問題もある。
本発明は係る問題点に鑑みてなされたものであり、作業者がグラフを作成する場合に比べて作業時間を短縮でき、更に、作業者毎の測定方向の基準の差異を排除した上で加工痕の形状の所定の形状からのずれを定量的に判定する方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、被加工物に吸収される波長を有するパルス状のレーザービームを該被加工物に照射することにより、該被加工物の一面に複数の加工痕を形成し、該複数の加工痕の所定の形状からのずれを定量的に比較する比較方法であって、チャックテーブルの保持面で該被加工物を保持する保持ステップと、該被加工物に該レーザービームを集光させる集光レンズを含む集光器の該集光レンズの焦点距離と、該被加工物の厚さとに基づいて、該レーザービームの集光点が該被加工物の該一面に位置するときの、該保持面に垂直なＺ軸方向における該集光器の高さを、該集光器の基準高さに設定する基準高さ設定ステップと、該基準高さよりも該Ｚ軸方向の一方側に位置する第１高さから、該基準高さよりも該Ｚ軸方向の他方側に位置する第２高さまでの該Ｚ軸方向に沿う異なる複数の高さを設定する高さ設定ステップと、該Ｚ軸方向に沿って該集光器を移動させることにより該基準高さ及び該複数の高さに該集光器を位置付け、各高さに応じて該一面の異なる位置に該レーザービームを照射して、該被加工物の該一面に該複数の加工痕を形成する加工痕形成ステップと、該複数の加工痕を撮像して画像を得る画像取得ステップと、該画像取得ステップで取得された画像を画像解析部で解析することにより、該複数の加工痕の各々において該一面における加工痕の予め定められた複数の方向の幅の平均と、該所定の形状に対する該複数の加工痕の各々の面積比との少なくともいずれかを算出する算出ステップと、該算出ステップで算出された該平均及び該面積比の少なくともいずれかに基づいて該複数の加工痕の該所定の形状からのずれを定量的に比較する比較ステップと、を備える比較方法が提供される。
本発明の他の態様によれば、レーザー加工装置であって、被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブル上に設けられ、該被加工物に吸収される波長を有するパルス状のレーザービームを集光する集光レンズを含む集光器を備えるレーザービーム照射ユニットと、該集光レンズの焦点距離と該被加工物の厚さとに基づいて該レーザービームの集光点が該被加工物の一面に位置するときの、該保持面に垂直なＺ軸方向における該集光器の位置を該集光器の基準高さに設定し、該基準高さよりも該Ｚ軸方向の一方側に位置する第１高さから該基準高さよりも該Ｚ軸方向の他方側に位置する第２高さまでの該Ｚ軸方向に沿う異なる複数の高さを設定する高さ設定部と、該Ｚ軸方向に沿って該集光器を移動させることにより、該基準高さ及び該複数の高さに該集光器を位置付けるＺ軸方向移動ユニットと、該チャックテーブル上に設けられ、各高さに応じて該一面の異なる位置に該レーザービームを照射することで該被加工物の該一面に形成された複数の加工痕を撮像する撮像ユニットと、該撮像ユニットによって取得された画像を解析することにより、該複数の加工痕の各々において該一面における加工痕の予め定められた複数の方向の幅の平均と、所定の形状に対する該複数の加工痕の各々の面積比との少なくともいずれかを算出する画像解析部と、該画像解析部により算出された該平均及び該面積比の少なくともいずれかに基づいて該複数の加工痕の該所定の形状からのずれを定量的に比較する比較部と、を備えるレーザー加工装置が提供される。
本発明の一態様に係る判定方法では、基準高さ及び複数の高さに集光器を位置付け、各高さに応じて被加工物の一面の異なる位置にパルスレーザービームを照射して、複数の加工痕を形成する（加工痕形成ステップ）。次に、複数の加工痕を撮像して画像を得る（画像取得ステップ）。
更に、得られた画像を画像解析部で解析することにより、複数の加工痕の各々において一面における加工痕の予め定められた複数の方向の幅の平均と、所定の直径の円に対する加工痕の面積比との少なくともいずれかを算出する（算出ステップ）。この様に、幅の平均と面積比との少なくともいずれかが、画像解析部により自動で算出されるので、作業者が長さを測定してグラフを作成する場合に比べて作業時間を短縮できる。
更に、算出ステップで算出された幅の平均及び面積比の少なくともいずれかに基づいて複数の加工痕の所定の形状からのずれを定量的に比較する（比較ステップ）。それゆえ、比較ステップでは、作業者毎の差異を排除した上で各加工痕の所定の形状からのずれを定量的に比較できる。
レーザー加工装置の斜視図である。 集光レンズの高さを説明するウェーハ等の一部断面側面図である。 図３（ａ）は集光器を第１の高さとしたときの加工痕の例であり、図３（ｂ）は集光器を基準高さとしたときの加工痕の例であり、図３（ｃ）は集光器を第２の高さとしたときの加工痕の例である。 加工痕形成ステップを説明するレーザービーム照射ユニット等の斜視図である。 形成された全ての加工痕の模式図である。 集光器が第１の高さにある場合の加工痕の拡大図である。 第１実施形態の判定方法を示すフロー図である。
添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。まず、被加工物であるウェーハ１１について説明する。ウェーハ１１は、例えば、シリコンで形成されており、各々平坦な表面（一面）１１ａ及び裏面（他面）１１ｂを有する。ウェーハ１１は、円盤形状を有し、表面１１ａから裏面１１ｂまでの厚さは約１００μｍである。
なお、ウェーハ１１の材料は、シリコンのみに限定されない。ウェーハ１１は、サファイア基板の一面とシリコン基板の一面とを貼り合わせることにより形成された積層基板であってもよい。また、ウェーハ１１は、円盤形状に限定されず矩形形状であってもよい。
ウェーハ１１の裏面１１ｂ側には、ウェーハ１１よりも大きな径を有する樹脂製のダイシングテープ１３が貼り付けられる。ダイシングテープ１３は、例えば、基材層と粘着層との積層構造を有し、この粘着層側がウェーハ１１の裏面１１ｂに貼り付けられる。
ダイシングテープ１３の外周部には、ウェーハ１１の外径よりも大きな径の開口を有する金属で形成された環状のフレーム１５が貼り付けられる。この様にして、ウェーハ１１がダイシングテープ１３を介してフレーム１５に支持されたウェーハユニット１７が形成される。
次に、ウェーハ１１を加工するためのレーザー加工装置２について説明する。図１は、レーザー加工装置２の斜視図である。レーザー加工装置２は、各構造を支持する直方体状の基台４を備える。基台４の上面には、Ｙ軸方向移動ユニット１０が設けられている。
Ｙ軸方向移動ユニット１０は、Ｙ軸方向（前後方向、割り出し送り方向）に平行な一対のＹ軸ガイドレール１２を有する。各Ｙ軸ガイドレール１２は、基台４の上面に固定されている。各Ｙ軸ガイドレール１２には、Ｙ軸移動テーブル１４がスライド可能に取り付けられている。
Ｙ軸移動テーブル１４の裏面側（下面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｙ軸ガイドレール１２と平行に配置されたＹ軸ボールネジ１６が回転可能な態様で結合されている。
Ｙ軸ボールネジ１６の一端には、Ｙ軸パルスモータ１８が連結されている。Ｙ軸パルスモータ１８でＹ軸ボールネジ１６を回転させれば、Ｙ軸移動テーブル１４は、Ｙ軸ガイドレール１２に沿ってＹ軸方向に移動する。
Ｙ軸移動テーブル１４の上面側には、Ｘ軸方向移動ユニット２０が設けられている。Ｘ軸方向移動ユニット２０は、Ｘ軸方向（左右方向、加工繰り方向）に平行な一対のＸ軸ガイドレール２２を有する。各Ｘ軸ガイドレール２２は、Ｙ軸移動テーブル１４の上面に固定されている。
各Ｘ軸ガイドレール２２には、Ｘ軸移動テーブル２４がスライド可能に取り付けられている。Ｘ軸移動テーブル２４の下面側には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｘ軸ガイドレール２２と平行に配置されたＸ軸ボールネジ２６が回転可能な態様で結合されている。
Ｘ軸ボールネジ２６の一端には、Ｘ軸パルスモータ２８が連結されている。Ｘ軸パルスモータ２８でＸ軸ボールネジ２６を回転させれば、Ｘ軸移動テーブル２４は、Ｘ軸ガイドレール２２に沿ってＸ軸方向に移動する。Ｘ軸移動テーブル２４の上面側には、円筒形状のθテーブル３０が固定されている。
θテーブル３０の上方には、チャックテーブル３２が連結されている。チャックテーブル３２は、金属製の枠体を有する。この枠体の上部側には、円盤状の空間から成る凹部（不図示）が形成されている。
この凹部には、気体等を吸引するための流路の一端が接続されている。また、流路の他端にはエジェクタ等の吸引源（不図示）が接続されている。枠体の凹部には、円盤状の多孔質プレート（不図示）が固定される。吸引源を動作させると、多孔質プレートの上面には負圧が発生する。当該上面は、ウェーハユニット１７を吸引して保持する保持面３２ａとして機能する。
チャックテーブル３２の枠体の側方には、複数のクランプ３２ｂが設けられている。各クランプ３２ｂは、保持面３２ａに置かれたウェーハユニット１７のフレーム１５の外縁を挟んで固定する。
基台４のＹ軸方向の一方（後方）側の端部近傍における基台４の上面には、四角柱状の支持部４０が固定されている。支持部４０の一側面にはＺ軸方向移動ユニット４２が設けられている。
Ｚ軸方向移動ユニット４２は、Ｚ軸方向（保持面３２ａに垂直な方向、高さ方向）に平行な一対のＺ軸ガイドレールを有する。各Ｚ軸ガイドレールは、支持部４０の一側面に固定されている。各Ｚ軸ガイドレールには、Ｚ軸移動板４６がスライド可能に取り付けられている。
Ｚ軸移動板４６の裏面側（即ち、支持部４０側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｚ軸ガイドレールと平行に配置されたＺ軸ボールネジ（不図示）が回転可能な態様で結合されている。
Ｚ軸ボールネジの一端には、Ｚ軸パルスモータ４４が連結されている。Ｚ軸パルスモータ４４でＺ軸ボールネジを回転させれば、Ｚ軸移動板４６は、Ｚ軸ガイドレールに沿ってＺ軸方向に移動する。
Ｚ軸移動板４６の表面側（即ち、支持部４０とは反対側）には、ホルダ４８が固定されている。ホルダ４８には、高さ方向がＹ軸方向と平行に配置された円柱形状の空洞部が形成されている。この空洞部には、円筒形状のケーシング５２が固定されている。
ケーシング５２のＹ軸方向の他方（前方）側の端部には、集光器５４が設けられている。ケーシング５２及び集光器５４は、チャックテーブル３２の上方に位置しており、レーザービーム照射ユニット５０の一部である。
ここで、レーザービーム照射ユニット５０の構成について説明する。レーザービーム照射ユニット５０は、レーザー発振によりレーザービームを生じさせるレーザー発振器（不図示）を有する。
レーザー発振器は、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ又はＮｄ：ＹＶＯ４で形成されたロッド状のレーザー媒質を含む。レーザー発振器は、例えば、パルス状のレーザービームを外部に出射させる。
レーザー発振器には、レーザービームのパルスの繰り返し周波数を設定する周波数設定ユニット（不図示）や、パルスの幅を調整するパルス幅調整ユニット（不図示）が接続されている。周波数設定ユニットは、パルスの繰り返し周波数を例えば２０ｋＨｚから５０ｋＨｚの所定値に設定する。
レーザー発振器から出射されたレーザービームは、レーザービーム調整ユニット（不図示）に入射する。レーザービーム調整ユニットは、例えば、レーザービームの波長を、予め定められた長さの波長に変換する。
波長変換部は、レーザービームをウェーハ１１に吸収される波長（例えば、３５５ｎｍ）に変換する。また、レーザービーム調整ユニット（不図示）は、例えば、レーザービームの出力を調整する出力調整部を有する。出力調整部は、レーザービームの出力の平均を、例えば、３．０Ｗから６．０Ｗに調整する。
レーザービーム調整ユニットから出射されたレーザービームは、ミラー、レンズ等の光学部品を経て、集光器５４に入射する。集光器５４内には、レーザービームを集光させるための集光レンズ５４ａが設けられている（図２参照）。
集光レンズ５４ａは、集光レンズ５４ａの光軸がＺ軸方向と平行となる態様で、集光器５４内に固定されている。集光レンズ５４ａから出射されるレーザービームＬは、保持面３２ａに向かって略垂直に照射される（図２参照）。
ケーシング５２のＸ軸方向の一方（右）側には、撮像ユニット５６が設けられている。撮像ユニット５６は、チャックテーブル３２の上方に位置している。撮像ユニット５６は、例えば、対物レンズ（不図示）と、対物レンズを介してウェーハ１１等の被写体を撮像する撮像素子（不図示）とを有する。
基台４の上方にはカバー部（不図示）が設けられており、このカバー部のＹ軸方向の他方（前方）側の側面には、入出力装置５８が設けられている。入出力装置５８は、例えばタッチパネルである。
入出力装置５８は、レーザー加工装置２に加工条件等を入力するときにオペレーターが使用する入力部と、加工条件や上述の撮像ユニット５６で撮像された画像等を表示する表示部とを兼ねている。
また、レーザー加工装置２には、Ｙ軸方向移動ユニット１０、Ｘ軸方向移動ユニット２０、θテーブル３０、チャックテーブル３２、Ｚ軸方向移動ユニット４２及びレーザービーム照射ユニット５０等の動作を制御する制御ユニット６０が設けられている。
制御ユニット６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理装置や、フラッシュメモリ等の記憶装置を含むコンピュータによって構成される。記憶装置に記憶されるプログラム等のソフトウェアに従い処理装置を動作させることによって、制御ユニット６０は、ソフトウェアと処理装置（ハードウェア資源）とが協働した具体的手段として機能する。
制御ユニット６０は、集光器５４の高さ（即ち、Ｚ軸方向の位置）を設定する高さ設定部６２を含む。高さ設定部６２は、例えば、上述のＣＰＵ等の処理装置に読み込まれることで実行されるプログラム等のソフトウェアである。
高さ設定部６２は、ウェーハ１１の厚さ１１ｃ、集光レンズ５４ａの焦点距離５４ｂ、Ｚ軸方向における集光器５４の移動範囲及び移動幅等の情報に基づいて、集光器５４を位置付ける複数の高さを算出する。これら複数の高さは、例えば、上述の記憶装置に記憶される。
また、制御ユニット６０は、撮像ユニット５６により撮像された画像を解析する画像解析部６４を含む。画像解析部６４は、例えば、記憶装置に記憶され、上述のＣＰＵ等の処理装置に読み込まれることで実行されるプログラム等のソフトウェアである。なお、画像解析部６４は、ソフトウェアに限定されず、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等のハードウェアであってもよい。
制御ユニット６０は、画像解析部６４で算出された結果に基づいて、ウェーハ１１の表面１１ａに形成された複数の加工痕の所定の形状からのずれを定量的に比較する比較部６６を更に含む。比較部６６は、例えば、上述のＣＰＵ等の処理装置に読み込まれることで実行されるプログラム等のソフトウェアである。
次に、レーザー加工装置２を用いてウェーハ１１の表面１１ａに加工痕Ａ（図３参照）を形成し、加工痕Ａの所定の形状からのずれを定量的に比較する、第１実施形態の比較方法について説明する。
当該比較方法は、例えば、レーザー加工装置２を用いて被加工物に対してレーザーリフトオフ（laser lift off）加工を行う前に、ウェーハ１１を試験的に加工するときに用いられる。図７は、第１実施形態の判定方法を示すフロー図である。
まず、ウェーハユニット１７を保持面３２ａに載置した後、吸引源を動作させてウェーハ１１の裏面１１ｂ側を保持面３２ａで保持する（保持ステップ（Ｓ１０））。保持ステップ（Ｓ１０）後、集光器５４の高さ（即ち、集光レンズ５４ａの高さ）を調整する。
なお、本実施形態では、集光レンズ５４ａの高さを、集光器５４の高さと同一視する。それゆえ、集光レンズ５４ａの高さを、集光器５４の高さと読み替えてよい。図２は、集光レンズ５４ａの高さを説明するウェーハ１１等の一部断面側面図である。
本実施形態では、レーザービームＬの集光点Ｐがウェーハ１１の表面１１ａに位置するときの集光レンズ５４ａの高さを、集光器５４の基準高さＺ０に高さ設定部６２が設定する（基準高さ設定ステップ（Ｓ２０））。
例えば、作業者が入出力装置５８を介して高さ設定部６２に、集光レンズ５４ａの焦点距離５４ｂ、ウェーハ１１の厚さ１１ｃ、ダイシングテープ１３の厚さ等を入力する。なお、レーザービームＬに対する焦点距離５４ｂ、厚さ１１ｃ及びダイシングテープ１３の厚さは、予め定められている。
それゆえ、保持面３２ａを基準とした場合に、厚さ１１ｃと、ダイシングテープ１３の厚さと、焦点距離５４ｂとを足した高さに、集光レンズ５４ａを位置付ければ、集光点Ｐは表面１１ａに合う。この様に、基準高さ設定ステップ（Ｓ２０）では、焦点距離５４ｂ、厚さ１１ｃ等に基づいて、高さ設定部６２が、集光器５４の基準高さＺ０を算出して設定する。
基準高さ設定ステップ（Ｓ２０）の後、集光レンズ５４ａが各々位置付けられる複数の高さを設定する（高さ設定ステップ（Ｓ３０））。例えば、作業者が入出力装置５８を介して高さ設定部６２に、基準高さＺ０（高さ０ｍｍ）よりも２ｍｍだけ下方（Ｚ軸方向の一方）側に位置する第１高さＺ１（高さ－２．０ｍｍ）の高さを入力する。
また、作業者は入出力装置５８を介して高さ設定部６２に、基準高さＺ０よりも２ｍｍだけ上方（Ｚ軸方向の他方）側に位置する第２高さＺ２（高さ＋２．０ｍｍ）の高さを入力する。更に、作業者は、入出力装置５８を介して、第１高さＺ１から第２高さＺ２までの範囲の区切り幅（０．２ｍｍ）を高さ設定部６２に入力する。高さ設定部６２は、第１高さＺ１、第２高さＺ２、区切り幅に基づいて複数の高さを算出して設定する。
例えば、集光レンズ５４ａが基準高さＺ０にあるとき、レーザービームＬの集光点Ｐはウェーハ１１の表面１１ａにある。即ち、集光点Ｐが表面１１ａにジャストフォーカスした状態である。
これに対して、集光レンズ５４ａが第１高さＺ１にあるとき、レーザービームＬの集光点Ｐは、ウェーハ１１の表面１１ａよりも下方に位置する（デフォーカス）。また、集光レンズ５４ａが第２高さＺ２にあるとき、レーザービームＬの集光点Ｐは、ウェーハ１１の表面１１ａよりも上方に位置する（デフォーカス）。
高さ設定ステップ（Ｓ３０）の後、制御ユニット６０が記憶された各高さを読み出し、Ｚ軸方向移動ユニット４２を用いてレーザービーム照射ユニット５０をＺ軸方向に沿って移動させる。これにより、第１高さＺ１から第２高さＺ２までの各高さに集光器５４を順次位置付ける。
なお、Ｚ軸方向移動ユニット４２が各高さに集光器５４を順次位置付けると共に、Ｙ軸方向移動ユニット１０及びＸ軸方向移動ユニット２０がウェーハ１１の位置を変えることで、各高さに応じて表面１１ａの異なる位置にレーザービームＬを照射する。これにより、表面１１ａに複数の加工痕Ａを形成する（加工痕形成ステップ（Ｓ４０））。
例えば、集光器５４を第１高さＺ１に位置付けて、ウェーハ１１にレーザービームＬを照射すると、ウェーハ１１の表面１１ａには加工痕Ａ１が形成される。図３（ａ）は、集光器５４を第１高さＺ１としたときの加工痕Ａ１の例である。
加工痕Ａ１を形成した後、集光器５４をＺ軸方向に０．２ｍｍ上昇させる。これと共に、Ｙ軸方向移動ユニット１０及びＸ軸方向移動ユニット２０を動作させて、加工痕Ａ１が形成された領域とは異なる領域にレーザービームＬが照射される様に、集光器５４とチャックテーブル３２とを相対的に移動させる。その後、ウェーハ１１にレーザービームＬを照射する。
この様に、集光器５４を０．２ｍｍ上昇させ、集光器５４とチャックテーブル３２とを相対的に移動させた上で、ウェーハ１１にレーザービームＬを照射することを順次繰り返す。これにより、第１高さＺ１から第２高さＺ２まで、合計２１（＝（２．０ｍｍ＋２．０ｍｍ）／０．２ｍｍ＋１）箇所の異なる高さに集光器５４を位置付けて、ウェーハ１１にレーザービームＬを照射する。
集光器５４が基準高さＺ０に位置付けられた状態で、加工痕Ａ１が形成された領域とは異なる領域にレーザービームＬを照射すると、ウェーハ１１の表面１１ａには、加工痕Ａ０が形成される。図３（ｂ）は、集光器５４を基準高さＺ０としたときの加工痕Ａ０の例である。
また、集光器５４が第２高さＺ２に位置付けられた状態で、加工痕Ａ０及びＡ１が形成された領域とは異なる領域にレーザービームＬを照射すると、ウェーハ１１の表面１１ａには、加工痕Ａ２が形成される。図３（ｃ）は、集光器５４を第２高さＺ２としたときの加工痕Ａ２の例である。
図４は、加工痕形成ステップ（Ｓ４０）を説明するレーザービーム照射ユニット５０等の斜視図である。設定された各高さに対応して表面１１ａの異なる領域に加工痕２１を形成した後、全ての加工痕２１を含む領域を撮像ユニット５６で撮像する。これにより、全ての加工痕２１を含む画像を取得する（画像取得ステップ（Ｓ５０））。
図５は、形成された全ての加工痕２１の模式図である。図５では、形成された順番を示すために、各加工痕に加工痕２１－１から２１－２１までの符号を付している。図６は、集光器５４が第１高さＺ１にある場合の加工痕２１－１の拡大図である。
本実施形態では、まず、加工痕２１－１（図３（ａ）の加工痕Ａ１に対応する）を形成する。その後、加工痕２１－２から加工痕２１－１０を順次形成する。次に、加工痕２１－１１（図３（ａ）の加工痕Ａ０に対応する）を形成する。その後、加工痕２１－１２から加工痕２１－２０を順次形成する。最後に、加工痕２１－２１（図３（ａ）の加工痕Ａ２に対応する）を形成する。
なお、図５及び図６では、加工痕２１の輪郭に実線が付されている。なお、図５では、各加工痕２１の輪郭の凡その概要が示されているが、図６では、加工痕２１－１の輪郭の詳細が示されている。また、図６では、各加工痕２１の輪郭に複数の点Ｂが付されている。
複数の点Ｂは、加工痕２１の輪郭によって規定される図形の重心２３に対して、所定の角度位置に付されている。具体的には、ウェーハ１１を上面視した場合の所定の位置（図６では０時の位置）を０度として３０度毎に、点Ｂが付されている。
更に、図５及び図６では、加工痕２１の輪郭によって規定される図形の重心２３（図６参照）と同じ位置に中心を有する所定の直径の円（所定の形状）２５を、破線で示している。円２５は、表面１１ａに形成される理想的な形状の加工痕であり、直径は５０μｍである。なお、円２５は、加工痕２１の下に位置する様に描かれている。
画像取得ステップ（Ｓ５０）の後、取得された画像を画像解析部６４で解析することにより、それぞれ加工痕２１を特徴付ける長さ及び面積比の少なくともいずれかを算出する（算出ステップ（Ｓ６０））。
算出ステップ（Ｓ６０）の詳細を、図６を用いて説明する。算出ステップ（Ｓ６０）では、例えば、加工痕２１－１を特徴付ける長さを算出する。当該長さは、重心２３を通り加工痕２１－１を横断する加工痕２１－１の幅（即ち、長さ）である。
加工痕２１の幅を算出するためには、まず、加工痕２１－１の輪郭によって規定される図形の重心２３を算出する。重心２３の座標は、加工痕２１－１の輪郭上に位置する所定数（本実施形態では１２点）の座標の値の算術平均により算出される。
重心２３を算出した後、重心２３に対して０度、３０度、６０度、…３３０度の位置にある１２個の点Ｂ１からＢ１２の各座標が算出される。図６では、重心２３に対してそれぞれ、０度に位置する点Ｂ１、３０度に位置する点Ｂ２、６０度に位置する点Ｂ３、…３３０度に位置する点Ｂ１２を示している。
点Ｂ１は重心２３を通る加工痕２１－１の一端に位置し、点Ｂ７は点Ｂ１に対して加工痕２１－１の他端に位置する。つまり、点Ｂ１から点Ｂ７までの長さは、重心２３を通り加工痕２１－１を横断する加工痕２１－１の幅Ｃ１である。
同様に、点Ｂ２から点Ｂ８までは幅Ｃ２であり、点Ｂ３から点Ｂ９までは幅Ｃ３であり、点Ｂ４から点Ｂ１０までは幅Ｃ４であり、点Ｂ５から点Ｂ１１までは幅Ｃ５であり、点Ｂ６から点Ｂ１２までは幅Ｃ６である。
次に、複数の方向における複数の幅Ｃ１からＣ６の平均Ｄを算出する。本実施形態で、複数の方向は予め定められており、各加工痕２１－１を上面視した場合における、点Ｂ１Ｂ７を通る方向、点Ｂ２Ｂ８を通る方向、点Ｂ３Ｂ９を通る方向、点Ｂ４Ｂ１０を通る方向、点Ｂ５Ｂ１１を通る方向、及び、点Ｂ６Ｂ１２を通る方向である。
算出ステップ（Ｓ６０）では、全ての加工痕２１について、加工痕２１の幅等が算出される。本実施形態では、平均Ｄが画像解析部６４により自動で算出されるので、作業者が測定等を行う場合に比べて作業時間は短縮される。
加工痕２１－１の場合、平均Ｄは５６．５１４μｍとなり、加工痕２１－２の場合、平均Ｄは５４．５０２μｍとなった。また、加工痕２１－３の場合、平均Ｄは５１．１４３μｍとなり、加工痕２１－４の場合、平均Ｄは４９．８３７μｍとなった。更に、加工痕２１－５の場合、平均Ｄは４７．３４８μｍとなった。各平均Ｄは、例えば、入出力装置５８に表示される。
次に、算出ステップ（Ｓ６０）で算出された平均Ｄに基づいて、比較部６６が、各加工痕２１の円２５からのずれを定量的に比較する（比較ステップ（Ｓ７０））。円２５の直径は５０μｍであるので、平均Ｄが５０μｍに近い場合、加工痕２１－１の輪郭は円２５の形状と同じである可能性が高い。これに対して、平均Ｄが５０μｍから遠い場合、加工痕２１－１の輪郭は円２５の形状とは異なる可能性が高い。
そこで、比較部６６は、例えば、平均Ｄが（円２５の直径－５μｍ）以上、（円２５の直径＋５μｍ）以下である場合に、加工痕２１は円２５からのずれが小さいと判定する。また、比較部６６は、平均Ｄが（円２５の直径の－１０％）以上、（円２５の直径＋１０％）以下である場合に、加工痕２１は円２５からのずれが小さいと判定してもよい。
本例では、加工痕２１－２、２１－３、２１－４、２１－５の平均Ｄは４５μｍ以上５５μｍ以下となったので、加工痕２１－２、２１－３、２１－４、２１－５は円２５からのずれが小さいと、比較部６６は判定する。これに対して、加工痕２１－１の平均Ｄは５５μｍを超えたので、加工痕２１－１は円２５からのずれが大きいと、比較部６６は判定する。
比較部６６による比較及び判定の結果は、例えば、入出力装置５８に表示される。作業者は、例えば、円２５からのずれが大きいと判定された加工痕２１が１つ以上存在する場合、レーザービーム照射ユニット５０を点検してずれが大きくなった原因を究明する。
また、作業者は、レーザービーム照射ユニット５０の光学軸等を調整して、再度、加工痕２１の円２５からのずれを定量的に比較してもよい。円２５からのずれが大きいと比較部６６が判定される加工痕２１が無くなるまで、調整と比較とを繰り返してもよい。
なお、レーザービーム照射ユニット５０の光学軸等を調整は、必ずしも作業者が行わなくてもよい。例えば、比較部６６による比較及び判定の結果、円２５からのずれが大きいと判定された加工痕２１が１つ以上存在する場合、制御ユニット６０がアクチェーターを動作させて、ミラー、レンズ等の光学部品の位置を自動的に調整してもよい。
本実施形態の比較ステップ（Ｓ７０）では、平均Ｄを用いて加工痕２１の大きさを定量的に評価するので、作業者毎の差異を排除した上で各加工痕２１の円２５からのずれを定量的に比較できる。これにより、レーザー加工装置２の加工状態を的確に把握でき、レーザー加工装置２の異常を検出できる。
次に、算出ステップ（Ｓ６０）及び比較ステップ（Ｓ７０）の第２実施形態を説明する。第２実施形態の算出ステップ（Ｓ６０）では、平均Ｄに代えて、円２５の面積に対する加工痕２１の面積の比率（面積比Ｅ）を算出する。
加工痕２１の面積は、画像取得ステップ（Ｓ５０）で得られた画像に対して、所定の画像処理を施すことにより算出される。そして、算出された加工痕２１の面積を、直径５０μｍの円の面積で割ることにより、面積比Ｅが算出される。面積比Ｅは画像解析部６４により自動で算出されるので、作業者が測定等を行う場合に比べて作業時間は短縮される。
加工痕２１－１の場合、面積比Ｅは１．１９となり、加工痕２１－２の場合、面積比Ｅは１．１１となった。また、加工痕２１－３の場合、面積比Ｅは１．０３となり、加工痕２１－４の場合、面積比Ｅは０．９２となった。更に、加工痕２１－５の場合、面積比Ｅは０．８７となった。
次に、算出ステップ（Ｓ６０）で算出された面積比Ｅに基づいて、各加工痕２１の円２５からのずれを定量的に比較する（比較ステップ（Ｓ７０））。面積比Ｅが１に近い場合、加工痕２１の輪郭は円２５の形状と同じである可能性が高い。これに対して、面積比Ｅが１から遠い場合、加工痕２１の輪郭は円２５の形状とは異なる可能性が高い。
そこで、面積比Ｅが、例えば、０．９５以上、１．０５以下である場合に、加工痕２１は円２５からのずれが小さいと比較部６６は判定する。本例では、加工痕２１－３の面積比Ｅは０．９５以上１．０５以下となったので、加工痕２１－３は円２５からのずれが小さいと比較部６６は判定する。
これに対して、加工痕２１－１及び２１－２の面積比Ｅは１．０５を超え、加工痕２１－４及び２１－５の面積比Ｅは０．９５未満である。それゆえ、加工痕２１－１，２１－２，２１－４，２１－５は円２５からのずれが大きいと比較部６６は判定する。
作業者は、例えば、円２５からのずれが大きいと判定された加工痕２１が１つ以上存在する場合、レーザービーム照射ユニット５０を点検してずれが大きくなった原因を究明する。また、作業者は、レーザービーム照射ユニット５０の光学軸等を調整して、円２５からのずれが大きいと比較部６６が判定される加工痕２１が無くなるまで、調整と比較とを繰り返してもよい。なお、レーザービーム照射ユニット５０の光学軸等を調整は、制御ユニット６０の指示によりレーザー加工装置２内で自動的に行われてもよい。
本実施形態の比較ステップ（Ｓ７０）では、面積比Ｅを用いて加工痕２１の大きさを定量的に評価するので、作業者毎の差異を排除した上で各加工痕２１の円２５からのずれを定量的に比較できる。これにより、レーザー加工装置２の加工状態を的確に把握でき、レーザー加工装置２の異常を検出できる。
次に、算出ステップ（Ｓ６０）及び比較ステップ（Ｓ７０）の第３実施形態を説明する。第３実施形態の算出ステップ（Ｓ６０）では、平均Ｄ及び面積比Ｅに代えて、円２５の面積と加工痕２１の面積とが重なっている比率（面積比Ｆ）を算出する。面積比Ｆは画像解析部６４により自動で算出されるので、作業者が測定等を行う場合に比べて作業時間は短縮される。
この面積比Ｆも、画像取得ステップ（Ｓ５０）で得られた画像に対して、所定の画像処理を施すことにより算出される。加工痕２１－１の場合、面積比Ｆは１．００となり、加工痕２１－２の場合、面積比Ｆは０．９８となった。また、加工痕２１－３の場合、面積比Ｆは０．９４となり、加工痕２１－４の場合、面積比Ｆは０．８８となった。更に、加工痕２１－５の場合、面積比Ｆは０．８３となった。
次に、算出ステップ（Ｓ６０）で算出された面積比Ｆに基づいて、各加工痕２１の円２５からのずれを定量的に比較する（比較ステップ（Ｓ７０））。面積比Ｆが１に近い場合、加工痕２１の輪郭は円２５の形状と同じである可能性が高い。これに対して、面積比Ｆが１から遠い場合、加工痕２１の輪郭は円２５の形状とは異なる可能性が高い。
そこで、面積比Ｆが、例えば、０．９５以上、１．０５以下である場合に、加工痕２１は円２５からのずれが小さいと比較部６６は判定する。本例では、加工痕２１－１及び２１－２の面積比Ｆは０．９５以上１．０５以下となったので、加工痕２１－１，２１－２は円２５からのずれが小さいと比較部６６は判定する。
これに対して、加工痕２１－３，２１－４，２１－５の面積比Ｆは０．９５未満である。それゆえ、加工痕２１－３，２１－４，２１－５は円２５からのずれが大きいと比較部６６は判定する。
作業者は、例えば、円２５からのずれが大きいと判定された加工痕２１が１つ以上存在する場合、レーザービーム照射ユニット５０を点検してずれが大きくなった原因を究明する。また、作業者は、レーザービーム照射ユニット５０の光学軸等を調整して、円２５からのずれが大きいと比較部６６が判定される加工痕２１が無くなるまで、調整と比較とを繰り返してもよい。なお、レーザービーム照射ユニット５０の光学軸等を調整は、制御ユニット６０の指示によりレーザー加工装置２内で自動的に行われてもよい。
本実施形態の比較ステップ（Ｓ７０）では、面積比Ｆを用いて加工痕２１の大きさを定量的に評価するので、作業者毎の差異を排除した上で各加工痕２１の円２５からのずれを定量的に比較できる。これにより、レーザー加工装置２の加工状態を的確に把握でき、レーザー加工装置２の異常を検出できる。
その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。加工痕形成ステップ（Ｓ４０）では、第１高さＺ１から第２高さＺ２までに代えて、第２高さＺ２から第１高さＺ１までの各高さに集光器５４を順次位置付けてもよい。
ところで、上述の第１、第２及び第３実施形態では、平均Ｄ、面積比Ｅ及び面積比Ｆのいずれかを用いてレーザービーム照射ユニット５０の良否を判定した。しかし、平均Ｄ、面積比Ｅ及び面積比Ｆの２つ以上を組み合わせてもよい。
例えば、平均Ｄが、（円２５の直径－５μｍ）以上、（円２５の直径＋５μｍ）以下、且つ、面積比Ｅが０．９５以上、１．０５以下である場合に、加工痕２１が円２５からのずれが小さいと比較部６６が判定する。同様に、平均Ｄ及び面積比Ｆを組み合わせてもよく、平均Ｄ、面積比Ｅ及び面積比Ｆの３つを組み合わせてもよい。
また、レーザービーム照射ユニット５０を点検してずれが大きくなった原因を究明することは、円２５からのずれが大きいと判定された加工痕２１が所定数（例えば、２つ）以上存在する場合に行ってもよい。
なお、加工痕２１と比較される所定の形状（上述の実施形態では、円２５）は、必ずしも全て同じ形状でなくてもよい。例えば、ジャストフォーカスの場合には、加工痕２１の面積は比較的小さくなり、デフォーカスの場合には、加工痕２１の面積は比較的大きくなる。それゆえ、円２５の径を集光器５４の高さに応じて変えてもよい。
例えば、ジャストフォーカスの場合の円２５の径を、デフォーカスの場合の円２５の径に比べて小さくしてもよい。この様にして平均Ｄ、面積比Ｅ及び面積比Ｆを算出すれば、加工痕２１の円２５からのずれをより適切に評価できる。
また、円２５の径を集光器５４の高さに応じて変えることに代えて、面積比Ｅ及び面積比Ｆの閾値を集光器５４の高さに応じて変えてもよい。例えば、ジャストフォーカスの場合に、加工痕２１が円２５からのずれが小さいと比較部６６が判定する面積比Ｅ（又は面積比Ｆ）の閾値を、０．９０以上、１．００以下としてもよい。
２ レーザー加工装置
４ 基台
１０ Ｙ軸方向移動ユニット
１１ ウェーハ（被加工物）
１１ａ 表面（一面）
１１ｂ 裏面（他面）
１１ｃ 厚さ
１２ Ｙ軸ガイドレール
１３ ダイシングテープ
１４ Ｙ軸移動テーブル
１５ フレーム
１６ Ｙ軸ボールネジ
１７ ウェーハユニット
１８ Ｙ軸パルスモータ
２０ Ｘ軸方向移動ユニット
２１ 加工痕
２１－１，２１－２，２１－３，２１－４，２１－５，２１－６，２１－７，２１－８，２１－９，２１－１０，２１－１１，２１－１２，２１－１３，２１－１４，２１－１５，２１－１６，２１－１７，２１－１８，２１－１９，２１－２０，２１－２１ 加工痕
２２ Ｘ軸ガイドレール
２３ 重心
２４ Ｘ軸移動テーブル
２５ 円（所定の形状）
２６ Ｘ軸ボールネジ
２８ Ｘ軸パルスモータ
３０ θテーブル
３２ チャックテーブル
３２ａ 保持面
３２ｂ クランプ
４０ 支持部
４２ Ｚ軸方向移動ユニット
４４ Ｚ軸パルスモータ
４６ Ｚ軸移動板
４８ ホルダ
５０ レーザービーム照射ユニット
５２ ケーシング
５４ 集光器
５４ａ 集光レンズ
５４ｂ 焦点距離
５６ 撮像ユニット
５８ 入出力装置
６０ 制御ユニット
６２ 高さ設定部
６４ 画像解析部
６６ 比較部
Ｌ レーザービーム
Ａ０，Ａ１，Ａ２ 加工痕
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，Ｂ７，Ｂ８，Ｂ９，Ｂ１０，Ｂ１１，Ｂ１２ 点
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｃ６ 幅
Ｐ 集光点
Ｚ０ 基準高さ
Ｚ１ 第１高さ
Ｚ２ 第２高さ

Claims (2)

  1. 被加工物に吸収される波長を有するパルス状のレーザービームを該被加工物に照射することにより、該被加工物の一面に複数の加工痕を形成し、該複数の加工痕の所定の形状からのずれを定量的に比較する比較方法であって、
    チャックテーブルの保持面で該被加工物を保持する保持ステップと、
    該被加工物に該レーザービームを集光させる集光レンズを含む集光器の該集光レンズの焦点距離と、該被加工物の厚さとに基づいて、該レーザービームの集光点が該被加工物の該一面に位置するときの、該保持面に垂直なＺ軸方向における該集光器の高さを、該集光器の基準高さに設定する基準高さ設定ステップと、
    該基準高さよりも該Ｚ軸方向の一方側に位置する第１高さから、該基準高さよりも該Ｚ軸方向の他方側に位置する第２高さまでの該Ｚ軸方向に沿う異なる複数の高さを設定する高さ設定ステップと、
    該Ｚ軸方向に沿って該集光器を移動させることにより該基準高さ及び該複数の高さに該集光器を位置付け、各高さに応じて該一面の異なる位置に該レーザービームを照射して、該被加工物の該一面に該複数の加工痕を形成する加工痕形成ステップと、
    該複数の加工痕を撮像して画像を得る画像取得ステップと、
    該画像取得ステップで取得された画像を画像解析部で解析することにより、該複数の加工痕の各々において該一面における加工痕の予め定められた複数の方向の幅の平均と、該所定の形状に対する該複数の加工痕の各々の面積比との少なくともいずれかを算出する算出ステップと、
    該算出ステップで算出された該平均及び該面積比の少なくともいずれかに基づいて該複数の加工痕の該所定の形状からのずれを定量的に比較する比較ステップと、
    を備えることを特徴とする比較方法。
  2. レーザー加工装置であって、
    被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、
    該チャックテーブル上に設けられ、該被加工物に吸収される波長を有するパルス状のレーザービームを集光する集光レンズを含む集光器を備えるレーザービーム照射ユニットと、
    該集光レンズの焦点距離と該被加工物の厚さとに基づいて該レーザービームの集光点が該被加工物の一面に位置するときの、該保持面に垂直なＺ軸方向における該集光器の位置を該集光器の基準高さに設定し、該基準高さよりも該Ｚ軸方向の一方側に位置する第１高さから該基準高さよりも該Ｚ軸方向の他方側に位置する第２高さまでの該Ｚ軸方向に沿う異なる複数の高さを設定する高さ設定部と、
    該Ｚ軸方向に沿って該集光器を移動させることにより、該基準高さ及び該複数の高さに該集光器を位置付けるＺ軸方向移動ユニットと、
    該チャックテーブル上に設けられ、各高さに応じて該一面の異なる位置に該レーザービームを照射することで該被加工物の該一面に形成された複数の加工痕を撮像する撮像ユニットと、
    該撮像ユニットによって取得された画像を解析することにより、該複数の加工痕の各々において該一面における加工痕の予め定められた複数の方向の幅の平均と、所定の形状に対する該複数の加工痕の各々の面積比との少なくともいずれかを算出する画像解析部と、
    該画像解析部により算出された該平均及び該面積比の少なくともいずれかに基づいて該複数の加工痕の該所定の形状からのずれを定量的に比較する比較部と、
    を備えることを特徴とするレーザー加工装置。
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