特許 7433715 レーザー加工装置及び集光レンズの状態確認方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-09

(45)【発行日】2024-02-20

(54)【発明の名称】レーザー加工装置及び集光レンズの状態確認方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/00 20140101AFI20240213BHJP

【ＦＩ】

B23K26/00 M

B23K26/00 Q

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020049677

(22)【出願日】2020-03-19

(65)【公開番号】P2021146375

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2023-01-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】100075384

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 昂

(74)【代理人】

【識別番号】100172281

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100206553

【弁理士】

【氏名又は名称】笠原 崇廣

(74)【代理人】

【識別番号】100189773

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 英哲

(74)【代理人】

【識別番号】100184055

【弁理士】

【氏名又は名称】岡野 貴之

(72)【発明者】

【氏名】寺西 俊輔

【審査官】松田 長親

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０９３４３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１３２３８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２６／００－２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、
レーザービームを生成するレーザー発振器と、
該レーザー発振器が生成した該レーザービームを該チャックテーブル側に集光する集光レンズと、
該集光レンズの汚れを検出する検出ユニットであって、該集光レンズを透過した該レーザービームの形状を検出する検出器と、該検出器で検出された該レーザービームの形状に基づいて、該集光レンズが汚れているか否かを判定する判定部と、を含む該検出ユニットと、
該チャックテーブルの該保持面に対して垂直な方向に該集光レンズを移動させる移動機構と、
該レーザー発振器で該レーザービームを生成しながら該移動機構で該集光レンズを移動させて該検出器で検出される該レーザービームの形状及び該レーザービームの光強度を、該集光レンズの位置とともに記憶する検出結果記憶部と、を含み、
該判定部は、該検出器で検出された該レーザービームの光強度が最も大きい該集光レンズの位置での該レーザービームの形状に基づいて、該集光レンズが汚れているか否かを判定するレーザー加工装置。

【請求項2】

該検出器は、該集光レンズに対して該チャックテーブルとは反対側に配置され、該集光レンズを透過し該チャックテーブル側で反射された後に該集光レンズを再び透過した該レーザービームの形状を検出する請求項１に記載のレーザー加工装置。

【請求項3】

該集光レンズに対して該チャックテーブルとは反対側に配置され、該レーザー発振器が生成した該レーザービームの一部を反射して該集光レンズに導く反射面を有する光学素子を更に含み、
該検出器は、該光学素子の該集光レンズとは反対側に配置され、該集光レンズを再び透過した上で該反射面を透過した該レーザービームの形状を検出する請求項２に記載のレーザー加工装置。

【請求項4】

該検出器は、該集光レンズに対して該チャックテーブルと同じ側に配置されている請求項１に記載のレーザー加工装置。

【請求項5】

該集光レンズの汚れが許容される範囲にある状態で該検出器により検出され得る該レーザービームの形状を記憶する基準形状記憶部を更に含み、
該判定部は、該基準形状記憶部に記憶された該レーザービームの形状と、該検出器により検出される該レーザービームの形状と、を比較して、該集光レンズが汚れているか否かを判定する請求項１から請求項４のいずれかに記載のレーザー加工装置。

【請求項6】

該検出器の受光面の中央の領域がマスクで覆われている請求項１乃至５のいずれかに記載のレーザー加工装置。

【請求項7】

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、レーザービームを生成するレーザー発振器と、該レーザー発振器が生成した該レーザービームを該チャックテーブル側に集光する集光レンズと、該チャックテーブルの該保持面に対して垂直な方向に該集光レンズを移動させる移動機構と、を含むレーザー加工装置の該集光レンズが汚れているか否かを確認する集光レンズの状態確認方法であって、
該レーザー発振器で該レーザービームを生成するレーザービーム生成ステップと、
該集光レンズを透過した該レーザービームの形状を検出する検出ステップと、
該検出ステップで検出された該レーザービームの形状に基づいて、該集光レンズが汚れているか否かを判定する判定ステップと、を含み、
該検出ステップでは、該レーザー発振器で該レーザービームを生成しながら該移動機構で該集光レンズを移動させて該レーザービームの形状及び該レーザービームの光強度を該集光レンズの位置とともに検出し、
該判定ステップでは、該検出ステップで検出された該レーザービームの光強度が最も大きい該集光レンズの位置での該レーザービームの形状に基づいて、該集光レンズが汚れているか否かを判定する集光レンズの状態確認方法。

【請求項8】

該検出ステップでは、該集光レンズを透過し該チャックテーブル側で反射された後に該集光レンズを再び透過した該レーザービームの形状を、該集光レンズに対して該チャックテーブルとは反対側で検出する請求項７に記載の集光レンズの状態確認方法。

【請求項9】

該レーザー加工装置は、該集光レンズに対して該チャックテーブルとは反対側に配置され、該レーザー発振器が生成した該レーザービームの一部を反射して該集光レンズに導く反射面を有する光学素子を更に含み、
該検出ステップでは、該集光レンズを再び透過した上で該反射面を透過した該レーザービームの形状を、該光学素子の該集光レンズとは反対側で検出する請求項８に記載の集光レンズの状態確認方法。

【請求項10】

該検出ステップでは、該集光レンズを透過した該レーザービームの形状を、該集光レンズに対して該チャックテーブルと同じ側で検出する請求項７に記載の集光レンズの状態確認方法。

【請求項11】

該レーザービーム生成ステップの前に、該集光レンズの汚れが許容される範囲にある状態で検出され得る該レーザービームの形状を取得する基準形状取得ステップを更に含み、
該判定ステップでは、該基準形状取得ステップで取得された該レーザービームの形状と、該検出ステップで検出された該レーザービームの形状と、を比較して、該集光レンズが汚れているか否かを判定する請求項７から請求項１０のいずれかに記載の集光レンズの状態確認方法。

【請求項12】

該検出ステップでは、該レーザービームの形状のうち中央の領域以外の領域を検出する請求項７乃至１１のいずれかに記載の集光レンズの状態確認方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被加工物を加工する際に用いられるレーザー加工装置、及びレーザー加工装置が備える集光レンズの状態を確認する際に用いられる集光レンズの状態確認方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウェーハに代表される板状の被加工物を複数のチップへと分割する際には、例えば、レーザー発振器と集光レンズとを含むレーザー加工装置が用いられる。レーザー発振器で生成したレーザービームを、チップの境界となる被加工物のストリート（加工予定ライン）に対して集光レンズを通じて照射することで、この被加工物をストリートで加工して複数のチップへと分割できるようになる（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－６９３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、レーザービームを照射して被加工物をストリートで加工する際には、被加工物の内部の狭い領域、又は被加工物の近傍の狭い領域にレーザービームを照射できるように、焦点距離の短い集光レンズを被加工物から近い位置に配置することが多い。

【0005】

しかしながら、被加工物から近い位置に集光レンズを配置すると、レーザービームによって発生する被加工物の溶融した小片や蒸気等が集光レンズに付着しやすくなる。この小片や蒸気で集光レンズが汚れると、レーザービームの一部が遮られて被加工物の加工にかかる精度も低下してしまう。

【0006】

本発明はかかる問題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、集光レンズが汚れているか否かを簡単に確認できるレーザー加工装置及び集光レンズの状態確認方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様によれば、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、レーザービームを生成するレーザー発振器と、該レーザー発振器が生成した該レーザービームを該チャックテーブル側に集光する集光レンズと、該集光レンズの汚れを検出する検出ユニットであって、該集光レンズを透過した該レーザービームの形状を検出する検出器と、該検出器で検出された該レーザービームの形状に基づいて、該集光レンズが汚れているか否かを判定する判定部と、を含む該検出ユニットと、該チャックテーブルの該保持面に対して垂直な方向に該集光レンズを移動させる移動機構と、該レーザー発振器で該レーザービームを生成しながら該移動機構で該集光レンズを移動させて該検出器で検出される該レーザービームの形状及び該レーザービームの光強度を、該集光レンズの位置とともに記憶する検出結果記憶部と、を含み、該判定部は、該検出器で検出された該レーザービームの光強度が最も大きい該集光レンズの位置での該レーザービームの形状に基づいて、該集光レンズが汚れているか否かを判定するレーザー加工装置が提供される。

【0008】

本発明の一態様において、該検出器は、該集光レンズに対して該チャックテーブルとは反対側に配置され、該集光レンズを透過し該チャックテーブル側で反射された後に該集光レンズを再び透過した該レーザービームの形状を検出することがある。

【0009】

また、本発明の一態様において、該集光レンズに対して該チャックテーブルとは反対側に配置され、該レーザー発振器が生成した該レーザービームの一部を反射して該集光レンズに導く反射面を有する光学素子を更に含み、該検出器は、該光学素子の該集光レンズとは反対側に配置され、該集光レンズを再び透過した上で該反射面を透過した該レーザービームの形状を検出することがある。

【0010】

また、本発明の一態様において、該検出器は、該集光レンズに対して該チャックテーブルと同じ側に配置されていることがある。また、本発明の一態様において、該検出器の受光面の中央の領域がマスクで覆われていることがある。

【0011】

また、本発明の一態様において、該集光レンズの汚れが許容される範囲にある状態で該検出器により検出され得る該レーザービームの形状を記憶する基準形状記憶部を更に含み、該判定部は、該基準形状記憶部に記憶された該レーザービームの形状と、該検出器により検出される該レーザービームの形状と、を比較して、該集光レンズが汚れているか否かを判定することがある。

【0012】

本発明の別の一態様によれば、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、レーザービームを生成するレーザー発振器と、該レーザー発振器が生成した該レーザービームを該チャックテーブル側に集光する集光レンズと、該チャックテーブルの該保持面に対して垂直な方向に該集光レンズを移動させる移動機構と、を含むレーザー加工装置の該集光レンズが汚れているか否かを確認する集光レンズの状態確認方法であって、該レーザー発振器で該レーザービームを生成するレーザービーム生成ステップと、該集光レンズを透過した該レーザービームの形状を検出する検出ステップと、該検出ステップで検出された該レーザービームの形状に基づいて、該集光レンズが汚れているか否かを判定する判定ステップと、を含み、該検出ステップでは、該レーザー発振器で該レーザービームを生成しながら該移動機構で該集光レンズを移動させて該レーザービームの形状及び該レーザービームの光強度を該集光レンズの位置とともに検出し、該判定ステップでは、該検出ステップで検出された該レーザービームの光強度が最も大きい該集光レンズの位置での該レーザービームの形状に基づいて、該集光レンズが汚れているか否かを判定する集光レンズの状態確認方法が提供される。

【0013】

本発明の別の一態様において、該検出ステップでは、該集光レンズを透過し該チャックテーブル側で反射された後に該集光レンズを再び透過した該レーザービームの形状を、該集光レンズに対して該チャックテーブルとは反対側で検出することがある。

【0014】

また、本発明の別の一態様において、該レーザー加工装置は、該集光レンズに対して該チャックテーブルとは反対側に配置され、該レーザー発振器が生成した該レーザービームの一部を反射して該集光レンズに導く反射面を有する光学素子を更に含み、該検出ステップでは、該集光レンズを再び透過した上で該反射面を透過した該レーザービームの形状を、該光学素子の該集光レンズとは反対側で検出することがある。

【0015】

また、本発明の別の一態様において、該検出ステップでは、該集光レンズを透過した該レーザービームの形状を、該集光レンズに対して該チャックテーブルと同じ側で検出することがある。また、本発明の別の一態様において、該検出ステップでは、該レーザービームの形状のうち中央の領域以外の領域を検出することがある。

【0016】

また、本発明の別の一態様において、該レーザービーム生成ステップの前に、該集光レンズの汚れが許容される範囲にある状態で検出され得る該レーザービームの形状を取得する基準形状取得ステップを更に含み、該判定ステップでは、該基準形状取得ステップで取得された該レーザービームの形状と、該検出ステップで検出された該レーザービームの形状と、を比較して、該集光レンズが汚れているか否かを判定することがある。

【発明の効果】

【0017】

本発明の一態様にかかるレーザー加工装置は、集光レンズを透過したレーザービームの形状を検出する検出器と、検出器で検出されたレーザービームの形状に基づいて、集光レンズが汚れているか否かを判定する判定部と、を含む検出ユニットを含むので、集光レンズが汚れているか否かを簡単に確認できる。

【0018】

また、本発明の別の一態様にかかる集光レンズの状態確認方法は、集光レンズを透過したレーザービームの形状を検出する検出ステップと、検出ステップで検出されたレーザービームの形状に基づいて、集光レンズが汚れているか否かを判定する判定ステップと、を含むので、集光レンズが汚れているか否かを簡単に確認できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、レーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。

【図2】図２は、レーザー加工装置の内部でレーザービームが進行する様子を示す模式図である。

【図3】図３は、制御ユニットの機能的な構造を示す機能ブロック図である。

【図4】図４は、集光レンズの状態確認方法の概要を示すフローチャートである。

【図5】図５は、基準プロファイルの例を模式的に示す図である。

【図6】図６は、検出プロファイルの例を模式的に示す図である。

【図7】図７は、検出プロファイルの別の例を模式的に示す図である。

【図8】図８は、変形例にかかるレーザー加工装置の構成例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかるレーザー加工装置２の構成例を示す斜視図である。なお、図１では、レーザー加工装置２の一部の構成要素を機能ブロックで示している。また、以下の説明で用いられるＸ軸方向（加工送り方向）、Ｙ軸方向（割り出し送り方向）、及びＺ軸方向（鉛直方向）は、互いに垂直である。

【0021】

図１に示すように、レーザー加工装置２は、各構成要素を支持する基台４を備えている。基台４の上面には、水平移動機構（加工送り機構、割り出し送り機構）６が配置されている。水平移動機構６は、基台４の上面に固定されＹ軸方向に対して概ね平行な一対のＹ軸ガイドレール８を備えている。Ｙ軸ガイドレール８には、Ｙ軸移動プレート１０がＹ軸方向に沿ってスライドできる態様で取り付けられている。

【0022】

Ｙ軸移動プレート１０の下面側には、ボールネジを構成するナット（不図示）が設けられている。このナットには、Ｙ軸ガイドレール８に対して概ね平行なネジ軸１２が回転できる態様でねじ込まれている。ネジ軸１２の一端部には、Ｙ軸パルスモーター１４が連結されている。Ｙ軸パルスモーター１４でネジ軸１２を回転させれば、Ｙ軸移動プレート１０は、Ｙ軸ガイドレール８に沿ってＹ軸方向に移動する。

【0023】

Ｙ軸移動プレート１０の上面には、Ｘ軸方向に対して概ね平行な一対のＸ軸ガイドレール１６が設けられている。Ｘ軸ガイドレール１６には、Ｘ軸移動プレート１８がＸ軸方向に沿ってスライドできる態様で取り付けられている。Ｘ軸移動プレート１８の下面側には、ボールネジを構成するナット（不図示）が設けられている。

【0024】

このナットには、Ｘ軸ガイドレール１６に対して概ね平行なネジ軸２０が回転できる態様でねじ込まれている。ネジ軸２０の一端部には、Ｘ軸パルスモーター２２が連結されている。Ｘ軸パルスモーター２２でネジ軸２０を回転させれば、Ｘ軸移動プレート１８は、Ｘ軸ガイドレール１６に沿ってＸ軸方向に移動する。

【0025】

Ｘ軸移動プレート１８の上面側には、円柱状のテーブル基台２４が配置されている。また、テーブル基台２４の上部には、被加工物１１の保持に使用されるチャックテーブル（保持テーブル）２６が配置されている。テーブル基台２４の下部には、モーター等の回転駆動源（不図示）が連結されている。

【0026】

この回転駆動源から発生する力によって、チャックテーブル２６は、Ｚ軸方向に対して概ね平行な回転軸の周りに回転する。また、テーブル基台２４及びチャックテーブル２６は、上述した水平移動機構６によって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動する（加工送り、割り出し送り）。

【0027】

被加工物１１は、例えば、シリコン等の半導体でなる円盤状のウェーハである。この被加工物１１の表面（図１では上面）側は、互いに交差する複数のストリート（加工予定ライン）によって複数の小領域に区画されており、各小領域には、ＩＣ（Integrated Circuit）等のデバイスが形成されている。

【0028】

被加工物１１の裏面（図１では下面）側には、例えば、被加工物１１よりも径の大きいテープ（ダイシングテープ）１３が貼付される。また、テープ１３の外周部分は、環状のフレーム１５に固定される。このように、被加工物１１は、テープ１３を介してフレーム１５に支持された状態で加工されることになる。

【0029】

なお、本実施形態では、シリコン等の半導体でなる円盤状のウェーハを被加工物１１としているが、被加工物１１の材質、形状、構造、大きさ等に制限はない。例えば、他の半導体、セラミックス、樹脂、金属等の材料でなる基板等を被加工物１１として用いることもできる。

【0030】

同様に、被加工物１１に形成されるデバイスの種類、数量、形状、構造、大きさ、配置等にも制限はない。被加工物１１には、デバイスが形成されていなくても良い。また、被加工物１１は、テープ１３が貼付されていない状態や、フレーム１５に支持されていない状態で加工されることがある。

【0031】

チャックテーブル２６の上面の一部は、例えば、多孔質材で形成されており、テープ１３（テープ１３が貼付されない場合には被加工物１１）と接触して被加工物１１を保持する保持面２６ａとして機能する。この保持面２６ａは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して概ね平行である。

【0032】

また、保持面２６ａは、チャックテーブル２６の内部に設けられた流路（不図示）等を介して真空ポンプ等の吸引源（不図示）に接続されている。チャックテーブル２６の周囲には、被加工物１１を支持する環状のフレーム１５を固定できる４個のクランプ２８が設けられている。

【0033】

水平移動機構６のＹ軸方向の一方側の領域には、Ｘ軸方向に対して概ね垂直な側面を持つ支持構造３０が設けられている。この支持構造３０の側面には、鉛直移動機構（高さ調整機構）３２が配置されている。鉛直移動機構３２は、支持構造３０の側面に固定されＺ軸方向に対して概ね平行な一対のＺ軸ガイドレール３４を備えている。Ｚ軸ガイドレール３４には、Ｚ軸移動プレート３６がＺ軸方向に沿ってスライドできる態様で取り付けられている。

【0034】

Ｚ軸移動プレート３６の裏面側（Ｚ軸ガイドレール３４側）には、ボールネジを構成するナット（不図示）が設けられている。このナットには、Ｚ軸ガイドレール３４に対して概ね平行なネジ軸（不図示）が回転できる態様でねじ込まれている。ネジ軸の一端部には、Ｚ軸パルスモーター３８が連結されている。Ｚ軸パルスモーター３８でネジ軸を回転させれば、Ｚ軸移動プレート３６は、Ｚ軸ガイドレール３４に沿ってＺ軸方向に移動する。

【0035】

Ｚ軸移動プレート３６の表面側には、支持具４０が固定されており、この支持具４０には、レーザービーム照射ユニット４２の一部が支持されている。図２は、レーザー加工装置２の内部でレーザービーム２１が進行する様子を示す模式図である。図１及び図２に示すように、レーザービーム照射ユニット４２は、例えば、基台４に固定されたレーザー発振器４４と、支持具４０に支持されＹ軸方向に長い筒状のハウジング４６と、ハウジング４６の端部（Ｙ軸方向の他方側の端部）に設けられた照射ヘッド４８と、を含む。

【0036】

レーザー発振器４４は、例えば、レーザー発振に適したＮｄ：ＹＡＧ等のレーザー媒質を備えており、被加工物１１の加工に使用されるレーザービーム２１を生成してハウジング４６側に出射する。本実施形態では、このレーザー発振器４４によって、被加工物１１を透過する波長のレーザービーム２１が生成される。

【0037】

ただし、レーザー発振器４４は、被加工物１１に吸収される波長のレーザービームを生成できるように構成されても良い。なお、被加工物１１を透過する波長のレーザービームは、被加工物１１を多光子吸収等によって改質する加工に適しており、被加工物１１に吸収される波長のレーザービームは、被加工物１１のアブレーション加工等に適している。

【0038】

ハウジング４６は、レーザービーム照射ユニット４２を構成する光学系の一部を収容しており、レーザー発振器４４から出射されたレーザービーム２１を照射ヘッド４８へと導く。本実施形態では、図２に示すように、ミラー４６ａとミラー４６ｂとがハウジング４６に収容されている。

【0039】

照射ヘッド４８には、レーザービーム照射ユニット４２を構成する光学系の別の一部が収容されている。例えば、この照射ヘッド４８は、ハウジング４６から導かれるレーザービーム２１の進路をビームスプリッター（数％の光を透過する一般的なミラーや、ハーフミラーを含む）等の光学素子４８ａで下向きに変え、下方に配置された集光レンズ４８ｂでチャックテーブル２６側の所定の高さの位置に集光する。

【0040】

すなわち、光学素子４８ａは、集光レンズ４８ｂに対してチャックテーブル２６とは反対側に配置されており、レーザー発振器４４が生成したレーザービーム２１の一部をその反射面で反射して集光レンズ４８ｂに導く。一方で、この光学素子４８ａの反射面は、レーザービーム２１の他の一部を透過できるように構成されている。集光レンズ４８ｂは、代表的には、凸レンズである。

【0041】

光学素子４８ａの上方（光学素子４８ａに対して集光レンズ４８ｂとは反対側、集光レンズ４８ｂに対してチャックテーブル２６とは反対側）には、レーザービーム２１のビームプロファイルを検出できる検出器５０が配置されている。なお、このレーザービーム２１のビームプロファイルには、進行方向に対して垂直な平面に照射した場合のレーザービーム２１の輪郭の形状や、進行方向に対して垂直な平面に照射した場合のレーザービーム２１の２次元的な強度分布の情報が含まれる。

【0042】

検出器５０の受光面は、下方（光学素子４８ａ側）から伝播するレーザービーム２１のビームプロファイル（輪郭の形状や２次元的な強度分布）を検出できるように、下方（光学素子４８ａ側）を向いている。よって、例えば、レーザービーム２１を反射できる平坦な反射面を持つ反射部材２３をチャックテーブル２６の保持面２６ａに載せることで、この反射部材２３で反射して集光レンズ４８ｂ及び光学素子４８ａを透過するレーザービーム２１のビームプロファイルを検出器５０で検出できる。

【0043】

検出器５０としては、例えば、レーザービーム２１の波長に感度を持つＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ等の２次元光センサを含むビームプロファイラが用いられる。また、検出器５０として、分割型シリコンフォトダイオード等の受光素子が用いられても良い。

【0044】

図１に示すように、照射ヘッド４８のＸ軸方向の一方側の領域には、ハウジング４６に固定されたカメラ（撮像ユニット）５２が配置されている。カメラ５２は、例えば、可視光に感度を持つＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ等の２次元光センサを含んでおり、チャックテーブル２６によって保持される被加工物１１の上面等を撮像する際に使用される。

【0045】

レーザービーム照射ユニット４２のハウジング４６及び照射ヘッド４８は、上述したカメラ５２とともに、鉛直移動機構３２によってＺ軸方向に移動する。つまり、鉛直移動機構３２は、照射ヘッド４８に設けられる光学素子４８ａや集光レンズ４８ｂ等の構成要素を、チャックテーブル２６の保持面２６ａに対して概ね垂直な方向に移動させる。本実施形態の検出器５０は、照射ヘッド４８に固定されており、照射ヘッド４８とともにＺ軸方向に移動する。

【0046】

なお、本実施形態では、レーザー発振器４４が基台４に固定されている場合を例に挙げたが、レーザー発振器４４は、ハウジング４６等とともに鉛直移動機構３２によってＺ軸方向に移動できるように構成されることもある。また、集光レンズ４８ｂのみを独立してＺ軸方向に移動させることができるように、照射ヘッド４８にアクチュエーター等が設けられても良い。

【0047】

基台４の上部は、各構成要素を収容できるカバー（不図示）によって覆われている。このカバーの側面には、ユーザーインターフェースとなるタッチスクリーン（入出力装置）５４が配置されている。例えば、被加工物１１を加工する際に適用される種々の条件は、このタッチスクリーン５４に入力される。なお、表示装置（出力装置）と入力装置とが一体になったタッチスクリーン５４の代わりに、液晶ディスプレイ等の表示装置（出力装置）と、キーボードやマウス等の入力装置と、をそれぞれ設けても良い。

【0048】

水平移動機構６、鉛直移動機構３２、レーザービーム照射ユニット４２、検出器５０、カメラ５２、タッチスクリーン５４等の構成要素は、それぞれ、制御ユニット５６に接続されている。制御ユニット５６は、被加工物１１の加工に必要な一連の工程に合わせて、上述した各構成要素を制御する。

【0049】

制御ユニット５６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理装置と、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の主記憶装置と、ハードディスクドライブやフラッシュメモリ等の補助記憶装置と、を含むコンピュータによって構成される。補助記憶装置に記憶されるソフトウェアに従い処理装置等を動作させることによって、制御ユニット５６の機能を実現できる。ただし、制御ユニット５６は、ハードウェアのみによって実現されても良い。

【0050】

図３は、制御ユニット５６の機能的な構造を示す機能ブロック図である。図３に示すように、制御ユニット５６は、レーザー発振器４４によるレーザー発振を制御するレーザー発振制御部５６ａと、水平移動機構６及び鉛直移動機構３２の動作を制御する移動制御部５６ｂと、を含む。

【0051】

集光レンズ４８ｂの状態を確認する際には、例えば、レーザー発振制御部５６ａの指示に基づき、レーザー発振器４４がレーザービーム２１の生成を開始する。この状態で、移動制御部５６ｂが鉛直移動機構３２の動作を制御し、Ｚ軸移動プレート３６をＺ軸方向に移動させる。つまり、レーザー発振器４４でレーザービーム２１を生成しながら、鉛直移動機構３２で集光レンズ４８ｂをチャックテーブル２６の保持面２６ａに対して垂直な方向に移動させる。

【0052】

Ｚ軸移動プレート３６のＺ軸方向の位置に関する情報は、集光レンズ４８ｂのＺ軸方向の位置（以下、「レンズ位置」）に関する情報として、移動制御部５６ｂから検出結果記憶部５６ｃへと送られる。検出結果記憶部５６ｃは、移動制御部５６ｂから送られたレンズ位置を、検出器５０が検出したレーザービーム２１のビームプロファイル（以下、「検出プロファイル」）とともに記憶する。

【0053】

具体的には、例えば、検出結果記憶部５６ｃは、同じタイミングで取得される検出プロファイルに関する情報とレンズ位置に関する情報とを、互いに紐づけた状態で記憶する。つまり、検出結果記憶部５６ｃには、集光レンズ４８ｂのＺ軸方向の位置と、レーザービーム２１のビームプロファイルと、の関係が記憶される。

【0054】

検出結果記憶部５６ｃに記憶された検出プロファイルは、必要に応じて判定部５６ｄで使用される。判定部５６ｄは、例えば、検出結果記憶部５６ｃに記憶された検出プロファイルを、基準となるレーザービーム２１のビームプロファイル（以下、「基準プロファイル」）と比較して、集光レンズ４８ｂが汚れているか否かを判定する。なお、この基準プロファイルは、基準プロファイル記憶部（基準形状記憶部）５６ｅに予め記憶される。

【0055】

判定部５６ｄによる判定の結果は、例えば、タッチスクリーン５４に表示される。オペレーターは、タッチスクリーン５４に表示される判定の結果を確認することで、判定の結果に対応する各種の処理を行うことができるようになる。このように、制御ユニット５６（判定部５６ｄ）は、検出器５０とともに、集光レンズ４８ｂの汚れを検出するための検出ユニットを構成している。制御ユニット５６のより詳細な機能及び動作については後述する。

【0056】

次に、上述したレーザー加工装置２を用いて行われる集光レンズの状態確認方法について説明する。図４は、集光レンズの状態確認方法の概要を示すフローチャートである。本実施形態にかかる集光レンズの状態確認方法では、まず、集光レンズ４８ｂの汚れが許容される範囲にある状態で、検出器５０によって検出され得るレーザービーム２１のプロファイル（基準プロファイル）を取得する（基準プロファイル取得ステップ（基準形状取得ステップ）ＳＴ１）。

【0057】

具体的には、集光レンズ４８ｂが汚れていない状態で、例えば、オペレーターがチャックテーブル２６の保持面２６ａに反射部材２３を載せ、その後、レーザー発振制御部５６ａがレーザー発振器４４によるレーザービーム２１の生成を開始する。レーザー発振器４４から出射されるレーザービーム２１の一部は、図２に示すように、光学素子４８ａの反射面で反射され、集光レンズ４８ｂへと導かれる。なお、反射部材２３としては、例えば、平坦な反射面を持つウェーハやミラー等が使用される。

【0058】

集光レンズ４８ｂを透過したレーザービーム２１は、反射部材２３（すなわち、集光レンズ４８ｂよりもチャックテーブル２６側）で反射された後に、再び集光レンズ４８ｂを透過する。集光レンズ４８ｂを再び透過したレーザービーム２１の一部は、光学素子４８ａの反射面を透過し、そのビームプロファイルが検出器５０で検出される。

【0059】

このようにして検出されたレーザービーム２１のビームプロファイルは、基準プロファイルとして基準プロファイル記憶部５６ｅに記憶される。図５は、基準プロファイル記憶部５６ｅに記憶される基準プロファイルの例を模式的に示す図である。集光レンズ４８ｂが汚れていない場合には、図５に示すように、集光レンズ４８ｂを透過した後のレーザービーム２１の輪郭の形状が円になり、光強度の分布はガウス分布になる。

【0060】

なお、本実施形態では、検出器５０で実際に検出されるレーザービーム２１のビームプロファイルを、判定の基準となる基準プロファイルとして基準プロファイル記憶部５６ｅに記憶させているが、計算等によって得られる理想的なビームプロファイルを、基準プロファイルとして基準プロファイル記憶部５６ｅに記憶させることもできる。

【0061】

基準プロファイルを取得した後には、任意のタイミングで集光レンズ４８ｂの状態を確認することができる。集光レンズ４８ｂの状態を確認する際には、例えば、オペレーターがチャックテーブル２６の保持面２６ａに反射部材２３を載せ、その後、レーザー発振制御部５６ａがレーザー発振器４４によるレーザービーム２１の生成を開始する（レーザービーム生成ステップＳＴ２）。

【0062】

そして、検出器５０によってレーザービーム２１のプロファイルを検出する（検出ステップＳＴ３）。レーザー発振器４４から出射されるレーザービーム２１の一部は、図２に示すように、光学素子４８ａの反射面で反射され、集光レンズ４８ｂへと導かれる。集光レンズ４８ｂを透過したレーザービーム２１は、反射部材２３（すなわち、集光レンズ４８ｂよりもチャックテーブル２６側）で反射された後に、再び集光レンズ４８ｂを透過する。

【0063】

集光レンズ４８ｂを再び透過したレーザービーム２１の一部は、光学素子４８ａの反射面を透過し、そのビームプロファイルが検出器５０で検出される。このようにして検出されたレーザービーム２１のビームプロファイルは、検出プロファイルとして検出結果記憶部５６ｃに記憶される。

【0064】

図６は、検出結果記憶部５６ｃに記憶される検出プロファイルの例を模式的に示す図であり、図７は、検出結果記憶部５６ｃに記憶される検出プロファイルの別の例を模式的に示す図である。図６に示すように、集光レンズ４８ｂが汚れている場合には、集光レンズ４８ｂを透過した後のレーザービーム２１の輪郭の形状は、変形した円になる。そして、レーザービーム２１の光強度の分布も、ガウス分布から外れる。

【0065】

図７に示すように、集光レンズ４８ｂの汚れがひどい場合には（つまり、汚れの程度が大きい場合には）、集光レンズ４８ｂを透過した後のレーザービーム２１の輪郭の形状は、円から大幅に変形した形状になる。更に、レーザービーム２１の光強度の分布も、ガウス分布から大きく外れる。

【0066】

なお、このビームプロファイルの検出は、鉛直移動機構３２によってＺ軸移動プレート３６を移動させながら行われることが望ましい。具体的には、Ｚ軸移動プレート３６のＺ軸方向の位置に関する情報を取得しながら、各位置でビームプロファイルを検出する。つまり、レーザー発振器４４でレーザービーム２１を生成しながら鉛直移動機構３２で集光レンズ４８ｂを移動させ、レーザービーム２１のビームプロファイルを集光レンズ４８ｂの位置とともに検出する。

【0067】

同じタイミングで取得された検出プロファイルに関する情報とレンズ位置に関する情報とは、互いに紐づけられた状態で検出結果記憶部５６ｃに記憶される。このように、集光レンズ４８ｂのＺ軸方向の位置と、レーザービーム２１のビームプロファイルと、の関係を取得することで、集光レンズ４８ｂの状態の判定に適した検出プロファイルを用いて判定の精度を高めることができるようになる。

【0068】

検出プロファイルの取得が完了すると、判定部５６ｄは、取得された検出プロファイルに基づいて集光レンズ４８ｂが汚れているか否かを判定する（判定ステップＳＴ４）。具体的には、判定部５６ｄは、検出プロファイルが許容される範囲内にある場合に、集光レンズ４８ｂが汚れていないと判定し、検出プロファイルが許容される範囲を超えている場合に、集光レンズ４８ｂが汚れていると判定する。

【0069】

判定の方法に特段の制限はないが、基準プロファイルと検出プロファイルとの間の相関の強さを求めて利用することで、精度の良い判定が可能になる。具体的には、レーザービーム２１の輪郭の形状を比較する方法や、レーザービーム２１の２次元的な光強度の分布を比較する方法、光学系の光軸から離れた位置で検出される散乱光の強度を確認する方法等を採用できる。

【0070】

輪郭の形状を比較する方法では、例えば、基準プロファイル中のレーザービーム２１の輪郭と検出プロファイル中のレーザービーム２１の輪郭とをエッジ検出等の画像処理によって抽出し、これらの形状の相関の強さを求める。相関が強い場合、判定部５６ｄは、集光レンズ４８ｂが汚れていないと判定し、相関が弱い場合、判定部５６ｄは、集光レンズ４８ｂが汚れていると判定する。基準プロファイルと検出プロファイルとで光強度が等しい位置を抽出し、その位置の相関の強さに基づいて判定を行っても良い。

【0071】

２次元的な光強度の分布を比較する方法では、例えば、検出器５０の受光面を、この受光面の中心を通る境界に沿って面積が等しい複数（例えば、４つ）の領域に分割し、各領域で光強度の総和を検出する。各領域の光強度に基づきレーザービーム２１の対称性を確認することで、集光レンズ４８ｂが汚れているか否かを判定できる。

【0072】

例えば、任意の２つの領域の光強度の差が閾値以下の場合、集光レンズ４８ｂが汚れていないと判定され、任意の２つの領域の光強度の差が閾値よりも大きい場合、集光レンズ４８ｂが汚れていると判定される。なお、基準プロファイル中のレーザービーム２１の光強度の分布と、検出プロファイル中のレーザービーム２１の光強度の分布と、の相関の強さに基づいて判定を行うこともできる。

【0073】

光学系の光軸から離れた位置で検出される散乱光の強度を確認する方法では、例えば、検出プロファイル中の光軸から十分に離れた位置での光強度が閾値以下の場合に、集光レンズ４８ｂが汚れていないと判定される。一方で、検出プロファイル中の光軸から十分に離れた位置での光強度が閾値より大きい場合には、集光レンズ４８ｂが汚れていると判定される。例えば、各位置での光強度が２５６段階で表現される場合には、小さい側から第５０番目～第１００番目の光強度を閾値に設定すると良好な結果を得やすくなる。

【0074】

なお、レーザービーム２１のビームプロファイルを集光レンズ４８ｂの位置（Ｚ軸方向）とともに取得している場合には、検出器５０で検出されたレーザービーム２１の光強度（例えば、受光面での総和）が最も大きい集光レンズ４８ｂの位置でのレーザービーム２１のビームプロファイルに基づいて、集光レンズ４８ｂが汚れているか否かを判定すると良い。これにより、集光レンズ４８ｂの状態をより適切に判定できる。

【0075】

基準プロファイルと検出プロファイルとの相違が任意の閾値未満の場合、つまり、検出プロファイルが許容される範囲にあり、集光レンズ４８ｂが汚れていないと判定される場合（判定ステップＳＴ４：ＹＥＳ）、集光レンズ４８ｂが汚れていない場合の処理を行う（第１処理ステップＳＴ５）。例えば、判定部５６ｄは、集光レンズ４８ｂが汚れていない旨をタッチスクリーン５４に表示させる。また、オペレーターは、被加工物１１の加工を再開する等の処理を行う。

【0076】

一方で、基準プロファイルと検出プロファイルとの相違が任意の閾値より大きい場合、つまり、検出プロファイルが許容される範囲になく、集光レンズ４８ｂが汚れていると判定される場合（判定ステップＳＴ４：ＮＯ）、集光レンズ４８ｂが汚れている場合の処理を行う（第２処理ステップＳＴ６）。例えば、判定部５６ｄは、集光レンズ４８ｂが汚れている旨をタッチスクリーン５４に表示させる。また、オペレーターは、集光レンズ４８ｂの清掃や交換等のメンテナンス作業を行う。

【0077】

以上のように、本実施形態にかかるレーザー加工装置２は、集光レンズ４８ｂを透過したレーザービーム２１の形状を検出する検出器５０と、検出器５０で検出されたレーザービーム２１のプロファイル（形状）に基づいて、集光レンズ４８ｂが汚れているか否かを判定する判定部５６ｄと、を含む検出ユニットを含むので、集光レンズ４８ｂが汚れているか否かを簡単に確認できる。

【0078】

また、本実施形態にかかる集光レンズの状態確認方法は、集光レンズ４８ｂを透過したレーザービーム２１のプロファイル（形状）を検出し（検出ステップＳＴ３）、検出されたレーザービーム２１のプロファイルに基づいて、集光レンズ４８ｂが汚れているか否かを判定する（判定ステップＳＴ４）ので、集光レンズ４８ｂが汚れているか否かを簡単に確認できる。

【0079】

なお、本発明は、上述した実施形態の記載に制限されず種々変更して実施可能である。例えば、上述した実施形態では、チャックテーブル２６に対して反射部材２３を載せているが、チャックテーブル２６に対して隣接する位置に反射部材２３を配置しても良い。また、偏光ビームスプリッターを光学素子４８ａとして用い、この光学素子４８ａと集光レンズ４８ｂとの間に１／４波長板を配置して、検出器５０に入射するレーザービーム２１の光量を調整できるようにしても良い。

【0080】

また、上述した実施形態では、集光レンズ４８ｂの汚れを検出する検出ユニットを含むレーザー加工装置２及びこのレーザー加工装置２を用いる集光レンズの状態確認方法について説明したが、本発明にかかる集光レンズの状態確認方法は、このレーザー加工装置２を用いることなく実施できる。

【0081】

例えば、検出器５０で検出される検出プロファイルをタッチスクリーン５４等に表示させることで、集光レンズ４８ｂが汚れているか否かをオペレーター自身に判定させても良い。この場合、レーザー加工装置は、判定部５６ｄや基準プロファイル記憶部５６ｅ等を備える必要がない。

【0082】

また、この場合には、例えば、光学系の光軸から離れた位置で検出される散乱光の強度を確認する方法で集光レンズ４８ｂの汚れを判定すると良い。具体的には、検出プロファイル中の光軸から十分に離れた位置での光強度が閾値以下の場合に、オペレーターは、集光レンズ４８ｂが汚れていないと判定する。一方で、検出プロファイル中の光軸から十分に離れた位置での光強度が閾値より大きい場合には、オペレーターは、集光レンズ４８ｂが汚れていると判定する。

【0083】

なお、集光レンズ４８ｂが汚れている場合には、レーザービーム２１の散乱が大きくなって、検出プロファイルの外周側の領域での光強度が大きくなりやすい。よって、検出プロファイルの中心からの距離で各位置の光強度に重みを付けて、検出プロファイルの外周側の領域が判定に与える影響を相対的に大きくしても良い。また、検出器５０の受光面の中央の領域（基準プロファイル中で光強度が大きい領域）を予めマスク等で覆っておいても良い。

【0084】

また、上述した実施形態では、集光レンズ４８ｂに対してチャックテーブル２６とは反対側に配置された検出器５０を備えるレーザー加工装置２について説明したが、レーザー加工装置の検出器５０は、集光レンズ４８ｂに対してチャックテーブル２６と同じ側に配置されていても良い。

【0085】

図８は、変形例にかかるレーザー加工装置１０２の構成例を示す模式図である。なお、変形例にかかるレーザー加工装置１０２の基本的な構造は、上述した実施形態のレーザー加工装置２の基本的な構造と同じである。よって、レーザー加工装置２と共通する構成要素には同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

【0086】

図８に示すように、変形例にかかるレーザー加工装置１０２は、被加工物１１の保持に使用されるチャックテーブル（保持テーブル）１２６を備えている。このチャックテーブル１２６の上面の一部は、例えば、レーザービーム２１を透過できる材質で形成されており、テープ１３（テープ１３が貼付されない場合には被加工物１１）と接触して被加工物１１を保持する保持面１２６ａとして機能する。この保持面１２６ａは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して概ね平行である。

【0087】

チャックテーブル１２６の保持面１２６ａの下方には、レーザービーム２１のビームプロファイルを検出できる検出器５０が配置されている。検出器５０の受光面は、上方（チャックテーブル１２６の保持面１２６ａ側）から伝播するレーザービーム２１のビームプロファイル（輪郭の形状や２次元的な強度分布）を検出できるように、上方（保持面１２６ａ側）を向いている。

【0088】

よって、集光レンズ４８ｂを透過した上で保持面１２６ａを透過するレーザービーム２１のビームプロファイルを検出器５０で検出できる。なお、この場合には、光学素子４８ａは、レーザービーム２１を部分的に透過する反射面を備えたビームスプリッター等でなくても良い。光学素子４８ａは、例えば、レーザービーム２１を完全に反射するミラー等でも良い。

【0089】

また、検出器５０は、チャックテーブル１２６に対して隣接する位置に配置されても良い。この場合には、チャックテーブル１２６に被加工物１１を載せた状態でも、レーザービーム２１のビームプロファイルを検出できるようになる。なお、この場合には、チャックテーブル１２６の保持面１２６ａが、レーザービーム２１を透過できる材質で形成されていなくても良い。

【0090】

その他、上述した実施形態や変形例にかかる構造、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変更して実施できる。

【符号の説明】

【0091】

２ ：レーザー加工装置
４ ：基台
６ ：水平移動機構（加工送り機構、割り出し送り機構）
８ ：Ｙ軸ガイドレール
１０ ：Ｙ軸移動プレート
１２ ：ネジ軸
１４ ：Ｙ軸パルスモーター
１６ ：Ｘ軸ガイドレール
１８ ：Ｘ軸移動プレート
２０ ：ネジ軸
２２ ：Ｘ軸パルスモーター
２４ ：テーブル基台
２６ ：チャックテーブル（保持テーブル）
２６ａ ：保持面
２８ ：クランプ
３０ ：支持構造
３２ ：鉛直移動機構（高さ調整機構）
３４ ：Ｚ軸ガイドレール
３６ ：Ｚ軸移動プレート
３８ ：Ｚ軸パルスモーター
４０ ：支持具
４２ ：レーザービーム照射ユニット
４４ ：レーザー発振器
４６ ：ハウジング
４６ａ ：ミラー
４６ｂ ：ミラー
４８ ：照射ヘッド
４８ａ ：光学素子
４８ｂ ：集光レンズ
５０ ：検出器
５２ ：カメラ（撮像ユニット）
５４ ：タッチスクリーン（入出力装置）
５６ ：制御ユニット
５６ａ ：レーザー発振制御部
５６ｂ ：移動制御部
５６ｃ ：検出結果記憶部
５６ｄ ：判定部
５６ｅ ：基準プロファイル記憶部（基準形状記憶部）
１０２ ：レーザー加工装置
１２６ ：チャックテーブル（保持テーブル）
１２６ａ ：保持面
１１ ：被加工物
１３ ：テープ（ダイシングテープ）
１５ ：フレーム
２１ ：レーザービーム
２３ ：反射部材
ＳＴ１ ：基準プロファイル取得ステップ（基準形状取得ステップ）
ＳＴ２ ：レーザービーム生成ステップ
ＳＴ３ ：検出ステップ
ＳＴ４ ：判定ステップ
ＳＴ５ ：第１処理ステップ
ＳＴ６ ：第２処理ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】