JP7305271B2 - レーザー加工装置の加工性能の確認方法 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物に吸収される波長を有するレーザービームで被加工物を加工するレーザー加工装置の加工性能の確認方法に関する。

各種の電子機器に組み込まれるデバイスチップは、格子状に配置された複数の分割予定ラインによりウェーハの表面側を複数の領域に区画し、各領域に集積回路等のデバイスを形成した上で、このウェーハを各分割予定ラインに沿って分割することにより得られる。

ウェーハ等の板状の被加工物を分割する際には、例えば、被加工物に吸収される波長のレーザービームを照射できるレーザービーム照射ユニットを備えたレーザー加工装置が用いられる（例えば、特許文献１参照）。

レーザービーム照射ユニットは、一般に、レーザー発振器と、ミラー、レンズ等の複数の光学部品でなる光学系とを含む。レーザー発振器で発生したレーザービームは光学系を経て被加工物へと導かれる。

光学系は、レーザービームを集光させるための集光レンズを含む。レーザービームが被加工物に吸収される波長を有する場合に、集光レンズにより集光されたレーザービームが被加工物に照射されると、アブレーション加工によって被加工物には溝等が形成される。

但し、振動、熱等により光学部品の位置、角度等にズレが生じた場合、レーザー加工装置の加工性能が変化することがある。加工性能が変化すると、被加工物を適切に加工できなくなる。

そこで、集光レンズの高さ位置を予め設定された高さとは異なる高さに位置付けて試験的に被加工物をアブレーション加工し、集光点の高さ位置を確認する作業が行われることがある（例えば、特許文献２参照）。

但し、特許文献２に記載の方法では、集光レンズを異なる複数の高さに位置付けると共に、集光レンズを各高さに固定した状態で、被加工物をアブレーション加工してそれぞれ直線状の複数の加工溝を形成する必要がある。

それゆえ、加工溝の本数が増加するに従い、被加工物の加工に要する時間が多くなるという問題がある。更に、加工溝の本数が増加すると、１つの被加工物では足りなくなり、複数の被加工物が必要になる場合もある。それゆえ、被加工物の使用面積又は消費量が増えるという問題もある。

特開２００７－２７５９１２号公報 特開２０１３－７８７８５号公報

本発明は係る問題点に鑑みてなされたものであり、レーザー加工装置の加工性能を確認する場合に、加工時間を短縮し、テスト加工用の被加工物の使用面積又は消費量を削減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レーザービームで該被加工物を加工するレーザー加工装置の加工性能の確認方法であって、該被加工物を該レーザー加工装置のチャックテーブルで保持する保持ステップと、該レーザービームの集光点の高さを変化させながら、該被加工物と該集光点とを該被加工物の厚さ方向と直交する所定の方向に相対的に移動させることで、該被加工物の上面に加工痕を形成する加工痕形成ステップと、該加工痕形成ステップで形成された加工痕の複数の領域を撮像する撮像ステップと、該撮像ステップで取得された画像に基づいて、該レーザー加工装置の加工性能を確認する確認ステップと、を備え、該撮像ステップでは、該厚さ方向及び該所定の方向と直交する方向において加工痕の幅が最も狭い部分を含む第１領域を撮像し、該確認ステップは、該第１領域の画像に基づいて、最も狭い幅の加工痕が形成されるときに該レーザー加工装置の集光レンズが位置付けられる高さを特定する高さ位置特定ステップを含むレーザー加工装置の加工性能の確認方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、被加工物に吸収される波長を有するレーザービームで該被加工物を加工するレーザー加工装置の加工性能の確認方法であって、該被加工物を該レーザー加工装置のチャックテーブルで保持する保持ステップと、該レーザービームの集光点の高さを変化させながら、該被加工物と該集光点とを該被加工物の厚さ方向と直交する所定の方向に相対的に移動させることで、該被加工物の上面に加工痕を形成する加工痕形成ステップと、該加工痕形成ステップで形成された加工痕の複数の領域を撮像する撮像ステップと、該撮像ステップで取得された画像に基づいて、該レーザー加工装置の加工性能を確認する確認ステップと、を備え、該確認ステップは、該レーザー加工装置の撮像ユニットの撮像領域内に設定された基準線と、該所定の方向と直交する方向における加工痕の幅の中心に位置し該所定の方向と平行な中心線とのズレ量を、少なくとも２つの異なる領域において検出するズレ量検出ステップと、該ズレ量検出ステップの後、該少なくとも２つの領域における各々の該ズレ量が許容範囲内であれば該レーザービームを該被加工物に照射するための光学系の調整が必要ではないと判断し、該許容範囲外であれば該光学系の調整が必要であると判断する調整要否判断ステップと、を含むレーザー加工装置の加工性能の確認方法が提供される。

本発明の更なる他の態様によれば、被加工物に吸収される波長を有するレーザービームで該被加工物を加工するレーザー加工装置の加工性能の確認方法であって、該被加工物を該レーザー加工装置のチャックテーブルで保持する保持ステップと、該レーザービームの集光点の高さを変化させながら、該被加工物と該集光点とを該被加工物の厚さ方向と直交する所定の方向に相対的に移動させることで、該被加工物の上面に加工痕を形成する加工痕形成ステップと、該加工痕形成ステップで形成された加工痕の複数の領域を撮像する撮像ステップと、該撮像ステップで取得された画像に基づいて、該レーザー加工装置の加工性能を確認する確認ステップと、を備え、該確認ステップは、該撮像ステップで撮像された該複数の領域の各画像に基づいて形成された該加工痕の全体像のうち明度が所定の値以下となる暗領域を検出する検出ステップと、該暗領域に対応する該レーザー加工装置の集光レンズの高さの範囲を算出する算出ステップと、該算出ステップの結果を記録する記録ステップと、を含み、該レーザー加工装置の加工性能の確認方法は、該加工痕形成ステップ、該撮像ステップ、該検出ステップ、該算出ステップ及び該記録ステップの一連のステップを複数回行い、該一連のステップの各記録ステップで記録された結果を比較することで、該レーザー加工装置の加工性能の経時的な変化を確認する経時変化確認ステップを更に備えるレーザー加工装置の加工性能の確認方法が提供される。

本発明の一態様に係るレーザー加工装置の加工性能の確認方法では、レーザービームの集光点の高さを変化させながら、被加工物と集光点とを被加工物の厚さ方向と直交する所定の方向に相対的に移動させることで、被加工物の上面に加工痕を形成する（加工痕形成ステップ）。そして、加工痕形成ステップで形成された加工痕の複数の領域を撮像し（撮像ステップ）、撮像ステップで取得された画像に基づいて、レーザー加工装置の加工性能を確認する（確認ステップ）。

この様に、レーザービームの集光点の高さを変化させながら被加工物の上面に１つの直線状の加工痕を形成することで、集光点を複数の高さに位置付けた場合の加工結果を得ることができる。それゆえ、複数の直線状の加工痕を形成する場合に比べて、加工時間を短縮できる。更に、少なくとも１つの直線状の加工痕を形成することで所望の加工結果を得ることができるので、複数の直線状の加工痕を形成する場合に比べて、テスト加工用の被加工物の使用面積又は消費量を削減できる。

レーザー加工装置の斜視図である。 加工痕形成ステップを模式的に示す被加工物等の一部断面側面図である。 加工痕の全体像を模式的に示す被加工物の上面図である。 第１実施形態に係るレーザー加工装置の加工性能の確認方法のフロー図である。 図５（Ａ）は一の加工痕の第２領域の画像であり、図５（Ｂ）は一の加工痕の第１領域の画像であり、図５（Ｃ）は一の加工痕の第３領域の画像である。 図６（Ａ）は他の加工痕の第２領域の画像であり、図６（Ｂ）は他の加工痕の第１領域の画像であり、図６（Ｃ）は他の加工痕の第３領域の画像である。 第２実施形態に係るレーザー加工装置の加工性能の確認方法のフロー図である。 図８（Ａ）は第１の加工痕の明暗画像の模式図であり、図８（Ｂ）は第２の加工痕の明暗画像の模式図であり、図８（Ｃ）は第３の加工痕の明暗画像の模式図であり、図８（Ｄ）は第４の加工痕の明暗画像の模式図である。 第３実施形態に係るレーザー加工装置の加工性能の確認方法のフロー図である。 集光レンズの高さに対応する暗領域の幅を示すグラフである。

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。図１は、レーザー加工装置２の斜視図である。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（高さ方向）は、互いに垂直である。

図１に示す様に、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が設けられている。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を有する。

Ｙ軸ガイドレール８には、Ｙ軸移動テーブル１０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１０の下面側には、ナット部（不図示）が設けられている。このＹ軸移動テーブル１０のナット部には、Ｙ軸ガイドレール８に対して概ね平行なＹ軸ボールネジ１２が回転可能な態様で結合されている。

Ｙ軸ボールネジ１２の一端部には、Ｙ軸パルスモータ１４が連結されている。Ｙ軸パルスモータ１４でＹ軸ボールネジ１２を回転させれば、Ｙ軸移動テーブル１０は、Ｙ軸ガイドレール８に沿ってＹ軸方向に移動する。

Ｙ軸移動テーブル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軸移動テーブル１８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１８の下面側には、ナット部（不図示）が設けられている。

このＸ軸移動テーブル１８のナット部には、Ｘ軸ガイドレール１６に対して概ね平行なＸ軸ボールネジ２０が回転可能な態様で結合されている。Ｘ軸ボールネジ２０の一端部には、Ｘ軸パルスモータ２２が連結されている。Ｘ軸パルスモータ２２でＸ軸ボールネジ２０を回転させれば、Ｘ軸移動テーブル１８は、Ｘ軸ガイドレール１６に沿ってＸ軸方向に移動する。

Ｘ軸移動テーブル１８の上面側には、円柱状のテーブル基台２４が設けられている。また、テーブル基台２４の上部には、チャックテーブル２６が設けられている。テーブル基台２４の下部には、モータ等の回転駆動源（不図示）が連結されている。

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。

チャックテーブル２６の外周部には、それぞれフレーム１５を固定するための４個のクランプ２８が設けられている。また、チャックテーブル２６の上面側の一部には、例えば、多孔質材で形成された円盤状の多孔質プレートが設けられている。

多孔質プレートは、チャックテーブル２６の内部に設けられた吸引路（不図示）等を介してエジェクタ等の吸引源（不図示）に接続されている。吸引源を動作させれば、多孔質プレートの略平坦な上面には負圧が発生するので、この上面は、上面に載置された被加工物１１等を吸引して保持する保持面２６ａとして機能する。

被加工物１１は、概ね平坦で互いに平行な上面１１ａ及び下面１１ｂを含む板形状を有する。本実施形態の被加工物１１は、シリコンで形成されたウェーハであるが、被加工物１１は、シリコン以外の半導体、セラミックス、樹脂、金属、ガラス等で形成されてもよい。

被加工物１１をレーザー加工装置２で加工する際には、被加工物１１の下面１１ｂに、被加工物１１の直径よりも大きな直径を有する粘着テープ（ダイシングテープ）１３を貼り付ける。

更に、粘着テープ１３の外周部分には、金属で形成された環状のフレーム１５を貼り付ける。これにより、被加工物１１が粘着テープ１３を介してフレーム１５に支持されたフレームユニット１７が形成される。

水平移動機構６のＹ軸方向の一方側の領域には、Ｘ及びＹ軸方向に対して概ね垂直な第１の側面を有する柱状の支持構造３０が設けられている。支持構造３０の第１の側面には、高さ調整機構３２が配置されている。

高さ調整機構３２は、第１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軸移動テーブル３６がスライド可能に取り付けられている。

Ｚ軸移動テーブル３６の裏面側（Ｚ軸ガイドレール３４側）には、ナット部（不図示）が設けられている。このＺ軸移動テーブル３６のナット部には、Ｚ軸ガイドレール３４に対して概ね平行な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部には、Ｚ軸パルスモータ３８が連結されている。Ｚ軸パルスモータ３８でＺ軸ボールネジを回転させれば、Ｚ軸移動テーブル３６は、Ｚ軸ガイドレール３４に沿ってＺ軸方向に移動する。

Ｚ軸移動テーブル３６の表面側には、ホルダ４０が固定されており、このホルダ４０には、レーザービーム照射ユニット４２の一部が固定されている。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（不図示）を有する。

レーザー発振器は、例えば、レーザー発振に適したＮｄ：ＹＡＧ等のレーザー媒質を含み、被加工物１１に吸収される波長（例えば、波長３５５ｎｍ）のパルス状のレーザービーム（例えば、平均出力１．０Ｗ、繰り返し周波数１０ｋＨｚ）を生成する。

生成されたレーザービームは、ホルダ４０に固定された筒状のハウジング４４側に出射する。ハウジング４４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いる。

この光学系は、主に、ミラーやレンズ等の光学部品によって構成されている。ハウジング４４は、レーザー発振器から放射されたレーザービームを、ハウジング４４のＹ軸方向の端部に設けられた集光器４６へと導く。

集光器４６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設けられている。レーザービームは、ハウジング４４から集光器４６へ導かれ、集光器４６内に設けられたミラー（不図示）等で進路を下向きに変えられる。

その後、集光器４６内に固定された集光レンズ４６ａ（図２参照）に入射する。そして、レーザービームは、集光レンズ４６ａの外で集光する様に、集光器４６から被加工物１１へ照射される。

集光器４６のＸ軸方向の一方側の領域には、レーザービーム照射ユニット４２のハウジング４４に固定された撮像ユニット４８が設けられている。撮像ユニット４８は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ等を含んでいる。撮像ユニット４８は、チャックテーブル２６によって保持された被加工物１１の上面１１ａ側を撮像する際に用いられる。

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パネル式のディスプレイ５０が設けられている。

被加工物１１を加工する際に適用される種々の条件は、例えば、ディスプレイ５０を介してレーザー加工装置２に入力される。また、撮像ユニット４８で生成された画像は、ディスプレイ５０に表示される。この様に、ディスプレイ５０は、入出力装置として機能する。

水平移動機構６、高さ調整機構３２、レーザービーム照射ユニット４２、撮像ユニット４８、ディスプレイ５０等の構成要素は、それぞれ、制御ユニット５２に接続されている。制御ユニット５２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。

制御ユニット５２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５２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５２は、撮像ユニット４８で撮像した画像に対してエッジ検出の処理を行う画像処理部（不図示）を含む。画像処理部は、エッジ検出に加えて、複数の画像をつなぎ合わせる画像の加工も行う。更に、画像処理部は、測定対象の幅及び長さの測定や、測定対象のエッジの座標の算出も行う。

制御ユニット５２は、また、所定の計算を行う算出部（不図示）を含む。算出部は、時間ｔ（即ち、加工開始時からの経過時間）、チャックテーブル２６のＸ軸方向の移動速度Ｖ_Ｘ、集光レンズ４６ａのＺ軸方向の移動速度Ｖ_Ｚ、集光レンズ４６ａの初期位置等に基づいて、集光点２３の座標、集光レンズ４６ａの高さ等を算出する。

次に、レーザー加工装置２を用いて被加工物１１を加工することにより、レーザー加工装置２の加工性能を確認する方法について、図２、図３及び図４を用いて説明する。図４は、第１実施形態に係るレーザー加工装置２の加工性能の確認方法のフロー図である。

レーザー加工装置２を用いて被加工物１１を加工する際には、まず、被加工物１１の上面１１ａが露出する様に、フレームユニット１７をチャックテーブル２６に載置する。そして、吸引源を動作させ、粘着テープ１３を介して被加工物１１の下面１１ｂ側を保持面２６ａで保持する（保持ステップ（Ｓ１０））。なお、このとき、フレーム１５の四方を４個のクランプ２８で固定する。

保持ステップ（Ｓ１０）の後、被加工物１１の上面１１ａ側をアブレーション加工することで、上面１１ａに溝や荒れ等で構成された加工痕２５を形成する（加工痕形成ステップ（Ｓ２０））。図２は、加工痕形成ステップ（Ｓ２０）を模式的に示す被加工物１１等の一部断面側面図である。図３は、加工痕２５の全体像を模式的に示す被加工物１１の上面図である。

加工痕形成ステップ（Ｓ２０）では、レーザービーム２１を照射した状態で、高さ調整機構３２で集光器４６をＺ軸方向に沿って移動させながら、水平移動機構６で被加工物１１と集光器４６とをＸ軸方向に相対的に移動させる。

この様に、本実施形態の加工痕形成ステップ（Ｓ２０）では、レーザービーム２１を照射した状態で、高さ調整機構３２のＺ軸ボールネジを動かしながら、水平移動機構６のＸ軸ボールネジ２０を動かす、２軸移動式の（dual axis moving）加工が行われる。

粘着テープ１３を介して保持面２６ａで保持された被加工物１１の厚さ方向（即ち、Ｚ軸方向）と直交するＸ軸方向（矢印Ｘ_１の方向）にチャックテーブル２６を移動させると、被加工物１１と集光レンズ４６ａとは、Ｘ軸方向に相対的に移動する。

チャックテーブル２６と集光レンズ４６ａとの相対的な移動距離は、例えば、５０ｍｍとする。レーザービーム２１を照射した状態で、被加工物１１と集光レンズ４６ａとをＸ軸方向に相対的に移動させれば、Ｘ軸方向に移動する集光点２３で被加工物１１は加工される。

集光レンズ４６ａは集光器４６内に固定されており、集光器４６の移動は、集光レンズ４６ａの移動と同一視できる。集光レンズ４６ａが移動すると、集光レンズ４６ａにより所定の高さに集光されるレーザービーム２１の集光点２３の高さも共に移動する。例えば、集光レンズ４６ａが上昇すると、集光点２３も上昇する。集光レンズ４６ａの移動距離は、例えば、０．６ｍｍとする。

加工痕形成ステップ（Ｓ２０）では、まず、集光レンズ４６ａを高さＡ_１に位置付ける。高さＡ_１は、集光レンズ４６ａと上面１１ａとの距離が集光レンズ４６ａの焦点距離よりも小さくなる様に設定されている。

集光レンズ４６ａが高さＡ_１にある場合、レーザービーム２１は、集光点２３が上面１１ａよりも下方且つ被加工物１１の内部に位置する。この場合、レーザービーム２１は、いわゆる負のデフォーカス（以下、負のＤＦ）状態となる。なお、このとき、集光点２３のＸ座標は例えばｘ_１となる。

次に、集光レンズ４６ａを上昇させながら、チャックテーブル２６を矢印Ｘ_１の方向に移動させると、集光レンズ４６ａが高さＡ_２に到達する。このとき、集光レンズ４６ａと上面１１ａとの距離は、例えば、集光レンズ４６ａの焦点距離と等しくなる。

高さＡ_２と上面１１ａとの距離が集光レンズ４６ａの焦点距離と等しい場合には、レーザービーム２１は、その集光点２３が上面１１ａに位置するいわゆるジャストフォーカス（以下、ＪＦ）状態となる。なお、このとき、集光点２３のＸ座標は、ｘ_１に対して矢印Ｘ_１とは反対方向に位置するｘ_２となる。

集光レンズ４６ａを更に上昇させながら、チャックテーブル２６を更に矢印Ｘ_１の方向に移動させると、集光レンズ４６ａが高さＡ_３に到達する。高さＡ_３は、集光レンズ４６ａと上面１１ａとの距離が集光レンズ４６ａの焦点距離よりも大きくなる様に設定されている。

集光レンズ４６ａが高さＡ_３にある場合、レーザービーム２１は、集光点２３が上面１１ａよりも上方に位置する。この場合、レーザービーム２１は、いわゆる正のデフォーカス（以下、正のＤＦ）状態となる。なお、このとき、集光点２３のＸ座標は、ｘ_２に対して矢印Ｘ_１とは反対方向に位置するｘ_３となる。

集光レンズ４６ａが高さＡ_２に位置する場合、図３の第１領域２５ａに示す様に、ｘ_２に位置する加工痕２５の幅（Ｙ軸方向の長さ）は、加工痕２５のＸ軸方向の他の位置の幅に比べて最も狭くなる。

これに対して、集光レンズ４６ａが高さＡ_１又は高さＡ_３に位置する場合、集光レンズ４６ａが高さＡ_２に位置する場合に比べて、上面１１ａの広い領域にレーザービーム２１が照射される。

それゆえ、ｘ_１及びｘ_３における加工痕２５の幅は、ｘ_２における加工痕２５の幅より広くなる。図３に示す様に、第２領域２５ｂ（ｘ_１を含む領域）及び第３領域２５ｃ（ｘ_３を含む領域）は、第１領域２５ａに比べて広い幅を有する領域である。

この様に、レーザービーム２１の集光点２３の高さを連続的に変化させながら上面１１ａに１つの直線状の加工痕２５を形成することで、集光点２３を複数の高さに位置付けた場合に相当する情報量を含む加工結果を得ることができる。

それゆえ、集光レンズを異なる複数の高さに位置付けて被加工物に複数の直線状の加工溝を形成する場合に比べて、加工時間を短縮できる。更に、少なくとも１つの直線状の加工痕２５を形成することで所望の加工結果を得ることができるので、複数の直線状の加工溝を形成する場合に比べて、テスト加工用の被加工物１１の使用面積又は消費量を削減できる。

加工痕形成ステップ（Ｓ２０）後、上述の第１領域２５ａ、第２領域２５ｂ及び第３領域２５ｃを含む複数の領域を、撮像ユニット４８で撮像する（撮像ステップ（Ｓ３０））。次いで、撮像ステップ（Ｓ３０）で取得された画像に基づいて、レーザー加工装置２の加工性能を確認する（確認ステップ（Ｓ４０））。

第１実施形態の確認ステップ（Ｓ４０）では、第１領域２５ａの画像に基づいて、最も狭い幅の加工痕２５が形成されるときの集光レンズ４６ａ（即ち、集光器４６）の高さを特定する（高さ位置特定ステップ）。

より具体的には、まず、制御ユニット５２の画像処理部が、第１領域２５ａの画像において、加工痕２５が最も狭くなるときの集光点２３のＸ座標（即ち、上述のｘ_２）を特定する。

次いで、制御ユニット５２の算出部が、集光点２３がｘ_２にあるときの時間ｔ（即ち、加工開始時からの経過時間）を算出する。そして、時間ｔ、移動速度Ｖ_Ｚ、集光レンズ４６ａの初期位置等に基づいて、集光点２３がｘ_２にあるときの集光レンズ４６ａの高さ（Ｚ座標）を算出する。

この様に、本実施形態では、１つの直線状の加工痕２５を形成することにより、集光点２３がｘ_２にあるときの集光レンズ４６ａの高さを特定できる。それゆえ、複数の加工溝を形成して集光点の高さを確認する場合に比べて、加工時間を短縮でき、更に被加工物１１の使用面積又は消費量を削減できる。

なお、レーザー加工装置２を一定時間以上使用し続けると、集光レンズ４６ａに生じる熱レンズ効果等により、集光点２３の高さが変化することがある。本実施形態に記載のＳ１０からＳ４０を複数回行えば、集光点２３の高さの変化（即ち、レーザー加工装置２の加工性能の経時的な変化）を確認することもできる。

次に、図５（Ａ）から図５（Ｃ）、図６（Ａ）から図６（Ｃ）、及び、図７を用いて、第２実施形態に係るレーザー加工装置２の加工性能を確認する方法について説明する。図７は、第２実施形態に係るレーザー加工装置２の加工性能の確認方法のフロー図である。

第２実施形態では、第１実施形態と同様に、保持ステップ（Ｓ１０）、加工痕形成ステップ（Ｓ２０）及び撮像ステップ（Ｓ３０）を行う。但し、第２実施形態の確認ステップ（Ｓ４０）では、基準線と、加工痕２５の幅のＹ軸方向の中心に位置しＸ軸方向と平行な中心線とのズレ量を検出するズレ量検出ステップ（Ｓ４２）を行う。

図５（Ａ）から図５（Ｃ）は、ズレ量検出ステップ（Ｓ４２）で使用される一の加工痕２５の画像である。図５（Ａ）から図５（Ｃ）に示す画像は、撮像ユニット４８を一の加工痕２５上に位置付けた状態で、水平移動機構６を用いて被加工物１１をＸ軸方向に平行に移動させながら取得される。

図５（Ａ）は一の加工痕２５の第２領域２５ｂの画像であり、図５（Ｂ）は一の加工痕２５の第１領域２５ａの画像であり、図５（Ｃ）は一の加工痕２５の第３領域２５ｃの画像である。

なお、ズレ量検出ステップ（Ｓ４２）では、撮像ステップ（Ｓ３０）で撮像された画像に対して、Ｘ軸方向と平行な第１基準線５０ａと、Ｙ軸方向と平行な第２基準線５０ｂとが加えられた画像が用いられる。

第１基準線５０ａ及び第２基準線５０ｂは、実際の加工痕２５には形成されておらず、撮像ユニット４８で加工痕２５を撮像するときの撮像領域内に設定されている。第１基準線５０ａ及び第２基準線５０ｂは、撮像領域の中心を示すための十字線を構成する。なお、第１基準線５０ａのＹ座標は、図５（Ａ）から図５（Ｃ）において同じである。

図５（Ａ）から図５（Ｃ）では、各領域における加工痕２５の幅のＹ軸方向の中心に位置する中心線２７を併せて示す。なお、図５（Ａ）から図５（Ｃ）では、中心線２７と第１基準線５０ａとが重なっている。

ズレ量検出ステップ（Ｓ４２）では、例えば、制御ユニット５２の画像処理部が第１基準線５０ａと中心線２７とのＹ軸方向におけるズレ量Ｂを検出する。但し、ズレ量検出ステップ（Ｓ４２）の主体は、制御ユニット５２に限定されず、オペレーターが行ってもよい。

ズレ量検出ステップ（Ｓ４２）では、例えば、第１領域２５ａ（図５（Ｂ））において第１基準線５０ａと中心線２７とのＹ座標を一致させた状態で、第２領域２５ｂ及び第３領域２５ｃでの第１基準線５０ａと中心線２７とのＹ軸方向におけるズレ量Ｂを検出する。

ズレ量Ｂの許容範囲は、予め定められている。ズレ量Ｂの許容範囲は、例えば、－５μｍ以上＋５μｍ以下、より好ましくは－３μｍ以上＋３μｍ以下である。なお、本実施形態では、中心線２７が第１基準線５０ａよりもＹ軸方向の一方側に位置する場合、ズレ量Ｂは負であり、中心線２７が第１基準線５０ａよりもＹ軸方向の他方側に位置する場合、ズレ量Ｂは正であるとする。

第２実施形態の確認ステップ（Ｓ４０）では、ズレ量検出ステップ（Ｓ４２）で検出したズレ量Ｂに基づいて、レーザービーム２１を被加工物１１に照射するための光学系の調整が必要であるか否か判断する、調整要否判断ステップ（Ｓ４３）が行われる。

図５（Ａ）から図５（Ｃ）に示す一の加工痕２５の例では、このズレ量Ｂは略ゼロである。それゆえ、第１領域２５ａ、第２領域２５ｂ及び第３領域２５ｃにおいて、ズレ量Ｂは許容範囲内である。この場合、制御ユニット５２は、光学系の調整が必要では無いと判断する（Ｓ４３でＹＥＳ）。

しかし、レーザービーム２１が被加工物１１に照射される位置は、ミラー、レンズ等の光学部品の位置、角度等のズレに応じて変わることがある。例えば、光学部品の位置、角度等のズレに応じて、集光レンズ４６ａの光軸に対して傾いた状態でレーザービーム２１が集光レンズ４６ａに入射する場合がある。この場合、光軸と平行にレーザービーム２１が集光レンズ４６ａに入射する場合に比べて、レーザービーム２１の照射位置は変化する。

図６（Ａ）から図６（Ｃ）は、Ｓ１０及びＳ２０を経て形成された他の加工痕２５の画像である。図６（Ａ）から図６（Ｃ）は、撮像ユニット４８を他の加工痕２５上に位置付けた状態で、水平移動機構６を用いて被加工物１１をＸ軸方向に平行に移動することで撮像された画像である。

図６（Ａ）は他の加工痕２５の第２領域２５ｂの画像であり、図６（Ｂ）は他の加工痕２５の第１領域２５ａの画像であり、図６（Ｃ）は他の加工痕２５の第３領域２５ｃの画像である。

他の加工痕２５についてのズレ量検出ステップ（Ｓ４２）でも、画像処理部が第１基準線５０ａと中心線２７とのＹ軸方向におけるズレ量Ｂを検出する。図６（Ａ）では、中心線２７（破線で示す）が第１基準線５０ａからＹ軸方向の一方側へ１０μｍの位置にある。つまり、中心線２７と第１基準線５０ａとのズレ量Ｂ_１（－１０μｍ）は、許容範囲外である。

また、図６（Ｃ）では、中心線２７（破線で示す）が第１基準線５０ａよりＹ軸方向の他方側に位置しており、中心線２７と第１基準線５０ａとのズレ量Ｂ_２（＋１０μｍ）は、許容範囲外である。これに対して、図６（Ｂ）では、中心線２７と第１基準線５０ａとが重なっており、中心線２７と第１基準線５０ａとのズレ量Ｂは、許容範囲内である。

この様に、第２領域２５ｂ（図６（Ａ））及び第３領域２５ｃ（図６（Ｃ））において、中心線２７と第１基準線５０ａとのＹ軸方向におけるズレ量Ｂは、許容範囲外である（Ｓ４３でＮＯ）。この場合、調整要否判断ステップ（Ｓ４３）で、制御ユニット５２は、レーザービーム２１を被加工物１１に照射するための光学系の調整が必要であると判断する。

第２実施形態では、１つの直線状の加工痕２５を形成することにより、レーザー加工装置２の光学系のズレを確認できる。それゆえ、レーザービーム２１が集光レンズ４６ａの光軸に対して斜めに入射しているか否かを確認できる。

この様に、レーザー加工装置２の加工性能を確認した後、例えば、オペレーターが、ミラー、レンズ等の光学部品の位置、角度等を調整する（光学系調整ステップ（Ｓ４４））。光学系調整ステップ（Ｓ４４）の後、Ｓ２０からＳ４３を再び行う。

そして、第２領域２５ｂ及び第３領域２５ｃ等を含む少なくとも２つの異なる領域でのズレ量Ｂが許容範囲内であれば、終了する。しかし、ズレ量Ｂが許容範囲外であれば、ズレ量Ｂが無くなるまでＳ４４と、Ｓ２０からＳ４３とを繰り返す。

ところで、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）では、第１基準線５０ａと中心線２７とを重ねて配置する例を示した。しかし、第１基準線５０ａをＹ軸方向において中心線２７から所定距離Ｃだけ離れた位置に配置してもよい。

この場合、ズレ量検出ステップ（Ｓ４２）では、第１基準線５０ａと中心線２７とのズレ量Ｂから所定距離Ｃを引いた値（即ち、Ｂ－Ｃの大きさ）を実質的なズレ量として検出する。そして、調整要否判断ステップ（Ｓ４３）では、この実質的なズレ量が許容範囲内であるか否かに応じて、光学系の調整の要否が判断される。

また、撮像ステップ（Ｓ３０）及びズレ量検出ステップ（Ｓ４２）で、撮像及び検出の対象となる加工痕２５の領域は、加工痕２５の２つ以上の任意の領域を含んでいれば、第２領域２５ｂ及び第３領域２５ｃのみに限定されず、任意の領域であってよい。

次に、図８（Ａ）から図８（Ｄ）及び図９を用いて、第３実施形態に係るレーザー加工装置２の加工性能を確認する方法について説明する。図９は、第３実施形態に係るレーザー加工装置２の加工性能の確認方法のフロー図である。

第３実施形態では、まず、最後にレーザー加工装置２の加工性能を確認してから所定期間（例えば、数時間、１日、１週間又は１ヵ月）が経過したか否かを制御ユニット５２が判断する（期間経過判断ステップ（Ｓ５））。なお、オペレーターが、所定期間が経過したか否かを判断してもよい。

所定期間が経過していない場合（Ｓ５でＮＯ）、ディスプレイ５０にはその旨が表示される。この場合、被加工物１１の加工は行われない。但し、所定期間が経過している場合（Ｓ５でＹＥＳ）、ディスプレイ５０にはその旨が表示される。

Ｓ５でＹＥＳの場合、例えば、オペレーターがディスプレイ５０を介して加工開始の指令を制御ユニット５２に送る。これにより、被加工物１１の加工が開始され、第１実施形態と同様に、保持ステップ（Ｓ１０）、加工痕形成ステップ（Ｓ２０）及び撮像ステップ（Ｓ３０）が順次行われる。

第３実施形態の加工痕形成ステップ（Ｓ２０）では、被加工物１１の上面１１ａ側の異なる領域に１以上（例えば、４つ）の加工痕２５を形成する。そして、撮像ステップ（Ｓ３０）では、撮像ユニット４８を１つの加工痕２５の上方に位置付けた状態で、チャックテーブル２６をＸ軸方向に移動させる。

これにより、１つの加工痕２５の複数の領域を撮像する。撮像ステップ（Ｓ３０）では、例えば、撮像領域が部分的に重なる様に各領域を撮像する。そして、制御ユニット５２の画像処理部が、複数の領域をつなぎ合わせることにより、１つの加工痕２５の全体像が形成される。同様にして、各加工痕２５の全体像が得られる。

第１領域２５ａ及びその近傍では、被加工物１１の加工閾値を超えるエネルギーで上面１１ａが加工される。加工閾値を超えるエネルギーで加工された領域には凹凸が形成される。それゆえ、光が乱反射される等の理由により、この領域は、明度が所定の値以下の暗領域２５ｄ（図８（Ａ）から図８（Ｄ）参照）として撮像される。

これに対して、第２領域２５ｂ及び第３領域２５ｃ並びにこれらの近傍では、被加工物１１の加工閾値未満のエネルギーで上面１１ａ側が加工される。加工閾値未満のエネルギーで加工された領域は、第１領域２５ａに比べて明度が所定の値よりも大きい明領域２５ｅ（図８（Ａ）から図８（Ｄ）参照）となる。なお、図８（Ａ）から図８（Ｄ）では、明領域２５ｅの外形に破線が付されている。

第３実施形態の撮像ステップ（Ｓ３０）では、相対的に黒い暗領域２５ｄと、相対的に白い明領域２５ｅとを含む明暗画像が取得される。図８（Ａ）は、レーザービーム２１の平均出力を１．０Ｗとして加工痕形成ステップ（Ｓ２０）を行った場合の第１の加工痕２５－１の明暗画像の模式図である。

第３実施形態の確認ステップ（Ｓ４０）では、第１実施形態のＳ４０に代えて、まず、制御ユニット５２の画像処理部が少なくとも１つの加工痕２５の暗領域２５ｄを検出する（検出ステップ（Ｓ４６））。

検出ステップ（Ｓ４６）の後、制御ユニット５２の算出部が、少なくとも１つの加工痕２５の暗領域２５ｄのＸ軸方向の長さＬに対応する集光レンズ４６ａの高さＡの範囲を算出する（算出ステップ（Ｓ４７））。

例えば、第１の加工痕２５－１の暗領域２５ｄにおけるＸ軸方向の他方側の端部のＸ座標（ｘ_１Ａ）に対応する集光レンズ４６ａの高さ（下端）と、Ｘ軸方向の一方側の端部のＸ座標（ｘ_１Ｂ）に対応する集光レンズ４６ａの高さ（上端）とが算出される。算出された集光レンズ４６ａの高さＡの範囲は、制御ユニット５２の記憶装置に記録される（記録ステップ（Ｓ４８））。

この様に、保持ステップ（Ｓ１０）、加工痕形成ステップ（Ｓ２０）、撮像ステップ（Ｓ３０）、検出ステップ（Ｓ４６）、算出ステップ（Ｓ４７）及び記録ステップ（Ｓ４８）の一連のステップを、所定期間毎（例えば、数時間毎、１日毎、１週間毎又は１月毎）に行う。これにより、一連のステップの各記録ステップ（Ｓ４８）の結果を記録する。

一連のステップの各記録ステップ（Ｓ４８）で記録された結果を比較することで、レーザー加工装置２の加工性能の経時的な変化を確認できる（経時変化確認ステップ）。例えば、所定期間毎に記録された平均出力１．０Ｗの加工痕２５の暗領域２５ｄのＸ軸方向の長さに対応する集光レンズ４６ａの高さＡの範囲の時間変化を観察することにより、レーザービーム照射ユニット４２に異常が生じているか否かを判断できる。

なお、上述した複数回の記録ステップ（Ｓ４８）では、第１の加工痕２５－１に対応する高さＡの範囲を記録するが、複数の加工痕２５を形成し、各加工痕２５について経時変化確認ステップを行ってもよい。

図８（Ｂ）は、平均出力を０．８Ｗとして加工痕形成ステップ（Ｓ２０）を行った場合の第２の加工痕２５－２の明暗画像の模式図である。図８（Ｃ）は、平均出力を０．６Ｗとして加工痕形成ステップ（Ｓ２０）を行った場合の第３の加工痕２５－３の明暗画像の模式図である。更に、図８（Ｄ）は、平均出力を０．３Ｗとして加工痕形成ステップ（Ｓ２０）を行った場合の第４の加工痕２５－４の明暗画像の模式図である。

暗領域２５ｄのＸ軸方向の長さＬは、平均出力が低いほど短くなる。図８（Ａ）に示す第１の加工痕２５－１は、最も長い長さＬ_１を有し、図８（Ｂ）に示す第２の加工痕２５－２は、長さＬ_１よりも短い長さＬ_２を有する。また、図８（Ｃ）に示す第３の加工痕２５－３は、長さＬ_２よりも短い長さＬ_３を有し、図８（Ｄ）に示す第４の加工痕２５－４は、長さＬ_３よりも短い長さＬ_４を有する。

各加工痕２５について経時変化確認ステップを行う場合、第１の加工痕２５－１から第４の加工痕２５－４について、検出ステップ（Ｓ４６）、算出ステップ（Ｓ４７）及び記録ステップ（Ｓ４８）を行う。

算出ステップ（Ｓ４７）では、第２の加工痕２５－２の暗領域２５ｄにおいてＸ軸方向の両端に位置するｘ_２Ａ及びｘ_２Ｂに対応する集光レンズ４６ａの高さＡの範囲が算出される。更に、第３の加工痕２５－３の暗領域２５ｄにおいてＸ軸方向の両端に位置するｘ_３Ａ及びｘ_３Ｂに対応する集光レンズ４６ａの高さＡの範囲が算出される。

加えて、第４の加工痕２５－４の暗領域２５ｄにおいてＸ軸方向の両端に位置するｘ_４Ａ及びｘ_４Ｂに対応する集光レンズ４６ａの高さＡの範囲が算出される。また、記録ステップ（Ｓ４８）では、算出された各高さＡの範囲が記録される。これにより、レーザー加工装置２の加工性能の経時的な変化を確認できる。

本実施形態では、異なる平均出力のレーザービーム２１で複数の加工痕２５を形成することにより、レーザービーム２１の各平均出力に応じて暗領域２５ｄとなる範囲を特定できる。これにより、被加工物１１の最適な加工条件（例えば、被加工物１１の加工閾値を超える最適な平均出力の値）を特定することもできる。

ところで、上述の検出ステップ（Ｓ４６）では、暗領域２５ｄのＸ軸方向の長さＬを検出したが、暗領域２５ｄのＹ軸方向の幅Ｗを更に検出してもよい。そして、算出ステップ（Ｓ４７）では、この幅Ｗに対応する集光レンズ４６ａの高さＡを算出してもよい。

図１０は、集光レンズ４６ａの高さＡに対応する暗領域２５ｄの幅Ｗを示すグラフである。図１０の横軸は、集光点２３がＪＦ状態となる高さＡをゼロとし、集光点２３が負のＤＦ状態となる高さＡを負で表し、集光点２３が正のＤＦ状態となる高さＡを正で表している。また、図１０の縦軸は、暗領域２５ｄの幅Ｗを表している。

算出された高さＡの範囲は、制御ユニット５２の記憶装置に記録される（記録ステップ（Ｓ４８））。そして、検出ステップ（Ｓ４６）、算出ステップ（Ｓ４７）及び記録ステップ（Ｓ４８）一連のステップを、所定期間毎（例えば、数時間毎、１日毎、１週間毎又は１月毎）に行う。これにより、一連のステップの各複数回の記録ステップ（Ｓ４８）の結果を記録する。

一連のステップの各記録ステップ（Ｓ４８）で記録された結果を比較することにより、レーザー加工装置２の加工性能の経時的な変化を確認できる。なお、図１０に示す様に、複数回の記録ステップ（Ｓ４８）では、第１の加工痕２５－１から第４の加工痕２５－４の全てに対応する高さＡの範囲が記録される。しかし、少なくとも１つの加工痕２５に対応する高さＡの範囲が記録されてもよい。

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。例えば、第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態は、互いに組み合わせてもよい。また、上記実施形態では、被加工物１１と集光レンズ４６ａとをＸ軸方向に相対的に動かしたが、Ｘ軸方向ではなくＹ軸方向に相対的に動かしてもよい。

１１ 被加工物
１１ａ 上面
１１ｂ 下面
１３ 粘着テープ（ダイシングテープ）
１５ フレーム
１７ フレームユニット
２１ レーザービーム
２３ 集光点
２５ 加工痕
２５ａ 第１領域
２５ｂ 第２領域
２５ｃ 第３領域
２５ｄ 暗領域
２５ｅ 明領域
２５－１ 第１の加工痕
２５－２ 第２の加工痕
２５－３ 第３の加工痕
２５－４ 第４の加工痕
２７ 中心線
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軸移動テーブル
１２ Ｙ軸ボールネジ
１４ Ｙ軸パルスモータ
１６ Ｘ軸ガイドレール
１８ Ｘ軸移動テーブル
２０ Ｘ軸ボールネジ
２２ Ｘ軸パルスモータ
２４ テーブル基台
２６ チャックテーブル
２６ａ 保持面
２８ クランプ
３０ 支持構造
３２ 高さ調整機構
３４ Ｚ軸ガイドレール
３６ Ｚ軸移動テーブル
３８ Ｚ軸パルスモータ
４０ ホルダ
４２ レーザービーム照射ユニット
４４ ハウジング
４６ 集光器
４６ａ 集光レンズ
４８ 撮像ユニット
５０ ディスプレイ
５０ａ 第１基準線
５０ｂ 第２基準線
５２ 制御ユニット
Ａ，Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３ 高さ
Ｂ，Ｂ_１，Ｂ_２ ズレ量
Ｌ，Ｌ_１，Ｌ_２，Ｌ_３，Ｌ_４ 長さ
Ｗ 幅
Ｘ_１ 矢印

Claims (3)

1. 被加工物に吸収される波長を有するレーザービームで該被加工物を加工するレーザー加工装置の加工性能の確認方法であって、
   該被加工物を該レーザー加工装置のチャックテーブルで保持する保持ステップと、
   該レーザービームの集光点の高さを変化させながら、該被加工物と該集光点とを該被加工物の厚さ方向と直交する所定の方向に相対的に移動させることで、該被加工物の上面に加工痕を形成する加工痕形成ステップと、
   該加工痕形成ステップで形成された加工痕の複数の領域を撮像する撮像ステップと、
   該撮像ステップで取得された画像に基づいて、該レーザー加工装置の加工性能を確認する確認ステップと、
   を備え、
   該撮像ステップでは、該厚さ方向及び該所定の方向と直交する方向において加工痕の幅が最も狭い部分を含む第１領域を撮像し、
   該確認ステップは、該第１領域の画像に基づいて、最も狭い幅の加工痕が形成されるときに該レーザー加工装置の集光レンズが位置付けられる高さを特定する高さ位置特定ステップを含むことを特徴とするレーザー加工装置の加工性能の確認方法。
2. 被加工物に吸収される波長を有するレーザービームで該被加工物を加工するレーザー加工装置の加工性能の確認方法であって、
   該被加工物を該レーザー加工装置のチャックテーブルで保持する保持ステップと、
   該レーザービームの集光点の高さを変化させながら、該被加工物と該集光点とを該被加工物の厚さ方向と直交する所定の方向に相対的に移動させることで、該被加工物の上面に加工痕を形成する加工痕形成ステップと、
   該加工痕形成ステップで形成された加工痕の複数の領域を撮像する撮像ステップと、
   該撮像ステップで取得された画像に基づいて、該レーザー加工装置の加工性能を確認する確認ステップと、
   を備え、
   該確認ステップは、
   該レーザー加工装置の撮像ユニットの撮像領域内に設定された基準線と、該所定の方向と直交する方向における加工痕の幅の中心に位置し該所定の方向と平行な中心線とのズレ量を、少なくとも２つの異なる領域において検出するズレ量検出ステップと、
   該ズレ量検出ステップの後、該少なくとも２つの領域における各々の該ズレ量が許容範囲内であれば該レーザービームを該被加工物に照射するための光学系の調整が必要ではないと判断し、該許容範囲外であれば該光学系の調整が必要であると判断する調整要否判断ステップと、
   を含むことを特徴とするレーザー加工装置の加工性能の確認方法。
3. 被加工物に吸収される波長を有するレーザービームで該被加工物を加工するレーザー加工装置の加工性能の確認方法であって、
   該被加工物を該レーザー加工装置のチャックテーブルで保持する保持ステップと、
   該レーザービームの集光点の高さを変化させながら、該被加工物と該集光点とを該被加工物の厚さ方向と直交する所定の方向に相対的に移動させることで、該被加工物の上面に加工痕を形成する加工痕形成ステップと、
   該加工痕形成ステップで形成された加工痕の複数の領域を撮像する撮像ステップと、
   該撮像ステップで取得された画像に基づいて、該レーザー加工装置の加工性能を確認する確認ステップと、
   を備え、
   該確認ステップは、
   該撮像ステップで撮像された該複数の領域の各画像に基づいて形成された該加工痕の全体像のうち明度が所定の値以下となる暗領域を検出する検出ステップと、
   該暗領域に対応する該レーザー加工装置の集光レンズの高さの範囲を算出する算出ステップと、
   該算出ステップの結果を記録する記録ステップと、を含み、
   該レーザー加工装置の加工性能の確認方法は、
   該加工痕形成ステップ、該撮像ステップ、該検出ステップ、該算出ステップ及び該記録ステップの一連のステップを複数回行い、該一連のステップの各記録ステップで記録された結果を比較することで、該レーザー加工装置の加工性能の経時的な変化を確認する経時変化確認ステップを更に備えることを特徴とするレーザー加工装置の加工性能の確認方法。

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