DE102023200428A1

DE102023200428A1 - Laserbearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102023200428A1
Application number: DE102023200428.3A
Authority: DE
Inventors: Shogo Matsuda; Taiki Sawabe
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2022-01-27
Filing date: 2023-01-20
Publication date: 2023-07-27
Also published as: US20230234163A1; JP2023109372A; CN116493774A; KR20230115896A; TW202331205A

Abstract

Eine Laserbearbeitungsvorrichtung weist einen Laseroszillator auf, der einen Laserstrahl emittiert, einen Strahlkondensor, der den vom Laseroszillator emittierten Laserstrahl bündelt und den Brennpunkt auf einem Wafer positioniert, eine Brennpunktpositions-Einstelleinrichtung, die zwischen dem Laseroszillator und dem Strahlkondensor angeordnet ist und die Position des Brennpunkts einstellt, und eine Positionsdetektionseinrichtung für die obere Oberfläche, der die Position der oberen Oberfläche des Wafers detektiert. Die Positionsdetektionseinrichtung für die obere Oberfläche weist eine Detektionslichtquelle auf, die Detektionslicht mit einem breiten Wellenlängenband emittiert, und die Wähleinrichtung, der Detektionslicht mit einer bestimmten Wellenlänge aus dem von der Detektionslichtquelle emittierten Detektionslicht wählt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein Wafer, auf dem mehrere Bauelemente, wie z.B. ein integrierter Schaltkreis (IC) und Large-Scale-Integration (LSI), an einer vorderen Oberfläche so ausgebildet sind, dass sie durch mehrere geplante Teilungslinien, die sich kreuzen, gekennzeichnet sind, wird durch ein Schleifen einer hinteren Oberfläche in eine gewünschte Dicke ausgebildet und danach durch eine Laserbearbeitungsvorrichtung in einzelne Bauelementchips geteilt.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung weist einen Einspanntisch, der den Wafer hält, eine Laserstrahl-Bestrahlungseinheit, die den durch den Einspanntisch gehaltenen Wafer mit einem Laserstrahl bestrahlt, und einen Bearbeitungszufuhrmechanismus auf, der ein Bearbeitungszuführen des Einspanntisches und der Laserstrahl-Bestrahlungseinheit in einer X-Achsen-Richtung und einer Y-Achsen-Richtung orthogonal zur X-Achsen-Richtung ausführt und die geplante Teilungslinie des Wafers mit dem Laserstrahl mit hoher Genauigkeit bestrahlen kann.
Darüber hinaus muss bei einem Verfahren, bei dem ein Brennpunkt eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge, die für einen Wafer durchlässig ist, an der Innenseite des Wafers entsprechend einer geplanten Teilungslinie positioniert wird und der Wafer mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, um eine modifizierte Schicht im Inneren des Wafers auszubilden, und anschließend eine äußere Kraft auf den Wafer ausgeübt wird, um den Wafer in einzelne Bauelementchips zu teilen, der Brennpunkt des Laserstrahls in einer geeigneten Position von einer oberen Oberfläche des Wafers aus positioniert werden. Daher hat der vorliegende Anmelder Verfahren zum Steuern der Position des Brennpunkts eines Laserstrahls während eines Messens der Position der oberen Oberfläche (Höhe der oberen Oberfläche) eines Wafers (siehe beispielsweise japanische Offenlegungsschrift Nr. 2005-313182 und japanische Offenlegungsschrift Nr. 2007-152355 ) entwickelt.
Das in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2005-313182 offenbarte Verfahren ist ein Verfahren eines ersten Typs, das die obere Oberfläche eines Wafers mit Detektionslicht mit einem Einfallswinkel α bestrahlt, das von einer Detektionslichtquelle emittiert wird, und einen Abbildungssensor aufweist, der die Position von reflektiertem Licht misst, das durch eine Reflexion an der oberen Oberfläche des Wafers entsteht, und die Position der oberen Oberfläche des Wafers in Abhängigkeit von der Position des vom Abbildungssensor detektierten reflektierten Lichts berechnet.
Das in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2007-152355 offengelegte Verfahren ist ein Verfahren eines zweiten Typs, das die obere Oberfläche eines von einem Einspanntisch gehaltenen Wafers mit Detektionslicht bestrahlt, das von einer Detektionslichtquelle durch einen Strahlkondensor emittiert wird, und das reflektiertes Licht, das durch Reflexion an der oberen Oberfläche des Wafers entsteht, in einen ersten Strahlengang und einen zweiten Strahlengang aufteilt und die Intensität des reflektierten Lichts, das durch eine am ersten Strahlengang angeordnete Schlitzmaske hindurchgegangen ist, mit der Intensität des reflektierten Lichts vergleicht, das zum zweiten Strahlengang geleitet wird, um die Position der oberen Oberfläche des Wafers zu berechnen.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Je nach Art und Oberflächenzustand des Wafers wird das von der Detektionslichtquelle emittierte Detektionslicht jedoch in einigen Fällen nicht ausreichend an der oberen Oberfläche des Wafers reflektiert. In einem solchen Fall besteht ein Problem dahingehend, dass die Höhe der oberen Oberfläche des Wafers nicht richtig gemessen werden kann. Dieses Problem tritt häufig bei den Messgeräten des ersten Typs auf und kann auch bei den Messgeräten des zweiten Typs auftreten.
Daher ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Laserbearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, welche die Höhe der oberen Oberfläche eines Wafers unabhängig von der Art und dem Zustand der Oberfläche des Wafers richtig messen kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung bereitgestellt, aufweisend: einen Einspanntisch, der einen Wafer hält, eine Laserstrahl-Bestrahlungseinheit, die den durch den Einspanntisch gehaltenen Wafer mit einem Laserstrahl bestrahlt, und einen Zuführmechanismus, der eine Bearbeitungszufuhr des Einspanntisches und der Laserstrahl-Bestrahlungseinheit in einer X-Achsen-Richtung und einer Y-Achsen-Richtung orthogonal zu der X-Achsen-Richtung ausführt. Die Laserstrahl-Bestrahlungseinheit weist auf: einen Laseroszillator, der den Laserstrahl emittiert, einen Strahlkondensor, der den von dem Laseroszillator emittierten Laserstrahl bündelt und einen Brennpunkt auf dem vom Einspanntisch gehaltenen Wafer positioniert, eine Brennpunktpositions-Einstelleinrichtung, die zwischen dem Laseroszillator und dem Strahlkondensor angeordnet ist und eine Position des Brennpunkts einstellt, und eine Positionsdetektionseinrichtung für die obere Oberfläche, welche die eine Position der oberen Oberfläche des Wafers detektiert. Die Positionsdetektionseinrichtung für die obere Oberfläche weist auf: eine Detektionslichtquelle, die Detektionslicht mit einem breiten Wellenlängenband emittiert, und eine Wähleinrichtung, die Detektionslicht mit einer spezifischen Wellenlänge aus dem von der Detektionslichtquelle emittierten Detektionslicht wählt. Die Positionsdetektionseinrichtung für die obere Oberfläche wählt durch die Wähleinrichtung das Detektionslicht mit der spezifischen Wellenlänge in dem von der Detektionslichtquelle emittierten Detektionslicht aus und führt das Detektionslicht zu einer oberen Oberfläche des von dem Einspanntisch gehaltenen Wafers und berechnet die Position der oberen Oberfläche des Wafers durch reflektiertes Licht, das durch eine Reflexion an der oberen Oberfläche des Wafers entsteht.
Die Wähleinrichtung weist bevorzugt mehrere Bandpassfilter auf, die eine Transmission von Detektionslicht mit spezifischen, voneinander verschiedenen, Wellenlängen zulassen, und wählt einen der mehreren Bandpassfilter aus und positioniert den ausgewählten Bandpassfilter in einem Strahlengang des Detektionslichts, um das Detektionslicht mit der spezifischen Wellenlänge auszuwählen. Bevorzugt wählt die Wähleinrichtung das Detektionslicht mit einer Wellenlänge aus, die eine Menge des empfangenen Lichts maximiert.
Bevorzugt weist die Positionsdetektionseinrichtung für die obere Oberfläche auf: eine Kombinationseinrichtung, die veranlasst, dass das Detektionslicht, welches das von der Detektionslichtquelle emittierte Detektionslicht ist und die Wähleinrichtung und einen ersten Strahlteiler durchlaufen hat, nacheinander zwischen dem Laseroszillator und der Brennpunktpositions-Einstelleinrichtung zusammengeführt wird, einen zweiten Strahlteiler, der reflektiertes Licht, das aus einer Reflexion des Detektionslichts stammt, das durch die Brennpunktpositions-Einstelleinrichtung und den Strahlkondensor an der oberen Oberfläche des vom Einspanntisch gehaltenen Wafers durchgelaufen ist, in einen ersten Strahlengang und einen zweiten Strahlengang durch die Kombinationseinrichtung und den ersten Strahlteiler aufspaltet. Die Positionsdetektionseinrichtung weist auch auf: einen Filter, der im ersten Strahlengang angeordnet ist und einen Teil des aufgespaltenen reflektierten Lichts veranlasst, den Filter zu durchlaufen, ein erstes Lichtempfangselement, welches das reflektierte Licht, das den Filter passiert hat, empfängt, und ein zweites Lichtempfangselement, das in dem zweiten Strahlengang angeordnet ist und das gesamte aufgeteilte reflektierte Licht empfängt. Die Positionsdetektionseinrichtung für die obere Oberfläche berechnet die Position der oberen Oberfläche des Wafers aus einem Vergleich zwischen einer Menge des empfangenen Lichts am ersten Lichtempfangselement und einer Menge des empfangenen Lichts am zweiten Lichtempfangselement.
Bevorzugt weist die Positionsdetektionseinrichtung für die obere Oberfläche auf: einen Bestrahlungsendteil, der die obere Oberfläche des Wafers mit dem von der Detektionslichtquelle emittierten Detektionslicht mit einem Einfallswinkel α bestrahlt, einen Lichtempfangsendteil, der reflektiertes Licht empfängt, das durch eine Reflexion des Detektionslichts entsteht, mit dem die Bestrahlung von dem Bestrahlungsendteil an der oberen Oberfläche des Wafers ausgeführt wird, und einen Abbildungssensor, der die Position des reflektierten Lichts misst, das von dem Lichtempfangsendteil empfangen wird. Die Positionsdetektionseinrichtung für die obere Oberfläche berechnet die Position der oberen Oberfläche des Wafers auf der Grundlage der Position des reflektierten Lichts, das von dem Abbildungssensor detektiert wird.
Gemäß der Laserbearbeitungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann das Detektionslicht mit der spezifischen Wellenlänge, die ausreichend an der oberen Oberfläche des Wafers reflektiert, gewählt werden und die Höhe der oberen Oberfläche des Wafers kann unabhängig von der Art und dem Oberflächenzustand des Wafers korrekt gemessen werden.
Die obigen und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung, sowie die Weise ihrer Umsetzung werden am besten durch ein Studium der folgenden Beschreibung und beigefügten Ansprüche, unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen, deutlicher, und die Erfindung selbst wird hierdurch am besten verstanden.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Laserbearbeitungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Blockdiagramm einer in 1 dargestellten Laserstrahl-Bestrahlungseinheit;
3 ist eine perspektivische Ansicht eines in 2 dargestellten ersten und zweiten Galvanoscanners;
4 ist ein schematisches Diagramm, das die Strahlenganglänge eines Laserstrahls darstellt, der durch den in 3 dargestellten ersten Galvanoscanner verläuft;
5 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Installationswinkel des in 3 dargestellten ersten und zweiten Galvanoscanners und der Änderung der Strahlenganglänge des Laserstrahls darstellt;
6 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Länge des Strahlengangs des Laserstrahls und der Änderung der Distanz zwischen einem Strahlkondensor und dem Brennpunkt darstellt;
7 ist eine perspektivische Ansicht einer in 2 dargestellten Wähleinrichtung;
8A ist ein schematisches Diagramm, das einen Bereich der Reflexion darstellt, wenn ein Wafer mit Detektionslicht bestrahlt wird;
8B ist ein schematisches Diagramm, das den Bereich der Reflexion darstellt, wenn der Brennpunkt des Detektionslichts an der unteren Seite positioniert ist, verglichen mit dem in 8A dargestellten Fall;
9 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einem Verhältnis von Spannungssignalen, die von den in 2 dargestellten ersten und zweiten Lichtempfangselementen ausgegeben werden, und einer Distanz von der oberen Oberfläche des Wafers zum Brennpunkt des Detektionslichts darstellt;
10 ist eine perspektivische Ansicht des Strahlkondensors und einer zweiten Positionsdetektionseinrichtung für die obere Oberfläche, dargestellt in 1;
11 ist ein schematisches Diagramm, das den Zustand darstellt, in dem die Position der oberen Oberfläche des Wafers durch die in 1 dargestellte zweite Positionsdetektionseinrichtung für die obere Oberfläche detektiert wird; und
12 ist ein schematisches Diagramm, das den Strahlengang des Detektionslichts darstellt, wenn die Position der oberen Oberfläche des Wafers eine Bezugsposition ist, und den Strahlengang des Detektionslichts, wenn sich die Position der oberen Oberfläche des Wafers von der Bezugsposition um h verändert hat.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine Laserbearbeitungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Wie in 1 dargestellt, weist eine Laserbearbeitungsvorrichtung 2 einen Einspanntisch 4, der einen Wafer W hält, eine Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 6, die den am Einspanntisch 4 gehaltenen Wafer W mit einem Laserstrahl bestrahlt, und einen Zuführmechanismus 8 auf, der eine Bearbeitungszufuhr des Einspanntisches 4 und der Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 6 in einer X-Achsen-Richtung, die durch einen Pfeil X in 1 angezeigt wird, und einer Y-Achsen-Richtung (Richtung, die durch einen Pfeil Y in 1 angezeigt wird) orthogonal zur X-Achsen-Richtung ausführt. Die durch die X-Achsen-Richtung und die Y-Achsen-Richtung definierte XY-Ebene ist im Wesentlichen horizontal.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 der vorliegenden Ausführungsform weist eine entlang der X-Achse bewegbare Platte 12 auf, die an der oberen Oberfläche einer Basis 10 angebracht ist, eine entlang der Y-Achse bewegbare Platte 14, die an der oberen Oberfläche der entlang der X-Achse bewegbaren Platte 12 angebracht ist, eine Tragsäule 16, die an der oberen Oberfläche der entlang der Y-Achse bewegbaren Platte 14 befestigt ist, und eine Abdeckplatte 18, die am oberen Ende der Tragsäule 16 befestigt ist. In der Abdeckplatte 18 ist ein in der Y-Achsen-Richtung verlaufendes Langloch 18a ausgebildet. Darüber hinaus ist der oben beschriebene Einspanntisch 4 drehbar am oberen Ende der Tragsäule 16 angebracht und führt durch das Langloch 18a der Abdeckplatte 18 nach oben.
An einem oberen Endteil des Einspanntisches 4 ist eine poröse kreisförmige Ansaugeinspanneinrichtung 20 angeordnet, die mit einem Ansaugmittel (nicht dargestellt) verbunden ist.
Am Umfangsrand des Einspanntisches 4 sind mehrere Klemmen 22 in Abständen in Umfangsrichtung angeordnet.
Am Einspanntisch 4 wird durch das Ansaugmittel eine Ansaugkraft für die obere Oberfläche der Ansaugeinspanneinrichtung 20 erzeugt, um den am Wafer platzierten Wafer W anzusaugen und zu halten. Darüber hinaus wird der Einspanntisch 4 durch einen in die Tragsäule 16 eingebauten Motor (nicht dargestellt) gedreht, wobei die Oben-/Unten-Richtung eine die axiale Mitte ist.
Wie in 2 dargestellt ist, weist die Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 6 einen Laseroszillator 24, der einen Puls-Laserstrahl LB1 zur Bearbeitung emittiert, einen Strahlkondensor 26, der den vom Laseroszillator 24 emittierten Laserstrahl LB1 bündelt und einen Brennpunkt P auf den am Einspanntisch 4 gehaltenen Wafer W positioniert, eine Brennpunktpositions-Einstelleinrichtung 28, die zwischen dem Laseroszillator 24 und dem Strahlkondensor 26 angeordnet ist und die Position des Brennpunkts P einstellt, und eine Positionsdetektionseinrichtung 30 für die obere Oberfläche auf, der die Position der oberen Oberfläche des Wafers W detektiert.
Wie in 1 dargestellt, weist die Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 6 ein Gehäuse 32 auf, das sich von der oberen Oberfläche der Basis 10 nach oben erstreckt und danach im Wesentlichen horizontal verläuft. Der Laseroszillator 24 ist im Inneren des Gehäuses 32 angeordnet. Der vom Laseroszillator 24 emittierte Laserstrahl LB1 weist beispielsweise eine Wellenlänge auf, die für den Wafer W durchlässig ist (z. B. 1064 nm). Der Strahlkondensor 26 ist an der unteren Oberfläche der Spitze des Gehäuses 32 angebracht.
Bezugnehmend auf 2 weist die Brennpunktpositions-Einstelleinrichtung 28 eine erste und eine zweite Linse 34 und 36, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, einen ersten Galvanoscanner 38, der den Laserstrahl LB1 reflektiert, der die erste Linse 34 passiert hat, und einen zweiten Galvanoscanner 40 auf, der den am ersten Galvanoscanner 38 reflektierten Laserstrahl LB1 reflektiert und den Laserstrahl LB1 zur zweiten Linse 36 führt. Zwischen der zweiten Linse 36 und dem Strahlkondensor 26 ist ein Richtungsänderungsspiegel 42 angeordnet, der den Laserstrahl LB1, der die zweite Linse 36 durchlaufen hat, zu dem Strahlkondensor 26 führt.
Unter Bezugnahme auf 3 mit 2 weist der erste Galvanoscanner 38 ein Paar von ersten und zweiten Spiegeln 44 und 46 auf, die einander in einem vorgegebenen Abstand parallel zugewandt sind, sowie einen Winkeleinstellantrieb 48 (siehe 3), der den Installationswinkel der ersten und zweiten Spiegel 44 und 46 einstellt.
Wie in 2 dargestellt, reflektiert der erste Spiegel 44 den Laserstrahl LB1, der die erste Linse 34 passiert hat, in Richtung des zweiten Spiegels 46. Der zweite Spiegel 46 reflektiert den am ersten Spiegel 44 reflektierten Laserstrahl LB1 in Richtung des zweiten Galvanoscanners 40.
Wie in 3 dargestellt, ist ein Drehschaft 48a des Winkeleinstellantriebs 48 sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Spiegel 44 und 46 verbunden. Darüber hinaus ändert der Winkeleinstellantrieb 48 den Installationswinkel des ersten und zweiten Spiegels 44 und 46 in Bezug auf den Strahlengang des Laserstrahls LB1, während der parallele Zustand des ersten und zweiten Spiegels 44 und 46 beibehalten wird.
Ähnlich wie der erste Galvanoscanner 38 weist der zweite Galvanoscanner 40 ein Paar von dritten und vierten Spiegeln 50 und 52 auf, die einander in einem vorgegebenen Abstand parallel zugewandt sind, sowie einen Winkeleinstellantrieb 54, der den Installationswinkel der dritten und vierten Spiegel 50 und 52 einstellt.
Der dritte Spiegel 50 reflektiert den am zweiten Spiegel 46 des ersten Galvanoscanners 38 reflektierten Laserstrahl LB1 in Richtung des vierten Spiegels 52. Der vierte Spiegel 52 reflektiert den am dritten Spiegel 50 reflektierten Laserstrahl LB1 in Richtung der zweiten Linse 36.
Ein Drehschaft 54a des Winkeleinstellantriebs 54 zur Winkeleinstellung ist sowohl mit dem dritten als auch mit dem vierten Spiegel 50 und 52 gekoppelt. Darüber hinaus verändert der Winkeleinstellantrieb 54 den Installationswinkel des dritten und vierten Spiegels 50 und 52 in Bezug auf den Strahlengang des Laserstrahls LB1, während der parallele Zustand des dritten und vierten Spiegels 50 und 52 beibehalten wird.
Wie oben beschrieben, wird der vom Laseroszillator 24 emittierte Laserstrahl LB1 an den ersten und zweiten Spiegeln 44 und 46 reflektiert, nachdem er die erste Linse 34 passiert hat. Wie in 4 dargestellt, werden m1 und m2 durch die folgenden Ausdrücke dargestellt, wenn das Intervall zwischen dem ersten Spiegel 44 und dem zweiten Spiegel 46 als d definiert ist. $m 1 = d/cos θ$
$m 2 = m 1 cos 2 θ = (d/cos θ) cos 2 θ$
So erhält man die folgende Beziehung. $m 1 + m 2 = (d/cos θ) (1 + cos 2 θ) = 2 dcos θ$
Wenn das Intervall zwischen dem dritten Spiegel 50 und dem vierten Spiegel 52 ähnlich wie oben als d definiert ist, ändert sich die Strahlenganglänge des Laserstrahls LB1 in (m1 + m2) × 2. Wenn beispielsweise das Intervall d auf 2 mm festgelegt wird und der Zustand, in dem der Winkel θ 47,5 Grad beträgt, als Grundlage verwendet wird (Änderung der Strahlenganglänge ist 0), ändert sich die Strahlenganglänge des Laserstrahls LB1 wie in 5 dargestellt. In dem in 5 dargestellten Beispiel ändert sich bei einer Änderung des Winkels θ in einem Bereich von 40 Grad bis 57,5 Grad die Länge des Strahlengangs in einem Bereich von + 0,73 bis - 1,1 mm. Das heißt, der Betrag der Änderung des Strahlengangs im oben beschriebenen Winkelbereich beträgt 1,83 mm.
Als nächstes wird die Beziehung zwischen der Änderung der Länge des Strahlengangs und der Verschiebung der Position des Brennpunkts des vom Strahlkondensor 26 gebündelten Laserstrahls LB1 beschrieben.
Wenn, wie in 2 dargestellt, die Strahlenganglänge von einem Fokuspunkt D der ersten Linse 34 zu der zweiten Linse 36 als d1 und die Strahlenganglänge von der zweiten Linse 36 zu dem Strahlkondensor 26 als d2 definiert ist und die Brennweite der zweiten Linse 36 als f1 und die Brennweite des Strahlkondensors 26 als f2 definiert ist, erhält man eine Distanz d3 von dem Strahlkondensor 26 zu dem Brennpunkt P durch den folgenden Ausdruck (1) $d 3 = \frac{d 1 + d 2 (- \frac{d 1}{f 1} + 1)}{\frac{1}{f 2} {d 1 + d 2 (- \frac{d 1}{f 1} + 1)} - (- \frac{d 1}{f 1} + 1)}$
Der Fokuspunkt D der ersten Linse 34 entspricht der Brennweite der ersten Linse 34, wenn der vom Laseroszillator 24 emittierte Laserstrahl LB1 ein kollimierter Strahl ist.
Wenn in Ausdruck (1) die Brennweite f1 der zweiten Linse 36, die Brennweite f2 des Strahlkondensors 26 und die Strahlenganglänge d2 von der zweiten Linse 36 zum Strahlkondensor 26 jeweils durch einen bestimmten Zahlenwert ersetzt werden, wird die Distanz d3 vom Strahlkondensor 26 zum Brennpunkt P eine Funktion der Strahlenganglänge d1 vom Brennpunkt D der ersten Linse 34 zur zweiten Linse 36. Das heißt, die Position des Brennpunkts P ändert sich, wenn die Strahlenganglänge d1 verändert wird.
Wenn beispielsweise die Brennweite f1 der zweiten Linse 36 auf 12,7 mm und die Brennweite f2 des Strahlkondensors 26 auf 2 mm festgelegt ist und die Strahlenganglänge d2 auf 20 mm festgelegt ist und der Zustand, in dem die Strahlenganglänge d1 der Brennweite f1 (12,7 mm) der zweiten Linse 36 entspricht, als Grundlage verwendet wird (Verschiebung des Brennpunkts P ist 0), wird die Verschiebung des Brennpunkts P in Bezug auf die Änderung der Strahlenganglänge d1 wie in 6 dargestellt.
Wenn sich also unter der oben beschriebenen Bedingung der Winkel θ im Bereich von 40 Grad bis 57,5 Grad ändert, ändert sich die Strahlenganglänge im Bereich von + 0,73 bis -1,1 mm. Zusätzlich ändert sich dementsprechend die Distanz d3 vom Strahlkondensor 26 zum Brennpunkt P in einem Bereich von - 20 bis + 28 um. Das heißt, in die Brennpunktpositions-Einstelleinrichtung 28 wird die Position des Brennpunkts P in der Aufwärts-Abwärts-Richtung eingestellt, indem der Installationswinkel des ersten bis vierten Spiegels 44, 46, 50 und 52 durch die Winkeleinstellantriebe 48 und 54 eingestellt wird.
Wie in 2 dargestellt, weist die Positionsdetektionseinrichtung 30 für die obere Oberfläche der vorliegenden Ausführungsform eine erste Positionsdetektionseinrichtung 56 für die obere Oberfläche, eine zweite Positionsdetektionseinrichtung 58 für die obere Oberfläche und einen Auswahlteil 60 auf, der entweder die erste Positionsdetektionseinrichtung 56 für die obere Oberfläche oder die zweite Positionsdetektionseinrichtung 58 für die obere Oberfläche auswählt. Die Positionsdetektionseinrichtung 30 für die obere Oberfläche muss nicht sowohl die erste als auch die zweite Positionsdetektionseinrichtung 56 und 58 für die obere Oberfläche aufweisen; es reicht aus, wenn die Positionsdetektionseinrichtung 30 für die obere Oberfläche entweder die erste oder die zweite Positionsdetektionseinrichtung 56 oder 58 für die obere Oberfläche aufweist.
Die erste Positionsdetektionseinrichtung 56 für die obere Oberfläche weist eine Lichtquelle 61 für die Detektion auf, die Detektionslicht LB2 mit einem breiten Wellenlängenband emittiert, und eine Wähleinrichtung 62, die das Detektionslicht LB2 mit einer bestimmten Wellenlänge aus dem von der Lichtquelle 61 emittierten Detektionslicht LB2 für die Detektion wählt. Die erste Positionsdetektionseinrichtung 56 für die obere Oberfläche wählt durch die Wähleinrichtung 62 das Detektionslicht LB2 mit der spezifischen Wellenlänge aus dem von der Lichtquelle 61 zur Detektion emittierten Detektionslicht LB2 aus und führt das Detektionslicht LB2 zur oberen Oberfläche des am Einspanntisch 4 gehaltenen Wafers W und berechnet die Position der oberen Oberfläche des Wafers W durch reflektiertes Licht LB2', das durch Reflexion an der oberen Oberfläche des Wafers W entsteht.
Die Lichtquelle 61 zum Detektieren emittiert beispielsweise Licht mit Wellenlängen in einem Bereich von 100 bis 2000 nm als Detektionslicht LB2 des breiten Wellenlängenbandes. Das breite Wellenlängenband des Detektionslichts LB2 ist nicht auf den oben beschriebenen Bereich (Bereich von 100 bis 2000 nm) beschränkt, und es reicht aus, wenn das breite Wellenlängenband ein Bereich ist, der eine selektive Extraktion mehrerer Strahlen des Detektionslichts mit voneinander verschiedenen Wellenlängen ermöglicht.
Wie in 7 dargestellt, weist die Wähleinrichtung 62 mehrere Bandpassfilter 63a bis 63j, eine Tragplatte 64, die die mehreren Bandpassfilter 63a bis 63j trägt, und einen Motor 65 auf, der die Tragplatte 64 dreht.
Die mehreren Bandpassfilter 63a bis 63j ermöglichen jeweils eine Übertragung des Detektionslichts LB2 mit einer von mehreren spezifischen Wellenlängen, die sich voneinander unterscheiden. Beispielsweise können die jeweiligen Bandpassfilter 63a bis 63j so ausgestaltet sein, dass sie eine Transmission von Licht mit der folgenden Wellenlänge ermöglichen: 100 nm mit dem Bandpassfilter 63a; 300 nm mit dem Bandpassfilter 63b; 500 nm mit dem Bandpassfilter 63c; 700 nm mit dem Bandpassfilter 63d; 900 nm mit dem Bandpassfilter 63e; 1100 nm mit dem Bandpassfilter 63f; 1300 nm mit dem Bandpassfilter 63g; 1500 nm mit dem Bandpassfilter 63h; 1700 nm mit dem Bandpassfilter 63i; und 1900 nm mit dem Bandpassfilter 63j.
Die Anzahl der Bandpassfilter der Wähleinrichtung 62 und die Wellenlängen des Lichts, das durch die Bandpassfilter der Wähleinrichtung 62 transmittiert wird, können optional festgelegt werden.
Darüber hinaus wird in der Wähleinrichtung 62 die Tragplatte 64 durch den Motor 65 gedreht und einer der mehreren Bandpassfilter 63a bis 63j gewählt und im Strahlengang des Detektionslichts LB2 positioniert. Dadurch kann das Detektionslicht LB2 mit der spezifischen Wellenlänge gewählt werden, die an der oberen Oberfläche des Wafers W im Detektionslicht LB2 des von der Lichtquelle 61 emittierten breiten Wellenlängenbandes zur Detektion ausreichend reflektiert wird. Die Wähleinrichtung 62 wählt das Detektionslicht LB2 mit einer Wellenlänge, die sich von der Wellenlänge des vom Laseroszillator 24 emittierten Laserstrahls LB1 zur Bearbeitung unterscheidet.
Vorzugsweise wählt die Wähleinrichtung 62 das Detektionslicht mit einer Wellenlänge, die die Menge des empfangenen Lichts an den ersten und zweiten Lichtempfangselementen 72 und 74 oder einem später zu beschreibenden Lichtempfangsendteil 86 gemäß der Art des Wafers W und dem Oberflächenzustand des Wafers W maximiert. Dies liegt daran, dass die Höhe der oberen Oberfläche des Wafers W genauer gemessen werden kann.
Wie in 2 dargestellt, weist die erste Positionsdetektionseinrichtung 56 für die obere Oberfläche eine Kombinationseinrichtung 67 auf, die veranlasst, dass das Detektionslicht LB2, welches das von der Lichtquelle 61 zur Detektion emittierte Detektionslicht LB2 ist und die Wähleinrichtung 62 und einen ersten Strahlteiler 66 passiert hat, nacheinander zwischen dem Laseroszillator 24 und der Brennpunktpositions-Einstelleinrichtung 28 zusammengeführt wird, und einen zweiten Strahlteiler 68 auf, der das reflektierte Licht LB2', das aus einer Reflexion des Detektionslichts LB2, das durch die Brennpunktpositions-Einstelleinrichtung 28 und den Strahlkondensor 26 hindurchgegangen ist, an der oberen Oberfläche des am Einspanntisch 4 gehaltenen Wafers W entsteht, in einen ersten Strahlengang OP1 und einen zweiten Strahlengang OP2 aufteilt, durch die Kombinationseinrichtung 67 und den ersten Strahlteiler 66. Die erste Positionsdetektionseinrichtung 56 für die obere Oberfläche weist ferner einen Filter 70, der auf dem ersten Strahlengang OP1 angeordnet ist und einen Teil des aufgespaltenen reflektierten Lichts LB2' veranlasst, den Filter 70 zu passieren, das erste Lichtempfangselement 72, welches das reflektierte Licht LB2' empfängt, das den Filter 70 passiert hat, und das zweite Lichtempfangselement 74 auf, das auf dem zweiten Strahlengang OP2 angeordnet ist und das gesamte aufgespaltene reflektierte Licht LB2' empfängt.
Die Kombinationseinrichtung 67 kann als ein dichromatischer Halbspiegel ausgestaltet sein. Die Kombinationseinrichtung 67 veranlasst den vom Laseroszillator 24 emittierten Laserstrahl LB1, die Kombinationseinrichtung 67 zu durchlaufen, und reflektiert das Detektionslicht LB2, welches das von der Lichtquelle 61 zur Detektion emittierte und durch den ersten Strahlteiler 66 hindurchgegangene Detektionslicht LB2 ist, in Richtung der Brennpunktpositions-Einstelleinrichtung 28. Die ersten und zweiten Lichtempfangselemente 72 und 74 geben ein der empfangenen Lichtmenge entsprechendes Spannungssignal an eine Steuerungseinrichtung 76 aus.
Die Steuerungseinrichtung 76 ist durch einen Computer ausgestaltet und steuert eine Betätigung der Laserbearbeitungsvorrichtung 2. Die Steuerungseinrichtung 76 weist eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), die eine Rechenbearbeitung gemäß einem Steuerprogramm ausführt, einen Festspeicher (ROM), der das Steuerprogramm usw. speichert, und einen lesbaren und beschreibbaren Arbeitsspeicher (RAM), der ein Rechenergebnis usw. speichert, auf.
Die erste Positionsdetektionseinrichtung 56 für die obere Oberfläche der vorliegenden Ausführungsform weist ferner einen Filter 78 auf, der nur Licht durchlässt, das der Wellenlänge des reflektierten Lichts LB2' (spezifische, von der Wähleinrichtung 62 gewählte Wellenlänge) in dem Licht entspricht, das von der Kombinationseinrichtung 67 zu dem ersten Strahlteiler 66 geführt und an dem ersten Strahlteiler 66 reflektiert worden ist, eine Zylinderlinse 80, die das reflektierte Licht LB2', das durch den zweiten Strahlteiler 68 in den ersten Strahlengang OP1 geteilt wurde, eindimensional bündelt, und eine Kondensorlinse 82, die das reflektierte Licht LB2', das durch den zweiten Strahlteiler 68 in den zweiten Strahlengang OP2 geteilt wurde, zu 100% bündelt.
Die Ausgestaltung des Filters 78 könnte dieselbe sein wie die Ausgestaltung der oben beschriebenen Wähleinrichtung 62 und weist mehrere Bandpassfilter, eine Tragplatte, die die mehreren Bandpassfilter trägt, und einen Motor auf, der die Trageinrichtung dreht (nicht dargestellt).
Darüber hinaus wird in dem Filter 78 derjenige Bandpassfilter ausgewählt, der eine Transmission von Licht mit der gleichen Wellenlänge wie die in der Wähleinrichtung 62 in den mehreren Bandpassfiltern gewählte Wellenlänge ermöglicht, und er wird in den Strahlengang des reflektierten Lichts LB2' positioniert. Auf diese Weise kann nur das Licht, das der Wellenlänge des reflektierten Lichts LB2' entspricht (spezifische Wellenlänge, die durch die Wähleinrichtung 62 gewählt wurde), durch den Filter 78 transmittiert werden.
Das von der Lichtquelle 61 zur Detektion emittierte Detektionslicht LB2 des breiten Wellenlängenbandes durchläuft den ersten Strahlteiler 66, nachdem nur die spezifische Wellenlänge durch die Wähleinrichtung 62 gewählt wurde, und wird dann an der Kombinationseinrichtung 67 in Richtung der Brennpunktpositions-Einstelleinrichtung 28 reflektiert und durch die Brennpunktpositions-Einstelleinrichtung 28 und den Richtungsänderungsspiegel 42 zum Strahlkondensor 26 geführt. Dann wird das vom Strahlkondensor 26 gebündelte Detektionslicht LB2 mit der spezifischen Wellenlänge an der oberen Oberfläche des am Einspanntisch 4 gehaltenen Wafers W reflektiert.
Beispielsweise reflektiert, wie in 8A dargestellt, wenn sich ein Brennpunkt Pa des Detektionslichts LB2 an einer Position vergleichsweise nahe der oberen Oberfläche des Wafers W befindet, das Detektionslicht LB2 an einem Bereich S1 der Bestrahlung der oberen Oberfläche des Wafers W.
Das an der oberen Oberfläche des Wafers W reflektierte reflektierte Licht LB2' durchläuft den Strahlkondensor 26, den Richtungsänderungsspiegel 42, die Brennpunktpositions-Einstelleinrichtung 28, der Kombinationseinrichtung 67 und den ersten Strahlteiler 66 und erreicht den Filter 78, wie durch eine gestrichelte Linie in 2 dargestellt.
Auch das reflektierte Licht des Laserstrahls LB1 zur Bearbeitung erreicht den Filter 78 ähnlich wie das reflektierte Licht LB2' des Detektionslichts LB2. Allerdings wird das reflektierte Licht des Laserstrahls LB1 zur Bearbeitung durch den Filter 78 unterbrochen. Denn der Filter 78 veranlasst, dass nur das Licht, das der Wellenlänge des reflektierten Lichts LB2' des Detektionslichts LB2 entspricht, durch den Filter 78 verläuft, wie oben beschrieben. Daher gelangt nur das reflektierte Licht LB2' des Detektionslichts LB2 durch den Filter 78.
Das reflektierte Licht LB2', das den Filter 78 durchlaufen hat, wird durch den zweiten Strahlteiler 68 in den ersten Strahlengang OP1 und den zweiten Strahlengang OP2 aufgeteilt. Das reflektierte Licht LB2', das in den ersten Strahlengang OP1 aufgeteilt wird, wird durch die Zylinderlinse 80 eindimensional fokussiert, und der Querschnitt davon nimmt eine elliptische Form an. Das in die elliptische Form gebündelte reflektierte Licht LB2' wird durch den Filter 70 auf eine vorgegebene Einheitslänge begrenzt, und ein Teil des in den ersten Strahlengang OP1 geteilten reflektierten Lichts LB2' wird von dem ersten Lichtempfangselement 72 empfangen. Dann wird von dem ersten Lichtempfangselement 72 ein Spannungssignal ausgegeben, das der Menge des empfangenen Lichts entspricht.
Darüber hinaus wird, wie in 8B dargestellt, wenn der Brennpunkt Pa des Detektionslichts LB2 tiefer liegt als die in 8A dargestellte Position, das Detektionslicht LB2 in einem Bereich S2 der Bestrahlung der oberen Oberfläche des Wafers W reflektiert. Der Bereich S2 ist größer als der Bereich S1 (S2 > S1). Somit wird die Länge der Hauptachse, wenn der Bereich des reflektierten Lichts, der den Bereich S2 betrifft, durch die Zylinderlinse 80 im ersten Strahlengang OP1 in die elliptische Form verengt wird, länger als die Länge der Hauptachse, wenn der Bereich des reflektierten Lichts, der den Bereich S1 betrifft, in die elliptische Form verengt wird.
Wie oben beschrieben, wird das reflektierte Licht LB2', dessen Bereich in dem ersten Strahlengang OP1 in schmale Form einer Ellipse verringert wurde, durch den Filter 70 auf die vorgegebene Einheitslänge begrenzt und vom ersten Lichtempfangselement 72 empfangen. Dadurch wird die Menge des empfangenen Lichts, wenn das reflektierte Licht, das den Bereich S2 betrifft, von dem ersten Lichtempfangselement 72 empfangen wird, kleiner als die Menge des empfangenen Lichts, wenn das reflektierte Licht, das den Bereich S1 betrifft, von dem ersten Lichtempfangselement 72 empfangen wird.
Wie oben wird die Menge des empfangenen Lichts des reflektierten Lichts, das von dem ersten Lichtempfangselement 72 empfangen wird, größer, wenn der Brennpunkt Pa des Detektionslichts LB2 näher an der oberen Oberfläche des Wafers W ist, und wird kleiner, wenn der Brennpunkt Pa weiter von der oberen Oberfläche des Wafers W entfernt ist. Daher ändert sich die Menge des empfangenen Lichts des ersten Lichtempfangselements 72 und das von dem ersten Lichtempfangselement 72 ausgegebene Spannungssignal ändert sich, wenn sich die Position der oberen Oberfläche (Reflexionsposition) des Wafers W ändert.
Andererseits wird das in den zweiten Strahlengang OP2 geteilte reflektierte Licht LB2' von der Kondensorlinse 82 zu 100% gebündelt, so dass das gesamte reflektierte Licht LB2', das in den zweiten Strahlengang OP2 geteilt wird, von dem zweiten Lichtempfangselement 74 empfangen wird. Somit ändert sich die Menge des vom zweiten Lichtempfangselement 74 empfangenen Lichts nicht, selbst wenn sich die Position der oberen Oberfläche (Reflexionsposition) des Wafers W ändert.
Daher ist die Menge des empfangenen Lichts des zweiten Lichtempfangselements 74 größer als diejenige des ersten Lichtempfangselements 72. Zusätzlich ist das vom zweiten Lichtempfangselement 74 ausgegebene Spannungssignal konstant.
Die Beziehung zwischen dem Verhältnis der vom ersten und zweiten Lichtempfangselement 72 und 74 ausgegebenen Spannungssignale (V2/V1) und einer Distanz von der oberen Oberfläche des Wafers W zum Brennpunkt Pa des Detektionslichts LB2 ist beispielsweise wie in einem Graph in 9 dargestellt.
Die Abszissenachse von 9 gibt die Distanz (µm) von der oberen Oberfläche des Wafers W zum Brennpunkt Pa an, wenn der Brennpunkt Pa an der Innenseite des Wafers W positioniert ist. Darüber hinaus gibt die Ordinatenachse von 9 das Verhältnis eines vom ersten Lichtempfangselement 72 ausgegebenen Spannungssignals V1 und eines vom zweiten Lichtempfangselement 74 ausgegebenen Spannungssignals V2 (V2/V1) an.
In dem in 9 dargestellten Beispiel wird das Verhältnis (V2/V1) der Spannungssignale „3“, wenn der Brennpunkt Pa in einer Tiefe von 10 um von der oberen Oberfläche des Wafers W angeordnet ist, und das Verhältnis (V2/V1) der Spannungssignale wird „6“, wenn der Brennpunkt Pa in einer Tiefe von 40 um von der oberen Oberfläche des Wafers W angeordnet ist.
Darüber hinaus wird in der ersten Positionsdetektionseinrichtung 56 für die obere Oberfläche aus dem Vergleich zwischen der empfangenen Lichtmenge am ersten Lichtempfangselement 72, die sich in Abhängigkeit von der Position der oberen Oberfläche des Wafers W ändert, und der empfangenen Lichtmenge am zweiten Lichtempfangselement 74, die sich in Abhängigkeit von der Position der oberen Oberfläche des Wafers W nicht ändert, die Position der oberen Oberfläche des Wafers W von der Steuerungseinrichtung 76 anhand der Position des Brennpunkts Pa des Detektionslichts LB2 berechnet.
Ähnlich wie die erste Positionsdetektionseinrichtung 56 für die obere Oberfläche weist die zweite Positionsdetektionseinrichtung 58 für die obere Oberfläche die Lichtquelle 61 zur Detektion auf, die das Detektionslicht LB2 mit einem breiten Wellenlängenband emittiert, und die Wähleinrichtung 62, die das Detektionslicht LB2 mit einer bestimmten Wellenlänge aus dem von der Lichtquelle 61 emittierten Detektionslicht LB2 zur Detektion wählt. Darüber hinaus wählt die zweite Positionsdetektionseinrichtung 58 für die obere Oberfläche durch die Wähleinrichtung 62 das Detektionslicht LB2 mit der spezifischen Wellenlänge in dem von der Lichtquelle 61 emittierten Detektionslicht LB2 zur Detektion aus und führt das Detektionslicht LB2 zu der oberen Oberfläche des von dem Einspanntisch 4 gehaltenen Wafers W und berechnet die Position der oberen Oberfläche des Wafers W durch reflektiertes Licht LB2'', das durch Reflexion an der oberen Oberfläche des Wafers W entsteht.
Bezugnehmend auf 10 und 11 weist die zweite Positionsdetektionseinrichtung 58 für die obere Oberfläche einen Bestrahlungsendteil 84 auf (siehe 11), der die obere Oberfläche des Wafers W mit dem von der Lichtquelle 61 für die Detektion emittierten Detektionslicht LB2 mit einem Einfallswinkel α bestrahlt, den Lichtempfangsendteil 86, der das reflektierte Licht LB2'' empfängt, das aus der Reflexion des Detektionslichts LB2 entsteht, mit dem die Bestrahlung von dem Bestrahlungsendteil 84 an der oberen Oberfläche des Wafers W ausgeführt wird, und einen Abbildungssensor 88 (siehe 11) auf, der die Position des von dem Lichtempfangsendteil 86 empfangenen reflektierten Lichts LB2'' misst.
Die zweite Positionsdetektionseinrichtung 58 für die obere Oberfläche der vorliegenden Ausführungsform weist ein U-förmiges Gehäuse 90 auf, wie in 10 dargestellt. Das Gehäuse 90 wird von dem Gehäuse 32 der Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 6 unter Zwischenschaltung einer geeigneten Halterung (nicht dargestellt) getragen. Darüber hinaus sind der Bestrahlungsendteil 84 und der Lichtempfangsendteil 86 an diesem Gehäuse 90 angeordnet. Wie in 11 dargestellt, sind der Bestrahlungsendteil 84 und der Lichtempfangsendteil 86 in der Y-Achsen-Richtung in einem Abstand angeordnet, wobei der Strahlkondensor 26 dazwischen liegt.
Wie in 2 dargestellt, wird das Detektionslicht LB2 des breiten Wellenlängenbandes, das von der Lichtquelle 61 zur Detektion emittiert wird, durch den ersten Strahlteiler 66 zum Gehäuse 90 der zweiten Positionsdetektionseinrichtung 58 für die obere Oberfläche geführt, nachdem nur die spezifische Wellenlänge durch die Wähleinrichtung 62 gewählt worden ist. Dann wird, wie in 11 dargestellt, die obere Oberfläche des von dem Einspanntisch 4 gehaltenen Wafers W mit dem Detektionslicht LB2 mit der spezifischen Wellenlänge bestrahlt, das von dem Bestrahlungsendteil 84 mit dem Einfallswinkel α zu dem Gehäuse 90 geführt wird.
Wie in 11 dargestellt, ist der Einfallswinkel α der Winkel, der durch eine gerade Linie senkrecht zur oberen Oberfläche des Einspanntisches 4 und dem Detektionslicht LB2 ausgebildet wird, mit dem die Bestrahlung vom Bestrahlungsendteil 84 aus ausgeführt wird. Der Einfallswinkel α ist auf einen Winkel festgelegt, der größer als ein Bündelungswinkel β des Strahlkondensors 26 und kleiner als 90 Grad ist (β < α < 90). Die Position der Bestrahlung mit dem Detektionslicht LB2 durch den Bestrahlungsendteil 84 entspricht im Wesentlichen der Bestrahlungsposition des Laserstrahls LB1 zur Bearbeitung, mit dem der Wafer W vom Strahlkondensor 26 bestrahlt wird.
Der Lichtempfangsendteil 86 ist an einer Position angeordnet, zu der sich das von dem Bestrahlungsendteil 84 ausgegebene Detektionslicht LB2 durch gleichmäßige Reflexion an der oberen Oberfläche des Wafers W bewegt. Wie in 12 dargestellt, ist der Abbildungssensor 88 so angeordnet, dass der von der geraden Linie senkrecht zur oberen Oberfläche des Einspanntisches 4 und dem Abbildungssensor 88 ausgebildete Winkel α beträgt.
Außerdem sind, wie in 10 dargestellt, am Gehäuse 90 Winkeleinstellknöpfe 92 und 94 zum Einstellen des Neigungswinkels des Bestrahlungsendteils 84 und des Lichtempfangsendteils 86 angebracht. Der Einfallswinkel α des Detektionslichts LB2, mit dem die Bestrahlung vom Bestrahlungsendteil 84 ausgeführt wird, und der Lichtempfangswinkel des Lichtempfangsendteils 86 können durch Drehen der Winkeleinstellknöpfe 92 und 94 eingestellt werden.
Wenn die Position der oberen Oberfläche des Wafers W eine Position ist, die durch eine durchgezogene Linie in 12 angezeigt wird, wird das Detektionslicht LB2, das von dem Bestrahlungsendteil 84 ausgegeben wird, an der oberen Oberfläche des Wafers W reflektiert und am Punkt A auf dem Abbildungssensor 88 empfangen. Darüber hinaus wird, wenn die Position der oberen Oberfläche des Wafers W eine Position ist, die in 12 durch eine Zweipunkt-Kettenlinie dargestellt ist, das von dem Bestrahlungsendteil 84 ausgegebene Detektionslicht LB2 an der oberen Oberfläche des Wafers W reflektiert, wie durch eine Zweipunkt-Kettenlinie dargestellt, und an Punkt B am Abbildungssensor 88 empfangen. Von dem Abbildungssensor 88 detektierte Daten werden an die Steuerungseinrichtung 76 ausgegeben.
Dann wird die Position der oberen Oberfläche des Wafers W von der Steuerungseinrichtung 76 auf der Grundlage der Position des von dem Abbildungssensor 88 detektierten reflektierten Lichts LB2'' berechnet. Insbesondere eine Verschiebung h der Position der oberen Oberfläche des Wafers W auf der Basis eines vom Abbildungssensor 88 detektierten Intervalls H zwischen Punkt A und Punkt B (h = Hcosα) berechnet.
Beispielsweise kann in dem Fall, in dem die Position der oberen Oberfläche des Wafers W, wenn das reflektierte Licht LB2'' an Punkt A auf dem Abbildungssensor 88 detektiert wird, als eine Bezugsposition h0 definiert ist, eine Position h1 der oberen Oberfläche des Wafers W, wenn das reflektierte Licht LB2'' an Punkt B auf dem Abbildungssensor 88 detektiert wird, durch h1 = h0 - h erhalten werden, da die Verschiebung h der Position der oberen Oberfläche des Wafers W, wenn das reflektierte Licht LB2'' an Punkt B detektiert wird, durch h = Hcosα wie oben beschrieben berechnet werden kann. Wie oben wird in der zweiten Positionsdetektionseinrichtung 58 für die obere Oberfläche die Position der oberen Oberfläche des Wafers W auf der Grundlage der Position des reflektierten Lichts LB2'' berechnet, das von dem Abbildungssensor 88 positioniert wird.
Bezugnehmend auf 2 weist der Auswahlteil 60 erste und zweite Blenden 96 und 98, eine erste Betätigungseinrichtung (nicht dargestellt), welche die erste Blende 96 bewegt, und eine zweite Betätigungseinrichtung (nicht dargestellt) auf, welche die zweite Blende 98 bewegt.
Die erste Blende 96 wird durch die erste Betätigungseinrichtung in eine Freigabeposition (in 2 durch eine durchgezogene Linie angedeutete Position) positioniert, in der die erste Blende 96 den Durchgang des Detektionslichts LB2, das den ersten Strahlteiler 66 durchlaufen hat, erlaubt, und in eine Unterbrechungsposition (in 2 durch eine Zweipunkt-Kettenlinie angedeutete Position), in der die erste Blende 96 das Detektionslicht LB2, das den ersten Strahlteiler 66 durchlaufen hat, unterbricht.
Die zweite Blende 98 wird durch die zweite Betätigungseinrichtung in eine Freigabeposition (in 2 durch eine durchgezogene Linie angedeutete Position) positioniert, in der die zweite Blende 98 das am ersten Strahlteiler 66 reflektierte Detektionslicht LB2 durchlässt, und in eine Unterbrechungsposition (in 2 durch eine Linie mit zwei Punkten angedeutet), in der die zweite Blende 98 das am ersten Strahlteiler 66 reflektierte Detektionslicht LB2 unterbricht.
Außerdem wird in dem Auswahlteil 60 das vom ersten Strahlteiler 66 geteilte Detektionslicht LB2 durch die erste Blende 96 und die zweite Blende 98 ausgewählt.
Insbesondere wird, wenn der Auswahlteil 60 die erste Positionsdetektionseinrichtung 56 für die obere Oberfläche auswählt, die erste Blende 96 durch die erste Betätigungseinrichtung in der Freigabeposition positioniert und die zweite Blende 98 durch die zweite Betätigungseinrichtung in der Unterbrechungsposition.
In diesem Fall wird das Detektionslicht LB2, das von der Lichtquelle 61 zur Detektion emittiert wurde und den ersten Strahlteiler 66 passiert hat, zu der ersten Positionsdetektionseinrichtung 56 für die obere Oberfläche geführt. In der Zwischenzeit wird das Detektionslicht LB2, das von der Lichtquelle 61 zur Detektion emittiert und am ersten Strahlteiler 66 reflektiert wurde, durch die zweite Blende 98 unterbrochen. Daher wird die erste Positionsdetektionseinrichtung 56 für die obere Oberfläche ausgewählt.
Darüber hinaus wird, wenn der Auswahlteil 60 die zweite Positionsdetektionseinrichtung 58 für die obere Oberfläche auswählt, die erste Blende 96 durch die erste Betätigungseinrichtung in der Unterbrechungsposition positioniert und die zweite Blende 98 durch die zweite Betätigungseinrichtung in der Freigabeposition positioniert.
In diesem Fall wird das Detektionslicht LB2, das von der Lichtquelle 61 zur Detektion emittiert wurde und den ersten Strahlteiler 66 passiert hat, durch die erste Blende 96 unterbrochen. In der Zwischenzeit wird das Detektionslicht LB2, das von der Lichtquelle 61 zur Detektion emittiert und am ersten Strahlteiler 66 reflektiert wurde, zu der zweiten Positionsdetektionseinrichtung 58 für die obere Oberfläche geführt. Daher wird die zweite Positionsdetektionseinrichtung 58 für die obere Oberfläche gewählt.
Wie in 1 dargestellt, weist der Zuführmechanismus 8 einen X-Achsen-Zufuhrmechanismus 100, der die Bearbeitungszufuhr des Einspanntisches 4 in der X-Achsen-Richtung relativ zur Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 6 ausführt, und einen Y-Achsen-Zufuhrmechanismus 102 auf, der die Bearbeitungszufuhr des Einspanntisches 4 in der Y-Achsen-Richtung relativ zur Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 6 ausführt.
Der X-Achsen-Zufuhrmechanismus 100 weist eine Kugelgewindespindel 104 auf, die mit der entlang der X-Achse bewegbaren Platte 12 gekoppelt ist und sich in der X-Achsen-Richtung erstreckt, sowie einen Motor 106, der die Kugelgewindespindel 104 dreht. Der X-Achsen-Zufuhrmechanismus 100 wandelt die Drehbewegung des Motors 106 durch die Kugelgewindespindel 104 in eine lineare Bewegung um und überträgt die lineare Bewegung auf die entlang der X-Achse bewegbare Platte 12, um die entlang der X-Achse bewegbare Platte 12 in der X-Achsen-Richtung entlang der Führungsschienen 10a auf der Basis 10 zu bewegen. Dadurch wird das Bearbeitungszuführen des Einspanntisches 4 in der X-Achsen-Richtung ausgeführt.
Der Y-Achsen-Zufuhrmechanismus 102 weist eine Kugelgewindespindel 108 auf, die mit der entlang der Y-Achse bewegbaren Platte 14 gekoppelt ist und sich in der Y-Achsen-Richtung erstreckt, sowie einen Motor 110, der die Kugelgewindespindel 108 dreht. Der Y-Achsen-Zufuhrmechanismus 102 wandelt die Drehbewegung des Motors 110 durch die Kugelgewindespindel 108 in eine lineare Bewegung um und überträgt die lineare Bewegung auf die entlang der Y-Achse bewegbaren Platte 14, um die entlang der Y-Achse bewegbare Platte 14 in der Y-Achsen-Richtung entlang der Führungsschienen 12a auf der entlang der X-Achse bewegbaren Platte 12 zu bewegen. Dadurch wird das Bearbeitungszuführen des Einspanntisches 4 in der Y-Achsen-Richtung ausgeführt.
Wie in 1 dargestellt, weist die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 ferner eine Abbildungseinheit 112 auf, die einen Zielteil detektiert, für den die Laserbearbeitung durch die Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 6 ausgeführt werden soll. Die Abbildungseinheit 112 ist an der unteren Oberfläche der Spitze des Gehäuses 32 der Laserstrahl-Bestrahlungseinheit 6 angebracht. Eine Abbildung, die durch Abbilden mit der Abbildungseinheit 112 erhalten wird, wird an die Steuerungseinrichtung 76 ausgegeben.
Als nächstes wird ein Bearbeitungsverfahren beschrieben, bei dem der Wafer W unter Verwendung der oben beschriebenen Laserbearbeitungsvorrichtung 2 bearbeitet wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Wafer W zunächst an der oberen Oberfläche des Einspanntisches 4 platziert. Danach wird das mit der Ansaugeinspanneinrichtung 20 verbundene Ansaugmittel betätigt und der Wafer W wird von der oberen Oberfläche der Ansaugeinspanneinrichtung 20 angesaugt und gehalten. Als nächstes wird der X-Achsen-Zufuhrmechanismus 100 betätigt und der Einspanntisch 4 direkt unter der Abbildungseinheit 112 positioniert.
Nachdem der Einspanntisch 4 direkt unter der Abbildungseinheit 112 positioniert ist, wird der Wafer W von der Abbildungseinheit 112 abgebildet. Danach wird die Positionsbeziehung zwischen dem Wafer W und dem Strahlkondensor 26 auf der Grundlage einer Abbildung des Wafers W, die von der Abbildungseinheit 112 aufgenommen wurde, eingestellt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Laserstrahl LB1 zur Bearbeitung auf den Zielteil gerichtet, für den die Laserbearbeitung ausgeführt werden soll. Zusätzlich wird der Brennpunkt P des Laserstrahls LB1 zur Bearbeitung auf eine vorgegebene Position eingestellt (beispielsweise eine Position in einer vorgegebenen Tiefe von der oberen Oberfläche des Wafers W).
Danach wird die Tragplatte 64 durch den Motor 65 der Wähleinrichtung 62 gedreht und einer der mehreren Bandpassfilter 63a bis 63j gewählt und in den Strahlengang des Detektionslichts LB2 positioniert. Dadurch kann das Detektionslicht LB2 mit der spezifischen Wellenlänge gewählt werden, die an der oberen Oberfläche des Wafers W im Detektionslicht LB2 des von der Lichtquelle 61 emittierten breiten Wellenlängenbandes zur Detektion ausreichend reflektiert.
Zu diesem Zeitpunkt ist es vorteilhaft, das Detektionslicht mit einer Wellenlänge zu wählen, die die Menge des empfangenen Lichts an den ersten und zweiten Lichtempfangselementen 72 und 74 oder dem Lichtempfangsendteil 86 im Hinblick auf eine genauere Messung der Höhe der oberen Oberfläche des Wafers W maximiert. Daher ist es vorteilhaft, im Voraus der oberen Oberfläche des Wafers W mit dem Detektionslicht LB2 mit mehreren spezifischen Wellenlängen zu bestrahlen, die durch die Wähleinrichtung 62 gewählt werden können, und die Wellenlänge zu prüfen, die die Menge des empfangenen Lichts maximiert.
Als nächstes wird entweder die erste oder die zweite Positionsdetektionseinrichtung 56 oder 58 für die obere Oberfläche durch den Auswahlteil 60 ausgewählt. Danach wird eine Bestrahlung mit dem Laserstrahl LB1 zur Bearbeitung aus dem Strahlkondensor 26 ausgeführt, während der Einspanntisch 4 durch den Zuführmechanismus 8 bewegt wird, um den Brennpunkt P des Laserstrahls LB1 zur Bearbeitung dazu zu veranlassen, nacheinander durch den zu bearbeitenden Zielteil des Wafers W zu verlaufen.
Darüber hinaus wird der Wafer W mit dem Detektionslicht LB2 mit der spezifischen Wellenlänge bestrahlt, die durch die Wähleinrichtung 62 gewählt wurde, und die Detektion der Position der oberen Oberfläche des Wafers W wird ausgeführt. Dann wird die Höhe des Brennpunkts P des Laserstrahls LB1 zur Bearbeitung auf der Grundlage des Detektionsergebnisses der Position der oberen Oberfläche des Wafers W eingestellt.
In dem Fall, in dem die erste Positionsdetektionseinrichtung 56 für die obere Oberfläche gewählt wird, wenn der Wafer W mit dem Detektionslicht LB2 mit der spezifischen Wellenlänge bestrahlt wird, werden das Spannungssignal, das sich auf die Menge des empfangenen Lichts des ersten Lichtempfangselements 72 bezieht, und das Spannungssignal, das sich auf die Menge des empfangenen Lichts des zweiten Lichtempfangselements 74 bezieht, an die Steuerungseinrichtung 76 gesendet.
In diesem Fall wird die Position der oberen Oberfläche des Wafers W von der Steuerungseinrichtung 76 aus einem Vergleich zwischen der empfangenen Lichtmenge am ersten Lichtempfangselement 72 und der empfangenen Lichtmenge am zweiten Lichtempfangselement 74 berechnet. Dann werden, basierend auf der berechneten Position der oberen Oberfläche des Wafers W, die Winkeleinstellantriebe 48 und 54 des ersten und zweiten Galvanoscanners 38 und 40 der Brennpunktpositions-Einstelleinrichtung 28 von der Steuerungseinrichtung 76 gesteuert und die Höhe des Brennpunkts P des Laserstrahls LB1 zur Bearbeitung eingestellt.
Andererseits wird in dem Fall, in dem die zweite Positionsdetektionseinrichtung 58 für die obere Oberfläche gewählt wird, wenn der Wafer W mit dem Detektionslicht LB2 mit der spezifischen Wellenlänge bestrahlt wird, die Positionsinformation des reflektierten Lichts LB2'', das durch den Abbildungssensor 88 der zweiten Positionsdetektionseinrichtung 58 für die obere Oberfläche detektiert wird, an die Steuerungseinrichtung 76 gesendet.
In diesem Fall wird die Position der oberen Oberfläche des Wafers W von der Steuerungseinrichtung 76 auf der Grundlage der Abbildungsinformation des vom Abbildungssensor 88 detektierten reflektierten Lichts LB2'' berechnet. Dann werden, basierend auf der berechneten Position der oberen Oberfläche des Wafers W, die Winkeleinstellantriebe 48 und 54 des ersten und zweiten Galvanoscanners 38 und 40 der Brennpunktpositions-Einstelleinrichtung 28 von der Steuerungseinrichtung 76 gesteuert und die Höhe des Brennpunkts P des Laserstrahls LB1 zur Bearbeitung wird eingestellt.
Dadurch wird die Distanz von der oberen Oberfläche des Wafers W zum Brennpunkt P des Laserstrahls LB1 zur Bearbeitung konstant gehalten. Daher kann die erforderliche Laserbearbeitung (beispielsweise die Ausbildung einer modifizierten Schicht) an einer Position in einer vorgegebenen Tiefe von der oberen Oberfläche des Wafers W parallel zur oberen Oberfläche des Wafers W ausgeführt werden.
Wie oben beschrieben, wird in der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 der vorliegenden Ausführungsform das Detektionslicht LB2 im Detektionslicht LB2 des breiten Wellenlängenbandes, das von der Lichtquelle 61 zur Detektion emittiert wird, mit der spezifischen Wellenlänge, die ausreichend an der oberen Oberfläche des Wafers W reflektiert, durch die Wähleinrichtung 62 gewählt. Daher kann die Höhe der oberen Oberfläche des Wafers W unabhängig von der Art und dem Oberflächenzustand des Wafers W richtig gemessen werden, und es wird möglich, den Brennpunkt P des Laserstrahls LB1 zur Bearbeitung auf der Grundlage der richtig gemessenen Höhe der oberen Oberfläche des Wafers W richtig zu positionieren.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform beschränkt. Der Schutzbereich der Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert und sämtliche Änderungen und Abwandlungen, die in den äquivalenten Schutzbereich der Ansprüche fallen, sind folglich durch die Erfindung einbezogen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005313182 [0004, 0005]
JP 2007152355 [0004, 0006]

Claims

Laserbearbeitungsvorrichtung, aufweisend: einen Einspanntisch, der einen Wafer hält; eine Laserstrahl-Bestrahlungseinheit, die den durch den Einspanntisch gehaltenen Wafer mit einem Laserstrahl bestrahlt; und einen Zuführmechanismus, der eine Bearbeitungszufuhr des Einspanntisches und der Laserstrahl-Bestrahlungseinheit in einer X-Achsen-Richtung und einer Y-Achsen-Richtung orthogonal zu der X-Achsen-Richtung ausführt, wobei die Laserstrahl-Bestrahlungseinheit aufweist: einen Laseroszillator, der den Laserstrahl emittiert, einen Strahlkondensor, der den von dem Laseroszillator emittierten Laserstrahl bündelt und einen Brennpunkt auf dem vom Einspanntisch gehaltenen Wafer positioniert, eine Brennpunktpositions-Einstelleinrichtung, die zwischen dem Laseroszillator und dem Strahlkondensor angeordnet ist und eine Position des Brennpunkts einstellt, und eine Positionsdetektionseinrichtung für die obere Oberfläche, die eine Position der oberen Oberfläche des Wafers detektiert, wobei die Positionsdetektionseinrichtung für die obere Oberfläche aufweist: eine Detektionslichtquelle, die Detektionslicht mit einem breiten Wellenlängenband emittiert, und eine Wähleinrichtung, die Detektionslicht mit einer spezifischen Wellenlänge aus dem von der Detektionslichtquelle emittierten Detektionslicht wählt, und die Positionsdetektionseinrichtung für die obere Oberfläche durch die Wähleinrichtung das Detektionslicht mit der spezifischen Wellenlänge in dem von der Detektionslichtquelle emittierten Detektionslicht auswählt und das Detektionslicht zu einer oberen Oberfläche des von dem Einspanntisch gehaltenen Wafers führt und die Position der oberen Oberfläche des Wafers durch reflektiertes Licht berechnet, das durch eine Reflexion an der oberen Oberfläche des Wafers entsteht.
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Wähleinrichtung mehrere Bandpassfilter aufweist, die eine Transmission von Detektionslicht mit spezifischen, voneinander verschiedenen, Wellenlängen zulassen, und einen der mehreren Bandpassfilter auswählt und den ausgewählten Bandpassfilter in einem Strahlengang des Detektionslichts positioniert, um das Detektionslicht mit der spezifischen Wellenlänge auszuwählen.
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Wähleinrichtung das Detektionslicht mit einer Wellenlänge wählt, die eine Menge des empfangenen Lichts maximiert.
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Positionsdetektionseinrichtung für die obere Oberfläche aufweist: eine Kombinationseinrichtung, die veranlasst, dass das Detektionslicht, welches das von der Detektionslichtquelle emittierte Detektionslicht ist und die Wähleinrichtung und einen ersten Strahlteiler durchlaufen hat, nacheinander zwischen dem Laseroszillator und der Brennpunktpositions-Einstelleinrichtung zusammengeführt wird, einen zweiten Strahlteiler, der reflektiertes Licht, das aus einer Reflexion des Detektionslichts stammt, das durch die Brennpunktpositions-Einstelleinrichtung und den Strahlkondensor an der oberen Oberfläche des vom Einspanntisch gehaltenen Wafers durchgelaufen ist, in einen ersten Strahlengang und einen zweiten Strahlengang durch die Kombinationseinrichtung und den ersten Strahlteiler aufspaltet, einen Filter, der im ersten Strahlengang angeordnet ist und einen Teil des aufgespaltenen reflektierten Lichts veranlasst, den Filter zu durchlaufen, ein erstes Lichtempfangselement, welches das reflektierte Licht, das den Filter passiert hat, empfängt, und ein zweites Lichtempfangselement, das in dem zweiten Strahlengang angeordnet ist und das gesamte aufgeteilte reflektierte Licht empfängt, und wobei die Positionsdetektionseinrichtung für die obere Oberfläche die Position der oberen Oberfläche des Wafers aus einem Vergleich zwischen einer Menge des empfangenen Lichts am ersten Lichtempfangselement und einer Menge des empfangenen Lichts am zweiten Lichtempfangselement berechnet.
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Positionsdetektionseinrichtung für die obere Oberfläche aufweist: einen Bestrahlungsendteil, der die obere Oberfläche des Wafers mit dem von der Detektionslichtquelle emittierten Detektionslicht mit einem Einfallswinkel α bestrahlt, einen Lichtempfangsendteil, der reflektiertes Licht empfängt, das durch eine Reflexion des Detektionslichts entsteht, mit dem die Bestrahlung von dem Bestrahlungsendteil an der oberen Oberfläche des Wafers ausgeführt wird, und einen Abbildungssensor, der eine Position des reflektierten Lichts misst, das von dem Lichtempfangsendteil empfangen wird, und wobei die Positionsdetektionseinrichtung für die obere Oberfläche die Position der oberen Oberfläche des Wafers auf der Grundlage der Position des reflektierten Lichts, das von dem Abbildungssensor detektiert wird, berechnet.