KR101214496B1 - 레이저 가공장치 - Google Patents

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가츠하루 네기시
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Abstract

본 발명은 피가공물을 보유하는 척테이블과, 레이저광선을 조사하는 레이저광선 조사수단과, 척테이블을 가공이송방향으로 이동시키는 가공이송수단과, 레이저광선 조사수단을 가공이송방향(X)과 직교하는 분할이송방향(Y)으로 상대이동시키는 분할이송수단을 구비하는 레이저 가공장치에 있어서, 가공이송량을 검출하는 가공이송량 검출수단과, 분할이송량을 검출하는 분할이송량 검출수단과, 피가공물에 형성하는 미세구멍의 X, Y 좌표값을 기억하는 기억수단을 구비하고, 기억수단에 기억된 미세구멍의 X, Y 좌표값과 가공이송량 검출수단 및 분할이송량 검출수단으로부터의 검출신호에 따라 레이저광선 조사수단을 제어하는 제어수단을 구비하고 있다.
레이저광선, 척테이블, 가공장치

Description

레이저 가공장치{Laser Beam Processing Machine}
도 1은 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공장치의 사시도이다.
도 2는 피가공물로서의 반도체 웨이퍼의 평면도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 반도체 웨이퍼의 일부를 확대하여 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 2에 나타내는 반도체 웨이퍼를 고리모양의 프레임에 장착된 보호테이프의 표면에 붙인 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 2에 나타내는 반도체 웨이퍼가 도 1에 나타내는 레이저 가공장치의 척테이블의 소정 위치에 보유된 상태에서의 좌표와의 관계를 나타내는 설명도이다.
도 6의 (a) 및 도 6의 (b)는 도 1에 나타내는 레이저 가공장치에 의해 실시하는 천공(穿孔)공정의 설명도이다.
도 7의 (a) 및 도 7의 (b)는 도 1에 나타내는 레이저 가공장치에 의해 실시하는 천공공정의 설명도이다.
본 발명은 피가공물에 복수개의 미세구멍을 형성하는 레이저 가공장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조공정에서는 대략 원판형상인 반도체 웨이퍼의 표면에 격자모양으로 배열된 스트리트라고 불리는 분할예정라인을 따라 복수개의 영역이 구획되며, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스를 형성한다. 그리고, 반도체 웨이퍼를 분할예정라인을 따라 절단함으로써 디바이스가 형성된 영역을 분할하여 개개의 반도체 칩을 제조한다.
장치의 소형화, 고기능화를 도모하기 위하여, 복수개의 반도체 칩을 적층하고, 적층된 반도체 칩의 전극을 접속하는 모듈 구조가 실용화되고 있다. 이 모듈 구조는 반도체 웨이퍼에서의 전극이 형성된 부분에 관통구멍(비아 홀,via-hall)을 형성하고, 이 관통구멍에 전극과 접속하는 알루미늄 등의 도전성 재료를 매립하는 구조이며, 일본특허공개 2003-163323호 공보에 개시되어 있다.
상술한 반도체 웨이퍼에 형성된 관통구멍(비아 홀)은 드릴에 의해 형성되어 있다. 그런데, 반도체 웨이퍼에 형성된 관통구멍(비아 홀)은 직경이 100~300㎛로 작아, 드릴에 의한 천공으로는 생산성의 면에서 반드시 만족할 수 있는 것이 아니었다.
본 발명의 목적은 반도체 웨이퍼 등의 피가공물에 효율적으로 미세 구멍을 형성할 수 있는 레이저 가공장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 표면이 격자 모양으로 형성된 분할예정라인에 의해 복수의 영역으로 구획되고, 상기 복수의 영역에 각각 디바이스가 형성된 반도체 웨이퍼를 보유하는 척테이블과, 상기 척테이블에 보유된 상기 반도체 웨이퍼의 디바이스에 설치되어 있는 전극에 레이저광선을 조사하여 미세구멍을 형성하는 레이저광선 조사수단과, 상기 척테이블과 상기 레이저광선 조사수단을 가공이송방향(X)으로 상대적으로 이동시키는 가공이송수단과, 상기 척테이블과 상기 레이저광선 조사수단을 상기 가공이송방향(X)과 직교하는 분할이송방향(Y)으로 상대이동시키는 분할이송수단을 구비하는 레이저 가공장치에 있어서,
상기 척테이블과 상기 레이저광선 조사수단의 상대적인 가공이송량을 검출하는 가공이송량 검출수단과,
상기 척테이블과 상기 레이저광선 조사수단의 상대적인 분할이송량을 검출하는 분할이송량 검출수단과,
상기 가공이송량 검출수단과 분할이송량 검출수단에 의해 상기 레이저광선 조사수단과 함께 이동하고, 또한 상기 레이저광선 조사수단의 집광기에 대해 가공이송방향(X)으로 소정 간격을 두고 배치되며, 전극이 형성되는 위치를 바로 아래에 위치시키는 것에 의해 미세구멍이 형성되는 위치의 좌표값을 촬상하는 촬상수단과,
상기 촬상수단에 의해 촬상된 상기 전극의 X, Y 좌표값을 기억하는 기억수단을 구비하고, 상기 기억수단에 기억된 전극의 X, Y 좌표값과 상기 가공이송량 검출수단 및 상기 분할이송량 검출수단으로부터의 검출신호에 따라 상기 레이저광선 조사수단을 제어하는 제어수단을 구비하며,
상기 제어수단은 상기 가공이송량 검출수단 및 상기 분할이송량 검출수단으로부터의 신호에 따라 상기 기억수단에 기억된 전극의 X, Y 좌표값이 상기 레이저광선 조사수단의 조사위치에 도달했을 때, 상기 레이저광선 조사수단에 조사신호를 출력하여 상기 전극에 미세구멍을 형성하고,
반도체 웨이퍼의 두께와, 1펄스의 레이저광선에 의해 상기 전극에 형성할 수 있는 미세구멍의 깊이에 따라 관통구멍을 형성하는데 필요한 펄스수를 미리 상기 기억수단에 격납하며,
제어수단은 관통구멍을 형성하는데 필요한 펄스수에 도달할 때까지 레이저광선의 조사를 반복하도록 상기 레이저광선 조사수단을 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 피가공물에 형성하는 미세구멍의 X, Y 좌표값을 기억하고, 이 X, Y 좌표값에 레이저광선을 조사하여 레이저 가공구멍을 형성하기 때문에, 종래 사용되고 있는 드릴에 비하여 피가공물에 효율적으로 미세구멍을 형성할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공장치에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공장치의 사시도가 도시되어 있다. 도 1에 나타내는 레이저 가공장치는 정지(靜止)기대(2)와, 상기 정지기대(2)에 화살표 X로 나타내는 가공이송방향으로 이동가능하게 설치되어 피가공물을 보유하는 척테이블 기구(3)와, 정지기대(2)에 상기 화살표 X로 나타내는 방향과 직각인 화살표 Y로 나타내는 분할이송방향으로 이동가능하게 설치된 레이저광선 조사유니트 지지기구(4)와, 상기 레이저광선 조사유니트 지지기구(4)에 화살표 Z로 나타내는 방향으로 이동가능하게 설치된 레이저광선 조사유니트(5)를 구비하고 있다.
상기 척테이블 기구(3)는 정지기대(2) 위에 화살표 X로 나타내는 가공이송방향을 따라 평행하게 설치된 한 쌍의 안내레일(31,31)과, 상기 안내레일(31,31) 위에 화살표 X로 나타내는 가공이송방향으로 이동가능하게 설치된 제 1 슬라이딩 블록(32)과, 상기 제 1 슬라이딩 블록(32) 위에 화살표 Y로 나타내는 분할이송방향으로 이동가능하게 설치된 제 2 슬라이딩 블록(33)과, 상기 제 2 슬라이딩 블록(33) 위에 원통부재(34)에 의해 지지된 지지테이블(35)과, 피가공물 보유수단으로서의 척테이블(36)을 구비하고 있다. 이 척테이블(36)은 다공성 재료로 형성된 흡착 척(361)을 구비하고 있으며, 흡착 척(361) 위에 피가공물인 예를 들어, 원반형의 반도체 웨이퍼를 도시하지 않은 흡인수단에 의해 보유하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 척테이블(36)은 원통부재(34) 내에 설치된 도시하지 않은 펄스 모터에 의해 회전된다. 한편, 척테이블(36)에는 후술하는 고리모양의 프레임을 고정하기 위한 클램프(clamp, 362)가 설치되어 있다.
상기 제 1 슬라이딩 블록(32)은 그 아랫면에 상기 한 쌍의 안내레일(31,31)과 끼워맞추어지는 한 쌍의 피안내홈(321,321)이 설치되어 있는 동시에, 그 윗면에 화살표 Y로 나타내는 분할이송방향을 따라 평행하게 형성된 한 쌍의 안내 레일(322,322)이 설치되어 있다. 이와 같이 구성된 제 1 슬라이딩 블록(32)은 피안내홈(321,321)이 한 쌍의 안내레일(31,31)에 끼워맞추어짐으로써, 한 쌍의 안내레일(31,31)을 따라 화살표 X로 나타내는 가공이송방향으로 이동가능하게 구성된다. 도시한 실시예에서의 척테이블 기구(3)는 제 1 슬라이딩 블록(32)을 한 쌍의 안내레일(31,31)을 따라 화살표 X로 나타내는 가공이송방향으로 이동시키기 위한 가공이송수단(37)을 구비하고 있다. 가공이송수단(37)은 상기 한 쌍의 안내레일(31과 31) 사이에 평행하게 설치된 숫나사로드(371)와, 상기 숫나사로드(371)를 회전구동하기 위한 펄스 모터(372) 등의 구동원을 포함하고 있다. 숫나사로드(371)는 그 한쪽 끝이 상기 정지기대(2)에 고정된 축받이 블록(373)에 회전운동 가능하게 지지되어 있으며, 다른 쪽 끝은 상기 펄스 모터(372)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 한편, 숫나사로드(371)는 제 1 슬라이딩 블록(32)의 중앙부 아랫면에 돌출하여 설치된 도시하지 않은 암나사블록에 형성된 관통 암나사구멍에 나사결합되어 있다. 따라서, 펄스모터(372)에 의해 숫나사로드(371)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 제 1 슬라이딩 블록(32)은 안내레일(31,31)을 따라 화살표 X로 나타내는 가공이송방향으 로 이동된다.
도시한 실시예에서의 레이저 가공장치는, 상기 척테이블(36)의 가공이송량을 검출하기 위한 가공이송량 검출수단(374)을 구비하고 있다. 가공이송량 검출수단(374)은 안내레일(31)을 따라 설치된 리니어 스케일(linear scale; 374a)과, 제 1 슬라이딩 블록(32)에 설치되어 제 1 슬라이딩 블록(32)과 함께 리니어 스케일(374a)을 따라 이동하는 판독 헤드(374b)로 이루어져 있다. 이 이송량 검출수단(374)의 판독 헤드(374b)는, 도시한 실시예에서는 1㎛마다 1펄스의 펄스신호를 후술하는 제어수단으로 보낸다. 그리고, 후술하는 제어수단은 입력한 펄스신호를 카운트함으로써 척테이블(36)의 가공이송량을 검출한다. 한편, 상기 가공이송수단(37)의 구동원으로서 펄스모터(372)를 사용한 경우에는, 펄스모터(372)에 구동신호를 출력하는 후술하는 제어수단의 구동펄스를 카운트함으로써, 척테이블(36)의 가공이송량을 검출할 수 있다. 또한, 상기 가공이송수단(37)의 구동원으로서 서보모터를 사용한 경우에는, 서보모터의 회전수를 검출하는 로터리 엔코더가 출력하는 펄스신호를 후술하는 제어수단으로 보내어, 제어수단이 입력한 펄스신호를 카운트함으로써 척테이블(36)의 가공이송량을 검출할 수 있다.
상기 제 2 슬라이딩 블록(33)은 그 아랫면에 상기 제 1 슬라이딩 블록(32)의 윗면에 설치된 한 쌍의 안내레일(322,322)과 끼워맞추어지는 한 쌍의 피안내홈(331,331)이 설치되어 있으며, 이 피안내홈(331,331)을 한 쌍의 안내레일(322,322)에 끼워맞춤으로써, 화살표 Y로 나타내는 분할이송 방향으로 이동가능하게 구성된다. 도시한 실시예에서의 척테이블 기구(3)는 제 2 슬라이딩 블록(33)을 제 1 슬라 이딩 블록(32)에 설치된 한 쌍의 안내레일(322,322)을 따라 화살표 Y로 나타내는 분할이송방향으로 이동시키기 위한 제 1 분할이송수단(38)을 구비하고 있다. 제 1 분할이송수단(38)은 상기 한 쌍의 안내레일(322과 322) 사이에 평행하게 설치된 숫나사로드(381)와, 상기 숫나사로드(381)를 회전구동하기 위한 펄스모터(382) 등의 구동원을 포함하고 있다. 숫나사로드(381)는 그 한쪽 끝이 상기 제 1 슬라이딩 블록(32)의 윗면에 고정된 축받이 블록(383)에 회전가능하게 지지되어 있으며, 다른 쪽 끝은 상기 펄스모터(382)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 한편, 숫나사로드(381)는 제 2 슬라이딩 블록(33)의 중앙부 아랫면에 돌출하여 설치된 도시하지 않은 암나사블록에 형성된 관통 암나사구멍에 나사결합되어 있다. 따라서, 펄스모터(382)에 의해 숫나사로드(381)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 제 2 슬라이딩 블록(33)은 안내레일(322,322)을 따라 화살표 Y로 나타내는 분할이송방향으로 이동된다.
상기 레이저광선 조사유니트 지지기구(4)는 정지기대(2) 위에 화살표 Y로 나타내는 분할이송방향을 따라 평행하게 설치된 한 쌍의 안내레일(41,41)과, 상기 안내레일(41,41) 위에 화살표 Y로 나타내는 방향으로 이동가능하게 설치된 가동지지기대(42)를 구비하고 있다. 이 가동지지기대(42)는 안내레일(41,41) 위에 이동가능하게 설치된 이동지지부(421)와, 상기 이동지지부(421)에 설치된 장착부(422)로 이루어져 있다. 장착부(422)는 한쪽 면에 화살표 Z로 나타내는 방향으로 연장되는 한 쌍의 안내레일(423,423)이 평행하게 설치되어 있다. 도시한 실시예에서의 레이저광선 조사유니트 지지기구(4)는, 가동지지기대(42)를 한 쌍의 안내레일(41,41)을 따 라 화살표 Y로 나타내는 분할이송방향으로 이동시키기 위한 제 2 분할이송수단(43)을 구비하고 있다. 제 2 분할이송수단(43)은 상기 한 쌍의 안내레일(41,41) 사이에 평행하게 설치된 숫나사로드(431)와, 상기 숫나사로드(431)를 회전구동하기 위한 펄스모터(432) 등의 구동원을 포함하고 있다. 숫나사로드(431)는 그 한쪽 끝이 상기 정지기대(2)에 고정된 도시하지 않은 축받이 블록에 회전가능하게 지지되어 있으며, 다른 쪽 끝은 상기 펄스모터(432)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 한편, 숫나사로드(431)는 가동지지기대(42)를 구성하는 이동지지부(421)의 중앙부 아랫면에 돌출하여 설치된 도시하지 않은 암나사블록에 형성된 암나사구멍에 나사결합되어 있다. 이 때문에, 펄스모터(432)에 의해 숫나사로드(431)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 가동지지기대(42)는 안내레일(41,41)을 따라 화살표 Y로 나타내는 분할이송방향으로 이동된다.
도시한 실시예에서의 레이저 가공장치는 상기 레이저광선 조사유니트 지지기구(4)의 가동지지기대(42)의 분할이송량을 검출하기 위한 분할이송량 검출수단(433)을 구비하고 있다. 분할이송량 검출수단(433)은 안내레일(41)을 따라 설치된 리니어 스케일(433a)과, 가동지지기대(42)에 설치되어 리니어 스케일(433a)을 따라 이동하는 판독 헤드(433b)로 이루어져 있다. 이 분할이송량 검출수단(433)의 판독헤드(433b)는, 도시한 실시예에서는 1㎛마다 1펄스의 펄스신호를 후술하는 제어수단으로 보낸다. 그리고 후술하는 제어수단은 입력한 펄스신호를 카운트함으로써, 레이저광선 조사유니트(5)의 분할이송량을 검출한다. 한편, 상기 제 2 분할이송수단(43)의 구동원으로서 펄스모터(432)를 사용한 경우에는, 펄스코터(432)에 구동신 호를 출력하는 후술하는 제어수단의 구동펄스를 카운트함으로써, 레이저광선 조사유니트(5)의 분할이송량을 검출할 수 있다. 또한, 상기 제 2 분할이송수단(43)의 구동원으로서 서보모터를 사용한 경우에는, 서보모터의 회전수를 검출하는 로터리 엔코더가 출력하는 펄스신호를 후술하는 제어수단으로 보내어, 제어수단이 입력한 펄스신호를 카운트함으로써, 레이저광선 조사유니트(5)의 분할이송량을 검출할 수 있다.
도시한 실시예에서의 레이저광선 조사유니트(5)는 유니트 홀더(51)와, 상기 유니트 홀더(51)에 설치된 레이저광선 조사수단(52)을 구비하고 있다. 유니트 홀더(51)는 상기 장착부(422)에 설치된 한 쌍의 안내레일(423,423)에 슬라이딩 운동 가능하게 끼워맞추는 한 쌍의 피안내홈(511,511)이 설치되어 있으며, 이 피안내홈(511,511)을 상기 안내레일(423,423)에 끼워맞춤으로써, 화살표 Z로 나타내는 방향으로 이동가능하게 지지된다.
도시한 레이저광선 조사수단(52)은 실질상 수평으로 배치된 원통형 케이싱(521)의 선단에 장착된 집광기(522)로부터 펄스 레이저광선을 조사한다. 또한, 레이저광선 조사수단(52)을 구성하는 케이싱(521)의 전단부에는, 상기 레이저광선 조사수단(52)에 의해 레이저 가공해야 할 가공영역을 검출하는 촬상수단(6)이 설치되어 있다. 이 촬상수단(6)은 피가공물을 조명하는 조명수단과, 상기 조명수단에 의해 조명된 영역을 포획하는 광학계와, 상기 광학계에 의해 포획된 상을 촬상하는 촬상소자(CCD) 등을 구비하며, 촬상한 화상신호를 도시하지 않은 제어수단으로 보낸다.
도시한 실시예에서의 레이저광선 조사유니트(5)는 유니트 홀더(51)를 한 쌍의 안내레일(423,423)을 따라 화살표 Z로 나타내는 방향으로 이동시키기 위한 이동수단(53)을 구비하고 있다. 이동수단(53)은 한 쌍의 안내레일(423,423) 사이에 설치된 숫나사로드(도시하지 않음)와, 상기 숫나사로드를 회전구동하기 위한 펄스모터(532) 등의 구동원을 포함하고 있다. 펄스모터(532)에 의해 도시하지 않은 숫나사로드를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 유니트 홀더(51) 및 레이저빔 조사수단(52)을 안내레일(423,423)을 따라 화살표 Z로 나타내는 방향으로 이동시킨다. 한편, 도시한 실시예에서는 펄스모터(532)를 정회전 구동함으로써 레이저빔 조사수단(52)을 윗쪽으로 이동시키고, 펄스모터(532)를 역회전 구동함으로써 레이저빔 조사수단(52)을 아랫쪽으로 이동시키도록 되어 있다.
도시한 실시예에서의 레이저 가공장치는 제어수단(10)을 구비하고 있다. 제어수단(10)은 컴퓨터에 의해 구성되어 있으며, 제어 프로그램을 따라 연산처리하는 중앙처리장치(CPU)(101)와, 제어 프로그램 등을 격납하는 읽기전용 메모리(ROM)(102)와, 후술하는 피가공물의 설계값 데이터나 연산결과 등을 격납하는 읽기쓰기 가능한 랜덤 엑서스 메모리(RAM)(103)와, 카운터(104)와, 입력 인터페이스(105) 및 출력 인터페이스(106)를 구비하고 있다. 제어수단(10)의 입력 인터페이스(105)에는 상기 이송량 검출수단(374) 및 촬상수단(6) 등으로부터의 검출신호가 입력된다. 그리고, 제어수단(10)의 출력 인터페이스(106)로부터는 상기 펄스모터(372), 펄스모터(382), 펄스모터(432), 펄스모터(532), 레이저광선 조사수단(52) 등으로 제어신호를 출력한다. 한편, 상기 랜덤 엑서스 메모리(RAM)(103)는 후술하 는 피가공물의 설계값 데이터를 기억하는 제 1 기억영역(103a)이나, 후술하는 검출값 데이터를 기억하는 제 2 기억영역(103b) 및 다른 기억영역을 구비하고 있다.
도시한 실시예에서의 레이저 가공장치는 이상과 같이 구성되어 있으며, 이하 그 작용에 대하여 설명한다.
도 2에는 레이저 가공되는 피가공물로서의 반도체 웨이퍼(20)의 평면도가 도시되어 있다. 도 2에 나타내는 반도체 웨이퍼(20)는 실리콘 웨이퍼로 이루어져 있으며, 그 표면(20a)에 격자모양으로 배열된 복수의 분할예정라인(201)을 따라 복수의 영역이 구획되며, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스(202)가 각각 형성되어 있다. 이 각 디바이스(202)는 모두 동일한 구성을 하고 있다. 디바이스(202)의 표면에는 각각 도 3에 나타내는 바와 같이 복수의 전극(203)(203a~203j)이 형성되어 있다. 한편, 도시한 실시예에서 203a와 203f, 203b와 203g, 203c와 203h, 203d와 203i, 203e와 203j는 X방향 위치가 동일하다. 이 복수의 전극(203)(203a~203j)부에 각각 관통구멍(비아 홀)이 형성된다. 각 디바이스(202)에서의 전극(203)(203a~203j)의 X방향(도 3에서의 좌우방향)의 간격(A), 및 각 디바이스(202)에 형성된 전극(203)에서의 분할예정라인(201)을 사이에 두고 X방향(도 3에서 좌우방향)으로 인접하는 전극 즉, 전극 203e와 전극 203a의 간격(B)은, 도시한 실시예에서는 동일한 간격으로 설정되어 있다. 또한, 각 디바이스(202)에서의 전극(203)(203a~203j)의 Y방향(도 3에서 상하방향)의 간격(C), 및 각 디바이스(202)에 형성된 전극(203)에서의 분할예정라인(201)을 사이에 두고 Y방향(도 3에서 상하방향)으로 인접하는 전극 즉, 전극 203f와 전극 203a, 및 전극 203j와 전극 203e의 간격(D)은, 도시한 실시예에서는 동일한 간격으로 설정되어 있다. 이와 같이 구성된 반도체 웨이퍼(20)에 대하여, 도 2에 나타내는 각 행(E1,……, En) 및 각 열(F1,……, Fn)에 설치된 디바이스(202)의 갯수와 상기 각 간격(A,B,C,D)은, 그 설계값 데이터가 상기 랜덤 엑서스 메모리(RAM)(103)의 제 1 기억영역(103a)에 격납되어 있다.
상술한 레이저 가공장치를 사용하여 상기 반도체 웨이퍼(20)에 형성된 각 디바이스(202)의 전극(203)(203a~203j)부에 관통구멍(비아 홀)을 형성하는 레이저 가공의 실시예에 대하여 설명한다.
상기와 같이 구성된 반도체 웨이퍼(20)는 도 4에 나타내는 바와 같이 고리모양의 프레임(21)에 장착된 폴리오레핀 등의 합성수지 시트로 이루어지는 보호테이프(22)에 표면(20a)을 윗쪽으로 하여 부착된다.
이와 같이 하여 고리모양의 프레임(21)에 보호테이프(22)를 통하여 지지된 반도체 웨이퍼(20)는, 도 1에 나타내는 레이저 가공장치의 척테이블(36) 위에 보호테이프(22)를 얹어 놓는다. 그리고, 도시하지 않은 흡인수단을 작동시킴으로써, 반도체 웨이퍼(20)는 보호테이프(22)를 통하여 척테이블(36) 위에 흡인보유된다. 또한, 고리모양의 프레임(21)은 클램프(362)에 의해 고정된다.
상술한 바와 같이 반도체 웨이퍼(20)를 흡인보유한 척테이블(36)은 가공이송수단(37)에 의해 촬상수단(6)의 바로 아래에 위치된다. 척테이블(36)이 촬상수단(6)의 바로 아래에 위치되면, 척테이블(36) 위의 반도체 웨이퍼(20)는 도 5에 나타내는 좌표위치에 위치된 상태가 된다. 이 상태에서, 척테이블(36)에 보유된 반도체 웨이퍼(20)에 형성되어 있는 격자모양의 분할예정라인(201)이 X방향과 Y방향으로 평행하게 설치되어 있는지 여부의 얼라이먼트 작업을 실시한다. 즉, 촬상수단(6)에 의해 척테이블(36)에 보유된 반도체 웨이퍼(20)를 촬상하여, 패턴 매칭 등의 화상처리를 실행하여 얼라이먼트 작업을 한다.
이어서, 척테이블(36)을 이동하여, 반도체 웨이퍼(20)에 형성된 디바이스(202)에서의 최상위 행(E1)의 도 5에서 가장 왼쪽끝의 디바이스(202)를 촬상수단(6)의 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 다시 디바이스(202)에 형성된 전극(203)(203a~203j)에서의 도 5에서 왼쪽 위의 전극(203a)을 촬상수단(6)의 바로 아래에 위치시킨다. 이 상태에서 촬상수단(6)이 전극(203a)을 검출하였다면, 그 좌표값(a1)을 제 1 가공이송 개시위치 좌표값으로서 제어수단(10)으로 보낸다. 그리고, 제어수단(10)은 그 좌표값(a1)을 제 1 가공이송 개시위치 좌표값으로서 랜덤 엑서스 메모리(RAM)(103)에 격납한다(가공이송 개시위치 검출공정). 이 때, 촬상수단(6)과 레이저광선 조사수단(52)의 집광기(522)는 X좌표 방향으로 소정 간격을 두고 배치되어 있기 때문에, X 좌표값은 상기 촬상수단(6)과 집광기(522)의 간격을 더한 값이 격납된다.
이와 같이 하여 도 5에서 최상위 행(E1)의 디바이스(202)에서의 제 1 가공이송 개시위치 좌표값(a1)을 검출하였다면, 척테이블(36)을 분할예정라인(201)의 간격만큼 화살표 Y로 나타내는 방향으로 분할이송하는 동시에, 화살표 X로 나타내는 가공이송방향으로 이동하여 도 5에서 최상위로부터 두번째 행(E2)에서의 가장 왼쪽끝의 디바이스(202)를 촬상수단(6)의 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 다시 디바 이스(202)에 형성된 전극(203)(203a~203j)에서의 도 5에서 왼쪽 위의 전극(203a)을 촬상수단(6)의 바로 아래에 위치시킨다. 이 상태에서 촬상수단(6)이 전극(203a)을 검출하였다면, 그 좌표값(a2)을 제 2 가공이송 개시위치 좌표값으로서 제어수단(10)으로 보낸다. 그리고, 제어수단(10)은 이 좌표값(a2)을 제 2 가공이송 개시위치 좌표값으로 하여 랜덤 엑서스 메모리(RAM)(103)의 제 2 기억영역(103b)에 격납한다. 이 때, 촬상수단(6)과 레이저광선 조사수단(52)의 집광기(522)는 상술한 바와 같이 X좌표 방향으로 소정의 간격을 두고 설치되어 있기 때문에, X좌표값은 상기 촬상수단(6)과 집광기(522)의 간격을 더한 값이 격납된다. 이후, 상술한 분할이송과 가공이송 개시위치 검출공정을 도 5에서 최하위 행(En)까지 반복 실행하여, 각 행에 형성된 디바이스(202)의 가공이송 개시위치 좌표값(a3~an)을 검출하여, 이것을 랜덤 엑서스 메모리(RAM)(103)의 제 2 기억영역(103b)에 격납한다.
이어서, 반도체 웨이퍼(20)의 각 디바이스(202)에 형성된 각 전극(203)(203a~203j)부에 관통구멍(비아 홀)을 뚫는 천공공정을 실시한다. 천공공정은 먼저 가공이송수단(37)을 작동하여 척테이블(36)을 이동하여 상기 랜덤 액서스 메모리(RAM)(103)의 제 2 기억영역(103b)에 격납되어 있는 제 1 가공이송 개시위치 좌표값(a1)을 레이저광선 조사수단(52)의 집광기(522)의 바로 아래에 위치시킨다. 이와 같이 제 1 가공이송 개시위치 좌표값(a1)이 집광기(522)의 바로 아래 위치된 상태가 도 6의 (a)에 나타내는 상태이다. 도 6의 (a)에 나타내는 상태에서 제어수단(10)은 레이저광선 조사수단(52)을 작동하여 집광기(52)로부터 1펄스의 레이저광선을 조사하도록 제어하는 동시에, 척테이블(36)을 도 6의 (a)에서 화살표 X1로 나 타내는 방향으로 소정의 이동속도로 가공이송하도록 상기 가공이송수단(37)을 제어한다. 따라서, 제 1 가공이송 개시위치 좌표값(a1)의 전극(203a)부에 1펄스의 레이저광선이 조사된다. 이 때, 집광기(522)로부터 조사되는 레이저광선의 집광점(P)은 반도체 웨이퍼(20)의 표면(20a) 부근에 맞춘다. 한편, 제어수단(10)은 가공이송량 검출수단(374)의 판독 헤드(374b)로부터의 검출신호를 입력하고 있으며, 이 검출신호를 카운터(104)에 의해 카운트하고 있다. 그리고, 카운터(104)에 의한 카운트값이 전극(203)의 도 3에서 X방향의 간격(A)에 상당하는 값에 도달하면, 제어수단(10)은 레이저광선 조사수단(52)을 작동하여 집광기(522)로부터 1펄스의 레이저광선을 조사하도록 제어한다. 그 후에도 제어수단(10)은 카운터(104)에 의한 카운트값이 전극(203)의 도 3에서 X방향의 간격(A 및 B)에 도달할 때마다, 제어수단(10)은 레이저광선 조사수단(52)을 작동하여 집광기(522)로부터 1펄스의 레이저광선을 조사하도록 제어한다. 그리고, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이 반도체 웨이퍼(20)의 E1행의 가장 오른쪽 끝의 디바이스(202)에 형성된 전극(203)에서의 도 3에서 가장 오른쪽 끝의 전극(203e)이 집광기(522)에 도달하면, 제어수단(10)은 레이저광선 조사수단(52)을 작동하여 집광기(522)로부터 1펄스의 레이저광선을 조사하도록 제어한 후, 상기 가공이송수단(37)의 작동을 정지하여 척테이블(36)의 이동을 정지한다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(20)에는 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이 각 전극(203)(도시하지 않음)부에 레이저 가공구멍(204)이 형성된다.
한편, 상기 천공공정에서의 가공조건은 예를 들어, 아래와 같이 설정되어 있다.
광원 : LD 여기 Q 스위치 Nd :YVO4
파장 : 355nm
출력 : 3W
집광 스폿직경 : 50㎛
가공이송속도 : 100mm/초
이와 같은 가공조건에 따라 천공공정을 실시하면, 반도체 웨이퍼(20)에는 깊이 5㎛ 정도의 레이저 가공구멍(204)을 형성할 수 있다.
이어서, 제어수단(10)은 레이저광선 조사수단(52)의 집광기(522)를 도 6의 (b)에서 지면에 수직한 방향으로 분할이송하도록 상기 제 2 분할이송수단(43)을 제어한다. 한편, 제어수단(10)은 분할이송량 검출수단(433)의 판독헤드(433b)로부터의 검출신호를 입력하고 있으며, 이 검출신호를 카운터(104)에 의해 카운트하고 있다. 그리고, 카운터(104)에 의한 카운트값이 전극(203)의 도 3에서 Y방향의 간격(C)에 상당하는 값에 도달하였다면, 제 2 분할이송수단(43)의 작동을 정지하고, 레이저광선 조사수단(52)의 집광기(522)의 분할이송을 정지한다. 그 결과, 집광기(522)는 상기 전극(203e)과 마주보는 전극(203j)(도 3 참조)의 바로 위에 위치된다. 이 상태가 도 7의 (a)에 나타내는 상태이다. 도 7의 (a)에 나타내는 상태에서 제어수단(10)은 레이저광선 조사수단(52)을 작동하여 집광기(522)로부터 1펄스의 레이저광선을 조사하도록 제어하는 동시에, 척테이블(36)을 도 7의 (a)에서 화살표 X2로 나타내는 방향으로 소정의 이동속도로 가공이송하도록 상기 가공이송 수단(37)을 제어한다. 그리고, 제어수단(10)은 상술한 바와 같이 가공이송량 검출수단 (374)의 판독헤드(374b)로부터의 검출신호를 카운터(104)에 의해 카운트하고, 그 카운트값이 전극(203)의 도 3에서 X방향의 간격(A 및 B)에 도달할 때마다, 제어수단(10)은 레이저광선 조사수단(52)을 작동하여 집광기(522)로부터 1펄스의 레이저광선을 조사하도록 제어한다. 그리고, 도 7의 (b)에서 나타내는 바와 같이, 반도체 웨이퍼(20)의 E1행의 가장 오른쪽 끝의 디바이스(202)에 형성된 전극(203f)이 집광기(522)에 도달하였으면, 제어수단(10)은 레이저광선 조사수단(52)을 작동하여 집광기(522)로부터 1펄스의 레이저광선을 조사하도록 제어한 후, 상기 가공이송 수단(37)의 작동을 정지하여 척테이블(36)의 이동을 정지한다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(20)에는 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 각 전극(203)(도시하지 않음)부에 레이저 가공구멍(204)이 형성된다. 이상과 같이 하여, 반도체 웨이퍼(20)의 E1행의 디바이스(202)에 형성된 전극(203)부에 레이저 가공구멍(204)이 형성되었다면, 제어수단(10)은 가공이송수단(37) 및 제 2 분할이송수단(43)을 작동하여, 반도체 웨이퍼(20)의 E2행의 디바이스(202)에 형성된 전극(203)에서의 상기 랜덤 엑서스 메모리(RAM)(103)의 제 2 기억영역(103b)에 격납되어 있는 제 2 가공이송 개시위치 좌표값(a2)을 레이저광선 조사수단(52)의 집광기(522)의 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 제어수단(10)은 레이저광선 조사수단(52)과 가공이송수단(37) 및 제 2 분할이송수단(43)을 제어하여, 반도체 웨이퍼(20)의 E2행의 디바이스(202)에 형성된 전극(203)부에 상술한 천공공정을 실시한다. 이후, 반도체 웨이퍼(20)의 E3~En행의 디바이스(202)에 형성된 전극(203)부에 대해서도 상술한 천공공정을 실시한다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(20)의 각 디바이스(202)에 형성된 모든 전극(203)부에 레이저 가공구멍(204)이 형성된다.
한편, 상기 가공조건에 따라 천공공정을 실시하면, 반도체 웨이퍼(20)에는 깊이 5㎛ 정도의 레이저 가공구멍(204)을 형성할 수 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼(20)의 두께가 50㎛인 경우에는, 상술한 천공공정을 10회 반복 실시함으로써 레이저 가공구멍(204)에 의한 관통구멍을 형성할 수 있다. 이를 위해서는, 피가공물인 반도체 웨이퍼(20)의 두께와, 1펄스의 레이저광선에 의해 피가공물에 형성할 수 있는 레이저 가공구멍의 깊이에 따라 관통구멍을 형성하는데 필요한 펄스수를 상기 랜덤 엑서스 메모리(RAM)(103)에 미리 격납해둔다. 그리고, 상기 천공공정을 카운트하여, 그 카운트값이 관통구멍을 형성하는데 필요한 펄스수에 도달할 때까지 천공공정을 반복 실시한다. 이와 같이, 본 발명에 따른 레이저 가공장치를 사용함으로써, 종래 사용되고 있는 드릴에 비하여 반도체 웨이퍼 등의 피가공물에 효율적으로 미세 구멍을 형성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 반도체 웨이퍼 등의 피가공물에 효율적으로 미세 구멍을 형성할 수 있는 레이저 가공장치를 제공할 수 있다.

Claims (1)

  1. 표면이, 격자 모양으로 형성된 분할예정라인에 의해 복수의 영역으로 구획되고, 상기 복수의 영역에 각각 디바이스가 형성된 반도체 웨이퍼를 보유하는 척테이블과,
    상기 척테이블에 보유된 상기 반도체 웨이퍼의 디바이스에 설치되어 있는 전극에 레이저광선을 조사하여 미세구멍을 형성하는 레이저광선 조사수단과,
    상기 척테이블과 상기 레이저광선 조사수단을 가공이송방향(X)으로 상대적으로 이동시키는 가공이송수단과,
    상기 척테이블과 상기 레이저광선 조사수단을 상기 가공이송방향(X)과 직교하는 분할이송방향(Y)으로 상대이동시키는 분할이송수단을 구비하는 레이저 가공장치에 있어서,
    상기 척테이블과 상기 레이저광선 조사수단의 상대적인 가공이송량을 검출하는 가공이송량 검출수단과,
    상기 척테이블과 상기 레이저광선 조사수단의 상대적인 분할이송량을 검출하는 분할이송량 검출수단과,
    상기 가공이송량 검출수단과 분할이송량 검출수단에 의해 상기 레이저광선 조사수단과 함께 이동하고, 또한 상기 레이저광선 조사수단의 집광기에 대해 가공이송방향(X)으로 소정 간격을 두고 배치되며, 전극이 형성되는 위치를 바로 아래에 위치시키는 것에 의해 미세구멍이 형성되는 위치의 좌표값을 촬상하는 촬상수단과,
    상기 촬상수단에 의해 촬상된 상기 전극의 X, Y 좌표값을 기억하는 기억수단을 구비하고, 상기 기억수단에 기억된 전극의 X, Y 좌표값과 상기 가공이송량 검출수단 및 상기 분할이송량 검출수단으로부터의 검출신호에 따라 상기 레이저광선 조사수단을 제어하는 제어수단을 구비하며,
    상기 제어수단은 상기 가공이송량 검출수단 및 상기 분할이송량 검출수단으로부터의 신호에 따라 상기 기억수단에 기억된 전극의 X, Y 좌표값이 상기 레이저광선 조사수단의 조사위치에 도달했을 때, 상기 레이저광선 조사수단에 조사신호를 출력하여 상기 전극에 미세구멍을 형성하고,
    반도체 웨이퍼의 두께와, 1펄스의 레이저광선에 의해 상기 전극에 형성할 수 있는 미세구멍의 깊이에 따라 관통구멍을 형성하는데 필요한 펄스수를 미리 상기 기억수단에 격납하며,
    제어수단은 관통구멍을 형성하는데 필요한 펄스수에 도달할 때까지 레이저광선의 조사를 반복하도록 상기 레이저광선 조사수단을 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
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