KR102240331B1 - 가공 장치 - Google Patents

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류고 오바
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Abstract

본 발명은, 가공 후의 피가공물을 가공 장치로부터 꺼내지 않고 가공 영역을 측정할 수 있는 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
가공 수단에 의해 가공된 피가공물의 가공 영역을 측정하는 측정 수단을 구비한 가공 장치로서, 상기 측정 수단은, 서로 직교하는 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향에 있어서 3차원으로 피가공물을 측정하여 형상 정보를 취득하는 3차원 측정 수단과, 이 3차원 측정 수단에 의해 취득된 정보를 처리하여 화상 정보를 생성하는 처리 수단을 구비하고, 이 처리 수단은, XY 좌표 기억부에 기억되어 있는 XY 좌표의 화소를 Z 좌표 기억부에 기억되어 있는 Z 좌표에 따라서 입체적으로 조립하여 화상 정보를 생성하는 화상 정보 생성부와, 생성된 화상 정보에 기초하여 피가공물의 측정 대상의 측정치를 산출하는 산출부를 포함하며, 가공 후의 피가공물을 가공 장치로부터 꺼내지 않고 가공 영역을 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

가공 장치{MACHINING APPARATUS}
본 발명은 레이저 가공 장치, 절삭 장치 등의 가공 장치에 관한 것이다.
IC, LSI, LED 등의 복수의 디바이스가 분할 예정 라인에 의해 구획되어 표면에 형성된 실리콘 웨이퍼, 사파이어 웨이퍼 등의 웨이퍼는, 가공 장치에 의해 개개의 디바이스로 분할되고, 분할된 디바이스는 휴대전화, 퍼스널 컴퓨터 등의 각종 전자기기에 널리 이용되고 있다.
웨이퍼의 분할에는, 다이서라고 불리는 절삭 장치를 이용한 다이싱 방법이 널리 채용되고 있다. 다이싱 방법에서는, 다이아몬드 등의 지립을 금속이나 수지로 굳혀 두께 30 ㎛ 정도로 한 절삭 블레이드를, 30000 rpm 정도의 고속으로 회전시키면서 웨이퍼에 절입함으로써 웨이퍼를 절삭하고, 웨이퍼를 개개의 디바이스로 분할한다.
한편, 최근에는, 웨이퍼에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 펄스 레이저빔을 웨이퍼에 조사함으로써 웨이퍼에 레이저 가공 홈을 형성하고, 이 레이저 가공 홈을 따라 브레이킹 장치로 웨이퍼를 할단(割斷)하여 개개의 디바이스로 분할하는 방법이 제안되어 있다.
레이저 가공 장치에 의한 레이저 가공 홈의 형성은, 다이서에 의한 다이싱 방법에 비하여 가공 속도를 빠르게 할 수 있으며, 사파이어나 SiC 등의 경도가 높은 소재로 이루어진 웨이퍼여도 비교적 용이하게 가공할 수 있다.
또한, 가공 홈을 예컨대 10 ㎛ 이하 등의 좁은 폭으로 할 수 있기 때문에, 다이싱 방법으로 가공하는 경우에 대하여 웨이퍼 1장당의 디바이스 취득량을 늘릴 수 있다고 하는 메리트가 있다.
다이싱 장치, 레이저 가공 장치에 있어서는, 현미경 및 CCD 카메라 등의 카메라를 구비한 촬상 수단에 의해 절삭 홈의 상태, 또는 레이저 가공 홈의 상태를 촬상하여 가공 조건을 최적치로 조정하도록 제어하고 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제5-326700호 공보
그러나, 현미경 및 카메라를 구비한 촬상 수단에 의해 촬상되는 화상은 2차원 화상으로서, 절삭이나 레이저 가공에 의한 가공 홈의 폭이나 깊이, 데브리의 높이나 폭은 대충밖에 측정할 수 없고, 가공 홈의 단면 형상, 데브리의 체적에 대해서는 장치 내에서는 검출할 수 없다.
따라서, 피가공물을 다이싱 장치나 레이저 가공 장치로 가공한 후, 다른 측정 장치로 피가공물을 가지고 가서, 별도 측정 작업을 실시할 필요가 있었다. 그리고, 측정 작업으로 얻어진 3차원 가공 상태의 측정 결과에 기초하여 가공 조건을 조정하도록 하고 있었다. 연삭 장치에 있어서는, 연삭흔(硏削痕)의 요철 상태의 측정도 동일한 상황이었다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 가공 후의 피가공물을 가공 장치로부터 꺼내지 않고 가공 영역을 측정할 수 있는 가공 장치를 제공하는 것이다.
제1항에 기재된 발명에 따르면, 피가공물을 유지하는 유지 수단과, 이 유지 수단에 유지된 피가공물을 설정된 가공 조건에 기초하여 가공하는 가공 수단과, 상기 유지 수단과 상기 가공 수단을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단과, 상기 가공 수단에 의해 가공된 피가공물의 가공 영역을 측정하는 측정 수단과, 이 측정 수단에 의해 측정된 결과를 출력하는 출력 수단을 구비한 가공 장치로서, 상기 측정 수단은, 서로 직교하는 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향에 있어서 3차원으로 피가공물을 측정하여 형상 정보를 취득하는 3차원 측정 수단과, 이 3차원 측정 수단에 의해 취득된 정보를 처리하여 화상 정보를 생성하는 처리 수단을 구비하고, 상기 3차원 측정 수단은, 복수의 화소가 X축 방향 및 Y축 방향으로 배열된 촬상 소자부와, 피가공물에 대향하는 대물렌즈를 구비한 간섭 대물렌즈 유닛과, 이 간섭 대물렌즈 유닛을 통해 피가공물에 광을 조사하는 광조사부와, 상기 간섭 대물렌즈를 Z축 방향으로 이동하여 Z 좌표를 생성하는 Z축 이동부를 포함하며, 상기 처리 수단은, 상기 간섭 대물렌즈 유닛에 의해 생성된 간섭광(간섭 신호)을 포착한 상기 촬상 소자부의 화소의 X 좌표 및 Y 좌표를 기억하는 XY 좌표 기억부와, 상기 화소의 X 좌표 및 Y 좌표에 대응하여 상기 Z축 이동부에서 생성된 Z 좌표를 기억하는 Z 좌표 기억부와, 상기 XY 좌표 기억부에 기억되어 있는 XY 좌표의 화소를 상기 Z 좌표 기억부에 기억되어 있는 Z 좌표에 따라서 입체적으로 조립하여 화상 정보를 생성하는 화상 정보 생성부와, 생성된 화상 정보에 기초하여 피가공물의 측정 대상의 측정치를 산출하는 산출부를 포함하고, 피가공물의 상기 측정 대상은, 상기 가공 수단에 의해 피가공물에 형성된 가공 홈의 폭, 깊이, 형상 및 위치와, 상기 가공 홈 부근에 퇴적된 데브리의 폭, 높이, 체적 및 형상과, 상기 가공 홈의 에지부의 노치된 부분의 폭, 깊이, 형상 중 어느 하나를 포함하며, 가공 후의 피가공물을 가공 장치로부터 꺼내지 않고 가공 영역을 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 가공 장치가 제공된다.
청구항 2에 기재된 발명에 따르면, 피가공물을 유지하는 유지 수단과, 이 유지 수단에 유지된 피가공물을 설정된 가공 조건에 기초하여 가공하는 가공 수단과, 상기 유지 수단과 상기 가공 수단을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단과, 상기 가공 수단에 의해 가공된 피가공물의 가공 영역을 측정하는 측정 수단과, 이 측정 수단에 의해 측정된 결과를 출력하는 출력 수단을 구비한 가공 장치로서, 서로 직교하는 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향에 있어서 3차원으로 피가공물을 측정하여 형상 정보를 취득하는 공초점 현미경을 구비한 3차원 측정 수단과, 이 3차원 측정 수단에 의해 취득된 정보를 처리하여 화상 정보를 생성하는 처리 수단을 구비하고, 상기 3차원 측정 수단은, 복수의 화소가 X축 방향 및 Y축 방향으로 배열된 촬상 소자부와, 피가공물에 대향하는 대물렌즈를 구비한 집광기와, 이 집광기를 통하여 피가공물에 광을 조사하는 광조사부와, 상기 집광기를 Z축 방향으로 이동하여 Z 좌표를 생성하는 Z축 이동부를 포함하며, 상기 처리 수단은, 상기 촬상 소자부로 촬상된 복수의 촬상 화상을 기억하는 촬상 화상 기억부와, 상기 각 촬상 화상에 대응하여 상기 Z축 이동부로부터 생성된 Z 좌표를 기억하는 Z 좌표 기억부와, 상기 복수의 촬상 화상을 상기 Z 좌표 기억부에 기억된 Z 좌표에 따라서 입체적으로 조립하여 화상 정보를 생성하는 화상 정보 생성부와, 생성된 화상 정보에 기초하여 피가공물의 측정 대상의 측정치를 산출하는 산출부를 포함하고, 피가공물의 상기 측정 대상은, 상기 가공 수단에 의해 피가공물에 형성된 가공 홈의 폭, 깊이, 형상 및 위치와, 상기 가공 홈 부근에 퇴적된 데브리의 폭, 높이, 체적 및 형상과, 상기 가공 홈의 에지부의 노치된 부분의 폭, 깊이, 형상 중 어느 하나를 포함하며, 가공 후의 피가공물을 가공 장치로부터 꺼내지 않고 가공 영역을 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 가공 장치가 제공된다.
청구항 3에 기재된 발명에 따르면, 피가공물을 유지하는 유지 수단과, 이 유지 수단에 유지된 피가공물을 설정된 가공 조건에 기초하여 가공하는 가공 수단과, 상기 유지 수단과 상기 가공 수단을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단과, 상기 가공 수단에 의해 가공된 피가공물의 가공 영역을 측정하는 측정 수단과, 이 측정 수단에 의해 측정된 결과를 출력하는 출력 수단을 구비한 가공 장치로서, 상기 3차원 측정 수단은 레이저 변위계로 구성되고, 상기 처리 수단은, 상기 레이저 변위계로 생성되는 3차원 위치 정보를 기억하는 3차원 위치 정보 기억부와, 이 3차원 위치 정보 기억부에 기억되어 있는 3차원 위치 정보를 입체적으로 조립하여 화상 정보를 생성하는 화상 정보 생성부와, 생성된 상기 화상 정보에 기초하여 피가공물의 측정 대상의 측정치를 산출하는 산출부를 포함하며, 피가공물의 상기 측정 대상은, 상기 가공 수단에 의해 피가공물에 형성된 가공 홈의 폭, 깊이, 형상 및 위치와, 상기 가공 홈 부근에 퇴적된 데브리의 폭, 높이, 체적 및 형상과, 상기 가공 홈의 에지부의 노치된 부분의 폭, 깊이, 형상 중 어느 하나를 포함하고, 가공 후의 피가공물을 가공 장치로부터 꺼내지 않고 가공 영역을 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 가공 장치가 제공된다.
바람직하게는, 처리 수단은, 가공 결과로서 기준이 되는 기준 측정치를 기억하는 기준 측정치 기억부를 더 포함하고, 산출부는, 기준 측정치 기억부에 기억된 기준 측정치와, 가공 수단에 의해 가공이 행해진 피가공물의 가공 영역의 측정치로 이루어진 비교 데이터를 생성하는 비교 데이터 생성부를 갖고 있다.
바람직하게는, 처리 수단은, 기준치와, 가공 수단에 의해 가공이 행해진 피가공물의 가공 영역의 측정치와 비교하고, 가공 수단에 의한 가공을 중지할지 또는 가공 조건을 변경할지 여부를 판정하는 판정부를 포함하고 있다.
본 발명의 가공 장치에 따르면, 절삭 홈, 레이저 가공 홈, 치핑, 데브리, 또는 연삭흔 등의 3차원 화상, 단면 화상으로부터 이들의 폭이나 높이, 체적의 데이터를 가공 직후에 가공 장치 내에서 취득하여 가공 상태를 검증할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태의 3차원 측정 수단을 구비한 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2의 (A)는 제1 실시형태의 3차원 측정 수단의 분해 사시도, 도 2의 (B)는 그 사시도이다.
도 3은 제1 실시형태의 처리 수단의 블록도이다.
도 4의 (A)는 웨이퍼에 레이저 빔을 조사하여 레이저 가공 홈을 형성하는 모식적 단면도, 도 4의 (B)는 형성된 레이저 가공 홈 및 데브리를 도시한 모식적 단면도이다.
도 5는 출력 수단으로서의 표시 모니터 상에 표시된 레이저 가공 홈의 측정 결과의 일례를 도시한 도면이다.
도 6의 (A)는 다이싱에 의한 가공 홈의 상태를 나타낸 웨이퍼의 모식적 평면도, 도 6의 (B)는 그 모식적 단면도를 도시하고 있다.
도 7은 3차원 측정 수단으로서 레이저 변위계를 채용한 경우의 처리 수단의 블록도이다.
도 8의 (A)는 제3 실시형태의 3차원 측정 수단의 종단면도, 도 8의 (B)는 간섭 대물렌즈 유닛의 모식적 설명도이다.
도 9는 압전 소자에 인가하는 전압과 신장과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 10은 간섭 대물렌즈 유닛에 의해 생성된 강한 광을 포착한 촬상 소자부의 화소의 Z축 좌표가 Z1∼Z3 위치에 있어서의 XY 좌표를 나타낸 도면이다.
도 11은 제3 실시형태의 3차원 측정 수단을 채용했을 때의 처리 수단의 블록도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1을 참조하면, 제1 실시형태의 3차원 측정 수단을 구비한 레이저 가공 장치의 사시도가 도시되어 있다. 레이저 가공 장치(2)는, 정지 베이스(4) 상에 Y축 방향으로 이동 가능하게 탑재된 제1 슬라이드 블록(6)을 포함하고 있다.
제1 슬라이드 블록(6)은, 볼나사(8) 및 펄스 모터(10)로 구성되는 인덱싱 이송 기구(12)에 의해, 한 쌍의 가이드 레일(14)을 따라 인덱싱 이송 방향, 즉 Y축 방향으로 이동된다.
제1 슬라이드 블록(6) 상에는 제2 슬라이드 블록(16)이 X축 방향으로 이동 가능하게 탑재되어 있다. 즉, 제2 슬라이드 블록(16)은 볼나사(18) 및 펄스 모터(20)로 구성되는 가공 이송 기구(22)에 의해, 한 쌍의 가이드 레일(24)을 따라 가공 이송 방향, 즉 X축 방향으로 이동된다.
제2 슬라이드 블록(16) 상에는 원통 지지 부재(26)를 통해 척 테이블(28)이 탑재되어 있고, 척 테이블(28)은 인덱싱 이송 기구(12) 및 가공 이송 기구(22)에 의해 Y축 방향 및 X축 방향으로 이동 가능하다.
척 테이블(28)에는, 척 테이블(28)에 흡인 유지된 웨이퍼를 다이싱 테이프를 통해 지지하는 환상 프레임을 클램프하는 클램프(30)가 설치되어 있다.
정지 베이스(4)에는 칼럼(32)이 세워져 설치되어 있고, 이 칼럼(32)에는 레이저 빔 조사 유닛(34)이 부착되어 있다. 레이저 빔 조사 유닛(34)은, 케이싱(36) 내에 수용된 레이저 빔 발생 유닛과, 레이저 빔 발생 유닛으로부터 발생된 레이저 빔을 척 테이블(28)에 유지된 피가공물에 조사하는 케이싱(36)에 부착된 집광기(레이저 헤드)(38)로 구성된다.
케이싱(36)에는, 도 2의 (A)에 도시된 바와 같이, 오목부(42)를 갖는 지지 블록(40)이 고정되어 있고, 이 지지 블록(40)에는 볼나사(44)와, 볼나사(44)의 일단에 연결된 펄스 모터(46)가 배치되어 있다.
도면 부호 48은 본 발명 제1 실시형태의 3차원 측정 유닛(3차원 측정 수단)으로서, 3차원 측정 유닛(48)의 감합부(50)가 지지 블록(40)의 오목부(42)에 감합되고, 감합부(50)에 형성된 관통 구멍(52) 내에 볼나사(44)가 관통하며, 볼나사(44)가 감합부(50)에 내장된 너트에 나사 결합되어 있다.
3차원 측정 유닛(48)은, 대물렌즈 및 공초점 현미경을 수용한 집광기(화상 확대 유닛)(54)와, 집광기(54)로 확대한 화상을 촬상하는 CCD 등의 촬상 소자를 갖는 카메라(촬상 소자부)(56)와, 대물렌즈 및 공초점 현미경을 수용한 집광기(54)를 통해 피가공물에 광을 조사하는 백색 LED로 이루어진 광 조사부(58)를 포함하고 있다.
펄스 모터(46)를 구동하면 볼나사(44)가 회전하고, 볼나사(44)에 나사 결합되어 있는 너트를 통해 3차원 측정 유닛(48)이 상하 방향으로 이동된다. 공초점 현미경을 구비한 집광기(54)에 따르면, 핀트가 맞는 부분만을 절취한 확대 화상을 얻을 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 실시형태의 3차원 측정 유닛(48)에 의해 취득된 정보를 처리하여 화상 정보를 생성하는 제1 실시형태의 처리 수단의 블록도가 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 공초점 현미경을 수용한 집광기(54)에 따르면, 공초점 현미경에 의해, 합초점 부위만이 핀홀에 집광되기 때문에, 비집점 부위의 광을 커트하여, 콘트라스트가 좋은 화상을 얻을 수 있는 동시에, 하프 미러를 XY 방향으로 래스터 스캔시켜, 렌즈를 Z 방향으로 구동시킴으로써, 3차원 화상을 구축할 수 있고, 펄스 모터(46)를 구동하여 3차원 측정 유닛(48)을 상하 방향으로 이동하며, 집광기(54)로 확대한 화상을 카메라(56)로 촬상한다.
3차원 측정 유닛(48)을 상하 방향으로 매우 미소한 거리 단계적으로 이동하면서, 피가공물의 확대 화상을 카메라(56)로 촬상하고, 복수 장의 촬상 화상을 촬상 화상 기억부(64)에서 기억한다.
이것과 동시에, 각 촬상 화상을 촬상했을 때의 3차원 측정 유닛(48)의 높이 위치(Z 좌표)를 Z 좌표 기억부(66)에서 기억한다. 확대 촬상 화상으로는, 예컨대 레이저 가공 홈의 촬상 화상을 들 수 있다.
화상 정보 생성부(68)에서는, 촬상 화상 기억부(64)에서 기억하고 있는 복수 장의 촬상 화상과 Z 좌표 기억부(66)에서 기억하고 있는 각 촬상 화상 취득시의 Z 좌표에 따라, 복수 장의 촬상 화상을 입체적으로 조립하여 3차원의 화상 정보를 생성한다.
산출부(70)에서는, 화상 정보 생성부(68)에서 생성된 3차원의 화상 정보에 기초하여 피가공물의 측정 대상의 측정치를 산출한다. 측정 대상으로는, 가공 수단[본 실시형태에서는 레이저 빔 조사 유닛(34)]에 의해 피가공물에 형성된 가공 홈의 폭, 깊이, 형상 및 위치와, 가공 홈 부근에 퇴적된 데브리의 폭, 높이, 체적 및 형상과, 가공 홈의 에지부의 노치된 부분의 폭, 깊이, 형상 중 어느 하나를 포함한다.
기준 측정치 기억부(74)에는, 측정치의 판정 기준이 되는 기준치가 기억되어 있다. 이 기준치는, 가공 수단에 의해 적정한 가공이 행해진 피가공물의 가공 영역의 측정치이다. 산출부(70)는, 기준 측정치 기억부(74)에 기억된 기준 측정치와, 가공 수단에 의해 가공이 행해진 피가공물의 가공 영역의 측정치로 이루어진 비교 데이터를 생성하는 비교 데이터 생성부(72)를 갖고 있다.
판정부(76)에서는, 기준 측정치 기억부(74)에 의해 기억되어 있는 기준 측정치와, 산출부(70)에서 산출된 가공 수단에 의해 가공이 행해진 피가공물의 가공 영역의 측정치를 비교하고, 가공 수단에 의한 가공을 중지할지 또는 가공 조건을 변경할지를 판정한다.
가공 조건 설정부(78)는, 가공 조건 기억부(80)와, 적정 화상 정보 기억부(82)와, 가공 조건 조정부(84)를 포함하고 있다. 판정부(76)에서 가공 조건을 변경해야 한다고 판정했을 경우에는, 가공 조건 조정부(84)에서 가공 조건을 최적의 값으로 조정한다.
한편, 피가공물의 가공 영역의 측정치가 기준 측정치로부터 크게 벗어나 있고, 가공 조건을 변경한 것만으로는 최적의 가공을 할 수 없다고 판단했을 경우에는, 가공 수단에 의한 가공을 중지한다. 본 실시형태에서는, 촬상 화상 기억부(64), Z 좌표 기억부(66), 화상 정보 생성부(68), 산출부(70), 기준 측정치 기억부(74) 및 판정부(76)로 처리 수단을 구성한다.
다음에, 도 4 및 도 5를 참조하여, 레이저 가공 홈에 제1 실시형태의 3차원 측정 수단에 의한 측정 방법을 적용한 경우에 대해서 설명한다. 도 4의 (A)에 도시된 바와 같이, 피가공물의 일종인 반도체 웨이퍼(이하, 단순히 웨이퍼라고 약칭하는 경우도 있음)(86)의 표면에는 분할 예정 라인(90)을 사이에 두고 디바이스(88)가 형성되어 있다. 웨이퍼(86)의 표면에는 PVA(폴리비닐알코올), PEG(폴리에틸렌글리콜) 등의 수용성 수지로 이루어진 보호막(87)이 형성되어 있다.
웨이퍼(86)에 대하여 흡수성을 갖는 파장(예컨대 355 ㎚)의 펄스 레이저 빔(91)을 분할 예정 라인(90)을 따라 조사하면, 어블레이션 가공에 의해 도 4의 (B)에 도시된 바와 같은 레이저 가공 홈(92)이 형성된다.
그런데, 웨이퍼(86)에 펄스 레이저 빔(91)을 조사하면, 펄스 레이저 빔(91)이 조사된 영역에 열에너지가 집중하여 데브리(94)가 발생하고, 이 데브리(94)가 보호막(87)에 부착된다.
3차원 측정 유닛(48)에 의해 레이저 가공 홈(92)을 측정하고, 촬상 화상 기억부(64)에 기억되어 있는 복수의 촬상 화상 및 Z 좌표 기억부(66)에 기억되어 있는 각 촬상 화상 취득시의 Z 좌표에 기초하여, 화상 정보 생성부(68)에서 각 촬상 화상을 입체적으로 조립하여 3차원의 화상 정보를 생성한다.
그리고, 산출부(70)에서, 생성된 3차원 화상 정보에 기초하여 웨이퍼(86)의 레이저 가공 홈(92)의 측정치를 산출한다. 이 측정치로서는, 레이저 가공 홈(92)의 폭(W1), 깊이(D1), 레이저 가공 홈(92)의 형상 및 위치와, 레이저 가공 홈(92) 부근에 퇴적된 데브리(94)의 폭, 높이, 체적 및 형상을 포함하고 있다.
화상 정보 생성부(68)에서 생성된 3차원 화상 정보(95) 및 산출부(70)에서 산출된 측정치(96)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 출력 수단으로서의 표시 모니터(62) 상에 표시된다. 동시에, 예컨대 데브리 체적의 비교 데이터(98)도 표시된다. 이 비교 데이터(98)는, 데브리(94)의 폭, 높이 등이어도 좋다.
다음에, 도 6을 참조하여, 다이싱에 의한 가공 홈에 대해서 설명한다. 도 6의 (A)는 웨이퍼(86)의 일부 평면도, 도 6의 (B)는 웨이퍼(86)의 일부 단면도이다. 절삭 블레이드를 사용한 다이싱에 의해, 웨이퍼(86)의 분할 예정 라인(90)을 따라 다이싱 가공 홈(100)을 형성하면, 다이싱 가공 홈(100)의 양측에 치핑(노치된 부분)(102)이 발생하는 경우가 있다.
그래서, 3차원 측정 유닛(48)에 의해 다이싱 가공 홈(100)을 측정하고, 촬상 화상 기억부(64)에 복수 장의 촬상 화상을 기억하며, Z 좌표 기억부(66)에 각 촬상 화상 취득시의 Z 좌표를 기억한다.
촬상 화상 기억부(64)에 기억되어 있는 복수 장의 촬상 화상과 각 촬상 화상 취득시의 Z 좌표에 기초하여, 화상 정보 생성부(68)에서 각 촬상 화상을 입체적으로 조립하여 다이싱 가공 홈(100)의 3차원 화상 정보를 생성한다.
산출부(70)에서는, 화상 정보 생성부(68)에서 생성된 3차원 화상 정보에 기초하여 웨이퍼(86)에 형성된 다이싱 가공 홈(100)의 측정치를 산출한다. 측정치로서는, 다이싱 가공 홈(100)의 폭, 깊이, 형상 및 에지부에 형성된 치핑(노치된 부분)(102)의 폭 등을 들 수 있다.
화상 정보 생성부(68)에서 생성된 다이싱 가공 홈(100)의 3차원 화상 및 산출부(70)에서 산출된 다이싱 가공 홈(100)의 각 측정치는, 도 5에 도시된 레이저 가공의 경우와 마찬가지로, 표시 모니터(62) 상에 표시된다.
전술한 실시형태에서는, 3차원 측정 유닛(48)으로서 도 2에 도시된 바와 같은 공초점 현미경을 이용한 구성에 대해서 설명하였지만, 제2 실시형태에서는, 3차원 측정 수단으로서, 레이저 변위계(레이저 측정기)를 사용하도록 하여도 좋다.
즉, 레이저 변위계(104)로 측정 대상인 예컨대 도 4의 (B)에 도시된 바와 같은 레이저 가공 홈(92)을 주사하고, 도 7에 도시된 바와 같이, 3차원 위치 정보 기억부(106)에서 레이저 가공 홈(92)의 3차원 위치 정보를 기억한다.
이 경우, 레이저 변위계(104)는 도 1에 도시된 케이싱(36)에 고정하고, 척 테이블(28)을 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동하여 레이저 가공 홈(92)의 3차원 위치 정보를 취득한다.
화상 정보 생성부(68A)에서는, 3차원 위치 정보 기억부(106)에 기억되어 있는 3차원 위치 정보를 입체적으로 조립하여 3차원 화상 정보를 생성한다. 산출부(70), 기준 측정치 기억부(74), 판정부(76) 및 가공 조건 설정부(78)의 작용은, 도 3에 도시된 제1 실시형태와 동일하기 때문에 그 설명을 생략한다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 3차원 측정 수단으로서 레이저 변위계(104)를 사용하기 때문에, 측정 대상물의 3차원 좌표를 즉시 취득할 수 있고, 이 3차원 위치 정보를 3차원 위치 정보 기억부(106)에서 기억한다. 본 실시형태에서는, 3차원 위치 정보 기억부(106), 화상 정보 생성부(68A), 산출부(70), 기준 측정치 기억부(74) 및 판정부(76)로 처리 수단을 구성한다.
다음에, 3차원 측정 수단으로서 간섭 대물렌즈를 이용한 본 발명의 제3 실시형태를 도 8 내지 도 11을 참조하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이, 3차원 측정 유닛(48A)을 지지 블록(40)에 상하 이동 가능하게 부착한다.
도면 부호 110은 3차원 측정 유닛(48A)의 하우징으로서, 하우징(110)에는 간섭 대물렌즈 유닛(112) 및 촬상 소자부(카메라)(56)가 장착되어 있다. 하우징(110) 내에는 백색 LED로 이루어진 광 조사부(118) 및 하프 미러(120)가 더 배치되어 있다.
펄스 모터(46)를 구동하면 볼나사(44)가 회전하고, 볼나사(44)에 나사 결합되어 있는 너트를 통해 3차원 측정 유닛(48A)이 상하 방향으로 이동된다. 따라서, 3차원 측정 유닛(48A)으로 가공 영역의 측정을 행하고 싶은 경우에는, 펄스 모터(46)를 구동하여 3차원 측정 유닛(48A)을 측정 영역 위쪽의 측정 개시 위치에 위치시킨다.
도면 부호 114는 압전 소자로서, 전원(116)으로부터 공급되는 가변 전압에 따라 예컨대 도 9에 도시된 바와 같이 그 길이가 변위(신장)된다. 따라서, 압전 소자(114)의 변위량에 따라 간섭 대물렌즈 유닛(112)의 높이 위치(Z 좌표)가 변화된다.
도 8의 (B)를 참조하면, 간섭 대물렌즈 유닛(112)의 모식도가 도시되어 있다. 간섭 대물렌즈 유닛(112)은, 대물렌즈(122)와, 유리판(124)에 배치된 참조 미러(26)와, 하프 미러(128)를 갖고 있다.
하프 미러(128)에 대하여, 대물렌즈(122)의 초점 위치와 대칭 위치에 참조 미러(126)를 배치한다. 이와 같이 구성된 간섭 대물렌즈 유닛(112)에는 마라우형(MIRAU TYPE) 간섭 대물렌즈 유닛이나 마이켈슨형 등이 있다.
백색 광원(118)으로부터 출사된 백색광은, 하프 미러(120)로 반사되어 간섭 대물렌즈 유닛(112)을 통해 피가공물 표면에 조사된다. 피가공물 표면으로부터의 반사광과 참조 미러(126)로부터 반사된 광이 간섭하면, 대물렌즈(122)의 초점이 맞고 있는 위치에서는 양쪽이 중첩되어 선명한 간섭 줄무늬를 발생시키고, 초점이 맞는 위치에서 간섭광(간섭 신호)이 발생한다.
따라서, 압전 소자(114)에 인가하는 전압을 변화시키고, 간섭 대물렌즈 유닛(112)을 통해 피가공물 표면을 촬상 소자부(56)로 촬상하면, 도 10에 도시된 바와 같이, 측정 대상물의 초점이 맞는 위치에서 광이 강하게 간섭하기 때문에 도트(11)로서 검출할 수 있다.
간섭 대물렌즈 유닛(112)의 높이를 도 10의 (A)∼도 10의 (C)에 도시된 바와 같이 Z1∼Z3으로 변화시키고, 촬상 소자부(56)로 복수의 화상을 촬상한다. 도면 부호 Z1은 레이저 가공 홈의 바닥부 부근, 도면 부호 Z2는 중간 정도, 도면 부호 Z3은 표면 부근의 도트(11)를 나타내고 있다.
3차원 측정 유닛(48A)에 의해 생성된 간섭광(간섭 신호)을 포착한 촬상 소자부(56)의 화소의 X 좌표 및 Y 좌표를, 도 11에 도시된 바와 같이, XY 좌표 기억부(130)에서 기억한다. 이것과 동시에, 간섭광을 포착한 화소의 X 좌표 및 Y 좌표에 대응하여 도 9에 도시된 그래프로부터 압전 소자(114)의 변위량을 구하고, 이 변위량으로부터 간섭 대물렌즈 유닛(112)의 Z 좌표를 구하여, 이 Z 좌표를 Z 좌표 기억부(66)에서 기억한다.
화상 정보 생성부(68B)에서는, XY 좌표 기억부(130)에 기억되어 있는 화소의 XY 좌표와, Z 좌표 기억부(66)에 기억되어 있는 상기 화소 취득시의 Z 좌표를 입체적으로 조립하여 3차원 화상 정보를 생성한다.
산출부(70)에서는, 생성된 3차원 화상 정보에 기초하여 피가공물의 측정 대상의 측정치를 산출한다. 또한, 산출부(70), 기준 측정치 기억부(74), 판정부(76) 및 가공 조건 설정부(78)의 작용은 도 3에 도시된 제1 실시형태와 동일하기 때문에, 그 설명을 생략한다. 본 실시형태에서는, Z 좌표 기억부(66), XY 좌표 기억부(130), 화상 정보 생성부(68B), 산출부(72), 기준 측정치 기억부(74) 및 판정부(76)로 처리 수단을 구성한다.
본 실시형태에서는, 간섭 대물렌즈 유닛(112)을 이용하여 3차원 측정 유닛(48A)을 구성한다. 따라서, 전술한 제1 및 제2 실시형태와 마찬가지로, 가공 후의 절삭 홈, 레이저 가공 홈, 치핑, 데브리, 또는 연삭 장치에 의한 연삭흔 등의 3차원 화상을 취득하고, 단면 화상으로부터 이들의 폭이나 높이, 체적의 데이터를 가공 직후에 가공 장치 내에서 취득하여 피가공물의 가공 상태를 검증할 수 있다.
전술한 바와 같이, 3차원 측정 수단은, 현미경에 의한 화상을 높이 방향에서 거듭 처리하여 3차원 화상을 생성하는 제1 실시형태의 공초점 현미경, 제2 실시형태의 레이저 변위계(104), 간섭 대물렌즈 유닛(112)을 이용하는 3차원 측정 유닛을 포함하고 있다.
3차원 측정 수단을 구비한 본 발명의 가공 장치에 따르면, 복수의 상이한 가공 조건을 연속하여 실시하고, 각각의 가공 조건마다 연속하여 가공 상태를 측정하며, 그 측정 결과를 비교할 수 있어, 가공 조건의 선정을 효율적으로 행할 수 있다.
이하, 전술한 본 발명의 가공 장치의 적용 가능 범위에 대해서 개략적으로 설명한다. 본 발명은, 3차원 현미경에 의한 정량 측정으로서, 적용 가능 범위는 이하의 6항목으로 분류된다.
(1) 양호한 가공의 측정 범위 내를 입력하여 양부 판정한다. 이 양부 판정은, 레이저 출력, 이송 속도, 렌즈 디포커스, 레이저 주파수, 빔 형상 등의 가공 조건을 변경하여 실시한다.
(2) 가공 중에 양호한 측정 범위 내를 입력하여 양부 판정한다. 이 양부 판정은, 레이저 출력, 이송 속도, 렌즈 디포커스, 레이저 주파수, 빔 형상 등의 가공 조건을 변경하면서 실시한다. 측정 결과가 부라고 판정된 경우에는, 가공을 정지한다.
(3) 복수의 가공 조건을 입력하고, 가공 결과의 변화량을 디스플레이 상에 표시한다. 예컨대, 파라미터 변화에 의한 가공 결과를 그래프화하여 표시한다.
(4) 소정 부위의 양호한 가공의 측정 범위를 입력하고, 자동 최적 가공 조건을 탐색한다.
(5) 비교 화상(기준 화상)과 대상 화상의 변화량은, 데브리 퇴적량, 커프 폭, 데브리 높이, 가공 깊이, 커트 위치 등을 포함하고 있다. 각각의 변화량은, 가공 홈 형성을 깊이 방향으로 복수 회 실시하는 복수 패스 및 가공 홈 형성을 면 방향으로 복수 회 실시하는 멀티 커트를 포함한다.
(6) 커프 폭 및 가공 깊이를 변화시키는 복수 커트에 의한 자동 초점 내기
2 : 레이저 가공 장치
28 : 척 테이블
34 : 레이저 빔 조사 유닛
38 : 집광기(레이저 헤드)
48, 48A : 3차원 측정 유닛
54 : 현미경 유닛
56 : 카메라(촬상 소자부)
62 : 표시 모니터
64 l: 촬상 화상 기억부
66 : Z 좌표 기억부
68, 68A, 68B : 화상 정보 생성부
70 : 산출부
74 : 기준 측정치 기억부
76 : 판정부
78 : 가공 조건 설정부
86 : 반도체 웨이퍼
88 : 디바이스
90 : 분할 예정 라인
91 : 레이저 빔
92 : 레이저 가공 홈
94 : 데브리
95 : 3차원 화상
96 : 측정치
98 : 비교 데이터
100 : 다이싱 가공 홈
102 : 치핑(노치된 부분)
104 : 레이저 변위계
106 : 3차원 위치 정보 기억부
112 : 간섭 대물렌즈 유닛
122 : 대물렌즈
126 : 참조 미러
128 : 하프 미러
130 : XY 좌표 기억부

Claims (7)

  1. 피가공물을 유지하는 유지 수단과, 상기 유지 수단에 유지된 피가공물을 설정된 가공 조건에 기초하여 가공하는 가공 수단과, 상기 유지 수단과 상기 가공 수단을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단과, 상기 가공 수단에 의해 가공된 피가공물의 가공 영역을 측정하는 측정 수단과, 상기 측정 수단에 의해 측정된 결과를 출력하는 출력 수단을 구비한 가공 장치로서,
    상기 측정 수단은,
    서로 직교하는 X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향에 있어서 3차원으로 피가공물을 측정하여 형상 정보를 취득하는 3차원 측정 수단과,
    상기 3차원 측정 수단에 의해 취득된 정보를 처리하여 화상 정보를 생성하는 처리 수단을 구비하고,
    상기 3차원 측정 수단은,
    복수의 화소가 X축 방향 및 Y축 방향으로 배열된 촬상 소자부와,
    피가공물에 대향하는 대물렌즈를 구비한 간섭 대물렌즈 유닛과,
    상기 간섭 대물렌즈 유닛을 통해 피가공물에 광을 조사하는 광조사부와,
    상기 간섭 대물렌즈 유닛을 Z축 방향으로 이동하여 Z 좌표를 생성하는 Z축 이동부와,
    가변 전압에 따라 그 길이가 변위되는 압전소자를 포함하며,
    상기 간섭 대물렌즈 유닛의 높이 위치가 상기 압전소자의 변위량에 따라 변화되며,
    상기 처리 수단은,
    상기 간섭 대물렌즈 유닛에 의해 생성된 간섭광을 포착한 상기 촬상 소자부의 화소의 X 좌표 및 Y 좌표를 기억하는 XY 좌표 기억부와,
    상기 화소의 X 좌표 및 Y 좌표에 대응하여 상기 Z축 이동부에서 생성된 Z 좌표를 기억하는 Z 좌표 기억부와,
    상기 XY 좌표 기억부에 기억되어 있는 XY 좌표의 화소를 상기 Z 좌표 기억부에 기억되어 있는 Z 좌표에 따라서 입체적으로 조립하여 3차원의 화상 정보를 생성하는 화상 정보 생성부와,
    생성된 3차원의 화상 정보에 기초하여 피가공물의 측정 대상의 측정치를 산출하는 산출부와,
    피가공물의 측정 대상의 측정치의 판정 기준이 되는 기준치를 기억하는 기준 측정치 기억부를 포함하고,
    상기 산출부는, 상기 기준 측정치 기억부에 기억된 기준치와, 상기 가공 수단에 의해 가공이 행해진 피가공물의 가공 영역의 측정치를 포함하는 비교 데이터를 생성하는 비교 데이터 생성부를 포함하고,
    피가공물의 측정 대상은, 상기 가공 수단에 의해 피가공물에 형성된 가공 홈의 폭, 깊이, 형상 및 위치와, 상기 가공 홈 부근에 퇴적된 데브리의 폭, 높이, 체적 및 형상과, 상기 가공 홈의 에지부의 노치된 부분의 폭, 깊이, 형상 중 어느 하나를 포함하며,
    상기 출력 수단은, 상기 화상 정보 생성부에 의해 생성된 3차원의 화상 정보를 표시하고,
    가공 후의 피가공물을 가공 장치로부터 꺼내지 않고 가공 영역을 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 기준 측정치 기억부는, 상기 가공 수단에 의해 적정한 가공이 행해진 피가공물의 기준치를 기억하는 것인 가공 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 처리 수단은, 상기 기준 측정치 기억부에 기억되어 있는 기준치와, 상기 가공 수단에 의해 가공이 행해진 피가공물의 가공 영역의 측정치를 비교하고, 상기 가공 수단에 의한 가공을 중지할지, 또는 상기 가공 조건을 변경할지의 여부를 판정하는 판정부를 더 포함하는 것인 가공 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가공 수단은, 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 조사 수단으로 구성되는 것인 가공 장치.
  7. 삭제
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