KR102256561B1 - 높이 위치 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피가공물 유지 수단에 유지된 반도체 웨이퍼 등의 피가공물에서의 설정된 영역의 높이 위치를 정확하게 검출할 수 있는 높이 위치 검출 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
척테이블에 유지된 피가공물의 높이 위치를 검출하는 높이 위치 검출 장치는, 피가공물에서 반사되어 광섬유 커플러에서 분기되는 복귀광을 전송하는 단일 모드 광섬유와, 단일 모드 광섬유로부터 방출되는 복귀광을 수광하여 수광한 광의 강도에 대응한 신호를 출력하는 수광 소자와, 파장과 높이의 관계를 설정한 테이블을 저장하는 메모리를 구비한 제어 수단을 포함한다. 제어 수단은, 파브리 페로 튜너블 필터가 단일 파장의 광을 스위프하는 미리 정해진 주기에 동기시켜 수광 소자가 수광한 단일 파장의 광의 파장을 구하고, 파장과 테이블에 기록된 파장과 높이를 대조함으로써 척테이블에 유지된 피가공물의 높이 위치를 구한다.

Description

높이 위치 검출 장치{HEIGHT POSITION DETECTING DEVICE}
본 발명은, 레이저 가공기 등의 가공기에 장비되는 척테이블에 유지된 반도체 웨이퍼 등의 피가공물의 높이 위치를 검출하는 높이 위치 검출 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조 프로세스에 있어서는, 대략 원판 형상인 반도체 웨이퍼의 표면에 격자형으로 배열된 분할 예정 라인에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스를 형성한다. 그리고, 반도체 웨이퍼를 분할 예정 라인을 따라서 절단함으로써 디바이스가 형성된 영역을 분할하여 개개의 반도체 디바이스를 제조하고 있다.
전술한 반도체 웨이퍼 등의 분할 예정 라인을 따라서 분할하는 방법으로서, 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 펄스 레이저 광선을 이용하여, 분할해야 할 영역의 내부에 집광점을 맞춰 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 가공 방법이 시도되고 있다. 이 레이저 가공 방법을 이용한 분할 방법은, 웨이퍼의 한쪽 면측으로부터 내부에 집광점을 맞춰 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 예컨대 파장이 1064 nm인 펄스 레이저 광선을 조사하고, 웨이퍼의 내부에 분할 예정 라인을 따라서 개질층을 연속적으로 형성하고, 이 개질층이 형성되는 것에 의해 강도가 저하된 분할 예정 라인을 따라서 외력을 가함으로써 피가공물을 분할하는 것이다(예컨대 특허문헌 1 참조). 이와 같이 피가공물에 형성된 분할 예정 라인을 따라서 내부에 개질층을 형성하는 경우, 피가공물의 상면으로부터 미리 정해진 깊이 위치에 레이저 광선의 집광점을 위치 부여하는 것이 중요하다.
또한, 반도체 웨이퍼 등의 판형의 피가공물을 분할하는 방법으로서, 피가공물에 형성된 분할 예정 라인을 따라서 펄스 레이저 광선을 조사함으로써 레이저 가공홈을 형성하고, 이 레이저 가공홈을 따라서 메카니컬 브레이킹 장치에 의해 분할하는 방법이 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 2 참조). 이와 같이 피가공물에 형성된 분할 예정 라인을 따라서 레이저 가공홈을 형성하는 경우에도, 피가공물의 미리 정해진 높이 위치에 레이저 광선의 집광점을 위치 부여하는 것이 중요하다.
그런데, 반도체 웨이퍼 등의 판형의 피가공물에는 굴곡이 있어, 그 두께에 불균일이 있기 때문에, 균일한 레이저 가공을 하는 것이 어렵다. 즉, 웨이퍼의 내부에 분할 예정 라인을 따라서 개질층을 형성하는 경우, 웨이퍼의 두께에 불균일이 있으면 레이저 광선을 조사할 때에 굴절률의 관계로 미리 정해진 깊이 위치에 균일하게 개질층을 형성할 수 없다. 또한, 웨이퍼에 형성된 분할 예정 라인을 따라서 레이저 가공홈을 형성하는 경우에도 그 두께에 불균일이 있으면, 균일한 깊이의 레이저 가공홈을 형성할 수 없다.
전술한 문제를 해소하기 위해, 척테이블에 유지된 반도체 웨이퍼 등의 피가공물의 상면 높이를 검출할 수 있는 높이 위치 검출 장치가 하기 특허문헌 3에 개시되어 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 제3408805호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 제2010-272697호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 공개 제2011-82354호 공보
그러나, 상기 특허문헌 3에 개시된 높이 위치 검출 장치는, 발광 수단으로부터 비스듬히 조사된 광이 피가공물의 상면에서 반사되고, 그 반사광의 수광 위치에 의해 높이 위치를 검출하는 기술이므로, 높이가 변화함으로써 분할 예정 라인으로부터 떨어진 위치에 조사되어 적정한 위치의 상면 높이를 검출할 수 없다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주요 기술적 과제는, 피가공물 유지 수단에 유지된 반도체 웨이퍼 등의 피가공물에서의 설정된 영역의 높이 위치를 정확하게 검출할 수 있는 높이 위치 검출 장치를 제공하는 것이다.
상기 주요 기술 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의하면, 피가공물을 유지하는 피가공물 유지 수단과, 그 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물의 높이 위치를 검출하는 높이 위치 검출 수단과, 그 피가공물 유지 수단과 그 높이 위치 검출 수단을 상대적으로 이동시키는 이동 수단을 구비하는 높이 위치 검출 장치에 있어서,
그 높이 위치 검출 수단은, 미리 정해진 파장 대역을 갖는 광원과, 그 광원으로부터 발생한 광을 전송하는 제1 단일 모드 광섬유와, 그 제1 단일 모드 광섬유에 연결된 광섬유 커플러와, 그 광원과 그 광섬유 커플러 사이에서 그 제1 단일 모드 광섬유에 연결되고 그 파장 대역으로부터 단일 파장의 광을 미리 정해진 주기로 순차적으로 스위프하여 전송하는 파브리 페로(Fabry-Perot) 튜너블 필터(tunable filter)와, 그 파브리 페로 튜너블 필터로부터 방출되는 단일 파장의 광을 집광하여 그 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 조사하는 색수차 렌즈와, 피가공물에서 반사되어 그 색수차 렌즈를 통해 그 광섬유 커플러에서 분기되는 복귀광을 전송하는 제2 단일 모드 광섬유와, 그 제2 단일 모드 광섬유로부터 방출되는 복귀광을 수광하여 수광한 광의 강도에 대응한 신호를 출력하는 수광 소자와, 파장과 높이의 관계를 설정한 테이블을 저장하는 메모리를 구비한 제어 수단을 구비하고,
그 제어 수단은, 그 파브리 페로 튜너블 필터가 단일 파장의 광을 스위프하는 미리 정해진 주기에 동기시켜 그 수광 소자가 수광한 단일 파장의 광의 파장을 구하고, 그 파장과 그 테이블에 기록된 파장과 높이를 대조함으로써 그 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물의 높이 위치를 구하는 것을 특징으로 하는 높이 위치 검출 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 이동 수단에 의한 피가공물 유지 수단과 높이 위치 검출 수단의 상대적인 이동 방향을 X 좌표로 한 경우, 제어 수단은 X 좌표에 대응하여 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물의 높이 위치를 구하여 메모리에 저장한다.
바람직하게는, 상기 높이 위치 검출 수단은, 피가공물을 유지하는 피가공물 유지 수단과, 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 가공을 하는 가공 수단과, 피가공물 유지 수단과 가공 수단을 X축 방향으로 상대적으로 이동시키는 X축 이동 수단과, 피가공물 유지 수단과 가공 수단을 X축 방향과 직교하는 Y축 방향으로 상대적으로 이동시키는 Y축 이동 수단에 의해 구성된 가공기에 장착된다.
본 발명의 높이 위치 검출 장치에 의하면, 제어 수단이, 파브리 페로 튜너블 필터가 단일 파장의 광을 스위프하는 미리 정해진 주기에 동기시켜 수광 소자가 수광한 단일 파장의 광의 파장을 구하고, 파장과 그 테이블에 기록된 파장과 높이를 대조함으로써 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물의 높이 위치를 구하기 때문에, 피가공물의 검출 위치로부터 떨어진 위치에 광이 조사되어 검출 위치로부터 떨어진 위치의 높이를 검출한다고 하는 문제가 해소된다.
도 1은 본 발명에 따라서 구성된 높이 위치 검출 장치가 장비된 레이저 가공기의 사시도.
도 2는 도 1에 나타내는 레이저 가공기에 장비되는 높이 위치 검출 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 도 2에 나타내는 높이 위치 검출 장치를 구성하는 파브리 페로 튜너블 필터에 인가되는 교류파를 따라서 각 파장의 광을 미리 정해진 주기로 순차적으로 스위프하여 전송하는 상태를 나타내는 설명도.
도 4는 도 2에 나타내는 높이 위치 검출 장치를 구성하는 색수차 렌즈의 집광 상태를 나타내는 설명도.
도 5는 도 1에 나타내는 레이저 가공기에 장비되는 제어 수단의 블록 구성도.
도 6은 파장과 높이의 관계를 설정한 제어 테이블.
도 7은 피가공물로서의 반도체 웨이퍼의 사시도.
도 8은 도 7에 나타내는 반도체 웨이퍼가 고리형의 프레임에 장착된 보호 테이프에 접착된 상태를 나타내는 사시도.
도 9는 도 7에 나타내는 반도체 웨이퍼가 도 1에 나타내는 레이저 가공기의 척테이블의 미리 정해진 위치에 유지된 상태에서의 좌표 위치와의 관계를 나타내는 설명도.
도 10은 도 2에 나타내는 높이 위치 검출 장치에 의해 검출된 높이 위치 데이터에 기초하여 작성되는 XY 좌표에 대응한 기준 위치에 대한 변동을 나타내는 설명도.
도 11은 도 1에 나타내는 레이저 가공기에 장비된 높이 위치 검출 장치에 의해 실시되는 높이 위치 검출 공정의 설명도.
도 12는 도 1에 나타내는 레이저 가공기에 의해 도 7에 나타내는 반도체 웨이퍼에 개질층을 형성하는 레이저 가공 공정의 설명도.
이하, 본 발명에 따라서 구성된 높이 위치 검출 장치의 바람직한 실시형태에 관해, 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에는, 본 발명에 따라서 구성된 높이 위치 검출 장치를 장비한 가공기로서의 레이저 가공기(1)의 사시도가 나타나 있다. 도 1에 나타내는 레이저 가공기(1)는, 정지 베이스(2)와, 그 정지 베이스(2)에 화살표 X로 나타내는 X축 방향으로 이동 가능하게 배치되어 피가공물을 유지하는 척테이블 기구(3)와, 정지 베이스(2)에 상기 화살표 X로 나타내는 X축 방향과 직교하는 화살표 Y로 나타내는 Y축 방향으로 이동 가능하게 배치된 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)와, 그 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)에 화살표 Z로 나타내는 Z축 방향으로 이동 가능하게 배치된 레이저 광선 조사 유닛(5)을 구비하고 있다.
상기 척테이블 기구(3)는, 정지 베이스(2) 상에 X축 방향을 따라서 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과, 그 안내 레일(31, 31) 상에 X축 방향으로 이동 가능하게 배치된 제1 슬라이딩 블록(32)과, 그 제1 슬라이딩 블록(32) 상에 Y축 방향으로 이동 가능하게 배치된 제2 슬라이딩 블록(33)과, 그 제2 슬라이딩 블록(33) 상에 원통 부재(34)에 의해 지지된 커버 테이블(35)과, 피가공물 유지 수단으로서의 척테이블(36)을 구비하고 있다. 이 척테이블(36)은 다공성 재료로 형성된 흡착척(361)을 구비하고 있고, 흡착척(361) 상에 피가공물인 예컨대 원반형의 반도체 웨이퍼를 도시하지 않은 흡인 수단에 의해 유지하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 척테이블(36)은, 원통 부재(34) 내에 배치된 도시하지 않은 펄스 모터에 의해 회전된다. 또, 척테이블(36)에는, 후술하는 고리형의 프레임을 고정하기 위한 클램프(362)가 배치되어 있다.
상기 제1 슬라이딩 블록(32)은, 그 하면에 상기 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과 감합하는 한 쌍의 피안내홈(321, 321)이 형성되어 있음과 함께, 그 상면에 Y축 방향을 따라서 평행하게 형성된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)이 설치되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 슬라이딩 블록(32)은, 피안내홈(321, 321)이 한 쌍의 안내 레일(31, 31)에 감합함으로써, 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라서 X축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 본 실시형태에서의 척테이블 기구(3)는, 제1 슬라이딩 블록(32)을 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라서 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 이동 수단(37)을 구비하고 있다. X축 이동 수단(37)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(31과 31) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(371)와, 그 수나사 로드(371)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(372) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(371)는, 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 베어링 블록(373)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(372)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또, 수나사 로드(371)는, 제1 슬라이딩 블록(32)의 중앙부 하면에 돌출되어 설치된 도시하지 않은 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(372)에 의해 수나사 로드(371)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 제1 슬라이딩 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라서 X축 방향으로 이동된다.
레이저 가공기(1)는, 상기 척테이블(36)의 X축 방향 위치를 검출하기 위한 X축 방향 위치 검출 수단(374)을 구비하고 있다. X축 방향 위치 검출 수단(374)은, 안내 레일(31)을 따라서 배치된 리니어 스케일(374a)과, 제1 슬라이딩 블록(32)에 배치되어 제1 슬라이딩 블록(32)과 함께 리니어 스케일(374a)을 따라서 이동하는 판독 헤드(374b)를 포함하고 있다. 이 X축 방향 위치 검출 수단(374)의 판독 헤드(374b)는, 도시한 실시형태에 있어서는 1 ㎛마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다. 그리고 후술하는 제어 수단은, 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써 척테이블(36)의 X축 방향 위치를 검출한다.
상기 제2 슬라이딩 블록(33)은, 그 하면에 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 설치된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)과 감합하는 한 쌍의 피안내홈(331, 331)이 형성되어 있고, 이 피안내홈(331, 331)을 한 쌍의 안내 레일(322, 322)에 감합함으로써 Y축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 척테이블 기구(3)는, 제2 슬라이딩 블록(33)을 제1 슬라이딩 블록(32)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라서 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제1 Y축 이동 수단(38)을 구비하고 있다. 제1 Y축 이동 수단(38)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(322와 322) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(381)와, 그 수나사 로드(381)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(382) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(381)는, 그 일단이 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 고정된 베어링 블록(383)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(382)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또, 수나사 로드(381)는, 제2 슬라이딩 블록(33)의 중앙부 하면에 돌출되어 설치된 도시하지 않은 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(382)에 의해 수나사 로드(381)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 제2 슬라이딩 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라서 Y축 방향으로 이동된다.
레이저 가공기(1)는, 상기 제2 슬라이딩 블록(33)의 Y축 방향 위치를 검출하기 위한 Y축 방향 위치 검출 수단(384)을 구비하고 있다. Y축 방향 위치 검출 수단(384)은, 안내 레일(322)을 따라서 배치된 리니어 스케일(384a)과, 제2 슬라이딩 블록(33)에 배치되어 제2 슬라이딩 블록(33)과 함께 리니어 스케일(384a)을 따라서 이동하는 판독 헤드(384b)를 포함하고 있다. 이 Y축 방향 위치 검출 수단(384)의 판독 헤드(384b)는, 도시한 실시형태에 있어서는 1 ㎛마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다. 그리고 후술하는 제어 수단은, 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써 척테이블(36)의 Y축 방향 위치를 검출한다.
상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 정지 베이스(2) 상에 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)을 따라서 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(41, 41)과, 그 안내 레일(41, 41) 상에 화살표 Y로 나타내는 방향으로 이동 가능하게 배치된 가동 지지 베이스(42)를 구비하고 있다. 이 가동 지지 베이스(42)는, 안내 레일(41, 41) 상에 이동 가능하게 배치된 이동 지지부(421)와, 그 이동 지지부(421)에 부착된 장착부(422)를 포함하고 있다. 장착부(422)는, 일측면에 화살표 Z로 나타내는 Z축 방향(집광점 위치 조정 방향)으로 연장되는 한 쌍의 안내 레일(423, 423)이 평행하게 설치되어 있다. 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 가동 지지 베이스(42)를 한 쌍의 안내 레일(41, 41)을 따라서 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제2 Y축 이동 수단(43)을 구비하고 있다. 제2 Y축 이동 수단(43)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(41, 41)의 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(431)와, 그 수나사 로드(431)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(432) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(431)는, 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 도시하지 않은 베어링 블록에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(432)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또, 수나사 로드(431)는, 가동 지지 베이스(42)를 구성하는 이동 지지부(421)의 중앙부 하면에 돌출되어 설치된 도시하지 않은 암나사 블록에 형성된 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 이 때문에, 펄스 모터(432)에 의해 수나사 로드(431)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41)을 따라서 Y축 방향으로 이동된다.
본 실시형태에서의 레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)와, 그 유닛 홀더(51)에 부착된 레이저 광선 조사 수단(52)을 구비하고 있다. 유닛 홀더(51)는, 상기 장착부(422)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(423, 423)에 슬라이딩 가능하게 감합하는 한 쌍의 피안내홈(511, 511)이 형성되어 있고, 이 피안내홈(511, 511)을 상기 안내 레일(423, 423)에 감합함으로써 Z축 방향으로 이동 가능하게 지지된다.
레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)를 한 쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라서 Z축 방향으로 이동시키기 위한 Z축 이동 수단(53)을 구비하고 있다. Z축 이동 수단(53)은, 한 쌍의 안내 레일(423, 423)의 사이에 배치된 수나사 로드(도시하지 않음)와, 그 수나사 로드를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(532) 등의 구동원을 포함하고 있고, 펄스 모터(532)에 의해 도시하지 않은 수나사 로드를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 유닛 홀더(51) 및 레이저 광선 조사 수단(52)을 안내 레일(423, 423)을 따라서 Z축 방향으로 이동시킨다. 또, 본 실시형태에 있어서는 펄스 모터(532)를 정회전 구동시킴으로써 레이저 광선 조사 수단(52)을 상측으로 이동시키고, 펄스 모터(532)를 역회전 구동시킴으로써 레이저 광선 조사 수단(52)을 하측으로 이동시키도록 되어 있다.
레이저 광선 조사 유닛(5)은, 레이저 광선 조사 수단(52)의 Z축 방향 위치를 검출하기 위한 Z축 방향 위치 검출 수단(55)을 구비하고 있다. Z축 방향 위치 검출 수단(55)은, 상기 안내 레일(423, 423)과 평행하게 배치된 리니어 스케일(551)과, 상기 유닛 홀더(51)에 부착되어 유닛 홀더(51)와 함께 리니어 스케일(551)을 따라서 이동하는 판독 헤드(552)를 포함하고 있다. 이 Z축 방향 위치 검출 수단(55)의 판독 헤드(552)는, 도시한 실시형태에 있어서는 1 ㎛마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다.
레이저 광선 조사 수단(52)은, 실질적으로 수평으로 배치된 원통형상의 케이싱(521)을 포함하고 있다. 이 케이싱(521) 내에는 도시하지 않은 YAG 레이저 발진기 또는 YVO4 레이저 발진기로 이루어진 펄스 레이저 광선 발진기나 반복 주파수 설정 수단을 구비한 펄스 레이저 광선 발진 수단이 배치되어 있다. 상기 케이싱(521)의 선단부에는, 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 집광하기 위한 집광기(522)가 장착되어 있다.
상기 레이저 광선 조사 수단(52)을 구성하는 케이싱(521)의 선단부에는, 레이저 광선 조사 수단(52)에 의해 레이저 가공해야 할 가공 영역을 검출하는 촬상 수단(6)이 배치되어 있다. 이 촬상 수단(6)은, 가시광선에 의해 촬상하는 통상의 촬상 소자(CCD) 외에, 피가공물에 적외선을 조사하는 적외선 조명 수단과, 그 적외선 조명 수단에 의해 조사된 적외선을 포착하는 광학계와, 그 광학계에 의해 포착된 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD) 등으로 구성되어 있고, 촬상한 화상 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다.
또한, 상기 레이저 광선 조사 수단(52)을 구성하는 케이싱(521)의 선단부에는, 척테이블(36)에 유지된 피가공물의 상면 높이 위치를 검출하기 위한 높이 위치 검출 장치(7)가 배치되어 있다. 이 높이 위치 검출 장치(7)는, 도 2에 나타내는 높이 위치 검출 수단(70)을 구비하고 있다. 도 2에 나타내는 높이 위치 검출 수단(70)은, 미리 정해진 파장 대역을 갖는 광원(71)과, 그 광원(71)으로부터 발생한 광을 전송하는 제1 단일 모드 광섬유(72)와, 그 제1 단일 모드 광섬유(72)에 연결된 광섬유 커플러(73)와, 광원(71)과 광섬유 커플러(73) 사이에서 제1 단일 모드 광섬유(72)에 연결되고 파장 대역으로부터 단일 파장의 광을 미리 정해진 주기로 순차적으로 스위프하여 전송하는 파브리 페로 튜너블 필터(74)와, 그 파브리 페로 튜너블 필터(74)로부터 방출되는 단일 파장의 광을 집광하여 척테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 색수차 렌즈(75)를 구비하고 있다. 또, 상기 광원(71)은, 파장 대역이 예컨대 300∼900 nm인 광을 발한다. 상기 파브리 페로 튜너블 필터(74)는, 미리 정해진 주파수(예컨대 50 kHz)의 교류 전원 인가 수단(76)에 접속되어 있고, 도 3에 나타낸 바와 같이 교류파를 따라서 각 파장의 광을 미리 정해진 주기로 순차적으로 스위프하여 전송한다. 또, 교류파를 따라서 각 파장의 광은, 교류파의 직선에 가까운 영역인 400∼800 nm을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 색수차 렌즈(75)는, 도 4에 나타낸 바와 같이 입광된 광의 파장에 따라서 집광점 위치가 상이하도록 기능하며, 예컨대 파장이 400 nm인 광은 P1에 집광되고, 파장이 600 nm인 광은 P2에 집광되고, 파장이 800 nm인 광은 P3에 집광되도록 되어 있다. 또, 도시한 실시형태에 있어서는, 파장이 600 nm인 집광점(P2)을 중심으로 하여 파장이 400 nm인 집광점(P1)과 파장이 800 nm인 집광점(P3)의 간격은 100 ㎛로 설정되어 있다.
도 2를 참조하여 설명을 계속하면, 상기 색수차 렌즈(75)를 통해 조사되어 피가공물(W)의 상면에서 반사된 복귀광은, 색수차 렌즈(75)를 통해 광섬유 커플러(73)로 유도된다. 도시한 높이 위치 검출 수단(70)은, 광섬유 커플러(73)로 유도되어 분기되는 복귀광을 전송하는 제2 단일 모드 광섬유(77)와, 그 제2 단일 모드 광섬유(77)로부터 방출되는 복귀광을 증폭시키는 증폭기(78)와, 그 증폭기(78)에 의해 증폭된 복귀광을 수광하여 수광한 광의 강도에 대응한 신호를 출력하는 수광 소자(79)를 구비하고 있고, 수광 소자(79)는 수광한 복귀광의 각 파장에 대응한 광강도를 후술하는 제어 수단에 보낸다.
레이저 가공기(1)는, 도 5에 나타내는 제어 수단(9)을 구비하고 있다. 제어 수단(9)은 컴퓨터에 의해 구성되어 있고, 제어 프로그램에 따라서 연산 처리하는 중앙 처리 장치(CPU)(91)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 리드 온니 메모리(ROM)(92)와, 연산 결과 등을 저장하는 리드 라이트 가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM)(93)와, 입력 인터페이스(94) 및 출력 인터페이스(95)를 구비하고 있다. 제어 수단(9)의 입력 인터페이스(94)에는, 상기 X축 방향 위치 검출 수단(374), Y축 방향 위치 검출 수단(384), Z축 이동 수단(53), 촬상 수단(6), 수광 소자(79) 등으로부터의 검출 신호가 입력된다. 그리고, 제어 수단(9)의 출력 인터페이스(95)로부터는, 상기 펄스 모터(372), 펄스 모터(382), 펄스 모터(432), 펄스 모터(532), 레이저 광선 조사 수단(52) 등에 제어 신호를 출력한다. 또, 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(93)는, 도 6에 나타내는 파장과 높이의 관계를 설정한 제어 테이블을 저장하는 제1 기억 영역(93a), 후술하는 피가공물의 설계치의 데이터를 기억하는 제2 기억 영역(93b), 후술하는 피가공물의 XY 좌표에서의 기준 위치에 대한 변동을 기억하는 제3 기억 영역(93c)이나 다른 기억 영역을 구비하고 있다. 또, 도 6에 나타내는 파장과 높이의 관계를 설정한 제어 테이블은, 파장이 600 nm일 때에 설정된 높이 위치(0)로 하여, 파장이 600 nm보다 짧은 경우는 +(㎛)로 하고, 파장이 600 nm보다 긴 경우는 -(㎛)로 하고 있다. 이와 같이 구성된 제어 수단(9)은, 상기 파브리 페로 튜너블 필터(74)가 단일 파장의 광을 스위프하는 미리 정해진 주기에 동기시켜 수광 소자(79)가 수광한 파장 중 광강도가 가장 높은 파장을 구하고, 그 파장과 도 6에 나타내는 제어 테이블에 설정된 파장과 높이를 대조함으로써, 척테이블(36)에 유지된 피가공물(W)의 높이 위치, 즉 파장이 600 nm일 때에 설정된 높이 위치(0)(기준 위치)에 대한 변동을 구한다.
높이 위치 검출 장치(7)를 장비한 레이저 가공기(1)는 이상과 같이 구성되어 있고, 이하에 그 작용에 관해 설명한다. 도 7에는, 피가공물로서의 반도체 웨이퍼의 사시도가 나타나 있다. 도 7에 나타내는 반도체 웨이퍼(10)는, 예컨대 두께가 200 ㎛인 실리콘 웨이퍼로 이루어져 있고, 표면(10a)에는 격자형으로 형성된 복수의 분할 예정 라인(101)에 의해 구획된 복수의 영역에 IC, LSI 등의 디바이스(102)가 형성되어 있다. 이와 같이 형성된 반도체 웨이퍼(10)는, 도 8에 나타낸 바와 같이 고리형의 프레임(F)에 장착된 폴리올레핀 등의 합성 수지 시트로 이루어진 예컨대 두께가 300 ㎛인 보호 테이프(T)에 표면(10a)측을 접착한다(보호 테이프 접착 공정). 따라서, 반도체 웨이퍼(10)는 이면(10b)이 상측이 된다.
전술한 레이저 가공 장치(1)를 이용하여, 상기 반도체 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인(101)을 따라서 레이저 광선을 조사하고, 반도체 웨이퍼(10)의 내부에 분할 예정 라인(101)을 따라서 개질층을 형성하는 레이저 가공의 실시형태에 관해 설명한다. 또, 반도체 웨이퍼(10)의 내부에 개질층을 형성할 때에, 반도체 웨이퍼의 두께에 불균일이 있으면, 미리 정해진 깊이로 균일하게 개질층을 형성할 수 없다. 따라서, 레이저 가공을 하기 전에, 전술한 높이 위치 검출 장치(7)에 의해 척테이블(36)에 유지된 반도체 웨이퍼(10)의 상면 높이 위치를 계측한다.
척테이블(36)에 유지된 반도체 웨이퍼(10)의 상면 높이 위치를 계측하기 위해서는, 우선 전술한 도 1에 나타내는 레이저 가공기의 척테이블(36) 상에 반도체 웨이퍼(10)의 보호 테이프(T)측을 얹어 놓는다. 그리고, 도시하지 않은 흡인 수단을 작동함으로써, 보호 테이프(T)를 통해 반도체 웨이퍼(10)를 척테이블(36) 상에 흡인 유지한다(웨이퍼 유지 공정). 따라서, 척테이블(36) 상에 보호 테이프(T)를 통해 유지된 반도체 웨이퍼(10)는, 이면(10b)이 상측이 된다. 이와 같이 하여, 웨이퍼 유지 공정을 실시했다면, 가공 이송 수단(37)을 작동하여 반도체 웨이퍼(10)를 흡인 유지한 척테이블(36)을 촬상 수단(6)의 바로 아래에 위치 부여한다.
척테이블(36)이 촬상 수단(6)의 바로 아래에 위치 부여되면, 촬상 수단(6) 및 제어 수단(9)에 의해 반도체 웨이퍼(10)의 레이저 가공해야 할 가공 영역을 검출하는 얼라이먼트 작업을 실행한다. 즉, 촬상 수단(6) 및 제어 수단(9)은, 반도체 웨이퍼(10)의 제1 방향으로 형성되어 있는 분할 예정 라인(101)이 X축 방향과 평행하게 위치 부여되어 있는지 아닌지의 얼라이먼트를 수행한다. 또한, 반도체 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 제1 방향과 직교하는 방향으로 형성되어 있는 분할 예정 라인(101)에 대해서도, 마찬가지로 얼라이먼트가 수행된다. 이 때, 반도체 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인(101)이 형성되어 있는 표면(10a)은 하측에 위치하고 있지만, 촬상 수단(6)이 전술한 바와 같이 적외선 조명 수단과 적외선을 포착하는 광학계 및 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD) 등으로 구성된 촬상 수단을 구비하고 있기 때문에, 이면(10b)으로부터 투과하여 분할 예정 라인(101)을 촬상할 수 있다.
전술한 바와 같이 얼라이먼트가 행해지면, 척테이블(36) 상의 반도체 웨이퍼(10)는, 도 9의 (a)에 나타내는 좌표 위치에 위치 부여된 상태가 된다. 또, 도 9의 (b)는 척테이블(36), 즉 분할 예정 라인을 도 9의 (a)에 나타내는 상태로부터 90도 회전시킨 상태를 나타내고 있다.
또, 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)에 나타내는 좌표 위치에 위치 부여된 상태에서의 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 각 분할 예정 라인(101)의 이송 개시 위치 좌표치(A1, A2, A3…An)와 이송 종료 위치 좌표치(B1, B2, B3…Bn) 및 이송 개시 위치 좌표치(C1, C2, C3…Cn)와 이송 종료 위치 좌표치(D1, D2, D3…Dn)는, 그 설계치의 데이터가 제어 수단(9)의 랜덤 액세스 메모리(RAM)(93)의 제2 기억 영역(93b)에 저장되어 있다.
전술한 바와 같이 척테이블(36) 상에 유지되어 있는 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 분할 예정 라인(101)을 검출하여, 검출 위치의 얼라이먼트가 행해졌다면, 척테이블(36)을 이동시켜 도 9의 (a)에 있어서 최상위의 분할 예정 라인(101)을 높이 위치 검출 장치(7)의 색수차 렌즈(75) 바로 아래에 위치 부여한다. 그리고, 또한 도 11에 나타낸 바와 같이 반도체 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인(101)의 일단(도 11에 있어서 좌단)인 이송 개시 위치 좌표치(A1)(도 9의 (a) 참조)를 색수차 렌즈(75)의 바로 아래에 위치 부여한다. 그리고, 높이 위치 검출 장치(7)를 작동함과 함께, 척테이블(36)을 도 11에 있어서 화살표 X1로 나타내는 방향으로 미리 정해진 이송 속도(예컨대 200 mm/초)로 이동시키고, X축 방향 위치 검출 수단(374)으로부터의 검출 신호에 기초하여 이송 종료 위치 좌표치(B1)까지 이동시킨다(높이 위치 검출 공정). 그 결과, 반도체 웨이퍼(10)의 도 9의 (a)에 있어서 최상위의 분할 예정 라인(101)에서의 높이 위치, 즉 파장이 600 nm일 때에 설정된 높이 위치(0)(기준 위치)에 대한 변동을 전술한 바와 같이 검출할 수 있다. 그리고, 제어 수단(9)은, 파장이 600 nm일 때에 설정된 높이 위치(0)(기준 위치)에 대한 변동에 기초하여, 도 10에 나타낸 바와 같이 반도체 웨이퍼(10)의 XY 좌표에서의 기준 위치에 대한 변동을 구하고, 이 XY 좌표에서의 기준 위치에 대한 변동을 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(103)의 제3 기억 영역(93c)에 저장한다. 이와 같이 하여, 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 모든 분할 예정 라인(101)을 따라서 높이 위치 검출 공정을 실시하고, 각 분할 예정 라인(101)의 XY 좌표에서의 기준 위치에 대한 변동을 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(103)의 제3 기억 영역(103c)에 저장한다. 이상과 같이 높이 위치 검출 장치(7)는, 색수차 렌즈(75)를 통해 척테이블(36)에 유지된 피가공물(W)의 상면에 수직으로 조사되는 광의 복귀광에서의 광강도가 가장 높은 파장을 구하는 것에 의해 피가공물(W)의 높이 위치를 검출하기 때문에, 분할 예정 라인(101)으로부터 떨어진 위치에 광이 조사되어 분할 예정 라인(101)으로부터 떨어진 위치의 높이를 검출한다고 하는 문제가 해소된다.
이상과 같이 하여 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 모든 분할 예정 라인(101)을 따라서 높이 위치 검출 공정을 실시했다면, 반도체 웨이퍼(10)의 내부에 분할 예정 라인(101)을 따라서 개질층을 형성하는 레이저 가공을 실시한다.
레이저 가공을 실시하기 위해서는, 우선 척테이블(36)을 이동시켜 도 9의 (a)에 있어서 최상위의 분할 예정 라인(101)을 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(522)의 바로 아래에 위치 부여한다. 그리고, 또한 도 12의 (a)에 나타낸 바와 같이 분할 예정 라인(101)의 일단(도 12의 (a)에 있어서 좌단)인 이송 개시 위치 좌표치(A1)(도 9의 (a) 참조)를 집광기(522)의 바로 아래에 위치 부여한다. 제어 수단(9)은, Z축 이동 수단(53)을 작동하여 집광기(522)로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점(P)을 반도체 웨이퍼(10)의 이면(10b)(상면)으로부터 미리 정해진 깊이 위치에 맞춘다. 다음으로, 제어 수단(9)은, 레이저 광선 조사 수단(52)을 작동하여, 집광기(522)로부터 펄스 레이저 광선을 조사하면서 척테이블(36)을 화살표 X1로 나타내는 방향으로 미리 정해진 가공 이송 속도로 이동시킨다(레이저 가공 공정). 그리고, 도 12의 (b)로 나타낸 바와 같이 집광기(522)의 조사 위치가 분할 예정 라인(101)의 타단(도 12의 (b)에 있어서 우단)에 도달했다면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지함과 함께, 척테이블(36)의 이동을 정지한다. 이 레이저 가공 공정에 있어서는, 제어 수단(9)은 랜덤 액세스 메모리(RAM)(103)의 제3 기억 영역(103c)에 저장되어 있는 분할 예정 라인(101)의 XY 좌표에 대응한 기준 위치에 대한 변동에 기초하여 Z축 이동 수단(53)의 펄스 모터(532)를 제어하고, 도 12의 (b)에 나타낸 바와 같이 집광기(522)를 반도체 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인(101)에서의 높이 위치에 대응하여 상하 방향으로 이동시킨다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(10)의 내부에는, 도 12의 (b)에 나타낸 바와 같이 이면(10b)(상면)으로부터 미리 정해진 깊이 위치에 이면(10b)(상면)과 평행하게 개질층(110)이 형성된다.
또, 상기 레이저 가공 공정에서의 가공 조건은, 예컨대 다음과 같이 설정되어 있다.
레이저 : YVO4 펄스 레이저
파장 : 1040 nm
반복 주파수 : 200 kHz
평균 출력 : 1 W
집광 스폿 직경 : φ1 ㎛
가공 이송 속도 : 300 mm/초
이상과 같이 하여, 반도체 웨이퍼(10)의 제1 방향으로 연장되는 모든 분할 예정 라인(101)을 따라서 상기 레이저 가공 공정을 실행했다면, 척테이블(36)을 90도 회동시켜, 상기 제1 방향에 대하여 직교하는 방향으로 연장되는 각 분할 예정 라인(101)을 따라서 상기 레이저 가공 공정을 실행한다. 이와 같이 하여, 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 모든 분할 예정 라인(101)을 따라서 상기 레이저 가공 공정을 실행했다면, 반도체 웨이퍼(10)를 유지하고 있는 척테이블(36)은, 처음에 반도체 웨이퍼(10)를 흡인 유지한 위치로 복귀되고, 여기서 반도체 웨이퍼(10)의 흡인 유지를 해제한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(10)는, 도시하지 않은 반송 수단에 의해 분할 공정에 반송된다.
이상, 본 발명에 의한 척테이블에 유지된 피가공물의 높이 위치 검출 장치를 레이저 가공기에 적용한 예를 나타냈지만, 본 발명은 척테이블에 유지된 피가공물을 가공하는 여러가지 가공기에 적용할 수 있다.
2 : 정지 베이스 3 : 척테이블 기구
36 : 척테이블 37 : X축 이동 수단
374 : X축 방향 위치 검출 수단 38 : 제1 Y축 이동 수단
384 : Y축 방향 위치 검출 수단 4 : 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구
43 : 제2 Y축 이동 수단 5 : 레이저 광선 조사 유닛
52 : 레이저 광선 조사 수단 522 : 집광기
6 : 촬상 수단 7 : 높이 위치 검출 장치
71 : 광원 72 : 제1 단일 모드 광섬유
73 : 광섬유 커플러 74 : 파브리 페로 튜너블 필터
75 : 색수차 렌즈 76 : 교류 전원 인가 수단
77 : 제2 단일 모드 광섬유 78 : 증폭기
79 : 수광 소자 9 : 제어 수단
10 : 반도체 웨이퍼

Claims (3)

  1. 피가공물을 유지하는 피가공물 유지 수단과, 상기 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물의 높이 위치를 검출하는 높이 위치 검출 수단과, 상기 피가공물 유지 수단과 상기 높이 위치 검출 수단을 상대적으로 이동시키는 이동 수단을 구비하는 높이 위치 검출 장치에 있어서,
    상기 높이 위치 검출 수단은, 미리 정해진 파장 대역을 갖는 광원과, 상기 광원으로부터 발생한 광을 전송하는 제1 단일 모드 광섬유와, 상기 제1 단일 모드 광섬유에 연결된 광섬유 커플러와, 상기 광원과 상기 광섬유 커플러 사이에서 상기 제1 단일 모드 광섬유에 연결되고 상기 파장 대역으로부터 단일 파장의 광을 미리 정해진 주기로 순차적으로 스위프(sweep)하여 전송하는 파브리 페로(Fabry-Perot) 튜너블 필터(tunable filter)와, 상기 파브리 페로 튜너블 필터로부터 방출되는 단일 파장의 광을 집광하여 상기 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 조사하는 색수차 렌즈와, 피가공물에서 반사되어 상기 색수차 렌즈를 통해 상기 광섬유 커플러에서 분기되는 복귀광을 전송하는 제2 단일 모드 광섬유와, 상기 제2 단일 모드 광섬유로부터 방출되는 복귀광을 수광하여 수광한 광의 강도에 대응한 신호를 출력하는 수광 소자와, 파장과 높이의 관계를 설정한 미리 설정된 테이블을 저장하는 메모리를 구비한 제어 수단을 구비하고,
    상기 제어 수단은, 상기 파브리 페로 튜너블 필터가 단일 파장의 광을 스위프하는 미리 정해진 주기에 동기시켜 상기 수광 소자가 수광한 파장 중 광의 강도가 가장 높은 파장을 구하고, 상기 광의 강도가 가장 높은 파장과 상기 테이블에 기록된 파장과 높이를 대조함으로써 상기 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물의 높이 위치를 구하는 것인 높이 위치 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이동 수단에 의한 상기 피가공물 유지 수단과 상기 높이 위치 검출 수단의 상대적인 이동 방향을 X 좌표로 한 경우, 상기 제어 수단은 X 좌표에 대응하여 상기 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물의 높이 위치를 구하여 상기 메모리에 저장하는 것인 높이 위치 검출 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 높이 위치 검출 수단은, 피가공물을 유지하는 피가공물 유지 수단과, 상기 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 가공을 하는 가공 수단과, 상기 피가공물 유지 수단과 상기 가공 수단을 X축 방향으로 상대적으로 이동시키는 X축 이동 수단과, 상기 피가공물 유지 수단과 상기 가공 수단을 X축 방향과 직교하는 Y축 방향으로 상대적으로 이동시키는 Y축 이동 수단에 의해 구성된 가공기에 장착되는 것인 높이 위치 검출 장치.
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