KR102351455B1 - 레이저 가공 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 크랙을 발생시키지 않고 복수의 위치에 구멍을 동시에 형성할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공한다.
(해결수단) 피가공물을 XY 평면에서 유지하는 척 테이블과, 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단을 구비하는 레이저 가공 장치로서, 레이저 광선 조사 수단은, 반복 주파수 M 으로 펄스 레이저 광선을 발진하는 펄스 레이저 광선 발진 수단과, 펄스 레이저 광선 발진 수단에 의해 발진된 펄스 레이저 광선을 집광하여 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기와, 펄스 레이저 광선 발진 수단과 집광기 사이에 배치 형성되고, 펄스 레이저 광선을 복수의 X 좌표 및 복수의 Y 좌표에 분산하는 펄스 분산 수단을 구비하고, 펄스 분산 수단은, 반복 주파수 M 으로 발진된 펄스 레이저 광선을 반사하는 미러를 갖고, 반복 주파수 M 보다 낮은 반복 주파수 M1 로 요동하여 (M/M1) 개의 좌표에 펄스 레이저 광선을 분산하는 스캐너를 구비하고 있다.

Description

레이저 가공 장치{LASER MACHINING APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피가공물에 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조 프로세스에 있어서는, 대략 원판 형상인 반도체 웨이퍼의 표면에 격자상으로 배열된 분할 예정 라인에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스를 형성한다. 그리고, 반도체 웨이퍼를 분할 예정 라인을 따라 절단함으로써 디바이스가 형성된 영역을 분할하여 개개의 반도체 디바이스 칩을 제조하고 있다.
장치의 소형화, 고기능화를 도모하기 위하여, 복수의 반도체 칩을 적층하고, 적층된 복수의 반도체 디바이스의 전극을 접속하는 모듈 구조가 실용화되고 있다. 이 모듈 구조는, 반도체 웨이퍼에 있어서의 전극이 형성된 지점에 대응하는 이면으로부터 레이저 광선을 조사하여, 전극을 매설하는 관통공을 형성하고, 이 관통공에 전극과 접속하는 구리나 알루미늄 등의 도전성 재료를 매립하는 구성이다 (예를 들어, 특허문헌 1).
일본 공개특허공보 2008-62261호
그러나, 상기 서술한 바와 같이 레이저 가공에 의해 관통공을 형성하기 위해서는 1 지점 (관통공 천공 형성 위치) 에 복수의 펄스 레이저 광선을 조사할 필요가 있기 때문에, 펄스 레이저 광선의 반복 주파수를 높게 하여 생산성의 향상을 도모하는 것이 바람직하다.
그런데, 높은 반복 주파수로 1 지점에 펄스 레이저 광선을 복수 회 조사하면, 열 축적 크랙이 발생하여 디바이스의 품질을 저하시킨다는 문제가 있다.
본 발명자의 실험에 의하면, 관통공을 형성할 때에 크랙을 발생시키지 않는 최대의 반복 주파수는, 10 ㎑ 인 것을 알았다.
본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 주된 기술 과제는, 크랙을 발생시키지 않고 복수의 위치에 관통공을 동시에 형성할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.
상기 주된 기술 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 의하면, 레이저 가공 장치로서, 피가공물을 XY 평면에서 유지하는 척 테이블과, 그 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단을 구비하고, 그 레이저 광선 조사 수단은, 반복 주파수 M 으로 펄스 레이저 광선을 발진하는 펄스 레이저 광선 발진 수단과, 그 펄스 레이저 광선 발진 수단에 의해 발진된 펄스 레이저 광선을 집광하여 그 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기와, 그 펄스 레이저 광선 발진 수단과 그 집광기 사이에 배치 형성되고, 펄스 레이저 광선을 복수의 X 좌표 및 복수의 Y 좌표에 분산하는 펄스 분산 수단을 포함하고, 그 펄스 분산 수단은, 그 반복 주파수 M 으로 발진된 펄스 레이저 광선을 반사하는 미러를 갖고, 그 반복 주파수 M 보다 낮은 반복 주파수 M1 로 요동하여 (M/M1) 개의 좌표에 펄스 레이저 광선을 분산하는 스캐너를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 펄스 분산 수단은, 펄스 레이저 광선을 복수의 Y 좌표에 분산하는 Y 좌표 분산 수단과 복수의 X 좌표에 분산하는 X 좌표 분산 수단을 구비하고,
그 Y 좌표 분산 수단은, 반복 주파수 M1 로 요동하는 제 1 주 (主) 스캐너와 그 반복 주파수 M1 의 정수 배의 반복 주파수로 요동하여 펄스 레이저 광선을 분산하는 제 1 보 (補) 스캐너를 구비하고, 그 제 1 주스캐너와 그 제 1 보스캐너의 반복 주파수의 위상을 어긋나게 하여 펄스 레이저 광선이 조사되는 Y 좌표를 특정하고,
그 X 좌표 분산 수단은, 반복 주파수 M1 로 요동하는 제 2 주스캐너와 그 반복 주파수 M1 의 정수 배의 반복 주파수로 요동하여 펄스 레이저 광선을 분산하는 제 2 보스캐너를 구비하고, 그 제 2 주스캐너와 그 제 2 보스캐너의 반복 주파수의 위상을 어긋나게 하여 펄스 레이저 광선이 조사되는 X 좌표를 특정한다.
본 발명에 의한 레이저 가공 장치는, XY 평면에서 유지하는 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단이, 반복 주파수 M 으로 펄스 레이저 광선을 발진하는 펄스 레이저 광선 발진 수단과, 그 펄스 레이저 광선 발진 수단에 의해 발진된 펄스 레이저 광선을 집광하여 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기와, 펄스 레이저 광선 발진 수단과 집광기 사이에 배치 형성되고 펄스 레이저 광선을 복수의 X 좌표 및 복수의 Y 좌표에 분산하는 펄스 분산 수단을 구비하고, 펄스 분산 수단이 반복 주파수 M 으로 발진된 펄스 레이저 광선을 반사하는 미러를 갖고 반복 주파수 M 보다 낮은 반복 주파수 M1 로 요동하여 (M/M1) 개의 좌표에 펄스 레이저 광선을 분산하는 스캐너를 구비하고 있기 때문에, 피가공물에 설정된 좌표에 대응하는 X 좌표, Y 좌표 위치에 관통공을 형성할 때에, 크랙을 발생시키지 않는 최대의 반복 주파수로 복수의 좌표에 펄스 레이저 광선을 동시에 조사할 수 있고, 생산성이 향상된다.
도 1 은 본 발명 실시형태의 레이저 가공 장치의 사시도.
도 2 는 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 레이저 광선 조사 수단의 블록 구성도.
도 3 은 도 2 에 나타내는 레이저 광선 조사 수단을 구성하는 Y 좌표 분산 수단을 나타내는 블록 구성도.
도 4 는 도 3 에 나타내는 Y 좌표 분산 수단을 구성하는 제 1 보레조넌트 스캐너의 반복 주파수 M01 (30 ㎑) 과, 제 2 보레조넌트 스캐너의 반복 주파수 M02 (20 ㎑) 와, 주레조넌트 스캐너의 반복 주파수 M1 (10 ㎑), 및 각 반복 주파수 M01 (30 ㎑) 과 M02 (20 ㎑) 및 M1 (10 ㎑ 를) 합산한 합산 반복 주파수 MY 를 나타내는 그래프.
도 5 는 도 2 에 나타내는 레이저 광선 조사 수단을 구성하는 X 좌표 분산 수단을 나타내는 블록 구성도.
도 6 은 도 5 에 나타내는 X 좌표 분산 수단을 구성하는 제 1 보레조넌트 스캐너의 반복 주파수 M01 (30 ㎑) 과, 제 2 보레조넌트 스캐너의 반복 주파수 M02 (20 ㎑) 와, 주레조넌트 스캐너의 반복 주파수 M1 (10 ㎑), 및 각 반복 주파수 M01 (30 ㎑) 과 M02 (20 ㎑) 및 M1 (10 ㎑) 합산한 합산 반복 주파수 MX 를 나타내는 그래프.
도 7 은 도 3 에 나타내는 Y 좌표 분산 수단과 도 5 에 나타내는 X 좌표 분산 수단으로 이루어지는 펄스 분산 수단에 의해 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 조사하는 좌표를 나타내는 설명도.
도 8 은 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 제어 수단의 블록 구성도.
도 9 는 피가공물로서의 반도체 웨이퍼의 사시도.
도 10 은 도 9 에 나타내는 반도체 웨이퍼를 환상의 프레임에 장착된 점착 테이프에 첩착 (貼着) 한 상태를 나타내는 사시도.
도 11 은 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치에 의해 실시되는 레이저 가공 공정의 설명도.
이하, 본 발명에 따라서 구성된 레이저 가공 장치의 바람직한 실시형태에 대하여, 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 에는, 본 발명 실시형태의 레이저 가공 장치 (1) 의 사시도가 나타나 있다. 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치 (1) 는, 정지 (靜止) 기대 (2) 와, 그 정지 기대 (2) 에 화살표 (X) 로 나타내는 가공 이송 방향인 X 축 방향으로 이동 가능하게 배치 형성되고 피가공물을 유지하는 척 테이블 기구 (3) 와, 기대 (2) 상에 배치 형성된 레이저 광선 조사 수단으로서의 레이저 광선 조사 유닛 (4) 을 구비하고 있다.
상기 척 테이블 기구 (3) 는, 정지 기대 (2) 상에 X 축 방향을 따라 평행하게 배치 형성된 1 쌍의 안내 레일 (31, 31) 과, 그 안내 레일 (31, 31) 상에 X 축 방향으로 이동 가능하게 배치 형성된 제 1 활동 (滑動) 블록 (32) 과, 그 제 1 활동 블록 (32) 상에 X 축 방향과 직교하는 화살표 (Y) 로 나타내는 산출 이송 방향인 Y 축 방향으로 이동 가능하게 배치 형성된 제 2 활동 블록 (33) 과, 그 제 2 활동 블록 (33) 상에 원통 부재 (34) 에 의해 지지된 지지 테이블 (35) 과, 피가공물을 XY 평면에서 유지하는 피가공물 유지 수단으로서의 척 테이블 (36) 을 구비하고 있다. 이 척 테이블 (36) 은 다공성 재료로 형성된 흡착 척 (361) 을 구비하고 있고, 흡착 척 (361) 의 상면인 유지면 상에 피가공물인 예를 들어 원형상의 반도체 웨이퍼를 도시되지 않은 흡인 수단에 의해 유지하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 척 테이블 (36) 은, 원통 부재 (34) 내에 배치 형성된 도시되지 않은 펄스 모터에 의해 회전된다. 또한, 척 테이블 (36) 에는, 반도체 웨이퍼 등의 피가공물을 보호 테이프를 개재하여 지지하는 환상의 프레임을 고정시키기 위한 클램프 (362) 가 배치 형성되어 있다.
상기 제 1 활동 블록 (32) 은, 그 하면에 상기 1 쌍의 안내 레일 (31, 31) 과 끼워맞추는 1 쌍의 피안내홈 (321, 321) 이 형성되어 있음과 함께, 그 상면에 Y 축 방향을 따라 평행하게 형성된 1 쌍의 안내 레일 (322, 322) 이 형성되어 있다. 이와 같이 구성된 제 1 활동 블록 (32) 은, 피안내홈 (321, 321) 이 1 쌍의 안내 레일 (31, 31) 에 끼워맞춰짐으로써, 1 쌍의 안내 레일 (31, 31) 을 따라 X 축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 본 실시형태에 있어서의 척 테이블 기구 (3) 는, 제 1 활동 블록 (32) 을 1 쌍의 안내 레일 (31, 31) 을 따라 X 축 방향으로 이동시키기 위한 X 축 방향 이동 수단 (37) 을 구비하고 있다. X 축 방향 이동 수단 (37) 은, 상기 1 쌍의 안내 레일 (31 과 31) 사이에 평행하게 배치 형성된 수나사 로드 (371) 와, 그 수나사 로드 (371) 를 회전 구동하기 위한 펄스 모터 (372) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드 (371) 는, 그 일단이 상기 정지 기대 (2) 에 고정된 베어링 블록 (373) 에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터 (372) 의 출력축에 전동 (傳動) 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드 (371) 는, 제 1 활동 블록 (32) 의 중앙부 하면으로 돌출되어 형성된 도시되지 않은 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터 (372) 에 의해 수나사 로드 (371) 를 정전 (正轉) 및 역전 (逆轉) 구동함으로써, 제 1 활동 블록 (32) 은 안내 레일 (31, 31) 을 따라 X 축 방향으로 이동된다.
레이저 가공 장치 (1) 는, 상기 척 테이블 (36) 의 X 축 방향 위치를 검출하기 위한 X 축 방향 위치 검출 수단 (374) 을 구비하고 있다. X 축 방향 위치 검출 수단 (374) 은, 안내 레일 (31) 을 따라 배치 형성된 리니어 스케일 (374a) 과, 제 1 활동 블록 (32) 에 배치 형성되고 제 1 활동 블록 (32) 과 함께 리니어 스케일 (374a) 을 따라 이동하는 판독 헤드 (374b) 로 이루어져 있다. 이 X 축 방향 위치 검출 수단 (374) 의 판독 헤드 (374b) 는, 본 실시형태에 있어서는 1 ㎛ 마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다. 그리고 후술하는 제어 수단은, 입력된 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블 (36) 의 X 축 방향 위치를 검출한다. 또한, 상기 가공 이송 수단 (37) 의 구동원으로서 펄스 모터 (372) 를 사용한 경우에는, 펄스 모터 (372) 에 구동 신호를 출력하는 후술하는 제어 수단의 구동 펄스를 카운트함으로써, 척 테이블 (36) 의 X 축 방향 위치를 검출할 수도 있다. 또, 상기 X 축 방향 이동 수단 (37) 의 구동원으로서 서보 모터를 사용한 경우에는, 서보 모터의 회전수를 검출하는 로터리 인코더가 출력하는 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보내고, 제어 수단이 입력된 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블 (36) 의 X 축 방향 위치를 검출할 수도 있다.
상기 제 2 활동 블록 (33) 은, 그 하면에 상기 제 1 활동 블록 (32) 의 상면에 형성된 1 쌍의 안내 레일 (322, 322) 과 끼워맞추는 1 쌍의 피안내홈 (331, 331) 이 형성되어 있고, 이 피안내홈 (331, 331) 을 1 쌍의 안내 레일 (322, 322) 에 끼워맞춤으로써, Y 축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 척 테이블 기구 (3) 는, 제 2 활동 블록 (33) 을 제 1 활동 블록 (32) 에 형성된 1 쌍의 안내 레일 (322, 322) 을 따라 Y 축 방향으로 이동시키기 위한 Y 축 방향 이동 수단 (38) 을 구비하고 있다. Y 축 방향 이동 수단 (38) 은, 상기 1 쌍의 안내 레일 (322 와 322) 사이에 평행하게 배치 형성된 수나사 로드 (381) 와, 그 수나사 로드 (381) 를 회전 구동하기 위한 펄스 모터 (382) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드 (381) 는, 그 일단이 상기 제 1 활동 블록 (32) 의 상면에 고정된 베어링 블록 (383) 에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터 (382) 의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드 (381) 는, 제 2 활동 블록 (33) 의 중앙부 하면으로 돌출되어 형성된 도시되지 않은 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터 (382) 에 의해 수나사 로드 (381) 를 정전 및 역전 구동함으로써, 제 2 활동 블록 (33) 은 안내 레일 (322, 322) 을 따라 Y 축 방향으로 이동된다.
레이저 가공 장치 (1) 는, 상기 제 2 활동 블록 (33) 의 Y 축 방향 위치를 검출하기 위한 Y 축 방향 위치 검출 수단 (384) 을 구비하고 있다. Y 축 방향 위치 검출 수단 (384) 은, 안내 레일 (322) 을 따라 배치 형성된 리니어 스케일 (384a) 과, 제 2 활동 블록 (33) 에 배치 형성되고 제 2 활동 블록 (33) 과 함께 리니어 스케일 (384a) 을 따라 이동하는 판독 헤드 (384b) 로 이루어져 있다. 이 Y 축 방향 위치 검출 수단 (384) 의 판독 헤드 (384b) 는, 본 실시형태에 있어서는 1 ㎛ 마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다. 그리고 후술하는 제어 수단은, 입력된 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블 (36) 의 Y 축 방향 위치를 검출한다. 또한, 상기 Y 축 방향 이동 수단 (38) 의 구동원으로서 펄스 모터 (382) 를 사용한 경우에는, 펄스 모터 (382) 에 구동 신호를 출력하는 후술하는 제어 수단의 구동 펄스를 카운트함으로써, 척 테이블 (36) 의 Y 축 방향 위치를 검출할 수도 있다. 또, 상기 Y 축 방향 이동 수단 (38) 의 구동원으로서 서보 모터를 사용한 경우에는, 서보 모터의 회전수를 검출하는 로터리 인코더가 출력하는 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보내고, 제어 수단이 입력된 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블 (36) 의 Y 축 방향 위치를 검출할 수도 있다.
상기 레이저 광선 조사 유닛 (4) 은, 상기 기대 (2) 상에 배치 형성된 지지 부재 (41) 와, 그 지지 부재 (41) 에 의해 지지되고 실질상 수평으로 연장되는 케이싱 (42) 과, 그 케이싱 (42) 에 배치 형성된 레이저 광선 조사 수단 (5) 과, 케이싱 (42) 의 전단부에 배치 형성되고 레이저 가공해야 할 가공 영역을 검출하는 촬상 수단 (50) 을 구비하고 있다. 또한, 촬상 수단 (50) 은, 피가공물을 조명하는 조명 수단과, 그 조명 수단에 의해 조명된 영역을 포착하는 광학계와, 그 광학계에 의해 포착된 이미지를 촬상하는 촬상 소자 (CCD) 등을 구비하고, 촬상한 화상 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다.
상기 레이저 광선 조사 수단 (5) 에 대하여, 도 2 를 참조하여 설명한다. 레이저 광선 조사 수단 (5) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 과, 그 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 으로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 집광하여 척 테이블 (36) 에 유지된 피가공물 (W) 에 조사하는 집광기 (52) 와, 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 과 집광기 (52) 사이에 배치 형성되고 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 으로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 복수의 Y 좌표 및 X 좌표에 분산하는 펄스 분산 수단 (6) 과, 그 펄스 분산 수단 (6) 에 의해 분산된 펄스 레이저 광선을 X 축 방향으로 편향하는 광로 편향 수단 (9) 을 구비하고 있다. 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 은, 펄스 레이저 발진기 (511) 와, 이것에 부설된 반복 주파수 설정 수단 (512) 으로 구성되어 있다. 또한, 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 의 펄스 레이저 발진기 (511) 는, 본 실시형태에 있어서는 파장이 355 ㎚ 인 펄스 레이저 광선 (LB) 을 발진한다. 또, 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 이 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB) 의 반복 주파수 M 은, 본 실시형태에 있어서는 40 ㎑ 로 설정되어 있다. 상기 집광기 (52) 는, 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 으로부터 발진되고 Y 좌표 분산 수단 (7) 과 X 좌표 분산 수단 (8) 및 광로 편향 수단 (9) 을 개재하여 유도된 펄스 레이저 광선 (LB) 을 집광하는 fθ 렌즈로 이루어지는 집광 렌즈 (521) 를 구비하고 있다.
상기 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 과 집광기 (52) 사이에 배치 형성된 펄스 분산 수단 (6) 은, 본 실시형태에 있어서는 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 으로부터 발진된 펄스 레이저 광선 (LB) 을 복수의 Y 좌표에 분산하는 Y 좌표 분산 수단 (7) 과, 그 Y 좌표 분산 수단 (7) 에 의해 Y 좌표에 분산된 펄스 레이저 광선 (LB) 을 복수의 X 좌표에 분산하는 X 좌표 분산 수단 (8) 으로 이루어져 있다. Y 좌표 분산 수단 (7) 은, 도 3 에 나타내는 바와 같이 반사 미러 (711) 를 구비한 제 1 보레조넌트 스캐너 (71) 와, 반사 미러 (721) 를 구비한 제 2 보레조넌트 스캐너 (72) 와, 반사 미러 (731) 를 구비한 주레조넌트 스캐너 (73) 를 구비하고 있다.
상기 제 1 보레조넌트 스캐너 (71) 는 주파수 설정기 (712) 에 의해 설정되는 반복 주파수에 대응하여 요동하고, 제 2 보레조넌트 스캐너 (72) 는 주파수 설정기 (722) 에 의해 설정되는 반복 주파수에 대응하여 요동하고, 주레조넌트 스캐너 (73) 는 주파수 설정기 (732) 에 의해 설정되는 반복 주파수에 대응하여 요동되도록 구성되어 있다. 주파수 설정기 (712) 는 제 1 보레조넌트 스캐너 (71) 의 반복 주파수 M01 을 30 ㎑ 로 설정하고, 주파수 설정기 (722) 는 제 2 보레조넌트 스캐너 (72) 의 반복 주파수 M02 를 20 ㎑ 로 설정하고, 주파수 설정기 (732) 는 주레조넌트 스캐너 (73) 의 반복 주파수 M1 을 10 ㎑ 로 설정하고 있다. 제 1 보레조넌트 스캐너 (71) 의 반복 주파수 M01 과 제 2 보레조넌트 스캐너 (72) 의 반복 주파수 M02 는, 주레조넌트 스캐너 (73) 의 반복 주파수 M1 의 정수 배로 설정되어 있다.
상기 반복 주파수 M1 로 요동하는 주레조넌트 스캐너 (73) 는, 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 이 반복 주파수 M 으로 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB) 을 (M/M1) 개의 Y 좌표에 분산한다. 본 실시형태에 있어서는 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 이 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB) 의 반복 주파수 M 이 40 ㎑ 로 설정되고, 주레조넌트 스캐너 (73) 의 반복 주파수 M1 이 10 ㎑ 로 설정되어 있기 때문에, 주레조넌트 스캐너 (73) 는 4 개 (40/10) 의 Y 좌표에 (1/4) × (1/10 k) 초마다 분산한다. 또한, 주레조넌트 스캐너 (73) 에 의해 분산되는 4 개의 Y 좌표의 간격은, 본 실시형태에 있어서는 후술하는 피가공물인 반도체 웨이퍼의 디바이스에 형성된 본딩 패드의 Y 좌표의 간격에 상당하도록 설정되어 있다.
Y 좌표 분산 수단 (7) 은 이상과 같이 구성되어 있고, 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 으로부터 발진된 펄스 레이저 광선 (LB) 이 제 1 보레조넌트 스캐너 (71) 의 반사 미러 (711) 에 입사된다. 제 1 보레조넌트 스캐너 (71) 의 반사 미러 (711) 에 입사된 펄스 레이저 광선 (LB) 은, 제 2 보레조넌트 스캐너 (72) 의 반사 미러 (721) 및 주레조넌트 스캐너 (73) 의 반사 미러 (731) 를 개재하여 출사된다.
도 4 에는, 제 1 보레조넌트 스캐너 (71) 의 반복 주파수 M01 (30 ㎑) 과, 제 2 보레조넌트 스캐너 (72) 의 반복 주파수 M02 (20 ㎑) 와, 주레조넌트 스캐너 (73) 의 반복 주파수 M1 (10 ㎑), 및 각 반복 주파수 M01 (30 ㎑) 과 M02 (20 ㎑) 및 M1 (10 ㎑) 을 합산한 합산 반복 주파수 MY 를 나타내는 그래프가 나타나 있다. 도 4 에 있어서 가로축은 시간 (1/10 k) 초이고, 세로축은 Y 좌표를 나타내고 있다. 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 으로부터 발진된 펄스 레이저 광선 (LB) 은, 주레조넌트 스캐너 (73) 의 반사 미러 (731) 로부터 (1/4) × (1/10 k) 초마다 합산한 합산 반복 주파수 MY 에 대응한 Y 좌표에 4 개 (Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ) 출사된다. 또한, 주레조넌트 스캐너 (73) 의 반사 미러 (731) 로부터 출사되는 펄스 레이저 광선 (LB) 의 4 개 (Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ) 의 Y 좌표는, 주레조넌트 스캐너 (73) 의 반복 주파수 M1 (10 ㎑) 과 제 1 보레조넌트 스캐너 (71) 의 반복 주파수 M01 (30 ㎑) 및 제 2 보레조넌트 스캐너 (72) 의 반복 주파수 M02 (20 ㎑) 의 위상을 어긋나게 함으로써 특정할 수 있다.
다음으로, 상기 펄스 분산 수단 (6) 을 구성하는 X 좌표 분산 수단 (8) 에 대하여, 도 5 를 참조하여 설명한다. X 좌표 분산 수단 (8) 은, 본 실시형태에 있어서는 상기 Y 좌표 분산 수단 (7) 을 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 으로부터 출사된 레이저 광선 (LB) 의 광로를 회전축으로 하여 90 도 회동 (回動) 한 상태로 배치 형성된 구성이고, 반사 미러 (811) 를 구비한 제 1 보레조넌트 스캐너 (81) 와, 반사 미러 (821) 를 구비한 제 2 보레조넌트 스캐너 (82) 와, 반사 미러 (831) 를 구비한 주레조넌트 스캐너 (83) 를 구비하고 있다.
상기 제 1 보레조넌트 스캐너 (81) 는 주파수 설정기 (812) 에 의해 설정되는 반복 주파수에 대응하여 요동하고, 제 2 보레조넌트 스캐너 (82) 는 주파수 설정기 (822) 에 의해 설정되는 반복 주파수에 대응하여 요동하고, 주레조넌트 스캐너 (83) 는 주파수 설정기 (832) 에 의해 설정되는 반복 주파수에 대응하여 요동되도록 구성되어 있다. 주파수 설정기 (812) 는 제 1 보레조넌트 스캐너 (81) 의 반복 주파수 M01 을 30 ㎑ 로 설정하고, 주파수 설정기 (822) 는 제 2 보레조넌트 스캐너 (82) 의 반복 주파수 M02 를 20 ㎑ 로 설정하고, 주파수 설정기 (832) 는 주레조넌트 스캐너 (83) 의 반복 주파수 M1 을 10 ㎑ 로 설정하고 있다. 제 1 보레조넌트 스캐너 (81) 의 반복 주파수 M01 과 제 2 보레조넌트 스캐너 (82) 의 반복 주파수 M02 는, 주레조넌트 스캐너 (83) 의 반복 주파수 M1 의 정수 배로 설정되어 있다.
상기 반복 주파수 M1 로 요동하는 주레조넌트 스캐너 (83) 는, 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 이 반복 주파수 M 으로 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB) 을 (M/M1) 개의 X 좌표에 분산한다. 본 실시형태에 있어서는 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 이 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB) 의 반복 주파수 M 이 40 ㎑ 로 설정되고, 주레조넌트 스캐너 (83) 의 반복 주파수 M1 이 10 ㎑ 로 설정되어 있기 때문에, 주레조넌트 스캐너 (83) 는 4 개 (40/10) 의 X 좌표에 (1/4) × (1/10 k) 초마다 분산한다. 또한, 주레조넌트 스캐너 (83) 에 의해 분산되는 4 개의 X 좌표의 간격은, 본 실시형태에 있어서는 후술하는 피가공물인 반도체 웨이퍼의 디바이스에 형성된 본딩 패드의 X 좌표의 간격에 상당하도록 설정되어 있다.
도 5 에 나타내는 실시형태에 있어서의 X 좌표 분산 수단 (8) 은 이상과 같이 구성되어 있고, 상기 Y 좌표 분산 수단 (7) 으로부터 출사된 펄스 레이저 광선 (LB) 이 제 1 보레조넌트 스캐너 (81) 의 반사 미러 (811) 에 입사된다. 제 1 보레조넌트 스캐너 (81) 의 반사 미러 (811) 에 입사된 펄스 레이저 광선 (LB) 은, 제 2 보레조넌트 스캐너 (82) 의 반사 미러 (821) 및 주레조넌트 스캐너 (83) 의 반사 미러 (831) 를 개재하여 출사된다.
도 6 에는, 제 1 보레조넌트 스캐너 (81) 의 반복 주파수 M01 (30 ㎑) 과, 제 2 보레조넌트 스캐너 (82) 의 반복 주파수 M02 (20 ㎑) 와, 주레조넌트 스캐너 (83) 의 반복 주파수 M1 (10 ㎑), 및 각 반복 주파수 M01 (30 ㎑) 과 M02 (20 ㎑) 및 M1 (10 ㎑) 을 합산한 합산 반복 주파수 MX 를 나타내는 그래프가 나타나 있다. 도 6 에 있어서 가로축은 시간 (1/10 k) 초이고, 세로축은 X 좌표를 나타내고 있다. 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 으로부터 발진된 펄스 레이저 광선 (LB) 은, 주레조넌트 스캐너 (83) 의 반사 미러 (831) 로부터 (1/4) × (1/10 k) 초마다 합산한 합산 반복 주파수 MX 에 대응한 X 좌표에 4 개 (Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ) 출사된다. 또한, 주레조넌트 스캐너 (83) 의 반사 미러 (831) 로부터 출사되는 펄스 레이저 광선 (LB) 의 4 개 (Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ) 의 X 좌표는, 주레조넌트 스캐너 (83) 의 반복 주파수 M1 (10 ㎑) 과 제 1 보레조넌트 스캐너 (81) 의 반복 주파수 M01 (30 ㎑) 및 제 2 보레조넌트 스캐너 (82) 의 반복 주파수 M02 (20 ㎑) 의 위상을 어긋나게 함으로써 특정할 수 있다.
상기 서술한 Y 좌표 분산 수단 (7) 및 X 좌표 분산 수단 (8) 으로 이루어지는 펄스 분산 수단 (6) 은 이상과 같이 구성되고, 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 으로부터 발진된 펄스 레이저 광선 (LB) 을 광로 편향 수단 (9) 및 집광기 (52) 를 개재하여 (1/10 k) 초마다 도 7 에 나타내는 XY 좌표에 4 개 (Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ) 조사한다.
도 2 로 되돌아와 설명을 계속하면, 광로 편향 수단 (9) 은, 본 실시형태에 있어서는 갈바노 스캐너 (91) 로 이루어져 있다. 이 갈바노 스캐너 (91) 를 실선으로 나타내는 위치로부터 파선으로 나타내는 위치까지 변위시킴으로써, 펄스 레이저 광선을 실선으로 나타내는 위치로부터 파선으로 나타내는 위치까지 X 축 방향으로 편향하여 집광기 (52) 의 집광 렌즈 (521) 로 유도한다. 따라서, 갈바노 스캐너 (91) 의 실선으로 나타내는 위치로부터 파선으로 나타내는 위치까지의 변위 속도를 척 테이블 (36) 의 도 2 에 있어서 좌방으로의 이동 속도와 동기시킴으로써, 척 테이블 (36) 의 도 2 에 있어서 좌방으로 가공 이송한 상태로 도 2 에 나타내는 실시형태에 있어서 실선 및 파선으로 나타내는 조사 위치에 연속해서 펄스 레이저 광선을 조사할 수 있다.
본 실시형태에 있어서의 레이저 가공 장치 (1) 는, 도 8 에 나타내는 제어 수단 (10) 을 구비하고 있다. 제어 수단 (10) 은 컴퓨터에 의해 구성되어 있고, 제어 프로그램에 따라서 연산 처리하는 중앙 처리 장치 (CPU) (101) 와, 제어 프로그램 등을 격납하는 리드 온리 메모리 (ROM) (102) 와, 연산 결과 등을 격납하는 판독 가능한 랜덤 액세스 메모리 (RAM) (103) 와, 입력 인터페이스 (104) 및 출력 인터페이스 (105) 를 구비하고 있다. 제어 수단 (10) 의 입력 인터페이스 (104) 에는, 상기 X 축 방향 위치 검출 수단 (374), Y 축 방향 위치 검출 수단 (384), 촬상 수단 (50) 등으로부터의 검출 신호가 입력된다. 그리고, 제어 수단 (10) 의 출력 인터페이스 (105) 로부터는, 상기 X 축 방향 이동 수단 (37), Y 축 방향 이동 수단 (38), 레이저 광선 조사 수단 (5) 의 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51), 펄스 분산 수단 (6) 의 Y 좌표 분산 수단 (7) 을 구성하는 제 1 보레조넌트 스캐너 (71) 의 주파수를 설정하는 주파수 설정기 (712), 제 2 보레조넌트 스캐너 (72) 의 주파수를 설정하는 주파수 설정기 (722), 주레조넌트 스캐너 (73) 의 주파수를 설정하는 주파수 설정기 (732), 펄스 분산 수단 (6) 의 X 좌표 분산 수단 (8) 을 구성하는 제 1 보레조넌트 스캐너 (81) 의 주파수를 설정하는 주파수 설정기 (812), 제 2 보레조넌트 스캐너 (82) 의 주파수를 설정하는 주파수 설정기 (822), 주레조넌트 스캐너 (83) 의 주파수를 설정하는 주파수 설정기 (832), 광로 편향 수단 (9) 으로서의 갈바노 스캐너 (91) 등에 제어 신호를 출력한다.
본 실시형태에 있어서의 레이저 가공 장치 (1) 는 이상과 같이 구성되어 있으며, 이하 그 작용에 대하여 설명한다. 도 9 에는, 상기 서술한 레이저 가공 장치 (1) 에 의해 가공되는 피가공물로서의 반도체 웨이퍼 (20) 의 사시도가 나타나 있다. 도 9 에 나타내는 반도체 웨이퍼 (20) 는, 실리콘 웨이퍼로 이루어져 있고, 표면 (20a) 에 복수의 분할 예정 라인 (201) 이 격자상으로 형성되어 있음과 함께, 그 복수의 분할 예정 라인 (201) 에 의해 구획된 복수의 영역에 IC, LSI 등의 디바이스 (202) 가 형성되어 있다. 이 각 디바이스 (202) 는, 모두 동일한 구성을 하고 있다. 디바이스 (202) 의 표면에는 각각 4 개의 본딩 패드 (203) 가 형성되어 있다. 이 4 개의 본딩 패드 (203) 는, 본 실시형태에 있어서는 구리에 의해 형성되어 있다. 이 4 개의 본딩 패드 (203) 에 대응하는 위치에 각각 이면 (20b) 으로부터 본딩 패드 (203) 에 이르는 비아홀이 형성된다. 각 디바이스 (202) 에 있어서의 4 개의 본딩 패드 (203) 의 좌표는, 설계값의 데이터가 상기 랜덤 액세스 메모리 (RAM) (103) 에 격납되어 있다. 또한, 디바이스 (202) 에 있어서의 4 개의 본딩 패드 (203) 의 좌표에 대응하여, 본 실시형태에 있어서의 상기 Y 좌표 분산 수단 (7) 및 X 좌표 분산 수단 (8) 으로 이루어지는 펄스 분산 수단 (6) 은, 출사하는 4 개 (Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ) 의 펄스 레이저 광선의 XY 좌표를 설정하고 있다.
상기 서술한 반도체 웨이퍼 (20) 의 4 개의 본딩 패드 (203) 에 대응하는 위치에 이면 (20b) 으로부터 각각의 본딩 패드에 이르는 관통공을 형성하기 위해서는, 도 10 에 나타내는 바와 같이 환상의 프레임 (F) 의 내측 개구부를 덮도록 외주부가 장착된 점착 테이프 (T) 의 표면에 반도체 웨이퍼 (20) 의 표면 (20a) 을 첩착한다. 또한, 점착 테이프 (T) 는, 본 실시형태에 있어서는 염화비닐 (PVC) 시트에 의해 형성되어 있다.
상기 서술한 피가공물 지지 공정을 실시했다면, 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치 (1) 의 척 테이블 (36) 상에 반도체 웨이퍼 (20) 의 점착 테이프 (T) 측을 재치 (載置) 한다. 그리고, 도시되지 않은 흡인 수단을 작동시킴으로써, 반도체 웨이퍼 (20) 를 점착 테이프 (T) 를 개재하여 척 테이블 (36) 상에 흡인 유지한다 (피가공물 유지 공정). 따라서, 척 테이블 (36) 에 점착 테이프 (T) 를 개재하여 유지된 반도체 웨이퍼 (20) 는, 이면 (20b) 이 상측이 된다. 또한, 반도체 웨이퍼 (20) 를 점착 테이프 (T) 를 개재하여 지지한 환상의 프레임 (F) 은, 척 테이블 (36) 에 배치 형성된 클램프 (362) 에 의해 고정된다.
상기 서술한 피가공물 유지 공정을 실시했다면, X 축 방향 이동 수단 (37) 을 작동시켜 반도체 웨이퍼 (20) 를 흡인 유지한 척 테이블 (36) 을 촬상 수단 (50) 의 바로 아래에 위치시킨다. 척 테이블 (36) 이 촬상 수단 (50) 의 바로 아래에 위치되면, 촬상 수단 (50) 및 제어 수단 (10) 에 의해 반도체 웨이퍼 (20) 의 레이저 가공해야 할 가공 영역을 검출하는 얼라인먼트 작업을 실행한다. 즉, 촬상 수단 (50) 및 제어 수단 (10) 은, 반도체 웨이퍼 (20) 의 제 1 방향으로 형성되어 있는 분할 예정 라인 (201) 을 따라 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단 (5) 의 집광기 (52) 와의 위치 맞춤을 실시하기 위한 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하고, 레이저 광선 조사 위치의 얼라인먼트를 수행한다. 이 때, 반도체 웨이퍼 (20) 의 분할 예정 라인 (201) 이 형성되어 있는 표면 (20a) 은 하측에 위치하고 있는데, 촬상 수단 (50) 이 상기 서술한 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 (20b) 으로부터 비쳐 보아 분할 예정 라인 (201) 을 촬상할 수 있다.
이상과 같이 하여 척 테이블 (36) 상에 유지된 반도체 웨이퍼 (20) 에 형성되어 있는 분할 예정 라인을 검출하고, 레이저 광선 조사 위치의 얼라인먼트가 실시되었다면, 도 11 에서 나타내는 바와 같이 척 테이블 (36) 을 레이저 광선 조사 수단 (5) 의 집광기 (52) 가 위치하는 레이저 광선 조사 영역으로 이동시키고, 소정의 분할 예정 라인 (201) 과 분할 예정 라인 (201) 사이의 디바이스 (202) 의 중간 위치를 집광기 (52) 의 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 집광기 (52) 로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점을 반도체 웨이퍼 (20) 의 이면 (상면) 부근에 위치시킨다. 레이저 광선 조사 수단 (5) 의 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 과 펄스 분산 수단 (6) 및 광로 편향 수단 (9) 으로서의 갈바노 스캐너 (91) 를 작동시킴과 함께, X 축 방향 이동 수단 (37) 을 작동시켜 척 테이블 (36) 을 도 11 에 있어서 화살표 (X1) 로 나타내는 방향으로 소정의 이동 속도로 이동시킨다.
Y 좌표 분산 수단 (7) 및 X 좌표 분산 수단 (8) 으로 이루어지는 펄스 분산 수단 (6) 으로부터 출사되는 4 개 (Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ) 의 펄스 레이저 광선의 XY 좌표는, 반도체 웨이퍼 (20) 에 형성된 디바이스 (202) 에 있어서의 4 개의 본딩 패드 (203) 의 좌표에 대응하여 설정되어 있기 때문에, 4 개의 본딩 패드 (203) 와 대응하는 위치에 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 으로부터 발진된 펄스 레이저 광선이 조사된다. 그리고, 척 테이블 (36) 이 소정량 이동하는 동안에 갈바노 스캐너 (91) 가 상기 서술한 바와 같이 작동함으로써, 4 개의 본딩 패드 (203) 와 대응하는 위치에 각각 펄스 레이저 광선이 소정 펄스수 조사되고, 반도체 웨이퍼 (20) 에 4 개의 본딩 패드 (203) 에 이르는 관통공이 형성된다. 이와 같이 하여, X 축 방향의 동렬의 형성된 모든 디바이스 (202) 에 형성된 4 개의 본딩 패드 (203) 에 대응한 위치에 관통공을 형성하는 레이저 가공 공정을 실시한다. 이 레이저 가공 공정을 반도체 웨이퍼 (20) 에 형성된 모든 디바이스 (202) 에 형성된 4 개의 본딩 패드 (203) 에 대응한 위치에 실시한다.
상기 레이저 가공 공정은, 이하의 가공 조건에서 실시된다.
광원 : YVO4 펄스 레이저 또는 YAG 펄스 레이저
파장 : 355 ㎚
반복 주파수 : 40 ㎑
평균 출력 : 4 W
집광 스포트 직경 : φ10 ㎛
가공 이송 속도 : 100 ㎜/초
제 1 보레조넌트 스캐너의 반복 주파수 : 30 ㎑
제 2 보레조넌트 스캐너의 반복 주파수 : 20 ㎑
주레조넌트 스캐너의 반복 주파수 : 10 ㎑
이상과 같이, 상기 서술한 실시형태에 있어서의 레이저 가공 장치 (1) 에 있어서는, 반도체 웨이퍼 (20) 에 형성된 디바이스 (202) 에 형성된 복수의 본딩 패드 (203) 의 좌표에 대응하는 X 좌표, Y 좌표 위치에 관통공을 형성할 때에, 크랙을 발생시키지 않는 최대의 반복 주파수 (10 ㎑) 로 복수의 좌표에 펄스 레이저 광선을 동시에 조사할 수 있어, 생산성이 향상된다.
2 : 정지 기대
3 : 척 테이블 기구
36 : 척 테이블
37 : X 축 방향 이동 수단
38 : Y 축 방향 이동 수단
4 : 레이저 광선 조사 유닛
5 : 레이저 광선 조사 수단
51 : 펄스 레이저 광선 발진 수단
52 : 집광기
6 : 펄스 분산 수단
7 : Y 좌표 분산 수단
71 : 제 1 보레조넌트 스캐너
72 : 제 2 보레조넌트 스캐너
73 : 주레조넌트 스캐너
8 : X 좌표 분산 수단
81 : 제 1 보레조넌트 스캐너
82 : 제 2 보레조넌트 스캐너
83 : 주레조넌트 스캐너
9 : 광로 편향 수단
10 : 제어 수단
20 : 반도체 웨이퍼

Claims (2)

  1. 레이저 가공 장치로서,
    피가공물을 XY 평면에서 유지하는 척 테이블과,
    상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단을 구비하고,
    상기 레이저 광선 조사 수단은, 반복 주파수 M 으로 펄스 레이저 광선을 발진하는 펄스 레이저 광선 발진 수단과,
    상기 펄스 레이저 광선 발진 수단에 의해 발진된 펄스 레이저 광선을 집광하여 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기와,
    상기 펄스 레이저 광선 발진 수단과 상기 집광기 사이에 배치 형성되고, 펄스 레이저 광선을 복수의 X 좌표 및 복수의 Y 좌표에 분산하는 펄스 분산 수단을 포함하고,
    상기 펄스 분산 수단은, 상기 반복 주파수 M 으로 발진된 펄스 레이저 광선을 반사하는 미러를 갖고, 상기 반복 주파수 M 보다 낮은 반복 주파수 M1 로 요동하여 (M/M1) 개의 좌표에 펄스 레이저 광선을 분산하는 스캐너와, 펄스 레이저 광선을 복수의 Y 좌표에 분산하는 Y 좌표 분산 수단과 복수의 X 좌표에 분산하는 X 좌표 분산 수단을 구비하고,
    상기 Y 좌표 분산 수단은, 상기 반복 주파수 M1 로 요동하는 제 1 주스캐너와, 상기 반복 주파수 M1 의 정수 배의 반복 주파수로 요동하여 펄스 레이저 광선을 분산하는 제 1 보스캐너를 포함하고, 상기 제 1 주스캐너와 상기 제 1 보스캐너의 반복 주파수의 위상을 어긋나게 하여 펄스 레이저 광선이 조사되는 Y 좌표를 특정하고,
    상기 X 좌표 분산 수단은, 상기 반복 주파수 M1 로 요동하는 제 2 주스캐너와, 상기 반복 주파수 M1 의 정수 배의 반복 주파수로 요동하여 펄스 레이저 광선을 분산하는 제 2 보스캐너를 포함하고, 상기 제 2 주스캐너와 상기 제 2 보스캐너의 반복 주파수의 위상을 어긋나게 하여 펄스 레이저 광선이 조사되는 X 좌표를 특정하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  2. 삭제
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