KR102418418B1 - 레이저 가공 장치 - Google Patents

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다쿠 이와모토
겐타로 오다나카
히로나리 오쿠보
슈이치로 츠키지
고우이치 네하시
조엘 코어월
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Abstract

(과제) 레이저 광선 조사 수단에 의해 조사되는 레이저 광선의 출력의 변화나 광학계에 변형이 생김으로써 발생하는 레이저 가공 홈의 폭의 변화를 감시할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공한다.
(해결 수단) 레이저 가공 장치의 레이저 광선 조사는, 펄스 레이저 광선 발진과, 펄스 레이저 광선을 집광하여 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기와, 펄스 레이저 광선 발진 수단과 집광기 사이에 배치 형성된 다이크로익 미러와, 다이크로익 미러와 집광기가 배치 형성된 경로에 광을 조사하는 스트로보 광 조사 수단과, 스트로보 광 조사 수단과 다이크로익 미러 사이에 배치 형성된 빔 스플리터와, 빔 스플리터에 의해 분기된 경로에 배치 형성된 촬상 수단을 포함한다. 제어 수단은, 피가공물에 조사되는 펄스 레이저 광선의 타이밍에 맞추어 스트로보 광 조사 수단과 촬상 수단을 작동시키고, 촬상 수단으로부터의 화상 신호에 기초하여 펄스 레이저 광선이 조사된 직후의 레이저 가공 홈의 폭을 검출한다.

Description

레이저 가공 장치{LASER MACHINING APPARATUS}
본 발명은 척 테이블에 유지된 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.
반도체 웨이퍼 등의 웨이퍼를 분할 예정 라인을 따라 분할하는 방법으로서, 웨이퍼에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 분할 예정 라인을 따라 조사함으로써 어블레이션 가공을 실시하여 레이저 가공 홈을 형성하고, 파단 기점이 되는 레이저 가공 홈이 형성된 분할 예정 라인을 따라 웨이퍼에 외력을 부여함으로써 할단 (割斷) 하는 기술이 실용화되어 있다.
상기 서술한 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 장치는, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 그 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 피(被)척 테이블과 레이저 광선 조사 수단을 상대적으로 이동시키는 이동 수단과, 피척 테이블에 유지된 피가공물의 가공해야 할 영역을 검출하는 얼라이먼트 수단을 구비하고 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 2006-253432호
그런데, 레이저 광선 조사 수단에 의해 조사되는 레이저 광선의 출력이 변화하거나 광학계에 변형이 생기면, 레이저 가공 홈의 폭이 넓어지거나 좁아지거나 하여, 피가공물에 원하는 가공을 실시할 수 없게 된다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술 과제는, 레이저 광선 조사 수단에 의해 조사되는 레이저 광선의 출력의 변화나 광학계에 변형이 생김으로써 발생하는 레이저 가공 홈의 폭의 변화를 감시할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.
상기 주된 기술 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의하면, 레이저 가공 장치로서, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 그 척 테이블에 유지된 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 그 척 테이블과 그 레이저 광선 조사 수단을 상대적으로 가공 이송 방향인 X 축 방향으로 이동시키는 X 축 방향 이동 수단과, 그 척 테이블과 그 레이저 광선 조사 수단을 상대적으로 X 축 방향과 직교하는 산출 이송 방향인 Y 축 방향으로 이동시키는 Y 축 방향 이동 수단과, 그 레이저 광선 조사 수단과 그 X 축 방향 이동 수단과 그 Y 축 방향 이동 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 그 레이저 광선 조사 수단은, 펄스 레이저 광선을 발진하는 펄스 레이저 광선 발진 수단과, 그 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 집광하여 그 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기와, 그 펄스 레이저 광선 발진 수단과 그 집광기 사이에 배치 형성되고 그 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 반사하여 그 집광기로 유도함과 함께 펄스 레이저 광선의 파장 이외의 파장의 광을 투과하는 다이크로익 미러와, 그 다이크로익 미러와 그 집광기가 배치 형성된 경로에 광을 조사하는 스트로보 광 조사 수단과, 그 스트로보 광 조사 수단과 그 다이크로익 미러 사이에 배치 형성되고 그 척 테이블에 유지된 피가공물로부터의 광을 분기하는 빔 스플리터와, 그 빔 스플리터에 의해 분기된 경로에 배치 형성된 촬상 수단을 포함하고, 그 제어 수단은, 그 펄스 레이저 광선 발진 수단에 의해 발진되고 그 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사되는 펄스 레이저 광선의 타이밍에 맞추어 그 스트로보 광 조사 수단과 그 촬상 수단을 작동시키고, 그 촬상 수단으로부터의 화상 신호에 기초하여 펄스 레이저 광선이 조사된 직후의 레이저 가공 홈의 폭을 검출하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 제어 수단은, 검출된 레이저 가공 홈의 폭이 허용 범위 외인 경우에는, 레이저 광선 조사 수단의 작동을 정지시켜 가공을 중단한다.
또, 상기 제어 수단은, 촬상 수단으로부터의 화상 신호에 기초하여 피가공물에 설정된 가공해야 할 영역을 특정하는 타깃으로부터 형성하는 레이저 가공 홈의 중심까지의 Y 축 방향 거리의 설정값과, 펄스 레이저 광선의 조사에 의해 형성된 레이저 가공 홈의 중심까지의 Y 축 방향 거리의 어긋남량을 검출한다.
바람직하게는, 상기 제어 수단은, 상기 설정값과 펄스 레이저 광선의 조사에 의해 형성된 레이저 가공 홈의 중심까지의 Y 축 방향 거리의 어긋남량이 허용값을 초과한 경우에는, 그 Y 축 방향 이동 수단을 제어하여 펄스 레이저 광선이 조사되는 위치를 수정한다.
본 발명의 레이저 가공 장치에 의하면, 제어 수단은, 피가공물에 조사되는 펄스 레이저 광선의 타이밍에 맞추어 스트로보 광 조사 수단과 촬상 수단을 작동시키고, 촬상 수단으로부터의 화상 신호에 기초하여 펄스 레이저 광선이 조사된 직후의 레이저 가공 홈의 폭을 검출하므로, 펄스 레이저 광선의 출력이 변화하거나 광학계에 변형이 생김으로써 레이저 가공 홈의 폭이 넓어지거나 좁아지거나 한 경우에는, 실시간으로 레이저 가공 홈의 이상을 검출하여, 품질의 저하를 초래하는 이상 (異常) 가공을 중단하는 등 하여 대응하는 것이 가능해진다.
또, 상기 촬상 수단으로부터의 화상 신호에 기초하여 피가공물에 설정된 가공해야 할 영역을 특정하는 타깃으로부터 형성하는 레이저 가공 홈의 중심까지의 Y 축 방향 거리의 설정값과, 펄스 레이저 광선의 조사에 의해 형성된 레이저 가공 홈의 중심까지의 Y 축 방향 거리의 어긋남량을 검출하고, 설정값과 펄스 레이저 광선의 조사에 의해 형성된 레이저 가공 홈의 중심까지의 Y 축 방향 거리의 어긋남량이 허용값을 초과한 경우에는, 상기 Y 축 방향 이동 수단을 제어하여 펄스 레이저 광선이 조사되는 위치를 수정함으로써, 원하는 레이저 가공을 유지할 수 있다.
도 1 은, 본 발명에 따라 구성된 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 1 에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 제어 수단의 블록 구성도.
도 4 는, 반도체 웨이퍼의 사시도.
도 5 는, 도 4 에 나타내는 반도체 웨이퍼를 고리형의 프레임에 장착된 다이싱 테이프의 표면에 첩착 (貼着) 한 상태를 나타내는 사시도.
도 6 은, 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치에 의해 실시하는 레이저 가공 공정의 설명도.
도 7 은, 레이저 광선 조사 수단에 의해 조사되는 펄스 레이저 광선과 스트로보 광 조사 수단에 의해 조사되는 광의 타이밍을 나타내는 설명도.
도 8 은, 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치에 의해 실시되는 레이저 광선 조사 위치 감시 공정의 설명도.
이하, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 바람직한 실시형태에 대해 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 에는, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 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 형성되어 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 슬라이딩 블록 (32) 과, 그 제 1 슬라이딩 블록 (32) 상에 X 축 방향과 직교하는 화살표 Y 로 나타내는 산출 이송 방향인 Y 축 방향으로 이동 가능하게 배치 형성된 제 2 슬라이딩 블록 (33) 과, 그 제 2 슬라이딩 블록 (33) 상에 원통 부재 (34) 에 의해 지지된 지지 테이블 (35) 과, 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 통해 지지하는 고리형의 프레임을 고정시키기 위한 클램프 (362) 가 배치 형성되어 있다.
상기 제 1 슬라이딩 블록 (32) 은, 그 하면에 상기 1 쌍의 안내 레일 (31, 31) 과 끼워 맞추는 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 슬라이딩 블록 (32) 은, 피안내홈 (321, 321) 이 1 쌍의 안내 레일 (31, 31) 에 끼워 맞춰짐으로써, 1 쌍의 안내 레일 (31, 31) 을 따라 X 축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 척 테이블 기구 (3) 는, 제 1 슬라이딩 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 구동시키기 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 슬라이딩 블록 (32) 의 중앙부 하면으로 돌출되어 형성된 도시되지 않은 암나사 블록에 형성된 관통 암나사공에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터 (372) 에 의해 수나사 로드 (371) 를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 제 1 슬라이딩 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 슬라이딩 블록 (32) 에 배치 형성되고 제 1 슬라이딩 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 X 축 방향 이동 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 슬라이딩 블록 (33) 은, 그 하면에 상기 제 1 슬라이딩 블록 (32) 의 상면에 형성된 1 쌍의 안내 레일 (322, 322) 과 끼워 맞추는 1 쌍의 피안내홈 (331, 331) 이 형성되어 있고, 이 피안내홈 (331, 331) 을 1 쌍의 안내 레일 (322, 322) 에 끼워 맞춤으로써, Y 축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 척 테이블 기구 (3) 는, 제 2 슬라이딩 블록 (33) 을 제 1 슬라이딩 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 과 322) 사이에 평행하게 배치 형성된 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 제 1 슬라이딩 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 슬라이딩 블록 (33) 의 중앙부 하면으로 돌출되어 형성된 도시되지 않은 암나사 블록에 형성된 관통 암나사공에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터 (382) 에 의해 수나사 로드 (381) 를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 제 2 슬라이딩 블록 (33) 은 안내 레일 (322, 322) 을 따라 Y 축 방향으로 이동된다.
레이저 가공 장치 (1) 는, 상기 제 2 슬라이딩 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 슬라이딩 블록 (33) 에 배치 형성되고 제 2 슬라이딩 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 얼라이먼트 수단 (6) 을 구비하고 있다. 또한, 얼라이먼트 수단 (6) 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 대해 도 2 를 참조하여 설명한다. 레이저 광선 조사 수단 (5) 은, 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 집광기 (52) 로 유도하는 다이크로익 미러 (53) 를 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. 상기 집광기 (52) 는, 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 으로부터 발진된 펄스 레이저 광선 (LB) 을 집광하는 집광 렌즈 (521) 를 구비하고 있다. 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 과 집광기 (52) 사이에 배치 형성된 다이크로익 미러 (53) 는, 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 으로부터 발진된 펄스 레이저 광선 (LB) 을 반사하여 집광기 (52) 로 유도함과 함께 펄스 레이저 광선 (LB) 의 파장 (본 실시형태에 있어서는 355 ㎚) 이외의 파장의 광을 투과하는 기능을 갖고 있다.
레이저 광선 조사 수단 (5) 은, 다이크로익 미러 (53) 와 집광기 (52) 의 경로에 광을 조사하는 스트로보 광 조사 수단 (54) 과, 그 스트로보 광 조사 수단 (54) 과 다이크로익 미러 (53) 사이에 배치 형성되고 척 테이블 (36) 에 유지된 피가공물 (W) 로부터의 광을 분기하는 빔 스플리터 (55) 와, 그 빔 스플리터 (55) 에 의해 분기된 경로에 배치 형성된 촬상 수단 (56) 을 구비하고 있다. 스트로보 광 조사 수단 (54) 은, 크세논 플래시 램프로 이루어지는 백색광을 발광하는 스트로보 광원 (541) 과, 그 스트로보 광원 (541) 으로부터 발광된 백색광의 시야 사이즈를 규정하는 조리개 (542) 와, 그 조리개 (542) 를 통과한 백색광을 척 테이블 (36) 에 유지된 피가공물 (W) 에 집광하기 위한 렌즈 (543) 와, 그 렌즈 (543) 에 의해 집광된 백색광을 상기 빔 스플리터 (55) 를 향하여 방향 변환하는 방향 변환 미러 (544) 로 이루어져 있다.
상기 빔 스플리터 (55) 는, 상기 스트로보 광 조사 수단 (54) 의 방향 변환 미러 (544) 에 의해 유도된 백색광을 상기 다이크로익 미러 (53) 로 유도함과 함께, 척 테이블 (36) 에 유지된 피가공물 (W) 로부터의 광을 촬상 수단 (56) 을 향하여 분기한다.
상기 촬상 수단 (56) 은, 수차 보정 렌즈 (561a) 와 결상 렌즈 (561b) 로 이루어지는 쌍렌즈 (561) 와, 그 쌍렌즈 (561) 에 의해 포착된 이미지를 촬상하는 촬상 소자 (CCD) (562) 로 이루어져 있고, 촬상한 화상 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다.
레이저 가공 장치 (1) 는, 도 3 에 나타내는 제어 수단 (7) 을 구비하고 있다. 제어 수단 (7) 은 컴퓨터에 의해 구성되어 있고, 제어 프로그램에 따라서 연산 처리하는 중앙 처리 장치 (CPU) (71) 와, 제어 프로그램 등을 격납하는 리드 온리 메모리 (ROM) (72) 와, 연산 결과 등을 격납하는 읽고 쓰기 가능한 랜덤 액세스 메모리 (RAM) (73) 와, 입력 인터페이스 (74) 및 출력 인터페이스 (75) 를 구비하고 있다. 제어 수단 (7) 의 입력 인터페이스 (74) 에는, 상기 X 축 방향 위치 검출 수단 (374), Y 축 방향 위치 검출 수단 (384), 촬상 수단 (56) 의 촬상 소자 (CCD) (562), 얼라이먼트 수단 (6) 등으로부터의 검출 신호가 입력된다. 그리고, 제어 수단 (7) 의 출력 인터페이스 (75) 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), 스트로보 광 조사 수단 (54) 등에 제어 신호를 출력한다.
레이저 가공 장치 (1) 는 이상과 같이 구성되어 있고, 이하 그 작용에 대해 설명한다. 도 4 에는, 상기 서술한 레이저 가공 장치에 의해 가공되는 피가공물로서의 반도체 웨이퍼 (10) 의 사시도가 나타나 있다. 도 4 에 나타내는 반도체 웨이퍼 (10) 는, 실리콘 웨이퍼로 이루어져 있고, 표면 (10a) 에 복수의 분할 예정 라인 (101) 이 격자상으로 형성되어 있음과 함께, 그 복수의 분할 예정 라인 (101) 에 의해 구획된 복수의 영역에 IC, LSI 등의 디바이스 (102) 가 형성되어 있다.
상기 서술한 반도체 웨이퍼 (10) 를 분할 예정 라인 (101) 을 따라 분할하기 위해서, 먼저, 반도체 웨이퍼 (10) 의 이면 (10b) 에 합성 수지로 이루어지는 점착 테이프의 표면을 첩착함과 함께 점착 테이프의 외주부를 고리형의 프레임에 의해 지지하는 피가공물 지지 공정을 실시한다. 즉, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 고리형의 프레임 (F) 의 내측 개구부를 덮도록 외주부가 장착된 점착 테이프 (T) 의 표면에 반도체 웨이퍼 (10) 의 이면 (10b) 을 첩착한다. 또한, 점착 테이프 (T) 는, 본 실시형태에 있어서는 염화 비닐 (PVC) 시트에 의해 형성되어 있다.
상기 서술한 웨이퍼 지지 공정을 실시했다면, 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치의 척 테이블 (36) 상에 반도체 웨이퍼 (10) 의 점착 테이프 (T) 측을 재치한다. 그리고, 도시되지 않은 흡인 수단을 작동시킴으로써, 반도체 웨이퍼 (10) 를 점착 테이프 (T) 를 개재하여 척 테이블 (36) 상에 흡인 유지한다 (피가공물 유지 공정). 또한, 반도체 웨이퍼 (10) 를 점착 테이프 (T) 를 개재하여 지지한 고리형의 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 (10) 를 흡인 유지한 척 테이블 (36) 을 얼라이먼트 수단 (6) 의 바로 아래에 위치시킨다. 척 테이블 (36) 이 얼라이먼트 수단 (6) 의 바로 아래에 위치되면, 얼라이먼트 수단 (6) 및 제어 수단 (7) 에 의해 반도체 웨이퍼 (10) 의 레이저 가공해야 할 가공 영역을 검출하는 얼라이먼트 작업을 실행한다. 즉, 얼라이먼트 수단 (6) 및 제어 수단 (7) 은, 반도체 웨이퍼 (10) 의 제 1 방향으로 형성되어 있는 분할 예정 라인 (101) 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 얼라이먼트를 수행한다. 또, 반도체 웨이퍼 (10) 에 형성되어 있는 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향으로 형성되어 있는 분할 예정 라인 (101) 에 대해서도, 동일하게 레이저 광선 조사 위치의 얼라이먼트가 수행된다.
이상과 같이 하여 척 테이블 (36) 상에 유지된 반도체 웨이퍼 (10) 에 형성되어 있는 분할 예정 라인을 검출하고, 레이저 광선 조사 위치의 얼라이먼트가 실시되었다면, 도 6(a) 로 나타내는 바와 같이 척 테이블 (36) 을 레이저 광선 조사 수단 (5) 의 집광기 (52) 가 위치하는 레이저 광선 조사 영역으로 이동시켜, 소정의 분할 예정 라인 (101) 의 일단 (도 6(a) 에 있어서 좌단) 을 집광기 (52) 의 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 집광기 (52) 로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점 (P) 을 반도체 웨이퍼 (10) 의 표면 (상면) (10a) 부근에 위치시킨다. 다음으로, 레이저 광선 조사 수단 (5) 의 집광기 (52) 로부터 반도체 웨이퍼에 대하여 흡수성을 갖는 파장 (본 실시형태에 있어서는 355 ㎚) 의 펄스 레이저 광선을 조사하면서 척 테이블 (36) 을 도 6(a) 에 있어서 화살표 (X1) 로 나타내는 방향으로 소정의 이동 속도로 이동시킨다. 그리고, 분할 예정 라인 (101) 의 타단 (도 6(b) 에 있어서 우단) 이 집광기 (52) 의 바로 아래 위치에 도달하면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지시킴과 함께 척 테이블 (36) 의 이동을 정지시킨다. 그 결과, 도 6(b) 및 도 6(c) 에 나타내는 바와 같이 반도체 웨이퍼 (10) 에는, 분할 예정 라인 (101) 을 따라 레이저 가공 홈 (110) 이 형성된다 (레이저 가공 공정).
상기 레이저 가공 공정의 레이저 가공 조건은, 예를 들어 이하와 같이 설정된다.
레이저 광선의 광원 : YVO4 레이저 또는 YAG 레이저
파장 : 355 ㎚
반복 주파수 : 50 ㎑
평균 출력 : 3 W
집광 스포트 직경 : φ10 ㎛
가공 이송 속도 : 100 ㎜/초
상기 서술한 레이저 가공 공정을 실시하고 있을 때에, 레이저 광선 조사 수단 (5) 의 집광기 (52) 로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 출력이 변화하거나, 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 으로부터 집광기 (52) 까지의 광학계에 변형이 생기면, 레이저 가공 홈의 폭이 넓어지거나 좁아지거나 하여, 피가공물인 반도체 웨이퍼 (10) 에 원하는 레이저 가공을 실시하지 못하게 된다는 문제가 있다. 그래서, 본 실시형태에 있어서의 레이저 가공 장치에 있어서는, 레이저 광선 조사 수단 (5) 의 집광기 (52) 로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 출력의 변화나 광학계에 변형이 생김으로써 발생하는 레이저 가공 홈의 폭의 변화를 감시하도록 하고 있다. 즉, 레이저 광선 조사 수단 (5) 의 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 으로부터 발진되고 집광기 (52) 로부터 척 테이블 (36) 에 유지된 반도체 웨이퍼 (10) 에 조사되는 펄스 레이저 광선의 조사 타이밍에 맞추어 상기 스트로보 광 조사 수단 (54) 을 작동시켜 반도체 웨이퍼 (10) 에 있어서의 펄스 레이저 광선 조사 영역에 백색광을 조사하고, 반도체 웨이퍼 (10) 로부터의 광을 상기 촬상 수단 (56) 에 의해 촬상하고 촬상한 화상 신호를 제어 수단 (7) 에 보냄으로써, 제어 수단 (7) 이 촬상 수단 (56) 의 촬상 소자 (CCD) (562) 로부터 보내진 화상 신호에 기초하여 펄스 레이저 광선의 조사에 의해 형성된 레이저 가공 홈의 폭을 검출함과 함께, 펄스 레이저 광선이 조사된 위치와 가공해야 할 위치의 어긋남을 검출한다 (레이저 가공 홈 감시 공정).
상기 서술한 레이저 가공 홈 감시 공정에 대해, 도 7 을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 실시형태에 있어서는, 레이저 광선 조사 수단 (5) 의 펄스 레이저 광선 발진 수단 (51) 으로부터 발진되는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수가 50 ㎑ 이기 때문에, 척 테이블 (36) 에 유지된 반도체 웨이퍼 (10) 에는 20 ㎲ 마다 1 펄스의 펄스 레이저 광선 (LB) 이 조사된다. 이와 같이 하여 척 테이블 (36) 에 유지된 반도체 웨이퍼 (10) 에 조사되는 펄스 레이저 광선의 조사 위치 및 펄스 레이저 광선의 조사에 의해 반도체 웨이퍼 (10) 에 형성된 레이저 가공 홈 (110) 의 폭을 검출하기 위해서, 제어 수단 (7) 은, 상기 스트로보 광 조사 수단 (54) 의 스트로보 광원 (541) 을 작동시킨다. 이 스트로보 광원 (541) 을 작동시키는 타이밍은, 펄스 레이저 광선 (LB) 과 겹치지 않도록 펄스 레이저 광선 (LB) 과 펄스 레이저 광선 (LB) 사이에 조사되도록 작동시킨다. 즉, 본 실시형태에 있어서는 도 7 에 나타내는 바와 같이 처음에는 펄스 레이저 광선의 발진 개시부터 50 ㎲ 로 하고, 이후 100 ㎲ 마다 작동시켜, 백색광 (WL) 을 척 테이블 (36) 에 유지된 반도체 웨이퍼 (10) 에 조사하도록 설정되어 있다. 따라서, 백색광 (WL) 이 조사되기 직전 (10 ㎲ 전) 에 척 테이블 (36) 에 유지된 반도체 웨이퍼 (10) 에 조사된 펄스 레이저 광선에 의해 가공된 영역으로부터의 광이 집광 렌즈 (521), 다이크로익 미러 (53), 빔 스플리터 (55) 를 통해 촬상 수단 (56) 으로 유도된다.
촬상 수단 (56) 으로 유도된 광은, 수차 보정 렌즈 (561a) 및 결상 렌즈 (561b) 로 이루어지는 쌍렌즈 (561) 를 통해 촬상 소자 (CCD) (562) 에 결상된다. 그리고, 촬상 소자 (CCD) (562) 는, 결상된 화상 신호를 제어 수단 (7) 에 보낸다. 이와 같이 하여, 촬상 소자 (CCD) (562) 로부터 100 ㎲ 마다 보내지는 화상 신호를, 제어 수단 (7) 은 랜덤 액세스 메모리 (RAM) (73) 에 격납한다. 도 8(a) 에는, 척 테이블 (36) 에 유지된 반도체 웨이퍼 (10) 의 분할 예정 라인 (101) 을 따라 조사된 펄스 레이저 광선에 의해 형성된 레이저 가공 홈 (110) 과 촬상 소자 (CCD) (562) 로부터 보내진 제 1 촬상 화상 (n1) 과 제 2 촬상 화상 (n2) 이 나타나 있다. 도 8(a) 에 나타내는 실시형태에 있어서는, 반도체 웨이퍼 (10) 에 형성된 각 디바이스 (102) 에는 각각 소정 위치에 타깃 (102a) 설정되어 있고, 이 타깃 (102a) 으로부터 인접하는 분할 예정 라인 (101) 의 중심 (가공 위치) 까지의 Y 축 방향 거리는 A1 (예를 들어 300 ㎛) 로 설정되어 있고, 또, 펄스 레이저 광선의 조사에 의해 형성되는 레이저 가공 홈 (110) 의 폭은 B1 (예를 들어 10 ㎛) 으로 설정되어 있다. 도 8(a) 에 나타내는 실시형태에 있어서는, 제 1 촬상 화상 (n1) 에 있어서 타깃 (102a) 으로부터 레이저 가공 홈 (110) 의 중심 (가공 위치) 까지의 Y 축 방향 거리 (A1) 가 검출됨과 함께 펄스 레이저 광선의 조사에 의해 형성된 레이저 가공 홈 (110) 의 폭 (B1) 이 검출된 상태가 나타나 있고, 제 2 촬상 화상 (n2) 에 있어서 타깃 (102a) 으로부터 레이저 가공 홈 (110) 의 중심 (가공 위치) 까지의 Y 축 방향 거리 (A1) 가 검출됨과 함께 펄스 레이저 광선의 조사에 의해 형성된 레이저 가공 홈 (110) 의 폭 (B2) 이 검출된 상태가 나타나 있다.
도 8(a) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 촬상 화상 (n1) 에 있어서 레이저 가공 홈 (110) 의 폭이 B1 (설정값 : 10 ㎛) 로 검출되고, 제 2 촬상 화상 (n2) 에 있어서 검출된 레이저 가공 홈 (110) 의 폭 (B2) 이 설정값 (10 ㎛) 과 상이한 경우에는, 제어 수단 (7) 은 레이저 가공 홈 (110) 의 폭 (B2) 이 허용 범위 (예를 들어 설정값 : 10 ㎛±2 ㎛) 내인지 여부를 체크한다. 그리고, 제어 수단 (7) 은, 레이저 가공 홈 (110) 의 폭 (B2) 이 허용 범위 (설정값 : 10 ㎛±2 ㎛) 내인 경우에는 레이저 가공을 계속하고, 레이저 가공 홈 (110) 의 폭 (B2) 이 허용 범위 (설정값 : 10 ㎛±2 ㎛) 외인 경우에는 레이저 광선 조사 수단 (5) 의 작동을 정지시켜 레이저 가공을 중단한다. 예를 들어, 레이저 가공 홈 (110) 의 폭 (B2) 이 11 ㎛ 인 경우에는 허용 범위 (설정값 : 10 ㎛±2 ㎛) 내이므로 레이저 가공을 계속하고, 레이저 가공 홈 (110) 의 폭 (B2) 이 13 ㎛ 인 경우에는 허용 범위 (설정값 : 10 ㎛±2 ㎛) 외가 되므로 레이저 광선 조사 수단 (5) 의 작동을 정지시켜 레이저 가공을 중단한다. 따라서, 레이저 가공 홈 (110) 의 폭이 허용 범위로부터 벗어난 상태로 레이저 가공을 계속하는 것에 의한 품질의 저하를 방지할 수 있다.
다음으로, 도 8(b) 에 나타내는 실시형태에 대해 설명한다. 도 8(b) 에 나타내는 실시형태에 있어서는, 제 1 촬상 화상 (n1) 에 있어서 타깃 (102a) 으로부터 레이저 가공 홈 (110) 의 중심 (가공 위치) 까지의 Y 축 방향 거리 (A1) (설정값 : 300 ㎛) 가 검출됨과 함께 펄스 레이저 광선의 조사에 의해 형성된 레이저 가공 홈 (110) 의 폭 (B1) (설정값 : 10 ㎛) 이 검출된 상태가 나타나 있고, 제 2 촬상 화상 (n2) 에 있어서 타깃 (102a) 으로부터 레이저 가공 홈 (110) 의 중심 (가공 위치) 까지의 Y 축 방향 거리 (A2) 가 검출됨과 함께 펄스 레이저 광선의 조사에 의해 형성된 레이저 가공 홈 (110) 의 폭 (B1) (설정값 : 10 ㎛) 이 검출된 상태가 나타나 있다.
상기 서술한 도 8(b) 에 나타내는 바와 같이, 제 1 촬상 화상 (n1) 에 있어서 검출된 타깃 (102a) 으로부터 레이저 가공 홈 (110) 의 중심 (가공 위치) 까지의 Y 축 방향 거리 (A1) (설정값 : 300 ㎛) 와, 제 2 촬상 화상 (n2) 에 있어서 검출된 타깃 (102a) 으로부터 레이저 가공 홈 (110) 의 중심 (가공 위치) 까지의 Y 축 방향 거리 (A2) 가 상이한 경우에는, 제어 수단 (7) 은 Y 축 방향 거리 (A2) 와 Y 축 방향 거리 (A1) (설정값 : 300 ㎛) 의 어긋남량 (A2-A1 의 절대값) 을 구하고, 어긋남량 (A2-A1 의 절대값) 이 허용값 (예를 들어 10 ㎛) 내인지 여부를 체크한다. 그리고, 제어 수단 (7) 은, 어긋남량 (A2-A1 의 절대값) 이 허용값 (10 ㎛) 내인 경우에는 레이저 가공을 계속하고, 어긋남량 (A2-A1 의 절대값) 이 허용값 (10 ㎛) 을 초과한 경우에는 상기 Y 축 방향 이동 수단 (38) 을 제어하여 레이저 광선 조사 수단 (5) 의 집광기 (52) 로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 조사 위치를 수정한다. 예를 들어, 타깃 (102a) 으로부터 레이저 가공 홈 (110) 의 중심 (가공 위치) 까지의 Y 축 방향 거리 (A2) 가 309 ㎛ 인 경우에는 어긋남량은 9 ㎛ (309 ㎛ - 300 ㎛) 로 허용값 (10 ㎛) 내이므로 레이저 가공을 계속한다. 한편, 타깃 (102a) 으로부터 레이저 가공 홈 (110) 의 중심 (가공 위치) 까지의 Y 축 방향 거리 (A2) 가 320 ㎛ 인 경우에는 어긋남량은 20 ㎛ (320 ㎛ - 300 ㎛) 로 허용값 (10 ㎛) 을 초과하고 있으므로, 상기 Y 축 방향 이동 수단 (38) 을 제어하여 레이저 광선 조사 수단 (5) 의 집광기 (52) 로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 조사 위치를 타깃 (102a) 으로부터 레이저 가공 홈 (110) 의 중심 (가공 위치) 까지의 Y 축 방향 거리가 설정값 (300 ㎛) 이 되도록 수정한다. 이 때, 제어 수단 (7) 은, Y 축 방향 위치 검출 수단 (384) 으로부터의 검출 신호에 기초하여 Y 축 방향 이동 수단 (38) 을 제어한다.
2 : 정지 기대
3 : 척 테이블 기구
36 : 척 테이블
37 : X 축 방향 이동 수단
374 : X 축 방향 위치 검출 수단
38 : Y 축 방향 이동 수단
384 : Y 축 방향 위치 검출 수단
4 : 레이저 광선 조사 유닛
5 : 레이저 광선 조사 수단
51 : 펄스 레이저 광선 발진 수단
52 : 집광기
53 : 다이크로익 미러
54 : 스트로보 광 조사 수단
541 : 스트로보 광원
55 : 빔 스플리터
56 : 촬상 수단
562 : 촬상 소자 (CCD)
6 : 얼라이먼트 수단
7 : 제어 수단
10 : 반도체 웨이퍼
F : 고리형의 프레임
T : 점착 테이프

Claims (4)

  1. 레이저 가공 장치로서,
    피가공물을 유지하는 척 테이블과,
    그 척 테이블에 유지된 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과,
    그 척 테이블과 그 레이저 광선 조사 수단을 상대적으로 가공 이송 방향인 X 축 방향으로 이동시키는 X 축 방향 이동 수단과,
    그 척 테이블과 그 레이저 광선 조사 수단을 상대적으로 X 축 방향과 직교하는 산출 이송 방향인 Y 축 방향으로 이동시키는 Y 축 방향 이동 수단과,
    그 레이저 광선 조사 수단과 그 X 축 방향 이동 수단과 그 Y 축 방향 이동 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고,
    그 레이저 광선 조사 수단은,
    펄스 레이저 광선을 발진하는 펄스 레이저 광선 발진 수단과,
    그 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 집광하여 그 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기와,
    그 펄스 레이저 광선 발진 수단과 그 집광기 사이에 배치 형성되고 그 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 반사하여 그 집광기에 유도함과 함께 펄스 레이저 광선의 파장 이외의 파장의 광을 투과하는 다이크로익 미러와,
    그 다이크로익 미러와 그 집광기가 배치 형성된 경로에 광을 조사하는 스트로보 광 조사 수단과,
    그 스트로보 광 조사 수단과 그 다이크로익 미러 사이에 배치 형성되고 그 척 테이블에 유지된 피가공물로부터의 광을 분기하는 빔 스플리터와,
    그 빔 스플리터에 의해 분기된 경로에 배치 형성된 촬상 수단을 포함하고,
    그 제어 수단은, 그 펄스 레이저 광선 발진 수단에 의해 발진되고 그 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사되는 펄스 레이저 광선의 타이밍에 맞추어 그 스트로보 광 조사 수단과 그 촬상 수단을 작동시키고, 그 촬상 수단으로부터의 화상 신호에 기초하여 펄스 레이저 광선이 조사된 직후의 레이저 가공 홈의 폭을 검출하고,
    그 제어 수단은, 그 촬상 수단으로부터의 화상 신호에 기초하여 피가공물에 설정된 가공해야 할 영역을 특정하는 타깃으로부터 형성하는 레이저 가공 홈의 중심까지의 Y 축 방향 거리의 설정값과, 펄스 레이저 광선의 조사에 의해 형성된 레이저 가공 홈의 중심까지의 Y 축 방향 거리의 어긋남량을 검출하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    그 제어 수단은, 검출된 레이저 가공 홈의 폭이 허용 범위 외인 경우에는, 그 레이저 광선 조사 수단의 작동을 정지시켜 가공을 중단하는, 레이저 가공 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    그 제어 수단은, 그 설정값과 펄스 레이저 광선의 조사에 의해 형성된 레이저 가공 홈의 중심까지의 Y 축 방향 거리의 어긋남량이 허용값을 초과한 경우에는, 그 Y 축 방향 이동 수단을 제어하여 펄스 레이저 광선이 조사되는 위치를 수정하는, 레이저 가공 장치.
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