KR20080079589A - 척 테이블에 유지된 피가공물의 계측 장치 및 레이저가공기 - Google Patents

척 테이블에 유지된 피가공물의 계측 장치 및 레이저가공기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 척 테이블에 유지된 반도체 웨이퍼 등의 피가공물의 상면 높이나 두께를 확실하게 계측할 수 있는 계측 장치 및 계측 장치를 장비한 레이저 가공기를 제공하는 것을 과제로 한다.
가공기에 장착되어 피가공물을 유지하는 척 테이블에 유지된 피가공물의 높이를 계측하는 계측 장치로서, 백색광을 발광하는 백색 광원과, 백색광을 회절광으로 분광하여 분광된 회절광의 다발을 전압 인가에 의하여 소정 각도에 걸쳐 요동시키는 음향 광학 편향 수단과, 음향 광학 편향 수단에 의해 분광된 회절광 중 일부 파장의 빛을 통과시키는 제1 핀 홀 마스크와, 제1 핀 홀 마스크를 통과한 빛을 집광하여 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 색수차 렌즈와, 제1 핀 홀 마스크와 상기 색수차 렌즈 사이에 배치되어 피가공물에 조사된 빛의 반사광을 편향시키는 빔 스플리터와, 빔 스플리터에 의해 편향된 반사광을 통과시키는 제2 핀 홀 마스크와, 제2 핀 홀 마스크를 통과한 반사광을 수광하여 수광한 반사광의 광 강도에 대응한 수광 신호를 출력하는 수광 소자와, 음향 광학 편향 수단에 제어 신호를 출력하고 상기 수광 소자로부터의 수광 신호에 기초하여 척 테이블에 유지된 피가공물의 높이 위치를 구하는 제어 수단을 구비하고 있다.
반도체 웨이퍼, 척 테이블, 계측 장치, 편향

Description

척 테이블에 유지된 피가공물의 계측 장치 및 레이저 가공기{MEASURING DEVICE FOR WORKPIECE SUPPORTED BY CHUCK TABLE AND LASER BEAM MACHINING APPARATUS}
본 발명은 레이저 가공기 등의 가공기에 장착되어 척 테이블에 유지된 반도체 웨이퍼 등의 피가공물의 상면 높이나 두께를 계측하는 계측 장치 및 레이저 가공기에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조 공정에 있어서는, 대략 원판 형상인 반도체 웨이퍼의 표면에 격자 형상으로 배열된 스트리트라 불리는 분할 예정 라인에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스를 형성한다. 그리고, 반도체 웨이퍼를 스트리트를 따라 절단함으로써 디바이스가 형성된 영역을 분할하여 개개의 반도체 칩을 제조하고 있다.
상술한 반도체 웨이퍼나 광디바이스 웨이퍼 등의 스트리트를 따라 분할하는 방법으로서, 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 펄스 레이저 광선을 사용해서, 분할해야 할 영역의 내부에 집광점을 맞춰서 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 가공 방법도 시도되고 있다. 이 레이저 가공 방법을 사용한 분할 방법은, 웨이퍼의 한쪽 면측으로부터 내부에 집광점을 맞춰서 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 예컨대 파장이 1064 ㎚인 펄스 레이저 광선을 조사하여, 웨이퍼의 내부에 스트리트를 따라 변질층을 연속적으로 형성하고, 이 변질층이 형성됨으로써 강도가 저하된 분할 예정 라인을 따라 외력을 가함으로써, 피가공물을 분할하는 것이다.(예컨대, 특허 문헌 1 참조.)
[특허 문헌 1] 일본 특허 제3408805호 공보
또한, 반도체 웨이퍼 등의 판 형상의 피가공물을 분할하는 방법으로서, 피가공물에 형성된 스트리트를 따라 펄스 레이저 광선을 조사함으로써 레이저 가공 홈을 형성하고, 이 레이저 가공 홈을 따라 메커니컬 브레이킹 장치에 의해 분할 절단하는 방법이 제안되어 있다.(예컨대, 특허 문헌 1 참조)
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제10-305420호 공보
이와 같이 피가공물에 형성된 스트리트를 따라 레이저 가공 홈을 형성하는 경우에도 피가공물의 소정 높이 위치에 레이저 광선의 집광점을 위치하게 하는 것이 중요하다.
또한, 반도체 웨이퍼의 표면에서 본딩 패드라 불리는 전극이 형성된 위치에 이면으로부터 상기 본딩 패드에 이르는 구멍(비아홀)을 형성하는 가공 방법으로서, 반도체 웨이퍼의 이면으로부터 펄스 레이저 광선을 조사하는 방법이 시도되고 있다. 그런데, 반도체 웨이퍼의 두께에 변동이 있으면, 본딩 패드에 이르는 구멍(비아홀)을 정확히 형성할 수 없다. 따라서, 반도체 웨이퍼에서 본딩 패드부의 두께를 정확히 파악해 둘 필요가 있다.
그런데, 반도체 웨이퍼 등의 판 형상의 피가공물에는 기복이 있어, 그 두께에 변동이 있기 때문에, 균일한 레이저 가공을 실시하는 것이 어렵다. 즉, 웨이퍼의 내부에 스트리트를 따라 변질층을 형성하는 경우, 웨이퍼의 두께에 변동이 있으면 레이저 광선을 조사할 때에 굴절률의 관계로 인해 소정 깊이의 위치에 균일하게 변질층을 형성할 수 없다. 또한, 웨이퍼에 형성된 스트리트를 따라 레이저 가공 홈을 형성하는 경우에도 그 두께에 변동이 있으면, 균일한 깊이의 레이저 가공 홈을 형성할 수 없다. 또한, 웨이퍼에 본딩 패드에 이르는 구멍(비아홀)을 형성하는 경우, 웨이퍼의 두께에 변동이 있으면, 본딩 패드에 이르는 구멍(비아홀)을 정확히 형성할 수 없다.
본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술적 과제는 척 테이블에 유지된 반도체 웨이퍼 등의 피가공물의 상면 높이나 두께를 확실하게 계측할 수 있는 계측 장치 및 계측 장치를 장비한 레이저 가공기를 제공하는 것이다.
상기 주된 기술 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따르면, 가공기에 장착되어 피가공물을 유지하는 척 테이블에 유지된 피가공물의 높이를 계측하는 계측 장치로서,
백색광을 발광하는 백색 광원과, 백색광을 회절광으로 분광하여 분광된 회절 광의 다발을 전압 인가에 의하여 소정 각도에 걸쳐 요동시키는 음향 광학 편향 수단과, 상기 음향 광학 편향 수단에 의해 분광된 회절광 중 일부 파장의 빛을 통과시키는 제1 핀 홀 마스크와, 상기 제1 핀 홀 마스크를 통과한 빛을 집광하여 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 색수차 렌즈와, 상기 제1 핀 홀 마스크와 상기 색수차 렌즈 사이에 배치되어 피가공물에 조사된 빛의 반사광을 편향시키는 빔 스플리터와, 상기 빔 스플리터에 의해 편향된 반사광을 통과시키는 제2 핀 홀 마스크와, 상기 제2 핀 홀 마스크를 통과한 반사광을 수광하여 수광한 반사광의 광 강도에 대응한 수광 신호를 출력하는 수광 소자와, 상기 음향 광학 편향 수단에 제어 신호를 출력하고 상기 수광 소자로부터의 수광 신호에 기초하여 척 테이블에 유지된 피가공물의 높이 위치를 구하는 제어 수단을 구비하고,
상기 제어 수단은, 상기 음향 광학 편향 수단에 인가되는 전압과 상기 제1 핀 홀 마스크를 통과하는 파장과의 관계를 설정한 제1 제어 맵과, 상기 색수차 렌즈에 의해 집광된 빛의 파장과 초점 거리와의 관계를 설정한 제2 제어 맵을 저장하는 메모리를 구비하고 있으며, 상기 수광 소자가 검출한 광 강도의 피크값에 대응하는 상기 음향 광학 편향 수단에 인가되는 전압값을 구하고, 상기 전압값을 상기 제1 제어 맵에 대조하여 상기 제1 핀 홀 마스크를 통과하는 파장을 구하며, 상기 제1 핀 홀 마스크를 통과하는 파장을 상기 제2 제어 맵에 대조하여 척 테이블에 유지된 피가공물의 높이 위치를 계측하는 것을 특징으로 하는 척 테이블에 유지된 피가공물의 계측 장치가 제공된다.
상기 음향 광학 편향 수단과 상기 제1 핀 홀 마스크 사이에 배치되어 상기 음향 광학 편향 수단에 의해 분광된 회절광의 수차를 보정하는 수차 보정 렌즈를 구비하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2 핀 홀 마스크의 반사광 이동 방향으로 상류측에 제1 집광 렌즈를 배치하고, 제2 핀 홀 마스크의 반사광 이동 방향으로 하류측에 제2 집광 렌즈를 배치하며, 제1 집광 렌즈의 집광점 위치를 제2 핀 홀 마스크의 핀 홀에 맞추고 있다.
상기 색수차 렌즈와 상기 척 테이블을 X축 방향으로 상대적으로 이동시키는 X축 이동 수단과, 상기 색수차 렌즈와 상기 척 테이블을 X축 방향과 직교하는 Y축 방향으로 상대적으로 이동시키는 Y축 이동 수단과, 상기 척 테이블의 X축 방향 위치 검출 수단과, 상기 척 테이블의 Y축 방향 위치 검출 수단을 구비하고,
상기 제어 수단은 상기 X축 방향 위치 검출 수단 및 상기 Y축 방향 위치 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 피가공물의 소정 위치에서의 높이 위치를 구하며, 상기 피가공물의 소정 위치에서의 높이 위치를 저장하는 메모리를 구비하고 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 피가공물을 유지하는 유지면을 갖는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 가공용의 레이저 광선을 조사하는 가공용 레이저 광선 조사 수단과, 상기 가공용 레이저 광선 조사 수단을 척 테이블의 상기 유지면에 대하여 수직인 방향으로 이동시키는 집광점 위치 조정 수단을 구비하는 레이저 가공기로서,
상기 계측 장치가 배치되어 있으며, 상기 계측 장치는 상기 척 테이블에 유 지된 피가공물의 높이 위치를 계측하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공기가 제공된다.
본 발명에 있어서는, 색수차 렌즈를 통과한 백색광이 파장에 따라 다른 초점 거리를 갖는 것을 이용하여, 그 반사광의 광 강도에 의해 파장을 특정함으로써 초점 거리를 구하기 때문에, 척 테이블에 유지된 피가공물의 높이 위치를 정확히 계측할 수 있다.
이하, 본 발명에 따라 구성된 척 테이블에 유지된 피가공물의 계측 장치 및 레이저 가공기의 바람직한 실시형태에 대하여, 첨부 도면을 참조해서 상세히 설명한다.
도 1에는, 본 발명에 따라 구성된 척 테이블에 유지된 피가공물의 높이를 계측하는 계측 장치를 장비한 레이저 가공기의 사시도가 도시되어 있다. 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치는, 정지 베이스(stationary base; 2)와, 상기 정지 베이스(2)에 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 배치되어 피가공물을 유지하는 척 테이블 기구(3)와, 정지 베이스(2)에 상기 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)과 직각인 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 배치된 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)와, 상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)에 화살표 Z로 나타내는 방향(Z축 방향)으로 이동 가능하게 배치된 가공용 레이저 광선 조사 유닛(5)과, 척 테이블에 유지 된 피가공물의 높이를 계측하는 계측 장치를 구성하는 계측용 광선 조사 유닛(6)을 구비하고 있다. 이 가공용 레이저 광선 조사 유닛(5)과 계측용 광선 조사 유닛(6)은, 공통의 유닛 홀더(44)에 장착된다.
상기 척 테이블 기구(3)는, 정지 베이스(2)상에 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)을 따라 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과, 상기 안내 레일(31, 31)상에 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 배치된 제1 활주 이동 블록(32)과, 상기 제1 활주 이동 블록(32)상에 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 배치된 제2 활주 이동 블록(33)과, 상기 제2 활주 이동 블록(33)상에 원통 부재(34)에 의해 지지된 커버 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 있으며, 흡착 척(361)상(유지면)에 피가공물인 반도체 웨이퍼를 도시하지 않은 흡인 수단에 의해 유지하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 척 테이블(36)은, 원통 부재(34) 내에 배치된 도시하지 않은 펄스 모터에 의해 회전하게 된다. 또한, 척 테이블(36)에는, 후술하는 환상(環狀)의 프레임을 고정하기 위한 클램프(362)가 배치되어 있다.
상기 제1 활주 이동 블록(32)은, 그 하면에 상기 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과 끼워 맞춰지는 한 쌍의 피안내 홈(321, 321)이 형성되어 있으며, 그 상면에 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향 (Y축 방향)을 따라 평행하게 형성된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)이 설치되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 활주 이동 블록(32)은, 피안내 홈(321, 321)이 한 쌍의 안내 레일(31, 31)에 끼워 맞춰짐으로써, 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 구성된다. 도시하는 실시형태에 있어서 척 테이블 기구(3)는, 제1 활주 이동 블록(32)을 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동시키기 위한 가공 이송 수단(37)(X축 이동 수단)을 구비하고 있다. 가공 이송 수단(37)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(31과 31) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(371)와, 상기 수나사 로드(371)를 회전 구동하기 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 자유롭게 지지되어 있으며, 그 타단이 상기 펄스 모터(372)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(371)는, 제1 활주 이동 블록(32)의 중앙부 하면에 돌출하여 설치된 도시하지 않은 암나사 블록에 형성된 관통형 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(372)에 의해 수나사 로드(371)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 제1 활주 이동 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동하게 된다.
도시하는 실시형태에 있어서 레이저 가공기는, 상기 척 테이블(36)의 가공 이송량을 검출하기 위한 가공 이송량 검출 수단(374)을 구비하고 있다. 가공 이송량 검출 수단(374)은, 안내 레일(31)을 따라 배치된 리니어 스케일(374a)과, 제1 활주 이동 블록(32)에 배치되어 제1 활주 이동 블록(32)과 함께 리니어 스케일(374a)을 따라 이동하는 판독 헤드(374b)로 이루어져 있다. 이 이송량 검출 수단(374)의 판독 헤드(374b)는, 도시하는 실시형태에 있어서는 1 ㎛마다 1펄스의 펄 스 신호를 후술하는 제어 수단(8)에 보낸다. 그리고 후술하는 제어 수단(8)은, 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 가공 이송량을 검출한다. 따라서, 가공 이송량 검출 수단(374)은, 척 테이블(36)의 X축 방향 위치를 검출하는 X축 방향 위치 검출 수단으로서 기능한다. 또한, 상기 가공 이송 수단(37)의 구동원으로서 펄스 모터(372)를 사용한 경우에는, 펄스 모터(372)에 구동 신호를 출력하는 후술하는 제어 수단(8)의 구동 펄스를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 가공 이송량을 검출할 수도 있다. 또한, 상기 가공 이송 수단(37)의 구동원으로서 서보 모터를 사용한 경우에는, 서보 모터의 회전수를 검출하는 로터리 인코더가 출력하는 펄스 신호를 후술하는 제어 수단(8)에 보내고, 제어 수단(8)이 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 가공 이송량을 검출할 수도 있다.
상기 제2 활주 이동 블록(33)은, 그 하면에 상기 제1 활주 이동 블록(32)의 상면에 설치된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)과 이와 끼워 맞춰지는 한 쌍의 피안내 홈(331, 331)이 형성되어 있으며, 이 피안내 홈(331, 331)을 한 쌍의 안내 레일(322, 322)에 끼워 맞춤으로써, 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 구성된다. 도시하는 실시형태에 있어서 척 테이블 기구(3)는, 제2 활주 이동 블록(33)을 제1 활주 이동 블록(32)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동시키기 위한 제1 인덱싱 이송 수단(38)(Y축 이동 수단)을 구비하고 있다. 제1 인덱싱 이송 수단(38)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(322와 322) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(381)와, 상기 수나사 로드(381)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(382) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(381)는, 그 일단이 상기 제1 활주 이동 블록(32)의 상면에 고정된 베어링 블록(383)에 회전 자유롭게 지지되어 있으며, 그 타단이 상기 펄스 모터(382)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(381)는, 제2 활주 이동 블록(33)의 중앙부 하면에 돌출하여 설치된 도시하지 않은 암나사 블록에 형성된 관통형 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(382)에 의해 수나사 로드(381)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 제2 활주 이동 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동하게 된다.
도시하는 실시형태에 있어서 레이저 가공기는, 상기 제2 활주 이동 블록(33)의 인덱싱 가공 이송량을 검출하기 위한 인덱싱 이송량 검출 수단(384)을 구비하고 있다. 인덱싱 이송량 검출 수단(384)은, 안내 레일(322)을 따라 배치된 리니어 스케일(384a)과, 제2 활주 이동 블록(33)에 배치되어 제2 활주 이동 블록(33)과 함께 리니어 스케일(384a)을 따라 이동하는 판독 헤드(384b)로 이루어져 있다. 이 이송량 검출 수단(384)의 판독 헤드(384b)는, 도시하는 실시형태에 있어서는 1 ㎛마다 1펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어 수단(8)에 보낸다. 그리고 후술하는 제어 수단(8)은, 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량을 검출한다. 따라서, 인덱싱 이송량 검출 수단(384)은, 척 테이블(36)의 Y축 방향 위치를 검출하는 Y축 방향 위치 검출 수단으로서 기능한다. 또한, 상기 제1 인덱싱 이송 수단(38)의 구동원으로서 펄스 모터(382)를 사용한 경우에는, 펄스 모터(382)에 구동 신호를 출력하는 후술하는 제어 수단(8)의 구동 펄스를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량을 검출할 수도 있다. 또한, 상기 제1 인덱싱 이송 수단(38)의 구동원으로서 서보 모터를 사용한 경우에는, 서보 모터의 회전수를 검출하는 로터리 인코더가 출력하는 펄스 신호를 후술하는 제어 수단(8)에 보내고, 제어 수단(8)이 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량을 검출할 수도 있다.
상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 정지 베이스(2)상에 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)을 따라 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(41, 41)과, 상기 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, 상기 이동 지지부(421)에 부착된 장착부(422)로 이루어져 있다. 장착부(422)는, 일측면에 화살표 Z로 나타내는 방향(Z축 방향)으로 연장되는 한 쌍의 안내 레일(423, 423)이 평행하게 설치되어 있다. 도시하는 실시형태에 있어서 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 가동 지지 베이스(42)를 한 쌍의 안내 레일(41, 41)을 따라 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동시키기 위한 제2 인덱싱 이송 수단(43)(Y축 이동 수단)을 구비하고 있다. 제2 인덱싱 이송 수단(43)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(41, 41) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(431)와, 상기 수나사 로드(431)를 회전 구동하기 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 자유롭게 지지되어 있으며, 그 타단이 상기 펄스 모터(432)의 출력축 에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(431)는, 가동 지지 베이스(42)를 구성하는 이동 지지부(421)의 중앙부 하면에 돌출하여 설치된 도시하지 않은 암나사 블록에 형성된 관통형 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 이 때문에, 펄스 모터(432)에 의해 수나사 로드(431)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41)을 따라 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동하게 된다.
상기 가공용 레이저 광선 조사 유닛(5)과 계측용 광선 조사 유닛(6)이 장착된 공통의 유닛 홀더(44)는, 상기 가동 지지 베이스(42)의 장착부(422)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(423, 423)에 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞춰지는 한 쌍의 피안내 홈(441, 441)이 형성되어 있으며, 이 피안내 홈(441, 441)을 상기 안내 레일(423, 423)에 끼워 맞춤으로써, 화살표 Z로 나타내는 방향(Z축 방향)으로 이동 가능하게 지지된다.
도시하는 실시형태에 있어서 레이저 가공기는, 유닛 홀더(44)를 한 쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라 화살표 Z로 나타내는 방향(Z축 방향) 즉 척 테이블(36)의 유지면에 대하여 수직인 방향으로 이동시키기 위한 집광점 위치 조정 수단(45)을 구비하고 있다. 집광점 위치 조정 수단(45)은, 한 쌍의 안내 레일(423, 423) 사이에 배치된 수나사 로드(도시하지 않음)와, 상기 수나사 로드를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(452) 등의 구동원을 포함하고 있으며, 펄스 모터(452)에 의해 도시하지 않은 수나사 로드를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 가공용 레이저 광선 조사 유닛(5)과 계측용 광선 조사 유닛(6)이 장착된 유닛 홀더(44)를 안내 레일(423, 423)을 따라 화살표 Z로 나타내는 방향(Z축 방향)으로 이동시킨다. 또한, 도시하는 실시형태에 있어서는 펄스 모터(452)를 정회전 구동함으로써 가공용 레이저 광선 조사 유닛(5)과 계측용 광선 조사 유닛(6)을 상방으로 이동하고, 펄스 모터(452)를 역회전 구동함으로써 가공용 레이저 광선 조사 유닛(5)과 계측용 광선 조사 유닛(6)을 하방으로 이동하도록 되어 있다.
도시하는 실시형태에 있어서 가공용 레이저 광선 조사 유닛(5)은, 상기 유닛 홀더(44)에 고정되어 실질상 수평으로 연장되는 원통 형상의 케이싱(51)을 포함하고 있다. 또한, 가공용 레이저 광선 조사 유닛(5)은, 도 2에 도시하는 바와 같이 케이싱(51) 내에 배치된 펄스 레이저 광선 발진 수단(52) 및 출력 조정 수단(53)과, 상기 케이싱(51)의 선단에 장착된 집광기(54)를 구비하고 있다. 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(52)은, YAG 레이저 발진기 혹은 YVO4 레이저 발진기로 이루어지는 펄스 레이저 광선 발진기(521)와, 이것에 부설된 반복 주파수 설정 수단(522)으로 구성되어 있다.
상기 가공용 레이저 광선 조사 유닛(5)을 구성하는 케이싱(51)의 전단부에는 촬상 수단(7)이 배치되어 있다. 이 촬상 수단(7)은, 가시광선에 의해 촬상하는 통상의 촬상 소자(CCD) 외에, 피가공물에 적외선을 조사하는 적외선 조명 수단과, 상기 적외선 조명 수단에 의해 조사된 적외선을 포착하는 광학계와, 상기 광학계에 의해 포착된 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD) 등으로 구성되어 있으며, 촬상한 화상 신호를 후술하는 제어 수단(8)에 보낸다.
다음으로, 척 테이블(36)에 유지된 피가공물의 높이를 계측하는 계측 장치를 구성하는 계측용 광선 조사 유닛(6)에 대하여, 도 1 및 도 3을 참조해서 설명한다.
도시하는 실시형태에 있어서 계측용 광선 조사 유닛(6)은, 상기 유닛 홀더(44)에 고정되어 실질상 수평으로 연장되는 원통 형상의 케이싱(60)을 포함하고 있다. 또한, 계측용 광선 조사 유닛(6)은, 도 3에 도시하는 바와 같이 케이싱(60) 내에 배치된 백색광을 발광하는 백색 광원(61)과, 상기 백색 광원(61)이 발광한 각종의 파장을 포함하는 백색광을 파장에 따라 회절광으로 분광하고 소정 각도에 걸쳐 요동시키는 음향 광학 편향 수단(62)과, 상기 음향 광학 편향 수단(62)에 의해 분광된 회절광의 수차를 보정하는 수차 보정 렌즈(63)와, 상기 수차 보정 렌즈(63)를 통과한 회절광 중 일부 파장의 빛을 통과시키는 제1 핀 홀 마스크(64)와, 상기 제1 핀 홀 마스크(64)를 통과한 빛을 집광하여 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 색수차 렌즈(65)와, 제1 핀 홀 마스크(64)와 색수차 렌즈(65) 사이에 배치되어 피가공물(W)에 조사된 빛의 반사광을 편향시키는 빔 스플리터(66)와, 상기 빔 스플리터(66)에 의해 편향된 반사광을 통과시키는 제2 핀 홀 마스크(67)와, 상기 제2 핀 홀 마스크(67)를 통과한 반사광을 수광하는 수광 소자(68)를 구비하고 있다.
백색 광원(61)은, 백색등이나 발광 다이오드(LED) 등을 사용할 수 있다. 상기 음향 광학 편향 수단(62)은, 음향 광학 소자(621)와, 상기 음향 광학 소자(621)에 인가하는 RF(radio frequency) 신호를 생성하는 RF 발진기(622)와, 상기 RF 발진기(622)에 의해 생성된 RF 신호의 파워를 증폭하여 음향 광학 소자(621)에 인가하는 RF 증폭기(623)와, RF 발진기(622)에 의해 생성되는 RF 신호의 주파수를 조정 하는 편향 각도 조정 수단(624)을 구비하고 있다. 상기 음향 광학 소자(621)는 백색 광원(61)이 발광한 백색광을 회절광으로 분광하고 인가되는 RF 신호의 주파수에 대응하여 회절광을 편향시키는 각도를 조정할 수 있다. 또한, 상기 편향 각도 조정 수단(624)은, 후술하는 제어 수단(8)에 의해 제어된다.
상기 수차 보정 렌즈(63)는, 색지움 렌즈(achromatic lens)로 이루어지며, 음향 광학 소자(621)에 의해 분광된 회절광의 수차를 보정한다. 상기 제1 핀 홀 마스크(64)는, 직경이 25 ㎛ 정도인 핀 홀(641)을 구비하고 있으며, 수차 보정 렌즈(63)를 통과한 회절광의 일부 파장의 빛을 통과시킨다. 상기 색수차 렌즈(65)는, 그라디움 렌즈(gradium lens) 등의 색수차를 갖는 렌즈로 이루어지며, 빛의 파장에 따라 굴절률이 다르다. 따라서, 색수차 렌즈(65)에 입광한 백색광은, 파장에 따라 초점 거리(집광 위치)가 다르다. 상기 빔 스플리터(66)는, 상기 제1 핀 홀 마스크(64)의 핀 홀(641)을 통과한 빛을 실선으로 나타내는 바와 같이 색수차 렌즈(65)를 향해서 투과시키고, 피가공물(W)에서 반사한 반사광을 파선으로 나타내는 바와 같이 90도의 각도로 반사하여 편향시킨다.
상기 제2 핀 홀 마스크(67)는, 빔 스플리터(66)에 의해 편향된 반사광을 통과시키는 핀 홀(671)을 구비하고 있다. 이 핀 홀(671)은 직경이 100 ㎛ 정도로 충분하다. 또한, 제2 핀 홀 마스크(67)의 설치 위치로서는, 상기 반사광은 확산되기 때문에 제1 핀 홀 마스크(64)와 빔 스플리터(66)의 간격과, 빔 스플리터(66)와 제2 핀 홀 마스크(67)의 간격이 동일 간격이 되는 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 상기 수광 소자(68)는 포토 센서로 이루어지며, 상기 제2 핀 홀 마스크(67)를 통과 한 반사광을 수광하여, 수광한 반사광의 광 강도에 대응한 수광 신호를 후술하는 제어 수단(8)에 보낸다.
상기 제1 핀 홀 마스크(64)와 빔 스플리터(66)의 간격과, 빔 스플리터(66)와 제2 핀 홀 마스크(67)의 간격이 다른 경우의 다른 실시형태에 대하여, 도 4를 참조해서 설명한다.
즉, 도 4에 도시하는 실시형태에 있어서는, 제2 핀 홀 마스크(67)의 반사광 이동 방향으로 상류측에 제1 집광 렌즈(69a)를 배치하고, 제2 핀 홀 마스크(67)의 반사광 이동 방향으로 하류측에 제2 집광 렌즈(69b)를 배치한다. 그리고, 제1 집광 렌즈(69a)의 집광점 위치를 제2 핀 홀 마스크(67)의 핀 홀(671)에 맞추고, 제2 집광 렌즈(69b)의 집광점 위치를 수광 소자(68)의 수광면에 맞춘다. 이렇게 구성함으로써, 빔 스플리터(66)에 의해 편향된 반사광이 확산하더라도 제1 집광 렌즈(69a)에 의해 반사광을 집광하여 제2 핀 홀 마스크(67)의 핀 홀(671)을 통과시킬 수 있으며, 그리고 제2 집광 렌즈(69b)에 의해 재차 집광할 수 있다. 또한, 수광 소자(68)의 수광면에 제2 핀 홀 마스크(67)가 장착되어 있는 경우에는, 제2 집광 렌즈(69b)는 불필요하게 된다.
상술한 계측용 광선 조사 유닛(6)의 작용에 대하여 도 3에 도시하는 실시형태를 참조해서 설명한다.
상기 백색 광원(61)이 발광한 백색광(L)은, 음향 광학 편향 수단(62)의 음향 광학 소자(621)를 통과할 때에 도 3에 있어서 실선으로 나타내는 바와 같이 예컨대 300 ㎚의 파장 내지 3000 ㎚의 파장의 회절광으로 분광하게 된다. 그리고, 분광된 300 ㎚의 파장 내지 3000 ㎚의 파장의 회절광의 다발(A)이, 편향 각도 조정 수단(624)에 인가되는 전압에 대응하여 소정 각도에 걸쳐 요동하게 된다. 또한, 편향 각도 조정 수단(624)에 인가되는 전압은, 예컨대, 1초 동안에 10000 내지 50000 주기로 1V 내지 10V의 범위로 변화시킨다. 따라서, 음향 광학 소자(621)를 통과하는 백색광(L)은, 10000분의 1초 내지 50000분의 1초마다 광축이 편향되어, 회절광의 다발(A)이 제1 핀 홀 마스크(64)의 핀 홀(641)상을 요동한다. 이렇게 해서 요동되는 회절광의 다발(A)은, 수차 보정 렌즈(63)를 통과함으로써 수차가 보정되며, 수차 보정 렌즈(63)의 중심부를 통과한 일부가 제1 핀 홀 마스크(64)의 핀 홀(641)을 통과한다. 따라서, 제1 핀 홀 마스크(64)의 핀 홀(641)을 통과하는 회절광은, 음향 광학 소자(621)에 의해 분광된 회절광의 다발(A)이 요동될 때에 수차 보정 렌즈(63)의 중심을 통과하는 소정 범위의 파장의 빛이 된다. 이렇게 해서 제1 핀 홀 마스크(64)의 핀 홀(641)을 통과한 소정 파장의 빛은, 빔 스플리터(66)를 투과하여 색수차 렌즈(65)에 입광하고, 색수차 렌즈(65)에 의해 집광되어 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사된다.
이때 색수차 렌즈(65)에 의해 집광되는 백색광(L)은, 파장에 따라 굴절률이 다르기 때문에, 파장에 따라 초점 거리가 다르다. 따라서, 피가공물(W)에 조사된 백색광(L)은 피가공물(W)의 상면에서 반사하는데, 이 중 피가공물(W)의 상면에 집광점이 합치한 파장의 빛이 가장 작은 직경으로 반사한다. 피가공물(W)의 상면에서 반사한 집광점이 합치한 파장의 반사광은, 파선으로 나타내는 바와 같이 빔 스플리터(66)에 의해 편향되어 제2 핀 홀 마스크(67)의 핀 홀(671)을 통과해서 수광 소 자(68)에 이른다. 따라서, 피가공물(W)의 상면에 집광점이 합치한 파장의 빛의 반사광을 수광한 수광 소자(68)는, 광 강도가 높은 수광 신호를 출력한다. 또한, 상기 색수차 렌즈(65)에 의해 집광되는 회절광 중 피가공물(W)을 투과하여 피가공물(W)의 하면에 집광점이 합치한 파장의 빛도 가장 작은 직경으로 반사한다. 따라서, 이 반사광도 상술한 것처럼 파선으로 나타내는 바와 같이 빔 스플리터(66)에 의해 편향되어 제2 핀 홀 마스크(67)의 핀 홀(671)을 통과해서 수광 소자(68)에 이른다. 이 결과, 백색 광원(61)이 발광한 백색광(L)을 음향 광학 소자(621)에 의해 분광시킨 회절광의 다발(A)이 요동하는 동안에, 수광 소자(68)는 도 5에 도시하는 바와 같은 수광 신호를 출력한다. 도 5는, 가로축이 백색광(L)의 파장(㎚)을 나타내고, 세로축이 수광 신호의 광 강도(전압: ㎷)를 나타내고 있다. 도 5에 도시하는 바와 같이 수광 소자(68)는, 2개의 피크값(P1, P2)을 출력한다. 제1 피크값(P1)은 색수차 렌즈(65)에 의해 집광되는 회절광 중 피가공물(W)의 상면에 집광점이 합치한 파장이고, 제2 피크값(P2)은 피가공물(W)을 투과한 회절광 중 피가공물(W)의 하면에 집광점이 합치한 파장이다. 또한, 제1 피크값(P1)은 제2 피크값(P2)보다도 높은 값을 나타낸다.
또한, 피가공물(W)의 상면에 집광점이 합치하지 않는 파장의 반사광은 직경이 크기 때문에, 제2 핀 홀 마스크(67)에 의해 차단되어 핀 홀(671)을 통과하는 양은 얼마 되지 않는다. 따라서, 피가공물(W)의 상면에 집광점이 합치하지 않는 파장의 반사광을 수광한 수광 소자(68)는, 광 강도가 낮은 수광 신호를 출력한다. 후술하는 제어 수단(8)은, 입력한 수광 신호에 기초하여 상기 색수차 렌즈(65)의 파장 에 대한 초점 거리를 구함으로써, 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)의 상면의 높이 위치를 구한다.
후술하는 제어 수단(8)은, 도 6에 도시하는 바와 같이 음향 광학 편향 수단(62)의 편향 각도 조정 수단(624)에 인가되는 전압과 제1 핀 홀 마스크(64)의 핀 홀(641)을 통과하는 파장과의 관계를 설정한 제1 제어 맵과, 도 7에 도시하는 바와 같이 색수차 렌즈(65)에 의해 집광되는 빛의 파장과 초점 거리(H)와의 관계를 설정한 제2 제어 맵을 구비하고 있으며, 이들 제어 맵이 후술하는 메모리에 저장되어 있다. 또한, 상기 제1 제어 맵 및 제2 제어 맵은, 각각 실험에 기초하여 작성된다.
도 1로 되돌아가서 설명을 계속하면, 도시하는 실시형태에 있어서 레이저 가공 장치는, 제어 수단(8)을 구비하고 있다. 제어 수단(8)은 컴퓨터에 의해 구성되어 있으며, 제어 프로그램에 따라 연산 처리하는 중앙 처리 장치(CPU)(81)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 리드 온니 메모리(ROM)(82)와, 연산 결과 등을 저장하는 기록 및 판독 가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)와, 카운터(84)와, 입력 인터페이스(85) 및 출력 인터페이스(86)를 구비하고 있다. 제어 수단(8)의 입력 인터페이스(85)에는, 상기 가공 이송량 검출 수단(374), 인덱싱 이송량 검출 수단(384) 및 촬상 수단(7) 등으로부터의 검출 신호가 입력된다. 그리고, 제어 수단(8)의 출력 인터페이스(86)로부터는, 상기 펄스 모터(372), 펄스 모터(382), 펄스 모터(432), 펄스 모터(452), 가공용 펄스 레이저 조사 수단(5), 계측용 광선 조사 유닛(6) 등에 제어 신호를 출력한다. 또한, 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)는, 상술한 도 6에 도시하는 제1 제어 맵을 저장하는 제1 기억 영역(83a), 상술한 도 7에 도시하 는 제2 제어 맵을 저장하는 제2 기억 영역(83b), 후술하는 피가공물의 설계값의 데이터를 기억하는 제3 기억 영역(83c), 후술하는 반도체 웨이퍼(10)의 높이 위치를 기억하는 제4 기억 영역(83d)이나 다른 기억 영역을 구비하고 있다.
도시하는 실시형태에 있어서 레이저 가공기는 이상과 같이 구성되어 있으며, 이하 그 작용에 대하여 설명한다.
도 8에는 레이저 가공되는 피가공물로서 반도체 웨이퍼(10)의 사시도가 도시되어 있다. 도 8에 도시하는 웨이퍼(10)는, 실리콘 웨이퍼로 이루어져 있으며, 그 표면(10a)에 격자 형상으로 배열된 복수의 스트리트(101)에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스(102)가 형성되어 있다.
상술한 레이저 가공기를 사용하여, 상기 반도체 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인(101)을 따라 레이저 광선을 조사해서, 반도체 웨이퍼(10)의 내부에 스트리트(101)를 따라 변질층을 형성하는 레이저 가공의 실시형태에 대하여 설명한다. 또한, 반도체 웨이퍼(10)의 내부에 변질층을 형성할 때에, 반도체 웨이퍼의 두께에 변동이 있으면, 상술한 바와 같이 굴절률의 관계로 소정의 깊이로 균일하게 변질층을 형성할 수 없다. 그래서, 레이저 가공을 실시하기 전에, 상술한 계측 장치에 의해 척 테이블(36)에 유지된 반도체 웨이퍼(10)의 높이 위치를 계측한다. 즉, 우선 상술한 도 1에 도시하는 레이저 가공기의 척 테이블(36)상에 반도체 웨이퍼(10)의 이면(10b)을 위로 해서 적재하고, 상기 척 테이블(36)상에 반도체 웨이퍼(10)를 흡인 유지한다. 반도체 웨이퍼(10)를 흡인 유지한 척 테이블(36)은, 가공 이송 수단(37)(X축 이동 수단)에 의해 촬상 수단(7)의 바로 아래에 위치하게 된다.
척 테이블(36)이 촬상 수단(7)의 바로 아래에 위치하게 되면, 촬상 수단(7) 및 제어 수단(8)에 의해 반도체 웨이퍼(10)의 레이저 가공해야 할 가공 영역을 검출하는 얼라인먼트 작업을 실행한다. 즉, 촬상 수단(7) 및 제어 수단(8)은, 반도체 웨이퍼(10)의 소정 방향으로 형성되어 있는 스트리트(101)와, 상기 스트리트(101)를 따라 반도체 웨이퍼(10)의 높이를 검출하는 계측용 광선 조사 유닛(6)의 색수차 렌즈(65)의 위치 맞춤을 행하기 위한 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하고, 높이 검출 위치의 얼라인먼트를 수행한다. 또한, 반도체 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 소정 방향과 직교하는 방향으로 형성되어 있는 스트리트(101)에 대해서도, 마찬가지로 높이 검출 위치의 얼라인먼트가 수행된다. 이때, 반도체 웨이퍼(10)의 스트리트(101)가 형성되어 있는 표면(10a)은 하측에 위치하고 있으나, 촬상 수단(7)이 상술한 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, 반도체 웨이퍼(10)의 이면(10b)으로부터 투과하여 스트리트(101)를 촬상할 수 있다.
상술한 바와 같이 얼라인먼트가 행해지면, 척 테이블(36)상의 반도체 웨이퍼(10)는, 도 9의 (a)에 도시하는 좌표 위치에 위치하게 된 상태가 된다. 또한, 도 9의 (b)는 척 테이블(36), 즉 반도체 웨이퍼(10)를 도 9의 (a)에 도시하는 상태로부터 90도 회전한 상태를 나타내고 있다.
또한, 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)에 도시하는 좌표 위치에 위치하게 된 상태에서 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 각 스트리트(101)의 이송 개시 위치 좌표값(A1, A2, A3…An)과 이송 종료 위치 좌표값(B1, B2, B3…Bn) 및 이송 개시 위치 좌표값(C1, C2, C3…Cn)과 이송 종료 위치 좌표값(D1, D2, D3…Dn)은, 그 설계값의 데이터가 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)의 제3 기억 영역(83c)에 저장되어 있다.
상술한 바와 같이 척 테이블(36)상에 유지되어 있는 반도체 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 스트리트(101)를 검출하여, 높이 검출 위치의 얼라인먼트가 행해졌다면, 척 테이블(36)을 이동하여 도 9의 (a)에 있어서 최상위의 스트리트(101)를 계측용 광선 조사 유닛(6)의 색수차 렌즈(65)의 바로 아래에 위치하게 한다. 그리고, 또한 도 10에서 도시하는 바와 같이 스트리트(101)의 일단(도 10에서 좌단)인 이송 개시 위치 좌표값(A1)(도 9의 (a) 참조)을 색수차 렌즈(65)의 바로 아래에 위치하게 한다. 그리고, 계측용 광선 조사 유닛(6)을 작동하고, 척 테이블(36)을 도 10에 서 화살표 X1로 나타내는 방향으로 이동하여, 이송 종료 위치 좌표값(B1)까지 이동한다(높이 위치 검출 공정). 이 동안에 계측용 광선 조사 유닛(6)의 수광 소자(68)는, 상기 도 5에 도시하는 수광 신호를 연속하여 제어 수단(8)에 송신하고 있다. 그리고, 제어 수단(8)은, 예컨대 1 ㎛마다 도 5에 도시하는 수광 신호 중 가장 광 강도가 높은 피크값을 검출했을 때의 제1 핀 홀 마스크(64)의 핀 홀(641)을 통과한 파장을 구한다. 이 제1 핀 홀 마스크(64)의 핀 홀(641)을 통과하는 파장은, 도 6에 도시하는 제1 제어 맵에 기초하여 수광 소자(68)가 수광한 반사광 중 가장 높은 광 강도인 상기 도 5에 도시하는 제1 피크값(P1)에 대응하는 전압(예컨대 250 ㎷)일 때에 음향 광학 편향 수단(62)의 편향 각도 조정 수단(624)에 인가한 전압으로부터 구할 수 있다. 즉, 편향 각도 조정 수단(624)에 인가하는 전압을 예컨대 1초 동안 에 10000 주기로 1V 내지 10V 변화시키면, 회절광의 다발(A)이 제1 핀 홀 마스크(64)의 핀 홀(641)을 1초 동안에 10000회 통과하고, 피크값(P1 또는 P2)을 검출했을 때에 편향 각도 조정 수단(624)에 인가한 전압에 기초하여 도 6에 도시하는 제1 제어 맵으로부터 빛의 파장을 구한다.
이 결과, 도 11에 도시하는 바와 같이 반도체 웨이퍼(10)의 도 9의 (a)에서 최상위의 스트리트(101)에서 개시 위치 좌표값(A1)으로부터 이송 종료 위치 좌표값(B1)까지의 광 강도가 피크값을 나타낸 파장이 구해진다. 이렇게 해서 구해진 스트리트(101)에서의 개시 위치 좌표값(A1)으로부터 이송 종료 위치 좌표값(B1)까지의 파장의 값은, 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)의 제4 기억 영역(83d)에 저장된다. 다음으로, 제어 수단(8)은, 도 7에 도시하는 제2 제어 맵을 사용하여, 상기 도 11에 도시하는 스트리트(101)에서의 개시 위치 좌표값(A1)으로부터 이송 종료 위치 좌표값(B1)까지의 파장의 값에 대한 초점 거리(H)를 구함으로써, 도 12에 도시하는 바와 같이 스트리트(101)에서의 개시 위치 좌표값(A1)으로부터 이송 종료 위치 좌표값(B1)까지의 높이 위치(색수차 렌즈(65)의 파장에 대한 초점 거리)가 계측된다. 이 계측된 높이 위치는, 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)의 제4 기억 영역(83d)에 저장된다. 이렇게 해서, 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 모든 스트리트(101)를 따라 높이 위치 검출 공정을 실시하고, 각 스트리트(101)에서의 높이 위치를 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)의 제4 기억 영역(83d)에 저장한다.
이상과 같이 해서 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 모든 스트리트(101)를 따라 높이 위치 검출 공정을 실시했다면, 반도체 웨이퍼(10)의 내부에 스트리트(101)를 따라 변질층을 형성하는 레이저 가공을 실시한다.
레이저 가공을 실시하기 위해서는, 우선 척 테이블(36)을 이동하여 도 9의 (a)에서 최상위의 스트리트(101)를 가공용 레이저 광선 조사 유닛(5)의 집광기(54)의 바로 아래에 위치하게 한다. 그리고, 또한 도 13의 (a)에서 도시하는 바와 같이 스트리트(101)의 일단(도 13의 (a)에서 좌단)인 이송 개시 위치 좌표값(A1)(도 9의 (a) 참조)을 집광기(54)의 바로 아래에 위치하게 한다. 그리고, 집광기(54)로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점(P)을 반도체 웨이퍼(10)의 이면(10b)(상면)으로부터 소정의 깊이 위치에 맞춘다. 다음으로, 가공용 레이저 광선 조사 유닛(5)을 작동하여, 집광기(54)로부터 펄스 레이저 광선을 조사하면서 척 테이블(36)을 화살표 X1로 나타내는 방향으로 소정의 가공 이송 속도로 이동시킨다(가공 공정). 그리고, 도 13의 (b)에서 도시하는 바와 같이 집광기(54)의 조사 위치가 스트리트(101)의 타단(도 13의 (b)에서 우단)에 이르면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하고, 척 테이블(36)의 이동을 정지한다. 이 가공 공정에서는, 제어 수단(8)은 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)의 제4 기억 영역(83d)에 저장되어 있는 반도체 웨이퍼(10)의 스트리트(101)에서의 높이 위치에 기초하여, 집광점 위치 조정 수단(45)의 펄스 모터(452)를 제어해서, 도 13의 (b)에서 도시하는 바와 같이 집광기(54)를 반도체 웨이퍼(10)의 스트리트(101)에서의 높이 위치에 대응하여 상하 방향으로 이동시킨다. 이 결과, 반도체 웨이퍼(10)의 내부에는, 도 13의 (b)에서 도시하는 바와 같이 이면(10b)(상면)으로부터 소정의 깊이 위치에 이면(10b)(상면)과 평행하게 변질층(110)이 형성된다.
또한, 상기 가공 공정에 있어서 가공 조건은, 예컨대 다음과 같이 설정되어 있다.
레이저: YVO4 펄스 레이저
파장: 1064 ㎚
반복 주파수: 100 ㎑
펄스 출력: 2.5 μJ
집광 스폿 직경: φ 1 ㎛
가공 이송 속도: 100 ㎜/초
또한, 반도체 웨이퍼(10)의 두께가 두꺼운 경우에는, 도 14에 도시하는 바와 같이 집광점(P)을 단계적으로 변경시켜서 상술한 레이저 광선 조사 공정을 복수 회 실행함으로써, 복수의 변질층(110a, 110b, 110c)을 형성하는 것이 바람직하다. 이 변질층(110a, 110b, 110c)의 형성은, 110a, 110b, 110c의 순서로 레이저 광선의 집광점을 단계적으로 변위해서 행하는 것이 바람직하다.
이상과 같이 해서, 반도체 웨이퍼(10)의 소정 방향으로 연장되는 모든 스트리트(101)를 따라 상기 가공 공정을 실행했다면, 척 테이블(36)을 90도 회전 운동시켜서, 상기 소정 방향에 대하여 직각으로 연장되는 각 스트리트(101)를 따라 상기 가공 공정을 실행한다. 이렇게 해서, 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 모든 스트리트(101)를 따라 상기 가공 공정을 실행했다면, 반도체 웨이퍼(10)를 유지하고 있는 척 테이블(36)은, 최초에 반도체 웨이퍼(10)를 흡인 유지한 위치로 복귀되고, 여기에서 반도체 웨이퍼(10)의 흡인 유지를 해제한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(10)는, 도시하지 않은 반송 수단에 의해 분할 공정으로 반송된다.
다음으로, 상술한 계측 장치에 의해 피가공물의 두께를 계측하는 예에 대하여 도 3에 도시하는 실시형태를 참조해서 설명한다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)의 계측 위치를 색수차 렌즈(65)의 바로 아래에 위치하게 한 상태에서, 상기 계측용 광선 조사 유닛(6)을 작동한다. 즉, 제어 수단(8)은, 백색 광원(61)을 점등하며, 음향 광학 편향 수단(62)의 편향 각도 조정 수단(624)에 인가하는 전압을 변화시켜서 음향 광학 소자(621)를 통과한 회절광의 다발(A)을 요동시킨다. 이 결과, 수차 보정 렌즈(63)를 통과한 회절광의 다발(A)의 일부만이 제1 핀 홀 마스크(64)의 핀 홀(641)을 통과하고, 빔 스플리터(66)를 투과하여 색수차 렌즈(65)에 입광하며, 색수차 렌즈(65)에 의해 집광되어 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사된다. 이때 상술한 바와 같이 색수차 렌즈(65)에 의해 집광되는 회절광 중 피가공물(W)의 상면에 집광점이 합치한 파장의 빛이 상술한 바와 같이 반사하고, 피가공물(W)을 투과한 회절광 중 피가공물(W)의 하면에 집광점이 합치한 파장의 빛이 파선으로 나타내는 바와 같이 반사한다. 이 반사광이 상술한 바와 같이 빔 스플리터(66), 제2 핀 홀 마스크(67)의 핀 홀(671)을 통과하여 수광 소자(68)에 이른다. 이렇게 해서 반사광을 수광한 수광 소자(68)는, 상기 도 5에 도시하는 바와 같이 수광 신호를 출력한다. 도 5에 도시하는 수광 신호에 있어서, 제1 피크값(P1)은 색수차 렌즈(65)에 의해 집광되는 회절광 중 피가공물(W)의 상면에 집광점이 합치한 파장이고, 제2 피크값(P2)은 피가공물(W)을 투과한 회절광 중 피가공물(W)의 하면에 집광점이 합치한 파장이다. 또한, 제1 피크값(P1)과 제2 피크값(P2)의 파장은, 제어 수단(8)이 수광 소자(68)로부터 제1 피크값(P1)과 제2 피크값(P2)이 출력되었을 때에 도 6에 도시하는 제1 제어 맵에 기초하여 음향 광학 편향 수단(62)의 편향 각도 조정 수단(624)에 인가한 전압으로부터 구할 수 있다.
다음으로, 제어 수단(8)은, 제1 피크값(P1)의 파장과 제2 피크값(P2)의 파장을 상기 도 7에 도시하는 제2 제어 맵에 대조하여, 각각의 파장에 대응하는 초점 거리(H1와 H2)를 구한다. 그리고, 제2 피크값(P2)의 파장의 초점 거리(H2)로부터 제1 피크값(P1)의 파장의 초점 거리(H1)를 감산(H2-H1)함으로써, 피가공물(W)의 두께를 구한다. 도 5에 도시하는 실시형태에 있어서 제1 피크값(P1)의 파장은 1000 ㎚이고, 제2 피크값(P2)의 파장은 1600 ㎚이다. 따라서, 도 7에 도시하는 제2 제어 맵에 제1 피크값(P1)의 파장(1000 ㎚)을 대조하면 초점 거리(H1)는 28400 ㎛이고, 제2 피크값(P2)의 파장(1600 ㎚)을 대조하면 초점 거리(H2)는 28700 ㎛이다. 그리고, 제어 수단(8)은, 피가공물(W)의 두께(t)를 연산한다(t=H2-H1=28700 ㎛-28400 ㎛=300 ㎛). 이 결과, 제어 수단(8)은, 피가공물(W)의 두께(t)를 300 ㎛라고 판정한다.
이와 같이 피가공물의 두께를 계측함으로써, 예컨대 펄스 레이저 광선을 사용하여 반도체 웨이퍼에 본딩 패드에 이르는 구멍(비아홀)을 형성하는 경우, 피가공물의 두께에 대응한 펄스 수를 설정할 수 있기 때문에, 본딩 패드에 이르는 구멍(비아홀)을 정확히 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공기의 사시도.
도 2는 도 1에 도시하는 레이저 가공기에 장착되는 가공용 레이저 광선 조사 유닛의 블록 구성도.
도 3은 도 1에 도시하는 레이저 가공기에 장착되는 계측용 광선 조사 유닛의 블록 구성도.
도 4는 도 1에 도시하는 레이저 가공기에 장착되는 계측용 광선 조사 유닛의 다른 실시형태의 주요부를 도시하는 블록 구성도.
도 5는 도 1에 도시하는 레이저 가공기에 장착되는 계측용 광선 조사 유닛에 배치되는 수광 소자의 수광 신호를 도시하는 설명도.
도 6은 도 1에 도시하는 레이저 가공기에 장착되는 제어 수단의 메모리에 저장되는 음향 광학 편향 수단의 편향 각도 조정 수단에 인가되는 전압과 제1 핀 홀 마스크의 핀 홀을 통과하는 파장과의 관계를 설정한 제1 제어 맵.
도 7은 도 1에 도시하는 레이저 가공기에 장착되는 제어 수단의 메모리에 저장되는 색수차 렌즈에 의해 집광되는 빛의 파장과 초점 거리와의 관계를 설정한 제2 제어 맵.
도 8은 도 1에 도시하는 레이저 가공기에 의해 가공되는 피가공물로서의 반도체 웨이퍼의 사시도.
도 9는 도 8에 도시하는 반도체 웨이퍼가 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치의 척 테이블의 소정 위치에 유지된 상태에서의 좌표 위치와의 관계를 도시하는 설 명도.
도 10은 도 1에 도시하는 레이저 가공기에 장비된 척 테이블에 유지된 피가공물의 계측 장치에 의해 실시되는 높이 위치 검출 공정의 설명도.
도 11은 도 10에 도시하는 높이 위치 검출 공정에 의해 검출된 반도체 웨이퍼의 스트리트에서의 개시 위치 좌표값(A1)으로부터 이송 종료 위치 좌표값(B1)까지의 광 강도의 피크값을 도시하는 설명도.
도 12는 도 11에 도시하는 스트리트에서의 개시 위치 좌표값(A1)으로부터 이송 종료 위치 좌표값(B1)까지의 파장의 값에 대한 색수차 렌즈의 초점 거리와의 관계를 도시하는 설명도.
도 13은 도 1에 도시하는 레이저 가공기에 의해 도 5에 도시하는 반도체 웨이퍼에 변질층을 형성하는 가공 공정의 설명도.
도 14는 피가공물의 두께가 두꺼운 경우의 가공 공정을 도시하는 설명도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2: 정지 베이스 3: 척 테이블 기구
31: 안내 레일 36: 척 테이블
37: 가공 이송 수단 374: 가공 이송량 검출 수단
38: 제1 인덱싱 이송 수단 4: 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구
41: 안내 레일 42: 가동 지지 베이스
43: 제2 인덱싱 이송 수단 433: 인덱싱 이송량 검출 수단
44: 유닛 홀더 5: 가공용 레이저 광선 조사 유닛
51: 유닛 홀더 52: 펄스 레이저 광선 발진 수단
53: 출력 조정 수단 54: 집광기
6: 계측용 광선 조사 유닛 61: 백색 광원
62: 음향 광학 편향 수단 621: 음향 광학 소자
622: RF 발진기 623: RF 증폭기
624: 편향 각도 조정 수단 63: 수차 보정 렌즈
64: 제1 핀 홀 마스크 65: 색수차 렌즈
66: 빔 스플리터 67: 제2 핀 홀 마스크
68: 수광 소자 7: 촬상 수단
8: 제어 수단 10: 반도체 웨이퍼

Claims (5)

  1. 가공기에 장착되어 피가공물을 유지하는 척 테이블에 유지된 피가공물의 높이를 계측하는 계측 장치로서,
    백색광을 발광하는 백색 광원과, 백색광을 회절광으로 분광하여 분광된 회절광의 다발을 전압 인가에 의하여 소정 각도에 걸쳐 요동시키는 음향 광학 편향 수단과,
    상기 음향 광학 편향 수단에 의해 분광된 회절광 중 일부 파장의 빛을 통과시키는 제1 핀 홀 마스크와,
    상기 제1 핀 홀 마스크를 통과한 빛을 집광하여 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 색수차 렌즈와,
    상기 제1 핀 홀 마스크와 상기 색수차 렌즈 사이에 배치되어 피가공물에 조사된 빛의 반사광을 편향시키는 빔 스플리터와,
    상기 빔 스플리터에 의해 편향된 반사광을 통과시키는 제2 핀 홀 마스크와,
    상기 제2 핀 홀 마스크를 통과한 반사광을 수광하여 수광한 반사광의 광 강도에 대응한 수광 신호를 출력하는 수광 소자와,
    상기 음향 광학 편향 수단에 제어 신호를 출력하고 상기 수광 소자로부터의 수광 신호에 기초하여 척 테이블에 유지된 피가공물의 높이 위치를 구하는 제어 수단을 구비하고,
    상기 제어 수단은, 상기 음향 광학 편향 수단에 인가되는 전압과 상기 제1 핀 홀 마스크를 통과하는 파장과의 관계를 설정한 제1 제어 맵과, 상기 색수차 렌즈에 의해 집광된 빛의 파장과 초점 거리와의 관계를 설정한 제2 제어 맵을 저장하는 메모리를 구비하고 있으며, 상기 수광 소자가 검출한 광 강도의 피크값에 대응하는 상기 음향 광학 편향 수단에 인가되는 전압값을 구하고, 상기 전압값을 상기 제1 제어 맵에 대조하여 상기 제1 핀 홀 마스크를 통과하는 파장을 구하며, 상기 제1 핀 홀 마스크를 통과하는 파장을 상기 제2 제어 맵에 대조하여 척 테이블에 유지된 피가공물의 높이 위치를 계측하는 것을 특징으로 하는 척 테이블에 유지된 피가공물의 계측 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 음향 광학 편향 수단과 상기 제1 핀 홀 마스크 사이에 배치되어 상기 음향 광학 편향 수단에 의해 분광된 회절광의 수차를 보정하는 수차 보정 렌즈를 구비하고 있는 것인 척 테이블에 유지된 피가공물의 계측 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 핀 홀 마스크의 반사광 이동 방향으로 상류측에 제1 집광 렌즈를 배치하고, 상기 제2 핀 홀 마스크의 반사광 이동 방향으로 하류측에 제2 집광 렌즈를 배치하며, 상기 제1 집광 렌즈의 집광점 위치를 상기 제2 핀 홀 마스크의 핀 홀에 맞추고 있는 것인 척 테이블에 유지된 피가공물의 계측 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 색수차 렌즈와 상기 척 테이블을 X축 방향 으로 상대적으로 이동시키는 X축 이동 수단과, 상기 색수차 렌즈와 상기 척 테이블을 X축 방향과 직교하는 Y축 방향으로 상대적으로 이동시키는 Y축 이동 수단과, 상기 척 테이블의 X축 방향 위치 검출 수단과, 상기 척 테이블의 Y축 방향 위치 검출 수단을 구비하고,
    상기 제어 수단은 상기 X축 방향 위치 검출 수단 및 상기 Y축 방향 위치 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 피가공물의 소정 위치에서의 높이 위치를 구하며, 상기 피가공물의 소정 위치에서의 높이 위치를 저장하는 메모리를 구비하고 있는 것인 척 테이블에 유지된 피가공물의 계측 장치.
  5. 피가공물을 유지하는 유지면을 갖는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 가공용의 레이저 광선을 조사하는 가공용 레이저 광선 조사 수단과, 상기 가공용 레이저 광선 조사 수단을 척 테이블의 상기 유지면에 대하여 수직인 방향으로 이동시키는 집광점 위치 조정 수단을 구비하는 레이저 가공기로서, 제1항에 기재된 계측 장치가 배치되어 있으며, 상기 계측 장치는 상기 척 테이블에 유지된 피가공물의 높이 위치를 계측하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공기.
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