KR20130095670A - 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치 - Google Patents

레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 가공되어야 하는 영역에 2 종류 이상의 부재가 혼재해 있는 경우에도, 각 부재의 좌표 데이터를 작성하지 않고 각 부재에 적합한 가공 조건으로 레이저 가공을 실시할 수 있는 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
복수의 부재가 혼재해 있는 피가공물에 레이저 광선을 조사함으로써 레이저 가공 홈을 형성하는 레이저 가공 방법으로서, 피가공물을 형성하는 복수의 부재를 형성하는 물질에 각각 대응한 가공 조건을 설정해 두고, 피가공물을 형성하는 복수의 부재에 레이저 광선이 조사됨으로써 각각 발생하는 플라즈마의 파장을 검출하며, 검출된 플라즈마의 파장에 대응한 부재에 대응한 가공 조건을 선정하고, 선정된 가공 조건으로 레이저 광선을 조사한다.

Description

레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치{LASER MACHINING METHOD AND LASER MACHINING APPARATUS}
본 발명은 복수의 부재가 혼재해 있는 피가공물에 레이저 광선을 조사함으로써 레이저 가공 홈을 형성하는 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
당업자에게는 주지된 바와 같이, 반도체 디바이스 제조 공정에서는, 대략 원판 형상인 반도체 기판의 표면에 격자형으로 배열된 스트리트라고 불리는 절단 예정 라인에 의해서 복수 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스가 형성되어 있는 반도체 웨이퍼를 스트리트를 따라서 절단함으로써 개개의 반도체 디바이스를 제조하고 있다. 반도체 웨이퍼의 스트리트를 따른 절단은, 통상 절삭 장치에 의해서 행해지고 있다. 이 절삭 장치는 피가공물인 반도체 웨이퍼를 유지하는 척 테이블과, 이 척 테이블에 유지된 반도체 웨이퍼를 절삭하기 위한 절삭 수단과, 척 테이블과 절삭 수단을 상대적으로 이동시키는 이동 수단을 구비한다. 절삭 수단은 고속 회전시켜지는 회전 스핀들과 이 스핀들에 장착된 절삭 블레이드를 포함한다. 절삭 블레이드는 원반형의 베이스와 이 베이스의 측면 외주부에 장착된 환형의 칼날을 포함하며, 칼날은 예컨대 입경 3 ㎛ 정도의 다이아몬드 지립을 전기 주조에 의해서 고정하여 두께 20 ㎛ 정도로 형성되어 있다.
또한, 최근에는, IC, LSI 등의 디바이스 처리 능력을 향상하기 위해서, 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판의 표면에 SiOF, BSG(SiOB) 등의 무기물계의 막이나 폴리이미드계, 파릴렌계 등의 폴리머 막인 유기물계의 막으로 이루어지는 저유전률 절연체 피막(Low-k 막)을 적층시킨 형태의 반도체 웨이퍼가 실용화되어 있다.
또한, 스트리트 상의 Low-k 막에 디바이스의 기능을 테스트하기 위한 테스트 엘리멘트 그룹(Teg)이라 불리는 테스트용 금속 패턴이 부분적으로 배치되어 있는 반도체 웨이퍼가 실용화되어 있다.
전술한 Low-k 막을 적층한 형태의 반도체 웨이퍼를 절삭 블레이드에 의해 스트리트를 따라서 절삭하면, Low-k 막은 운모처럼 다층으로 적층되어 있고 매우 취약하기 때문에, Low-k 막이 박리하고, 이 박리가 디바이스에까지 도달하여 반도체 디바이스에 치명적인 손상을 준다고 하는 문제가 있다. 또한, 스트리트 상에 디바이스의 기능을 테스트하기 위한 테스트 엘리멘트 그룹(Teg)이라 불리는 테스트용 금속 패턴이 부분적으로 배치되어 있는 반도체 웨이퍼를 절삭 블레이드에 의해 스트리트를 따라서 절삭하면, 금속 패턴이 구리 등의 점성이 있는 금속으로 형성되어 있기 때문에 버(burr)가 발생하고 디바이스의 측면에 이지러짐이 생겨 디바이스의 품질을 저하시킨다고 하는 문제가 있다.
전술한 문제를 해소하기 위해서, 반도체 웨이퍼의 스트리트를 따라서 레이저 광선을 조사하여 레이저 가공 홈을 형성함으로써 Low-k 막이나 Teg를 제거하고, 그 제거된 영역에 절삭 블레이드를 위치하게 하여 절삭하는 웨이퍼의 분할 방법이 제안되어 있다. 그런데, 스트리트에 Low-k 막과 Teg가 배치되어 있는 경우는, Low-k 막의 가공 조건과 Teg의 가공 조건이 다르기 때문에, 미리 Teg의 위치를 검출하여 좌표 데이터를 작성하고, 이 좌표 데이터에 기초하여 Teg에 레이저 광선을 조사하여 Teg를 제거하는 Teg 제거 공정과, 상기 Low-k 막의 영역에 레이저 광선을 조사하여 Low-k 막을 제거하는 Low-k 막 제거 공정을 실시한다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 2005-118832호 공보
그리고, 상기 특허문헌 1에 개시된 기술은, 미리 Teg의 위치를 검출하여 좌표 데이터를 작성하지 않으면 안 되어 생산성이 나쁘다고 하는 문제가 있다. 또한, 웨이퍼를 유지하는 유지 수단을 가공 이송할 때에, 유지 수단의 위치와 좌표 데이터를 대조시켜 가공 조건을 제어하기 때문에, 유지 수단의 위치와 좌표 데이터 사이에 어긋남이 생기면 Teg 및 Low-k 막을 적정한 가공 조건으로 가공할 수 없다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기 사실에 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술적 과제는, 레이저 가공되어야 하는 영역에 2 종류 이상의 부재가 혼재해 있는 경우에도, 각 부재의 좌표 데이터를 작성하지 않고 각 부재에 적합한 가공 조건으로 레이저 가공을 할 수 있는 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.
상기 주된 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따르면, 복수의 부재가 혼재해 있는 피가공물에 레이저 광선을 조사함으로써 레이저 가공 홈을 형성하는 레이저 가공 방법으로서, 피가공물을 구성하는 복수의 부재를 형성하는 물질에 각각 대응한 가공 조건을 설정하는 가공 조건 설정 단계와, 피가공물을 구성하는 복수의 부재에 레이저 광선을 조사함으로써 각각 발생하는 플라즈마의 파장을 검출하는 파장 검출 단계와, 파장 검출 단계를 실시한 후, 검출된 플라즈마의 파장에 대응한 부재에 대응한 가공 조건을 선정하는 가공 조건 선정 단계와, 선정된 가공 조건으로 레이저 광선을 피가공물에 조사하여 레이저 가공 홈을 형성하는 레이저 가공 단계를 포함하는 레이저 가공 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 레이저 가공 장치로서, 피가공물을 유지하는 피가공물 유지 수단과, 레이저 광선을 발진시키는 레이저 광선 발진 수단과, 이 레이저 광선 발진 수단에 의해서 발진된 레이저 광선의 출력을 조정하는 출력 조정 수단과, 이 출력 조정 수단에 의해서 출력이 조정된 레이저 광선을 집광하는 집광기를 포함하고, 상기 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 상기 피가공물 유지 수단과 상기 레이저 광선 조사 수단을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단과, 상기 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 레이저 광선이 조사됨으로써 발생하는 플라즈마의 파장을 검출하는 플라즈마 검출 수단과, 이 플라즈마 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 상기 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 상기 플라즈마 검출 수단은, 플라즈마광을 복수의 경로로 분기시키는 분기 수단과, 이 복수의 경로에 각각 배치되며, 복수의 물질의 플라즈마의 특정 파장만을 통과시키도록 각각 설정된 복수의 대역 통과 필터와, 이 복수의 대역 통과 필터를 각각 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 상기 제어 수단에 출력하는 복수의 광검출기를 포함하고, 상기 제어 수단은, 피가공물을 구성하는 복수의 부재를 형성하는 물질에 각각 대응한 가공 조건을 설정한 가공 조건 맵을 저장한 메모리를 구비하고, 상기 복수의 광검출기로부터의 검출 신호에 기초하여 상기 가공 조건 맵에 설정된 가공 조건을 선정하고, 선정된 가공 조건으로 상기 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 것인 레이저 가공 장치가 제공된다.
상기 가공 조건 맵은 복수의 부재를 형성하는 물질에 각각 대응하여 레이저 광선의 출력을 설정하고, 상기 제어 수단은 복수의 광검출기로부터의 검출 신호에 기초하여 가공 조건 맵에 설정된 출력이 되도록 상기 출력 조정 수단을 제어한다.
또한, 상기 레이저 광선 발진 수단은 펄스 레이저 광선을 발진시키는 펄스 레이저 발진기와 상기 펄스 레이저 발진기가 발진시키는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수를 설정하는 반복 주파수 설정 수단을 포함하며, 상기 가공 조건 맵은 복수의 부재를 형성하는 물질에 각각 대응하여 레이저 광선의 반복 주파수를 설정하고, 상기 제어 수단은 복수의 광검출기로부터의 검출 신호에 기초하여 가공 조건 맵에 설정된 반복 주파수가 되도록 반복 주파수 설정 수단을 제어한다.
본 발명에 의한 복수의 부재가 혼재해 있는 피가공물에 레이저 광선을 조사함으로써 레이저 가공 홈을 형성하는 레이저 가공 방법은, 피가공물을 구성하는 복수의 부재를 형성하는 물질에 각각 대응한 가공 조건을 설정해 두고, 피가공물을 구성하는 복수의 부재에 레이저 광선이 조사됨으로써 각각 발생하는 플라즈마의 파장을 검출하고, 검출된 플라즈마의 파장에 대응한 부재에 대응한 가공 조건을 선정하고, 선정된 가공 조건으로 레이저 광선을 조사하는, 조사 수단을 제어하기 때문에, 레이저 가공되어야 하는 영역에 2 종류 이상의 부재가 혼재해 있는 경우에도, 각 부재에 펄스 레이저 광선이 조사되어 각각의 파장의 플라즈마가 발생할 때마다, 제어 수단은 각 부재에 적합한 가공 조건으로 레이저 가공을 실시할 수 있다.
또, 본 발명에 의한 레이저 가공 장치는, 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 레이저 광선이 조사됨으로써 발생하는 플라즈마의 파장을 검출하는 플라즈마 검출 수단과, 플라즈마 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 플라즈마 검출 수단은, 플라즈마광을 복수의 경로로 분기시키는 분기 수단과, 복수의 경로에 각각 배치되며 각각 설정된 복수의 물질의 플라즈마의 특정 파장만을 통과시키는 복수의 대역 통과 필터와, 복수의 대역 통과 필터를 각각 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 상기 제어 수단에 출력하는 복수의 광검출기를 포함하며, 제어 수단은, 피가공물을 구성하는 복수의 부재를 형성하는 물질에 각각 대응한 가공 조건을 설정한 가공 조건 맵을 저장하는 메모리를 구비하고, 복수의 광검출기로부터의 검출 신호에 기초하여 가공 조건 맵에 설정된 가공 조건을 선정하고, 선정된 가공 조건으로 상기 레이저 광선 조사 수단을 제어하기 때문에, 레이저 가공되어야 하는 영역에 2 종류 이상의 부재가 혼재해 있는 경우에도, 각 부재에 펄스 레이저 광선이 조사되어 각각의 파장의 플라즈마가 발생될 때마다, 제어 수단은 각 부재에 적합한 가공 조건으로 레이저 가공을 실시할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라서 구성된 레이저 가공 장치의 사시도.
도 2는 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치에 장비되는 레이저 광선 조사 수단 및 플라즈마 검출 수단의 블록 구성도.
도 3은 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치에 장비되는 제어 수단의 구성 블록도.
도 4는 도 3에 도시하는 제어 수단의 메모리에 저장되는 가공 조건 맵을 도시한 도면.
도 5는 피가공물로서의 반도체 웨이퍼의 평면도.
도 6은 도 5에 도시하는 반도체 웨이퍼의 일부를 확대하여 도시하는 단면도.
도 7은 도 5에 도시하는 반도체 웨이퍼를 환형의 프레임에 장착된 보호 테이프의 표면에 점착한 상태를 도시하는 사시도.
도 8은 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치에 의해서 실시하는 레이저 가공 공정의 설명도.
이하, 본 발명에 의한 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치의 적합한 실시형태에 관해서, 첨부 도면을 참조하여, 더욱 상세하게 설명한다.
도 1에는, 본 발명에 따라서 구성된 레이저 가공 장치의 사시도가 도시되어 있다. 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치(1)는 정지(靜止) 베이스(2)와, 이 정지 베이스(2)에 화살표 X로 표시하는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 배치되어 피가공물을 유지하는 척 테이블 기구(3)와, 정지 베이스(2)에 X축 방향과 직교하는 화살표 Y로 표시하는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 배치된 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)와, 이 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)에 화살표 Z로 표시하는 집광점 위치 조정 방향(Z축 방향)으로 이동 가능하게 배치된 레이저 광선 조사 유닛(5)을 구비한다.
상기 척 테이블 기구(3)는, 정지 베이스(2) 상에 X축 방향을 따라서 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과, 이 안내 레일(31, 31) 상에 X축 방향으로 이동 가능하게 배치된 제1 슬라이딩 블록(32)과, 이 제1 슬라이딩 블록(32) 상에 Y축 방향으로 이동 가능하게 배치된 제2 슬라이딩 블록(33)과, 이 제2 슬라이딩 블록(33) 상에 원통 부재(34)에 의해서 지지된 커버 테이블(35)과, 피가공물 유지 수단으로서의 척 테이블(36)을 구비한다. 이 척 테이블(36)은 다공성 재료로 형성된 흡착 척(361)을 구비하고, 흡착 척(361) 상에 피가공물인, 예컨대 원반형의 반도체 웨이퍼를 도시하지 않는 흡인 수단에 의해서 유지하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 척 테이블(36)은 원통 부재(34) 내에 배치된 도시하지 않는 펄스 모터에 의해서 회전시켜진다. 또, 척 테이블(36)에는, 후술하는 환형의 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 피안내 홈(321, 321)이 형성되어 있고, 그 상면에 Y축 방향을 따라서 평행하게 형성된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)이 형성되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 슬라이딩 블록(32)은, 피안내 홈(321, 321)이 한 쌍의 안내 레일(31, 31)에 감합함으로써, 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라서 X축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시한 실시 형태에 있어서의 척 테이블 기구(3)는, 제1 슬라이딩 블록(32)을 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라서 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 방향 이동 수단[가공 이송 수단(37)]을 구비한다. 이 가공 이송 수단(37)은, 상기 한 쌍의 안내 레일(31, 31) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(371)와, 이 수나사 로드(371)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(372) 등의 구동원을 포함한다. 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 돌출하여 설치된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(372)에 의해서 수나사 로드(371)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 제1 슬라이딩 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라서 X축 방향으로 이동하게 된다.
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 피안내 홈(331, 331)이 형성되어 있고, 이 피안내 홈(331, 331)을 한 쌍의 안내 레일(322, 322)에 감합함으로써, Y축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시한 실시 형태에 있어서의 척 테이블 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 방향 이동 수단[제1 인덱싱 이송 수단(38)]을 구비한다. 이 제1 인덱싱 이송 수단(38)은 상기 한 쌍의 안내 레일(322, 322) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(381)와, 이 수나사 로드(381)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(382) 등의 구동원을 포함한다. 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 돌출하여 설치된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(382)에 의해서 수나사 로드(381)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 제2 슬라이딩 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라서 Y축 방향으로 이동하게 된다.
상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는 정지 베이스(2) 상에 Y축 방향을 따라서 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(41, 41)과, 이 안내 레일(41, 41) 상에 화살표 Y로 표시하는 방향으로 이동 가능하게 배치된 가동 지지 베이스(42)를 구비한다. 이 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41) 상에 이동 가능하게 배치된 이동 지지부(421)와, 이 이동 지지부(421)에 부착된 장착부(422)를 포함한다. 장착부(422)는 일측면에 Z축 방향으로 연장되는 한 쌍의 안내 레일(423, 423)이 평행하게 설치되어 있다. 도시한 실시 형태에 있어서의 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 방향 이동 수단[제2 인덱싱 이송 수단(43)]을 구비한다. 이 제2 인덱싱 이송 수단(43)은 상기 한 쌍의 안내 레일(41, 41) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(431)와, 이 수나사 로드(431)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(432) 등의 구동원을 포함한다. 수나사 로드(431)는 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 도시하지 않는 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 돌출하여 설치된 도시하지 않는 암나사 블록에 형성된 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 이 때문에, 펄스 모터(432)에 의해서 수나사 로드(431)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41)을 따라서 Y축 방향으로 이동하게 된다.
레이저 광선 조사 유닛(5)은 유닛 홀더(51)와, 이 유닛 홀더(51)에 부착된 레이저 광선 조사 수단(52)을 구비한다. 유닛 홀더(51)는, 상기 장착부(422)에 설치된 한 쌍의 안내 레일(423, 423)에 슬라이딩 가능하게 감합하는 한 쌍의 피안내 홈(511, 511)이 형성되어 있고, 이 피안내 홈(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 방향 이동 수단[집광점 위치 조정 수단(53)]을 구비한다. 집광점 위치 조정 수단(53)은 한 쌍의 안내 레일(423, 423) 사이에 배치된 수나사 로드(도시하지 않음)와, 이 수나사 로드를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(532) 등의 구동원을 포함하고, 펄스 모터(532)에 의해서 도시하지 않는 수나사 로드를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 유닛 홀더(51) 및 레이저 광선 조사 수단(52)을 안내 레일(423, 423)을 따라서 Z축 방향으로 이동시킨다. 또, 도시한 실시 형태에 있어서는 펄스 모터(532)를 정회전 구동함으로써 레이저 광선 조사 수단(52)을 상측으로 이동시키고, 펄스 모터(532)를 역회전 구동함으로써 레이저 광선 조사 수단(52)을 하측으로 이동시키도록 되어 있다.
레이저 광선 조사 수단(52)은 상기 유닛 홀더(51)에 고정되어 실질상 수평으로 연장하는 원통 형상의 케이싱(521)을 포함한다. 이 레이저 광선 조사 수단(52)에 관해서, 도 2를 참조하여 설명한다.
레이저 광선 조사 수단(52)은 상기 케이싱(521) 내에 배치된 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)과, 이 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)에 의해서 발진된 펄스 레이저 광선의 출력을 조정하는 출력 조정 수단(523)과, 이 출력 조정 수단(523)에 의해서 출력이 조정된 펄스 레이저 광선을 상기 척 테이블(36)의 유지면에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 집광기(524)를 구비한다.
상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)은 펄스 레이저 광선을 발진시키는 펄스 레이저 발진기(522a)와, 펄스 레이저 발진기(522a)가 발진시키는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수를 설정하는 반복 주파수 설정 수단(522b)으로 구성되어 있다. 상기 출력 조정 수단(523)은 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 출력을 정해진 출력으로 조정한다. 이들 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)의 펄스 레이저 발진기(522a), 반복 주파수 설정 수단(522b) 및 출력 조정 수단(523)은 도시하지 않는 후술하는 제어 수단에 의해서 제어된다.
상기 집광기(524)는 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)으로부터 발진되어 출력 조정 수단(523)에 의해서 출력이 조정된 펄스 레이저 광선을 척 테이블(36)의 유지면을 향해서 방향 변환하는 방향 변환 미러(524a)와, 이 방향 변환 미러(524a)에 의해서 방향 변환된 펄스 레이저 광선을 집광하여 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 집광 렌즈(524b)를 구비한다. 이와 같이 구성된 집광기(524)는 도 1에 도시한 바와 같이 케이싱(521)의 선단에 장착된다.
상기 레이저 광선 조사 수단(52)을 구성하는 케이싱(521)의 선단부에는, 레이저 광선 조사 수단(52)에 의해서 레이저 가공되어야 하는 가공 영역을 검출하는 촬상 수단(6)이 배치되어 있다. 이 촬상 수단(6)은 현미경이나 CCD 카메라 등의 광학 수단 등으로 구성되어 있고, 촬상된 화상 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다.
도 2를 참조하여 설명을 계속하면, 레이저 가공 장치(1)는, 레이저 광선 조사 수단(52)의 케이싱(521)에 부착되고, 레이저 광선 조사 수단(52)으로부터 척 테이블(36)에 유지된 피가공물에 레이저 광선이 조사됨으로써 발생하는 플라즈마를 검출하는 플라즈마 검출 수단(7)을 구비한다. 이 플라즈마 검출 수단(7)은 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(524)로부터 조사되는 레이저 광선이 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사됨으로써 발생하는 플라즈마를 수광하는 플라즈마 수광 수단(71)과, 이 플라즈마 수광 수단(71)에 의해서 수광된 플라즈마광을 제1 광로(72a)와 제2 광로(72b)로 분기시키는 분기 수단으로서의 빔 분할기(73a)와, 이 빔 분할기(73a)에 의해서 제1 광로(72a)로 분기된 플라즈마광을 제3 광로(72c)와 제4 광로(72d)로 분기시키는 빔 분할기(73b)와, 빔 분할기(73a)에 의해서 제2 광로(72b)로 분기된 플라즈마광을 제5 광로(72e)와 제6 광로(72f)로 분기시키는 빔 분할기(73c)를 구비한다. 상기 플라즈마 수광 수단(71)은 집광 렌즈(711)와, 이 집광 렌즈(711)를 수용하는 렌즈 케이스(712)를 포함하고, 렌즈 케이스(712)가 도 1에 도시한 바와 같이 레이저 광선 조사 수단(52)의 케이싱(521)에 부착된다. 또한, 도 1에 도시한 바와 같이 렌즈 케이스(712)에는 각도 조정용 손잡이(713)가 배치되어 있고, 집광 렌즈(711)의 설치 각도를 조정할 수 있게 되어 있다. 이와 같이 구성하면, 제3 광로(72c)와 제4 광로(72d)와 제5 광로(72e)와 제6 광로(72f)에 플라즈마광을 균등하게 분기시킬 수 있다.
상기 제3 광로(72c)에는 방향 변환 미러(74a)와 설정된 물질[예컨대, 실리콘(Si)]의 플라즈마 파장(251 ㎚)만을 통과시키는 제1 대역 통과 필터(75a) 및 이 제1 대역 통과 필터(75a)를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 출력하는 제1 광검출기(76a)가 배치되어 있고, 제4 광로(72d)에는 설정된 물질[예컨대, 구리(Cu)]의 플라즈마 파장(515 ㎚)만을 통과시키는 제2 대역 통과 필터(75b) 및 이 제2 대역 통과 필터(75b)를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 출력하는 제2 광검출기(76b)가 배치되어 있으며, 제5 광로(72e)에는 설정된 물질[예컨대, 이산화규소(SiO2)]의 플라즈마 파장(500 ㎚)만을 통과시키는 제3 대역 통과 필터(75c) 및 이 제3 대역 통과 필터(75c)를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 출력하는 제3 광검출기(76c)가 배치되어 있고, 제6 광로(72f)에는 방향 변환 미러(74b)와 설정된 물질[예컨대, 알루미늄(Al)]의 플라즈마 파장(545 ㎚)만을 통과시키는 제4 대역 통과 필터(75d) 및 이 제4 대역 통과 필터(75d)를 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 출력하는 제4 광검출기(76d)가 배치되어 있다. 이와 같이 구성된 플라즈마 검출 수단(7)의 제1 광검출기(76a), 제2 광검출기(76b), 제3 광검출기(76c), 제4 광검출기(76d)는 각각 수광된 광의 강도에 대응하는 전압 신호를 후술하는 제어 수단에 출력한다.
레이저 가공 장치(1)는, 도 3에 도시하는 제어 수단(8)을 구비한다. 제어 수단(8)은 컴퓨터에 의해서 구성되어 있고, 제어 프로그램에 따라서 연산 처리하는 중앙 처리 장치(CPU)(81)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 판독 전용 메모리(ROM)(82)와, 후술하는 제어 맵이나 피가공물의 설계치 데이터나 연산 결과 등을 저장하는 기록 및 판독 가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)와, 입력 인터페이스(84) 및 출력 인터페이스(85)를 구비한다. 제어 수단(8)의 입력 인터페이스(84)에는, 상기 촬상 수단(6), 제1 광검출기(76a), 제2 광검출기(76b), 제3 광검출기(76c), 제4 광검출기(76d) 등으로부터의 검출 신호가 입력된다. 그리고, 제어 수단(8)의 출력 인터페이스(85)로부터는, 상기 펄스 모터(372), 펄스 모터(382), 펄스 모터(432), 펄스 모터(532), 레이저 광선 조사 수단(52)의 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)을 구성하는 펄스 레이저 발진기(522a)와 반복 주파수 설정 수단(522b) 및 출력 조정 수단(523) 등에 제어 신호를 출력한다. 또, 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)에는, 피가공물을 구성하는 복수의 부재를 형성하는 물질에 대응하여 설정된 펄스 레이저 광선의 반복 주파수와 출력을 포함하는 도 4에 도시하는 가공 조건 맵이 저장되어 있다.
레이저 가공 장치(1)는 이상과 같이 구성되어 있고, 이하 그 작용에 관해서 설명한다. 도 5에는 반도체 웨이퍼의 사시도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5에 도시하는 반도체 웨이퍼의 스트리트에 있어서의 확대 단면도가 도시되어 있다. 도 5 및 도 6에 도시하는 반도체 웨이퍼(10)는, 실리콘 웨이퍼로 이루어지는 반도체 기판(11)의 표면(11a)에 격자형으로 배열된 복수의 스트리트(111)에 의해서 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스(112)가 형성되어 있다. 또, 이 반도체 웨이퍼(10)는 반도체 기판(11)의 표면(11a)에 이산화규소(SiO2)로 이루어지는 저유전률 절연체 피막(113)이 적층하여 형성되어 있고, 스트리트(111)에는 디바이스(112)의 기능을 테스트하기 위한 테스트 엘리멘트 그룹(Teg)이라 불리는 구리(Cu)로 이루어지는 테스트용 금속 패턴(114)이 부분적으로 복수개 배치되어 있다.
이하, 전술한 레이저 가공 장치를 이용하여, 상기 반도체 웨이퍼(10)에 스트리트(111)를 따라서 레이저 광선을 조사함으로써 레이저 가공 홈을 형성하고, 저유전률 절연체 피막(113) 및 금속 패턴(114)을 제거하는 방법에 관해서 설명한다. 상기 반도체 웨이퍼(10)는, 도 7에 도시한 바와 같이 환형의 프레임(F)에 장착된 폴리올레핀 등의 합성 수지 시트로 이루어지는 보호 테이프(T)에 이면을 점착한다. 따라서, 반도체 웨이퍼(10)는 표면이 상측이 된다. 이와 같이 하여 환형의 프레임(F)에 보호 테이프(T)를 통해 지지된 반도체 웨이퍼(10)는 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치의 척 테이블(36) 상에 보호 테이프(T)측이 얹어진다. 그리고, 도시하지 않는 흡인 수단을 작동함으로써 반도체 웨이퍼(10)는 보호 테이프(T)를 통해 척 테이블(36) 상에 흡인 유지된다. 따라서, 반도체 웨이퍼(10)는 표면을 상측으로 하여 유지된다. 또한, 환형의 프레임(F)은 클램프(362)에 의해서 고정된다.
전술한 바와 같이 반도체 웨이퍼(10)를 흡인 유지한 척 테이블(36)은 가공 이송 수단(37)에 의해서 촬상 수단(6)의 바로 아래에 위치하게 된다. 척 테이블(36)이 촬상 수단(6)의 바로 아래에 위치하게 되면, 촬상 수단(6) 및 제어 수단(8)에 의해서 반도체 웨이퍼(10)의 레이저 가공되어야 하는 가공 영역을 검출하는 얼라인먼트 작업을 실행한다. 즉, 촬상 수단(6) 및 제어 수단(8)은 반도체 웨이퍼(10)의 정해진 방향으로 형성되어 있는 스트리트(111)와, 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(524) 사이의 위치 맞춤을 행하기 위한 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하고, 얼라인먼트를 수행한다(얼라인먼트 공정). 또한, 반도체 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 정해진 방향과 직교하는 방향으로 형성되어 있는 스트리트(111)에 대하여도, 마찬가지로 얼라인먼트가 수행된다.
다음에, 척 테이블(36)을 이동시켜 도 8의 (a)에서 도시한 바와 같이 정해진 스트리트(111)의 일단[도 8의 (a)에 있어서 좌단]을 집광기(524)의 바로 아래에 위치하게 한다. 그리고, 제어 수단(8)은 레이저 광선 조사 수단(52)에 제어 신호를 출력하고, 집광기(524)로부터 저유전률 절연체 피막(113) 및 금속 패턴(114)에 대하여 흡수성을 갖는 파장(355 ㎚)으로 정해진 펄스폭(예컨대 30 ns)을 갖는 펄스 레이저 광선을 조사하면서 척 테이블(36)을 화살표 X1로 표시하는 방향으로 정해진 가공 이송 속도(100 ㎜/초)로 이동시킨다(레이저 가공 공정).
이 레이저 가공 공정에서, 제어 수단(8)은 플라즈마 검출 수단(7)의 제1 광검출기(76a), 제2 광검출기(76b), 제3 광검출기(76c), 제4 광검출기(76d)로부터의 광강도 신호도 입력된다. 도 8의 (a)에서 도시한 바와 같이 정해진 스트리트(111)의 일단[도 8의 (a)에 있어서 좌단]을 집광기(524)의 바로 아래에 위치하게 하여 레이저 가공 공정을 시작할 때에는, 최초로 레이저 가공되어야 하는 영역은 저유전률 절연체 피막(113)인 것을 알고 있기 때문에, 제어 수단(8)은 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)에 저장된 도 4에 도시하는 가공 조건 맵에 따라서 저유전률 절연체 피막(113)을 형성하는 이산화규소(SiO2)에 적응하도록 펄스 레이저 광선의 반복 주파수 200 ㎑에서 출력이 1 W가 되도록 레이저 광선 조사 수단(52)의 반복 주파수 설정 수단(522b) 및 출력 조정 수단(523)을 제어한다. 그리고, 저유전률 절연체 피막(113)에 펄스 레이저 광선이 조사되면, 파장 500 ㎚의 플라즈마가 발생한다. 이 파장 500 ㎚의 플라즈마는 도 2에 도시하는 플라즈마 검출 수단(7)을 구성하는 플라즈마 수광 수단(71)의 집광 렌즈(711)에 의해서 집광되어, 각 빔 분할기(73a, 73b, 73c)에 의해서 분기되고 방향 변환 미러(74a 및 74b)에 의해서 방향 변환되어, 제1 대역 통과 필터(75a), 제2 대역 통과 필터(75b), 제3 대역 통과 필터(75c), 제4 대역 통과 필터(75d)에 도달하지만, 이산화규소(SiO2)의 플라즈마 파장(500 ㎚)만을 통과시키는 제3 대역 통과 필터(75c)만을 통과할 수 있다. 이와 같이 하여 제3 대역 통과 필터(75c)를 통과한 플라즈마는 제3 광검출기(76c)에 도달하기 때문에, 제3 광검출기(76c)는 수광한 광강도에 대응한 전압 신호를 제어 수단(8)에 보낸다. 제어 수단(8)은 제3 광검출기(76c)로부터 보내어진 신호가 이산화규소(SiO2)의 플라즈마가 기초하는 것이라고 판단하여, 펄스 레이저 광선의 반복 주파수 200 ㎑에서 출력이 1 W가 되는 상기 제어를 계속한다.
다음에, 금속 패턴(114)이 집광기(524)의 바로 아래에 도달하고, 펄스 레이저 광선이 금속 패턴(114)에 조사되면, 파장 515 ㎚의 플라즈마가 발생한다. 이 파장 515 ㎚의 플라즈마는 도 2에 도시하는 플라즈마 검출 수단(7)을 구성하는 플라즈마 수광 수단(71)의 집광 렌즈(711)에 의해서 집광되어, 각 빔 분할기(73a, 73b, 73c)에 의해서 분기되고 방향 변환 미러(74a 및 74b)에 의해서 방향 변환되어, 제1 대역 통과 필터(75a), 제2 대역 통과 필터(75b), 제3 대역 통과 필터(75c), 제4 대역 통과 필터(75d)에 도달하지만, 구리(Cu)의 플라즈마 파장(515 ㎚)만을 통과시키는 제2 대역 통과 필터(75b)만을 통과할 수 있다. 이와 같이 하여 제2 대역 통과 필터(75b)를 통과한 플라즈마는 제2 광검출기(76b)에 도달하기 때문에, 제2 광검출기(76b)는 수광한 광강도에 대응한 전압 신호를 제어 수단(8)에 보낸다. 제어 수단(8)은 제2 광검출기(76b)로부터 보내어진 신호가 구리(Cu)의 플라즈마가 기초하는 것이라고 판단하고, 랜덤 액세스 메모리(RAM)(83)에 저장된 도 4에 도시하는 가공 조건 맵에 따라서 금속 패턴(114)을 형성하는 구리(Cu)에 적응하도록 펄스 레이저 광선의 반복 주파수 100 ㎑에서 출력이 2 W가 되도록 레이저 광선 조사 수단(52)의 반복 주파수 설정 수단(522b) 및 출력 조정 수단(523)을 제어한다. 그리고, 재차 저유전률 절연체 피막(113)이 집광기(524)의 바로 아래에 도달하고, 펄스 레이저 광선이 저유전률 절연체 피막(113)에 조사되면, 파장 500 ㎚의 플라즈마가 발생하기 때문에, 전술한 바와 같이 제어 수단(8)은 저유전률 절연체 피막(113)을 형성하는 이산화규소(SiO2)에 적응하도록 펄스 레이저 광선의 반복 주파수 200 ㎑에서 출력이 1 W가 되도록 레이저 광선 조사 수단(52)의 반복 주파수 설정 수단(522b) 및 출력 조정 수단(523)을 제어한다.
이와 같이, 저유전률 절연체 피막(113)과 금속 패턴(114)에 펄스 레이저 광선이 조사되어 각각의 파장의 플라즈마가 발생할 때마다, 제어 수단(8)은 저유전률 절연체 피막(113)을 형성하는 이산화규소(SiO2)와 금속 패턴(114)을 형성하는 구리(Cu)에 적응하도록 펄스 레이저 광선의 반복 주파수 및 출력을 제어한다. 따라서, 저유전률 절연체 피막(113)과 금속 패턴(114)이 혼재해 있는 경우에도, 저유전률 절연체 피막(113)과 금속 패턴(114)의 좌표 데이터를 작성하지 않고 저유전률 절연체 피막(113)과 금속 패턴(114)에 적합한 가공 조건으로 레이저 가공을 실시할 수 있다. 그리고, 도 8의 (b)에서 도시한 바와 같이 집광기(524)의 조사 위치가 스트리트(111)의 타단[도 8의 (b)에 있어서 우단]에 도달하면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지한다(레이저 가공 홈 형성 공정). 그 결과, 도 8의 (b)에서 도시한 바와 같이 반도체 웨이퍼(10)에는 정해진 스트리트(111)를 따라서 반도체 기판(11)에 달하는 레이저 가공 홈(120)이 형성되어 금속 패턴(114) 및 저유전률 절연체 피막(113)이 제거된다.
전술한 실시 형태에서는, 스트리트(111)에 이산화규소(SiO2)로 이루어지는 저유전률 절연체 피막(113)과 구리(Cu)로 이루어지는 금속 패턴(114)이 노출되어 형성되어 있는 피가공물의 레이저 가공에 관해서 설명했지만, 스트리트에 실리콘(Si)이나 알루미늄(Al)이 노출되어 형성되어 있는 경우에도, 마찬가지로 레이저 광선의 출력을 제어할 수 있다.
2 : 정지 베이스 3 : 척 테이블 기구
36 : 척 테이블 37 : 가공 이송 수단
38 : 제1 인덱싱 이송 수단 4 : 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구
42 : 가동 지지 베이스 43 : 제2 인덱싱 이송 수단
5 : 레이저 광선 조사 유닛 52 : 레이저 광선 조사 수단
522 : 펄스 레이저 광선 발진 수단 523 : 출력 조정 수단
524 : 집광기 6 : 촬상 수단
7 : 플라즈마 검출 수단 71 : 플라즈마 수광 수단
73a, 73b, 73c : 빔 분할기 75a : 제1 대역 통과 필터
75b : 제2 대역 통과 필터 75c : 제3 대역 통과 필터
75d : 제4 대역 통과 필터 76a : 제1 광검출기
76b : 제2 광검출기 76c : 제3 광검출기
76d : 제4 광검출기 8 : 제어 수단
10 : 반도체 웨이퍼 11 : 반도체 기판
111 : 스트리트 112 : 디바이스
113 : 저유전률 절연체 피막 114 : 금속 패턴

Claims (4)

  1. 복수의 부재가 혼재해 있는 피가공물에 레이저 광선을 조사함으로써 레이저 가공 홈을 형성하는 레이저 가공 방법에 있어서,
    피가공물을 구성하는 복수의 부재를 형성하는 물질에 각각 대응한 가공 조건을 설정하는 가공 조건 설정 단계와,
    피가공물을 구성하는 복수의 부재에 레이저 광선을 조사함으로써 각각 발생하는 플라즈마의 파장을 검출하는 파장 검출 단계와,
    파장 검출 단계를 실시한 후, 검출된 플라즈마의 파장에 대응한 부재에 대응한 가공 조건을 선정하는 가공 조건 선정 단계와,
    선정된 가공 조건으로 레이저 광선을 피가공물에 조사하여 레이저 가공 홈을 형성하는 레이저 가공 단계
    를 포함하는 레이저 가공 방법.
  2. 레이저 가공 장치에 있어서,
    피가공물을 유지하는 피가공물 유지 수단과,
    레이저 광선을 발진시키는 레이저 광선 발진 수단과, 이 레이저 광선 발진 수단에 의해서 발진된 레이저 광선의 출력을 조정하는 출력 조정 수단과, 이 출력 조정 수단에 의해서 출력이 조정된 레이저 광선을 집광하는 집광기를 포함하고, 상기 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과,
    상기 피가공물 유지 수단과 이 레이저 광선 조사 수단을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단과,
    상기 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 레이저 광선이 조사됨으로써 발생하는 플라즈마의 파장을 검출하는 플라즈마 검출 수단과,
    이 플라즈마 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 상기 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 제어 수단
    을 구비하고,
    상기 플라즈마 검출 수단은,
    플라즈마광을 복수의 경로로 분기시키는 분기 수단과,
    이 복수의 경로에 각각 배치되며, 복수의 물질의 플라즈마의 특정 파장만을 통과시키도록 각각 설정된 복수의 대역 통과 필터와,
    이 복수의 대역 통과 필터를 각각 통과한 광을 수광하여 광강도 신호를 상기 제어 수단에 출력하는 복수의 광검출기
    를 포함하며,
    상기 제어 수단은, 피가공물을 구성하는 복수의 부재를 형성하는 물질에 각각 대응한 가공 조건을 설정한 가공 조건 맵을 저장한 메모리를 구비하고,
    상기 복수의 광검출기로부터의 검출 신호에 기초하여 상기 가공 조건 맵에 설정된 가공 조건을 선정하고, 선정된 가공 조건으로 상기 레이저 광선 조사 수단을 제어하는 것인 레이저 가공 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 가공 조건 맵은 복수의 부재를 형성하는 물질에 각각 대응하여 레이저 광선의 출력을 설정하고,
    상기 제어 수단은 상기 복수의 광검출기로부터의 검출 신호에 기초하여, 상기 가공 조건 맵에 설정된 출력이 되도록 상기 출력 조정 수단을 제어하는 것인 레이저 가공 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 레이저 광선 발진 수단은, 펄스 레이저 광선을 발진시키는 펄스 레이저 발진기와, 이 펄스 레이저 발진기가 발진시키는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수를 설정하는 반복 주파수 설정 수단을 포함하며,
    상기 가공 조건 맵은 복수의 부재를 형성하는 물질에 각각 대응하여 레이저 광선의 반복 주파수를 설정하고,
    상기 제어 수단은 상기 복수의 광검출기로부터의 검출 신호에 기초하여, 상기 가공 조건 맵에 설정된 반복 주파수가 되도록 상기 반복 주파수 설정 수단을 제어하는 것인 레이저 가공 장치.
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