KR20150020996A - 가공 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피가공물에 가공이 실시된 가공 상태를 3차원으로 검증할 수 있는 가공 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
피가공물을 유지하는 피가공물 유지 수단과, 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 가공을 하는 가공 수단과, 피가공물 유지 수단과 가공 수단을 가공 이송 방향(X축 방향)으로 가공 이송하는 가공 이송 수단을 구비하는 가공 장치로서, X축 방향, X축 방향과 직교하는 Y축 방향, X축 방향 및 Y축 방향과 직교하는 Z축 방향에서 3차원으로 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물을 촬상하고, 촬상한 화상 신호를 출력하는 3차원 촬상 기구와, 3차원 촬상 기구로부터 출력된 화상 신호에 기초하여 3차원 화상을 생성하는 처리 수단과, 처리 수단에 의해 생성된 3차원 화상을 출력하는 출력 수단을 구비하고 있다.

Description

가공 장치{MACHINING APPARATUS}
본 발명은, 웨이퍼 등의 피가공물에 정해진 가공을 하기 위한 레이저 가공 장치나 절삭 장치나 연삭 장치 등의 가공 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조 프로세스에서는, 대략 원판형상인 웨이퍼의 표면에 격자형으로 배열된 분할 예정 라인에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스를 형성한다. 그리고, 웨이퍼의 이면을 연삭하여 정해진 두께로 형성한 후에, 분할 예정 라인을 따라서 절단함으로써 디바이스가 형성된 영역을 분할하여 개개의 디바이스를 제조하고 있다.
웨이퍼의 이면을 연삭하는 연삭 장치는, 웨이퍼를 유지하는 척 테이블과, 그 척 테이블에 유지된 웨이퍼를 연삭하는 연삭 휠을 구비한 연삭 수단과, 웨이퍼의 두께를 계측하는 두께 계측 수단 등을 구비하고 있다(예컨대 특허문헌 1 참조).
또한, 전술한 웨이퍼의 분할 예정 라인을 따른 분할은, 절삭 장치나 레이저 가공 장치에 의해 행해지고 있다. 절삭 장치는, 웨이퍼를 유지하는 척 테이블과, 그 척 테이블에 유지된 웨이퍼를 절삭하는 절삭 블레이드를 구비한 절삭 수단과, 척 테이블에 유지된 웨이퍼에 형성된 분할 예정 라인을 검출하는 촬상 수단 등을 구비하고 있다(예컨대 특허문헌 2 참조).
또한, 레이저 가공 장치는, 웨이퍼를 유지하는 척 테이블과, 그 척 테이블에 유지된 웨이퍼에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 척 테이블에 유지된 웨이퍼에 형성된 분할 예정 라인을 검출하는 촬상 수단 등을 구비하고 있다(예컨대 특허문헌 3 참조).
그리고, 절삭 장치나 레이저 가공 장치에서는, 촬상 수단에 의해 절삭홈이나 레이저 가공홈을 촬상함으로써 절삭홈의 상태나 레이저 가공홈의 상태를 검출하여, 가공 조건을 조정할 수 있다(예컨대 특허문헌 4 참조).
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2002-319559호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 평7-45556호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 공개 제2008-12566호 공보 특허문헌 4 : 일본 특허 공개 평5-326700호 공보
그러나, 촬상 수단에 의해 촬상되는 화상은 2차원 화상으로, 절삭홈의 깊이나 단면형상, 레이저 가공홈의 깊이나 단면형상이나 파편의 상태 등을 검출할 수 없어, 3차원의 가공에 기초하여 가공 조건을 조정할 수 없다고 하는 문제가 있다.
또한, 촬상 수단에 의해 촬상되는 화상은 2차원 화상이므로, 연삭 장치에서는 연삭흔의 요철 상태를 검증할 수 없다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주요 기술적 과제는, 피가공물에 가공이 실시된 가공 상태를 3차원으로 검증할 수 있는 가공 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 주요 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의하면, 피가공물을 유지하는 피가공물 유지 수단과, 그 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물에 가공을 하는 가공 수단과, 그 피가공물 유지 수단과 그 가공 수단을 가공 이송 방향(X축 방향)으로 가공 이송하는 가공 이송 수단과, X축 방향, X축 방향과 직교하는 Y축 방향, X축 방향 및 Y축 방향과 직교하는 Z축 방향에서 3차원으로 그 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물을 촬상하고, 촬상한 화상 신호를 출력하는 3차원 촬상 기구와, 그 3차원 촬상 기구로부터 출력된 화상 신호에 기초하여 3차원 화상을 생성하는 처리 수단과, 그 처리 수단에 의해 생성된 3차원 화상을 출력하는 출력 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 가공 장치가 제공된다.
상기 3차원 촬상 기구는, 복수의 화소가 X축 방향과 Y축 방향으로 배열된 촬상 소자 수단과, 피가공물 유지 수단의 유지면에 대향하는 집광기와, 그 집광기를 통해서 피가공물 유지 수단의 유지면에 유지된 피가공물에 광을 조사하는 광조사 수단과, 피가공물 유지 수단의 유지면에 유지된 피가공물에 의해 반사된 반사광과 간섭광을 생성하는 간섭광 생성 수단과, 집광기를 Z축 방향으로 이동시키는 Z축 이동 수단과, 그 Z축 이동 수단에 의해 이동되는 집광기의 Z축 방향 위치를 검출하는 Z축 방향 위치 검출 수단을 구비하고, 상기 처리 수단은, Z축 방향 위치 검출 수단으로부터의 Z축 방향 위치 신호와 촬상 소자 수단으로부터의 촬상 신호에 기초하여, Z축 방향 위치마다 그 간섭광 생성 수단에 의해 생성된 강한 광을 포착한 촬상 소자 수단의 화소의 X 좌표와 Y 좌표를 구하고, Z축 방향 위치마다 구한 X 좌표와 Y 좌표에 기초하여 3차원 화상을 작성한다.
또한, 상기 집광기는, 집광기 케이스와 그 집광기 케이스에 배치된 대물 렌즈를 구비하고 있고, 상기 간섭광 생성 수단은, 집광기 케이스 내에서 대물 렌즈로부터 피가공물 유지 수단의 유지면에 유지된 피가공물측에 배치되며 중앙에 미세한 미러를 구비한 간섭광을 생성하는 유리 플레이트와, 그 유리 플레이트로부터 피가공물 유지 수단의 유지면에 유지된 피가공물측에 배치되며 상기 광조사 수단으로부터 조사된 광을 투과하여 피가공물 유지 수단의 유지면에 유지된 피가공물에 조사하고 그 유리 플레이트의 미세한 미러를 향해서 광을 반사하는 제1 빔 스플리터에 의해 구성되고, 상기 광조사 수단은, 광원과, 촬상 소자 수단과 집광기 사이에 배치되며 광원으로부터의 광을 집광기로 유도하고 피가공물 유지 수단의 유지면에 유지된 피가공물에 의해 반사된 광을 그 촬상 소자 수단으로 유도하는 제2 빔 스플리터에 의해 구성되어 있다.
또한, 상기 Z축 이동 수단은, 3차원 촬상 기구를 Z축 방향으로 이동시키는 제1 Z축 이동 수단과, 집광기를 Z축 방향으로 이동시키는 제2 Z축 이동 수단을 포함하는 것이 바람직하고, 제2 Z축 이동 수단은, 피에조 모터를 포함하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 의한 가공 장치는, X축 방향, X축 방향과 직교하는 Y축 방향, X축 방향 및 Y축 방향과 직교하는 Z축 방향에서 3차원으로 피가공물 유지 수단에 유지된 피가공물을 촬상하고, 촬상한 화상 신호를 출력하는 3차원 촬상 기구와, 그 3차원 촬상 기구로부터 출력된 화상 신호에 기초하여 3차원 화상을 생성하는 처리 수단과, 그 처리 수단에 의해 생성된 3차원 화상을 표시하는 표시 수단 등의 출력 수단을 구비하고 있기 때문에, 출력 수단으로서의 표시 수단 등에 표시된 3차원 화상에 기초하여 가공 수단에 의해 가공된 가공부의 가공 상태를 검증할 수 있기 때문에, 가공 조건을 조정하여 적정한 가공 조건을 설정할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라서 구성된 가공 장치로서의 레이저 가공 장치의 사시도.
도 2는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 3차원 촬상 기구의 구성 부재를 분해하여 나타내는 사시도.
도 3은 도 2에 나타내는 3차원 촬상 기구의 주요부 단면도.
도 4는 도 3에 나타내는 3차원 촬상 기구를 구성하는 집광기 및 간섭광 생성 수단의 설명도.
도 5는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 처리 수단의 블록 구성도.
도 6은 피에조 모터를 포함하는 액츄에이터에 인가하는 전압과 피에조 모터의 축방향 변위의 관계를 설정한 제어맵.
도 7은 피가공물로서의 반도체 웨이퍼가 고리형의 프레임에 장착된 다이싱 테이프의 표면에 장착된 상태의 사시도.
도 8은 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 의한 레이저 가공홈 형성 공정의 설명도.
도 9는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 의한 레이저 가공홈 확인 공정의 설명도.
도 10은 3차원 촬상 기구의 다른 실시형태를 나타내는 설명도.
도 11은 3차원 촬상 기구의 또 다른 실시형태를 나타내는 설명도.
이하, 본 발명에 의해 구성된 가공 장치의 바람직한 실시형태에 관해, 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1에는, 본 발명에 의해 구성된 가공 장치로서의 레이저 가공 장치의 사시도가 나타나 있다. 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치(1)는, 정지 베이스(2)와, 그 정지 베이스(2)에 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 배치되며 피가공물을 유지하는 척 테이블 기구(3)와, 정지 베이스(2) 상에 배치된 가공 수단인 레이저 광선 조사 수단으로서의 레이저 광선 조사 유닛(4)을 구비하고 있다.
상기 척 테이블 기구(3)는, 정지 베이스(2) 상에 가공 이송 방향인 화살표 X로 나타내는 X축 방향을 따라서 평행하게 배치된 한쌍의 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 X축 방향과 직교하는 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 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 예컨대 원판형상의 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 회전된다. 또, 척 테이블(36)에는, 반도체 웨이퍼 등의 피가공물을 보호 테이프를 통해 지지하는 고리형의 프레임을 고정하기 위한 클램프(362)가 배치되어 있다.
상기 제1 슬라이딩 블록(32)은, 그 하면에 상기 한쌍의 안내 레일(31, 31)과 감합하는 한쌍의 피안내홈(321, 321)이 형성되어 있고, 그 상면에 Y축 방향을 따라서 평행하게 형성된 한쌍의 안내 레일(322, 322)이 설치되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 슬라이딩 블록(32)은, 피안내홈(321, 321)이 한쌍의 안내 레일(31, 31)에 감합함으로써, 한쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라서 X축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 척 테이블 기구(3)는, 제1 슬라이딩 블록(32)을 한쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라서 X축 방향으로 이동시키기 위한 가공 이송 수단(37)을 구비하고 있다. 가공 이송 수단(37)은, 상기 한쌍의 안내 레일(31과 31)의 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(傳動) 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.
상기 제2 슬라이딩 블록(33)은, 그 하면에 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 설치된 한쌍의 안내 레일(322, 322)과 감합하는 한쌍의 피안내홈(331, 331)이 형성되어 있고, 이 피안내홈(331, 331)을 한쌍의 안내 레일(322, 322)에 감합함으로써, X축 방향과 직교하는 인덱싱 이송 방향인 화살표 Y로 나타내는 Y축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시한 실시형태에서의 척 테이블 기구(3)는, 제2 슬라이딩 블록(33)을 제1 슬라이딩 블록(32)에 설치된 한쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라서 Y축 방향으로 이동시키기 위한 인덱싱 이송 수단(38)을 구비하고 있다. 인덱싱 이송 수단(38)은, 상기 한쌍의 안내 레일(322와 322)의 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.
상기 레이저 광선 조사 유닛(4)은, 상기 정지 베이스(2) 상에 배치된 지지 부재(41)와, 그 지지 부재(41)에 의해 지지되며 실질적으로 수평으로 연장되는 장치 케이싱(42)과, 그 케이싱(42)에 배치된 레이저 광선 조사 수단(5)과, 레이저 가공해야 할 가공 영역을 검출하는 촬상 수단(6)을 구비하고 있다. 레이저 광선 조사 수단(5)은, 장치 케이싱(42) 내에 배치되며 도시하지 않은 펄스 레이저 광선 발진기나 반복 주파수 설정 수단을 구비한 펄스 레이저 광선 발진 수단 및 그 펄스 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 집광하여 척 테이블(36)에 유지된 피가공물에 조사하는 가공 헤드(51)를 구비하고 있다.
상기 촬상 수단(6)은, 장치 케이싱(42)에 가공 헤드(51)로부터 X축 방향의 동일선상에 정해진 거리에서 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 도시하지 않은 제어 수단에 보낸다.
레이저 가공 장치(1)는, 상기 장치 케이싱(42)에 배치된 X축 방향, X축 방향과 직교하는 Y축 방향, X축 방향 및 Y축 방향과 직교하는 Z축 방향에서 3차원으로 척 테이블(36)에 유지된 피가공물을 촬상하고, 촬상한 화상 신호를 출력하는 3차원 촬상 기구(7)를 구비하고 있다. 3차원 촬상 기구(7)는, 장치 케이싱(42)에 배치된 제1 Z축 이동 수단(8)에 의해 Z축 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 3차원 촬상 기구(7) 및 제1 Z축 이동 수단(8)에 관해, 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
도 2 내지 도 4에 나타내는 3차원 촬상 기구(7)는, 소위 미라우 타입 3차원 촬상 기구이며, 도 3에 상세히 나타낸 바와 같이 기구 하우징(71)과, 그 기구 하우징(71)의 상부에 배치된 촬상 소자 수단(72)과, 기구 하우징(71)의 하부에 배치되어 척 테이블(36)의 유지면(상면)에 대향하는 집광기(73)와, 그 집광기(73)를 통해서 척 테이블(36)의 유지면에 유지된 피가공물에 광을 조사하는 광조사 수단(74)을 구비하고 있다. 촬상 소자 수단(72)은, 복수의 화소가 X축 방향과 Y축 방향으로 배열되어 있고, 촬상한 화상 신호를 후술하는 처리 수단에 출력한다.
3차원 촬상 기구(7)를 구성하는 집광기(73)는, 집광기 케이스(731)와, 그 집광기 케이스(731) 내에 배치된 대물 렌즈(732)를 포함하고 있다. 대물 렌즈(732)는, 도 4에 나타낸 바와 같이 후술하는 광조사 수단(74)으로부터의 광을 집광점(P)에 집광한다. 또, 본 실시형태에서는, 집광점(P)의 집광 스폿은 φ100 ㎛로 설정되어 있다. 이와 같이 구성된 집광기(73)의 집광기 케이스(731)에는, 척 테이블(36)의 유지면에 유지된 피가공물에 의해 반사된 반사광과 간섭광을 생성하는 간섭광 생성 수단(75)이 배치되어 있다. 간섭광 생성 수단(75)은, 그 대물 렌즈(732)로부터 척 테이블(36)측에 배치된 유리 플레이트(751)와, 그 유리 플레이트(751)로부터 척 테이블(36)측에 배치된 제1 빔 스플리터(752)를 포함하고 있다. 유리 플레이트(751)는, 중앙에 직경이 예컨대 φ0.5 mm인 미세한 미러(751a)를 구비하고 있다. 상기 제1 빔 스플리터(752)는, 광조사 수단(74)으로부터 조사되어 대물 렌즈(732)에 의해 집광된 광을 투과하여 척 테이블(36)의 유지면에 유지된 피가공물에 조사하고 유리 플레이트(751)의 미러(751a)를 향해서 광을 반사한다. 이와 같이 구성된 집광기(73) 및 간섭광 생성 수단(75)은, 집광점(P)에서 반사된 반사광과 제1 빔 스플리터(752)에서 반사된 광이 유리 플레이트(751)에서 간섭했을 때 광강도가 높은 간섭광을 생성하여, 상기 촬상 소자 수단(72) 방향으로 유도한다.
상기 대물 렌즈(732)와 간섭광 생성 수단(75)이 배치된 집광기(73)의 집광기 케이스(731)는, 도 3에 나타낸 바와 같이 기구 하우징(71)의 저벽(711)에 형성된 장착구멍(711a)을 통해서 척 테이블(36)의 유지면(상면)에 대하여 수직인 방향(도 3에서 상하 방향)으로 이동 가능하게 배치되어 있다. 그리고, 본 실시형태에서는 기구 하우징(71)의 저벽(711)과 집광기 케이스(731)의 상단에 설치된 플랜지부(731a) 사이에 집광기 케이스(731)를 도 3에서 상하 방향으로 이동시키기 위한 제2 Z축 이동 수단으로서 기능하는 액츄에이터(76)가 배치되어 있다. 액츄에이터(76)는, 본 실시형태에서는 인가하는 전압값에 대응하여 축방향으로 연장되는 압전 소자에 의해 구성된 피에조 모터를 포함한다. 따라서, 피에조 모터를 포함하는 액츄에이터(76)는, 후술하는 제어 수단에 의해 제어되며 인가하는 전압값에 대응하여 집광기 케이스(731)를 도 3에서 상하 방향(척 테이블(36)의 유지면에 수직인 방향)으로 이동시킬 수 있다. 또, 액츄에이터(76)는, 피에조 모터와 같이 응답성이 빠른 보이스 코일 모터를 이용해도 좋다.
상기 광조사 수단(74)은, 기구 하우징(71)의 측방으로의 돌출부(712)에 배치된 LED로 이루어진 광원(741)과, 기구 하우징(71)에 있어서 촬상 소자 수단(72)과 집광기(73) 사이에 배치되며 광원(741)으로부터의 광을 집광기(73)로 유도하고 척 테이블(36)의 유지면에 유지된 피가공물에 의해 반사된 광을 촬상 소자 수단(72)으로 유도하는 제2 빔 스플리터(742)를 포함하고 있다.
다음으로, 상기 제1 Z축 이동 수단(8)에 관해, 도 2를 참조하여 설명한다.
제1 Z축 이동 수단(8)은, 상기 3차원 촬상 기구(7)의 기구 하우징(71)을 화살표 Z로 나타내는 Z축 방향(척 테이블(36)의 유지면에 수직인 방향)으로 이동 가능하게 지지하는 지지 케이스(81)와, 그 지지 케이스(81)에 지지된 기구 하우징(71)을 화살표 Z로 나타내는 Z축 방향으로 이동시키는 작동 수단(82)을 포함하고 있다. 지지 케이스(81)는, 상벽(811)과 저벽(812)과 양 측벽(813, 814) 및 후벽(도시하지 않음)을 포함하며, 양 측벽(813, 814)이 전방측으로 돌출되어 안내 레일(813a, 813b)을 구성하고 있다. 상기 작동 수단(82)은, 지지 케이스(81)의 양 측벽(813, 814)의 사이에 평행하게 배치되며 상벽(811)과 저벽(812)에 회전 가능하게 피봇 지지된 수나사 로드(821)와, 상벽(811)에 배치되며 수나사 로드(821)와 전동 연결된 펄스 모터(822) 등의 구동원을 포함하고 있다. 이와 같이 구성된 작동 수단(82)의 수나사 로드(821)에 상기 기구 하우징(71)의 후벽에 배치된 암나사 블록(713)에 형성된 관통 암나사 구멍(713a)이 나사 결합된다. 따라서, 펄스 모터(822)에 의해 수나사 로드(821)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 암나사 블록(713)이 장착되어 있는 기구 하우징(71)은 안내 레일(813a, 814a)을 따라서 Z축 방향으로 이동된다.
가공 장치(1)는, 상기 제1 Z축 이동 수단(8)에 의해 이동되는 3차원 촬상 기구(7)의 Z축 방향 위치를 검출하기 위한 Z축 방향 위치 검출 수단(80)을 구비하고 있다. Z축 방향 위치 검출 수단(80)은, 상기 안내 레일(813a)에 배치된 리니어 스케일(80a)과, 상기 3차원 촬상 기구(7)의 기구 하우징(71)에 부착되며 기구 하우징(71)과 함께 리니어 스케일(80a)을 따라서 이동하는 판독 헤드(80b)를 포함하고 있다. 이 Z축 방향 위치 검출 수단(80)의 판독 헤드(80b)는, 본 실시형태에서는 1 ㎛마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 처리 수단에 보낸다.
레이저 가공 장치(1)는, 상기 3차원 촬상 기구(7)의 촬상 소자 수단(72)으로부터 출력되는 검출 신호에 기초하여 3차원 화상을 생성하는 도 5에 나타내는 처리 수단(9)을 구비하고 있다. 처리 수단(9)은 컴퓨터에 의해 구성되어 있고, 제어 프로그램에 따라서 연산 처리하는 중앙 처리 장치(CPU)(91)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 리드 온리 메모리(ROM)(92)와, 연산 결과 등을 저장하는 리드라이트 가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM)(93)와, 입력 인터페이스(94) 및 출력 인터페이스(95)를 구비하고 있다. 처리 수단(9)의 입력 인터페이스(94)에는, 상기 3차원 촬상 기구(7)의 촬상 소자 수단(72), 상기 3차원 촬상 기구(7)의 Z축 방향 위치를 검출하기 위한 Z축 방향 위치 검출 수단(80)의 판독 헤드(80b) 등으로부터의 검출 신호가 입력된다. 그리고, 처리 수단(9)의 출력 인터페이스(95)로부터는, 상기 제1 Z축 이동 수단(8)의 펄스 모터(822), 제2 Z축 이동 수단으로서 기능하는 피에조 모터를 포함하는 액츄에이터(76), 광조사 수단(74)의 광원(741), 표시 수단이나 프린터 등의 출력 수단(90) 등에 제어 신호를 출력한다. 또, 상기 랜덤 액세스 메모리(RAM)(93)에는, 상기 피에조 모터를 포함하는 액츄에이터(76)에 인가하는 전압과 피에조 모터의 축방향 변위의 관계를 설정한 도 6에 나타내는 제어맵이 저장되어 있다.
레이저 가공 장치(1)는 이상과 같이 구성되어 있고, 이하 그 작용에 관해 설명한다. 도 7에는, 전술한 레이저 가공 장치(1)에 의해 가공되는 피가공물로서의 반도체 웨이퍼(10)가 고리형의 프레임(F)에 장착된 다이싱 테이프(T)의 표면에 장착된 상태의 사시도가 나타나 있다. 도 7에 나타내는 반도체 웨이퍼(10)는, 실리콘 웨이퍼로 이루어져 있고, 표면(10a)에 복수의 분할 예정 라인(101)이 격자형으로 형성되어 있으며, 그 복수의 분할 예정 라인(101)에 의해 구획된 복수의 영역에 IC, LSI 등의 디바이스(102)가 형성되어 있다.
전술한 레이저 가공 장치(1)를 이용하여, 상기 반도체 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인(101)을 따라서 레이저 광선을 조사하여, 반도체 웨이퍼(10)의 내부에 분할 예정 라인(101)을 따라서 레이저 가공홈을 형성하는 레이저 가공의 실시형태에 관해 설명한다.
우선 전술한 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치(1)의 척 테이블(36) 상에 반도체 웨이퍼(10)가 접착된 다이싱 테이프(T)측을 배치하고, 그 척 테이블(36) 상에 다이싱 테이프(T)를 통해 반도체 웨이퍼(10)를 흡인 유지한다. 따라서, 척 테이블(36) 상에 다이싱 테이프(T)를 통해 흡인 유지된 반도체 웨이퍼(10)는, 표면(10a)이 상측이 된다. 또, 다이싱 테이프(T)가 장착된 고리형의 프레임(F)은, 척 테이블(36)에 배치된 클램프(362)에 의해 고정된다. 이와 같이 하여 반도체 웨이퍼(10)를 흡인 유지한 척 테이블(36)은, 가공 이송 수단(37)에 의해 촬상 수단(6)의 바로 아래에 위치 부여된다.
척 테이블(36)이 촬상 수단(6)의 바로 아래에 위치 부여되면, 촬상 수단(6) 및 도시하지 않은 제어 수단에 의해 반도체 웨이퍼(10)의 레이저 가공해야 할 가공 영역을 검출하는 얼라이먼트 작업을 실행한다. 즉, 촬상 수단(6) 및 도시하지 않은 제어 수단은, 반도체 웨이퍼(10)의 제1 방향으로 형성되어 있는 분할 예정 라인(101)과 레이저 광선 조사 수단(5)의 가공 헤드(51)의 위치 맞춤을 행하기 위한 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하여 얼라이먼트를 수행한다. 또한, 반도체 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 형성되어 있는 분할 예정 라인(101)에 대해서도, 동일하게 얼라이먼트가 수행된다.
전술한 바와 같이 얼라이먼트가 행해졌다면, 척 테이블(36)을 이동시켜 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이 정해진 분할 예정 라인(101)의 일단(도 8의(a)에서 좌단)을 레이저 광선 조사 수단(5)의 가공 헤드(51)의 바로 아래에 위치 부여한다. 그리고, 가공 헤드(51)로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점(P)을 반도체 웨이퍼(10)의 표면(10a)(상면) 부근에 맞춘다. 다음으로, 레이저 광선 조사 수단(5)의 가공 헤드(51)로부터 반도체 웨이퍼(10)에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하면서 척 테이블(36)을 도 8의 (a)에서 화살표 X1로 나타내는 방향으로 정해진 가공 이송 속도로 이동시킨다. 그리고, 분할 예정 라인(101)의 타단(도 8의 (b)에서 우단)이 가공 헤드(51)의 바로 아래 위치에 도달하면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하고 척 테이블(36)의 이동을 정지한다. 그 결과, 도 8의 (b) 및 도 8의 (c)에 나타낸 바와 같이 반도체 웨이퍼(10)에는, 분할 예정 라인(101)을 따라서 레이저 가공홈(110)이 형성된다(레이저 가공홈 형성 공정).
또, 상기 레이저 가공홈 형성 공정은, 예컨대 이하의 가공 조건으로 행해진다.
파장 : 355 nm
반복 주파수 : 50 kHz
평균 출력 : 5 W
집광 스폿 : φ10 ㎛
가공 이송 속도 : 200 mm/초
다음으로, 전술한 레이저 가공홈 형성 공정을 실시함으로써 형성된 레이저 가공홈(110)이 어떠한 상태로 가공되어 있는지를 확인하기 위한 레이저 가공홈 확인 공정을 실시한다.
레이저 가공홈 확인 공정은, 우선 가공 이송 수단(37)을 작동시켜 상기 레이저 가공홈 형성 공정이 실시된 반도체 웨이퍼(10)가 유지되어 있는 척 테이블(36)을 3차원 촬상 기구(7)의 집광기(73)의 하측으로 이동시키고, 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 레이저 가공홈(110)을 집광기(73)의 바로 아래에 위치 부여한다. 다음으로, 제1 Z축 이동 수단(8)을 작동시켜 3차원 촬상 기구(7)를 정해진 대기 위치로부터 하강시키고, 제2 Z축 이동 수단으로서의 피에조 모터를 포함하는 액츄에이터(76)에 예컨대 60 V의 전압을 인가하여 피에조 모터를 포함하는 액츄에이터(76)를 도 6에 나타낸 바와 같이 60 ㎛ 신장된 상태로 한다. 이 상태에서 3차원 촬상 기구(7)의 집광기(73)로부터 조사되는 광의 집광점(P)(도 4 참조)이 척 테이블(36)에 유지된 반도체 웨이퍼(10)의 표면(10a)(상면) 부근이 되도록 셋팅한다.
다음으로, 3차원 촬상 기구(7)를 구성하는 촬상 소자 수단(72), 광조사 수단(74)의 광원(741)을 작동시키고, 피에조 모터를 포함하는 액츄에이터(76)에 인가하는 전압을 60 V로부터 1 V씩 낮춰 간다. 그 결과, 본 실시형태에서는, 도 6에 나타낸 바와 같이 피에조 모터를 포함하는 액츄에이터(76)는 1 V마다 1 ㎛ 단축하기 때문에, 집광기(73)가 1 ㎛씩 Z축 방향으로 하강한다. 이와 같이 하여 집광기(73)가 1 ㎛씩 하강할 때마다, 촬상 소자 수단(72)으로 촬상한 화상이 처리 수단(9)에 보내진다. 처리 수단(9)은 촬상 소자 수단(72)으로부터 보내진 촬상 신호에 기초하여, 도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이 전술한 광강도가 높은 간섭광을 수광한 화소의 XY 좌표를 Z축 방향 위치마다(Z1, Z2, Z3ㆍㆍㆍㆍ) 구하여, 랜덤 액세스 메모리(RAM)(93)에 저장한다. 또, Z축 방향 위치(Z1, Z2, Z3ㆍㆍㆍㆍ)는, Z축 방향 위치 검출 수단(80)의 판독 헤드(80b)로부터의 검출 신호 또는 피에조 모터를 포함하는 액츄에이터(76)에 인가하는 전압 신호로부터 구해진다. 또, 피에조 모터는 고속으로 작동할 수 있기 때문에, 단시간에 화상 정보를 취득할 수 있다. 따라서, Z축 방향 위치 검출 수단(80) 및 피에조 모터를 포함하는 액츄에이터(76)에 인가하는 전압을 제어하는 처리 수단(9) 자신도 집광기(73)의 Z축 방향 위치를 검출하는 Z축 방향 위치 검출 수단으로서 기능한다. 그리고, 처리 수단(9)은, 랜덤 액세스 메모리(RAM)(93)에 저장된 Z축 방향 위치마다(Z1, Z2, Z3ㆍㆍㆍㆍ)의 광강도가 높은 간섭광을 수광한 화소의 XY 좌표에 기초하여 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 레이저 가공홈(110)의 3차원 화상을 작성하고, 출력 수단(90)에 출력하여, 모니터 등의 표시 수단에 표시시키거나 프린터에 의해 프린트 아웃시킨다. 이와 같이 하여 레이저 가공홈(110)의 3차원 화상을 출력 수단(90)으로서의 모니터 등의 표시 수단에 표시시키거나 프린터에 의해 프린트 아웃시킴으로써, 레이저 가공홈(110)의 가공 상태를 검증할 수 있기 때문에, 가공 조건을 조정하여 적정한 가공 조건을 설정할 수 있다.
또, 전술한 실시형태에서는, 레이저 가공을 실시하기 위해 반도체 웨이퍼(10)를 척 테이블(36)에 유지한 상태로 레이저 가공홈 확인 공정을 실시한 예를 나타냈지만, 레이저 가공홈 확인 공정을 실시하기 위한 테이블을 설치하고, 그 테이블에 레이저 가공홈(110)이 형성된 반도체 웨이퍼(10)를 유지하여 상기 레이저 가공홈 확인 공정을 실시해도 좋다.
다음으로, 3차원 촬상 기구의 다른 실시형태에 관해, 도 10을 참조하여 설명한다. 또, 도 10에 나타내는 3차원 촬상 기구(7a)는, 소위 마이켈슨 타입 3차원 촬상 기구이며, 상기 도 3 및 도 4에 나타내는 3차원 촬상 기구(7)의 구성 부재에서의 간섭광 생성 수단이 상이하지만 다른 구성 부재는 실질적으로 동일하기 때문에, 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 10에 나타내는 3차원 촬상 기구(7a)의 간섭광 생성 수단(75a)은, 대물 렌즈(732)로부터 척 테이블(36)측에 배치된 제1 빔 스플리터(752a)와, 대물 렌즈(732)로 집광되어 제1 빔 스플리터(752a)에서 반사된 광의 집광점 위치에 배치된 반사 미러(77a)를 포함하고 있다. 이와 같이 구성된 간섭광 생성 수단(75a)은, 광조사 수단(74)의 광원(741)으로부터 조사되어 제2 빔 스플리터(742)를 통해 대물 렌즈(732)로 유도되고 그 대물 렌즈(732)에 의해 집광되어 집광점(P)에서 반사된 반사광과 반사 미러(77a)에서 반사된 광이 제1 빔 스플리터(752a)에서 간섭했을 때 광강도가 높은 간섭광을 생성하여, 상기 촬상 소자 수단(72) 방향으로 유도한다.
다음으로, 3차원 촬상 기구의 또 다른 실시형태에 관해, 도 11을 참조하여 설명한다. 또, 도 11에 나타내는 3차원 촬상 기구(7b)는, 소위 리닉 타입 3차원 촬상 기구이며, 상기 도 3, 도 4에 나타내는 3차원 촬상 기구(7) 및 도 10에 나타내는 3차원 촬상 기구(7a)의 구성 부재에서의 간섭광 생성 수단이 상이하지만 다른 구성 부재는 실질적으로 동일하기 때문에, 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 11에 나타내는 3차원 촬상 기구(7b)의 간섭광 생성 수단(75b)은, 광조사 수단(74)의 제2 빔 스플리터(742)와 대물 렌즈(732) 사이에 배치된 제1 빔 스플리터(742b)와, 그 제1 빔 스플리터(742b)에서 반사된 광을 집광하는 집광 렌즈(78b)와, 그 집광 렌즈(78b)에서 집광된 광의 집광점 위치에 배치된 반사 미러(77b)를 포함하고 있다. 이와 같이 구성된 간섭광 생성 수단(75b)은, 광조사 수단(74)의 광원(741)으로부터 조사되고 제2 빔 스플리터(742)를 통해 제1 빔 스플리터(742b)를 통과하여 대물 렌즈(732)로 유도되고 그 대물 렌즈(732)에 의해 집광되어 집광점(P)에서 반사된 반사광과 반사 미러(77b)에서 반사된 광이 제1 빔 스플리터(742b)에서 간섭했을 때 광강도가 높은 간섭광을 생성하여, 상기 촬상 소자 수단(72) 방향으로 유도한다.
이상, 본 발명을 도시한 실시형태에 기초하여 설명했지만, 본 발명은 전술한 실시형태에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지의 범위에서 여러가지 변형은 가능하다. 예컨대, 전술한 실시형태에서는, 본 발명을 레이저 가공 장치에 적용한 예를 나타냈지만, 본 발명은 절삭 장치에 적용하여 절삭홈의 깊이나 단면형상을 검증하거나, 연삭 장치에 적용하여 연삭흔의 요철 상태를 검증할 수 있다.
또한, 전술한 실시형태에서는 레이저 가공홈(110)의 3차원 화상을 출력 수단(90)에 출력하고, 오퍼레이터가 3차원 화상에 의해 레이저 가공홈(110)의 가공 상태를 검증하여, 적정한 가공 조건을 설정하는 예를 나타냈지만, 레이저 가공 장치 스스로 레이저 가공홈(110)의 3차원 화상에 기초하여 가공 조건을 설정할 수도 있다. 즉, 적정한 가공 조건에 의해 가공된 복수의 레이저 가공홈의 3차원 화상을 미리 랜덤 액세스 메모리(RAM)(93)에 저장해 두고, 오퍼레이터가 지금부터 가공하는 피가공물에 대한 레이저 가공홈의 3차원 화상을 입력한다. 그리고, 지금부터 가공하는 피가공물에 대하여 가공 조건을 바꾸면서 시험 가공을 실시하여, 시험 가공에 의한 레이저 가공홈의 3차원 화상이 랜덤 액세스 메모리(RAM)(93)에 저장된 3차원 화상과 일치했을 때의 가공 조건을 적정한 가공 조건으로서 결정한다.
또, 상기 촬상 소자 수단(72)을 구성하는 XY 좌표의 화소수가 예컨대 10000×10000인 경우, 특정된 1000×1000의 화소를 사용하면 메모리를 작게 할 수 있고 기억 속도를 100배로 향상시킬 수 있다.
2 : 정지 베이스 3 : 척 테이블 기구
36 : 척 테이블 37 : 가공 이송 수단
38 : 인덱싱 이송 수단 4 : 레이저 광선 조사 유닛
5 : 레이저 광선 조사 수단 51 : 가공 헤드
6 : 촬상 수단 7 : 3차원 촬상 기구
72 : 촬상 소자 수단 73 : 집광기
732 : 대물 렌즈 74 : 광조사 수단
75 : 간섭광 생성 수단 76 : 액츄에이터
8 : 제1 Z축 이동 수단 9 : 처리 수단
10 : 반도체 웨이퍼

Claims (5)

  1. 피가공물을 유지하는 유지면을 구비한 피가공물 유지 수단과,
    상기 피가공물 유지 수단의 유지면에 유지된 피가공물에 가공을 하는 가공 수단과,
    상기 피가공물 유지 수단과 상기 가공 수단을 가공 이송 방향(X축 방향)으로 가공 이송하는 가공 이송 수단과,
    X축 방향, X축 방향과 직교하는 Y축 방향, X축 방향 및 Y축 방향과 직교하는 Z축 방향에서 3차원으로 상기 피가공물 유지 수단의 유지면에 유지된 피가공물을 촬상하고, 촬상한 화상 신호를 출력하는 3차원 촬상 기구와,
    상기 3차원 촬상 기구로부터 출력된 화상 신호에 기초하여 3차원 화상을 생성하는 처리 수단과,
    상기 처리 수단에 의해 생성된 3차원 화상을 출력하는 출력 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 가공 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 3차원 촬상 기구는, 복수의 화소가 X축 방향과 Y축 방향으로 배열된 촬상 소자 수단과, 상기 피가공물 유지 수단의 유지면에 대향하는 집광기와, 상기 집광기를 통해서 상기 피가공물 유지 수단의 유지면에 유지된 피가공물에 광을 조사하는 광조사 수단과, 상기 피가공물 유지 수단의 유지면에 유지된 피가공물에 의해 반사된 반사광과 간섭광을 생성하는 간섭광 생성 수단과, 상기 집광기를 Z축 방향으로 이동시키는 Z축 이동 수단과, 상기 Z축 이동 수단에 의해 이동되는 상기 집광기의 Z축 방향 위치를 검출하는 Z축 방향 위치 검출 수단을 구비하고,
    상기 처리 수단은, 상기 Z축 방향 위치 검출 수단으로부터의 Z축 방향 위치 신호와 상기 촬상 소자 수단으로부터의 촬상 신호에 기초하여, Z축 방향 위치마다 상기 간섭광 생성 수단에 의해 생성된 강한 광을 포착한 상기 촬상 소자 수단의 화소의 X 좌표와 Y 좌표를 구하고, 상기 Z축 방향 위치마다 구한 X 좌표와 Y 좌표에 기초하여 3차원 화상을 작성하는 것인 가공 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 집광기는, 집광기 케이스와 상기 집광기 케이스에 배치된 대물 렌즈를 구비하고 있고,
    상기 간섭광 생성 수단은, 상기 집광기 케이스 내에서 상기 대물 렌즈로부터 상기 피가공물 유지 수단의 유지면에 유지된 피가공물측에 배치되며 중앙에 미세한 미러를 구비한 간섭광을 생성하는 유리 플레이트와, 상기 유리 플레이트로부터 상기 피가공물 유지 수단의 유지면에 유지된 피가공물측에 배치되며 상기 광조사 수단으로부터 조사된 광을 투과하여 상기 피가공물 유지 수단의 유지면에 유지된 피가공물에 조사하고 상기 유리 플레이트의 미세한 미러를 향해서 광을 반사하는 제1 빔 스플리터에 의해 구성되고,
    상기 광조사 수단은, 광원과, 상기 촬상 소자 수단과 상기 집광기 사이에 배치되며 상기 광원으로부터의 광을 상기 집광기로 유도하고 상기 피가공물 유지 수단의 유지면에 유지된 피가공물에 의해 반사된 광을 상기 촬상 소자 수단으로 유도하는 제2 빔 스플리터에 의해 구성되어 있는 것인 가공 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 Z축 이동 수단은, 상기 3차원 촬상 기구를 Z축 방향으로 이동시키는 제1 Z축 이동 수단과, 상기 집광기를 Z축 방향으로 이동시키는 제2 Z축 이동 수단을 포함하는 것인 가공 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 Z축 이동 수단은 피에조 모터를 포함하는 것인 가공 장치.
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