KR20160149145A - 레이저 가공 장치 - Google Patents

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KR20160149145A
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laser
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마사루 나카무라
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

(과제) 피가공물의 내부에 개질층을 형성하는 레이저 가공 방법에 있어서, 어브레이션의 발생을 최소한으로 억제하여, 피가공물을 정상적으로 분할할 수 없는 영역이 발생하는 문제를 해소한다.
(해결 수단) 피가공물을 유지하는 유지 수단과, 그 유지 수단에 의해서 유지된 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 조사하여 내부에 개질층을 형성하는 집광기를 구비한 레이저 광선 조사 수단과, 그 유지 수단을 그 레이저 광선 조사 수단에 대하여 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단으로 적어도 구성되는 레이저 가공 장치로서, 그 레이저 광선이 조사된 영역을 감시하는 감시 수단을 구비하고, 그 감시 수단이, 그 레이저 광선의 집광점이 피가공물의 내부에서 표면측으로 이동함으로써 발생하는 광을 검출한 경우에, 이상이라고 판정하여 그 레이저 광선에 의한 가공을 정지하는 레이저 가공 장치가 제공된다.

Description

레이저 가공 장치{LASER MACHINING APPARATUS}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 레이저 광선을 조사하여, 피가공물의 내부에 개질층을 형성하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조 공정에서는, 실리콘 기판, 사파이어 기판, 탄화규소 기판, 리튬탄탈레이트 기판, 유리 기판 혹은 석영 기판과 같은 적절한 기판을 포함하는 웨이퍼의 표면에 격자상으로 형성된 스트리트라고 불리우는 분할 예정 라인에 의해서 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스를 형성한다. 그리고, 웨이퍼를 스트리트를 따라서 절단함으로써 디바이스가 형성된 영역을 분할하여 개개의 반도체 디바이스를 제조하고, 분할된 각 디바이스는 휴대 전화, 퍼스널 컴퓨터 등의 전기 기기에 이용된다.
상기한 반도체 디바이스를 구성하는 반도체 웨이퍼의 판상의 피가공물을 분할하는 방법으로서, 그 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 펄스 레이저 광선을 사용하여, 분할할 영역의 내부로 집광점을 맞춰 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 가공 방법도 시도되고 있다. 이 레이저 가공 방법을 사용한 분할 방법은, 피가공물의 일방의 면측에서부터 내부로 집광점을 맞춰 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하여, 피가공물의 내부에 스트리트를 따라서 개질층을 연속적으로 형성하고, 이 개질층이 형성됨으로써 강도가 저하된 스트리트를 따라서 외력을 가함으로써, 피가공물을 분할하는 것이다 (예를 들어, 특허문헌 1 을 참조).
일본 특허 제3408805호
상기한 가공 방법에 의하면, 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 펄스 레이저 광선을 사용함으로써, 피가공물의 표면에 대하여 흡수성을 갖는 레이저 광선을 사용하여 홈을 형성함으로써 피가공물을 분할하는 레이저 가공 방법과 비교하여, 레이저 가공시에 발생하는 파편 (debris) 을 비산시키지 않고 피가공물의 내부에 취약한 개질층을 형성할 수 있다.
그러나, 상기 가공 방법을 실행하기 위해서는, 두께가 0.1 ㎜ (100 ㎛) 정도인 반도체 웨이퍼 내부의 목표한 높이 위치로 정확하게 집광점을 제어할 필요가 있어, 반도체 웨이퍼의 미세한 기복 또는 두께의 편차 등에서 기인하여 레이저 광선의 집광점이 그 반도체 웨이퍼 내부의 소정의 목표점에서부터 벗어나 표면측으로 위치되어지면, 당해 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장임에도 불구하고, 당해 지점의 내부에 개질층이 형성되지 않은 가공 불량 지점이 된다. 그리고, 레이저 가공을 실시한 후에, 스트리트를 따라서 외력을 가함으로써 피가공물을 분할하고자 하여도, 당해 불량 지점에 있어서 개개의 디바이스로 정상적으로 분할되지 않는다는 문제가 발생한다.
또한, 레이저 광선의 집광점이 그 반도체 웨이퍼 내부의 소정의 목표 위치로부터 벗어나 표면측에 위치되어지면, 그 웨이퍼의 표면이 레이저 광선에 격하게 반응하여 어브레이션 (abrasion) 을 야기하고, 당해 어브레이션에 의해 발생하는 파편이 외부로 비산하여 집광기를 구성하는 대물 렌즈를 오염시킨다는 문제도 발생한다.
본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술적 과제는, 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 펄스 레이저 광선을 사용함으로써, 레이저 가공시에 발생하는 파편을 비산시키지 않고 피가공물의 내부에 취약한 개질층을 형성하는 레이저 가공 방법에 있어서, 어브레이션의 발생을 최소한으로 억제할 수 있고, 피가공물을 정상적으로 분할할 수 없는 영역이 생긴다는 문제를 해소하는 것으로, 추가적으로 말하자면, 그 어브레이션에 의해서 발생하는 파편이 비산하여 집광기를 구성하는 대물 렌즈를 오염시킨다는 문제를 해소한다.
상기 주된 기술 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 피가공물을 유지하는 유지 수단과, 그 유지 수단에 의해서 유지된 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 조사하여 내부에 개질층을 형성하는 집광기를 구비한 레이저 광선 조사 수단과, 그 유지 수단을 그 레이저 광선 조사 수단에 대하여 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단으로 적어도 구성되는 레이저 가공 장치로서, 그 레이저 광선이 조사된 영역을 감시하는 감시 수단을 구비하고, 그 감시 수단이, 그 레이저 광선의 집광점이 피가공물의 내부에서 표면측으로 이동함으로써 발생하는 광을 검출한 경우에, 이상이라고 판정하여 그 레이저 광선에 의한 가공을 정지하는 레이저 가공 장치가 제공된다.
본 발명에 관련된 감시 수단은, 상기 감시 수단이, 상기 집광기에 인접하여 배치 형성되는 포토디텍터와, 그 포토디텍터가 그 소정치를 초과하는 광을 검출한 경우에, 상기 이상이라고 판정하는 이상 판정부를 구비하고, 그 이상 판정부가 이상이라고 판정한 경우에, 그 레이저 광선에 의한 가공을 정지한다.
또, 본 발명에 관련된 감시 수단은, 상기 감시 수단이, 상기 집광기에 인접하여 배치 형성되는 포토디텍터와, 그 포토디텍터가 피가공물에서 발생한 소정의 파장을 갖는 플라스마를 검출한 경우에, 상기 이상이라고 판정하는 이상 판정부를 구비하고, 그 이상 판정부가 이상이라고 판정한 경우에, 그 레이저 광선에 의한 가공을 정지한다.
또한, 본 발명에 관련된 상기 레이저 광선 조사 수단은, 레이저 광선을 발진하는 발진기와, 그 발진기가 발진한 그 레이저 광선을 상기 집광기로 안내하는 제 1 경로를 포함하고, 상기 감시 수단이, 그 제 1 경로에 배치 형성되어 그 발진기가 발진한 소정의 파장의 레이저 광선을 투과하고, 피가공물측으로부터의 그 밖의 파장의 광을 반사하여 제 2 경로로 안내하는 다이크로익 미러와, 그 제 2 경로에 배치 형성되어 그 다이크로익 미러에 의해서 반사된 광을 검출하는 포토디텍터와, 그 포토디텍터가 소정치를 초과하는 광을 검출한 경우에, 상기 이상이라고 판정하는 이상 판정부를 구비하고, 그 이상 판정부가 이상이라고 판정한 경우에, 그 레이저 광선에 의한 가공을 정지한다.
본 발명에 관련된 레이저 가공 장치는, 피가공물에 있어서의 레이저 광선이 조사된 영역을 감시하는 감시 수단이 배치 형성되어 있고, 그 감시 수단이 그 레이저 광선의 집광점이 피가공물의 내부에서 표면측으로 이동함으로써 발생하는 광을 검출한 경우에, 이상이라고 판정하여 그 레이저 광선에 의한 가공을 정지하도록 구성되어 있기 때문에, 어브레이션의 발생을 최소한으로 억제할 수 있고, 스트리트를 따라서 외력을 가함으로써 피가공물을 분할할 때에, 개개의 디바이스로 분할할 수 없는 영역이 생긴다는 문제를 해소할 수 있다. 나아가, 어브레이션에 의해서 발생하는 파편이 비산하여 집광기를 구성하는 대물 렌즈를 오염시킨다는 문제를 해소할 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따라서 구성된 레이저 가공 장치의 사시도.
도 2 는 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치의 요부 사시도.
도 3 은 도 2 에 나타내는 레이저 가공 장치에 의해 가공되는 가공 상태를 나타내는 요부 단면도.
도 4 는 본 발명에 따라서 구성된 레이저 가공 장치의 제 1 실시형태의 요부 측면도와 제어 플로차트.
도 5 는 본 발명에 따라서 구성된 레이저 가공 장치의 제 2 실시형태의 요부 측면도와 제어 플로차트.
도 6 은 본 발명에 따라서 구성된 레이저 가공 장치의 제 3 실시형태를 나타내는 블록도.
이하, 본 발명에 따라서 구성된 레이저 가공 장치의 바람직한 실시형태에 관해서, 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 에는, 본 발명에 따라서 구성된 제 1 실시형태로서의 레이저 가공 장치의 사시도가 도시되어 있다. 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치는, 정지 기대 (2) 와, 그 정지 기대 (2) 에 화살표 X 로 나타내는 가공 이송 방향 (X 축 방향) 으로 이동 가능하게 배치 형성되어 피가공물을 유지하는 척 테이블 기구 (3) 와, 정지 기대 (2) 에 상기 화살표 X 로 나타내는 방향과 직각인 화살표 Y 로 나타내는 산출 이송 방향 (Y 축 방향) 으로 이동 가능하게 배치 형성된 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구 (4) 와, 그 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구 (4) 에 화살표 Z 로 나타내는 방향 (Z 축 방향) 으로 이동 가능하게 배치 형성된 레이저 광선 조사 유닛 (5) 을 구비하고 있다.
상기 척 테이블 기구 (3) 는, 정지 기대 (2) 상에 화살표 X 로 나타내는 가공 이송 방향을 따라서 평행하게 배치 형성된 한 쌍의 안내 레일 (31, 31) 과, 그 안내 레일 (31, 31) 상에 화살표 X 로 나타내는 가공 이송 방향으로 이동 가능하게 배치 형성된 제 1 슬라이딩 블록 (32) 과, 그 제 1 슬라이딩 블록 (32) 상에 화살표 Y 로 나타내는 산출 이송 방향으로 이동 가능하게 배치 형성된 제 2 슬라이딩 블록 (33) 과, 그 제 2 슬라이딩 블록 (33) 상에 원통 부재 (34) 에 의해서 지지된커버 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 있어, 흡착 척 (361) 상에 피가공물인 예를 들어 원반상의 반도체 웨이퍼를 도시하지 않은 흡인 수단에 의해서 유지하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 척 테이블 (36) 은, 원통 부재 (34) 내에 배치 형성된 도시하지 않은 펄스 모터에 의해서 회전되어진다. 또, 척 테이블 (36) 에는, 후술하는 고리상 프레임을 고정하기 위한 클램프 (362) 가 배치 형성되어 있다.
도시한 실시형태에 있어서의 척 테이블 기구 (3) 는, 제 1 슬라이딩 블록 (32) 을 한 쌍의 안내 레일 (31, 31) 을 따라서 화살표 X 로 나타내는 가공 이송 방향으로 이동시키기 위한 가공 이송 수단 (37) 을 구비하고 있고, 적어도 그 제 1 슬라이딩 블록 (32) 을 구동하는 펄스 모터 (371) 에 의해서 구성된다.
상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구 (4) 는, 정지 기대 (2) 상에 화살표 Y 로 나타내는 산출 이송 방향을 따라 평행하게 배치 형성된 한 쌍의 안내 레일 (41, 41) 과, 그 안내 레일 (41, 41) 상에 화살표 Y 로 나타내는 방향으로 이동 가능하게 배치 형성된 가동 지지 기대 (42) 를 구비하고 있다. 이 가동 지지 기대 (42) 는, 안내 레일 (41, 41) 상에 이동 가능하게 배치 형성된 이동 지지부 (421) 와, 그 이동 지지부 (421) 에 설치된 장착부 (422) 로 이루어져 있다. 장착부 (422) 는, 일 측면에 화살표 Z 로 나타내는 방향으로 연장되는 한 쌍의 안내 레일 (423, 423) 이 평행하게 형성되어 있다. 도시한 실시형태에 있어서의 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구 (4) 는, 가동 지지 기대 (42) 를 한 쌍의 안내 레일 (41, 41) 을 따라 화살표 Y 로 나타내는 산출 이송 방향으로 이동시키기 위한 산출 이송 수단 (43) 을 구비하고 있다. 그 산출 이송 수단 (43) 은, 상기 한 쌍의 안내 레일 (41, 41) 사이에 평행하게 배치 형성된 수나사 로드 (431) 와, 그 수나사 로드 (431) 를 회전구동하기 위한 펄스 모터 (432) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드 (431) 는, 그 일단이 상기 정지 기대 (2) 에 고정된 도시하지 않은 베어링 블록에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터 (432) 의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또, 수나사 로드 (431) 는, 가동 지지 기대 (42) 를 구성하는 이동 지지부 (421) 의 중앙부 하면에 돌출하여 형성된 도시하지 않은 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 기대 (42) 는 안내 레일 (41, 41) 을 따라서 화살표 Y 로 나타내는 산출 이송 방향으로 이동되어진다.
도시한 실시형태에 있어서의 레이저 광선 조사 유닛 (5) 은, 유닛 홀더 (51) 와, 그 유닛 홀더 (51) 에 설치된 레이저 광선 조사 수단 (52) 을 구비하고 있다. 유닛 홀더 (51) 는, 상기 장착부 (422) 에 형성된 한 쌍의 안내 레일 (423, 423) 에 미끄러짐 가능하게 끼워 맞춰지는 한 쌍의 피안내홈이 형성되어 있고, 이 피안내홈을 상기 안내 레일 (423, 423) 에 끼워 맞춤으로써, 화살표 Z 로 나타내는 초점 위치 조정 방향 (Z 축 방향) 으로 이동 가능하게 지지된다.
상기 레이저 광선 조사 유닛 (5) 은, 레이저 광선 조사 수단 (52) 의 Z 축 방향위치를 검출하기 위한 Z 축 방향 위치 검출 수단 (55) 을 구비하고 있다. Z 축 방향 위치 검출 수단 (55) 은, 상기 안내 레일 (423, 423) 과 평행하게 배치 형성된 리니어 스케일 (551) 과, 상기 유닛 홀더 (51) 에 설치되어 그 유닛 홀더 (51) 와 함께 리니어 스케일 (551) 을 따라서 이동하는 판독 헤드 (552) 로 이루어져 있다. 이 Z 축 방향 위치 검출 수단 (55) 의 판독 헤드 (552) 는, 도시한 실시형태에 있어서는 1 ㎛ 마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어부로 보낸다.
상기 레이저 광선 조사 수단 (52) 은, 실질상 수평하게 배치된 원통 형상의 케이싱과 그 선단부에 집광기 (53) 를 적어도 갖고 있다. 이 케이싱 내에는 후술하는 가공용 펄스 레이저 광선 발진기와, 이 가공용 펄스 레이저 광선 발진기가 발진하는 가공용 펄스 레이저 광선의 강도를 조정하는 강도 조정기 (어테뉴에이터) 를 구비하고, 그 집광기 (53) 에는 그 펄스 레이저 광선 발진기로부터의 레이저 광선을 척 테이블 (36) 을 향하여 방향 변환하는 반사체와, 그 반사체에 의해서 방향 변환된 가공용 펄스 레이저 광선을 집광하는 대물 집광 렌즈가 구비되어 있다. 이 가공용 펄스 레이저 광선 발진기는, 피가공물이 실리콘 기판, 탄화규소 기판, 리튬탄탈레이트 기판, 유리 기판 혹은 석영 기판을 포함하는 웨이퍼인 경우, 예를 들어 파장이 1064 ㎚ 인 펄스 레이저 광선을 발진하는 펄스 레이저 발진기 혹은 YAG 펄스 레이저 발진기를 사용할 수 있다.
도시한 실시형태에 있어서의 레이저 가공 장치는, 척 테이블 (36) 에 유지된 피가공물인 반도체 웨이퍼 (W) 의 상면 높이 위치를 계측하기 위한 도시하지 않은 높이 위치 계측 수단을 구비하고 있다. 반도체 웨이퍼 (W) 의 내부에 개질층을 형성할 때, 반도체 웨이퍼 (W) 의 두께에 편차가 있으면, 소정의 깊이로 균일하게 개질층을 형성할 수 없다. 그래서, 당해 높이 위치 계측 수단을 가짐으로써, 피가공물에 레이저 가공을 실시하기 전에, 당해 높이 위치 계측 수단에 의해서 척 테이블 (36) 에 유지되어 있는 반도체 웨이퍼 (W) 의 높이 위치를 계측한다.
상기 높이 위치 계측 수단에 의해, 당해 반도체 웨이퍼 (W) 상에 형성된 모든 분할 예정 스트리트 라인의 일단에서 타단까지의 높이가 계측되고, 그 높이 위치 정보는 후술하는 제어부의 랜덤 액세스 메모리에 격납된다. 그리고, 당해 계측된 높이 위치 정보에 따라서, 반도체 웨이퍼 (W) 내부의 소정의 높이 위치에 레이저 광선의 집광점이 설정되고, 도 2 에 나타내는 바와 같이 레이저 광선 조사 수단의 집광기 (53) 에 대하여 상기 척 테이블 (36) 에 재치 (載置) 되어 프레임 (F), 시트 (T) 와 일체화된 반도체 웨이퍼 (W) 를 상대적으로 이동하도록 가공 이송하면서, 그 반도체 웨이퍼 (W) 에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 조사하여 내부에 개질층을 형성하는 레이저 가공이 실시된다.
또, 상기 레이저 가공은, 예를 들어 이하의 가공 조건으로 실시된다.
파장 : 1064 ㎚
반복 주파수 : 50 kHz
스폿 직경 : φ2 ㎛
평균 출력 : 1 W
이송 속도 : 100 ㎜/초
여기서, 상기한 높이 위치 계측 수단에 의해 반도체 웨이퍼 (W) 의 높이 위치가 정확히 파악되어, 레이저 가공 장치에 있어서의 레이저 광선의 집광점의 제어가 정상적으로 이루어지고 있는 경우에는, 도 3(a) 에 나타내는 바와 같이, 반도체 웨이퍼 (W) 의 내부에 있어서의 원하는 높이 위치에 개질층 (P) 이 형성된다. 그러나, 당해 반도체 웨이퍼 (W) 는 그 두께가 100 ㎛ 로 얇아, 소재의 미세한 기복, 높이 위치 계측 수단의 계측 정밀도, 레이저 조사 수단의 집광점 위치의 제어 정밀도의 편차 등 여러 가지 조건에 의해 레이저 광선의 집광점이 원하는 높이 위치를 벗어나, 도 3(b) 에 나타내는 바와 같이 반도체 웨이퍼 (W) 의 표면측으로 어긋나는 경우가 있다. 이 경우, 당해 어긋난 위치에서는, 반도체 웨이퍼 (W) 내부의 원하는 높이 위치에 개질층 (P) 이 형성되지 않고, 그대로 레이저 조사를 수반하는 가공을 계속하면, 당해 반도체 웨이퍼에 외력을 가하여 개개의 반도체 디바이스로 분할하려고 해도 정상적으로 분할되지 않는다는 문제가 발생한다.
여기서, 집광기 (53) 에 대하여 척 테이블 (36) 을 상대적으로 이동시키도록 가공 이송하면서, 반도체 웨이퍼 (W) 내에 개질층 (P) 을 형성하는 레이저 가공을 실시하고 있는 상태에 있어서, 어떠한 원인에 의해 상기 집광점의 위치가 반도체 웨이퍼 (W) 의 기판을 구성하는 실리콘 기판의 표면측으로 이동한 경우, 레이저 광선의 집광점이 실리콘 기판 상에 일치하여, 실리콘 플라스마 발광이 발생하는 것이 알려져 있다.
그래서 본 발명에 의해 구성되는 제 1 실시형태의 레이저 가공 장치에서는, 레이저 광선이 조사된 영역을 감시하는 감시 수단으로서, 포토디텍터 (522) 와 후술하는 이상 판정부를 적어도 구비하고 있다. 도 1, 도 4(a) 에 나타내는 그 포토디텍터 (522) 는 상기 집광기 (53) 에 인접하여 배치 형성되고, 당해 집광기로부터 조사되는 레이저 광선의 집광점 근방의 영역을 향하고 있으며, 당해 영역에서 발생하는 광을 검출한 경우에는, 검출된 광의 광량에 따른 전압이 발생하여, 제어부 (6) 로 그 전압치 신호를 전달한다.
상기 제어부에는, 도 4(b) 에 나타내는 플로차트에 의해 나타내는 이상 판정부로서의 레이저 발진 정지 제어 수단이 구비되어 있다. 상기 레이저 가공이 시작되면, 레이저 발진 정지 제어 수단이 기동하여, 집광기로부터 조사된 레이저 광선의 집광점 근방의 영역을 상기 포토디텍터 (522) 로 항상 감시하고, 그 포토디텍터 (522) 로부터 검출되는 광량이 소정치 이상인지 아닌지, 즉 출력된 전압이 소정치 이상인지의 여부를 판정한다 (S1). 검출된 전압치가 당해 소정치보다 낮아, 당해 S1 에서「NO」로 판정된 경우에는, 실리콘 플라스마 발광이 발생하지 않았다고 판단하여 스타트로 되돌아가, 소정의 시간 간격으로 그 S1 이 반복 실행된다.
그리고, S1 에서 검출된 전압치가 소정치 이상이었던 경우에는, 레이저 광선의 집광점이 피가공물의 내부에서 표면 근방으로 이동한 것에 의해서 실리콘 플라스마 발광이 발생한 이상 상태라고 판정하여, S2 로 진행되고, 레이저 광선에 의한 가공을 정지시키기 위해 레이저 발진기를 정지하는 제어를 실시한다.
당해 실시형태에서는, 어떠한 원인에 의해 레이저 광선의 집광점이 반도체 웨이퍼의 표면으로 이동한 경우, 도 4(b) 에 나타내는 바와 같은 레이저 발진 정지 제어 수단을 갖고 있음으로써 가공 불량이 바로 검출되어, 레이저 광선에 의한 가공이 바로 정지된다. 이로써, 어브레이션의 발생을 최소한으로 억제할 수 있고, 가공 불량이 발생된 상태로 가공이 계속되는 것을 방지함과 함께, 가공 불량 지점이 용이하게 특정된다. 그리고, 당해 지점에 있어서 레이저 광선 조사 수단의 재설정을 실행하여 레이저 가공을 재개함으로써, 나중의 공정에 있어서 개개의 디바이스로 분할할 수 없는 영역이 발생한다는 문제를 해소할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 의한 레이저 가공 장치의 제 2 실시형태에 관해서 설명한다. 또, 당해 제 2 실시형태는, 상기 제 1 실시형태에 대하여 감시 수단만이 상이하고 그 밖의 점에서는 일치하기 때문에, 제 2 실시형태에 있어서의 감시 수단에 대해서 설명하고, 그 밖의 점에 관한 설명은 생략한다.
도 5(a) 에 나타내는 제 2 실시형태로는, 제 1 실시형태와 동일하게, 레이저 광선 조사 수단의 집광기 (53) 의 근방에, 레이저 광선이 조사된 영역을 감시하는 감시 수단의 일부를 구성하는 포토디텍터 (522) 를 구비하고 있다. 여기서, 당해 제 2 실시형태에서는, 제 1 실시형태의 포토디텍터 (522) 에 더하여, 특정한 파장 영역의 광만을 투과 가능한 밴드 패스 필터 (523) 를 추가로 구비하고 있는 점이 제 1 실시형태와 다르다.
제 1 실시형태에서는, 포토디텍터 (522) 에 의해서만 광을 검출하고 있었기 때문에, 검출된 광의 광량을 나타내는 전압치에 의해서만 실리콘 플라스마 발광의 발생을 검출하게 되어 있었다. 따라서, 다른 요인에 의해 발생하는 광에 의한 오검출이 우려되는 점에서, 이상 판정부를 구성하는 레이저 발진 정지 제어 수단에 있어서, 실리콘 플라스마 발광에 의한 것임을 판별하기 위한 상기 소정치의 설정을 적절히 실시할 필요가 있다. 이에 대해서, 제 2 실시형태에 있어서의 감시 수단은, 포토디텍터 (522) 에 추가하여 특정한 파장의 광만을 투과하는 밴드 패스 필터 (523) 를 구비하고 있다. 반도체 웨이퍼 (W) 의 표면에 상기한 조건의 레이저 광선의 집광점이 위치함으로써 발생하는 실리콘 플라스마 발광은 파장이 251 ㎚ 이기 때문에, 제 2 실시형태에 있어서의 상기 밴드 패스 필터 (523) 로서 240 ∼ 260 ㎚ 의 파장만을 투과하는 필터 유리를 채용하고, 포토디텍터 (522) 의 입광 부분에 배치하고 있다.
제 2 실시형태에 있어서의 레이저 발진 정지 제어 수단에 대해서, 도 5(b) 에 기초하여 설명한다. 제 1 실시형태와 동일하게, 상기 레이저 가공이 시작되면, 레이저 발진 정지 제어 수단이 기동하여, 집광기로부터 조사된 레이저 광선의 집광점 근방의 영역을 상기 포토디텍터 (522) 로 항상 감시하여, 광량이 소정치 이상인지 아닌지, 즉, 포토디텍터 (522) 의 출력치가 소정의 전압치를 초과했는지 여부를 판정한다 (S10). 실리콘 플라스마 발광이 발생되어 있지 않고, 당해 S1에서 「NO」로 판정되는 경우에는, 스타트로 되돌아가, 소정의 시간 간격으로 반복 실행된다. 또한, 당해 S10 에서「Yes」로 판정된 경우에는, S11 로 진행하여 레이저 광선에 의한 가공을 정지시키기 위해 레이저 광선 발진 수단을 정지한다.
상기 제 2 실시형태에서는, 제 1 실시형태에 의해 얻어지는 효과에 추가하여, 다른 원인으로 발생하는 광의 광량이 강한 작업 상황에 있어서도, 감시 수단으로서의 포토디텍터 (522) 의 입광 부분에 상기 밴드 패스 필터 (523) 를 가짐으로써, 실리콘 플라스마 발광 이외의 파장을 갖는 광의 영향을 받지 않기 때문에, 단계 10 에서, 다른 광을 레이저 가공의 가공 불량에 의해 발생된 것으로 오검출하는 것이 억제되고, 레이저 광선의 집광점이 반도체 웨이퍼의 표면으로 이동한 경우에 발생하는 실리콘 플라스마 발광에 의한 발광만을 높은 정밀도로 검출하는 것이 가능해져, 포토디텍터 (522) 에 의해 실리콘 플라스마 발광이 발생한 것을 판정하기 위한 소정치의 설정도 용이해진다.
그리고, 본 발명에 의한 레이저 가공 장치의 제 3 실시형태에 대해서, 제 1,제 2 실시형태와는 다른 점을 중심으로 도 6 에 기재된 블록도에 기초하여 상세히 설명한다.
당해 제 3 실시형태에서는, 집광기 (53) 내에 형성되어 있는 반사체 (531) 와 대물 집광 렌즈 (532) 사이의 광축 상에, 투과하는 광선의 파장이 1000 ∼ 1100 ㎚ 인 다이크로익 미러 (533) 가 구비되어, 레이저 광선을 발진하는 발진기 (54) 로부터 조사되는 레이저 광선 (파장 1064 ㎚) 을 투과시키도록 되어 있다.
레이저 광선 조사 수단 (52) 내에는, 상기 발진기 (54) 및 그 발진기 (54) 로부터 조사된 레이저 광선의 강도를 조정하는 강도 조정부 (55) 가 적어도 구비되어 있음과 함께, 그 발진기 (54) 로부터 조사된 레이저 광선을 상기 집광기 (53) 로 안내하는 제 1 경로 (LB1) 가 구성되어, 반도체 웨이퍼 (W) 측에서 발생하여 상기 다이크로익 미러 (533) 에서 반사된 반사광을 수광하는 포토디텍터 (522') 가 형성되어 있다. 그리고, 당해 포토디텍터 (522') 의 입광부에는, 밴드 패스 필터 (523') 가 형성되고, 그 반사광을 그 다이크로익 미러 (533) 로부터 그 포토디텍터 (522') 로 안내하는 제 2 경로 (LB2) 가 구성되어 있다. 또, 당해 제 3 실시형태에서는, 제 1, 제 2 실시형태에서 형성되어 있는 집광기 (53) 에 인접하여 배치된 포토디텍터 (522) 는 형성되어 있지 않다.
당해 제 3 실시형태에 있어서의 레이저 가공 장치는, 상기 구성 이외의 점에서는 제 1, 제 2 실시형태와 동일한 구성을 갖고 있어, 상기 발진기 (54) 로부터 조사된 레이저 광선이, 반사체 (531) 에 의해 피가공물인 반도체 웨이퍼 (W) 측으로 진행 방향을 바꾸고, 그 레이저 광선은 다이크로익 미러 (533) 를 투과하여, 대물 집광 렌즈 (532) 를 거쳐 반도체 웨이퍼 (W) 의 내부에 개질층 (P) 이 형성되도록 레이저 가공 장치에 의한 집광점 위치가 조정된다.
제 1, 제 2 실시형태와 동일하게 어떠한 원인에 의해 반도체 웨이퍼 (W) 에 대한 레이저 광선의 집광점 높이 위치가 변화하여, 당해 집광점 위치가 반도체 웨이퍼 (W) 의 표면으로 변위된 경우에는 실리콘 플라스마 발광이 발생한다. 당해 실리콘 플라스마 발광의 파장은 상기한 바와 같이 251 ㎚ 인 점에서, 반도체 웨이퍼 (W) 측에서 발생한 그 광은 상기 다이크로익 미러 (533) 를 투과하지 않고, 반사되어 진행 방향을 변경하고, 상기 제 2 경로 (LB2) 를 통과하여, 밴드 패스 필터 (523') 로 입광된다. 당해 밴드 패스 필터 (523') 도, 제 2 실시형태에 있어서의 밴드 패스 필터 (523) 와 동일하게 파장이 251 ㎚ 의 근방인 광선만을 투과하기 때문에, 상기 실리콘 플라스마 발광은, 당해 밴드 패스 필터 (523') 를 투과하고, 포토디텍터 (522') 로 당해 실리콘 플라스마 발광에 의한 광을 수광하여, 당해 수광한 광의 광량에 따라서 발생하는 전압치가 제어부 (6) 에 입력된다. 제 3 실시형태에서는 제 2 실시형태와 동일한 이상 판정부로서의 레이저 발진 정지 제어 수단 (도 5(b) 을 참조) 을 구비하고 있어, 제 2 실시형태와 동일한 작용 효과를 나타냄과 함께, 상기 포토디텍터 (522') 를 집광기에 인접하여 형성할 필요가 없고, 레이저 가공의 불량이 발생하여 반도체 웨이퍼 (W) 의 표면에서 파편이 발생하여 비산되어도 포토디텍터가 오염되는 경우도 없다.
또, 상기 제 3 실시형태에서는 포토디텍터 (522') 의 입광부에 밴드 패스 필터 (523') 를 형성한 구성을 제시하였지만, 반드시 밴드 패스 필터 (523') 를 형성할 필요는 없고, 상기 제 1 실시형태와 동일하게, 포토디텍터 (522') 에 의해 검출되는 광량에 비례한 전압치와 비교하는 소정치를 적절히 설정함으로써, 레이저 광선의 집광점이 피가공물의 내부에서 표면 근방으로 이동함으로써 발생하는 실리콘 플라스마 발광을 검출할 수 있다.
2 : 정지기대
3 : 척 테이블 기구
4 : 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구
5 : 레이저 광선 조사 유닛
6 : 제어부
31, 41 : 안내 레일
32 : 제 1 슬라이딩 블록
33 : 제 2 슬라이딩 블록
36 : 척 테이블
42 : 가동지지 기대
51 : 유닛 홀더
52 : 레이저 광선 조사 수단
53 : 집광기
54 : 발진기
55 : Z 축 방향 위치 검출 수단
522 : 포토디텍터
523 : 밴드 패스 필터
533 : 다이크로익 미러

Claims (4)

  1. 피가공물을 유지하는 유지 수단과, 그 유지 수단에 의해서 유지된 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 조사하여 내부에 개질층을 형성하는 집광기를 구비한 레이저 광선 조사 수단과, 그 유지 수단을 그 레이저 광선 조사 수단에 대하여 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단으로 적어도 구성되는 레이저 가공 장치로서,
    그 레이저 광선이 조사된 영역을 감시하는 감시 수단을 구비하고,
    그 감시 수단이, 그 레이저 광선의 집광점이 피가공물의 내부에서 표면측으로 이동함으로써 발생하는 광을 검출한 경우에, 이상이라고 판정하여 그 레이저 광선에 의한 가공을 정지하는 레이저 가공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감시 수단이, 상기 집광기에 인접하여 배치 형성되는 포토디텍터와, 그 포토디텍터가 그 소정치를 초과하는 광을 검출한 경우에, 상기 이상이라고 판정하는 이상 판정부를 구비하고, 그 이상 판정부가 이상이라고 판정한 경우에, 그 레이저 광선에 의한 가공을 정지하는 레이저 가공 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 감시 수단이, 상기 집광기에 인접하여 배치 형성되는 포토디텍터와, 그 포토디텍터가 피가공물에서 발생한 소정의 파장을 갖는 플라스마를 검출한 경우에, 상기 이상이라고 판정하는 이상 판정부를 구비하고, 그 이상 판정부가 이상이라고 판정한 경우에, 그 레이저 광선에 의한 가공을 정지하는 레이저 가공 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 광선 조사 수단은, 레이저 광선을 발진하는 발진기와, 그 발진기가 발진한 그 레이저 광선을 상기 집광기로 안내하는 제 1 경로를 포함하고,
    상기 감시 수단이, 그 제 1 경로에 배치 형성되어 그 발진기가 발진한 소정의 파장의 레이저 광선을 투과하고, 피가공물측으로부터의 그 밖의 파장의 광을 반사하여 제 2 경로로 안내하는 다이크로익 미러와, 그 제 2 경로에 배치 형성되어 그 다이크로익 미러에 의해서 반사된 광을 검출하는 포토디텍터와, 그 포토디텍터가 소정치를 초과하는 광을 검출한 경우에, 상기 이상이라고 판정하는 이상 판정부를 구비하고, 그 이상 판정부가 이상이라고 판정한 경우에, 그 레이저 광선에 의한 가공을 정지하는 레이저 가공 장치.
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