KR20180037580A - 펄스 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이저 스폿 형상을 용이하게 판정할 수 있도록 하는 것을 과제로 한다.
검사용 웨이퍼(TS)에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사한다. 이 조사에 의해, 복수의 레이저 스폿(LS)을 형성하여, 인접하는 레이저 스폿 사이에는 간극(S)이 개재된다. 그 후, 촬상 수단(50)에 의해 레이저 스폿을 촬상하여, 제어 수단(60)에 의해 촬상한 레이저 스폿 화상으로부터 레이저 스폿의 윤곽을 추출하여, 기억 수단(61)에 미리 기억되어 있는 이상의 레이저 스폿 형상의 윤곽과의 유사도를 산출한다. 그리고, 유사도가 임계값을 하회하는 경우에, 레이저 스폿 형상은 적정하지 않다고 판정하여 그 취지를 통지한다.

Description

펄스 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법{PULSE LASER BEAM SPOT SHAPE DETECTION METHOD}
본 발명은 펄스 레이저 광선의 조사에 의해 웨이퍼에 형성된 레이저 스폿의 형상을 검출하는 펄스 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조 프로세스에 있어서, 대략 원판 형상인 반도체 웨이퍼의 표면에 격자형으로 형성된 분할 예정 라인에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스가 형성된다. 반도체 웨이퍼를 분할 예정 라인을 따라 분할하는 방법으로서, 웨이퍼에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 분할 예정 라인을 따라 조사함으로써 파단의 기점이 되는 레이저 가공홈을 형성하고, 이 파단의 기점이 되는 레이저 가공홈이 형성된 분할 예정 라인을 따라 외력을 부여함으로써 분할 절단하는 방법이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1에 있어서, 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단은, 레이저 광선을 발진하는 레이저 발진기와, 레이저 발진기가 발진한 레이저 광선을 집광하여 웨이퍼에 조사하는 집광기와, 발진기와 집광기 사이에 배치되어 레이저 발진기가 발진한 레이저 광선을 전송하는 광학계를 구비하고 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2006-294674호 공보
상기 레이저 광선 조사 수단에서는, 집광기나 광학계에서 레이저 광선이 통과하는 렌즈 등에 파편 등의 불순물이 부착되는 경우가 있다. 이 경우, 부착된 불순물의 영향으로 렌즈 등이 팽창하여, 집광 스폿 형상이 반드시 원형 등의 의도한 형상으로 집광된다고는 할 수 없다. 이 결과, 레이저 광선의 집광 스폿 형상에 왜곡이 생겨 버려 원하는 가공을 실시할 수 없어진다. 그래서, 가공한 집광 스폿 형상을 확인하는 방법으로서, 오퍼레이터가 현미경 등을 이용하여 육안으로 확인하는 방법이 고려된다.
그런데, 전술한 바와 같이 오퍼레이터에 의한 육안 확인에서는, 오퍼레이터의 숙련도 등에 따라 정밀도가 불안정해지고, 또한 확인 작업에 요하는 시간도 길어진다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 레이저 스폿 형상을 용이하게 판정할 수 있는 펄스 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명에 따르면, 펄스 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법으로서, 척 테이블 상에 검사용 웨이퍼를 배치하는 검사용 웨이퍼 배치 단계와, 상기 검사용 웨이퍼 배치 단계를 실시한 후, 상기 검사용 웨이퍼의 상면에 집광점을 위치 부여하여 상기 검사용 웨이퍼에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 인접하는 레이저 스폿 사이에 간극을 개재시켜 연속적으로 조사하여, 상기 검사용 웨이퍼의 상면에 복수의 레이저 스폿을 형성하는 레이저 스폿 형성 단계와, 상기 레이저 스폿 형성 단계를 실시한 후, 촬상 수단에 의해 상기 레이저 스폿을 촬상하는 촬상 단계와, 상기 촬상 단계에서 촬상한 레이저 스폿 화상으로부터 레이저 스폿의 윤곽을 추출하여, 미리 기억 수단에 기억해 놓은 이상(理想)의 레이저 스폿 형상의 윤곽과의 유사도를 산출하는 산출 단계와, 상기 산출 단계에서 산출한 유사도가 임계값을 하회하는 경우에, 상기 레이저 스폿 형상은 적정하지 않다고 판정하는 적성 진단 단계와, 상기 적성 진단 단계에서 상기 레이저 스폿 형상이 적정하지 않다고 판정된 경우에, 그 취지를 통지하는 통지 단계를 포함하는 펄스 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법이 제공된다.
이 방법에 따르면, 촬상 수단으로 레이저 스폿을 촬상하고, 제어 수단에서 촬상한 화상에 기초하여 레이저 스폿이 적정하지 않다고 판정할 수 있기 때문에, 오퍼레이터에 의한 확인 작업을 없앨 수 있다. 이에 의해, 오퍼레이터가 변함으로써 정밀도가 변하는 것 같은 일이 없어져, 레이저 스폿을 안정적으로 용이하게 판정할 수 있다. 또한, 오퍼레이터의 육안 확인에 비해서 판정에 요하는 처리 시간을 단축할 수 있어, 검출의 효율화를 도모할 수 있다.
바람직하게는, 광학계 또는 집광기에 불순물이 부착되어 있는 경우에 펄스 레이저 광선이 광학계 및 집광기를 통과하면 펄스 레이저 광선의 통과 경로의 부재가 발열하여 팽창이 생기는 소정 시간 경과 후에, 검사용 웨이퍼 상에 레이저 스폿을 형성한다.
본 발명에 따르면, 제어 수단에서 촬상한 화상에 기초하여 레이저 스폿이 적정하지 않다고 판정할 수 있기 때문에, 레이저 스폿 형상을 용이하게 판정할 수 있다.
도 1은 본 실시형태의 레이저 가공 장치의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 2는 상기 레이저 가공 장치에 장비되는 레이저 광선 조사 수단의 블록 구성도이다.
도 3은 레이저 스폿 형성 단계가 실시된 웨이퍼의 부분 확대도이다.
도 4는 판정 단계에서의 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 레이저 스폿의 촬상 결과의 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 레이저 스폿의 촬상 결과의 예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 실시형태에 따른 펄스 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법에 대해서 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 레이저 가공 장치의 일례를 나타내는 사시도이다. 또한, 본 실시형태에 따른 펄스 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법에서 이용되는 레이저 가공 장치는, 도 1에 나타내는 구성에 한정되는 것이 아니고, 본 실시형태와 마찬가지로 웨이퍼를 가공 가능하다면, 어떤 가공 장치라도 좋다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공 장치(1)는, 베이스(2) 상의 척 테이블(유지 수단)(3)에 유지된 원판형의 웨이퍼(피가공물)(W)를, 척 테이블(3)의 상방에 마련된 레이저 광선 조사 수단(4)에 의해 가공하도록 구성되어 있다. 웨이퍼(W)는, 표면에 격자형으로 형성된 복수의 스트리트(ST)에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스(D)가 형성되어 있다. 웨이퍼(W)의 이면에는, 합성 수지 시트로 이루어지는 다이싱 테이프(T)가 점착되고, 다이싱 테이프(T)를 통해 환형의 프레임(F)에 웨이퍼(W)가 장착되어 있다. 또한, 웨이퍼(W)는, 후술하는 바와 같이 펄스 레이저 광선에 의해 레이저 스폿이 형성되는 한에 있어서, 여러 가지의 것을 채용할 수 있다. 예컨대, 실리콘, 갈륨비소 등의 반도체 기판에 IC, LSI 등의 반도체 디바이스가 형성된 반도체 웨이퍼이어도 좋고, 사파이어, 탄화규소 등의 무기 재료 기판에 LED 등의 광 디바이스가 형성된 광 디바이스 웨이퍼이어도 좋다.
척 테이블(3)의 표면에는, 다공성 세라믹재에 의해 웨이퍼(W)를 이면측으로부터 흡인 유지하는 유지면(3a)이 형성되어 있다. 유지면(3a)은, 척 테이블(3) 내의 유로를 통하여 흡인원(도시되지 않음)에 접속되어 있다. 척 테이블(3)은, 원반 형상을 가지고, 도시하지 않는 회전 수단에 의해 원반 중심을 축으로 회전 가능하게 마련되어 있다. 척 테이블(3)의 주위에는, 지지 아암을 통해 한 쌍의 클램프부(9)가 마련되어 있다. 각 클램프부(9)가 에어 액추에이터에 의해 구동됨으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 주위의 프레임(F)이 X축 방향 양측으로부터 협지 고정된다.
척 테이블(3)의 하방에는, 원통 부재(10)에 의해 지지된 커버(11)가 마련되어 있다. 원통 부재(10)는, 인덱싱 이송 수단(13)의 상방에 설치되어 있다. 인덱싱 이송 수단(13)은, Y축 방향으로 평행한 한 쌍의 가이드 레일(14) 및 볼 나사(15)와, 한 쌍의 가이드 레일(14)에 슬라이드 가능하게 마련된 Y축 테이블(16)을 가지고 있다. Y축 테이블(16)의 배면측에는, 도시하지 않는 너트부가 형성되고, 이 너트부에 볼 나사(15)가 나사 결합되어 있다. 그리고, 볼 나사(15)의 일단부에 연결된 구동 모터(17)가 회전 구동됨으로써, Y축 테이블(16)이 가이드 레일(14)을 따라 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동된다.
인덱싱 이송 수단(13)은, 가공 이송 수단(20)을 구성하는 X축 테이블(21) 상에 마련되어 있다. 가공 이송 수단(20)은, 베이스(2) 상에 배치된 X축 방향으로 평행한 한 쌍의 가이드 레일(22) 및 볼 나사(23)를 더 포함하고, 한 쌍의 가이드 레일(22)에 X축 테이블(21)이 슬라이드 가능하게 설치되어 있다. X축 테이블(21)의 배면측에는, 도시하지 않는 너트부가 형성되고, 이 너트부에 볼 나사(23)가 나사 결합되어 있다. 그리고, 볼 나사(23)의 일단부에 연결된 구동 모터(24)가 회전 구동됨으로써, X축 테이블(21)이 가이드 레일(22)을 따라 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동된다.
레이저 광선 조사 수단(4)은, 지지 기구(27)에 의해 척 테이블(3)의 상방에서 Y축 방향 및 Z축 방향으로 이동 가능하게 마련된다. 지지 기구(27)는, 베이스(2) 상에 배치된 Y축 방향으로 평행한 한 쌍의 가이드 레일(28)과, 한 쌍의 가이드 레일(28)에 슬라이드 가능하게 설치된 모터 구동의 Y축 테이블(29)을 가지고 있다. Y축 테이블(29)은 상면도에서 보아 직사각형 형상으로 형성되어 있고, 그 X축 방향에 있어서의 일단부에는 측벽부(30)가 세워서 설치되어 있다.
또한, 지지 기구(27)는, 측벽부(30)의 벽면에 마련된 Z축 방향으로 평행한 한 쌍의 가이드 레일(32)(하나만 도시함)과, 한 쌍의 가이드 레일(32)에 슬라이드 가능하게 마련된 Z축 테이블(33)을 가지고 있다. 또한, Y축 테이블(29), Z축 테이블(33)의 배면측에는, 각각 도시하지 않는 너트부가 형성되고, 이들 너트부에 볼 나사(34, 35)가 나사 결합되어 있다. 그리고, 볼 나사(34, 35)의 일단부에 연결된 구동 모터(36, 37)가 회전 구동됨으로써, 레이저 광선 조사 수단(4)이 가이드 레일(28, 32)을 따라 Y축 방향 및 Z축 방향으로 이동된다.
레이저 광선 조사 수단(4)은, Z축 테이블(33)에 외팔보 지지된 원통 형상의 케이싱(40)과, 케이싱(40)의 선단에 장착된 집광기(44)를 포함하고 있다. 이러한 레이저 광선 조사 수단(4)에 대해서, 도 2를 참조하여 이하에 설명한다. 도 2는 상기 레이저 가공 장치에 장비되는 레이저 광선 조사 수단의 블록 구성도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 레이저 광선 조사 수단(4)은, 도 1의 케이싱(40) 내에 배치되는 레이저 광선 발진 수단(42)과, 레이저 광선 발진 수단(42)에 의해 발진된 펄스 레이저 광선을 전송하는 광학계(43)와, 광학계(43)에 의해 전송된 펄스 레이저 광선을 집광하여 척 테이블(3)에 유지된 웨이퍼(W)에 조사하는 집광기(44)와, 광학계(43)와 집광기(44) 사이에 배치되어 레이저 광선 발진 수단(42)에 의해 발진된 펄스 레이저 광선의 파장을 웨이퍼(W)의 가공에 알맞은 단파장으로 변환하는 파장 변환 기구(45)를 구비하고 있다.
레이저 광선 발진 수단(42)은, 예컨대 파장이 1064 ㎚인 펄스 레이저 광선을 발진하는 펄스 레이저 발진기(421)와, 펄스 레이저 발진기(421)가 발진하는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수를 설정하는 반복 주파수 설정 수단(422)으로 구성되어 있다. 광학계(43)는, 레이저 광선 발진 수단(42)과 집광기(44) 사이에 배치된다. 광학계(43)는, 레이저 광선 발진 수단(42)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 빔 직경을 조정하는 빔 직경 조정기(431)와, 레이저 광선 발진 수단(42)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선의 출력을 소정 출력으로 조정하는 출력 조정 수단(432)으로 이루어져 있다. 레이저 광선 발진 수단(42)의 펄스 레이저 광선 발진기(421) 및 반복 주파수 설정 수단(422), 광학계(43)의 빔 직경 조정기(431) 및 출력 조정 수단(432)은, 후술하는 제어 수단(60)에 의해 제어된다.
집광기(44)는, 레이저 광선 발진 수단(42)으로부터 발진되어 광학계(43)에 의해 전송되며 후술하는 파장 변환 기구(45)에 의해 파장 변환된 펄스 레이저 광선을 척 테이블(3)을 향하여 방향 변환하는 방향 변환 미러(441)와, 방향 변환 미러(441)에 의해 방향 변환된 펄스 레이저 광선을 집광하여 웨이퍼(W)에 조사하는 집광 렌즈(442)를 구비하고 있다. 파장 변환 기구(45)는, 광학계(43)와 집광기(44) 사이에 배치된다. 파장 변환 기구(45)에서는, 예컨대 광학계(43)를 통과한 파장 1064 ㎚의 펄스 레이저 광선이, 파장 532 ㎚ 혹은 266 ㎚의 펄스 레이저 광선으로 변환된다.
도 1을 다시 참조해 보면, 케이싱(40)의 전단부에는, 촬상 수단(50)이 배치되어 있다. 촬상 수단(50)은, 현미경에 의해 소정 배율로 확대하여 투영된 웨이퍼(W)의 표면 영역을 촬상 가능하게 마련되어 있다. 촬상 수단(50)은, CCD 등의 촬상 소자(도시 생략)를 구비하고, 촬상 소자는, 복수의 화소로 구성되어 각 화소가 받는 광량에 따른 전기 신호를 얻을 수 있게 되어 있다. 따라서, 촬상 수단(50)은, 웨이퍼(W)의 표면을 촬상하고, 촬상 수단(50)의 촬상 화상에 기초하여, 레이저 광선 조사 수단(4)의 집광기(44)와 웨이퍼(W)의 스트리트(ST)가 얼라인먼트된다.
레이저 가공 장치(1)에는, 장치 각 구성 요소를 통괄 제어하는 제어 수단(60)이 마련되어 있다. 제어 수단(60)은 각종 처리를 실행하는 프로세서로 구성된다. 제어 수단(60)에는, 촬상 수단(50)이 검출한 신호 외에, 도시 생략한 각종 검출기로부터의 검출 결과가 입력된다. 제어 수단(60)으로부터는, 구동 모터(17, 24, 36, 37), 레이저 광선 발진 수단(42) 등에 제어 신호를 출력한다.
또한, 레이저 가공 장치(1)에는, 각종 파라미터나 프로그램 등을 기억하는 기억 수단(61)이 마련되어 있다. 기억 수단(61)은 메모리에 의해 구성되어 있다. 메모리는, 용도에 따라 ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory) 등의 하나 또는 복수의 기억 매체로 구성된다. 기억 수단(61)에는, 후술하는 이상의 레이저 스폿(LS)(도 3 참조)의 형상의 윤곽에 대한 데이터나, 이러한 윤곽에 대한 후술하는 유사도의 임계값 등이 기억되어 있다.
계속해서, 웨이퍼의 가공 방법에 대해서 설명한다. 본 실시형태의 레이저 가공 장치에 의한 가공 방법에서는, 웨이퍼(W)의 스트리트(ST)를 따라 복수의 레이저 스폿(LS)(도 3 참조)을 소정 간격마다 형성한다.
먼저, 웨이퍼 배치 단계가 실시된다. 웨이퍼 배치 단계에서는, 도시하지 않는 반송 수단 등에 의해, 도 1에 나타내는 척 테이블(3)에 대하여, 환형의 프레임(F)에 다이싱 테이프(T)를 통해 지지된 웨이퍼(W)가 배치된다. 그리고, 도시하지 않는 흡인 수단을 작동함으로써 웨이퍼(W)가 다이싱 테이프(T)를 통해 척 테이블(3)에 흡인 유지된다. 또한, 프레임(F)은, 클램프(9)에 의해 고정된다.
웨이퍼 배치 단계가 실시된 후에 레이저 스폿 형성 단계가 실시된다. 레이저 스폿 형성 단계에서는, 먼저, 가공 이송 수단(20)에 의해 척 테이블(3)이 촬상 수단(50)의 바로 아래에 위치 부여되고, 촬상 수단(50) 및 제어 수단(60)에 의해 웨이퍼(W)의 레이저 가공하여야 하는 가공 영역을 검출하는 얼라인먼트가 행해진다. 얼라인먼트에서는, 레이저 광선 조사 수단(4)의 집광기(44)와 웨이퍼(W)의 스트리트(ST)의 위치 맞춤을 위해, 촬상 수단(50)에 의해 촬상된 촬상 화상에 대하여 패턴 매칭 등의 화상 처리가 제어 수단(60)으로 행해져, 한 쌍의 타겟 패턴이 검출된다.
그 후, 제어 수단(60)에서의 산출 결과에 기초하여 척 테이블(3)의 이동, 회전이 제어되고, 직교하는 스트리트(ST) 중 어느 한쪽이 X축 방향과 평행해져 신장하도록 웨이퍼(W)가 위치 부여된다. 계속해서, 척 테이블(3) 상의 웨이퍼(W)에 대하여, 레이저 광선 조사 수단(4)의 집광기(44)가 X축 방향과 평행해지는 스트리트(ST)에 위치 부여된다. 또한, 집광기(44)로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점이, 척 테이블(3)에 유지된 웨이퍼(W)의 상면에 위치 부여된다. 그리고, 웨이퍼(W)에 대하여 집광기(44)로부터 흡수성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선이 조사되면서, 가공 이송 수단(20)에 의해 척 테이블(3)과 집광기(44)가 가공 이송 방향이 되는 X축 방향으로 상대적으로 이동된다.
이에 의해, 도 3에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(W)의 상면에서는, 스트리트(ST)를 따라 펄스 레이저 광선의 파장에 기초한 펄스 피치마다 복수의 레이저 스폿(LS)이 형성된다. 바꾸어 말하면, 펄스 레이저 광선의 연속 조사에 의해, 인접하는 레이저 스폿(LS) 사이에 간극(S)이 개재된 상태로서 형성된다. 도 3은 레이저 스폿 형성 단계가 실시된 웨이퍼의 부분 확대도이다. 도 3에서는, 레이저 스폿(LS)의 형상을 둥근 모서리 사각 형상 혹은 긴 구멍형으로 형성하였지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 원형, 타원형, 사각형으로 하는 등, 여러 가지의 변경이 가능하다.
대상의 스트리트(ST)를 따라 복수의 레이저 스폿(LS)을 형성한 후에는, 펄스 레이저 광선의 조사가 정지되고, 척 테이블(3)과 집광기(44)가 Y축 방향으로 스트리트(ST)의 간격에 대응하여 상대 이동(인덱싱 이송)된다. 이에 의해, 집광기(44)를, 대상의 스트리트(ST)에 인접하는 스트리트(ST)에 맞출 수 있다. 계속해서, 인접하는 스트리트(ST)를 따라 마찬가지로 복수의 레이저 스폿(LS)이 형성된다. 이 동작을 반복하여, 제1 방향으로 신장하는 모든 스트리트(ST)를 따라 레이저 스폿(LS)이 형성되고, 그 후, 척 테이블(3)을 회전축의 둘레로 90°회전시킨 후, 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 신장하는 스트리트(ST)를 따라 레이저 스폿(LS)이 형성된다.
계속해서, 상기한 바와 같이 형성되는 레이저 스폿(LS)의 형상을 검출하는 검출 방법에 대해서 설명한다. 이러한 검출 방법에서는, 상기한 웨이퍼(W) 대신에 검사용 웨이퍼를 이용한다. 검사용 웨이퍼로서는, 상기와 같이 레이저 스폿(LS)을 형성할 수 있는 한에 있어서, 제품을 제조하기 위해 이용하는 웨이퍼(W)와 같은 것을 이용하여도 좋고, 이러한 웨이퍼(W)와 상이한 재질(다른 가격)의 것을 이용하여도 좋다.
본 실시형태에 있어서의 레이저 스폿(LS)의 형상을 검출하는 검출 방법에서는, 상기 가공 방법에 대하여 웨이퍼(W)가 검사용 웨이퍼로 변경되고, 상기와 같이 웨이퍼 배치 단계가 실시된 후, 레이저 스폿 형성 단계가 실시된다. 따라서, 검사용 웨이퍼로서, 도 1 및 도 3의 웨이퍼(W)의 부호에 괄호를 붙여, 부호 TS를 병기하고, 웨이퍼 배치 단계에 대한 설명은 생략한다. 본 실시형태에 있어서의 레이저 스폿(LS)의 형상을 검출하는 검출 방법은, 웨이퍼 배치 단계, 레이저 스폿 형성 단계, 판정 단계, 통지 단계의 순서로 실시된다.
레이저 스폿(LS)의 형상을 검출하는 검출 방법에 있어서의 레이저 스폿 형성 단계에서는, 상기 가공 방법의 레이저 스폿 형성 단계와 동일하게 하여 검사용 웨이퍼(TS) 상에 레이저 스폿(LS)이 형성된다. 단, 판정 단계에서 후술하는 바와 같이 판정되는 레이저 스폿(LS)을 형성하는 경우, 이하의 조건을 만족시키는 것이 요구된다. 그 조건은, 광학계(43) 또는 집광기(44)에 불순물이 부착되어고 있다고 가정한 경우에, 검사용 웨이퍼(TS)에 대하여 레이저 스폿(LS)을 복수 형성한 후, 펄스 레이저 광선이 광학계(43) 및 집광기(44)를 통과하면 펄스 레이저 광선의 통과 경로의 부재[예컨대, 집광 렌즈(442) 등]가 발열하여 팽창이 생기는 소정 팽창 시간이 경과하기 직전까지 레이저 스폿(LS)을 형성한다. 즉, 예컨대 상기 팽창 시간이 경험적으로 5분이라고 특정할 수 있는 경우, 복수의 레이저 스폿(LS)을 형성하고 나서 5분이 경과하기 직전까지, 판정 단계에 의한 판정용의 레이저 스폿(LS)이 형성된다. 이와 같이 레이저 스폿 형성 단계가 실시된 후에 판정 단계가 실시된다.
도 4는 판정 단계에서의 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 판정 단계는, 촬상 단계(SP1), 추출 단계(SP2), 산출 단계(SP3), 적정 진단 단계(SP4)를 포함한다.
촬상 단계(SP1)에서는, 촬상 수단(50)의 바로 아래에 복수의 레이저 스폿(LS)이 위치 부여되고, 가공 이송 방향이 되는 X축 방향의 복수 부분에서 촬상 수단(50)에 의해 레이저 스폿(LS)이 촬상된다. 촬상 부분으로서는, 레이저 스폿 형성 단계에 있어서의 펄스 레이저 광선의 조사 개시 시, 그 개시 시부터 조사 종료까지의 중간 시, 조사가 종료되는 전술한 팽창 시간이 경과하기 직전 등을 예시할 수 있다. 촬상된 레이저 스폿(LS)의 화상 데이터는 제어 수단(60)에 입력된다.
촬상 단계(SP1)가 실시된 후, 추출 단계(SP2)가 실시된다. 추출 단계(SP2)에서는, 촬상한 레이저 스폿(LS)의 화상 데이터로부터, 그 레이저 스폿(LS)의 윤곽이 추출되는 적절한 처리가 제어 수단(60)에서 실시된다. 예를 들면, 레이저 스폿(LS)의 화상 데이터로부터, 소정 알고리즘에 의해 레이저 스폿(LS)의 윤곽을 선형으로 추출하는 화상 처리가 실시된다.
추출 단계(SP2)가 실시된 후, 산출 단계(SP3)가 실시된다. 산출 단계(SP3)가 실시되기 전에는, 펄스 레이저 광선의 조사 조건 등에 기초하여, 레이저 스폿(LS)의 형상으로서 이상으로 되는 윤곽의 기준 데이터가 기억 수단(61)에 미리 기억된다. 산출 단계(SP3)에서는, 추출 단계(SP2)에서 추출한 레이저 스폿(LS)의 화상 데이터와, 기억 수단(61)에 기억된 기준 데이터가 제어 수단(60)에서 비교되어, 패턴 매칭 등에 의해 기준 데이터에 대한 화상 데이터의 유사도가 산출된다. 유사도는, 기준 데이터에 대한 화상 데이터의 어긋남을 나타내는 것이며, 어긋남이 커지면 유사도가 낮아지고, 어긋남이 작은 경우에는 유사도가 높아진다.
산출 단계(SP3)가 실시된 후, 적정 진단 단계(SP4)가 실시된다. 적정 진단 단계(SP4)가 실시되기 전에는, 유사도의 임계값이 기억 수단(61)에 미리 기억된다. 임계값으로서는, 예컨대 레이저 스폿(LS)의 형상이 양호한 경우에는, 레이저 스폿 형성 단계에 있어서의 펄스 레이저 광선의 조사 개시 시와 팽창 시간 경과 직전에서 거의 동등한 유사도가 되기 때문에, 조사 개시 시의 유사도를 기준으로 미리 마련해 둔다. 또한, 레이저 스폿(LS)을 기점으로 하여 웨이퍼(W)를 파단할 때에, 레이저 스폿(LS)이 기점으로서 적정하게 기능할 수 있을 때의 유사도의 값과, 적정하게 기능하지 않을 때의 유사도의 값 사이의 값보다 약간 높은 값을 설정하는 것을 예시할 수 있다. 적정 진단 단계(SP4)에서는, 산출 단계(SP3)에서 산출된 유사도와, 기억 수단(61)에 기억된 임계값이 제어 수단(60)에서 비교된다. 유사도가 임계값보다 높은 경우에는, 레이저 스폿(LS)의 형상이 적정하다고 판정되어(단계 SP4: Yes), 레이저 스폿(LS)의 형상 검출이 완료하여 제품용의 웨이퍼(W)의 가공으로 이행된다. 한편, 유사도가 임계값을 하회하는 경우에, 레이저 스폿(LS)의 형상은 적정하지 않다고 판정되어(단계 SP4: No), 통지 단계가 실시된다.
통지 단계에서는, 상기한 바와 같이 레이저 스폿(LS)의 형상은 적정하지 않다고 판정된 경우에, 제어 수단(60)에 의해 도시 생략한 디스플레이, 램프, 알람 등이 제어되어, 적정하지 않은 취지가 통지된다. 이 통지의 타이밍에 있어서, 작업자는, 레이저 광선 조사 수단(4)의 광학계(43)나 집광기(44)의 청소나 메인터넌스를 실시하거나, 신품의 광학계(43)나 집광기(44)로 교환하거나 한다.
이상과 같이, 본 실시형태의 검출 방법에서는, 레이저 스폿(LS)의 촬상 결과에 기초하여 레이저 스폿(LS)의 형상이 적정한지의 여부를 제어 수단(60)에서 판정할 수 있다. 이에 의해, 오퍼레이터에 의한 육안 확인을 행하지 않아도 좋아, 오퍼레이터의 숙련도에 의해 검출 정밀도가 불안정해지는 것을 막을 수 있어, 정밀도 좋게 안정적으로 레이저 스폿(LS)의 형상을 검출할 수 있다. 또한, 오퍼레이터의 육안 확인에 비해서 판정에 요하는 처리 시간을 단축할 수 있어, 검출의 효율화를 도모할 수 있다.
게다가, 웨이퍼(W)의 얼라인먼트에서 이용하는 촬상 수단(50)을 이용하여 레이저 스폿(LS)을 검출할 수 있고, 이러한 검출을 위한 센서나 촬상 기기를 증설하지 않아도 좋아, 장치 구성의 간략화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 검출 방법에 있어서의 레이저 스폿 형성 단계에서, 판정 단계에 의한 판정용의 레이저 스폿(LS)이 형성되기 전에, 전술한 팽창 시간을 경과시키고 있다. 이에 의해, 레이저 광선이 통과하는 구성 부분에 파편 등의 불순물이 부착되었음에도 불구하고, 구성 부분이 팽창 전에 레이저 스폿(LS)을 적정하다고 하는 판정이 이루어지는 것을 회피할 수 있다. 이 결과, 적정하다고 한 판정 후, 제품용의 웨이퍼(W)의 가공으로 레이저 광선이 통과하는 구성 부분이 발열하여 팽창하여, 레이저 스폿(LS)이 부적정하게 형성되는 것을 방지할 수 있다.
도 5 및 도 6은 레이저 스폿의 촬상 결과의 예를 나타내는 도면이며, 촬상 화상을 선도로서 나타낸 것이다. 도 5는 적정하다고 판정되는 경우의 레이저 스폿을 나타내고, 도 6은 적정하지 않다고 판정되는 경우의 레이저 스폿을 나타낸다. 그리고, 도 5 및 도 6 모두, (a)가 펄스 레이저 광선 조사 개시 시, (b)가 팽창 시간 중간 시, (c)이 팽창 시간 경과 직전이며 경시적으로 배열되어 있다.
도 5에서는, 세로로 긴 둥근 모서리 사각 형상으로 되는 레이저 스폿의 윤곽이 조사 개시부터 종료까지 대략 일정해져, 레이저 스폿이 적정하게 형성되어 있다. 이 경우, 상기 실시형태와 같이 레이저 스폿을 검출하여도, 판정 단계에 있어서 레이저 스폿의 형상이 적정하다고 판정된다.
도 6에서는, 레이저 스폿의 윤곽이 조사 개시 위치에서는 적정해지지만 펄스 레이저 광선의 조사가 진행됨에 따라 윤곽이 변형되거나 왜곡되거나 하여 버려, 레이저 스폿이 적정하게 형성되어 있지 않다. 이것은, 레이저 광선 조사 수단(4)의 집광기(44)나 광학계(43)에 파편 등의 불순물이 부착된 영향으로 렌즈 등이 팽창한 것이 한가지 원인이고, 팽창하면 레이저 스폿 형상이 반드시 조사 개시 시의 의도한 형상으로 집광되어 없어진다. 이 경우에 있어서, 상기 실시형태와 같이 레이저 스폿을 검출한 경우, 판정 단계에 있어서 도 6의 (c)의 레이저 스폿의 형상이 적정하지 않다고 판정된다. 따라서, 상기 실시형태에서는, 레이저 스폿의 형상에 왜곡이 생겼을 때에, 촬상 결과에 기초하여 적정한 레이저 스폿을 형성할 수 있는지의 여부를 용이하게 파악할 수 있다.
도 5 및 도 6과 같이 레이저 스폿을 형성하여 상기한 바와 같이 적정 진단 단계를 실시하는 데 있어서, 만약 도 5 및 도 6 각각의 (a)의 상태(조사 개시 시)에서 유사도를 80, 임계값 (70~90)으로 한다. 이때, 도 5의 (b)에서는 유사도 79, 도 5의 (c)에서는 유사도 78로 되어, 임계값 (60~100)의 범위 내로 되기 때문에 레이저 스폿의 형상이 적정하다고 판정된다. 한편, 도 6의 (b)에서는 유사도 70, 도 6의 (c)에서는 유사도 50으로 되어, (c)의 팽창 시간 경과 직전에 임계값 (60~100)의 범위를 하회하기 때문에, 레이저 스폿의 형상이 적정하지 않다고 판정되어, 렌즈 등의 메인터넌스가 필요해진다고 파악할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시형태는 상기 각 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경, 치환, 변형되어도 좋다. 또한, 기술의 진보 또는 파생하는 다른 기술에 의해, 본 발명의 기술적 사상을 다른 방법으로 실현할 수 있으면, 그 방법을 이용하여 실시되어도 좋다. 따라서, 청구범위는, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 포함될 수 있는 모든 실시양태를 커버하고 있다.
상기 실시형태에서는, 판정 단계에 있어서 패턴 매칭을 이용하여 이상의 레이저 스폿 형상과의 유사도를 산출하였지만, 2개의 레이저 스폿 형상의 유사도의 산출 방법은, 이들 상관의 정도를 산출할 수 있는 한에 있어서, 특별히 한정되지 않고 여러 가지의 방법을 채용할 수 있다.
또한, 레이저 스폿 형성 단계에서는, 상기 팽창 시간 경과 후에 펄스 레이저 광선의 조사를 재개하여 레이저 스폿(LS)을 형성하였지만, 팽창 시간의 영향을 받지 않고 레이저 스폿 형상이 불순물 등으로 변형되는 경우에는, 팽창 시간을 확보하지 않아도 좋다.
또한, 촬상 수단(50)은, 레이저 스폿(LS)의 검출과 웨이퍼(W)의 얼라인먼트에서 겸용하는 경우를 설명하였지만, 각각에 전용의 촬상 수단을 마련하는 것을 방해하는 것이 아니다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 레이저 스폿 형상이 적정하지 않다고 용이하게 판정할 수 있다고 하는 효과를 가지며, 피가공물에 레이저 광선을 조사하여 형성된 레이저 스폿의 형상을 검출할 때에 유용하다.
1 : 레이저 가공 장치 3 : 척 테이블(유지 수단)
4 : 레이저 광선 조사 수단 20 : 가공 이송 수단
42 : 레이저 광선 발진 수단 43 : 광학계
44 : 집광기 50 : 촬상 수단
60 : 제어 수단 61 : 기억 수단
LS : 레이저 스폿 S : 간극
TS : 검사용 웨이퍼 W : 웨이퍼(피가공물)

Claims (2)

  1. 펄스 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법으로서,
    척 테이블 상에 검사용 웨이퍼를 배치하는 검사용 웨이퍼 배치 단계와,
    상기 검사용 웨이퍼 배치 단계를 실시한 후, 상기 검사용 웨이퍼의 상면에 집광점을 위치 부여하여 상기 검사용 웨이퍼에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 인접하는 레이저 스폿 사이에 간극을 개재시켜 연속적으로 조사(照射)하여, 상기 검사용 웨이퍼의 상면에 복수의 레이저 스폿을 형성하는 레이저 스폿 형성 단계와,
    상기 레이저 스폿 형성 단계를 실시한 후, 촬상 수단에 의해 상기 레이저 스폿을 촬상하는 촬상 단계와,
    상기 촬상 단계에서 촬상한 레이저 스폿 화상으로부터 레이저 스폿의 윤곽을 추출하여, 미리 기억 수단에 기억해 놓은 이상(理想)의 레이저 스폿 형상의 윤곽과의 유사도를 산출하는 산출 단계와,
    상기 산출 단계에서 산출한 유사도가 임계값을 하회하는 경우에, 상기 레이저 스폿 형상은 적정하지 않다고 판정하는 적성 진단 단계와,
    상기 적성 진단 단계에서 상기 레이저 스폿 형상이 적정하지 않다고 판정된 경우에, 그 취지를 통지하는 통지 단계
    를 포함하는 펄스 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레이저 스폿 형성 단계는, 펄스 레이저 광선의 광로의 광학계 또는 집광기에 불순물이 부착되어 있는 경우에 펄스 레이저 광선이 상기 광학계 및 상기 집광기를 통과하면, 펄스 레이저 광선의 통과 경로의 상기 광학계를 구성하는 부재 또는 상기 집광로가 발열하여 팽창이 생기는 미리 정해놓은 시간의 경과 후에 실시하는 것인 펄스 레이저 광선의 스폿 형상 검출 방법.
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