KR20180103184A - 레이저 다이싱 장치 - Google Patents

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KR20180103184A
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가즈시 하쿠무라
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가부시키가이샤 도교 세이미쓰
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Abstract

웨이퍼의 레이저광 조사면에 형성된 박막의 차이에 의한 영향을 받지 않고, 웨이퍼의 레이저광 조사면의 높이 위치 검출을 정밀도 좋게 안정적으로 행할 수 있는 레이저 다이싱 장치를 제공한다. AF 장치(110)(높이 위치 검출 수단)는 광원부(200)로부터 출력된 AF용 레이저광(L2)(파장이 다른 복수의 AF용 레이저광(L2a, L2b)의 합성광)을 웨이퍼(W)의 표면에 조사하고, 그 반사광을 검출 광학계(400)에서 파장마다 검출한다. AF 신호 처리부(500)는 검출 광학계(400)의 검출 결과에 의거하여, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 나타내는 변위 신호를 제어부(50)에 보낸다. 또한 AF 장치(110)는 광원부(200)로부터 집광 렌즈(106)에 도달하기까지의 광로인 조사 광로에 배설된 포커스 광학계(310)를 구비한다. 포커스 광학계(310)는 AF용 레이저광(L2)의 집광점을 웨이퍼 두께 방향으로 조정한다.

Description

레이저 다이싱 장치{LASER DICING DEVICE}
본 발명은 반도체 장치나 전자부품 등이 형성된 웨이퍼를 개개의 칩으로 분할하는 레이저 다이싱 장치에 관한 것이다.
종래, 표면에 반도체 장치나 전자부품 등이 형성된 웨이퍼를 개개의 칩으로 분할하기 위해서는, 섬세한 다이아몬드 연마용 입자로 형성된 두께 30㎛ 정도의 얇은 숫돌에 의해, 웨이퍼에 연삭홈을 넣어서 웨이퍼를 자르는 다이싱 장치가 이용되고 있었다.
다이싱 장치로는, 얇은 숫돌(이하, 다이싱 블레이드라고 칭함)을 예를 들면 30,000∼60,000rpm으로 고속회전시켜서 웨이퍼를 연삭하여, 웨이퍼를 완전 절단(풀 커트) 또는 불완전 절단(하프 커트 또는 세미 풀 커트)을 행한다.
그러나, 이 다이싱 블레이드에 의한 연삭 가공의 경우, 웨이퍼가 고취성(高脆性) 재료이기 때문에 취성 모드 가공으로 되어, 웨이퍼의 표면이나 이면에 치핑(chipping)이 생기고, 이 치핑이 분할된 칩의 성능을 저하시키는 요인이 되고 있었다.
이러한 문제에 대하여, 종래의 다이싱 블레이드에 의한 절단을 대체하여, 웨이퍼의 내부에 집광점을 맞춰서 레이저광을 입사해, 웨이퍼 내부에 다광자 흡수에 의한 개질 영역을 형성해서 개개의 칩으로 분할하는 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이러한 기술에서는, 웨이퍼의 내부에 형성되는 개질 영역을 웨이퍼의 표면 또는 이면(레이저광 조사면)으로부터 일정한 깊이에 형성하기 위해서, 오토 포커스(auto focus) 기구를 이용하여 웨이퍼의 레이저광 조사면의 높이 위치(두께 방향 위치)를 검출하여 레이저광의 집광점의 위치를 고정밀도로 제어할 필요가 있다.
특허문헌 1에 개시된 기술에서는, 웨이퍼 내부의 소정 깊이로 균일하게 개질 영역(변질층)을 형성하기 위해서, 웨이퍼의 레이저광 조사면에 검출용 레이저광(AF용 레이저광)을 조사하고, 그 반사광에 의거하여 웨이퍼의 레이저광 조사면의 높이 위치를 검출하고, 웨이퍼의 레이저광 조사면의 높이 위치에 따라 가공용 레이저광의 집광점 위치를 제어하면서 가공을 행하고 있다.
또한 특허문헌 1에 개시된 기술에서는, 검출용 레이저광의 집광점 위치를 변위시키는 집광점 위치 변위수단을 구비하고 있어, 웨이퍼의 레이저광 조사면으로부터 깊은 위치에 개질 영역을 형성할 경우에는, 검출용 레이저광의 집광점 위치와 가공용 레이저광의 집광점 위치와의 거리를 조정할 수 있게 되어 있다. 이에 따라, 웨이퍼의 레이저광 조사면에 조사되는 검출용 레이저광의 조사 면적(스폿 면적)을 작게 할 수 있으므로, 웨이퍼의 레이저광 조사면에서 반사된 검출용 레이저광의 반사광의 단위 면적당의 광량을 저하시키지 않고, 웨이퍼의 레이저광 조사면의 높이 위치를 정확하게 검출하는 것이 가능해진다.
일본국 특개 2009-269074호 공보
그런데, 전술한 바와 같은 기술에서는, 웨이퍼의 내부에 개질 영역을 형성하기 위한 가공용 레이저광은 1㎛ 이상의 적외선 영역의 파장의 광이 주로 이용되며, 가공 영역을 관찰하기 위한 관찰용 광학계로 이용되는 관찰 광은 가시 영역의 파장의 광이 주로 이용된다. 이 때문에, 웨이퍼의 레이저광 조사면의 높이 위치를 검출하기 위한 검출용 레이저광은, 가공용 레이저광의 파장 영역과 관찰 광의 파장 영역 사이의 파장 영역, 즉, 0.6∼1㎛ 정도의 파장의 광이 이용된다.
또한 전술한 바와 같은 기술에서는, 웨이퍼의 표면(디바이스면)과는 반대측의 이면측에서 레이저광을 조사해서 가공을 행하는 것이 일반적이지만, 웨이퍼의 이면에는 가공 공정에서 다양한 박막(예를 들면 산화막, 질화막 등)이 형성되어 있는 경우가 있다. 이 박막은 의도해서 형성된 것이 아니므로, 웨이퍼마다 막두께의 차이가 있으며, 게다가 웨이퍼의 이면의 장소에 따른 차이도 큰 경우가 있다. 이 때문에, 웨이퍼마다의 또는 웨이퍼의 이면의 장소에 따른 차이에 의해 검출용 레이저광의 반사율이 낮아질 경우가 있어, 오토 포커스 기구가 정상적으로 기능하지 않는 불량이 생기는 문제가 있다. 즉, 웨이퍼의 이면에 형성된 박막의 웨이퍼마다의 혹은 장소에 따른 차이에 의해, 오토 포커스 기구의 동작에 영향을 미치게 되어, 웨이퍼의 표면의 높이 위치의 검출을 신속하면서 또한 정밀도 좋게 안정적으로 행할 수 없는 문제가 있다.
또, 웨이퍼(W)의 이면이 레이저광 조사면으로 될 경우뿐만 아니라, 웨이퍼(W)의 표면(디바이스면)이 레이저광 조사면으로 될 경우에 대해서도 마찬가지의 문제가 생길 가능성이 있다.
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 웨이퍼의 레이저광 조사면에 형성된 박막의 차이에 의한 영향을 받지 않고, 웨이퍼의 레이저광 조사면의 높이 위치의 검출을 정밀도 좋게 안정적으로 행할 수 있는 레이저 다이싱 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 태양에 따른 레이저 다이싱 장치는, 웨이퍼를 유지하는 테이블과, 테이블에 유지된 웨이퍼의 내부에 개질(改質) 영역을 형성하기 위한 가공용 레이저광을 출사하는 가공용 레이저광원과, 가공용 레이저광원으로부터 출사된 가공용 레이저광을 웨이퍼의 내부에 집광하는 집광 렌즈와, 집광 렌즈를 가공용 레이저광의 광축 방향으로 이동시킴으로써 집광 렌즈에 의해 집광되는 가공용 레이저광의 집광점(集光点)을 웨이퍼 두께 방향으로 변위시키는 집광 렌즈 구동 수단과, 테이블에 유지된 웨이퍼의 레이저광 조사면의 높이 위치를 검출하는 높이 위치 검출 수단과, 높이 위치 검출 수단으로부터의 검출 신호에 의거하여 집광 렌즈 구동 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하는 레이저 다이싱 장치로서, 높이 위치 검출 수단은, 파장이 다른 복수의 검출용 레이저광을 출력하는 검출용 레이저광 출력 수단과, 검출용 레이저광 출력 수단으로부터 집광 렌즈에 도달하기까지의 광로인 조사 광로에 배설(配設)되며, 집광 렌즈에 의해 집광되고 웨이퍼의 레이저광 조사면에 조사되어 반사된 복수의 검출용 레이저광의 반사광의 일부를 조사 광로로부터 분기(分岐)되게 하는 광로 분기 수단과, 광로 분기 수단에 의해 분기되어진 복수의 검출용 레이저광의 반사광을 파장마다 검출하는 광 검출 수단과, 광 검출 수단에서 파장마다 검출된 복수의 검출용 레이저광의 광량에 의거하여, 웨이퍼의 레이저광 조사면의 변위를 나타내는 변위 신호를 제어 수단에 보내는 변위 신호 생성 수단과, 검출용 레이저광의 집광점을 웨이퍼 두께 방향으로 조정하는 집광점 조정 광학계를 구비한다.
본 발명의 제 2 태양에 따른 레이저 다이싱 장치는, 제 1 태양에 있어서, 집광점 조정 광학계는, 조사 광로 상(上)이며 광로 분기 수단과 집광 렌즈와의 사이에 배설된다.
본 발명의 제 3 태양에 따른 레이저 다이싱 장치는, 제 1 태양에 있어서, 집광점 조정 광학계는, 광로 분기 수단으로부터 광 검출 수단에 도달하기까지의 광로인 검출 광로에 배설된다.
본 발명의 제 4 태양에 따른 레이저 다이싱 장치는, 제 1 태양∼제 3 태양 중 어느 한 태양에 있어서, 검출용 레이저광 출력 수단은, 복수의 검출용 레이저광을 각각 출력하는 복수의 검출용 레이저광원과, 복수의 검출용 레이저광원으로부터 각각 출력된 복수의 검출용 레이저광을 합성하는 광 합성 수단을 갖고, 광 검출 수단은, 광로 분기 수단에 의해 분기되어진 복수의 검출용 레이저광의 반사광을 파장마다 분할하는 파장 분할 수단과, 파장 분할 수단에 의해 분할된 복수의 검출용 레이저광의 반사광을 파장마다 각각 수광(受光)하는 복수의 검출기를 갖는다.
본 발명의 제 5 태양에 따른 레이저 다이싱 장치는, 제 1 태양∼제 3 태양 중 어느 한 태양에 있어서, 검출용 레이저광 출력 수단은, 복수의 검출용 레이저광을 파장마다 시분할로 출력하는 시분할 출력 수단이며, 광 검출 수단은, 시분할 출력 수단에 동기해서 복수의 검출용 레이저광의 반사광을 파장마다 시분할로 검출하는 시분할 검출 수단이다.
본 발명의 제 6 태양에 따른 레이저 다이싱 장치는, 제 1 태양∼제 5 태양 중 어느 한 태양에 있어서, 변위 신호 생성 수단은, 광 검출 수단에서 파장마다 검출된 복수의 검출용 레이저광의 광량 중 가장 높은 광량이 검출된 파장의 검출용 레이저광의 광량에 의거하여, 변위 신호를 얻는다.
본 발명의 제 7 태양에 따른 레이저 다이싱 장치는, 제 1 태양∼제 5 태양 중 어느 한 태양에 있어서, 변위 신호 생성 수단은, 광 검출 수단에서 파장마다 검출된 복수의 검출용 레이저광의 광량의 각각에 대하여 미리 정한 기준에 따라서 가중 가산을 행함으로써 변위 신호를 얻는다.
본 발명의 제 8 태양에 따른 레이저 다이싱 장치는, 제 1 태양∼제 7 태양 중 어느 한 태양에 있어서, 집광점 조정 광학계는, 집광 렌즈측으로부터 순서대로 적어도 플러스 렌즈 및 마이너스 렌즈를 갖고, 마이너스 렌즈를 조사 광로를 따라 이동시킴으로써, 검출용 레이저광의 집광점을 웨이퍼 두께 방향으로 조정한다.
본 발명의 제 9 태양에 따른 레이저 다이싱 장치는, 제 1 태양∼제 8 태양 중 어느 한 태양에 있어서, 집광점 조정 광학계는, 복수의 검출용 레이저광의 반사광의 파장마다의 색수차를 보정하는 색수차 보정 수단을 구비한다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼의 레이저광 조사면에 형성된 박막의 차이에 의한 영향을 받지 않고, 웨이퍼의 표면의 높이 위치의 검출을 정밀도 좋게 안정적으로 행할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼의 표면으로부터 소정의 가공 깊이에 개질 영역을 정밀도 좋게 형성하는 것이 가능해진다.
도 1은 제 1 실시형태에 따른 레이저 다이싱 장치의 개략을 나타낸 구성도.
도 2a는 웨이퍼 내부의 집광점 근방에 형성되는 개질 영역을 설명하는 개념도.
도 2b는 웨이퍼 내부의 집광점 근방에 형성되는 개질 영역을 설명하는 개념도.
도 2c는 웨이퍼 내부의 집광점 근방에 형성되는 개질 영역을 설명하는 개념도.
도 3a는 2분할 포토다이오드의 수광면에 형성되는 집광상의 모양을 나타낸 도면.
도 3b는 2분할 포토다이오드의 수광면에 형성되는 집광상의 모양을 나타낸 도면.
도 3c는 2분할 포토다이오드의 수광면에 형성되는 집광상의 모양을 나타낸 도면.
도 4는 AF용 레이저광의 집광점과 웨이퍼의 표면과의 위치 관계를 나타낸 도면.
도 5는 AF 신호의 출력 특성을 나타낸 그래프.
도 6a는 AF용 레이저광의 집광점이 웨이퍼 두께 방향으로 변화되는 모양을 나타낸 도면.
도 6b는 AF용 레이저광의 집광점이 웨이퍼 두께 방향으로 변화되는 모양을 나타낸 도면.
도 6c는 AF용 레이저광의 집광점이 웨이퍼 두께 방향으로 변화되는 모양을 나타낸 도면.
도 7은 제 1 실시형태의 레이저 다이싱 장치를 이용한 다이싱 방법의 흐름을 나타낸 흐름도.
도 8은 도 7에 나타내는 캘리브레이션 동작의 상세한 흐름을 나타낸 흐름도.
도 9는 도 7에 나타내는 리얼 타임 가공 동작의 상세한 흐름을 나타낸 흐름도.
도 10은 제 1 실시형태에 있어서의 AF 신호의 출력 특성의 일례를 나타낸 도면.
도 11은 시뮬레이션에 의한 평가 결과(가공 깊이마다의 AF 신호의 출력 특성)를 나타낸 도면.
도 12는 시뮬레이션에 의한 평가 결과(가공 깊이마다의 AF 신호의 출력 특성)를 나타낸 도면.
도 13은 시뮬레이션에 의한 평가 결과(가공 깊이마다의 AF 신호의 출력 특성)를 나타낸 도면.
도 14는 시뮬레이션에 의한 평가 결과(가공 깊이마다의 AF 신호의 출력 특성)를 나타낸 도면.
도 15는 시뮬레이션에 의한 평가 결과(가공 깊이마다의 AF 신호의 출력 특성)를 나타낸 도면.
도 16은 제 1 실시형태에 따른 레이저 다이싱 장치에 있어서, 3파장의 AF용 레이저광을 이용한 예를 나타낸 구성도.
도 17은 제 2 실시형태에 따른 레이저 다이싱 장치의 개략을 나타낸 구성도.
도 18은 4분할 포토다이오드의 수광면을 나타낸 도면.
도 19는 제 2 실시형태에 있어서의 AF 신호의 출력 특성을 나타낸 도면.
도 20은 제 3 실시형태에 따른 레이저 다이싱 장치의 개략을 나타낸 구성도.
도 21은 제 3 실시형태에 있어서의 AF 신호의 출력 특성을 나타낸 도면.
도 22는 제 3 실시형태에 따른 레이저 다이싱 장치의 다른 구성예를 나타낸 요부 구성도.
도 23은 제 3 실시형태에 따른 레이저 다이싱 장치의 또 다른 구성예를 나타낸 구성도.
도 24는 제 4 실시형태에 따른 레이저 다이싱 장치의 개략을 나타낸 구성도.
도 25는 제 5 실시형태에 따른 레이저 다이싱 장치의 개략을 나타낸 구성도.
도 26은 제 5 실시형태의 레이저 다이싱 장치를 이용한 다이싱 방법의 흐름을 나타낸 흐름도.
도 27은 도 26에 나타내는 캘리브레이션 동작의 상세한 흐름을 나타낸 흐름도.
도 28은 도 26에 나타내는 리얼 타임 가공 동작의 상세한 흐름을 나타낸 흐름도.
도 29는 제 5 실시형태에 있어서의 AF 신호의 출력 특성의 일례를 나타낸 도면.
도 30은 제 5 실시형태에 따른 레이저 다이싱 장치에 있어서, 3파장의 AF용 레이저광을 이용한 예를 나타낸 구성도.
도 31은 제 6 실시형태에 따른 레이저 다이싱 장치의 개략을 나타낸 구성도.
도 32는 제 6 실시형태에 있어서의 AF 신호의 출력 특성을 나타낸 도면.
도 33은 제 6 실시형태에 따른 다이싱 장치의 다른 구성예를 나타낸 요부 구성도.
도 34는 제 6 실시형태에 따른 레이저 다이싱 장치의 다른 구성예를 나타낸 요부 구성도.
도 35는 제 7 실시형태에 따른 레이저 다이싱 장치의 개략을 나타낸 구성도.
도 36은 제 7 실시형태에 있어서의 AF 신호의 출력 특성을 나타낸 도면.
도 37은 제 8 실시형태에 따른 레이저 다이싱 장치의 개략을 나타낸 구성도.
이하, 첨부 도면에 따라서 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다.
(제 1 실시형태)
먼저, 본 발명의 제 1 실시형태에 대하여 설명한다.
도 1은 제 1 실시형태에 따른 레이저 다이싱 장치의 개략을 나타낸 구성도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이 레이저 다이싱 장치(10)는 스테이지(12), 레이저 헤드(20), 제어부(50) 등으로 구성되어 있다.
스테이지(12)는 XYZθ 방향으로 이동 가능하게 구성되며, 웨이퍼(W)를 흡착 유지한다. 웨이퍼(W)는, 표면(디바이스면)과는 반대측의 이면이 레이저광 조사면으로 되도록 스테이지(12) 상에 재치(載置)된다. 또, 웨이퍼(W)의 표면을 레이저광 조사면으로 해도 된다. 후술하는 다른 실시형태에 있어서도 마찬가지이다.
레이저 헤드(20)는 웨이퍼(W)의 내부에 개질 영역을 형성하기 위한 가공용 레이저광(L1)을 웨이퍼(W)에 대하여 조사한다.
제어부(50)는 CPU(Central Processing Unit), 메모리, 입출력 회로부 등으로 이루어지며, 레이저 다이싱 장치(10)의 각부의 동작을 제어한다.
레이저 다이싱 장치(10)는 이 밖에, 도시하지 않은 웨이퍼 반송 수단, 조작판, 텔레비젼 모니터, 및 표시등 등으로 구성되어 있다.
조작판에는, 레이저 다이싱 장치(10)의 각부의 동작을 조작하는 스위치류나 표시장치가 장착되어 있다. 텔레비젼 모니터는, 도시하지 않은 CCD(Charge Coupled Device) 카메라에서 촬상한 웨이퍼 화상의 표시, 또는 프로그램 내용이나 각종 메시지 등을 표시한다. 표시등은 레이저 다이싱 장치(10)의 가공 중, 가공 종료, 비상 정지 등의 가동 상황을 표시한다.
다음으로, 레이저 헤드(20)의 상세 구성에 대하여 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이 레이저 헤드(20)는 가공용 레이저광원(100), 콜리메이트 렌즈(102), 다이크로익 미러(104), 집광 렌즈(106), AF 장치(오토 포커스 장치)(110) 등으로 구성되어 있다.
가공용 레이저광원(100)은 웨이퍼(W)의 내부에 개질 영역을 형성하기 위한 가공용 레이저광(L1)을 출사한다. 예를 들면, 가공용 레이저광원(100)은 펄스폭이 1㎲ 이하이며, 집광점에 있어서의 피크 파워 밀도가 1×108(W/cm2) 이상이 되는 레이저광을 출사한다.
가공용 레이저광원(100)으로부터 출사된 가공용 레이저광(L1)은, 콜리메이트 렌즈(102)에서 콜리메이트되어, 다이크로익 미러(104)를 투과한 후, 집광 렌즈(106)에 의해 웨이퍼(W)의 내부에 집광된다. 가공용 레이저광(L1)의 집광점의 Z방향 위치(웨이퍼 두께 방향 위치)는, 제 1 액추에이터(108)에 의해 집광 렌즈(106)를 Z방향(가공용 레이저광(L1)의 광축 방향)으로 미소(微小) 이동시킴으로써 조절된다. 제 1 액추에이터(108)는 집광 렌즈 구동 수단의 일례이다. 또, 상세한 것은 후술하지만, 제 1 액추에이터(108)는 집광 렌즈(106)와 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면과의 거리가 일정하게 되도록, 제어부(50)에 의해 구동이 제어된다.
도 2a∼도 2c는 웨이퍼 내부의 집광점 근방에 형성되는 개질 영역을 설명하는 개념도이다. 도 2a는 웨이퍼(W)의 내부에 입사된 가공용 레이저광(L1)이 집광점에 개질 영역(P)을 형성한 상태를 나타내고, 도 2b는 단속(斷續)하는 펄스 형상의 가공용 레이저광(L1) 하에서 웨이퍼(W)가 수평 방향으로 이동되어, 불연속인 개질 영역(P, P, …)이 나란히 형성된 상태를 나타내고 있다. 도 2c는 웨이퍼(W)의 내부에 개질 영역(P)이 다층으로 형성된 상태를 나타내고 있다.
도 2a에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면으로부터 입사한 가공용 레이저광(L1)의 집광점이 웨이퍼(W)의 두께 방향의 내부에 설정되어 있으면, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면을 투과한 가공용 레이저광(L1)은, 웨이퍼(W)의 내부의 집광점에서 에너지가 집중되고, 웨이퍼(W)의 내부의 집광점 근방에 다광자 흡수에 의한 크랙 영역, 용융 영역, 굴절율 변화 영역 등의 개질 영역이 형성된다. 도 2b에 나타낸 바와 같이, 단속하는 펄스 형상의 가공용 레이저광(L1)을 웨이퍼(W)에 조사해서 복수의 개질 영역(P, P, …)을 다이싱 스트리트에 따라 형성함으로써, 웨이퍼(W)는 분자간 힘의 밸런스가 무너져, 개질 영역(P, P, …)을 기점으로 하여 저절로 할단(割斷)되거나, 또는 약간의 외력을 가함으로써 할단된다.
또한, 두께가 두터운 웨이퍼(W)의 경우에는, 개질 영역(P)의 층이 1층으로는 할단할 수 없으므로, 도 2c에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)의 두께 방향으로 가공용 레이저광(L1)의 집광점을 이동하여, 개질 영역(P)을 다층으로 형성시켜서 할단한다.
또, 도 2b, 도 2c에 나타낸 예에서는, 단속하는 펄스 형상의 가공용 레이저광(L1)으로 불연속인 개질 영역(P, P, …)을 형성한 상태를 나타냈지만, 가공용 레이저광(L1)의 연속파 하에서 연속적인 개질 영역(P)을 형성하게 해도 된다. 불연속의 개질 영역(P)을 형성한 경우에는, 연속한 개질 영역(P)을 형성했을 경우에 비해서 할단되기 어려우므로, 웨이퍼(W)의 두께나 반송중의 안전 등의 상황에 따라, 가공용 레이저광(L1)의 연속파를 사용할지, 단속파를 사용할지가 적절하게 선택된다.
AF 장치(110)는 AF용 레이저광(검출용 레이저광)(L2)을 웨이퍼(W)에 대해 조사하고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에서 반사된 AF용 레이저광(L2)의 반사광을 수광하고, 그 수광한 반사광에 의거하여, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치(Z방향 위치)를 검출한다. AF 장치(110)는 높이 위치 검출 수단의 일례이다.
AF 장치(110)는 AF용 레이저광(L2)을 출력하는 광원부(200)와, 광원부(200)로부터 출력된 AF용 레이저광(L2)을 집광 렌즈(106)로 안내하는 조사 광학계(300)와, 집광 렌즈(106)에 의해 집광되어 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에서 반사된 AF용 레이저광(L2)의 반사광을 검출하는 검출 광학계(400)와, 검출 광학계(400)에서 검출된 AF용 레이저광(L2)의 반사광을 이용해서 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 나타내는 AF 신호를 생성하는 AF 신호 처리부(500)를 구비하고 있다.
광원부(200)는 제 1 광원(202), 제 2 광원(204), 콜리메이트 렌즈(206, 208), 다이크로익 미러(210), 집광 렌즈(212) 등으로 구성되어 있다. 광원부(200)는 검출용 레이저광 출력 수단의 일례이다.
제 1 광원(202) 및 제 2 광원(204)은, 예를 들면 LD(Laser Diode) 광원이나 SLD(Super Luminescent Diode) 광원 등으로 이루어지며, 서로 다른 파장의 AF용 레이저광(검출용 레이저광)(L2a, L2b)을 각각 출사한다. AF용 레이저광(L2a, L2b)은 가공용 레이저광(L1)과는 다른 파장이며 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에서 반사 가능한 파장을 갖는다. 즉, AF용 레이저광(L2a)은 제 1 파장 영역(예를 들면, 620∼750nm)의 파장을 갖는 레이저광(적색 레이저광)이며, AF용 레이저광(L2b)은 제 1 파장 영역과는 다른 제 2 파장 영역(예를 들면, 450∼495nm)의 파장을 갖는 레이저광(청색 레이저광)이다. 제 1 광원(202) 및 제 2 광원(204)은 복수의 검출용 레이저광원의 일례이다.
제 1 광원(202) 및 제 2 광원(204)으로부터 출사된 AF용 레이저광(L2a, L2b)은, 각각, 콜리메이트 렌즈(206, 208)에서 콜리메이트되어, 다이크로익 미러(210)로 안내된다.
다이크로익 미러(210)는 콜리메이트 렌즈(206, 208)를 통해 입사되는 AF용 레이저광(L2a, L2b) 중, 한쪽의 AF용 레이저광(L2a)을 투과하고, 다른 쪽의 AF용 레이저광(L2b)을 반사함으로써, 양쪽의 광을 동일 광로로 안내한다. 다이크로익 미러(210)에 의해 동일 광로로 안내된 AF용 레이저광(L2a, L2b)의 합성광은, 집광 렌즈(212)에 의해 집광되어서 광원광(AF용 레이저광(L2))으로서 광원부(200)로부터 출력된다. 또, 다이크로익 미러(210)는 광 합성 수단의 일례이다.
조사 광학계(300)는 광파이버(302), 콜리메이트 렌즈(304), 나이프 에지(306), 하프 미러(308), 포커스 광학계(310), 다이크로익 미러(104) 등으로 구성되어 있다.
광원부(200)로부터 출력된 AF용 레이저광(L2)(AF용 레이저광(L2a, L2b)의 합성광)은, 광파이버(302)의 입사단에 입사되어, 광파이버(302)를 경유해서 광파이버(302)의 출사단으로부터 출사된다. 또한, 이 AF용 레이저광(L2)은 콜리메이트 렌즈(304)에서 콜리메이트되어, 나이프 에지(306)에 의해 그 일부가 차광(遮光)된다. 그리고, 나이프 에지(306)에 의해 차광되지 않고 진행한 광은, 하프 미러(308)에서 반사되어, 포커스 광학계(310)를 경유해, 다이크로익 미러(104)에서 반사되고, 가공용 레이저광(L1)과 동일 광로로 안내된다. 또한, 이 AF용 레이저광(L2)은 집광 렌즈(106)에 의해 집광되어서 웨이퍼(W)에 조사된다.
웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에서 반사된 AF용 레이저광(L2)의 반사광은, 집광 렌즈(106)에 의해 굴절되어, 다이크로익 미러(104)에서 반사되고, 포커스 광학계(310)를 경유해, 하프 미러(308)를 투과하고, 조사 광학계(300)의 광로로부터 분기된 광로 상에 마련되어진 검출 광학계(400)로 안내된다.
또, 하프 미러(308)는 광로 분기 수단의 일례이며, 조사 광학계(300)의 광로(조사 광로)에 배설되고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에서 반사된 AF용 레이저광(L2)의 반사광의 일부를 조사 광학계(300)의 광로로부터 검출 광학계(400)의 광로(검출 광로)로 분기되게 한다.
검출 광학계(400)는 결상 렌즈(402), 다이크로익 미러(404), 제 1 검출기(406), 제 2 검출기(408) 등으로 구성되어 있다. 검출 광학계(400)는 광 검출 수단의 일례이다. 검출 광학계(400)에 입사한 AF용 레이저광(L2)의 반사광은 결상 렌즈(402)를 경유해, 다이크로익 미러(404)로 안내된다.
다이크로익 미러(404)는 AF용 레이저광(L2)의 반사광을 특정한 파장의 광과 그 이외의 파장의 광으로 분할하는 파장 분할 수단이다. 즉, AF용 레이저광(L2)의 반사광 중, 제 1 광원(202)으로부터 출사된 AF용 레이저광(L2a)의 파장에 해당하는 제 1 파장 영역의 광은 다이크로익 미러(404)를 투과하여, 제 1 검출기(406)에 수광된다. 한편, 제 2 광원(204)으로부터 출사된 AF용 레이저광(L2b)의 파장에 해당하는 제 2 파장 영역의 광은 다이크로익 미러(404)에서 반사되어, 제 2 검출기(408)에 수광된다.
제 1 검출기(406) 및 제 2 검출기(408)는 2분할된 수광 소자(광전 변환 소자)를 갖는 2분할 포토다이오드로 이루어지며, 각각의 파장 영역의 광의 집광상(集光像)을 분할해서 수광하고, 각각의 광량에 따른 출력 신호(전기 신호)를 AF 신호 처리부(500)에 출력한다.
또, 제 1 검출기(406) 및 제 2 검출기(408)는 각각의 파장 영역에 대한 색수차를 고려한 위치에 배치되어 있으며, 동일한 합초(合焦) 위치를 나타내도록 조정되어 있다.
AF 신호 처리부(500)는 제 1 검출기(406) 및 제 2 검출기(408) 중의 적어도 한쪽의 검출기의 각 수광 소자로부터 출력된 출력 신호에 의거하여, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치로부터의 Z방향의 변위(디포커스 거리)를 나타내는 변위 신호(검출 신호)로서의 AF 신호(오토 포커스 신호)를 생성하여 제어부(50)에 출력한다. 또, AF 신호 처리부(500)는 변위 신호 생성 수단의 일례이다.
여기서, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위의 검출 원리에 대하여 설명한다.
도 3a∼도 3c는 검출기(제 1 검출기(406) 및 제 2 검출기(408)에 해당)를 구성하는 2분할 포토다이오드(600)의 수광면에 형성되는 집광상의 모양을 나타낸 도면이다. 또, 도 3a∼도 3c는 도 4에 있어서 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면이 각각 h1, h2, h3로 나타내는 위치에 있을 때에, 2분할 포토다이오드(600)의 수광면에 형성되는 집광상의 모양을 나타내고 있다.
먼저, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면이 h2의 위치에 있을 경우(도 4 참조), 즉, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면과 AF용 레이저광(L2)의 집광점이 일치하고 있을 경우, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 2분할 포토다이오드(600)의 수광면에는 한가운데에 선명한 상(진원(眞円))이 형성된다. 이 때, 2분할 포토다이오드(600)의 수광 소자(600A, 600B)에서 수광되는 광량은 모두 동일해져, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면은 합초 위치에 있는 것을 알 수 있다.
한편, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면이 h1의 위치에 있을 경우(도 4 참조), 즉, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면이 AF용 레이저광(L2)의 집광점보다 집광 렌즈(106)에 가까운 위치에 있을 경우, 도 3a에 나타낸 바와 같이 2분할 포토다이오드(600)의 수광면에는, 수광 소자(600A) 측에 반원 형상의 집광상이 형성되고, 그 크기(보케(bokeh) 양)는 웨이퍼(W)와 집광 렌즈(106)와의 거리에 따라 변화된다.
또한, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면이 h3의 위치에 있을 경우(도 4 참조), 즉, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면이 AF용 레이저광(L2)의 집광점보다 집광 렌즈(106)로부터 먼 위치에 있을 경우, 도 3c에 나타낸 바와 같이 2분할 포토다이오드(600)의 수광면에는, 수광 소자(600B) 측에 반원 형상의 집광상이 형성되고, 그 크기(보케 양)는 웨이퍼(W)와 집광 렌즈(106)와의 거리에 따라 변화된다.
이와 같이, 2분할 포토다이오드(600)의 수광 소자(600A, 600B)에서 수광되는 광량은, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위에 따라 변화된다. 따라서, 이러한 성질을 이용해서 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 검출할 수 있다.
도 5는 AF 신호의 출력 특성을 나타낸 그래프이며, 가로축은 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치로부터 Z방향(웨이퍼 두께 방향)의 변위(디포커스 거리)를 나타내며, 세로축은 AF 신호의 출력값을 나타내고 있다. 또, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치(원점)에 AF용 레이저광(L2)의 집광점이 일치하도록 미리 조정되어 있는 것으로 한다.
도 5에 나타낸 바와 같이, AF 신호의 출력 특성은, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치(원점)를 제로 크로스(zero cross) 점으로 한 S자 형상의 곡선이 된다. 또한, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 위치가, 도면 중에 화살표로 나타낸 범위, 즉, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 검출 가능한 측정 범위(인입 범위) 내에 있을 때, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위와 AF 신호의 출력과의 관계는, 원점을 지나는 단조증가 곡선(또는 단조감소 곡선)이 되고, 그 대부분에서 대략 직선적인 변화를 나타내고 있다. 즉, AF 신호의 출력이 제로이면, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면이 AF용 레이저광(L2)의 집광점과 일치하는 합초 위치에 있는 것을 알 수 있으며, AF 신호의 출력이 제로가 아니면, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위방향 및 변위량을 알 수 있다.
이러한 출력 특성을 갖는 AF 신호는 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치로부터 Z방향의 변위를 나타내는 웨이퍼 변위정보로서 AF 신호 처리부(500)에서 생성되어, 제어부(50)에 출력된다.
여기서, 본 실시형태에 있어서의 AF 신호 처리부(500)는 제 1 검출기(406) 및 제 2 검출기(408)에서 각각 수광된 광의 총수광량이 많은 쪽의 검출기로부터 출력되는 출력 신호를 이용하여 AF 신호(E)를 생성하고 있다.
구체적으로는, 제 1 검출기(406)를 구성하는 2분할 포토다이오드(600)의 수광 소자(600A, 600B)로부터 출력된 출력 신호를 각각 A1, B1로 하고, 제 2 검출기(408)를 구성하는 2분할 포토다이오드(600)의 수광 소자(600A, 600B)로부터 출력된 출력 신호를 각각 A2, B2로 했을 때, 제 1 검출기(406)에 있어서의 출력 신호의 합(A1+B1)이 제 2 검출기(408)에 있어서의 출력 신호의 합(A2+B2) 이상일 경우에는, AF 신호(E)를 다음 식 (1)에 따라서 구한다.
E=(A1-B1)/(A1+B1) ···(1)
한편, 제 1 검출기(406)에 있어서의 출력 신호의 합(A1+B1)이 제 2 검출기(408)에 있어서의 출력 신호의 합(A2+B2) 미만일 경우에는, AF 신호(E)를 다음 식 (2)에 따라서 구한다.
E=(A2-B2)/(A2+B2) ···(2)
즉, 본 실시형태에 있어서의 AF 신호 처리부(500)에서는, AF 신호(E)를 구하기 위한 검출기를, 제 1 검출기(406) 및 제 2 검출기(408) 중 총수광량이 많은 쪽의 검출기로 전환하여 사용하고 있다. 이에 따라, 항상 높은 반사율의 파장의 광을 이용하여 AF 신호(E)가 생성되므로, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 조사된 AF용 레이저광(L2)의 반사율이 파장에 따라 변화되어도, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 형성된 박막의 차이에 의한 영향을 받지 않으며, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치의 검출을 정밀도 좋게 안정적으로 행할 수 있다.
제어부(50)는, AF 신호 처리부(500)로부터 출력된 AF 신호에 의거하여 집광 렌즈(106)와 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 거리가 일정하게 되도록, 제 1 액추에이터(108)의 구동을 제어한다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위에 추종하도록 집광 렌즈(106)가 Z방향(웨이퍼 두께 방향)으로 미소 이동되어, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면으로부터 일정한 거리(깊이)에 가공용 레이저광(L1)의 집광점이 위치하게 되므로, 웨이퍼(W)의 내부의 원하는 위치에 개질 영역을 형성할 수 있다. 또, 제어부(50)는 제어 수단의 일례이다.
이상과 같이 구성되는 AF 장치(110)에는, 조사 광학계(300)의 광로에 포커스 광학계(310)가 배설되어 있다. 구체적으로는, 다이크로익 미러(104)와 하프 미러(308) 사이의 광로에 포커스 광학계(310)가 배설되어 있다.
포커스 광학계(310)는 집광점 조정 광학계의 일례이며, 가공용 레이저광(L1)의 집광점과는 독립하여 AF용 레이저광(L2)의 집광점을 Z방향(웨이퍼 두께 방향)으로 조정한다. 이 포커스 광학계(310)는 적어도 조사 광학계(300)의 광로를 따라 이동 가능하게 구성된 이동 렌즈를 포함하는 복수의 렌즈로 이루어지며, 본 예에서는, 피사체측(웨이퍼(W)측)에서부터 순서대로, 조사 광학계(300)의 광로를 따라 이동 불가능하게 마련되어진 고정 렌즈(플러스 렌즈)(312)와, 조사 광학계(300)의 광로를 따라 이동 가능하게 마련되어진 이동 렌즈(마이너스 렌즈)(314)로 구성된다.
제 2 액추에이터(316)는 이동 렌즈(314)를 조사 광학계(300)의 광로를 따라 이동시킨다. 이동 렌즈(314)가 조사 광학계(300)의 광로를 따라 이동하면, 가공용 레이저광(L1)의 집광점의 Z방향 위치는 고정된 상태에서, 이동 렌즈(314)의 이동 방향 및 이동량에 따라 AF용 레이저광(L2)의 집광점의 Z방향 위치가 변화된다. 즉, 가공용 레이저광(L1)의 집광점과 AF용 레이저광(L2)의 집광점의 상대적인 거리가 변화된다.
제어부(50)는 AF 신호 처리부(500)로부터 출력되는 AF 신호에 의거하여 AF용 레이저광(L2)의 집광점이 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 일치하도록(구체적으로는, AF 신호의 출력이 제로가 되도록), 제 2 액추에이터(316)의 구동을 제어한다.
본 실시형태와 같이, 다이크로익 미러(104)에 의해 AF용 레이저광(L2)이 가공용 레이저광(L1)과 동일 광로로 안내되는 구성에 있어서는, 개질 영역의 가공 깊이를 바꾸기 위해서 집광 렌즈(106)와 웨이퍼(W)의 상대적인 거리가 변화되면, 가공용 레이저광(L1)의 집광점과 함께 AF용 레이저광(L2)의 집광점도 웨이퍼(W)에 대한 Z방향 위치가 변화된다.
예를 들면 도 6a에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면으로부터 얕은 위치에 개질 영역을 형성할 경우에 있어서, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 AF용 레이저광(L2)의 집광점이 일치해 있는 것으로 한다. 이러한 경우, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면으로부터 깊은 위치에 개질 영역을 형성하기 위해서, 집광 렌즈(106)와 웨이퍼(W)의 상대적인 거리를 변화시키면, AF용 레이저광(L2)의 집광점이 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에서 Z방향(웨이퍼 두께 방향)으로 크게 벗어나 버린다. 그리고, AF용 레이저광(L2)의 집광점과 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 거리가 측정 범위(인입 범위)를 초과하게 되면, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 검출할 수 없게 된다. 특히, 집광 렌즈(106)는 고 NA(numerical aperture) 렌즈가 이용되기 때문에, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 검출 가능한 측정 범위가 AF용 레이저광(L2)의 집광점(합초 위치)의 근방으로 한정되기 때문에, 상기 문제는 보다 현저한 것이 된다.
이러한 문제에 대처하기 위해, 본 실시형태의 AF 장치(110)에서는, 가공용 레이저광(L1)의 집광점의 위치를 바꾸지 않고, AF용 레이저광(L2)의 집광점의 위치를 변화시킬 수 있게 하기 위하여, 포커스 광학계(310)가 조사 광학계(300)의 광로 상에 마련되어져 있다. 이에 따라, 도 6a에 나타낸 상태로부터 도 6b에 나타낸 상태와 같이, 개질 영역의 가공 깊이를 변화시키기 위해 집광 렌즈(106)와 웨이퍼(W)의 상대적인 거리가 변화될 경우에 있어서도, 상기한 바와 같이 포커스 광학계(310)의 이동 렌즈(314)를 조사 광학계(300)의 광로를 따라 이동시킴으로써, 도 6c에 나타낸 상태와 같이, 가공용 레이저광(L1)의 집광점의 Z방향 위치를 고정한 상태에서, AF용 레이저광(L2)의 집광점을 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 일치시키는 것이 가능해진다.
따라서, 개질 영역의 가공 깊이가 변화될 경우에 있어서도, 가공용 레이저광(L1)의 집광점과 AF용 레이저광(L2)의 집광점의 간격을 조정할 수 있으므로, AF용 레이저광(L2)의 집광점을 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 일치시킬 수 있으며, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에서 반사된 AF용 레이저광(L2)의 반사광의 단위 면적당의 광량이 저하하지 않고, 웨이퍼(W)의 Z방향 위치(높이 위치)를 정확하게 검출하는 것이 가능해진다.
다음으로, 본 실시형태의 레이저 다이싱 장치(10)를 이용한 다이싱 방법에 대하여 설명한다. 도 7은 본 실시형태의 레이저 다이싱 장치(10)를 이용한 다이싱 방법의 흐름을 나타낸 흐름도이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 레이저 다이싱 장치(10)는 후술하는 리얼 타임 가공 동작에 앞서, AF 신호의 출력 특성을 측정하는 캘리브레이션 동작을 실행한다(스텝 S10).
캘리브레이션 동작을 완료한 후, 레이저 다이싱 장치(10)는 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위에 추종하도록 가공용 레이저광(L1)의 집광점의 Z방향 위치를 조정하면서 웨이퍼(W)의 내부에 개질 영역을 형성하는 리얼 타임 가공 동작을 실행한다(스텝 S12).
도 8은, 도 7에 나타내는 캘리브레이션 동작의 상세한 흐름을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 제어부(50)는 제 2 액추에이터(316)의 구동을 제어하여, 포커스 광학계(310)의 이동 렌즈(314)를 개질 영역의 가공 깊이에 따른 위치로 이동시킨다(스텝 S20). 또, 제어부(50)의 메모리부(미도시)에는, 개질 영역의 가공 깊이와 포커스 광학계(310)의 이동 렌즈(314)의 위치와의 대응 관계가 유지되어 있다.
계속해서, 제어부(50)는 스테이지(12)의 이동을 제어하여, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치를 집광 렌즈(106)의 바로 아래로 이동시킨다(스텝 S22). 또, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치는, AF용 레이저광(L2)의 집광점을 일치시키는 위치이며, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 Z방향의 변위의 기준이 되는 위치이므로, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 단차가 작은 부분(평활면)인 것이 바람직하며, 예를 들면 웨이퍼(W)의 외주부(外周部)를 제외하는 중앙부분의 소정 위치를 기준위치로 한다.
계속해서, 제어부(50)는 제 2 액추에이터(316)의 구동을 제어하여, AF 신호 처리부(500)로부터 출력되는 AF 신호가 제로가 되도록, 포커스 광학계(310)의 이동 렌즈(314)를 조사 광학계(300)의 광로를 따라 이동시킨다(스텝 S24). 이에 따라, 도 6b에 나타낸 바와 같이, AF용 레이저광(L2)의 집광점과 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치에 어긋남이 있는 경우에도, 도 6c에 나타낸 바와 같이, AF용 레이저광(L2)의 집광점이 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치와 일치하도록 집광점 조정이 행하여진다. 또, 제어부(50)는 메모리부(미도시)에 유지되어 있는 포커스 광학계(310)의 이동 렌즈(314)의 위치를, 집광점 조정 후의 이동 렌즈(314)의 위치(보정 위치)로 재기록한다.
이 때, AF 신호 처리부(500)에서는, 제 1 검출기(406) 및 제 2 검출기(408) 중 총수광량이 많은 쪽의 검출기를 구성하는 2분할 포토다이오드(600)의 수광 소자(600A, 600B)로부터 출력된 출력 신호에 의거하여 AF 신호를 생성한다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 형성된 박막의 차이(웨이퍼(W)마다의 혹은 장소에 의한 차이)에 의한 영향을 받지 않고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 안정하면서 또한 정밀도 좋게 검출할 수 있다.
계속해서, 제어부(50)는 제 1 액추에이터(108)의 구동을 제어하여, 집광 렌즈(106)를 Z방향을 따라 이동 가능 범위의 전체에 걸쳐 이동시키면서 AF 신호 처리부(500)로부터 출력되는 AF 신호의 출력 특성을 측정하고, 그 출력 특성을 룩업 테이블로서 메모리부(미도시)에 유지해 둔다(스텝 S26).
또, 웨이퍼(W)의 내부에 개질 영역의 층을 복수 형성할 경우에는, 스텝 S20에서 스텝 S26까지의 처리를 개질 영역의 가공 깊이마다 실행한다.
이상의 처리에 의해, 제어부(50)는 도 7의 스텝 S12의 리얼 타임 가공 동작에 있어서, 메모리부(미도시)에 유지된 룩업 테이블을 참조함으로써, AF 신호 처리부(500)로부터 출력되는 AF 신호의 출력값으로부터 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치로부터의 Z방향의 변위(디포커스 거리)를 간단하게 구할 수 있으므로, 리얼 타임 가공 동작에 있어서의 가공 효율(스루풋)을 향상시키는 것이 가능해진다.
도 9는, 도 7에 나타내는 리얼 타임 가공 동작의 상세한 흐름을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 제어부(50)는 도 8의 스텝 S20과 마찬가지로, 제 2 액추에이터(316)의 구동을 제어하여, 포커스 광학계(310)의 이동 렌즈(314)를 개질 영역의 가공 깊이에 따른 위치로 이동시킨다(스텝 S30). 이 때, 제어부(50)는 메모리부(미도시)에 유지되어 있는 이동 렌즈(314)의 위치(보정 위치)로 이동시킨다. 이에 따라, AF용 레이저광(L2)의 집광점이 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치와 일치하고, AF 장치(110)는, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치를 기준으로 한 Z방향의 변위를 검출하는 것이 가능해진다.
계속해서, 제어부(50)는 스테이지(12)의 이동을 제어하여, 스테이지(12)에 흡착 유지된 웨이퍼(W)를 소정의 가공 개시 위치로 이동시킨다(스텝 S32).
계속해서, 제어부(50)는 가공용 레이저광원(100)을 ON으로 한 후, 웨이퍼(W)를 수평 방향(XY방향)으로 이동시키면서, 가공용 레이저광원(100)으로부터 출사된 가공용 레이저광(L1)에 의해, 다이싱 스트리트에 따라 웨이퍼(W)의 내부에 개질 영역을 형성한다(스텝 S34).
이 때, 제어부(50)는 가공용 레이저광원(100)을 ON으로 하는 타이밍과 대략 동시, 혹은 그보다 먼저의 타이밍에서, 제 1 광원(202) 및 제 2 광원(204)을 ON으로 한다. 이에 따라, 가공용 레이저광(L1)과 AF용 레이저광(L2)(서로 파장이 다른 2개의 AF용 레이저광(L2a, L2b)의 합성광)이 집광 렌즈(106)에 의해 웨이퍼(W)를 향해서 집광된다. 그리고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 조사되어 반사된 AF용 레이저광(L2)의 반사광은, 다이크로익 미러(404)에서 서로 다른 파장으로 분할되며, 분할된 각각의 광은 제 1 검출기(406) 및 제 2 검출기(408)에 각각 수광된다. AF 신호 처리부(500)는 제 1 검출기(406) 및 제 2 검출기(408) 중 총수광량이 많은 쪽의 검출기로부터 출력된 출력 신호에 의거하여 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치로부터의 Z방향의 변위를 나타내는 AF 신호를 생성해서 제어부(50)에 출력한다.
그리고, 제어부(50)는 AF 신호 처리부(500)로부터 출력되는 AF 신호에 의거하여 제 1 액추에이터(108)의 구동을 제어함으로써, 가공용 레이저광(L1)의 집광점의 Z방향 위치를 조정하면서, 웨이퍼(W)의 내부에 개질 영역을 형성한다.
계속해서, 제어부(50)는 웨이퍼(W)의 모든 다이싱 스트리트에 대하여 개질 영역의 형성이 종료해 있는지의 여부를 판단한다(스텝 S36). 모든 다이싱 스트리트에 대하여 개질 영역의 형성이 종료하지 않은 경우(No인 경우), 다음 다이싱 스트리트로 이동해(스텝 S38), 그 다이싱 스트리트에 대해서 스텝 S34에서 스텝 S36까지의 처리를 반복한다. 한편, 모든 다이싱 스트리트에 대하여 개질 영역의 형성이 종료했을 경우(Yes인 경우), 다음 스텝 S40으로 진행된다.
계속해서, 제어부(50)는 모든 가공 깊이에 대해서 개질 영역의 형성이 종료해 있는지의 여부를 판단한다(스텝 S40). 모든 가공 깊이에 대해서 개질 영역의 형성이 종료하지 않은 경우에는, 다음 가공 깊이로 이동해(스텝 S42), 스텝 S30에서 스텝 S40까지의 처리를 반복한다. 한편, 모든 가공 깊이에 대해서 개질 영역의 형성이 종료했을 경우에는, 리얼 타임 가공 동작을 종료한다.
이와 같이 하여, 웨이퍼의 내부의 원하는 위치에 개질 영역을 형성함으로써, 개질 영역을 기점으로 하여 웨이퍼(W)를 복수의 칩으로 분할하는 것이 가능해진다.
도 10은 제 1 실시형태에 있어서의 AF 신호의 출력 특성의 일례를 나타낸 도면이며, 개질 영역의 가공 깊이를 0∼800㎛의 범위에서 변화시켰을 때의 출력 특성을 나타내고 있다.
본 실시형태에서는 개질 영역의 가공 깊이에 따라 AF용 레이저광(L2)의 집광점의 Z방향 위치가 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치와 일치하도록 조절되므로, 도 10에 나타낸 바와 같이, 각 가공 깊이에 대응하는 AF 신호의 출력 특성은 대략 완전한 것이 되고, 어느 것이나 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치(원점)를 제로 크로스 점으로 한 S자 형상의 곡선이 된다. 따라서, 이러한 출력 특성을 갖는 AF 신호를 이용하여 리얼 타임 가공 동작을 실행함으로써, 개질 영역의 가공 깊이의 변경에 영향 받지 않고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 안정하면서 또한 고정밀도로 검출하는 것이 가능해진다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는 서로 파장이 다른 2개의 AF용 레이저광(L2a, L2b)을 이용하여 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 검출하고 있으므로, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 형성되는 박막의 차이에 의한 영향을 받지 않고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 안정하면서 또한 정밀도 좋게 검출하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는, AF용 레이저광(L2)을 집광 렌즈(106)로 안내하기 위한 조사 광학계(300)의 광로 상이며 다이크로익 미러(104)와 하프 미러(308) 사이에는, AF용 레이저광(L2)의 집광점을 Z방향(웨이퍼 두께 방향)으로 조정하는 집광점 조정 광학계로서 포커스 광학계(310)가 마련되어 있다. 이 때문에, 개질 영역의 가공 깊이의 변화에 따라, 집광 렌즈(106)와 웨이퍼(W)의 상대적 거리가 변화되는 경우에도, AF용 레이저광(L2)의 집광점을 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 일치시키도록 조정할 수 있으므로, 웨이퍼의 레이저광 조사면으로부터 소정의 가공 깊이에 개질 영역을 정밀도 좋게 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는, 본 발명자가 예의 검토를 거듭한 결과, 집광 렌즈(106)와 포커스 광학계(310)와의 광학적 거리와 포커스 인입 범위, 포커스 감도에 상관이 있으며, 양호한 결과를 얻기 위해서는, 이 광학적 거리를 어느 범위로 유지하는 것이 필요한 것을 찾아냈다. 구체적으로는, 집광 렌즈(106)의 사출동(射出瞳)과 포커스 광학계(310)의 고정 렌즈(플러스 렌즈)(312)와의 광학적 거리(D)가 지나치게 길면 가공 깊이마다의 AF 신호의 출력 특성 차이가 커지기 때문에, 광학적 거리(D)는 120mm 이하인 것이 바람직하다.
여기서, 전술한 본 실시형태의 레이저 다이싱 장치(10)와 실질적으로 등가의 모델을 이용하여 시뮬레이션을 행하고, 광학적 거리(D)를 변화시켰을 때의 가공 깊이마다의 AF 신호의 출력 특성(AF 특성)의 변화에 대해 평가한 결과에 대해서 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한다.
도 11 및 도 12는 광학적 거리(D)를 각각 소정치로 설정했을 때의 가공 깊이마다의 AF 신호의 출력 특성을 나타낸 것이다. 또, D의 단위는 mm로 한다(이하, 같음).
도 11은 D=30으로 했을 경우이며, 도 12는 D=90으로 했을 경우이다. 이들 도면에 나타낸 바와 같이, 광학적 거리(D)가 길어짐에 따라, 포커스 인입 범위는 넓어지지만, AF 신호의 출력 특성의 커브의 기울기(합초 위치(즉, 디포커스 거리=0)를 중심으로 한 비례 관계에 있는 대략 직선 부분의 기울기)가 완만한 것이 되고, 포커스 감도가 저하하는 경향에 있다. 또한, 가공 깊이마다의 AF 신호의 출력 특성의 차이가 커진다.
따라서, 집광 렌즈(106)의 사출동과 포커스 광학계(310)의 고정 렌즈(312)와의 광학적 거리(D)는 120mm 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 포커스 감도가 높고, 포커스 인입 범위가 넓으며, 가공 깊이에 상관 없이 안정한 AF 특성을 얻는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는, 포커스 광학계(310)는 고정 렌즈(플러스 렌즈)( 312) 및 이동 렌즈(마이너스 렌즈)(314)로 구성되지만, 그 고정 렌즈(312)의 초점 거리는 20mm 이상 80mm 이하인 것이 바람직하다. 고정 렌즈(312)의 초점 거리가 지나치게 길면 이동 렌즈(314)의 이동량이 지나치게 커진다. 또한, 고정 렌즈(312)의 초점 거리가 지나치게 짧으면 가공 깊이마다의 AF 신호의 출력 특성의 차이가 커진다. 따라서, 이들 점을 고려하면, 고정 렌즈(312)의 초점 거리는 상기 범위인 것이 바람직하고, 이동 렌즈(314)의 이동량을 작게 할 수 있으며, 또한 가공 깊이마다의 AF 신호의 출력 특성의 차이를 작게 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 고정 렌즈(312)의 초점 거리(절대치)와 이동 렌즈(314)의 초점 거리(절대치)와의 차이가 2mm 이상 15mm 이하인 것이 바람직하다. 고정 렌즈(312)와 이동 렌즈(314)와의 초점 거리의 차이가 2mm보다 작을 경우에는, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 AF용 레이저광(L2)의 집광점을 조정할 때에 고정 렌즈(312)와 이동 렌즈(314)와의 거리가 지나치게 짧아지기 때문에, 포커스 광학계(310)를 구성하는데 곤란해진다. 한편, 이 초점 거리의 차이가 지나치게 크면, 이동 렌즈(314)의 초점 거리가 작아져, 수차상의 관점으로부터 바람직하지 않다. 이들 점을 고려하면, 고정 렌즈(312)의 초점 거리(절대치)와 이동 렌즈(314)의 초점 거리(절대치)와의 차이는 2mm 이상 15mm 이하인 것이 바람직하며, 포커스 광학계(310)를 용이하게 구성할 수 있고, 수차의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 집광 렌즈(106)에 의해 집광되어 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 조사되는 AF용 레이저광(L2)의 집광상(핀홀(pin hole)상)의 지름(스폿 지름)(N)은 5㎛ 이상 50㎛ 이하인 것이 바람직하다.
여기서, 전술한 본 실시형태의 레이저 다이싱 장치(10)와 실질적으로 등가의 모델을 이용하여 시뮬레이션을 행하고, 스폿 지름(N)을 변화시켰을 때의 가공 깊이마다의 AF 특성의 변화에 대해서 평가한 결과에 대하여 도 13∼도 15를 참조하여 설명한다.
도 13∼도 15는 스폿 지름(N)을 각각 소정치로 설정했을 때의 가공 깊이마다의 AF 신호의 출력 특성을 나타낸 것이다. 또, N의 단위는 ㎛로 한다. 또한, 광학적 거리(D)는 60mm로 했다.
도 13은, N=10으로 했을 경우의 AF 신호의 출력 특성을 나타낸 도면이다. 도 13에 나타낸 바와 같이, N=10으로 했을 경우에는, 합초 위치(디포커스 거리=0) 부근에서 AF 신호의 출력 특성의 커브가 급격하게 변화되고, 합초 위치 이외에서는 거의 일정한 값으로 되어 있다.
도 14는 N=100으로 했을 경우의 AF 신호의 출력 특성을 나타낸 도면이다. 도 14에 나타낸 바와 같이, N=100으로 했을 경우에는, N=10으로 했을 경우에 비해서(도 13 참조), 합초 위치 부근의 AF 신호의 출력 특성의 커브의 변화가 완만한 것으로 된다. 이것으로부터, 포커스 인입 범위를 확대하기 위해서는, 스폿 지름(N)을 크게 하면 되는 것을 알 수 있다.
도 15는 N=200으로 했을 경우의 AF 신호의 출력 특성을 나타낸 도면이다. 도 15에 나타낸 바와 같이, N=200으로 했을 경우에는, AF 신호의 출력 특성의 커브의 진폭이 감소하고, 그 커브에 변곡점이 발생하는 현상이 생긴다. 또한, 개질 영역의 가공 깊이가 깊어질수록, AF 신호의 출력 특성의 커브의 기울기(합초 위치를 중심으로 한 비례 관계에 있는 대략 직선 부분의 기울기)가 완만한 것으로 되고, 포커스 감도가 저하하는 문제도 생긴다.
이들 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 스폿 지름(N)은 5㎛ 이상 50㎛ 이하인 것이 바람직하며, 포커스 감도가 높고, 포커스 인입 범위가 넓으며, 가공 깊이에 상관 없이 안정한 AF 특성을 얻는 것이 가능해진다.
이와 같이 본 실시형태에서는, 집광 렌즈(106)의 사출동과 포커스 광학계(310)와의 광학적 거리나, 집광 렌즈(106)에 의한 AF용 레이저광(L2)의 집광상의 지름(스폿 지름)을 원하는 범위로 설정함으로써, AF 감도가 높고, 인입 범위가 넓으며, 가공 깊이에 상관 없이 안정한 AF 특성을 얻는 것이 가능해진다. 따라서, 개질 영역의 가공 깊이에 상관 없이, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 신속하면서 또한 정밀도 좋게 안정적으로 검출할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 차이가 있어도, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면으로부터 소정의 가공 깊이에 개질 영역을 정밀도 좋게 형성하는 것이 가능해진다.
또, 본 실시형태에서는 제 1 검출기(406) 및 제 2 검출기(408) 중 총수광량이 많은 쪽의 검출기로부터 출력되는 출력 신호를 이용했지만, 이에 한정하지 않으며, 제 1 검출기(406) 및 제 2 검출기(408)에서 각각 수광된 광량에 대하여 미리 정한 기준에 따라서 가중 가산을 행함으로써 AF 신호를 얻도록 해도 된다. 예를 들면, 제 1 검출기(406)에서 수광된 광량을 S1으로 하고, 제 2 검출기(408)에서 수광된 광량을 S2로 했을 때, S1, S2에 대하여 각각 가중 계수 α, β(단, α, β> 0)를 곱한 것을 가산한 것을 이용해도 된다. 또한 S1, S2을 각각 자승해서 가산한 것을 이용해도 되고, 다른 가중 방법을 이용해도 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 서로 파장이 다른 2개의 AF용 레이저광(L2a, L2b)이 이용되기 때문에, 제 1 검출기(406) 및 제 2 검출기(408)는, 각각의 파장 영역에 대한 색수차를 고려한 위치에 배치되는 구성으로 했지만, 이에 한정하지 않고, 예를 들면 색수차 보정 수단으로서 포커스 광학계(310) 내에 접합 렌즈를 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 포커스 광학계(310)는 색수차 보정 수단으로서 기능하므로, 도 16에 나타낸 예와 같이, 검출 광학계(400)에 있어서, 다이크로익 미러(404), 및 제 2 검출기(408)가 불필요하게 되어, AF 장치(110)의 장치 구성을 간소화하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는, 서로 파장이 다른 2개의 AF용 레이저광(L2a, L2b)을 이용하여 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 검출할 경우에 대하여 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 서로 파장이 다른 3개 이상의 AF용 레이저광을 이용해도 된다. 예를 들면, 도 16의 광원부(200)에서 나타낸 바와 같이 다른 3종류의 파장의 레이저광을 출력하는 피그 테일 타입의 LD(Laser Diode: 202, 204, 205)를, 레이저 컴바이너(201)를 개재하여 1개의 파이버에 결합한다. 그리고, LD(202, 204 및 205)로부터 출력되는 레이저광을 레이저 컴바이너(201)를 통하여 출력함으로써 출력할 레이저광의 파장을 선택하거나, 레이저광을 혼합해서 출력하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는, 제 1 검출기(406) 및 제 2 검출기(408)가 2분할 포토다이오드로 구성되는 예를 나타냈지만, 이에 한정하지 않고, 광량 밸런스를 측정할 수 있는 것(예를 들면, 4분할 포토다이오드, 2차원 촬상소자 등)을 이용해도 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 광파이버(302)를 이용하고 있지만, 레이아웃 상의 문제가 없으면, 콜리메이트 렌즈(304) 앞측 초점위치에 광원상을 직접 만들고, 광파이버(302)를 생략해도 상관없다.
(제 2 실시형태)
다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다. 이하, 제 1 실시형태와 공통되는 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 본 실시형태의 특징적 부분을 중심으로 설명한다.
도 17은 제 2 실시형태에 따른 레이저 다이싱 장치의 개략을 나타낸 구성도이다. 도 17 중, 도 1과 공통 또는 유사한 구성요소에는 동일한 부호를 첨부하고, 그 설명을 생략한다.
제 2 실시형태는 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 검출하는 방법으로서, 비점수차법(非点收差法)을 이용하는 것이다.
도 17에 나타낸 바와 같이, AF 장치(110)의 광원부(200)로부터 출력된 AF용 레이저광(L2)은 광파이버(302)를 경유해, 콜리메이트 렌즈(304)에서 콜리메이트되며, 그 일부가 차광되지 않고, 하프 미러(308)에서 반사된다. 또한, 이 AF용 레이저광(L2)은 포커스 광학계(310), 다이크로익 미러(104)를 경유해, 집광 렌즈(106)에 의해 집광되어서 웨이퍼(W)에 조사된다. 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에서 반사된 AF용 레이저광(L2)의 반사광은, AF용 레이저광(L2)과 동일 광로를 역방향으로 진행하고, 그 광로 상에 배치되는 하프 미러(308)를 투과하여, 조사 광학계(300)의 광로로부터 분기된 광로에 마련되어진 검출 광학계(400)로 안내된다.
검출 광학계(400)는 다이크로익 미러(404), 결상 렌즈(410, 412), 실린드리컬 렌즈(414, 416), 제 1 검출기(418), 제 2 검출기(420) 등으로 구성되어 있다.
다이크로익 미러(404)는 제 1 실시형태와 마찬가지로, 검출 광학계(400)로 안내된 AF용 레이저광(L2)의 반사광을 특정한 파장의 광과 그 이외의 파장의 광으로 분할한다. 즉, AF용 레이저광(L2)의 반사광 중, 제 1 광원(202)으로부터 출사된 AF용 레이저광(L2a)의 파장에 해당하는 제 1 파장 영역의 광은 다이크로익 미러(404)를 투과하여, 결상 렌즈(410), 실린드리컬 렌즈(414)를 경유해 제 1 검출기(418)에 수광된다. 한편, 제 2 광원(204)으로부터 출사된 AF용 레이저광(L2b)의 파장에 해당하는 제 2 파장 영역의 광은, 다이크로익 미러(404)에서 반사되어, 결상 렌즈(412), 실린드리컬 렌즈(416)를 경유해 제 2 검출기(420)에 수광된다. 또, 실린드리컬 렌즈(414, 416)는 다이크로익 미러(404)에서 파장 영역마다 분할된 광에 각각 비점수차를 부여하는 비점수차 부여 수단이다.
제 1 검출기(418) 및 제 2 검출기(420)는 4분할된 수광 소자를 갖는 4분할 포토다이오드로 이루어지며, 각각의 파장 영역의 광의 집광상을 분할해서 수광하고, 각각의 광량에 따른 출력 신호를 AF 신호 처리부(500)에 출력한다.
비점수차법에 의한 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위의 검출 원리에 대해서는 이미 알려져 있기 때문에(예를 들면 일본국 특개 2009-152288호 공보 참조), 여기서는 상세한 설명은 생략하지만, 간단하게 설명하면, 검출기(제 1 검출기(418) 및 제 2 검출기(420)에 상당)를 구성하는 4분할 포토다이오드의 수광면 상에 형성되는 AF용 레이저광(L2)의 반사광의 집광상은, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면과 AF용 레이저광(L2)의 집광점이 일치하고 있을 경우에는 진원(眞円)이 된다. 한편, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면과 AF용 레이저광(L2)의 집광점이 어긋나 있을 경우에는, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위방향을 따라 집광상이 세로 방향 또는 가로 방향으로 신장된 타원이 되며, 그 크기는 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위량에 의존한다. 따라서, 이 성질을 이용함으로써 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 검출할 수 있다.
도 18은 4분할 포토다이오드의 수광면을 나타낸 도면이다. 동(同) 도면에 나타낸 바와 같이, 4분할 포토다이오드(602)는 4개의 수광 소자(광전 변환 소자)(602A∼602D)를 갖고, 각 수광 소자(602A∼602D)는 AF용 레이저광(L2)의 반사광의 집광상을 분할해서 수광하며, 각각의 광량에 따른 출력 신호를 AF 신호 처리부(500)에 출력한다.
AF 신호 처리부(500)는, 제 1 검출기(418)를 구성하는 4분할 포토다이오드(602)의 수광 소자(602A∼602D)로부터 출력된 출력 신호를 각각 A1∼D1으로 하고, 제 2 검출기(420)를 구성하는 4분할 포토다이오드(602)의 수광 소자(602A∼602D)로부터 출력된 출력 신호를 각각 A2∼D2로 했을 때, 제 1 검출기(418)에 있어서의 출력 신호의 합(A1+B1+C1+D1)이 제 2 검출기(420)에 있어서의 출력 신호의 합(A2+B2+C2+D2) 이상일 경우에는, AF 신호(E)를 다음 식 (3)에 따라서 구한다.
E={(A1+C1)-(B1+D1)}/{(A1+C1)+(B1+D1)} ···(3)
한편, 제 1 검출기(418)에 있어서의 출력 신호의 합(A1+B1+C1+D1)이 제 2 검출기(420)에 있어서의 출력 신호의 합(A2+B2+C2+D2) 미만일 경우에는, AF 신호(E)를 다음 식 (4)에 따라서 구한다.
E={(A2+C2)-(B2+D2)}/{(A2+C2)+(B2+D2)} ···(4)
이러한 구성에 의하면, 제어부(50)는 AF 신호 처리부(500)로부터 출력되는 AF 신호에 의거하여 전술한 제 1 실시형태와 마찬가지로, 제 1 액추에이터(108)나 제 2 액추에이터(316)의 구동을 제어할 수 있으므로, 개질 영역의 가공 깊이에 대한 변경에 영향을 받지 않고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 추종하도록 가공용 레이저광(L1)의 집광점을 고정밀도로 제어할 수 있으며, 웨이퍼(W)의 내부의 원하는 위치에 개질 영역을 고정밀도로 형성하는 것이 가능해진다.
또, 제 1 검출기(418) 및 제 2 검출기(420)는 4분할 포토다이오드에 한하지 않으며, 광량 밸런스를 측정할 수 있는 것이면 되고, 예를 들면 2차원 촬상소자 등을 이용해도 된다.
도 19는 제 2 실시형태에 있어서의 AF 신호의 출력 특성을 나타낸 도면이다. 도 19에 나타낸 바와 같이, 제 2 실시형태에서는, 제 1 실시형태에 있어서의 AF 신호의 출력 특성(도 10 참조)에 비해서 가공 깊이마다의 차이가 커져 있지만, 포커스 인입 범위는 비교적 넓고, AF 신호의 출력 특성의 커브의 기울기(합초 위치를 중심으로 한 비례 관계에 있는 대략 직선 부분의 기울기)도 커서 포커스 감도가 높고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 안정적으로 검출하는 것이 가능한 것으로 되어 있다.
이와 같이 제 2 실시형태에 있어서도, 제 1 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제 2 실시형태에서는, 집광 렌즈(106)의 사출동과 포커스 광학계(310)의 고정 렌즈(312)와의 광학적 거리가 50mm 이하인 것이 바람직하다. 이 광학적 거리를 상기 범위로 설정함으로써 AF 감도가 높고, 인입 범위가 넓으며, 가공 깊이에 상관 없이 안정한 AF 특성을 얻는 것이 가능해진다.
(제 3 실시형태)
다음으로, 본 발명의 제 3 실시형태에 대하여 설명한다. 이하, 제 1 실시형태와 공통되는 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 본 실시형태의 특징적 부분을 중심으로 설명한다.
도 20은 제 3 실시형태에 따른 레이저 다이싱 장치의 개략을 나타낸 구성도이다. 도 20 중, 도 1과 공통 또는 유사한 구성요소에는 동일한 부호를 첨부하고, 그 설명을 생략한다.
제 3 실시형태는 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 검출하는 방법으로서, 중심 강도법(中心强度法)을 이용하는 것이다. 또, 중심 강도법이란, 2개의 검출기 중 어느 한쪽의 검출기에서 반사광의 일부를 수광하고, 다른 쪽의 검출기에서 반사광의 전부 또는 일부를 수광하여, 각각의 검출기에 있어서의 수광량을 이용해 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 검출하는 방법이다.
도 20에 나타낸 바와 같이, AF 장치(110)의 광원부(200)로부터 출력된 AF용 레이저광(L2)은, 제 2 실시형태와 동일한 구성을 갖는 조사 광학계(300)의 광로를 경유해서 집광 렌즈(106)로 안내되고, 집광 렌즈(106)에 의해 집광되어서 웨이퍼(W)에 조사된다. 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에서 반사된 AF용 레이저광(L2)의 반사광은, 조사 광학계(300)의 광로를 역방향으로 진행하여, 그 광로 상에 배치되는 하프 미러(308)를 투과하고, 조사 광학계(300)의 광로로부터 분기된 광로에 마련되어진 검출 광학계(400)로 안내된다.
검출 광학계(400)는 다이크로익 미러(404), 천공 미러(422, 425), 결상 렌즈(426, 428), 제 1 검출기(430a, 430b), 제 2 검출기(432a, 432b) 등으로 구성되어 있다.
다이크로익 미러(404)는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 검출 광학계(400)로 안내된 AF용 레이저광(L2)의 반사광을 특정한 파장과 그 이외의 파장의 광으로 분할한다. 즉, AF용 레이저광(L2)의 반사광 중, 제 1 광원(202)으로부터 출사된 AF용 레이저광(L2a)의 파장에 해당하는 제 1 파장 영역의 광은, 다이크로익 미러(404)를 투과하여, 그 일부의 광은 천공 미러(422)의 중앙부분에 형성되는 개구부를 통과해서 제 1 검출기(430a)에서 수광되며, 나머지의 광은 천공 미러(422)의 주변부분의 반사면에서 반사되어 결상 렌즈(426)에 의해 집광되어서 제 1 검출기(430b)에서 수광된다. 한편, 제 2 광원(204)으로부터 출사된 AF용 레이저광(L2b)의 파장에 해당하는 제 2 파장 영역의 광은, 다이크로익 미러(404)로 반사되어, 그 일부의 광은 천공 미러(425)의 중앙부분에 형성되는 개구부를 통과해서 제 2 검출기(432a)에서 수광되며, 나머지의 광은 천공 미러(425)의 주변부분의 반사면에서 반사되어 결상 렌즈(428)에 의해 집광되어서 제 2 검출기(432b)에서 수광된다.
제 1 검출기(430a, 430b) 및 제 2 검출기(432a, 432b)는 수광한 광량에 따른 출력 신호를 AF 신호 처리부(500)에 출력한다.
AF 신호 처리부(500)는 제 1 검출기(430a, 430b) 및 제 2 검출기(432a, 432b) 중의 적어도 한쪽의 검출기로부터 출력된 출력 신호에 의거하여 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치로부터의 Z방향의 변위(디포커스 거리)를 나타내는 AF 신호를 생성해서 제어부(50)에 출력한다.
여기서, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위의 검출 원리에 대하여 설명한다. 또, 제 1 검출기(430a, 430b)를 이용한 검출 원리와 제 2 검출기(432a, 432b)의 검출 원리를 이용한 검출 원리는 같으므로, 이들을 대표해서 제 1 검출기(430a, 430b)를 이용한 검출 원리에 대하여 설명한다.
다이크로익 미러(404)를 투과한 반사광 중, 일부의 광은 천공 미러(422)의 개구부를 통과해서 제 1 검출기(430a)에서 수광되며, 나머지의 광은 천공 미러(422)의 주변부분의 반사면에서 반사되어 결상 렌즈(426)에 의해 집광되어서 제 1 검출기(430b)에서 수광된다. 이 때문에, 제 1 검출기(430a, 430b)에서 수광되는 반사광의 광량의 합(총수광량)은, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치에 상관없이 항상 일정해서, 제 1 검출기(430a, 430b)의 출력의 합은 일정하게 된다. 한편, 제 1 검출기(430a)에 수광되는 반사광은, 천공 미러(422)의 개구부에 의해 수광 영역이 중심부분으로 제한되므로, 집광 렌즈(106)로부터 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면까지의 거리, 즉, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치(Z방향 위치)에 따라 수광량이 변화된다. 그 때문에 제 1 검출기(430a)의 출력은, AF용 레이저광(L2)이 조사되는 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치에 따라 변화된다. 따라서, 이러한 성질을 이용함으로써 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 검출할 수 있다.
AF 신호 처리부(500)에서는, 제 1 검출기(430a, 430b)로부터 출력된 출력 신호를 각각 Pa, Pb, 제 2 검출기(432a, 432b)로부터 출력된 출력 신호를 각각 Qa, Qb로 했을 때, 제 1 검출기(430a, 430b)에 있어서의 출력 신호의 합(Pa+Pb)이 제 2 검출기(432a, 432b)에 있어서의 출력 신호의 합(Qa+Qb) 이상일 경우에는, AF 신호(E)를 다음 식 (5)에 따라서 구한다.
E=(Pa+Pb)/Pa···(5)
한편, 제 1 검출기(430a, 430b)에 있어서의 출력 신호의 합(Pa+Pb)이 제 2 검출기(432a, 432b)에 있어서의 출력 신호의 합(Qa+Qb) 미만일 경우에는, AF 신호(E)를 다음 식 (6)에 따라서 구한다.
E=(Qa+Qb)/Qa···(6)
즉, AF 신호 처리부(500)는 AF 신호(E)를 구하기 위한 검출기를, 제 1 검출기(430a, 430b) 및 제 2 검출기(432a, 432b) 중 총수광량이 많은 쪽의 검출기로 전환하여 사용하고 있다. 이에 따라, 항상 높은 반사율의 파장의 광을 이용하여 AF 신호(E)가 생성되므로, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 조사된 AF용 레이저광(L2)의 반사율이 파장에 따라 변화되어도, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 형성된 박막의 차이에 의한 영향을 받지 않고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치의 검출을 정밀도 좋게 안정적으로 행할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 제어부(50)는 AF 신호 처리부(500)로부터 출력되는 AF 신호에 의거하여 전술한 제 1 실시형태와 마찬가지로, 제 1 액추에이터(108)나 제 2 액추에이터(316)의 구동을 제어할 수 있으므로, 개질 영역의 가공 깊이에 대한 변경에 영향을 받지 않고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 추종하도록 가공용 레이저광(L1)의 집광점을 고정밀도로 제어할 수 있으며, 웨이퍼(W)의 내부의 원하는 위치에 개질 영역을 고정밀도로 형성하는 것이 가능해진다.
도 21은 제 3 실시형태에 있어서의 AF 신호의 출력 특성을 나타낸 도면이다. 도 21에 나타낸 바와 같이, 제 3 실시형태에서는, 제 1 실시형태에 있어서의 AF 신호의 출력 특성(도 10 참조)에 비해서 가공 깊이마다의 차이가 커져 있지만, 디포커스 거리가 마이너스 방향(AF용 레이저광(L2)의 집광점으로부터 집광 렌즈(106)를 향하는 방향)의 포커스 인입 범위가 넓어져 있으며, 웨이퍼(W)의 레이저광 입사면과 AF용 레이저광(L2)의 집광점이 어긋나 있는 경우에도, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 안정적으로 검출하는 것이 가능해진다.
이와 같이 제 3 실시형태에 있어서도, 제 1 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제 3 실시형태에서는, 집광 렌즈(106)의 사출동과 천공 미러(422, 425)(수광 영역 규제 수단)와의 광학적 거리가 20mm 이상 150mm 이하이며, 또한 집광 렌즈(106)의 사출동과 포커스 광학계(310)의 고정 렌즈(312)와의 광학적 거리가 120mm 이하인 것이 바람직하다. 이들 광학적 거리를 상기 범위로 설정함으로써 AF 감도가 높고, 인입 범위가 넓으며, 가공 깊이에 상관 없이 안정한 AF 특성을 얻는 것이 가능해진다.
또, 제 3 실시형태에서는 수광 영역 규제 수단인 천공 미러(422, 425)를 이용했지만, 이에 한정하지 않고, 예를 들면 분할 미러를 이용해도 된다. 이 경우, 다이크로익 미러(404)에서 파장마다 분할된 AF용 레이저광(L2)의 반사광을 분할 미러에서 2개의 경로로 분할하고, 분할된 각각의 반사광을 제 1 검출기(430a, 430b) 및 제 2 검출기(432a, 432b)에서 각각 검출한다. 이에 따라, 천공 미러(422, 425)를 이용하는 경우와 마찬가지로 해서 AF 신호를 구할 수 있으며, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 검출하는 것이 가능해진다.
또한, 제 3 실시형태에서는, 도 22에 나타나 있는 바와 같은 구성을 채용할 수도 있다. 즉, AF용 레이저광(L2)을 집광 렌즈(106)로 안내하는 조사 광학계(300)의 광로로서 하프 미러(308)와 콜리메이트 렌즈(304)와의 사이에는 4f 광학계(318)가 배치되어도 된다. 4f 광학계(318)는 제 1 릴레이 렌즈(320)와 제 2 릴레이 렌즈(322)로 구성된다. 이러한 구성에 의하면, 집광 렌즈(106)의 사출동과 공역(共役)한 면을 집광 렌즈(106)로부터 물리적으로 떨어진 위치에 배치하는 것이 가능해지므로, 조사 광학계(300)에 배치되는 콜리메이트 렌즈(304) 등의 배치 자유도를 향상시키는 것이 가능해진다.
또한 제 3 실시형태에서는, AF용 레이저광(L2)을 검출하는 검출 광학계(400)의 구성으로서, 제 1 검출기(430a, 430b) 및 제 2 검출기(432a, 432b)를 이용한 구성을 예로 들어서 설명했지만, 반드시 이러한 구성에 한정되는 것이 아니다. AF용 레이저광(L2)을 검출하는 검출 광학계(400)의 구성으로서, 예를 들면 도 23에 나타나 있는 바와 같은 구성을 채용할 수도 있다.
도 23은 제 3 실시형태에 따른 다이싱 장치의 다른 구성예를 나타낸 요부 구성도이다. 도 23에 나타낸 구성예에 있어서는, 도 20에 나타낸 천공 미러(422, 425) 대신에, 하프 미러(434, 436), 마스크(438, 440)가 마련되어져 있다.
이 구성예에 의하면, 다이크로익 미러(404)로 안내된 AF용 레이저광(L2)의 반사광 중, 다이크로익 미러(404)를 투과한 제 1 파장 영역의 광의 일부는 하프 미러(434)를 투과하고, 광로 상에 중앙 개구를 갖는 마스크(438)를 통해 제 1 검출기(430a)에서 수광되며, 나머지의 광은 하프 미러(434)에서 반사되어, 결상 렌즈(426)에 의해 제 1 검출기(430b)에 100% 수광된다. 한편, 다이크로익 미러(404)에서 반사된 제 2 파장 영역의 광의 일부는 하프 미러(436)를 투과하고, 광로 상에 중앙 개구를 갖는 마스크(440)를 통해 제 2 검출기(432a)에서 수광되며, 나머지의 광은 하프 미러(436)에서 반사되어, 결상 렌즈(428)에 의해 제 2 검출기(432b)에 100% 수광된다. 제 1 검출기(430b), 제 2 검출기(432b)에 수광되는 반사광의 광량은 일정한 것에 대해, 제 1 검출기(430a), 제 2 검출기(432a)에 수광되는 반사광의 광량은 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치에 따라 변화된다. 이 성질을 이용함으로써 제 3 실시형태와 마찬가지로 하여, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 검출하는 것이 가능해진다.
즉, AF 신호 처리부(500)에서는, 제 1 검출기(430a, 430b)로부터 출력된 출력 신호를 각각 Pa, Pb, 제 2 검출기(432a, 432b)로부터 출력된 출력 신호를 각각 Qa, Qb로 했을 때, 제 1 검출기(430b)에 있어서의 출력 신호 Pb가 제 2 검출기(432b)에 있어서의 출력 신호 Qb 이상일 경우에는, AF 신호(E)를 다음 식 (7)에 따라서 구한다.
E=Pb/Pa···(7)
한편, 제 1 검출기(430b)에 있어서의 출력 신호 Pb가 제 2 검출기(432b)에 있어서의 출력 신호 Qb 미만일 경우에는, AF 신호(E)를 다음 식 (8)에 따라서 구한다.
E=Qb/Qa···(8)
이러한 구성에 의하면, 제어부(50)는 AF 신호 처리부(500)로부터 출력되는 AF 신호에 의거하여 전술한 제 1 실시형태와 마찬가지로, 제 1 액추에이터(108)나 제 2 액추에이터(316)의 구동을 제어함으로써, 개질 영역의 가공 깊이에 대한 변경에 영향을 받지 않고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 추종하도록 가공용 레이저광(L1)의 집광점을 고정밀도로 제어할 수 있으며, 웨이퍼(W)의 내부의 원하는 위치에 개질 영역을 고정밀도로 형성하는 것이 가능해진다.
(제 4 실시형태)
다음으로, 본 발명의 제 4 실시형태에 대하여 설명한다. 이하, 제 1 실시형태와 공통되는 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 본 실시형태의 특징적 부분을 중심으로 설명한다.
도 24는 제 4 실시형태에 따른 레이저 다이싱 장치의 개략을 나타낸 구성도이다. 도 24 중, 도 1과 공통 또는 유사한 구성요소에는 동일한 부호를 첨부하고, 그 설명을 생략한다.
제 1 실시형태에서는, AF 장치(110)는 2개의 검출기(406, 408)를 이용하여 파장이 다른 2개의 AF용 레이저광(L2a, L2b)의 반사광을 동시에 검출하고 있었던 것에 대해, 제 4 실시형태에서는 파장이 다른 2개의 AF용 레이저광(L2a, L2b)을 시간적으로 교대로 출사하여, 웨이퍼(W)의 레이저광 입사면에서 반사된 AF용 레이저광(L2a, L2b)의 반사광을 파장 영역마다 시분할적으로 교대로 검출하는 것이다.
즉, AF 장치(110)는 광원부(200)의 제 1 광원(202) 및 제 2 광원(204)의 ON/OFF를 시분할적으로 교대로 전환하고, 그 전환 타이밍에 동기해서 AF용 레이저광(L2a, L2b)의 반사광을 파장 영역마다 1개의 검출기(406)로 시분할적으로 검출할 수 있게 구성되어 있다. 또, 광원부(200)는 시분할 출력 수단의 일례이다. 또한 검출기(406)는 시분할 검출 수단의 일례이다.
제어부(50)는 광원 제어부(52)와 검출 제어부(54)를 구비하고 있다. 광원 제어부(52)는 제 1 광원(202) 및 제 2 광원(204)의 ON/OFF의 전환을 제어한다. 검출 제어부(54)는 광원 제어부(52)에 있어서의 전환 타이밍에 동기해서 검출기(406)의 검출 동작(수광 동작)을 제어한다.
이상과 같은 구성에 의해, 제 4 실시형태에 있어서도, AF용 레이저광(L2a, L2b)의 반사광의 광량에 따른 출력 신호가 검출기(406)로부터 시분할적으로 교대로 출력되므로, 제 1 실시형태와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한 제 4 실시형태에서는 파장이 다른 복수의 AF용 레이저광을 검출하기 위해 복수의 검출기를 구비할 필요가 없으므로, 장치 구성을 간략화하는 것이 가능해진다.
(제 5 실시형태)
다음으로, 본 발명의 제 5 실시형태에 대하여 설명한다.
도 25는 제 5 실시형태에 따른 레이저 다이싱 장치의 개략을 나타낸 구성도이다. 도 25에 나타낸 바와 같이 레이저 다이싱 장치(10)는 스테이지(12), 레이저 헤드(20), 제어부(50) 등으로 구성되어 있다.
스테이지(12)는 XYZθ 방향으로 이동 가능하게 구성되어, 웨이퍼(W)를 흡착 유지한다. 웨이퍼(W)는, 표면(디바이스면)과는 반대측의 이면이 레이저광 조사면이 되도록 스테이지(12) 상에 재치된다. 또, 웨이퍼(W)의 표면을 레이저광 조사면으로 해도 된다. 후술하는 다른 실시형태에 있어서도 마찬가지이다.
레이저 헤드(20)는 웨이퍼(W)의 내부에 개질 영역을 형성하기 위한 가공용 레이저광(L1)을 웨이퍼(W)에 대하여 조사한다.
제어부(50)는 CPU(Central Processing Unit), 메모리, 입출력 회로부 등으로 이루어지며, 레이저 다이싱 장치(10)의 각부의 동작을 제어한다.
레이저 다이싱 장치(10)는 이 밖에, 도시하지 않은 웨이퍼 반송 수단, 조작판, 텔레비젼 모니터, 및 표시등 등으로 구성되어 있다.
조작판에는 레이저 다이싱 장치(10)의 각부의 동작을 조작하는 스위치류나 표시장치가 장착되어 있다. 텔레비젼 모니터는, 도시하지 않은 CCD(Charge Coupled Device) 카메라에서 촬상한 웨이퍼 화상의 표시, 또는 프로그램 내용이나 각종 메시지 등을 표시한다. 표시등은 레이저 다이싱 장치(10)의 가공 중, 가공 종료, 비상 정지 등의 가동 상황을 표시한다.
다음으로, 레이저 헤드(20)의 상세 구성에 대하여 설명한다.
도 25에 나타낸 바와 같이 레이저 헤드(20)는 가공용 레이저광원(100), 콜리메이트 렌즈(102), 다이크로익 미러(104), 집광 렌즈(106), AF 장치(오토 포커스 장치)(110) 등으로 구성되어 있다.
가공용 레이저광원(100)은 웨이퍼(W)의 내부에 개질 영역을 형성하기 위한 가공용 레이저광(L1)을 출사한다. 예를 들면, 가공용 레이저광원(100)은 펄스폭이 1㎲ 이하이며, 집광점에 있어서의 피크 파워 밀도가 1×108(W/cm2) 이상이 되는 레이저광을 출사한다.
가공용 레이저광원(100)으로부터 출사된 가공용 레이저광(L1)은, 콜리메이트 렌즈(102)에서 콜리메이트되어, 다이크로익 미러(104)를 투과한 후, 집광 렌즈(106)에 의해 웨이퍼(W)의 내부에 집광된다. 가공용 레이저광(L1)의 집광점의 Z방향 위치(웨이퍼 두께 방향 위치)는, 제 1 액추에이터(108)에 의해 집광 렌즈(106)를 Z방향(가공용 레이저광(L1)의 광축 방향)으로 미소 이동시킴으로써 조절된다. 제 1 액추에이터(108)는 집광 렌즈 구동 수단의 일례이다. 또, 상세한 것은 후술하지만, 제 1 액추에이터(108)는 집광 렌즈(106)와 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면과의 거리가 일정하게 되도록, 제어부(50)에 의해 구동이 제어된다.
가공용 레이저광(L1)을 이용한 개질 영역의 형성은 도 2a∼도 2c를 이용하여 설명한 예와 마찬가지로 행할 수 있다. 즉, 도 2a에 나타낸 바와 같이 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면으로부터 입사한 가공용 레이저광(L1)의 집광점이 웨이퍼(W)의 두께 방향의 내부에 설정되어 있으면, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면을 투과한 가공용 레이저광(L1)은, 웨이퍼(W)의 내부의 집광점에서 에너지가 집중하고, 웨이퍼(W)의 내부의 집광점 근방에 다광자 흡수에 의한 크랙 영역, 용융 영역, 굴절율 변화 영역 등의 개질 영역이 형성된다. 도 2b에 나타낸 바와 같이, 단속하는 펄스 형상의 가공용 레이저광(L1)을 웨이퍼(W)에 조사해서 복수의 개질 영역(P, P, …)을 다이싱 스트리트에 따라 형성함으로써, 웨이퍼(W)는 분자간 힘의 밸런스가 무너져, 개질 영역(P, P, …)을 기점으로 하여 저절로 할단되거나, 또는 약간의 외력을 가함으로써 할단된다.
또한, 두께가 두터운 웨이퍼(W)의 경우에는, 개질 영역(P)의 층이 1층으로는 할단할 수 없으므로, 도 2c에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)의 두께 방향으로 가공용 레이저광(L1)의 집광점을 이동하여, 개질 영역(P)을 다층으로 형성시켜서 할단한다.
또, 도 2b, 도 2c에 나타낸 예에서는, 단속하는 펄스 형상의 가공용 레이저광(L1)으로 불연속인 개질 영역(P, P, …)을 형성한 상태를 나타냈지만, 가공용 레이저광(L1)의 연속파 하에서 연속적인 개질 영역(P)을 형성하게 해도 된다. 불연속의 개질 영역(P)을 형성한 경우에는, 연속한 개질 영역(P)을 형성했을 경우에 비해서 할단되기 어려우므로, 웨이퍼(W)의 두께나 반송중의 안전 등의 상황에 따라, 가공용 레이저광(L1)의 연속파를 사용할지, 단속파를 사용할지가 적절하게 선택된다.
AF 장치(110)는 AF용 레이저광(검출용 레이저광)(L2)을 웨이퍼(W)에 대해 조사하고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에서 반사된 AF용 레이저광(L2)의 반사광을 수광하고, 그 수광한 반사광에 의거하여, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치(Z방향 위치)를 검출한다. AF 장치(110)는 높이 위치 검출 수단의 일례이다.
AF 장치(110)는 AF용 레이저광(L2)을 출력하는 광원부(200)와, 광원부(200)로부터 출력된 AF용 레이저광(L2)을 집광 렌즈(106)로 안내하는 조사 광학계(300)와, 집광 렌즈(106)에 의해 집광되어 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에서 반사된 AF용 레이저광(L2)의 반사광을 검출하는 검출 광학계(400)와, 검출 광학계(400)에서 검출된 AF용 레이저광(L2)의 반사광을 이용해서 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 나타내는 AF 신호를 생성하는 AF 신호 처리부(500)를 구비하고 있다.
광원부(200)는 제 1 광원(202), 제 2 광원(204), 콜리메이트 렌즈(206, 208), 다이크로익 미러(210), 집광 렌즈(212) 등으로 구성되어 있다. 광원부(200)는 검출용 레이저광 출력 수단의 일례이다.
제 1 광원(202) 및 제 2 광원(204)은, 예를 들면 LD(Laser Diode) 광원이나 SLD(Super Luminescent Diode) 광원 등으로 이루어지며, 서로 다른 파장의 AF용 레이저광(검출용 레이저광)(L2a, L2b)을 각각 출사한다. AF용 레이저광(L2a, L2b)은 가공용 레이저광(L1)과는 다른 파장이며 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에서 반사 가능한 파장을 갖는다. 즉, AF용 레이저광(L2a)은 제 1 파장 영역(예를 들면, 620∼750nm)의 파장을 갖는 레이저광(적색 레이저광)이며, AF용 레이저광(L2b)은 제 1 파장 영역과는 다른 제 2 파장 영역(예를 들면, 450∼495nm)의 파장을 갖는 레이저광(청색 레이저광)이다. 제 1 광원(202) 및 제 2 광원(204)은 복수의 검출용 레이저광원의 일례이다.
제 1 광원(202) 및 제 2 광원(204)으로부터 출사된 AF용 레이저광(L2a, L2b)은, 각각, 콜리메이트 렌즈(206, 208)에서 콜리메이트되어, 다이크로익 미러(210)로 안내된다.
다이크로익 미러(210)는 콜리메이트 렌즈(206, 208)를 통해 입사되는 AF용 레이저광(L2a, L2b) 중, 한쪽의 AF용 레이저광(L2a)을 투과하고, 다른 쪽의 AF용 레이저광(L2b)을 반사함으로써, 양쪽의 광을 동일 광로로 안내한다. 다이크로익 미러(210)에 의해 동일 광로로 안내된 AF용 레이저광(L2a, L2b)의 합성광은, 집광 렌즈(212)에 의해 집광되어서 광원광(AF용 레이저광(L2))으로서 광원부(200)로부터 출력된다. 또, 다이크로익 미러(210)는 광 합성 수단의 일례이다.
조사 광학계(300)는 광파이버(302), 콜리메이트 렌즈(304), 나이프 에지(306), 하프 미러(308), 4f 광학계(311), 다이크로익 미러(104) 등으로 구성되어 있다.
광원부(200)로부터 출력된 AF용 레이저광(L2)(AF용 레이저광(L2a, L2b)의 합성광)은, 광파이버(302)의 입사단에 입사되어, 광파이버(302)를 경유해서 광파이버(302)의 출사단으로부터 출사된다. 또한, 이 AF용 레이저광(L2)은 콜리메이트 렌즈(304)에서 콜리메이트되어, 나이프 에지(306)에 의해 그 일부가 차광된다. 그리고, 나이프 에지(306)에 의해 차광되는 않고 진행한 광은, 하프 미러(308)에서 반사되어, 4f 광학계(311)를 경유해, 다이크로익 미러(104)에서 반사되고, 가공용 레이저광(L1)과 동일 광로로 안내된다. 또한, 이 AF용 레이저광(L2)은, 집광 렌즈(106)에 의해 집광되어서 웨이퍼(W)에 조사된다.
웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에서 반사된 AF용 레이저광(L2)의 반사광은, 집광 렌즈(106)에 의해 굴절되어, 다이크로익 미러(104)에서 반사되고, 4f 광학계(311)를 경유해, 하프 미러(308)를 투과하고, 조사 광학계(300)의 광로로부터 분기되어진 광로 상에 마련되어진 검출 광학계(400)로 안내된다.
또, 하프 미러(308)는 광로 분기 수단의 일례이며, 조사 광학계(300)의 광로(조사 광로)에 배설되고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에서 반사된 AF용 레이저광(L2)의 반사광의 일부를 조사 광학계(300)의 광로로부터 검출 광학계(400)의 광로(검출 광로)로 분기되게 한다.
검출 광학계(400)는 포커스 광학계(403), 다이크로익 미러(404), 결상 렌즈(407, 409), 제 1 검출기(411), 제 2 검출기(413) 등으로 구성되어 있다. 검출 광학계(400)는 광 검출 수단의 일례이다. 검출 광학계(400)에 입사한 AF용 레이저광(L2)의 반사광은, 포커스 광학계(403)를 경유해서 다이크로익 미러(404)로 안내된다.
다이크로익 미러(404)는 AF용 레이저광(L2)의 반사광을 특정한 파장의 광과 그 이외의 파장의 광으로 분할하는 파장 분할 수단이다. 즉, AF용 레이저광(L2)의 반사광 중, 제 1 광원(202)으로부터 출사된 AF용 레이저광(L2a)의 파장에 해당하는 제 1 파장 영역의 광은 다이크로익 미러(404)를 투과하여, 결상 렌즈(407)를 경유해, 제 1 검출기(411)에 수광된다. 한편, 제 2 광원(204)으로부터 출사된 AF용 레이저광(L2b)의 파장에 해당하는 제 2 파장 영역의 광은 다이크로익 미러(404)에서 반사되어, 결상 렌즈(409)를 경유해, 제 2 검출기(413)에 수광된다.
제 1 검출기(411) 및 제 2 검출기(413)는 2분할된 수광 소자(광전 변환 소자)를 갖는 2분할 포토다이오드로 이루어지며, 각각의 파장 영역의 광의 집광상을 분할해서 수광하고, 각각의 광량에 따른 출력 신호(전기 신호)를 AF 신호 처리부(500)에 출력한다.
또, 제 1 검출기(411) 및 제 2 검출기(413)는 각각의 파장 영역에 대한 색수차를 고려한 위치에 배치되어 있으며, 동일한 합초 위치를 나타내도록 조정되어 있다.
AF 신호 처리부(500)는 제 1 검출기(411) 및 제 2 검출기(413) 중의 적어도 한쪽의 검출기의 각 수광 소자로부터 출력된 출력 신호에 의거하여, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치로부터의 Z방향의 변위(디포커스 거리)를 나타내는 변위 신호(검출 신호)로서의 AF 신호(오토 포커스 신호)를 생성하여 제어부(50)에 출력한다. 또, AF 신호 처리부(500)는 변위 신호 생성 수단의 일례이다.
웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위의 검출에 대해서는, 도 3∼도 5를 이용하여 설명한 예와 마찬가지로 행할 수 있다.
먼저, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면이 h2의 위치에 있을 경우(도 4 참조), 즉, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면과 AF용 레이저광(L2)의 집광점이 일치하고 있을 경우, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 2분할 포토다이오드(600)의 수광면에는 한가운데에 선명한 상(진원)이 형성된다. 이 때, 2분할 포토다이오드(600)의 수광 소자(600A, 600B)에서 수광되는 광량은 모두 동일해져, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면은 합초 위치에 있는 것을 알 수 있다.
한편, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면이 h1의 위치에 있을 경우(도 4 참조), 즉, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면이 AF용 레이저광(L2)의 집광점보다 집광 렌즈(106)에 가까운 위치에 있을 경우, 도 3a에 나타낸 바와 같이 2분할 포토다이오드(600)의 수광면에는, 수광 소자(600A) 측에 반원 형상의 집광상이 형성되고, 그 크기(보케 양)는 웨이퍼(W)와 집광 렌즈(106)와의 거리에 따라 변화된다.
또한, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면이 h3의 위치에 있을 경우(도 4 참조), 즉, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면이 AF용 레이저광(L2)의 집광점보다 집광 렌즈(106)로부터 먼 위치에 있을 경우, 도 3c에 나타낸 바와 같이 2분할 포토다이오드(600)의 수광면에는, 수광 소자(600B) 측에 반원 형상의 집광상이 형성되고, 그 크기(보케 양)는 웨이퍼(W)와 집광 렌즈(106)와의 거리에 따라 변화된다.
이와 같이, 2분할 포토다이오드(600)의 수광 소자(600A, 600B)에서 수광되는 광량은, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위에 따라 변화된다. 따라서, 이러한 성질을 이용해서 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 검출할 수 있다.
도 5는 AF 신호의 출력 특성을 나타낸 그래프이며, 가로축은 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치로부터 Z방향(웨이퍼 두께 방향)의 변위(디포커스 거리)를 나타내며, 세로축은 AF 신호의 출력값을 나타내고 있다. 또, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치(원점)에 AF용 레이저광(L2)의 집광점이 일치하도록 미리 조정되어 있는 것으로 한다.
도 5에 나타낸 바와 같이, AF 신호의 출력 특성은, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치(원점)를 제로 크로스 점으로 한 S자 형상의 곡선이 된다. 또한, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 위치가, 도면 중에 화살표로 나타낸 범위, 즉, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 검출 가능한 측정 범위(인입 범위) 내에 있을 때, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위와 AF 신호의 출력과의 관계는, 원점을 지나는 단조증가 곡선(또는 단조감소 곡선)이 되고, 그 대부분에서 대략 직선적인 변화를 나타내고 있다. 즉, AF 신호의 출력이 제로이면, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면이 AF용 레이저광(L2)의 집광점과 일치하는 합초 위치에 있는 것을 알 수 있으며, AF 신호의 출력이 제로가 아니면, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위방향 및 변위량을 알 수 있다.
이러한 출력 특성을 갖는 AF 신호는, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치로부터 Z방향의 변위를 나타내는 웨이퍼 변위정보로서 AF 신호 처리부(500)에서 생성되어, 제어부(50)에 출력된다.
여기서, 본 실시형태에 있어서의 AF 신호 처리부(500)는, 제 1 검출기(411) 및 제 2 검출기(413)에서 각각 수광된 광의 총수광량이 많은 쪽의 검출기로부터 출력되는 출력 신호를 이용하여 AF 신호(E)를 생성하고 있다.
구체적으로는, 제 1 검출기(411)를 구성하는 2분할 포토다이오드(600)의 수광 소자(600A, 600B)로부터 출력된 출력 신호를 각각 A1, B1로 하고, 제 2 검출기(413)를 구성하는 2분할 포토다이오드(600)의 수광 소자(600A, 600B)로부터 출력된 출력 신호를 각각 A2, B2로 했을 때, 제 1 검출기(411)에 있어서의 출력 신호의 합(A1+B1)이 제 2 검출기(413)에 있어서의 출력 신호의 합(A2+B2) 이상일 경우에는, AF 신호(E)를 다음 식 (1)에 따라서 구한다.
E=(A1-B1)/(A1+B1) ···(1)
한편, 제 1 검출기(411)에 있어서의 출력 신호의 합(A1+B1)이 제 2 검출기(413)에 있어서의 출력 신호의 합(A2+B2) 미만일 경우에는, AF 신호(E)를 다음 식 (2)에 따라서 구한다.
E=(A2-B2)/(A2+B2) ···(2)
즉, 본 실시형태에 있어서의 AF 신호 처리부(500)에서는, AF 신호(E)를 구하기 위한 검출기를, 제 1 검출기(411) 및 제 2 검출기(413) 중 총수광량이 많은 쪽의 검출기로 전환하여 사용하고 있다. 이에 따라, 항상 높은 반사율의 파장의 광을 이용하여 AF 신호(E)가 생성되므로, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 조사된 AF용 레이저광(L2)의 반사율이 파장에 따라 변화되어도, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 형성된 박막의 차이에 의한 영향을 받지 않으며, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치의 검출을 정밀도 좋게 안정적으로 행할 수 있다.
제어부(50)는 AF 신호 처리부(500)로부터 출력된 AF 신호에 의거하여 집광 렌즈(106)와 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면과의 거리가 일정하게 되도록, 제 1 액추에이터(108)의 구동을 제어한다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위에 추종하도록 집광 렌즈(106)가 Z방향(웨이퍼 두께 방향)으로 미소 이동되어, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면으로부터 일정한 거리(깊이)에 가공용 레이저광(L1)의 집광점이 위치하게 되므로, 웨이퍼(W)의 내부의 원하는 위치에 개질 영역을 형성할 수 있다. 또, 제어부(50)는 제어 수단의 일례이다.
이상과 같이 구성되는 AF 장치(110)에는, 검출 광학계(400)의 광로(검출 광로)에 포커스 광학계(403)가 배설되어 있다. 구체적으로는, 하프 미러(308)와 다이크로익 미러(404) 사이에 포커스 광학계(403)가 배설되어 있다.
포커스 광학계(403)는 집광점 조정 광학계의 일례이며, 가공용 레이저광(L1)의 집광점과는 독립하여 AF용 레이저광(L2)의 집광점을 Z방향(웨이퍼 두께 방향)으로 조정한다. 이 포커스 광학계(403)는 적어도 검출 광학계(400)의 광로를 따라 이동 가능하게 구성된 이동 렌즈를 포함하는 복수의 렌즈로 이루어지며, 본 예에서는, 피사체측(웨이퍼(W)측)에서부터 순서대로, 검출 광학계(400)의 광로를 따라 이동 불가능하게 마련되어진 고정 렌즈(플러스 렌즈)(414)와, 검출 광학계(400)의 광로를 따라 이동 가능하게 마련되어진 이동 렌즈(마이너스 렌즈)(416)로 구성된다.
제 2 액추에이터(419)는 이동 렌즈(416)를 검출 광학계(400)의 광로를 따라 이동시킨다. 이동 렌즈(416)가 검출 광학계(400)의 광로를 따라 이동하면, 가공용 레이저광(L1)의 집광점의 Z방향 위치는 고정된 상태에서, 이동 렌즈(416)의 이동 방향 및 이동량에 따라 AF용 레이저광(L2)의 집광점의 Z방향 위치가 변화된다. 즉, 가공용 레이저광(L1)의 집광점과 AF용 레이저광(L2)의 집광점의 상대적인 거리가 변화된다.
제어부(50)는 AF 신호 처리부(500)로부터 출력되는 AF 신호에 의거하여 AF용 레이저광(L2)의 집광점이 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 일치하도록(구체적으로는, AF 신호의 출력이 제로가 되도록), 제 2 액추에이터(419)의 구동을 제어한다.
본 실시형태와 같이, 다이크로익 미러(104)에 의해 AF용 레이저광(L2)이 가공용 레이저광(L1)과 동일 광로로 안내되는 구성에 있어서는, 개질 영역의 가공 깊이를 바꾸기 위해서 집광 렌즈(106)와 웨이퍼(W)의 상대적인 거리가 변화되면, 가공용 레이저광(L1)의 집광점과 함께 AF용 레이저광(L2)의 집광점도 웨이퍼(W)에 대한 Z방향 위치가 변화된다.
예를 들면 도 6a에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면으로부터 얕은 위치에 개질 영역을 형성할 경우에 있어서, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 AF용 레이저광(L2)의 집광점이 일치해 있는 것으로 한다. 이러한 경우, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면으로부터 깊은 위치에 개질 영역을 형성하기 위해서, 집광 렌즈(106)와 웨이퍼(W)의 상대적인 거리를 변화시키면, AF용 레이저광(L2)의 집광점이 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에서 Z방향(웨이퍼 두께 방향)으로 크게 벗어나버린다. 그리고, AF용 레이저광(L2)의 집광점과 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 거리가 측정 범위(인입 범위)를 초과하게 되면, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 검출할 수 없게 된다. 특히, 집광 렌즈(106)는 고 NA 렌즈가 이용되기 때문에, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 검출 가능한 측정 범위가 AF용 레이저광(L2)의 집광점(합초 위치)의 근방으로 한정되기 때문에, 상기 문제는 보다 현저한 것이 된다.
이러한 문제에 대처하기 위해, 본 실시형태의 AF 장치(110)에서는, 가공용 레이저광(L1)의 집광점의 위치를 바꾸지 않고, AF용 레이저광(L2)의 집광점의 위치를 변화시킬 수 있게 하기 위하여, 포커스 광학계(403)가 검출 광학계(400)의 광로 상에 마련되어져 있다. 이에 따라, 도 6a에 나타낸 상태로부터 도 6b에 나타낸 상태와 같이, 개질 영역의 가공 깊이를 변화시키기 위해 집광 렌즈(106)와 웨이퍼(W)의 상대적인 거리가 변화될 경우에 있어서도, 상기한 바와 같이 포커스 광학계(403)의 이동 렌즈(416)를 검출 광학계(400)의 광로를 따라 이동시킴으로써, 도 6c에 나타낸 상태와 같이, 가공용 레이저광(L1)의 집광점의 Z방향 위치를 고정한 상태에서, AF용 레이저광(L2)의 집광점을 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 일치시키는 것이 가능해진다.
따라서, 개질 영역의 가공 깊이가 변화될 경우에 있어서도, 가공용 레이저광(L1)의 집광점과 AF용 레이저광(L2)의 집광점의 간격을 조정할 수 있으므로, AF용 레이저광(L2)의 집광점을 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 일치시킬 수 있으며, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에서 반사된 AF용 레이저광(L2)의 반사광의 단위 면적당의 광량이 저하하지 않고, 웨이퍼(W)의 Z방향 위치(높이 위치)를 정확하게 검출하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는, 도 25에 나타낸 바와 같이 포커스 광학계(403)와 집광 렌즈(106) 사이에는 4f 광학계(311)가 배설되어 있다. 4f 광학계(311)는 제 1 릴레이 렌즈(313)와 제 2 릴레이 렌즈(315)로 구성되어 있으며, 제 1 릴레이 렌즈(313)와 집광 렌즈(106)와의 거리가 제 1 릴레이 렌즈(313)의 초점 거리(f1)와 동일한 위치에 배치되고, 제 2 릴레이 렌즈(315)와 포커스 광학계(403)와의 거리가 제 2 릴레이 렌즈(315)의 초점 거리(f2)와 동일한 위치에 배치되고, 제 1 릴레이 렌즈(313)와 제 2 릴레이 렌즈(315)와의 거리가 이들 초점 거리의 합(f1+f2)과 동일한 위치에 배치된다.
이러한 구성에 의하면, 집광 렌즈(106)의 사출동과 공역한 면을 집광 렌즈(106)로부터 물리적으로 떨어진 위치에 배치하는 것이 가능해지므로, 집광 렌즈(106)와 포커스 광학계(403)와의 광학적 거리를 원하는 범위로 용이하게 설정하는 것이 가능해진다.
다음으로, 본 실시형태의 레이저 다이싱 장치(10)를 이용한 다이싱 방법에 대하여 설명한다. 도 26은 본 실시형태의 레이저 다이싱 장치(10)를 채용한 다이싱 방법의 흐름을 나타낸 흐름도이다.
도 26에 나타낸 바와 같이, 레이저 다이싱 장치(10)는 후술하는 리얼 타임 가공 동작에 앞서, AF 신호의 출력 특성을 측정하는 캘리브레이션 동작을 실행한다(스텝 S10).
캘리브레이션 동작을 완료한 후, 레이저 다이싱 장치(10)는, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위에 추종하도록 가공용 레이저광(L1)의 집광점의 Z방향 위치를 조정하면서 웨이퍼(W)의 내부에 개질 영역을 형성하는 리얼 타임 가공 동작을 실행한다(스텝 S12).
도 27은, 도 26에 나타낸 캘리브레이션 동작의 상세한 흐름을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 제어부(50)는, 제 2 액추에이터(419)의 구동을 제어하여, 포커스 광학계(403)의 이동 렌즈(416)를 개질 영역의 가공 깊이에 따른 위치로 이동시킨다(스텝 S20). 또, 제어부(50)의 메모리부(미도시)에는, 개질 영역의 가공 깊이와 포커스 광학계(403)의 이동 렌즈(416)의 위치와의 대응 관계가 유지되어 있다.
계속해서, 제어부(50)는, 스테이지(12)의 이동을 제어하여, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치를 집광 렌즈(106)의 바로 아래로 이동시킨다(스텝 S22). 또, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치는, AF용 레이저광(L2)의 집광점을 일치시키는 위치이며, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 Z방향의 변위의 기준이 되는 위치므로, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 단차가 작은 부분(평활면)인 것이 바람직하며, 예를 들며 웨이퍼(W)의 외주부를 제외하는 중앙부분의 소정 위치를 기준위치로 한다.
계속해서, 제어부(50)는, 제 2 액추에이터(419)의 구동을 제어하여, AF 신호 처리부(500)로부터 출력되는 AF 신호가 제로가 되도록, 포커스 광학계(403)의 이동 렌즈(416)를 검출 광학계(400)의 광로를 따라 이동시킨다(스텝 S24). 이에 따라, 도 6b에 나타낸 바와 같이, AF용 레이저광(L2)의 집광점과 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치에 어긋남이 있는 경우에도, 도 6c에 나타낸 바와 같이, AF용 레이저광(L2)의 집광점이 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치와 일치하도록 집광점 조정이 행하여진다. 또, 제어부(50)는, 메모리부(미도시)에 유지되어 있는 포커스 광학계(403)의 이동 렌즈(416)의 위치를, 집광점 조정후의 이동 렌즈(416)의 위치(보정 위치)로 재기록한다.
이 때, AF 신호 처리부(500)에서는, 제 1 검출기(411) 및 제 2 검출기(413) 중 총수광량이 많은 쪽의 검출기를 구성하는 2분할 포토다이오드(600)의 수광 소자(600A, 600B)로부터 출력된 출력 신호에 의거하여 AF 신호를 생성한다. 이 때문에, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 형성된 박막의 차이(웨이퍼(W)마다의 혹은 장소에 의한 차이)에 의한 영향을 받지 않고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 안정하면서 또한 정밀도 좋게 검출할 수 있다.
계속해서, 제어부(50)는, 제 1 액추에이터(108)의 구동을 제어하여, 집광 렌즈(106)를 Z방향을 따라 이동 가능 범위의 전체에 걸쳐 이동시키면서 AF 신호 처리부(500)로부터 출력되는 AF 신호의 출력 특성을 측정하고, 그 출력 특성을 룩업 테이블로서 메모리부(미도시)에 유지해 둔다(스텝 S26).
또, 웨이퍼(W)의 내부에 개질 영역의 층을 복수 형성할 경우에는, 스텝 S20에서 스텝 S26까지의 처리를 개질 영역의 가공 깊이마다 실행한다.
이상의 처리에 의해, 제어부(50)는, 도 26의 스텝 S12의 리얼 타임 가공 동작에 있어서, 메모리부(미도시)에 유지된 룩업 테이블을 참조함으로써, AF 신호 처리부(500)로부터 출력되는 AF 신호의 출력값으로부터 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치로부터의 Z방향의 변위(디포커스 거리)를 간단하게 구할 수 있으므로, 리얼 타임 가공 동작에 있어서의 가공 효율(스루풋)을 향상시키는 것이 가능해진다.
도 28은, 도 26에 나타낸 리얼 타임 가공 동작의 상세한 흐름을 나타낸 흐름도이다.
먼저, 제어부(50)는, 도 27의 스텝 S20과 마찬가지로, 제 2 액추에이터(419)의 구동을 제어하여, 포커스 광학계(403)의 이동 렌즈(416)를 개질 영역의 가공 깊이에 따른 위치로 이동시킨다(스텝 S30). 이 때, 제어부(50)는, 메모리부(미도시)에 유지되어 있는 이동 렌즈(416)의 위치(보정 위치)로 이동시킨다. 이에 따라, AF용 레이저광(L2)의 집광점이 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치와 일치하고, AF 장치(110)는, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치를 기준으로 한 Z방향의 변위를 검출하는 것이 가능해진다.
계속해서, 제어부(50)는, 스테이지(12)의 이동을 제어하여, 스테이지(12)에 흡착 유지된 웨이퍼(W)를 소정의 가공 개시 위치로 이동시킨다(스텝 S32).
계속해서, 제어부(50)는, 가공용 레이저광원(100)을 ON으로 한 후, 웨이퍼(W)를 수평 방향(XY방향)으로 이동시키면서, 가공용 레이저광원(100)으로부터 출사된 가공용 레이저광(L1)에 의해, 다이싱 스트리트에 따라 웨이퍼(W)의 내부에 개질 영역을 형성한다(스텝 S34).
이 때, 제어부(50)는, 가공용 레이저광원(100)을 ON으로 하는 타이밍과 대략 동시, 혹은 그보다 먼저의 타이밍에서, 제 1 광원(202) 및 제 2 광원(204)을 ON으로 한다. 이에 따라, 가공용 레이저광(L1)과 AF용 레이저광(L2)(서로 파장이 다른 2개의 AF용 레이저광(L2a, L2b)의 합성광)이 집광 렌즈(106)에 의해 웨이퍼(W)를 향해서 집광된다. 그리고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 조사되어 반사된 AF용 레이저광(L2)의 반사광은, 다이크로익 미러(404)에서 서로 다른 파장으로 분할되며, 분할된 각각의 광은 제 1 검출기(411) 및 제 2 검출기(413)에 각각 수광된다. AF 신호 처리부(500)는 제 1 검출기(411) 및 제 2 검출기(413) 중 총수광량이 많은 쪽의 검출기로부터 출력된 출력 신호에 의거하여 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치로부터의 Z방향의 변위를 나타내는 AF 신호를 생성해서 제어부(50)에 출력한다.
그리고, 제어부(50)는, AF 신호 처리부(500)로부터 출력되는 AF 신호에 의거하여 제 1 액추에이터(108)의 구동을 제어함으로써, 가공용 레이저광(L1)의 집광점의 Z방향 위치를 조정하면서, 웨이퍼(W)의 내부에 개질 영역을 형성한다.
계속해서, 제어부(50)는, 웨이퍼(W)의 모든 다이싱 스트리트에 대하여 개질 영역의 형성이 종료해 있는지의 여부를 판단한다(스텝 S36). 모든 다이싱 스트리트에 대하여 개질 영역의 형성이 종료하지 않은 경우(No인 경우), 다음 다이싱 스트리트로 이동해(스텝 S38), 그 다이싱 스트리트에 대해서 스텝 S34에서 스텝 S36까지의 처리를 반복한다. 한편, 모든 다이싱 스트리트에 대하여 개질 영역의 형성이 종료했을 경우(Yes인 경우), 다음 스텝 S40으로 진행된다.
계속해서, 제어부(50)는, 모든 가공 깊이에 대해서 개질 영역의 형성이 종료해 있는지의 여부를 판단한다(스텝 S40). 모든 가공 깊이에 대해서 개질 영역의 형성이 종료하지 않은 경우에는, 다음 가공 깊이로 이동해(스텝 S42), 스텝 S30에서 스텝 S40까지의 처리를 반복한다. 한편, 모든 가공 깊이에 대해서 개질 영역의 형성이 종료했을 경우에는, 리얼 타임 가공 동작을 종료한다.
이와 같이 하여, 웨이퍼의 내부의 원하는 위치에 개질 영역을 형성함으로써, 개질 영역을 기점으로 하여 웨이퍼(W)를 복수의 칩으로 분할하는 것이 가능해진다.
도 29는 제 5 실시형태에 있어서의 AF 신호의 출력 특성의 일례를 나타낸 도면이며, 개질 영역의 가공 깊이를 0∼800㎛의 범위에서 변화시켰을 때의 출력 특성을 나타내고 있다.
본 실시형태에서는 개질 영역의 가공 깊이에 따라 AF용 레이저광(L2)의 집광점의 Z방향 위치가 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치와 일치하도록 조절되므로, 도 29에 나타낸 바와 같이, 각 가공 깊이에 대응하는 AF 신호의 출력 특성은 대략 완전한 것이 되고, 어느 것이나 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치(원점)를 제로 크로스 점으로 한 S자 형상의 곡선이 된다. 따라서, 이러한 출력 특성을 갖는 AF 신호를 이용하여 리얼 타임 가공 동작을 실행함으로써, 개질 영역의 가공 깊이의 변경에 영향 받지 않고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 안정하면서 또한 고정밀도로 검출하는 것이 가능해진다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는 서로 파장이 다른 2개의 AF용 레이저광(L2a, L2b)을 이용하여 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 검출하고 있으므로, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 형성되는 박막의 차이에 의한 영향을 받지 않고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 안정하면서 또한 정밀도 좋게 검출하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에서 반사된 AF용 레이저광(L2)의 반사광을 검출하는 검출 광학계(400)의 광로 상이며 하프 미러(308)와 다이크로익 미러(404) 사이에는, AF용 레이저광(L2)의 집광점을 Z방향(웨이퍼 두께 방향)으로 조정하는 집광점 조정 광학계로서 포커스 광학계(403)가 마련되어 있다. 이 때문에, 개질 영역의 가공 깊이의 변화에 따라, 집광 렌즈(106)와 웨이퍼(W)의 상대적 거리가 변화되는 경우에도, AF용 레이저광(L2)의 집광점을 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 일치시키도록 조정할 수 있으므로, 웨이퍼의 레이저광 조사면으로부터 소정의 가공 깊이에 개질 영역을 정밀도 좋게 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태에서는, 본 발명자가 예의 검토를 거듭한 결과, 가공 깊이에 상관 없이 안정한 오토 포커스 특성(AF 특성)을 얻는데 있어서, 집광 렌즈(106)의 사출동과 포커스 광학계(403)와의 광학적 거리(D0), 집광 렌즈(106)에 의해 집광되어 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 조사되는 AF용 레이저광(L2)의 집광상의 지름(스폿 지름)(N)이 중요한 파라미터인 것을 찾아냈다. 구체적으로는, 광학적 거리(D0)를 90mm 미만(즉, D0<90)으로 함으로써, 가공 깊이에 상관 없이 안정한 AF 특성을 얻을 수 있다. 또한 스폿 지름(N)을 0.002mm보다 크고, 또한 0.2mm보다 작게(즉, 0.002<N<0.2) 함으로써, AF 감도가 높고, 인입 범위를 넓게 하는 것이 가능해진다. 따라서, 개질 영역의 가공 깊이에 상관 없이, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 신속하며 또한 정밀도 좋게 안정적으로 검출할 수 있다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 차이가 있어도, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면으로부터 소정의 가공 깊이에 개질 영역을 정밀도 좋게 형성하는 것이 가능해진다.
또, 본 실시형태에서는 제 1 검출기(411) 및 제 2 검출기(413) 중 총수광량이 많은 쪽의 검출기로부터 출력되는 출력 신호를 이용했지만, 이에 한정하지 않으며, 제 1 검출기(411) 및 제 2 검출기(413)에서 각각 수광된 광량에 대하여 미리 정한 기준에 따라서 가중 가산을 행함으로써 AF 신호를 얻도록 해도 된다. 예를 들면, 제 1 검출기(411)에서 수광된 광량을 S1로 하고, 제 2 검출기(413)에서 수광된 광량을 S2로 했을 때, S1, S2에 대하여 각각 가중 계수α, β(단, α, β>0)를 곱한 것을 가산한 것을 이용해도 된다. 또한 S1, S2를 각각 자승해서 가산한 것을 이용해도 되고, 다른 가중 방법을 이용해도 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 서로 파장이 다른 2개의 AF용 레이저광(L2a, L2b)이 이용되기 때문에, 제 1 검출기(411) 및 제 2 검출기(413)는, 각각의 파장 영역에 대한 색수차를 고려한 위치에 배치되는 구성으로 했지만, 이에 한정하지 않고, 예를 들면 색수차 보정 수단으로서 포커스 광학계(403) 내에 접합 렌즈를 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 포커스 광학계(403)는 색수차 보정 수단으로서 기능하므로, 제 1 검출기(411) 및 제 2 검출기(413)의 위치조정이 불필요하게 되어, AF 장치(110)의 장치 구성을 간소화하는 것이 가능해진다.
도 30은 제 5 실시형태에서 3파장의 AF용 레이저광을 이용한 예를 나타내는 구성도이다. 도 30에 나타낸 예에서는, 광원부(200)는, 다른 3종류의 파장의 레이저광을 출력하는 피그 테일 타입의 LD(Laser Diode: 202, 204, 205)를, 레이저 컴바이너(201)를 개재하여 1개의 파이버에 결합한다. 그리고, LD(202, 204 및 205)로부터 출력되는 레이저광을 레이저 컴바이너(201)를 통하여 출력함으로써 출력할 레이저광의 파장을 선택하거나, 레이저광을 혼합해서 출력하는 것이 가능해진다. 이에 따라 검출 광학계(400)에 있어서, 다이크로익 미러(404), 결상 렌즈(409) 및 제 2 검출기(413)가 불필요하게 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 서로 파장이 다른 2개의 AF용 레이저광(L2a, L2b)을 이용하여 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 검출할 경우에 대하여 설명했지만, 이에 한정하지 않고, 서로 파장이 다른 3개 이상의 AF용 레이저광을 이용해도 된다.
또한, 본 실시형태에서는 제 1 검출기(411) 및 제 2 검출기(413)가 2분할 포토다이오드로 구성되는 예를 나타냈지만, 이에 한정하지 않고, 광량 밸런스를 측정할 수 있는 것(예를 들면, 4분할 포토다이오드, 2차원 촬상소자 등)을 이용하여도 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 광파이버(302)를 이용하고 있지만, 레이아웃 상의 문제가 없으면, 콜리메이트 렌즈(304) 앞측 초점위치에 광원상을 직접 만들고, 광파이버(302)를 생략해도 상관없다.
(제 6 실시형태)
다음으로, 본 발명의 제 6 실시형태에 대하여 설명한다. 이하, 제 5 실시형태와 공통되는 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 본 실시형태의 특징적 부분을 중심으로 설명한다.
도 31은 제 6 실시형태에 따른 레이저 다이싱 장치의 개략을 나타낸 구성도이다. 도 31 중, 도 25와 공통 또는 유사한 구성요소에는 동일한 부호를 첨부하고, 그 설명을 생략한다.
제 6 실시형태는 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 검출하는 방법으로서, 중심 강도법을 이용하는 것이다. 또, 중심 강도법이란, 2개의 검출기 중 어느 한쪽의 검출기에서 반사광의 일부를 수광하고, 다른 쪽의 검출기에서 반사광의 전부 또는 일부를 수광하여, 각각의 검출기에 있어서의 수광량을 이용해 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 검출하는 방법이다.
도 31에 나타낸 바와 같이, AF 장치(110)의 광원부(200)로부터 출력된 AF용 레이저광(L2)은, 광파이버(302)를 경유해, 콜리메이트 렌즈(304)에서 콜리메이트되어, 그 일부가 차광되지 않고, 하프 미러(308)에서 반사된다. 또한, 이 AF용 레이저광(L2)은 다이크로익 미러(104)에서 반사되어, 집광 렌즈(106)에 의해 집광되어서 웨이퍼(W)에 조사된다. 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에서 반사된 AF용 레이저광(L2)의 반사광은, AF용 레이저광(L2)과 동일 광로를 역방향으로 진행하고, 그 광로 상에 배치되는 하프 미러(308)를 투과하여, 조사 광학계(300)의 광로로부터 분기된 광로에 마련되어진 검출 광학계(400)로 안내된다.
검출 광학계(400)는, 포커스 광학계(403), 다이크로익 미러(404), 천공 미러(421, 422), 결상 렌즈(424, 426), 제 1 검출기(428a, 428b), 제 2 검출기(431a, 431b) 등으로 구성되어 있다.
다이크로익 미러(404)는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 검출 광학계(400)로 안내되어 포커스 광학계(403)를 경유해 입사한 AF용 레이저광(L2)의 반사광을 특정한 파장의 광과 그 이외의 파장의 광으로 분할한다. 즉, AF용 레이저광(L2)의 반사광 중, 제 1 광원(202)으로부터 출사된 AF용 레이저광(L2a)의 파장에 해당하는 제 1 파장 영역의 광은 다이크로익 미러(404)를 투과하여, 그 일부의 광은 천공 미러(421)의 중앙부분에 형성되는 개구부를 통과해 제 1 검출기(428a)에서 수광되며, 나머지의 광은 천공 미러(421)의 주변부분의 반사면에서 반사되어 결상 렌즈(426)에 의해 집광되어서 제 1 검출기(428b)에서 수광된다. 한편, 제 2 광원(204)으로부터 출사된 AF용 레이저광(L2b)의 파장에 해당하는 제 2 파장 영역의 광은, 다이크로익 미러(404)에서 반사되어, 그 일부의 광은 천공 미러(422)의 중앙부분에 형성되는 개구부를 통과해 제 2 검출기(431a)에서 수광되며, 나머지의 광은 천공 미러(422)의 주변부분의 반사면에서 반사되어 결상 렌즈(426)에 의해 집광되어서 제 2 검출기(431b)에서 수광된다.
제 1 검출기(428a, 428b) 및 제 2 검출기(431a, 431b)는 수광한 광량에 따른 출력 신호를 AF 신호 처리부(500)에 출력한다.
AF 신호 처리부(500)는 제 1 검출기(428a, 428b) 및 제 2 검출기(431a, 431b) 중의 적어도 한쪽의 검출기로부터 출력된 출력 신호에 의거하여, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치로부터의 Z방향의 변위(디포커스 거리)를 나타내는 AF 신호를 생성해서 제어부(50)에 출력한다.
여기서, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위의 검출 원리에 대하여 설명한다. 또, 제 1 검출기(428a, 428b)를 이용한 검출 원리와 제 2 검출기(431a, 431b)의 검출 원리를 이용한 검출 원리는 같으므로, 이들을 대표해서 제 1 검출기(428a, 428b)를 이용한 검출 원리에 대하여 설명한다.
다이크로익 미러(404)를 투과한 반사광 중, 일부의 광은 천공 미러(421)의 개구부를 통과해서 제 1 검출기(428a)에서 수광되며, 나머지의 광은 천공 미러(421)의 주변부분의 반사면에서 반사되어 결상 렌즈(424)에 의해 집광되어서 제 1 검출기(428b)에서 수광된다. 이 때문에, 제 1 검출기(428a, 428b)에서 수광되는 반사광의 광량의 합(총수광량)은, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치에 상관없이 항상 일정해서, 제 1 검출기(428a, 428b)의 출력의 합은 일정하게 된다. 한편, 제 1 검출기(428a)에 수광되는 반사광은, 천공 미러(421)의 개구부에 의해 수광 영역이 중심부분에 제한되므로, 집광 렌즈(106)로부터 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면까지의 거리, 즉, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치(Z방향 위치)에 따라 수광량이 변화된다. 그 때문에 제 1 검출기(428a)의 출력은, AF용 레이저광(L2)이 조사되는 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치에 따라 변화된다. 따라서, 이러한 성질을 이용함으로써 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 검출할 수 있다.
AF 신호 처리부(500)에서는, 제 1 검출기(428a, 428b)로부터 출력된 출력 신호를 각각 Pa, Pb, 제 2 검출기(431a, 431b)로부터 출력된 출력 신호를 각각 Qa, Qb로 했을 때, 제 1 검출기(428a, 428b)에 있어서의 출력 신호의 합(Pa+Pb)이 제 2 검출기(431a, 431b)에 있어서의 출력 신호의 합(Qa+Qb) 이상일 경우에는, AF 신호(E)를 다음 식 (5)에 따라서 구한다.
E=(Pa+Pb)/Pa···(5)
한편, 제 1 검출기(428a, 428b)에 있어서의 출력 신호의 합(Pa+Pb)이 제 2 검출기(431a, 431b)에 있어서의 출력 신호의 합(Qa+Qb) 미만일 경우에는, AF 신호(E)를 다음 식 (6)에 따라서 구한다.
E=(Qa+Qb)/Qa···(6)
즉, AF 신호 처리부(500)는, AF 신호(E)를 구하기 위한 검출기를, 제 1 검출기(428a, 428b) 및 제 2 검출기(431a, 431b) 중 총수광량이 많은 쪽의 검출기로 전환하여 사용하고 있다. 이에 따라, 항상 높은 반사율의 파장의 광을 이용하여 AF 신호(E)가 생성되므로, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 조사된 AF용 레이저광(L2)의 반사율이 파장에 따라 변화되어도, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 형성된 박막의 차이에 의한 영향을 받지 않고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치의 검출을 정밀도 좋게 안정적으로 행할 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 제어부(50)는, AF 신호 처리부(500)로부터 출력되는 AF 신호에 의거하여 전술한 제 1 실시형태와 마찬가지로, 제 1 액추에이터(108)나 제 2 액추에이터(419)의 구동을 제어할 수 있으므로, 개질 영역의 가공 깊이에 대한 변경에 영향을 받지 않고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 추종하도록 가공용 레이저광(L1)의 집광점을 고정밀도로 제어할 수 있으며, 웨이퍼(W)의 내부의 원하는 위치에 개질 영역을 고정밀도로 형성하는 것이 가능해진다.
도 32는 제 6 실시형태에 있어서의 AF 신호의 출력 특성을 나타낸 도면이다. 도 32에 나타낸 바와 같이, 제 6 실시형태에서는, 제 5 실시형태와 마찬가지로, 각 가공 깊이에 대응하는 AF 신호의 출력 특성은 대략 완전한 것이 되고, 어느 것이나 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 기준위치(원점)에서 일정한 출력값을 나타내는 거의 직선 형상의 특성이 된다. 따라서, 이러한 출력 특성을 갖는 AF 신호를 이용하여 리얼 타임 가공 동작을 실행함으로써, 개질 영역의 가공 깊이의 변경에 영향 받지 않고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 안정하면서 또한 고정밀도로 검출하는 것이 가능해진다.
이와 같이 제 6 실시형태에 있어서도, 제 5 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제 6 실시형태에서는 집광 렌즈(106)와 천공 미러(421, 422)(수광 영역 규제 수단)와의 광학적 거리가 20mm 이상 160mm 이하이며, 또한 집광 렌즈(106)와 포커스 광학계(403)의 고정 렌즈(414)와의 광학적 거리가 120mm 이하인 것이 바람직하다. 이들 광학적 거리를 상기 범위로 설정함으로써 AF 감도가 높고, 인입 범위가 넓으며, 가공 깊이에 상관 없이 안정한 AF 특성을 얻는 것이 가능해진다.
또, 제 6 실시형태에서는 수광 영역 규제 수단인 천공 미러(421, 422)를 이용했지만, 이에 한정하지 않고, 예를 들면 분할 미러를 이용해도 된다. 이 경우, 다이크로익 미러(404)에서 파장마다 분할된 AF용 레이저광(L2)의 반사광을 분할 미러에서 2개의 경로로 분할하고, 분할된 각각의 반사광을 제 1 검출기(428a, 428b) 및 제 2 검출기(431a, 431b)에서 각각 검출한다. 이에 따라, 천공 미러(421, 422)를 이용하는 경우와 마찬가지로 해서 AF 신호를 구할 수 있으며, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 검출하는 것이 가능해진다.
또한, 제 6 실시형태에서는, AF용 레이저광(L2)을 검출하는 검출 광학계(400)의 구성으로서, 제 1 검출기(428a, 428b) 및 제 2 검출기(431a, 431b)를 이용한 구성을 예로 들어서 설명했지만, 반드시 이러한 구성에 한정되는 것이 아니다. AF용 레이저광(L2)을 검출하는 검출 광학계(400)의 구성으로서, 예를 들면 도 33에 나타나 있는 바와 같은 구성을 채용할 수도 있다.
도 33은 제 6 실시형태에 따른 다이싱 장치의 다른 구성예를 나타낸 요부 구성도이다. 도 33에 나타낸 구성예에 있어서는, 도 31에 나타낸 천공 미러(421, 422) 대신에, 하프 미러(432, 434), 마스크(437, 438)가 마련되어져 있다.
이 구성예에 의하면, 다이크로익 미러(404)로 안내된 AF용 레이저광(L2)의 반사광 중, 다이크로익 미러(404)를 투과한 제 1 파장 영역의 광의 일부는 하프 미러(432)를 투과하고, 광로 상에 중앙 개구를 갖는 마스크(437)를 통해 제 1 검출기(428a)에서 수광되며, 나머지의 광은 하프 미러(432)에서 반사되어, 결상 렌즈(424)에 의해 제 1 검출기(428b)에 100% 수광된다. 한편, 다이크로익 미러(404)에서 반사된 제 2 파장 영역의 광의 일부는 하프 미러(434)를 투과하고, 광로 상에 중앙 개구를 갖는 마스크(438)를 통해 제 2 검출기(431a)에서 수광되며, 나머지의 광은 하프 미러(434)에서 반사되어, 결상 렌즈(426)에 의해 제 2 검출기(431b)에 100% 수광된다. 제 1 검출기(428b), 제 2 검출기(431b)에 수광되는 반사광의 광량은 일정한 것에 대해, 제 1 검출기(428a), 제 2 검출기(431a)에 수광되는 반사광의 광량은 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치에 따라 변화된다. 이 성질을 이용함으로써 제 2 실시형태와 마찬가지로 하여, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 검출하는 것이 가능해진다.
즉, AF 신호 처리부(500)에서는, 제 1 검출기(428a, 428b)로부터 출력된 출력 신호를 각각 Pa, Pb, 제 2 검출기(431a, 431b)로부터 출력된 출력 신호를 각각 Qa, Qb로 했을 때, 제 1 검출기(428b)에 있어서의 출력 신호 Pb가 제 2 검출기(431b)에 있어서의 출력 신호 Qb 이상일 경우에는, AF 신호(E)를 다음 식 (7)에 따라서 구한다.
E=Pb/Pa···(7)
한편, 제 1 검출기(428b)에 있어서의 출력 신호 Pb가 제 2 검출기(431b)에 있어서의 출력 신호 Qb 미만일 경우에는, AF 신호(E)를 다음 식 (8)에 따라서 구한다.
E=Qb/Qa···(8)
이러한 구성에 의하면, 제어부(50)는 AF 신호 처리부(500)로부터 출력되는 AF 신호에 의거하여 전술한 제 5 실시형태와 마찬가지로, 제 1 액추에이터(108)나 제 2 액추에이터(419)의 구동을 제어함으로써, 개질 영역의 가공 깊이에 대한 변경에 영향을 받지 않고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 추종하도록 가공용 레이저광(L1)의 집광점을 고정밀도로 제어할 수 있으며, 웨이퍼(W)의 내부의 원하는 위치에 개질 영역을 고정밀도로 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 제 6 실시형태에서는, 도 34에 나타나 있는 바와 같은 구성을 채용할 수도 있다. 즉, 다이크로익 미러(104)와 하프 미러(308) 사이에 하프 미러(441)가 배치되어 있다. 하프 미러(441)는 광로 분기 수단의 일례이며, 조사 광학계(300)의 광로에 배설되고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에서 반사된 AF용 레이저광(L2)의 반사광의 일부를 조사 광학계(300)의 광로로부터 검출 광학계(400)의 광로로 분기되게 한다.
AF 장치(110)의 광원부(200)로부터 출력된 AF용 레이저광(L2)은, 조사 광학계(300)의 광로를 경유해서 집광 렌즈(106)로 안내되고, 집광 렌즈(106)에 의해 집광되어서 웨이퍼(W)에 조사된다. 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에서 반사된 AF용 레이저광(L2)의 반사광은, AF용 레이저광(L2)과 동일 광로를 역방향으로 진행하고, 그 광로 상에 배치되는 하프 미러(441)에서 반사되어, 조사 광학계(300)의 광로로부터 분기된 광로에 마련되어진 검출 광학계(400)로 안내된다.
검출 광학계(400)로 안내된 AF용 레이저광(L2)의 반사광은, 제 6 실시형태와 마찬가지로, 포커스 광학계(403)를 경유해, 다이크로익 미러(404)에서 파장마다 분할된다. 즉, 다이크로익 미러(404)로 안내된 AF용 레이저광(L2)의 반사광 중, 다이크로익 미러(404)를 투과한 제 1 파장 영역의 광의 일부는 천공 미러(421)의 중앙부분에 형성되는 개구부를 통과해 제 1 검출기(428a)에서 수광되며, 나머지의 광은 천공 미러(421)의 주변부분의 반사면에서 반사되어 결상 렌즈(424)에 의해 집광되어 제 1 검출기(428b)에서 수광된다. 마찬가지로, 다이크로익 미러(404)에서 반사된 제 2 파장 영역의 광의 일부는 천공 미러(422)의 중앙부분에 형성되는 개구부를 통과해 제 2 검출기(431a)에서 수광되며, 나머지의 광은 천공 미러(422)의 주변부분의 반사면에서 반사되어서 결상 렌즈(426)에 의해 집광되어 제 2 검출기(431b)에서 수광된다.
이러한 구성에 있어서도, 전술한 제 6 실시형태와 마찬가지로 해서 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 검출할 수 있으므로, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에 형성되는 박막의 차이에 의한 영향을 받지 않고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 정확하게 검출하는 것이 가능해진다. 따라서, 웨이퍼의 레이저광 조사면으로부터 소정의 가공 깊이에 개질 영역을 정밀도 좋게 형성하는 것이 가능해진다.
(제 7 실시형태)
다음으로, 본 발명의 제 7 실시형태에 대하여 설명한다. 이하, 제 5 실시형태와 공통되는 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 본 실시형태의 특징적 부분을 중심으로 설명한다.
도 35는 제 7 실시형태에 따른 레이저 다이싱 장치의 개략을 나타낸 구성도이다. 도 35 중, 도 25와 공통 또는 유사한 구성요소에는 동일한 부호를 첨부하고, 그 설명을 생략한다.
제 7 실시형태는 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 검출하는 방법으로서, 비점수차법을 이용하는 것이다.
도 35에 나타낸 바와 같이, AF 장치(110)의 광원부(200)로부터 출력된 AF용 레이저광(L2)은, 제 6 실시형태와 동일한 구성을 갖는 조사 광학계(300)의 광로를 경유해서 집광 렌즈(106)로 안내되고, 집광 렌즈(106)에 의해 집광되어서 웨이퍼(W)에 조사된다. 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면에서 반사된 AF용 레이저광(L2)의 반사광은, AF용 레이저광(L2)과 동일 광로를 역방향으로 진행하여, 그 광로 상에 배치되는 하프 미러(308)를 투과하고, 조사 광학계(300)의 광로로부터 분기된 광로에 마련되어진 검출 광학계(400)로 안내된다.
검출 광학계(400)는 포커스 광학계(403), 다이크로익 미러(404), 결상 렌즈(407, 409), 실린드리컬 렌즈(442, 444), 제 1 검출기(446), 제 2 검출기(448) 등으로 구성되어 있다.
다이크로익 미러(404)는, 제 5 실시형태와 마찬가지로, 검출 광학계(400)로 안내되어 포커스 광학계(403)를 경유해서 입사한 AF용 레이저광(L2)의 반사광을 특정한 파장의 광과 그 이외의 파장의 광으로 분할한다. 즉, AF용 레이저광(L2)의 반사광 중, 제 1 광원(202)으로부터 출사된 AF용 레이저광(L2a)의 파장에 해당하는 제 1 파장 영역의 광은, 다이크로익 미러(404)를 투과하고, 결상 렌즈(407), 실린드리컬 렌즈(442)를 경유해, 제 1 검출기(446)에 수광된다. 한편, 제 2 광원(204)으로부터 출사된 AF용 레이저광(L2b)의 파장에 해당하는 제 2 파장 영역의 광은, 다이크로익 미러(404)에서 반사되어, 결상 렌즈(409), 실린드리컬 렌즈(444)를 경유해, 제 2 검출기(448)에 수광된다. 또, 실린드리컬 렌즈(442, 444)는, 다이크로익 미러(404)에서 파장 영역마다 분할된 광에 각각 비점수차를 부여하는 비점수차 부여 수단이다.
제 1 검출기(446) 및 제 2 검출기(448)는 4분할된 수광 소자를 갖는 4분할 포토다이오드로 이루어지며, 각각의 파장 영역의 광의 집광상을 분할해서 수광하고, 각각의 광량에 따른 출력 신호를 AF 신호 처리부(500)에 출력한다.
비점수차법에 의한 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위의 검출 원리에 대해서는 이미 알려져 있기 때문에(예를 들면 일본국 특개 2009-152288호 공보 참조), 여기서는 상세한 설명은 생략하지만, 간단하게 설명하면, 검출기(제 1 검출기(446) 및 제 2 검출기(448)에 상당)를 구성하는 4분할 포토다이오드의 수광면 상에 형성되는 AF용 레이저광(L2)의 반사광의 집광상은, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면과 AF용 레이저광(L2)의 집광점이 일치하고 있을 경우에는 진원이 된다. 한편, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면과 AF용 레이저광(L2)의 집광점이 어긋나 있을 경우에는, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위방향을 따라 집광상이 세로 방향 또는 가로 방향으로 신장된 타원이 되며, 그 크기는 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위량에 의존한다. 따라서, 이 성질을 이용함으로써 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 검출할 수 있다.
도 18에 나타낸 예와 마찬가지로, 4분할 포토다이오드(602)는 4개의 수광 소자(광전 변환 소자)(602A∼602D)를 갖고, 각 수광 소자(602A∼602D)는 AF용 레이저광(L2)의 반사광의 집광상을 분할해서 수광하며, 각각의 광량에 따른 출력 신호(전기 신호)를 AF 신호 처리부(500)에 출력한다.
AF 신호 처리부(500)는, 제 1 검출기(446)를 구성하는 4분할 포토다이오드(602)의 수광 소자(602A∼602D)로부터 출력된 출력 신호를 각각 A1∼D1으로 하고, 제 2 검출기(448)를 구성하는 4분할 포토다이오드(602)의 수광 소자(602A∼602D)로부터 출력된 출력 신호를 각각 A2∼D2로 했을 때, 제 1 검출기(446)에 있어서의 출력 신호의 합(A1+B1+C1+D1)이 제 2 검출기(448)에 있어서의 출력 신호의 합(A2+B2+C2+D2) 이상일 경우에는, AF 신호(E)를 다음 식 (3)에 따라서 구한다.
E={(A1+C1)-(B1+D1)}/{(A1+C1)+(B1+D1)} ···(3)
한편, 제 1 검출기(446)에 있어서의 출력 신호의 합(A1+B1+C1+D1)이 제 2 검출기(448)에 있어서의 출력 신호의 합(A2+B2+C2+D2) 미만일 경우에는, AF 신호(E)를 다음 식 (4)에 따라서 구한다.
E={(A2+C2)-(B2+D2)}/{(A2+C2)+(B2+D2)} ···(4)
이러한 구성에 의하면, 제어부(50)는, AF 신호 처리부(500)로부터 출력되는 AF 신호에 의거하여 전술한 제 5 실시형태와 마찬가지로, 제 1 액추에이터(108)나 제 2 액추에이터(419)의 구동을 제어할 수 있으므로, 개질 영역의 가공 깊이에 대한 변경에 영향을 받지 않고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 변위를 추종하도록 가공용 레이저광(L1)의 집광점을 고정밀도로 제어할 수 있으며, 웨이퍼(W)의 내부의 원하는 위치에 개질 영역을 고정밀도로 형성하는 것이 가능해진다.
또, 제 1 검출기(446) 및 제 2 검출기(448)는 4분할 포토다이오드에 한하지 않으며, 광량 밸런스를 측정할 수 있는 것이면 되고, 예를 들면 2차원 촬상소자 등을 이용해도 된다.
도 36은 제 7 실시형태에 있어서의 AF 신호의 출력 특성을 나타낸 도면이다. 도 36에 나타낸 바와 같이, 제 7 실시형태에서는 제 5 실시형태에 있어서의 AF 신호의 출력 특성(도 29 참조)에 비해서 가공 깊이마다의 차이는 있지만 전체적인 차이는 작아져 있다. 또한, 포커스 인입 범위는 비교적 넓고, AF 신호의 출력 특성의 커브의 기울기(합초 위치를 중심으로 한 비례 관계에 있는 대략 직선 부분의 기울기)도 커서 포커스 감도가 높고, 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 안정적으로 검출하는 것이 가능한 것으로 되어 있다.
이와 같이 제 7 실시형태에 있어서도, 제 5 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제 7 실시형태에서는, 집광 렌즈(106)의 사출동과 포커스 광학계(403)의 고정 렌즈(414)와의 광학적 거리가 50mm 이하인 것이 바람직하다. 이 광학적 거리를 상기 범위로 설정함으로써 AF 감도가 높고, 인입 범위가 넓으며, 가공 깊이에 상관 없이 안정한 AF 특성을 얻는 것이 가능해진다.
(제 8 실시형태)
다음으로, 본 발명의 제 8 실시형태에 대하여 설명한다. 이하, 제 5 실시형태와 공통되는 부분에 대해서는 설명을 생략하고, 본 실시형태의 특징적 부분을 중심으로 설명한다.
도 37은 제 8 실시형태에 따른 레이저 다이싱 장치의 개략을 나타낸 구성도이다. 도 37 중, 도 25와 공통 또는 유사한 구성요소에는 동일한 부호를 첨부하고, 그 설명을 생략한다.
제 5 실시형태에서는, AF 장치(110)는, 2개의 검출기(411, 413)를 이용하여 파장이 다른 2개의 AF용 레이저광(L2a, L2b)의 반사광을 동시에 검출하고 있었던 것에 대해, 제 8 실시형태에서는 파장이 다른 2개의 AF용 레이저광(L2a, L2b)을 시간적으로 교대로 출사하고, 웨이퍼(W)의 레이저광 입사면에서 반사된 AF용 레이저광(L2a, L2b)의 반사광을 파장 영역마다 시분할적으로 교대로 검출하는 것이다.
즉, AF 장치(110)는 제 1 광원(202) 및 제 2 광원(204)의 ON/OFF를 시분할적으로 교대로 전환하고, 그 전환 타이밍에 동기해서 AF용 레이저광(L2a, L2b)의 반사광을 파장 영역마다 1개의 검출기(411)에서 시분할적으로 검출할 수 있게 구성되어 있다. 또, 광원부(200)는 시분할 출력 수단의 일례이다. 또한, 검출기(411)는 시분할 검출 수단의 일례이다.
제어부(50)는 광원 제어부(52)와 검출 제어부(54)를 구비하고 있다. 광원 제어부(52)는 제 1 광원(202) 및 제 2 광원(204)의 ON/OFF 전환을 제어한다. 검출 제어부(54)는 광원 제어부(52)에 있어서의 전환 타이밍에 동기해서 검출기(411)의 검출 동작(수광 동작)을 제어한다.
이상과 같은 구성에 의해, 제 8 실시형태에 있어서도, AF용 레이저광(L2a, L2b)의 반사광의 광량에 따른 출력 신호가 검출기(411)로부터 시분할적으로 교대로 출력되므로, 제 5 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한 제 8 실시형태에서는, 파장이 다른 복수의 AF용 레이저광을 검출하기 위해서 복수의 검출기를 구비할 필요가 없으므로, 장치 구성을 간략화하는 것이 가능해진다.
또, 제 4 및 제 8 실시형태에서는 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 검출하는 방법으로서, 나이프 에지법을 적용했을 경우를 예로 들어 설명했지만, 반드시 이러한 구성에 한정되는 것이 아니다. 웨이퍼(W)의 레이저광 조사면의 높이 위치를 검출하는 방법으로서, 전술한 제 2, 제 3, 제 6 및 제 7 실시형태와 같이, 비점수차법이나 중심 강도법을 채용하는 것도 가능하다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은, 이상의 예로는 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 각종 개량이나 변형을 행해도 됨은 물론이다.
10…레이저 다이싱 장치, 12…스테이지, 20…레이저 헤드, 50…제어부, 100…가공용 레이저광원, 102…콜리메이트 렌즈, 104…다이크로익 미러, 106…집광 렌즈, 108…제 1 액추에이터, 110…AF 장치, 200…광원부, 202…제 1 광원, 204…제 2 광원, 205…제 3 광원, 210…다이크로익 미러, 300…조사 광학계, 302…광파이버, 304…콜리메이트 렌즈, 308…하프 미러, 310…포커스 광학계, 311…4f 광학계, 400…검출 광학계, 404…다이크로익 미러, 411…제 1 검출기, 413…제 2 검출기, 500…AF 신호 처리부, L1…가공용 레이저광, L2…AF용 레이저광, LC…레이저 컴바이너

Claims (7)

  1. 파장이 다른 복수의 검출용 레이저광을 피가공물의 레이저광 조사면을 향해서 동일 위치에 집광(集光)하는 집광 렌즈와,
    상기 집광 렌즈의 광축 방향에 있어서의 상기 피가공물의 레이저광 조사면의 위치를 검출하는 위치 검출 수단을 구비하고,
    상기 위치 검출 수단은, 상기 피가공물의 레이저광 조사면에서 반사된 상기 복수의 검출용 레이저광의 반사광을 파장마다 검출하는 광 검출 수단을 가지고, 상기 광 검출 수단에서 파장마다 검출된 상기 복수의 검출용 레이저광의 반사광에 의거하여 상기 피가공물의 레이저광 조사면의 위치를 검출하는,
    위치 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치 검출 수단은, 상기 광 검출 수단에서 파장마다 검출된 상기 복수의 검출용 레이저 중 수광된 광량이 가장 높은 검출용 레이저광에 의거하여, 상기 피가공물의 레이저광 조사면의 위치를 검출하는, 위치 검출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치 검출 수단은, 상기 광 검출 수단에서 파장마다 검출된 상기 복수의 검출용 레이저광의 수광된 광량을 가중 가산함으로써 상기 피가공물의 레이저광 조사면의 위치를 검출하는, 위치 검출 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 집광 렌즈와 상기 피가공물 사이의 거리를 변화시키지 않고, 상기 집광 렌즈에 의해 집광되는 상기 복수의 검출용 레이저광의 집광점을 상기 광축 방향으로 이동시키는 집광점 조정 광학계를 구비하는, 위치 검출 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 집광점 조정 광학계는, 상기 복수의 검출용 레이저광의 반사광의 파장마다의 색수차를 보정하는 색수차 보정 수단을 구비하는, 위치 검출 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 검출 수단에 의해 검출된 상기 피가공물의 레이저광 조사면의 위치에 의거하여, 상기 집광 렌즈와 상기 피가공물 사이의 거리를 변화시키는 집광 렌즈 구동 수단을 구비하는, 위치 검출 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 위치 검출 장치를 구비하고,
    상기 집광 렌즈를 통해 상기 피가공물의 내부에 가공용 레이저광을 집광 시킴으로써 상기 피가공물의 내부에 개질(改質) 영역을 형성하는 레이저 가공 장치.
KR1020187025982A 2015-01-28 2016-01-25 레이저 다이싱 장치 KR20180103184A (ko)

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