KR20180115618A - 집광점 위치 검출 방법 - Google Patents

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조엘 쾨르버
세이이치 사이
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

(과제) 집광기의 집광점의 광축 방향 위치를 정확하고 또한 용이하게 검출할 수 있는 집광점 위치 검출 용법을 제공한다.
(해결 수단) 레이저 가공 장치의 집광기가 집광하는 레이저 광선의 집광점의 광축 방향의 위치를 검출하는 집광점 위치 검출 방법으로서, 레이저 발진기가 발진한 레이저 광선의 반경 방향으로 연장되고 레이저 광선의 일부를 회절시키는 슬릿부와 집광점을 형성하는 레이저 광선의 일부를 통과시키는 집광점 형성부를 갖는 마스크를 준비하는 마스크 준비 공정과, 레이저 광선이 조사된 영역에 조사흔이 형성되는 기판을 준비하는 기판 준비 공정과, 척 테이블에 기판을 유지시키는 기판 유지 공정과, 척 테이블에 유지된 기판에 대하여 집광기를 광축 방향으로 이동시키면서 레이저 광선을 조사하여 복수의 조사흔을 기판에 형성하는 조사흔 형성 공정과, 기판에 형성된 복수의 조사흔으로부터 적정한 형상의 조사흔을 검출하고, 적정한 조사흔을 형성한 집광점의 위치를 정확한 집광점의 위치로서 검출하는 집광점 위치 검출 공정을 포함한다.

Description

집광점 위치 검출 방법{METHOD OF DETECTING FOCUSING POINT POSITION}
본 발명은, 레이저 광선의 집광점 위치 검출 방법에 관한 것이다.
IC, LSI 등의 복수의 디바이스가 분할 예정 라인에 의해 구획된 웨이퍼는, 레이저 가공 장치에 의해 개개의 디바이스 칩으로 분할되고, 디바이스 칩은 휴대 전화, PC, 통신 기기 등의 전기 기기에 이용된다.
레이저 가공 장치에는, 웨이퍼를 유지하는 유지 수단을 구비하고, 유지 수단에 유지된 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 분할 예정 라인의 내부에 위치시켜 레이저 광선을 웨이퍼에 조사하고, 분할 예정 라인을 따라 분할의 기점이 되는 개질층을 형성하여 웨이퍼를 개개의 디바이스 칩으로 분할할 수 있는 레이저 가공 장치가 존재한다 (예를 들어 특허문헌 1 참조).
또, 웨이퍼에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 레이저 광선을 분할 예정 라인에 위치시켜 조사하고, 어블레이션에 의해 분할 예정 라인을 따라 분할 홈을 형성하는 레이저 가공 장치도 존재한다 (예를 들어 특허문헌 2 참조).
또한, 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 분할 예정 라인에 위치시켜 조사하고, 표면에서 이면에 이르는 복수의 세공과 각 세공을 감싸는 비정질로 이루어지는 복수의 실드 터널을 분할 예정 라인을 따라 형성하는 레이저 가공 장치도 존재한다 (예를 들어 특허문헌 3 참조).
일본 특허공보 제3408805호 일본 공개특허공보 평10-305420호 일본 공개특허공보 2014-221483호
그리고, 특히 분할 예정 라인을 따라 분할의 기점이 되는 개질층을 형성하는 레이저 가공 장치에 있어서는 다음과 같은 문제가 있다.
(1) 집광기에 의해 집광되는 집광점은 웨이퍼의 내부에 적정하게 위치되어야만 하여, 집광기에 의해 집광되는 집광점의 위치는 집광기의 광축과 동축으로 레티클을 유도하여 웨이퍼의 상면에 투영하는 위치와 일치하도록 조정되어 있고, 레티클이 웨이퍼의 상면에 선명하게 투영되었을 때에 집광기에 의해 집광되는 집광점의 위치가 웨이퍼의 상면에 위치된 것으로 하고 있지만, 실제로는 레티클의 투영 위치와 집광기에 의해 집광되는 집광점의 위치에 수 ㎛ 정도의 오차가 있다.
(2) 상기한 오차를 조정하기 위해, 레티클을 기준으로 하여 집광기의 집광점을 더미 웨이퍼의 내부에 위치시켜 레이저 광선을 조사하여 웨이퍼의 내부에 개질층을 형성하고, 그 후 개질층이 형성된 영역을 분할하여 개질층을 노출시키고 웨이퍼의 상면에서 개질층까지의 길이를 실측하여 레티클을 기준으로 한 경우의 집광점의 위치의 오차를 검출하여 보정값으로 하고 있지만, 실측에는 상당한 시간이 걸려 생산성이 나쁘다.
상기한 문제는, 어블레이션에 의해 분할 홈을 형성하는 레이저 가공 장치, 및 실드 터널을 형성하는 레이저 가공 장치에 있어서도 발생할 수 있다.
상기 사실을 감안하여 이루어진 본 발명의 과제는, 집광기의 집광점의 광축 방향 위치를 정확하고 또한 용이하게 검출할 수 있는 집광점 위치 검출 용법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 레이저 가공 장치의 집광기가 집광하는 레이저 광선의 집광점의 광축 방향의 위치를 검출하는 집광점 위치 검출 방법으로서, 레이저 발진기가 발진한 레이저 광선의 반경 방향으로 연장되고 레이저 광선의 일부를 회절시키는 슬릿부와 집광점을 형성하는 레이저 광선의 일부를 통과시키는 집광점 형성부를 갖는 마스크를 준비하는 마스크 준비 공정과, 레이저 광선이 조사된 영역에 조사흔이 형성되는 기판을 준비하는 기판 준비 공정과, 척 테이블에 그 기판을 유지시키는 기판 유지 공정과, 그 척 테이블에 유지된 그 기판에 대하여 그 집광기를 광축 방향으로 이동시키면서 레이저 광선을 조사하여 복수의 조사흔을 그 기판에 형성하는 조사흔 형성 공정과, 그 기판에 형성된 복수의 조사흔으로부터 적정한 형상의 조사흔을 검출하고, 적정한 조사흔을 형성한 집광점의 위치를 정확한 집광점의 위치로서 검출하는 집광점 위치 검출 공정을 포함하고, 그 조사흔 형성 공정에 있어서, 그 집광기에 미리 설정된 집광점을 그 기판의 상면에 위치시켜 레이저 광선을 조사하면, 그 마스크에 형성된 그 슬릿부에 도달한 일부의 레이저 광선은 그 슬릿부를 축으로 하여 반원기둥상으로 회절되고 그 집광기에 의해 그 슬릿부의 길이 방향이 집광되고 폭 방향은 집광되지 않고 그 슬릿부에 직교하는 선상의 조사흔을 형성하고, 그 마스크에 형성된 집광점 형성부에 도달한 일부의 레이저 광선은 그 집광기에 의해 집광되고 원형의 조사흔을 형성하고, 그 집광기에 미리 설정된 집광점으로부터 그 집광기를 정 (正) 의 광축 방향, 부 (負) 의 광축 방향으로 이동시켜 조사흔을 복수 형성하면 그 원형의 조사흔의 일방의 단 (端) 으로부터 타방의 단으로 그 선상의 조사흔이 1 프레임씩 이송되도록 이동하여 복수의 조사흔이 형성되고, 그 집광점 위치 검출 공정에 있어서, 그 선상의 조사흔이 그 원형의 조사흔을 이등분하는 조사흔을 적정한 형상의 조사흔으로서 검출하는 집광점 위치 검출 방법이 제공된다.
바람직하게는, 그 레이저 가공 장치는, 그 유지 수단에 유지된 피가공물의 상면에 그 집광기에 미리 설정된 집광점의 위치를 나타내는 레티클을 투영하여, 그 집광기에 미리 설정된 집광점을 피가공물의 상면에 위치시키는 집광기 위치 부여 수단을 포함하고, 그 집광점 위치 검출 공정에 있어서, 검출된 그 집광기의 정확한 집광점의 위치와 그 레티클이 나타내는 집광점의 위치의 차를 구하여 보정값으로 한다. 바람직하게는, 그 기판 준비 공정에 있어서 준비하는 기판은, 플레이트의 상면에 주석막이 피복되어 있는 주석막 플레이트, 또는 플레이트의 상면에 티탄막이 피복되고 추가로 주석막이 피복된 2 층 플레이트이다. 바람직하게는, 그 조사흔 형성 공정에 있어서, 그 집광기를 광축 방향으로 이동시키는 피치는 0.5 ∼ 1.0 ㎛ 이다.
본 발명에 의하면, 레이저 가공 장치의 집광기가 집광하는 레이저 광선의 집광점의 광축 방향 위치를 정확하고 또한 용이하게 검출할 수 있다.
도 1 은 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2 는 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치의 레이저 광선 조사 수단의 블록도이다.
도 3 의 (a) 는 웨이퍼의 사시도이고, (b) 는 웨이퍼의 단면도이다.
도 4 의 (a) 는 도 2 에 나타내는 마스크의 슬릿부를 통과한 레이저 광선이 반원기둥상으로 회절된 상태를 나타내는 모식도이고, (b) 는 b-b 선 단면도이다.
도 5 는 기판에 형성된 복수의 원형의 조사흔 및 복수의 선상의 조사흔의 모식도이다.
이하, 본 발명의 집광점 위치 검출 방법의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치 (2) 는, 기대 (4) 와, 피가공물을 유지하는 유지 수단 (6) 과, 유지 수단 (6) 에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 조사 수단 (8) 과, 유지 수단 (6) 과 레이저 조사 수단 (8) 을 상대적으로 이동시키는 이송 수단 (10) 과, 유지 수단 (6) 에 유지된 피가공물을 촬상하는 촬상 수단 (12) 과, 촬상 수단 (12) 에 의해 촬상된 화상 등을 표시하는 표시 수단 (14) 을 구비한다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 유지 수단 (6) 은, X 방향에 있어서 자유롭게 이동할 수 있도록 기대 (4) 에 탑재된 사각형상의 X 방향 가동판 (16) 과, Y 방향에 있어서 자유롭게 이동할 수 있도록 X 방향 가동판 (16) 에 탑재된 사각형상의 Y 방향 가동판 (18) 과, Y 방향 가동판 (18) 의 상면에 고정된 원통상의 지주 (20) 와, 지주 (20) 의 상단에 고정된 사각형상의 커버판 (22) 을 포함한다. 커버판 (22) 에는 Y 방향으로 연장되는 장공 (22a) 이 형성되고, 장공 (22a) 을 통과하여 상방으로 연장되는 원형상의 척 테이블 (24) 이 지주 (20) 의 상단에 자유롭게 회전할 수 있도록 탑재되어 있다. 척 테이블 (24) 의 상면에는, 다공질 재료로 형성되고 실질상 수평하게 연장되는 원형상의 흡착 척 (26) 이 배치되고, 흡착 척 (26) 은 유로에 의해 흡인 수단 (도시하지 않음) 에 접속되어 있다. 그리고, 척 테이블 (24) 에 있어서는, 흡인 수단에 의해 흡착 척 (26) 의 상면에 흡인력을 생성함으로써, 흡착 척 (26) 의 상면에 재치 (載置) 된 피가공물을 흡착하여 유지할 수 있다. 또, 척 테이블 (24) 의 둘레 가장자리에는, 둘레 방향으로 간격을 두고 복수 개의 클램프 (28) 가 배치되어 있다. 또한, X 방향은 도 1 에 화살표 X 로 나타내는 방향이고, Y 방향은 도 1 에 화살표 Y 로 나타내는 방향으로서 X 방향에 직교하는 방향이다. X 방향 및 Y 방향이 규정하는 평면은 실질상 수평이다.
도 1 및 도 2 를 참조하여 설명한다. 레이저 조사 수단 (8) 은, 기대 (4) 의 상면으로부터 상방으로 연장되고 이어서 실질상 수평하게 연장되는 프레임체 (30) (도 1 참조) 와, 프레임체 (30) 에 내장된 레이저 발진기 (32) (도 2 참조) 와, 프레임체 (30) 의 선단 하면에 장착된 집광기 (34) (도 1 및 도 2 참조) 와, 레이저 발진기 (32) 와 집광기 (34) 사이의 광로에 배치된 마스크 (36) (도 2 참조) 를 포함한다. 레이저 발진기 (32) 는, 소정 파장 (예를 들어 1342 ㎚) 의 펄스 레이저 광선 (LB) 을 발진하도록 구성되어 있다. 집광기 (34) 는, 레이저 발진기 (32) 가 발진한 펄스 레이저 광선 (LB) 을 집광하고, 유지 수단 (6) 의 척 테이블 (24) 에 유지된 피가공물에 펄스 레이저 광선 (LB) 을 조사하기 위한 집광 렌즈 (도시하지 않음) 를 갖는다. 사각형상의 유리 기판으로 형성될 수 있는 마스크 (36) 는, 프레임체 (30) 에 자유롭게 착탈할 수 있도록 장착되어 있고, 본 실시형태에서는 도 2 에 있어서 마스크 (36) 의 광축 방향에 있어서의 정면도를 나타내는 바와 같이, 레이저 발진기 (32) 가 발진한 펄스 레이저 광선 (LB) 의 반경 방향으로 연장되고 펄스 레이저 광선 (LB) 의 일부를 회절시키는 슬릿부 (38) 와, 집광점을 형성하는 펄스 레이저 광선 (LB) 의 일부를 통과시키는 환상의 집광점 형성부 (40) 를 갖고, 집광점 형성부 (40) 의 내측 둘레 가장자리에 슬릿부 (38) 가 연결되어 있다. 마스크 (36) 에 있어서의 슬릿부 (38) 및 집광점 형성부 (40) 이외의 부분에는 펄스 레이저 광선 (LB) 을 차단하는 차광막 (36a) 이 피복되어 있다. 슬릿부 (38) 의 폭 (펄스 레이저 광선 (LB) 의 반경 방향과 직교하는 방향의 길이) 은, 예를 들어 40 ㎛ 정도이면 된다. 본 실시형태에 있어서의 슬릿부 (38) 는, 펄스 레이저 광선 (LB) 의 반경 방향의 길이가 집광점 형성부 (40) 의 내경보다 짧고, 예를 들어 집광점 형성부 (40) 의 내경의 절반 정도로 형성되어 있다. 집광점 형성부 (40) 의 내경은 3 ∼ 4 ㎜ 정도이면 되고, 집광점 형성부 (40) 의 외경은 6 ㎜ 정도이면 된다. 즉, 집광점 형성부 (40) 의 외경은, 레이저 발진기 (32) 가 발진한 (본 실시형태에서는 어테뉴에이터 (42) 를 통과한) 펄스 레이저 광선 (LB) 의 직경 (예를 들어 φ7 ㎜ 정도) 보다 근소하게 작게 설정되어 있다. 또, 본 실시형태에서는, 레이저 발진기 (32) 가 발진한 펄스 레이저 광선 (LB) 의 출력을 조정하는 어테뉴에이터 (42) 가 레이저 발진기 (32) 와 마스크 (36) 사이에 배치되어 있음과 함께, 마스크 (36) 를 통과한 펄스 레이저 광선 (LB) 을 반사시켜 집광기 (34) 로 유도하는 미러 (44) 가 마스크 (36) 와 집광기 (34) 사이에 배치되어 있다.
본 실시형태에서는 도 2 에 나타내는 바와 같이, 레이저 조사 수단 (8) 은, 유지 수단 (6) 의 척 테이블 (24) 에 유지된 피가공물의 상면에, 집광기 (34) 에 미리 설정된 집광점의 위치를 나타내는 레티클을 투영하여, 집광기 (34) 에 미리 설정된 집광점을 피가공물의 상면에 위치시키는 집광기 위치 부여 수단 (46) 을 포함한다. 집광기 위치 부여 수단 (46) 은, 백색 광원 (48) 과, 백색 광원 (48) 의 광을 반사시켜 집광기 (34) 로 유도하는 다이크로익 미러 (50) 와, 집광기 (34) 로부터 조사된 백색 광원 (48) 의 광이 피가공물에 의해 반사된 복귀광을 촬상하는 카메라 (52) 와, 집광기 (34) 를 승강시키는 승강 수단 (54) 과, 집광기 (34) 의 상하 방향 위치를 검출하는 검출 수단 (56) 을 구비한다. 다이크로익 미러 (50) 는, 백색 광원 (48) 의 광 (예를 들어 400 ㎚ ∼ 800 ㎚ 의 파장) 을 반사시켜 집광기 (34) 로 유도함과 함께, 백색 광원 (48) 의 광의 파장 이외의 파장을 갖는 광을 투과시키도록 되어 있다. 따라서, 레이저 발진기 (32) 가 발진하는 펄스 레이저 광선 (LB) 은, 백색 광원 (48) 의 광의 파장 이외의 파장 (예를 들어 1342 ㎚) 으로 설정됨으로써, 다이크로익 미러 (50) 를 투과하여 집광기 (34) 에 입사된다. 카메라 (52) 는 표시 수단 (14) 에 전기적으로 접속되고, 카메라 (52) 로 촬상한 화상의 신호는 표시 수단 (14) 에 출력된다. 승강 수단 (54) 은, 상하 방향으로 연장되는 볼 나사 (58) 와, 볼 나사 (58) 의 편측 단부에 연결된 모터 (60) 를 갖는다. 볼 나사 (58) 의 너트부 (62) 는 집광기 (34) 의 타면에 고정되어 있다. 그리고 승강 수단 (54) 은, 볼 나사 (58) 에 의해 모터 (60) 의 회전 운동을 직선 운동으로 변환시켜 집광기 (34) 에 전달하고, 상하 방향으로 연장되는 안내 레일 (도시하지 않음) 을 따라 집광기 (34) 를 승강시킨다. 검출 수단 (56) 은, 상하 방향을 따라 배치된 스케일 (64) 과, 승강 수단 (54) 의 볼 나사 (58) 의 너트부 (62) 에 장착된 판독 헤드 (66) 를 갖는다. 집광기 (34) 에 장착되어 있어도 되는 판독 헤드 (66) 는, 예를 들어 0.1 ㎛ 마다 1 펄스의 펄스 신호를 출력하고, 출력된 펄스 신호를 컴퓨터 (도시하지 않음) 에서 계수함으로써 집광기 (34) 의 상하 방향 위치가 검출된다. 또한, 승강 수단 (54) 의 모터 (60) 가 펄스 모터인 경우에는, 승강 수단 (54) 의 모터 (60) 에 출력되는 구동 펄스 신호를 계수함으로써, 집광기 (34) 의 상하 방향 위치를 검출할 수도 있다. 또, 승강 수단 (54) 의 모터 (60) 가 서보 모터인 경우에는, 승강 수단 (54) 의 모터 (60) 의 회전수를 검출하는 로터리 인코더 (도시하지 않음) 가 출력하는 펄스 신호를 계수함으로써, 집광기 (34) 의 상하 방향 위치를 검출할 수도 있다.
도 2 를 참조하여 집광기 위치 부여 수단 (46) 에 대한 설명을 계속하면, 백색 광원 (48) 과 다이크로익 미러 (50) 사이에는, 집광 렌즈 (68) 와, 레티클 (70) 과, 콜리메이트 렌즈 (72) 와, 하프 미러 (74) 가 백색 광원 (48) 측에서부터 순서대로 배치되어 있다. 백색 광원 (48) 의 광은 집광 렌즈 (68) 로 집광되고 레티클 (70) 에 입사된다. 본 실시형태에 있어서의 레티클 (70) 은, 도 2 에 있어서 레티클 (70) 의 단면도를 나타내는 바와 같이, 집광 렌즈 (68) 로 집광된 백색 광원 (48) 의 광을 통과시키는 십자 형상부 (70a) 가 형성되고, 십자 형상부 (70a) 이외의 부분에는 백색 광원 (48) 의 광을 차단하는 차광막 (70b) 이 피복되어 있다. 레티클 (70) 의 십자 형상부 (70a) 를 통과한 백색 광원 (48) 의 광은, 콜리메이트 렌즈 (72) 로 평행광으로 변환된 후, 하프 미러 (74) 에 입사된다. 하프 미러 (74) 는, 입사된 광의 절반을 투과시킴과 함께 입사된 광의 절반을 반사시켜 광로를 변환시키도록 되어 있다. 하프 미러 (74) 에 입사된 백색 광원 (48) 의 광의 절반은, 하프 미러 (74) 를 투과하여 다이크로익 미러 (50) 로 유도되고, 이어서 다이크로익 미러 (50) 에 의해 반사되어 집광기 (34) 의 광축과 동축의 광로로 유도되고 집광기 (34) 에 입사된다. 집광기 (34) 에 입사된 백색 광원 (48) 의 광은 집광기 (34) 로 집광되어 피가공물에 조사되는 바, 백색 광원 (48) 의 광은 레티클 (70) 의 십자 형상부 (70a) 를 통과하고 있기 때문에, 레티클 (70) 의 십자 형상부 (70a) 의 형상과 동일한 형상의 패턴 (76) 이 피가공물에 투영된다. 피가공물에 조사된 백색 광원 (48) 의 광은 피가공물에 의해 반사되어 집광기 (34) 를 통과하고, 이어서 다이크로익 미러 (50) 에 의해 반사되어 하프 미러 (74) 로 유도되고, 또한 하프 미러 (74) 에 의해 반사되어 카메라 (52) 로 유도된다. 이로써 피가공물에 투영된 패턴 (76) 이 카메라 (52) 로 촬상되고, 카메라 (52) 로 촬상된 패턴 (76) 이 표시 수단 (14) 에 표시된다. 그리고, 승강 수단 (54) 으로 집광기 (34) 가 적절히 승강되고, 표시 수단 (14) 에 표시되는 패턴 (76) 이 선명해졌을 때 (즉, 피가공물의 상면에 패턴 (76) 이 선명하게 투영되었을 때), 집광기 (34) 에 미리 설정된 집광점이 피가공물의 상면에 위치되게 된다. 이와 같이 집광기 위치 부여 수단 (46) 에 있어서는, 유지 수단 (6) 의 척 테이블 (24) 에 유지된 피가공물의 상면에, 집광기 (34) 에 미리 설정된 집광점의 위치를 나타내는 레티클 (70) 의 십자 형상부 (70a) 의 패턴 (76) 을 투영하여, 집광기 (34) 에 미리 설정된 집광점을 피가공물의 상면에 위치시킬 수 있게 되어 있다.
도 1 을 참조하여 설명한다. 이송 수단 (10) 은, 레이저 조사 수단 (8) 에 대하여 유지 수단 (6) 을 X 방향으로 가공 이송하는 가공 이송 수단 (78) 과, 레이저 조사 수단 (8) 에 대하여 유지 수단 (6) 을 Y 방향으로 산출 이송하는 산출 이송 수단 (80) 과, 지주 (20) 에 대하여 척 테이블 (24) 을 회전시키는 회전 수단 (도시하지 않음) 을 포함한다. 가공 이송 수단 (78) 은, 기대 (4) 상에 있어서 X 방향으로 연장되는 볼 나사 (82) 와, 볼 나사 (82) 의 편측 단부에 연결된 모터 (84) 를 갖는다. 볼 나사 (82) 의 너트부 (도시하지 않음) 는, X 방향 가동판 (16) 의 하면에 고정되어 있다. 그리고 가공 이송 수단 (78) 은, 볼 나사 (82) 에 의해 모터 (84) 의 회전 운동을 직선 운동으로 변환시켜 X 방향 가동판 (16) 에 전달하고, 기대 (4) 상의 안내 레일 (4a) 을 따라 X 방향 가동판 (16) 을 X 방향으로 진퇴시키고, 이로써 집광기 (34) 에 대하여 척 테이블 (24) 을 X 방향으로 가공 이송한다. 산출 이송 수단 (80) 은, X 방향 가동판 (16) 상에 있어서 Y 방향으로 연장되는 볼 나사 (86) 와, 볼 나사 (86) 의 편측 단부에 연결된 모터 (88) 를 갖는다. 볼 나사 (86) 의 너트부 (도시하지 않음) 는, Y 방향 가동판 (18) 의 하면에 고정되어 있다. 그리고 산출 이송 수단 (80) 은, 볼 나사 (86) 에 의해 모터 (88) 의 회전 운동을 직선 운동으로 변환시켜 Y 방향 가동판 (18) 에 전달하고, X 방향 가동판 (16) 상의 안내 레일 (16a) 을 따라 Y 방향 가동판 (18) 을 Y 방향으로 진퇴시키고, 이로써 집광기 (34) 에 대하여 척 테이블 (24) 을 Y 방향으로 산출 이송한다. 회전 수단은, 지주 (20) 에 내장된 모터 (도시하지 않음) 를 갖고, 상하 방향으로 연장되는 축선을 중심으로 하여 지주 (20) 에 대하여 척 테이블 (24) 을 회전시킨다.
피가공물의 피가공 영역을 검출함과 함께 레이저 조사 수단 (8) 의 집광기 (34) 와 피가공물의 위치 맞춤을 실시하기 위한 화상을 촬상하는 촬상 수단 (12) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 집광기 (34) 와 X 방향으로 간격을 두고 프레임체 (30) 의 선단 하면에 부설되어 있다. 또, 촬상 수단 (12) 으로 촬상된 화상과, 집광기 위치 부여 수단 (46) 의 카메라 (52) 로 촬상된 화상을 선택적으로 표시하는 표시 수단 (14) 은, 프레임체 (30) 의 선단 상면에 탑재되어 있다.
상기 서술한 레이저 가공 장치 (2) 의 집광기 (34) 가 집광하는 집광점의 광축 방향의 위치를 검출할 때에는, 먼저, 레이저 발진기 (32) 가 발진한 펄스 레이저 광선 (LB) 의 반경 방향으로 연장되고 펄스 레이저 광선 (LB) 의 일부를 회절시키는 슬릿부와 펄스 레이저 광선 (LB) 의 일부를 집광하여 집광점을 형성하는 집광점 형성부로 구성되는 마스크를 준비하는 마스크 준비 공정을 실시한다. 마스크 준비 공정에 있어서 준비하는 마스크는 상기 서술한 마스크 (36) 이면 되며, 혹은 액정으로 구성되는 공간 광 위상 변조기 (예를 들어, 하마마츠 포토닉스 주식회사 제조의 LCOS-SLM) 여도 된다. 그리고, 준비한 마스크를 레이저 발진기 (32) 와 집광기 (34) 사이 (본 실시형태에서는 어테뉴에이터 (42) 와 미러 (44) 사이) 의 펄스 레이저 광선 (LB) 의 광로에 배치한다.
또, 레이저 광선이 조사된 영역에 조사흔이 형성되는 기판을 준비하는 기판 준비 공정을 실시한다. 기판 준비 공정은, 마스크 준비 공정의 전, 마스크 준비 공정의 후, 또는 마스크 준비 공정과 병행하여 실시해도 된다. 기판 준비 공정에 있어서 준비하는 기판은, 예를 들어 도 3(a) 및 도 3(b) 에 나타내는 바와 같이, 두께 2 ㎜ 정도의 원형 유리판으로 구성될 수 있는 플레이트 (90) 의 상면에 티탄 (Ti) 막 (92) 이 피복되고 추가로 티탄막 (92) 의 상면에 주석 (Sn) 막 (94) 이 피복된 2 층 플레이트 (96) 인 것이 바람직하다. 티탄막 (92) 및 주석막 (94) 의 두께는, 각각 50 ㎚ 정도이면 된다. 2 층 플레이트 (96) 의 주석막 (94) 측에 레이저 광선이 조사되면, 레이저 광선이 조사된 영역의 주석막 (94) 이 용융되어 조사흔이 형성된다. 또, 티탄막 (92) 의 상면에 주석막 (94) 이 피복되어 있으면, 레이저 광선의 조사에 의해 주석막 (94) 이 용융되어 조사흔이 형성되었을 때에 티탄막 (92) 이 노출되고, 조사흔 주위의 주석막 (94) 과 노출된 티탄막 (92) 의 적당한 콘트라스트에 의해 비교적 용이하게 조사흔이 검출될 수 있다. 본 실시형태에서는, 둘레 가장자리가 환상 프레임 (98) 에 고정된 점착 테이프 (100) 에 2 층 플레이트 (96) 의 하면이 첩부되어 있다. 또한, 기판 준비 공정에 있어서 준비하는 기판은, 두께 2 ㎜ 정도의 원형 유리판으로 구성될 수 있는 플레이트의 상면에, 두께가 50 ㎚ 정도인 주석막이 피복되어 있는 주석막 플레이트여도 된다.
기판 준비 공정을 실시한 후, 유지 수단 (6) 에 기판을 유지시키는 기판 유지 공정을 실시한다. 본 실시형태에 있어서의 기판 유지 공정에서는, 먼저, 2 층 플레이트 (96) 의 상면 (주석막 (94) 측) 을 위를 향하게 하여 척 테이블 (24) 의 상면에 2 층 플레이트 (96) 를 얹는다. 이어서, 흡착 척 (26) 에 접속된 흡인 수단을 작동시켜 흡착 척 (26) 의 상면에 흡인력을 생성하여, 2 층 플레이트 (96) 의 하면을 척 테이블 (24) 에 흡착시킨다. 또, 환상 프레임 (98) 의 외측 둘레 가장자리부를 복수의 클램프 (28) 로 고정시킨다. 이와 같이 하여 유지 수단 (6) 에 2 층 플레이트 (96) 를 유지시킨다.
기판 유지 공정을 실시한 후, 유지 수단 (6) 에 유지된 기판에 대하여 집광기 (34) 를 광축 방향으로 이동시키면서 레이저 광선을 조사하여 복수의 조사흔을 기판에 형성하는 조사흔 형성 공정을 실시한다. 조사흔 형성 공정에서는, 먼저, 이송 수단 (10) 에 의해 척 테이블 (24) 을 이동시켜, 집광기 (34) 의 하방에 2 층 플레이트 (96) 를 위치시킨다. 이어서, 집광기 위치 부여 수단 (46) 에 의해 집광기 (34) 에 미리 설정된 집광점을 2 층 플레이트 (96) 의 상면에 위치시킨다. 이어서, 집광기 (34) 에 미리 설정된 집광점을 2 층 플레이트 (96) 의 상면에 위치시킨 상태로부터, 광축 방향 편측으로 적절한 거리만큼 집광기 (34) 를 승강 수단 (54) 으로 이동시킨다. 이어서, 집광기 (34) 에 대하여 척 테이블 (24) 을 적절한 가공 이송 속도로 가공 이송 수단 (78) 에 의해 X 방향으로 가공 이송하면서, 집광기 (34) 로부터 2 층 플레이트 (96) 에 펄스 레이저 광선 (LB) 을 조사하여, 2 층 플레이트 (96) 의 상면에 복수의 조사흔을 X 방향으로 간격을 두고 형성하는 조사흔 형성 가공을 실시한다. 조사흔 형성 가공에 있어서 레이저 발진기 (32) 로부터 발진된 펄스 레이저 광선 (LB) 은, 2 층 플레이트 (96) 에 조사흔을 형성할 수 있을 정도의 적절한 출력으로 어테뉴에이터 (42) 에 의해 조정되고, 이어서 마스크 (36) 를 통과하고, 이어서 미러 (44) 에 의해 반사되어 광로가 변환되고, 이어서 다이크로익 미러 (50) 를 투과한 후, 집광기 (34) 로 집광되어 2 층 플레이트 (96) 에 조사된다. 여기서, 마스크 (36) 를 통과한 펄스 레이저 광선 (LB) 에 대해 상세히 서술하면, 먼저, 마스크 (36) 에 형성된 환상의 집광점 형성부 (40) 에 도달한 일부의 펄스 레이저 광선 (LB) 에 대해서는, 집광기 (34) 에 의해 집광되므로, 2 층 플레이트 (96) 에 조사되었을 때에 원형의 조사흔 (102) (도 5 참조) 을 형성한다. 한편, 마스크 (36) 에 형성된 슬릿부 (38) 에 도달한 일부의 펄스 레이저 광선 (LB) 에 대해서는, 도 4(a) 및 도 4(b) 에 나타내는 바와 같이, 원형파가 되고 슬릿부 (38) 의 길이 방향 (L) 을 축으로 하여 반원기둥상으로 회절된다. 이 때문에, 슬릿부 (38) 를 통과한 일부의 펄스 레이저 광선 (LB) 은, 슬릿부 (38) 의 폭 방향 (S) 에 있어서는 원형파가 되어 확산되므로 집광기 (34) 에 의해 집광되지 않는 한편, 슬릿부 (38) 의 길이 방향 (L) 에 있어서는 슬릿부 (38) 의 영향을 받지 않으므로 (원형파가 되지 않아 확산되지 않으므로) 집광기 (34) 에 의해 집광된다. 따라서, 슬릿부 (38) 를 통과한 일부의 펄스 레이저 광선 (LB) 는, 2 층 플레이트 (96) 에 조사되었을 때에 슬릿부 (38) 의 길이 방향 (L) 에 직교하는 방향 (즉 슬릿부 (38) 의 폭 방향 (S)) 으로 연장되는 선상의 조사흔 (104) (도 5 참조) 을 형성한다.
조사흔 형성 공정에 있어서 최초의 조사흔 형성 가공을 실시한 후, 집광기 (34) 에 대하여 척 테이블 (24) 을 산출 이송 수단 (80) 에 의해 Y 방향 편측으로 산출 이송함과 함께, 집광기 (34) 를 광축 방향 타측으로 이동시킨다. 그리고, Y 방향 편측으로의 산출 이송 및 집광기 (34) 의 광축 방향 타측으로의 이동과, 조사흔 형성 가공을 교대로 반복함으로써, 적절한 피치로 집광기 (34) 를 광축 방향 타측으로 이동시킨 복수의 조건에서의 원형의 조사흔 (102) 및 선상의 조사흔 (104) 을 Y 방향으로 간격을 두고 2 층 플레이트 (96) 의 상면에 형성한다. 조사흔 형성 공정은, 예를 들어 이하의 가공 조건으로 실시할 수 있다.
펄스 레이저 광선의 파장 : 1342 ㎚
반복 주파수 : 60 ㎑
평균 출력 : 0.1 ∼ 0.3 W
가공 이송 속도 : 600 ㎜/s
조사흔 형성 공정에 있어서 최초의 조사흔 형성 가공을 실시할 때에는, 집광기 (34) 에 미리 설정된 집광점과 집광기 (34) 에 의해 집광되는 정확한 집광점 사이에 발생할 수 있는 오차가 수 ㎛ 정도이므로, 집광기 (34) 에 미리 설정된 집광점을 2 층 플레이트 (96) 의 상면에 위치시킨 상태로부터 집광기 (34) 를 광축 방향 편측으로 상기 오차보다 약간 큰 소정 거리 (예를 들어 10 ㎛) 만큼 이동시키면 된다. 또, 최초의 조사흔 형성 가공을 실시한 후에 집광기 (34) 를 광축 방향 타측으로 이동시킬 때에는, 0.5 ∼ 1.0 ㎛ 의 피치로 상기 소정 거리의 2 배 정도의 거리 (예를 들어 20 ㎛) 만큼 이동시키면 된다.
조사흔 형성 공정에 있어서는, 집광기 (34) 에 미리 설정된 집광점으로부터 집광기 (34) 를 정의 광축 방향, 부의 광축 방향으로 이동시켜 조사흔을 복수 형성하면 원형의 조사흔 (102) 의 일방의 단으로부터 타방의 단으로 선상의 조사흔 (104) 이 1 프레임씩 이송되도록 이동하여 복수의 조사흔이 형성된다. 즉, 도 5 를 참조하여, 집광기 (34) 에 의해 집광되는 집광점과, 원형의 조사흔 (102) 및 선상의 조사흔 (104) 의 관계에 대해 설명한다. 도 5 에는, 집광기 (34) 에 미리 설정된 집광점을 2 층 플레이트 (96) 의 상면에 위치시킨 상태로부터 집광기 (34) 를 부의 광축 방향 (도 2 에 있어서「－」로 나타내는 방향) 으로 10 ㎛ 만큼 이동시켜 최초의 조사흔 형성 가공을 실시한 경우와, 최초의 조사흔 형성 가공을 실시한 상태로부터 척 테이블 (24) 을 Y 방향으로 1.0 ㎜ 만큼 산출 이송함과 함께 집광기 (34) 를 정의 광축 방향 (도 2 에 있어서「＋」로 나타내는 방향) 으로 1.0 ㎛ 만큼 이동시켜 조사흔 형성 가공을 실시한 경우의 쌍방의 경우에 있어서 도시되어 있다. 그리고, X 방향으로 반복 주파수 60 ㎑, 가공 이송 속도 600 ㎜/s 로 이동하면, X 방향으로 10 ㎛ 의 간격을 갖고 2 층 플레이트 (96) 에 원형의 조사흔 (102) 및 선상의 조사흔 (104) 이 형성되는 것이 도시되어 있다. 또한, 도 5 에는, 최초의 조사흔 형성 가공을 실시한 상태로부터 척 테이블 (24) 을 Y 방향으로 1.0 ㎜ 씩 산출 이송함과 함께, 집광기 (34) 를 정의 광축 방향으로 1.0 ㎛ 씩 이동시키면서 조사흔 형성 가공을 실시하여 2 층 플레이트 (96) 에 형성한 원형의 조사흔 (102) 및 선상의 조사흔 (104) 중, X 방향의 임의의 위치에 있어서 Y 방향을 따라 본 원형의 조사흔 (102) 및 선상의 조사흔 (104) 이 도시되어 있다. 원형의 조사흔 (102) 은, 집광점에 있어서의 에너지가 비교적 높은 중심 부분에 형성되고, 또한 집광점에 있어서의 에너지가 비교적 낮은 둘레 가장자리 부분에서는 형성되지 않는 점에서, 원형의 조사흔 (102) 의 중심은 집광점의 중심과 정합하고 있고, 또한 원형의 조사흔 (102) 의 직경은 집광점의 직경보다 작다. 그러나, 집광점이 2 층 플레이트 (96) 의 상면에 위치된 경우와, 집광점이 2 층 플레이트 (96) 의 상면보다 약간 상방 또는 약간 하방에 위치된 경우에서, 원형의 조사흔 (102) 의 직경은 거의 변화하지 않기 때문에, 원형의 조사흔 (102) 만을 형성한 것만으로는, 집광점이 2 층 플레이트 (96) 의 상면에 위치되어 있는지의 여부를 판별하는 것은 곤란하다. 한편, 선상의 조사흔 (104) 은, 펄스 레이저 광선 (LB) 의 반경 방향에 있어서의 길이가 집광점 형성부 (40) 의 내경보다 짧은 슬릿부 (38) 를 통과하고 있기 때문에, 집광점이 2 층 플레이트 (96) 의 상면에 위치된 경우에는 원형의 조사흔 (102) 의 중심 (즉, 집광점의 중심) 을 통과하는 위치에 형성되는 한편, 집광점이 2 층 플레이트 (96) 의 상면에 위치되지 않은 경우에는 원형의 조사흔 (102) 의 중심으로부터 떨어진 위치에 형성되고, 집광점이 2 층 플레이트 (96) 의 상면으로부터 떨어짐에 따라 원형의 조사흔 (102) 의 중심과 선상의 조사흔 (104) 의 거리가 증대된다. 예를 들어 도 5 에 나타내는 바와 같이, 집광기 위치 부여 수단 (46) 에 의해 집광기 (34) 에 미리 설정된 집광점이 2 층 플레이트 (96) 의 상면에 위치되었을 때의 집광기 (34) 의 상하 방향 위치를 기준으로 하여, 집광기 (34) 를 부의 광축 방향으로 4 ㎛ 이동시켰을 때에 2 층 플레이트 (96) 에 형성된 선상의 조사흔 (104) 은 원형의 조사흔 (102) 의 중심을 통과하고 있고, 따라서, 집광기 (34) 에 미리 설정된 집광점으로부터 부의 광축 방향으로 4 ㎛ 의 위치가 집광기 (34) 에 의해 집광되는 집광점의 정확한 위치이다. 그리고, 도 5 를 참조함으로써 이해되는 바와 같이, 집광기 (34) 에 의해 집광되는 집광점의 정확한 위치가 2 층 플레이트 (96) 의 상면보다 상방에 위치된 경우에는, 선상의 조사흔 (104) 이 원형의 조사흔 (102) 의 중심으로부터 편측 (도 5 에 있어서는 우측) 으로 떨어진 위치에 형성되고, 집광기 (34) 에 의해 집광되는 집광점의 정확한 위치가 2 층 플레이트 (96) 의 상면보다 하방에 위치된 경우에는, 선상의 조사흔 (104) 이 원형의 조사흔 (102) 의 중심으로부터 타측 (도 5 에 있어서는 좌측) 으로 떨어진 위치에 형성된다. 또, 집광점이 2 층 플레이트 (96) 의 상면으로부터 떨어짐에 따라 원형의 조사흔 (102) 의 중심과 선상의 조사흔 (104) 의 거리가 증대된다. 이와 같이 조사흔 형성 공정을 실시하면, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 원형의 조사흔 (102) 의 일방의 단으로부터 타방의 단으로 선상의 조사흔 (104) 이 1 프레임씩 이송되도록 이동하여 복수의 조사흔이 형성된다.
조사흔 형성 공정을 실시한 후, 기판에 형성된 복수의 조사흔으로부터 적정한 형상의 조사흔을 검출하고, 적정한 조사흔을 형성한 집광점의 위치를 정확한 집광점의 위치로서 검출하는 집광점 위치 검출 공정을 실시한다. 상기 서술한 바와 같이, 집광점이 2 층 플레이트 (96) 의 상면에 위치된 경우에 선상의 조사흔 (104) 이 원형의 조사흔 (102) 의 중심을 통과하므로, 집광점 위치 검출 공정에 있어서는, 선상의 조사흔 (104) 이 원형의 조사흔 (102) 을 이등분하는 조사흔을 적정한 형상의 조사흔으로서 검출한다. 본 실시형태에서는 도 5 에 나타내는 바와 같이, 집광기 (34) 에 미리 설정된 집광점으로부터 부의 광축 방향으로 4 ㎛ 의 위치에 있어서, 선상의 조사흔 (104) 이 원형의 조사흔 (102) 을 이등분하고 있으므로, 이 위치를 정확한 집광점의 광축 방향 위치로서 검출한다. 이상과 같이, 본 실시형태에서는 집광기 (34) 에 의해 집광되는 집광점의 광축 방향 위치를 정확하고 또한 용이하게 검출할 수 있다. 또한, 레이저 가공 장치 (2) 를 사용하여 레이저 가공을 실시할 때에는, 검출된 집광기 (34) 의 정확한 집광점의 위치와 레티클 (70) 의 십자 형상부 (70a) 의 패턴 (76) 을 기판의 상면에 투영하여 얻어진 집광점의 위치의 차 (본 실시형태에서는 4 ㎛) 를 구하여 보정값으로 사용함으로써, 집광기 (34) 에 의해 집광되는 집광점을 레이저 가공에 따른 적정한 위치에 위치시킬 수 있다.
2 : 레이저 가공 장치
6 : 유지 수단
8 : 레이저 조사 수단
10 : 이송 수단
32 : 레이저 발진기
34 : 집광기
36 : 마스크
38 : 슬릿부
40 : 집광점 형성부
46 : 집광기 위치 부여 수단
70 : 레티클
102 : 원형의 조사흔
104 : 선상의 조사흔
L : 슬릿부의 길이 방향
S : 슬릿부의 폭 방향
LB : 펄스 레이저 광선

Claims (4)

  1. 레이저 가공 장치의 집광기가 집광하는 레이저 광선의 집광점의 광축 방향의 위치를 검출하는 집광점 위치 검출 방법으로서,
    레이저 발진기가 발진한 레이저 광선의 반경 방향으로 연장되고 레이저 광선의 일부를 회절시키는 슬릿부와 집광점을 형성하는 레이저 광선의 일부를 통과시키는 집광점 형성부를 갖는 마스크를 준비하는 마스크 준비 공정과,
    레이저 광선이 조사된 영역에 조사흔이 형성되는 기판을 준비하는 기판 준비 공정과,
    척 테이블에 그 기판을 유지시키는 기판 유지 공정과,
    그 척 테이블에 유지된 그 기판에 대하여 그 집광기를 광축 방향으로 이동시키면서 레이저 광선을 조사하여 복수의 조사흔을 그 기판에 형성하는 조사흔 형성 공정과,
    그 기판에 형성된 복수의 조사흔으로부터 적정한 형상의 조사흔을 검출하고, 적정한 조사흔을 형성한 집광점의 위치를 정확한 집광점의 위치로서 검출하는 집광점 위치 검출 공정을 포함하고,
    그 조사흔 형성 공정에 있어서,
    그 집광기에 미리 설정된 집광점을 그 기판의 상면에 위치시켜 레이저 광선을 조사하면, 그 마스크에 형성된 그 슬릿부에 도달한 일부의 레이저 광선은 그 슬릿부를 축으로 하여 반원기둥상으로 회절되고 그 집광기에 의해 그 슬릿부의 길이 방향이 집광되고 폭 방향은 집광되지 않고 그 슬릿부에 직교하는 선상의 조사흔을 형성하고, 그 마스크에 형성된 집광점 형성부에 도달한 일부의 레이저 광선은 그 집광기에 의해 집광되고 원형의 조사흔을 형성하고,
    그 집광기에 미리 설정된 집광점으로부터 그 집광기를 정의 광축 방향, 부의 광축 방향으로 이동시켜 조사흔을 복수 형성하면 그 원형의 조사흔의 일방의 단으로부터 타방의 단으로 그 선상의 조사흔이 1 프레임씩 이송되도록 이동하여 복수의 조사흔이 형성되고,
    그 집광점 위치 검출 공정에 있어서, 그 선상의 조사흔이 그 원형의 조사흔을 이등분하는 조사흔을 적정한 형상의 조사흔으로서 검출하는, 집광점 위치 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    그 레이저 가공 장치는, 그 척 테이블에 유지된 피가공물의 상면에 그 집광기에 미리 설정된 집광점의 위치를 나타내는 레티클을 투영하여, 그 집광기에 미리 설정된 집광점을 피가공물의 상면에 위치시키는 집광기 위치 부여 수단을 포함하고,
    그 집광점 위치 검출 공정에 있어서, 검출된 그 집광기의 정확한 집광점의 위치와 그 레티클이 나타내는 집광점의 위치의 차를 구하여 보정값으로 하는, 집광점 위치 검출 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    그 기판 준비 공정에 있어서 준비하는 기판은, 플레이트의 상면에 주석막이 피복되어 있는 주석막 플레이트, 또는 플레이트의 상면에 티탄막이 피복되고 추가로 주석막이 피복된 2 층 플레이트인, 집광점 위치 검출 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    그 조사흔 형성 공정에 있어서, 그 집광기를 광축 방향으로 이동시키는 피치는 0.5 ∼ 1.0 ㎛ 인, 집광점 위치 검출 방법.
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