KR20210031605A - 위치 조정 방법 및 위치 조정 장치 - Google Patents

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KR20210031605A
KR20210031605A KR1020200102986A KR20200102986A KR20210031605A KR 20210031605 A KR20210031605 A KR 20210031605A KR 1020200102986 A KR1020200102986 A KR 1020200102986A KR 20200102986 A KR20200102986 A KR 20200102986A KR 20210031605 A KR20210031605 A KR 20210031605A
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유타 미즈모토
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

(과제) 집광 렌즈의 위치의 특정에 필요한 시간을 단축한다.
(해결 수단) 피가공물의 상면에 집광 렌즈를 통해 레티클의 패턴을 투영시킨 상태로, 집광 렌즈를 포함한 미리 정해진 광학계의 광축을 따라서 집광 렌즈를 작동시킴으로써, 집광 렌즈를 광축 상의 복수의 위치에 위치시켜서, 각 위치에 위치되었을 경우의 상면을 촬상하는 촬상 단계와, 촬상 단계에서 얻어진 각 화상의 콘트라스트 값을 산출하는 산출 단계와, 산출 단계에서 산출된 각 화상의 콘트라스트 값에 기초하여, 집광 렌즈가 위치되어 있지 않은 위치에 집광 렌즈를 위치시켰을 경우에 얻어지는 화상의 콘트라스트 값을 다항식 보간함으로써, 콘트라스트 값이 최대를 기록하는 화상이 얻어지는 집광 렌즈의 위치를 예측하는 예측 단계와, 예측 단계에서 예측된 콘트라스트 값이 최대를 기록하는 화상이 얻어지는 집광 렌즈의 위치에 집광 렌즈를 위치시키는 위치 조정 단계를 포함하는 위치 조정 방법을 제공한다.

Description

위치 조정 방법 및 위치 조정 장치{POSITION ADJUSTING METHOD AND APPARATUS THEREOF}
본 발명은, 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈의 위치를 조정하는 위치 조정 방법, 및, 해당 집광 렌즈의 위치를 조정하는 위치 조정 장치에 관한 것이다.
격자형으로 배치된 복수의 분할 예정 라인이 표면 측에 형성된 반도체 웨이퍼 등의 피가공물을, 각 분할 예정 라인을 따라서 분할하여 칩을 제조하기 위해서, 예컨대, 피가공물을 투과하는 파장을 가지는 레이저 빔이 이용된다(예컨대, 특허 문헌 1 참조).
해당 레이저 빔의 집광점을 피가공물의 내부에 위치시킨 상태로, 집광점과 피가공물을 상대적으로 이동시킴으로써, 집광점이 통과하지 않은 영역에 비해 기계적 강도가 낮은 취약 영역인 개질 영역(개질층)이, 이 이동의 경로를 따라서 형성된다. 모든 분할 예정 라인을 따라서 개질 영역을 형성한 후, 피가공물에 외력을 인가하면, 피가공물은 개질 영역을 분할 기점으로 하여 분할된다.
그런데, 개질 영역을 형성하는 경우에는, 피가공물의 내부의 미리 정해진 깊이에 집광점을 정확하게 위치시킬 필요가 있다. 집광점의 위치가 미리 정해진 깊이에 정확하게 위치되지 않으면 분할 불량이 생길 가능성이나, 피가공물의 표면 및 이면에 대해서 수직이 아니라 비스듬하게 균열이 신장할 가능성이 있다.
피가공물의 내부의 미리 정해진 깊이에 집광점을 정확하게 위치시키기 위해서, 우선, 피가공물의 이면이 상방에 노출되도록, 피가공물의 표면 측을 척 테이블로 유지한다. 그 다음에, 예컨대, 미리 정해진 광원으로부터 피가공물의 상면(이면)에 광을 조사하여, 해당 상면으로부터 반사되는 반사광의 광량에 기초하여, 피가공물의 상면의 대략적인 위치를 특정한다(제1 러프 서치(rough search)).
제1 러프 서치의 후, 레이저 빔을 집광시키는 집광 렌즈의 집광점과 공역인 위치에 배치된, 미리 정해진 패턴을 가지는 레티클에 대해서 다른 광원으로부터의 광을 조사하고, 집광 렌즈를 통해 레티클을 투과한 광을 피가공물의 상면 측에 집광시킨다. 피가공물로부터의 반사광을 카메라에 입사시켜서 피가공물의 상면을 촬상함으로써, 제1 러프 서치보다 정확하게 상면의 위치를 특정한다(제2 러프 서치).
집광 렌즈의 광축은, 장치의 Z축 방향(높이 방향)과 평행하게 배치되어 있다. 제2 러프 서치에서는, 우선, 집광 렌즈를 Z축 방향을 따라서 비교적 큰 이동량(예컨대, 1.0 μm)으로 이동시킨 후, 정지시켜서 피가공물의 상면을 촬상한다. 이동, 정지 및 촬상을 반복함으로써, 집광 렌즈의 각 높이 위치에 따른 상면의 화상을 취득한다. 그리고, 레티클의 미리 정해진 패턴의 콘트라스트 값을 각 화상에서 산출하고, 해당 콘트라스트 값이 최대를 기록하는 화상이 얻어지는 집광 렌즈의 위치를 특정한다.
다음에, 제2 러프 서치로 콘트라스트 값이 최대를 기록하는 화상이 얻어진 집광 렌즈의 위치를 기준 위치로 하여, 해당 기준 위치를 포함한 미리 정해진 범위에서, 집광 렌즈를 Z축 방향을 따라서 비교적 작은 이동량(예컨대, 0.1 μm)으로 이동시킨다(정밀 서치). 이동 후에는, 집광 렌즈를 정지시켜서 피가공물의 상면을 촬상한다.
정밀 서치에서도, 이동, 정지 및 촬상을 반복함으로써, 집광 렌즈의 각 높이 위치에 따른 상면의 화상을 취득한다. 이에 따라, 기준 위치를 포함한 미리 정해진 범위에서, 콘트라스트 값이 최대를 기록하는 화상이 얻어지는 집광 렌즈의 위치를 특정한다. 콘트라스트 값이 최대를 기록하는 화상이 얻어질 때, 집광점은 상면에 위치한다고 볼 수 있으므로, 집광 렌즈를 설계값에 따른 미리 정해진 거리만큼 하강시키면, 피가공물의 내부의 미리 정해진 깊이에 집광점을 정확하게 위치시킬 수 있다.
일본 공개 특허 공보 2002-192370호 공보
이와 같이, 통상의 레이저 가공 프로세스에서는, 제2 러프 서치에 더해 정밀 서치를 실시하므로, 집광 렌즈의 위치의 특정에 시간이 걸린다고 하는 문제가 있다. 본 발명은 관련된 문제점을 감안한 것으로서, 집광 렌즈의 위치의 특정에 필요한 시간을 종래에 비해 단축하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈의 위치를 조정하는 위치 조정 방법으로서, 척 테이블로 피가공물을 유지하는 유지 단계와, 상기 유지 단계 후, 광원으로부터 레티클에 광을 조사하여, 상기 척 테이블로 유지된 상기 피가공물의 상면에 상기 집광 렌즈를 통해 상기 레티클의 패턴을 투영시킨 상태로, 상기 집광 렌즈를 포함하는 미리 정해진 광학계의 광축을 따라 상기 집광 렌즈를 작동시킴으로써, 상기 집광 렌즈를 상기 광축 상의 복수의 위치에 위치시켜서, 각 위치에 위치되었을 경우의 상기 상면을 촬상하는 촬상 단계, 상기 촬상 단계에서 얻어진 각 화상의 콘트라스트 값을 산출하는 산출 단계와, 상기 산출 단계에서 산출된 각 화상의 콘트라스트 값에 기초하여, 상기 촬상 단계에서 상기 집광 렌즈가 위치되어 있지 않은 위치에 상기 집광 렌즈를 위치시켰을 경우에 얻어지는 화상의 콘트라스트 값을 다항식 보간함으로써, 콘트라스트 값이 최대를 기록하는 화상이 얻어지는 상기 집광 렌즈의 위치를 예측하는 예측 단계와, 상기 예측 단계에서 예측된 콘트라스트 값이 최대를 기록하는 화상이 얻어지는 상기 집광 렌즈의 위치에 상기 집광 렌즈를 위치시키는 위치 조정 단계를 포함하는 위치 조정 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈의 위치를 조정하는 위치 조정 장치로서, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 상기 집광 렌즈를 가지는 레이저 빔 조사 유닛과, 레티클과 상기 레티클에 광을 조사하는 광원을 포함하고, 상기 광원으로부터 상기 레티클에 광을 조사함으로써 상기 척 테이블로 유지된 상기 피가공물의 상면에 상기 집광 렌즈를 통해 상기 레티클의 패턴을 투영시키는 패턴 투영 유닛과, 상기 상면에 상기 레티클의 패턴이 투영된 상태로, 상기 집광 렌즈를 포함하는 미리 정해진 광학계의 광축을 따라 상기 집광 렌즈의 위치를 조정하는 집광 렌즈 위치 조정 유닛과, 상기 레티클의 패턴이 투영된 상태로, 상기 집광 렌즈가 상기 광축 상의 복수의 위치에 위치되었을 경우에 상기 상면의 화상을 각각 얻는 촬상 유닛과, 상기 촬상 유닛으로 촬상된 화상을 처리하는 처리부를 포함하고, 상기 처리부는, 상기 촬상 유닛으로 얻어진 각 화상의 콘트라스트 값을 산출하는 산출부와, 상기 산출부에서 산출된 각 화상의 콘트라스트 값을 기억하는 기억부와, 상기 기억부에서 기억된 각 화상의 콘트라스트 값에 기초하여, 상기 촬상 유닛으로 상기 집광 렌즈가 위치되어 있지 않은 위치에 상기 집광 렌즈를 위치시켰을 경우에 얻어지는 화상의 콘트라스트 값을 다항식 보간함으로써, 콘트라스트 값이 최대를 기록하는 화상이 얻어지는 상기 집광 렌즈의 위치를 예측하는 예측부를 포함하고, 상기 레이저 빔으로 상기 피가공물을 가공하는 경우에, 상기 집광 렌즈 위치 조정 유닛은, 상기 예측부에서 예측된 콘트라스트 값이 최대를 기록하는 화상이 얻어지는 상기 집광 렌즈의 위치에 상기 집광 렌즈를 위치시키는 위치 조정 장치가 제공된다.
본 발명의 일 양태와 관련되는 위치 조정 방법에서는, 피가공물의 상면에 집광 렌즈를 통해 레티클의 패턴을 투영시킨 상태로, 집광 렌즈를 포함하는 미리 정해진 광학계의 광축을 따라 집광 렌즈를 작동시킴으로써, 집광 렌즈를 광축 상의 복수의 위치에 위치시켜서, 피가공물의 상면을 촬상한다(촬상 단계).
그리고, 촬상 단계에서 얻어진 각 화상의 콘트라스트 값을 산출한다(산출 단계). 그 후, 산출 단계에서 산출된 각 화상의 콘트라스트 값에 기초하여, 촬상 단계에서 집광 렌즈가 위치되어 있지 않은 위치에 집광 렌즈를 위치시켰을 경우에 얻어지는 화상의 콘트라스트 값을 다항식 보간함으로써, 콘트라스트 값이 최대를 기록하는 화상이 얻어지는 집광 렌즈의 위치를 예측한다(예측 단계).
그 후, 예측 단계에서 예측된 콘트라스트 값이 최대를 기록하는 화상이 얻어지는 집광 렌즈의 위치에 집광 렌즈를 위치시킨다(위치 조정 단계). 따라서, 종래와 같이, 제2 러프 서치와 정밀 서치의 양쪽 모두에서, 촬상 단계 및 산출 단계를 각각 실시하는 경우에 비해, 레이저 가공에서 이용하는 집광 렌즈의 위치의 특정에 필요한 시간을 단축할 수 있다.
도 1은 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 레이저 빔 조사 유닛 등의 구성의 개요를 나타내는 도면이다.
도 3(A)는 비교적 높은 콘트라스트 값을 가지는 화상의 예이며, 도 3(B)는 비교적 낮은 콘트라스트 값을 가지는 화상의 예이다.
도 4는 각 화상에 있어서의 콘트라스트 값의 대표값의 사이의 콘트라스트 값을 보간 한 그래프이다.
도 5는 위치 조정 방법의 일례를 나타내는 흐름도다.
첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 일 양태와 관련되는 실시형태에 대해서 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태와 관련되는 위치 조정 방법이 진행되는 레이저 가공 장치(2)의 사시도이다. 또한, 도 1에서는, 레이저 가공 장치(2)의 일부의 구성요소를 기능 블록으로 나타내고 있다. 또한, 이하의 설명으로 이용되는 X축 방향(가공 이송 방향), Y축 방향(인덱싱 이송 방향) 및 Z축 방향(높이 방향)은, 서로 수직이다.
레이저 가공 장치(2)는, 각 구성요소를 지지하는 베이스(4)를 구비하고 있다. 베이스(4)의 상면에는, 수평 이동 기구(가공 이송 기구, 인덱싱 이송 기구)(6)가 배치되어 있다. 수평 이동 기구(6)는, 베이스(4)의 상면에 고정되어 Y축 방향에 대해서 대략 평행한 한쌍의 Y축 가이드 레일(8)을 구비하고 있다.
Y축 가이드 레일(8)에는, Y축 이동 테이블(10)이 슬라이드 가능하게 장착되어 있다. Y축 이동 테이블(10)의 하면 측에는, 너트부(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 이 Y축 이동 테이블(10)의 너트부에는, Y축 가이드 레일(8)에 대해서 대략 평행한 Y축 볼 나사(12)가 회전 가능한 형태로 결합되어 있다.
Y축 볼 나사(12)의 일단부에는, Y축 펄스 모터(14)가 연결되어 있다. Y축 펄스 모터(14)로 Y축 볼 나사(12)를 회전시키면, Y축 이동 테이블(10)은, Y축 가이드 레일(8)을 따라서 Y축 방향으로 이동한다.
Y축 이동 테이블(10)의 상면에는, X축 방향에 대해서 대략 평행한 한쌍의 X축 가이드 레일(16)이 설치되어 있다. X축 가이드 레일(16)에는, X축 이동 테이블(18)이 슬라이드 가능하게 장착되어 있다. X축 이동 테이블(18)의 하면 측에는, 너트부(도시하지 않음)가 설치되어 있다.
X축 이동 테이블(18)의 너트부에는, X축 가이드 레일(16)에 대해서 대략 평행한 X축 볼 나사(20)가 회전 가능한 형태로 결합되어 있다. X축 볼 나사(20)의 일단부에는, X축 펄스 모터(22)가 연결되어 있다. X축 펄스 모터(22)로 X축 볼 나사(20)를 회전시키면, X축 이동 테이블(18)은, X축 가이드 레일(16)을 따라서 X축 방향으로 이동한다.
X축 이동 테이블(18)의 상면 측에는, 원기둥 형상의 테이블 베이스(24)가 설치되어 있다. 테이블 베이스(24)의 상부에는, 척 테이블(26)이 설치되어 있다. 이 척 테이블(26)은, 피가공물(11)의 유지에 사용된다.
본 실시 형태의 피가공물(11)은, 원반 형상을 가지고 주로 실리콘으로 형성된 실리콘 웨이퍼이지만, 피가공물(11)은, 실리콘 이외의 반도체, 세라믹스, 각종 유리 등으로 형성되어도 좋다 . 피가공물(11)의 표면(하면(11b))에는, 피가공물(11)보다 큰 직경의 점착 테이프(13)를 붙일 수 있다.
또한, 점착 테이프(13)의 외주 부분에는, 금속으로 형성된 환형의 프레임(15)이 고정된다. 이에 따라, 피가공물(11)이 점착 테이프(13)를 통해 프레임(15)에 지지되는 프레임 유닛(17)이 형성된다.
척 테이블(26)의 상면의 일부는, 예컨대, 원반 형상의 다공성 부재로 구성되어 있고, 이 다공성 부재는, 척 테이블(26)의 내부에 형성된 흡인로(도시하지 않음) 등을 통해 이젝터 등의 흡인원(도시하지 않음)에 접속되어 있다.
흡인원을 동작시키면, 다공성 부재의 상면(유지면(26a)의 일부)에는 부압이 발생한다. 척 테이블(26)의 상면에 프레임 유닛(17)을 재치한 상태로 흡인원을 동작시키면, 피가공물(11)의 표면(하면(11b)) 측은, 유지면(26a)으로 흡인 유지된다.
또한, 척 테이블(26)의 주위에는, 프레임(15)을 고정하는 4 개의 클램프(28)가 설치되어 있다. 피가공물(11)을 유지면(26a)으로 유지하려면, 프레임(15)이 각 클램프(28)에 의해 고정된다.
테이블 베이스(24)의 하부에는, 모터 등의 회전 구동원(도시하지 않음)이 연결되어 있다. 회전 구동원을 동작시키면, 척 테이블(26)은 Z축 방향에 대해서 대략 평행한 직선을 회전축으로서 자전한다. 또한, 테이블 베이스(24) 및 척 테이블(26)은, 상술한 수평 이동 기구(6)에 의해서, X축 방향 및 Y축 방향으로 이동한다.
수평 이동 기구(6)의 Y축 방향의 한쪽 측에 인접하는 영역에는, X축 방향에 대해서 대략 수직인 측면을 가지는 기둥 형상의 지지 구조(30)가 설치되어 있다. 지지 구조(30)의 측면에는, 수직 이동 기구(집광 렌즈 위치 조정 유닛)(32)가 배치되어 있다.
수직 이동 기구(32)는, 한쌍의 Z축 가이드 레일(34)을 구비하고 있다. 한쌍의 Z축 가이드 레일(34)은, Z축 방향에 대해서 대략 평행한 형태로, 지지 구조(30)의 측면에 고정되어 있다. 한쌍의 Z축 가이드 레일(34)에는, 평판형의 Z축 이동 테이블(36)이 슬라이드 가능하게 장착되어 있다.
Z축 이동 테이블(36)의 이면 측(즉, Z축 가이드 레일(34)측)에는, 너트부(도시하지 않음)가 설치되어 있다. Z축 이동 테이블(36)의 너트부에는, Z축 가이드 레일(34)에 대해서 대략 평행한 Z축 볼 나사(도시하지 않음)가 회전 가능한 형태로 결합되어 있다.
Z축 볼 나사의 일단부에는, Z축 펄스 모터(38)가 연결되어 있다. Z축 펄스 모터(38)로 Z축 볼 나사를 회전시키면, Z축 이동 테이블(36)은, Z축 가이드 레일(34)을 따라서 Z축 방향으로 이동한다.
Z축 이동 테이블(36)의 표면 측에는, 지지 도구(40)가 고정되고 있고, 이 지지 도구(40)에는, 레이저 빔 조사 유닛(42)의 일부가 지지되고 있다. 레이저 빔 조사 유닛(42)은, 예컨대, 베이스(4)에 고정된 레이저 발진기(42a)(도 2 참조)와, 지지 도구(40)에 지지되는 통형의 하우징(44)과, 하우징(44)의 Y축 방향의 단부에 설치된 조사 헤드(46)를 포함한다.
여기서, 도 1 및 도 2를 참조하여, 레이저 빔 조사 유닛(42) 등의 구성에 대해 설명한다. 도 2는, 레이저 빔 조사 유닛(42) 등의 구성의 개요를 나타내는 그림이다. 또한, 도 2에서는, 일부의 구성요소를 기능 블록으로 나타내고 있다.
또한, 도 2에서는, 프레임 유닛(17)의 점착 테이프(13) 및 프레임(15)을 생략하고 있지만, 유지면(26a)에서는, 프레임 유닛(17)의 점착 테이프(13) 측이 유지되어 있다. 즉, 피가공물(11)은, 상면(11a)이 노출한 상태로, 유지면(26a)으로 흡인 유지되어 있다.
레이저 발진기(42a)는, 예컨대, Nd: YAG 등의 레이저 매질을 가진다. 레이저 발진기(42a)는, 피가공물(11)을 투과하는 파장(예컨대, 1064 nm)을 가지는 펄스 상태의 레이저 빔을 생성하여, 레이저 빔을 미러(42b)에 출사한다.
미러(42b)는, 레이저 발진기(42a)로부터 출사된 레이저 빔을 조사 헤드(46)에 반사한다. 조사 헤드(46)에는, 집광 렌즈(46a)가 설치되어 있다. 집광 렌즈(46a)에 의해, 레이저 빔의 집광점은, 예컨대, 유지면(26a)으로 유지된 피가공물(11)의 미리 정해진 깊이에 위치된다.
레이저 가공 장치(2)에는, 레이저 빔 조사 유닛(42)에 더하여, 미리 정해진 패턴의 광을 피가공물(11)에 투영하는 패턴 투영 유닛(50)이 설치되어 있다. 패턴 투영 유닛(50)은, 광원(52)을 가진다. 광원(52)은, 예컨대, 레이저 빔의 파장과는 다른 파장의 광을 조사한다.
광원(52)의 근방에는 집광 렌즈(54a)가 설치되고 있고, 집광 렌즈(54a)에 대해서 광원(52)과는 반대측에는 레티클(54b)이 설치되어 있다. 레티클(54b)은, 예컨대, 판형상의 석영으로 형성된 판, 즉, 석영판이며, 석영판의 일면의 대략 중앙에는 십자 형상의 패턴이 형성되어 있다.
또한, 십자 형상의 패턴의 주위의 4개의 부분에는, 해당 십자에 있어서의 교차점을 중심으로 4 회 회전 대칭으로 배치되고, 각각 대략 L 자형 모양을 가지는 패턴이 형성되어 있다(도 2에 있어서의 레티클(54b)의 상면 A를 참조).
십자 및 L 자의 패턴은, 석영판의 일면을 부분적으로 차광하도록, 금속(예컨대, 크롬(Cr))으로 형성되어 있다. 광원(52)로부터 발생한 광은, 석영판을 투과하지만, 십자 및 L 자의 패턴은 투과하지 않는다. 그러므로, 광원(52)으로부터 집광 렌즈(54a)를 통해 레티클(54b)에 광이 조사되면, 레티클(54b)의 후방에는 미리 정해진 패턴의 그림자가 투영된다.
레티클(54b)에 대해서 집광 렌즈(54a)와는 반대측에는, 광축이 집광 렌즈(54a)의 광축과 동축 상에 위치하는 형태로, 콜리메이트 렌즈(54c)가 설치되어 있다. 레티클(54b)을 투과한 광은, 콜리메이트 렌즈(54c)로부터 평행 광으로서 출사된다.
콜리메이트 렌즈(54c)에 대해서 레티클(54b)과는 반대측에는 반투명경(54d)이 설치되어 있다. 반투명경(54d)은, 콜리메이트 렌즈(54c)를 투과한 광의 일부(예컨대, 반)를 투과시키고, 다른 일부(예컨대, 나머지의 반)를 반사한다.
반투명경(54d)에 대해서 콜리메이트 렌즈(54c)와는 반대측에는 다이크로익 미러(54e)가 설치되어 있다. 다이크로익 미러(54e)는, 반투명경(54d)을 투과한 광원(52)로부터의 광을 반사하여, 집광 렌즈(46a)로 유도된다.
집광 렌즈(46a)에 입사한 광원(52)로부터의 광은, 상면(11a)에 조사된다. 이와 같이, 광원(52), 집광 렌즈(54a), 콜리메이트 렌즈(54c), 집광 렌즈(46a) 등은 미리 정해진 광학계를 구성하고 있다.
집광 렌즈(46a)의 광축은, 이 미리 정해진 광학계의 광축(54f) 상에 위치하고 있다. 그러므로, 광원(52)로부터 광을 조사하면, 집광 렌즈(46a)를 통해 레티클(54b)의 미리 정해진 패턴이 상면(11a)에 투영된다.
집광 렌즈(46a)로부터 상면(11a)에 조사된 광은 상면(11a)에서 반사되고, 다이크로익 미러(54e) 및 반투명경(54d)을 거쳐서, 카메라 유닛(촬상 유닛)(56)에 입사한다.
카메라 유닛(56)은, 예컨대, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서나 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서 등을 포함한다. 카메라 유닛(56)이 상면(11a)을 촬상함으로써, 상면(11a)에 조사된 레티클(54b)의 미리 정해진 패턴의 화상이 얻어진다. 취득된 화상은, 후술하는 처리부(64)(도 1 참조)로 처리 된다.
또한, 다이크로익 미러(54e)는, 미러(42b)와 집광 렌즈(46a)와의 사이의 광로 상에 배치되어 있다. 다이크로익 미러(54e)는, 상술한 바와 같이 광원(52)로부터의 광을 반사하지만, 레이저 빔을 투과시키도록 구성되어 있다.
그러므로, 레이저 빔과, 광원(52)로부터의 광은, 각각 집광 렌즈(46a)에 입사한다. 이에 따라, 레이저 빔의 집광점과, 광원(52)로부터의 광의 집광점은, Z축 방향에 있어서 대략 동일한 위치에 위치된다.
집광점의 Z축 방향의 위치는, 집광 렌즈(46a)의 Z축 방향의 위치를, 광축(54f)을 따라서 이동시킴으로써 조정된다. 본 실시 형태에 있어서, 집광 렌즈(46a)의 Z축 방향의 위치는, 하우징(44) 및 조사 헤드(46)를 수직 이동 기구(32)에 의해 이동시킴으로써 조정된다.
수직 이동 기구(32)를 이동시킴으로써, 레티클(54b)의 패턴이 상면(11a)에 투영된 상태로, 집광 렌즈(46a)를 집광 렌즈(46a)의 광축(54f)상의 미리 정해진 위치에 위치시킬 수 있다. 그리고, 카메라 유닛(56)에 의해, 상면(11a)의 화상이 취득된다. 이와 같이, 수직 이동 기구(32)에 의해 집광 렌즈(46a)가 광축(54f) 상의 복수의 다른 위치에 위치되고, 카메라 유닛(56)에 의해 각 위치로의 상면(11a)의 화상이 얻어진다.
또한, 레티클(54b)은, 집광 렌즈(46a)의 집광점과 공역인 위치에 배치되어 있으므로, 집광 렌즈(46a)의 집광점이 상면(11a)에 가까울수록, 레티클(54b)의 패턴이 보다 선명히 카메라 유닛(56)으로 촬상된다.
그러므로, 레티클(54b)의 패턴이 투영된 상면(11a)을 카메라 유닛(56)으로 촬상하고, 레티클(54b)의 패턴이 가장 선명하게 되도록 집광 렌즈(46a)의 위치를 조정하면, 레이저 빔의 집광점을 상면(11a)에 위치시킬 수 있다.
본 실시 형태에서는, 척 테이블(26), 수직 이동 기구(32)(도 1 참조), 레이저 빔 조사 유닛(42), 패턴 투영 유닛(50), 카메라 유닛(56) 및 처리부(64)(도 1 참조)에 의해, 집광 렌즈(46a)의 위치를 조정하는 위치 조정 장치(58)가 구성된다.
여기서, 도 1로 돌아가서, 레이저 가공 장치(2)의 다른 구성요소에 대해 설명한다. 조사 헤드(46)의 근방에는, 하우징(44)에 고정된 얼라인먼트용 카메라 유닛(48)이 설치되어 있다. 얼라인먼트용 카메라 유닛(48)은, 예컨대, CMOS 이미지 센서나 CCD 이미지 센서 등을 포함한다.
베이스(4)의 상부는, 각 구성요소를 수용할 수 있는 커버(도시하지 않음)에 의해서 덮여 있다. 이 커버의 측면에는, 유저 인터페이스가 되는 터치 패널식의 디스플레이(60)가 설치되어 있다.
예컨대, 피가공물(11)을 가공할 때에 적용되는 여러 가지의 조건은, 디스플레이(60)를 통해 레이저 가공 장치(2)에 입력된다. 또한, 얼라인먼트용 카메라 유닛(48) 및 카메라 유닛(56)으로 생성된 화상은, 디스플레이(60)에 표시된다.
수평 이동 기구(6), 수직 이동 기구(32), 레이저 빔 조사 유닛(42), 얼라인먼트용 카메라 유닛(48), 패턴 투영 유닛(50), 카메라 유닛(56), 디스플레이(60) 등의 구성요소는, 각각, 제어부(62)에 접속되어 있다. 제어부(62)는, 피가공물(11)의 가공, 촬상 등에 필요한 일련의 공정에 맞추어, 상술한 각 구성요소를 제어한다.
제어부(62)는, 대표적으로는, CPU(Central Processing Unit) 등의 처리 장치와, 플래쉬 메모리 등의 기억 장치를 포함한 컴퓨터에 의해서 구성된다. 기억 장치에 기억된 소프트웨어에 따라 처리 장치 등을 동작시키는 것에 의해서, 제어부(62)의 기능이 실현된다.
제어부(62)는, 레티클(54b)의 미리 정해진 패턴이 표시된 상면(11a)의 화상의 처리 등을 실시하는 처리부(64)를 가진다. 본 실시 형태의 처리부(64)는, 기억 장치에 기억된 프로그램으로 구성된 산출부(66)를 포함한다.
본 실시 형태의 산출부(66)는, 화상에 대해서 엣지 검출의 처리 등을 실시한다. 엣지 검출에 의해, 산출부(66)는, 카메라 유닛(56)으로 얻어진 각 화상에 있어서, 인접하는 화소 간의 화소값의 차이, 즉, 미분값(이하, 본 실시 형태에서는 콘트라스트 값이라고 칭함)을 산출한다.
도 3(A)는, 비교적 높은 콘트라스트 값을 가지는 화상의 예이며, 도 3(B)는, 비교적 낮은 콘트라스트 값을 가지는 화상의 예이다. 도 3(A) 및 도 3(B) 에 있어서, 검게 표시된 영역은, 레티클(54b)의 패턴에 대응하고 있다.
또한, 도 3(A) 및 도 3(B) 에 있어서, 각각 가는 선으로 표시된 사각과 해당 사각의 내측에 위치하는 십자선은, 카메라 유닛(56)의 촬상 영역의 중심 위치를 나타내기 위한 그리드 선이며, 콘트라스트 값의 산출 대상은 되지 않는다.
본 실시 형태에서는, 콘트라스트 값의 산출은, 각 화상의 전체의 화소에 걸쳐서 행해진다. 이에 따라, 각 화상에 있어서의 콘트라스트 값의 대표값(예컨대, 각 화상안의 콘트라스트 값의 최대치)이 산출부(66)에 의해 산출된다. 예컨대, 도 3(A)에 나타내는 화상의 콘트라스트 값의 최대치는, 도 3(B)에 나타내는 화상의 콘트라스트 값의 최대치보다 크다.
산출된 각 화상의 콘트라스트 값의 대표값은, 기억부(68)에 기억된다. 본 실시 형태의 기억부(68)는, 제어부(62)의 기억 장치의 기억 영역의 일부이지만, 기억부(68)는, 제어부(62)의 기억 장치와는 달리, 콘트라스트 값의 기억 전용의 기억 장치여도 좋다.
기억부(68)에는, 예측부(70)가 접속되어 있다. 본 실시 형태의 예측부(70)는, 기억 장치에 기억된 프로그램으로 구성되어 있다. 예측부(70)는, 기억부(68)에서 기억된 각 화상의 콘트라스트 값의 각 대표값에 기초하여, 집광 렌즈(46a)가 위치되어 있지 않은 위치에 집광 렌즈(46a)를 위치시켰을 경우에 얻어지는 화상의 콘트라스트 값을 다항식 보간한다. 이에 따라, 예측부(70)는, 콘트라스트 값이 최대를 기록하는 화상이 얻어지는 집광 렌즈(46a)의 Z축 방향의 위치를 예측한다.
도 4는, 각 화상에 있어서의 콘트라스트 값의 대표값의 사이의 콘트라스트 값을 보간 한 그래프이다. 횡축은 Z축 방향의 위치(즉, Z 좌표)이며, 종축은, 콘트라스트 값이다. 또한, 도 4에서는, 각 화상의 콘트라스트 값의 대표값을 도트로 나타내고 있다.
도 4에 나타내는 그래프에서는, 스플라인 보간(spline interpolation)을 이용하여, 예측부(70)가 각 대표값 간의 다항식을 산출했다. 다만, 예측부(70)는, 스플라인 보간에 한정하지 않고, 라그랑주 보간(Lagrange interpolation), 뉴턴 보간(Newtonian interpolation) 등을 채용해도 좋다.
예측부(70)는, 작성한 다항식에 기초하여, 콘트라스트 값이 최대(CMAX)를 기록하는 화상이 얻어지는 집광 렌즈(46a)의 Z축 방향의 위치, 즉, Z 좌표(ZM)를 산출한다. 레이저 빔으로 피가공물(11)을 가공하는 경우에, 제어부(62)가 수직 이동 기구(32)의 동작을 제어함으로써, 집광 렌즈(46a)는, 산출된 Z 좌표(ZM)에 위치된다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 예측부(70)가, 콘트라스트 값의 대표값이 최대(CMAX)를 기록하는 화상이 얻어지는 집광 렌즈(46a)의 위치를 예측한다. 그러므로, 종래와 같이, 제2 러프 서치와 정밀 서치와의 양쪽 모두로, 화상의 취득 및 콘트라스트 값의 대표값의 산출을 실시하는 경우에 비해, 화상의 취득 및 콘트라스트 값의 대표값의 산출에 필요한 시간을 단축할 수 있다.
다음에, 위치 조정 장치(58)(도 2 참조)를 이용하여, 집광 렌즈(46a)의 위치를 조정하는 위치 조정 방법에 대해 설명한다. 도 5는, 위치 조정 방법의 일례를 나타내는 흐름도다. 우선, 점착 테이프(13)가 유지면(26a)과 접하도록, 프레임 유닛(17)을 척 테이블(26)에 재치한다.
그리고, 흡인원을 동작시켜서, 피가공물(11)의 하면(11b)측을 유지면(26a)으로 흡인 유지한다(유지 단계(S10)). 유지 단계(S10) 후, 종래와 마찬가지로, 반사광의 광량에 기초하여, 피가공물(11)의 상면(11a)의 대략적인 위치를 특정한다(제1 러프 서치).
그 다음에, 광원(52)으로부터 레티클(54b)에 광을 조사하여, 피가공물(11)의 상면(11a)에 집광 렌즈(46a)를 통해 레티클(54b)의 패턴을 투영시킨다. 이 상태로, 집광 렌즈(46a)를 광축(54f)을 따라서 움직임으로써, 집광 렌즈(46a)를 광축(54f)상의 복수의 다른 위치에 위치시켜서, 각 위치에 위치되었을 경우의 피가공물(11)의 상면(11a)을 카메라 유닛(56)으로 촬상한다(촬상 단계(S20)).
이에 따라, 집광 렌즈(46a)의 각 위치에 따른 상면(11a)의 화상이 얻어진다. 촬상 단계(S20)의 후, 산출부(66)가, 촬상 단계(S20)에서 얻어진 각 화상의 콘트라스트 값의 대표값을 산출한다(산출 단계(S30)). 각 화상의 콘트라스트 값의 대표값은, 기억부(68)에 기억된다.
산출 단계(S30)의 후, 예측부(70)가 각 화상의 콘트라스트 값의 대표값에 기초하여, 집광 렌즈(46a)가 위치되어 있지 않은 위치에 집광 렌즈(46a)를 위치시켰을 경우에 얻어지는 화상의 콘트라스트 값을 다항식 보간한다. 이에 따라, 콘트라스트 값이 최대를 기록하는 화상이 얻어지는 집광 렌즈(46a)의 위치를 예측부(70)가 예측한다(예측 단계(S40)).
예측 단계(S40)의 후, 수직 이동 기구(32)를 동작시켜서, 예측된 콘트라스트 값이 최대(CMAX)를 기록하는 화상이 얻어지는 집광 렌즈(46a)의 위치(ZM)에, 집광 렌즈(46a)를 위치시킨다(위치 조정 단계(S50)).
이와 같이, 촬상 단계(S20) 및 산출 단계(S30)를 각 1 회씩 실시함으로써, 예측 단계(S40)에서 콘트라스트 값이 최대(CMAX)를 기록하는 화상이 얻어지는 집광 렌즈(46a)의 위치를 예측할 수 있다.
따라서, 종래와 같이, 제2 러프 서치와 정밀 서치의 양쪽 모두에서, 복수의 화상의 취득과 각 화상의 콘트라스트 값의 대표값의 산출을 각각 실시하는 경우에 비해, 촬상 단계(S20) 및 산출 단계(S30)에 필요한 시간을 단축할 수 있다.
구체적으로는, 종래와 같이 제2 러프 서치와 정밀 서치의 양쪽 모두를 실시하는 경우, 제2 러프 서치에서의 촬상 단계(S20) 및 산출 단계(S30)와, 정밀 서치로의 촬상 단계(S20) 및 산출 단계(S30)에서, 4 초에서 5 초 정도를 필요로 하고 있었다. 그러나, 본 실시 형태의 위치 조정 방법에서는, 촬상 단계(S20)로부터 예측 단계(S40)까지를 종래의 약 반(즉, 2초부터 2.5초 정도)으로 단축할 수 있었다.
뿐만 아니라, 본 실시 형태로 예측한 콘트라스트 값이 최대를 기록하는 화상이 얻어지는 집광점의 위치(ZM)는, 종래의 제2 러프 서치 및 정밀 서치로 특정한 콘트라스트 값의 대표값이 최대를 기록하는 집광점의 위치에 대해서, 0.2 μm 정도의 차이 밖에 없었다. 즉, 본 실시 형태의 위치 조정 방법의 유용성이 확인되었다.
그 외, 상술의 실시형태와 관련되는 구조, 방법 등은, 본 발명의 목적의 범위를 일탈하지 않는 한에 있어서 적절하게 변경해 실시할 수 있다. 상술의 실시형태에서는, 레이저 빔의 파장과는 다른 파장의 광을 조사하는 광원(52)을 이용했다.
그러나, 광원(52)은, 레이저 빔 조사 유닛(42)이 피가공물(11)에 조사하는 레이저 빔과 동일한 파장의 광을, 레이저 빔 조사 유닛(42)에 비해 저출력으로 집광 렌즈(54a)에 조사해도 좋다 .
이에 따라, 레이저 빔 조사 유닛(42)로부터의 레이저 빔의 집광점의 위치와, 광원(52)로부터의 광의 집광점의 위치와의 차이(즉, 집광 렌즈(46a)로의 색수차에 기인하는 집광점의 위치 어긋남)를 없앨 수 있다.
또한, 상술의 실시형태에서는, 집광 렌즈(46a)의 위치를 조정하는 집광 렌즈 위치 조정 유닛을, 수직 이동 기구(32)로 했다. 그러나, 집광 렌즈 위치 조정 유닛은, 척 테이블(26)의 유지면(26a)에 대해서 집광점의 위치를 Z축 방향으로 이동시킬 수 있으면, 수직 이동 기구(32)에 한정되지 않는다. 집광 렌즈 위치 조정 유닛은, 조사 헤드(46)에 대해서 집광 렌즈(46a)를 Z축 방향으로 이동시키는 렌즈 이동 기구여도 좋다.
또한, 상술의 산출부(66)는, 화상의 전체에 걸쳐 화소값의 미분값(콘트라스트 값)을 산출하고, 콘트라스트 값의 대표값으로서, 콘트라스트 값의 최대치가 사용되었다. 그러나, 산출부(66)는, 레티클(54b)의 패턴과 비패턴과의 경계를 포함하는 화상의 일부의 영역에 있어서만 미분값(콘트라스트 값)을 산출해도 좋다. 이 경우, 콘트라스트 값의 대표값으로서, 해당 일부의 영역에서의 콘트라스트 값의 최대치가 사용된다.
그런데, 상술의 실시형태에서는, 상면(11a)이 경면 처리되어 있지 않은 피가공물(11)이 사용되었다. 그러나, 상면(11a)이 경면 처리된 소위 미러 웨이퍼인 피가공물(11)이나, 레이저 빔 및 광원(52)로부터의 광이 각각 투과하는 수지막, 수지 시트 등이 상면(11a)에 설치된 피가공물(11)이 사용되어도 좋다.
11　피가공물
11a　상면
11b　하면
13　점착 테이프
15　프레임
17　프레임 유닛
2　레이저 가공 장치
4　베이스
6　수평 이동 기구(가공 이송 기구, 인덱싱 이송 기구)
8　Y축 가이드 레일
10　Y축이동 테이블
12　Y축볼 나사
14　Y축 펄스 모터
16　X축 가이드 레일
18　X축 이동 테이블
20　X축 볼 나사
22　X축 펄스 모터
24　테이블 베이스
26　척 테이블
26a　유지면
28　클램프
30　지지 구조
32　수직 이동 기구(집광 렌즈 위치 조정 유닛)
34　Z축 가이드 레일
36　Z축 이동 테이블
38　Z축 펄스 모터
40　지지 도구
42　레이저 빔 조사 유닛
42a　레이저 발진기
42b　미러
44　하우징
46　조사 헤드
46a　집광 렌즈
48　얼라인먼트용 카메라 유닛
50　패턴 투영 유닛
52　광원
54a　집광 렌즈
54b　레티클
54c　콜리메이트 렌즈
54d　반투명경
54e　다이크로익 미러
54f　광축
56　카메라 유닛(촬상 유닛)
58　위치 조정 장치
60　디스플레이
A　상면

Claims (2)

  1. 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈의 위치를 조정하는 위치 조정 방법으로서,
    척 테이블로 피가공물을 유지하는 유지 단계와,
    상기 유지 단계 후, 광원으로부터 레티클에 광을 조사하여, 상기 척 테이블로 유지된 상기 피가공물의 상면에 상기 집광 렌즈를 통해 상기 레티클의 패턴을 투영시킨 상태로, 상기 집광 렌즈를 포함하는 미리 정해진 광학계의 광축을 따라 상기 집광 렌즈를 작동시킴으로써, 상기 집광 렌즈를 상기 광축 상의 복수의 위치에 위치시켜서, 각 위치에 위치되었을 경우의 상기 상면을 촬상하는 촬상 단계와,
    상기 촬상 단계에서 얻어진 각 화상의 콘트라스트 값을 산출하는 산출 단계와,
    상기 산출 단계에서 산출된 각 화상의 콘트라스트 값에 기초하여, 상기 촬상 단계에서 상기 집광 렌즈가 위치되어 있지 않은 위치에 상기 집광 렌즈를 위치시켰을 경우에 얻어지는 화상의 콘트라스트 값을 다항식 보간함으로써, 콘트라스트 값이 최대를 기록하는 화상이 얻어지는 상기 집광 렌즈의 위치를 예측하는 예측 단계와,
    상기 예측 단계에서 예측된 콘트라스트 값이 최대를 기록하는 화상이 얻어지는 상기 집광 렌즈의 위치에 상기 집광 렌즈를 위치시키는 위치 조정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위치 조정 방법.
  2. 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈의 위치를 조정하는 위치 조정 장치로서,
    피가공물을 유지하는 척 테이블과,
    상기 집광 렌즈를 가지는 레이저 빔 조사 유닛과,
    레티클과, 상기 레티클에 광을 조사하는 광원을 포함하고, 상기 광원으로부터 상기 레티클에 광을 조사함으로써 상기 척 테이블로 유지된 상기 피가공물의 상면에 상기 집광 렌즈를 통해 상기 레티클의 패턴을 투영시키는 패턴 투영 유닛과,
    상기 상면에 상기 레티클의 패턴이 투영된 상태로, 상기 집광 렌즈를 포함한 미리 정해진 광학계의 광축을 따라 상기 집광 렌즈의 위치를 조정하는 집광 렌즈 위치 조정 유닛과,
    상기 레티클의 패턴이 투영된 상태로, 상기 집광 렌즈가 상기 광축 상의 복수의 위치에 위치되었을 경우에 상기 상면의 화상을 각각 얻는 촬상 유닛과,
    상기 촬상 유닛으로 촬상된 화상을 처리하는 처리부
    를 포함하고,
    상기 처리부는,
    상기 촬상 유닛으로 얻어진 각 화상의 콘트라스트 값을 산출하는 산출부와,
    상기 산출부에서 산출된 각 화상의 콘트라스트 값을 기억하는 기억부와,
    상기 기억부에서 기억된 각 화상의 콘트라스트 값에 기초하여, 상기 촬상 유닛으로 상기 집광 렌즈가 위치되어 있지 않은 위치에 상기 집광 렌즈를 위치시켰을 경우에 얻어지는 화상의 콘트라스트 값을 다항식 보간함으로써, 콘트라스트 값이 최대를 기록하는 화상이 얻어지는 상기 집광 렌즈의 위치를 예측하는 예측부
    를 포함하고,
    상기 레이저 빔으로 상기 피가공물을 가공하는 경우에, 상기 집광 렌즈 위치 조정 유닛은, 상기 예측부에서 예측된 콘트라스트 값이 최대를 기록하는 화상이 얻어지는 상기 집광 렌즈의 위치에 상기 집광 렌즈를 위치시키는 것을 특징으로 하는 위치 조정 장치.
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