KR20210037535A

KR20210037535A - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20210037535A
Application number: KR1020200111623A
Authority: KR
Inventors: 게이지 노마루
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2020-09-02
Publication date: 2021-04-06
Also published as: JP2021053654A; DE102020212094A1; TW202112476A; US20210094128A1; US11938570B2; JP7408332B2; CN112658473A

Abstract

(과제) 피가공물의 높이를 적정하게 계측하여, 원하는 위치에 레이저 가공을 실시할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공한다.
(해결 수단) 레이저 가공 장치의 레이저 광선 조사 유닛은, 레이저 발진기와 집광기를 잇는 제 1 광로에 배치 형성된 빔 스플리터와, 빔 스플리터에 의해 분기된 제 2 광로에 배치 형성된 광대역 광원과, 광대역 광원과 빔 스플리터의 사이에 배치 형성되어 제 2 광로로부터 제 3 광로로 분기하는 분광기와, 분광기에 의해 분기된 제 3 광로에 배치 형성되어 광대역 광원의 광이 집광기에 의해 집광되고 척 테이블에 유지된 피가공물에서 반사된 복귀광의 파장에 대응한 광의 강도에 따라 피가공물의 Z 축 방향의 위치를 검출하는 Z 위치 검출 유닛과, 그 Z 위치에 따라서 집광기를 Z 축 방향으로 이동시키는 집광기 이동 기구를 포함한다.

Description

레이저 가공 장치{LASER MACHINING APPARATUS}

본 발명은, 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하여 가공을 실시하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

IC, LSI 등의 복수의 디바이스가 교차하는 복수의 분할 예정 라인에 의해 구획되어 표면에 형성된 웨이퍼는, 레이저 가공 장치에 의해 개개의 디바이스 칩으로 분할되고, 분할된 디바이스 칩은 휴대 전화, 퍼스널 컴퓨터 등의 전기 기기에 이용된다.

레이저 가공 장치는, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 그 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하여 가공을 실시하는 레이저 광선 조사 유닛과, 그 척 테이블과 그 레이저 광선 조사 유닛을 X 축 방향으로 가공 이송하는 X 축 이송 기구와, 그 척 테이블과 그 레이저 광선 조사 유닛을 X 축 방향과 직교하는 Y 축 방향으로 가공 이송하는 Y 축 이송 기구와, 제어 유닛을 구비하고 있고, 웨이퍼를 고정밀도로 가공할 수 있다.

또, 레이저 가공 장치를 구성하는 레이저 광선 조사 유닛은, 피가공물에 따라서 흡수성을 갖는 파장의 레이저 광선을 조사하여 피가공물의 상면에 어블레이션 가공을 실시하는 타입의 것 (예를 들어 특허문헌 1 을 참조) 과, 피가공물에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 피가공물의 내부에 조사하여 개질층을 형성하는 타입의 것 (예를 들어 특허문헌 2 를 참조) 이 존재한다.

특히, 피가공물의 내부에 개질층을 형성하는 타입의 것에 있어서는, 웨이퍼의 두께 편차나 기복에 의해 원하는 내부 위치에 개질층을 형성할 수 없는 경우가 있어, 웨이퍼의 상면 또는 하면의 높이를 계측기에 의해 계측하여 적정한 내부 위치에 레이저 광선의 집광점을 위치시키는 기술이 제안되어 있다 (특허문헌 3 을 참조).

일본 공개특허공보 2004-188475호 일본 특허공보 제3408805호 일본 공개특허공보 2012-002604호

특허문헌 3 에 기재된 기술에서는, 소정의 파장 영역을 갖는 광을 피가공물에 조사하고 반사된 반사광에 기초하여 분광 간섭 파형을 구해, 피가공물인 웨이퍼의 높이를 검출하고 있다. 그러나, 그 분광 간섭 파형을 사용하여 웨이퍼의 높이를 계측하는 경우, 웨이퍼의 상면의 적층물에 의해 생기는 분광 간섭 파형이 외란이 되어, 계측 정밀도가 낮다는 문제가 있다. 또, 분광 간섭 파형을 사용한 계측은, 비교적 넓은 측정 영역에 광을 조사할 필요가 있어, 좁은 영역에 있어서, 핀 포인트로 정밀도가 높은 측정을 실시하는 것이 곤란하다고 하는 문제도 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 피가공물의 높이를 적정하게 계측하여, 원하는 위치에 레이저 가공을 실시할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 레이저 가공 장치로서, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 그 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하여 가공을 실시하는 레이저 광선 조사 유닛과, 그 척 테이블과 그 레이저 광선 조사 유닛을 X 축 방향으로 상대적으로 가공 이송하는 X 축 이송 기구와, 그 척 테이블과 그 레이저 광선 조사 유닛을 X 축 방향과 직교하는 Y 축 방향으로 상대적으로 가공 이송하는 Y 축 이송 기구와, 제어 유닛을 구비하고, 그 레이저 광선 조사 유닛은, 레이저를 발진하는 레이저 발진기와, 그 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 광선을 그 척 테이블에 유지된 피가공물에 X 축 방향 및 Y 축 방향과 직교하는 Z 축 방향의 임의의 위치에 집광하는 집광기와, 그 레이저 발진기와 그 집광기를 잇는 제 1 광로에 배치 형성된 빔 스플리터와, 그 빔 스플리터에 의해 분기된 제 2 광로에 배치 형성된 광대역 광원과, 그 광대역 광원과 그 빔 스플리터의 사이에 배치 형성되어 그 제 2 광로로부터 제 3 광로로 분기하는 분광기와, 그 분광기에 의해 분기된 그 제 3 광로에 배치 형성되어 그 광대역 광원의 광이 그 집광기에 의해 집광되고 그 척 테이블에 유지된 피가공물에서 반사된 복귀광의 파장에 대응한 광의 강도에 따라 피가공물의 그 Z 축 방향의 Z 위치를 검출하는 Z 위치 검출 유닛과, 그 Z 위치에 따라서 그 집광기를 그 Z 축 방향으로 이동시키는 집광기 이동 기구를 포함하는 레이저 가공 장치가 제공된다.

바람직하게는, 그 제 2 광로는 광 파이버로 구성되고, 그 광대역 광원으로부터의 광은 그 광 파이버에 의해 유도되고, 그 광 파이버의 단면으로부터 조사된 광은 콜리메이트 렌즈를 통하여 그 광을 투과하는 그 빔 스플리터로 유도되고, 그 제 2 광로에는, 그 광 파이버의 단면과 그 콜리메이트 렌즈와의 간격을 조정하는 간격 조정 기구가 배치 형성되고, 그 간격 조정 기구에 의해 그 집광기에 의해 집광되는 그 광대역 광원의 광의 집광 위치가 조정된다.

바람직하게는, 그 레이저 발진기는, 피가공물에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저를 발진하고, 그 집광기는, 피가공물의 내부에 집광점을 위치시켜 개질층을 형성한다.

바람직하게는, 그 제어 유닛은, 그 Z 위치 검출 유닛에 의해 검출된 피가공물의 그 Z 축 방향에 있어서의 Z 위치를, X 축 및 Y 축의 좌표와 함께 Z 축의 좌표로 기억하는 좌표 기억부를 포함하고, 그 제어 유닛은, 그 좌표 기억부에 기억된 좌표에 기초하여, 그 집광기 이동 기구를 제어하여 그 척 테이블에 유지된 피가공물에 가공을 실시한다.

바람직하게는, 그 제어 유닛은, 그 Z 위치 검출 유닛에 의해 검출된 그 Z 축 방향의 Z 위치에 추수 (追隨) 하여 그 집광기 이동 기구를 제어하여, 그 척 테이블에 유지된 피가공물에 가공을 실시한다.

본 발명에 의하면, 광대역 광원이 발하는 광에 포함되는 복수의 파장에 대응하는 복수의 집광점이 피가공물에 조사되고, 피가공물에 집광점이 맞은 파장의 광의 강도에 따라 높이를 계측함으로써, 웨이퍼 상면의 적층물이 있어도, 적정하게 높이를 계측할 수 있어, 분광 간섭 파형과 같이 외란이 발생하지 않고 계측 정밀도가 향상된다. 또, 초점이 맞은 위치의 높이가 계측되기 때문에, 스트리트와 같이 좁은 영역에서의 핀 포인트의 계측이 가능해진다.

도 1 은, 본 발명 실시형태의 레이저 가공 장치의 전체 사시도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치에 구비된 광학계를 나타내는 블록도이다.
도 3 은, 도 1 에 나타내는 집광기에 배치 형성된 집광 렌즈에 의해 파장마다의 상이한 위치에 집광점이 형성되는 양태를 나타내는 측면도이다.
도 4 는, 도 2 에 나타내는 간격 조정 기구의 원리를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5 는, 도 2 에 나타내는 Z 위치 검출 유닛에 의해 검출되는 파형의 천이예를 나타내는 개념도이다.
도 6 의 (a) 는, 제어 유닛에 기억된 Z 좌표 테이블, (b) 는 제어 유닛의 Z 좌표 기억부에 기억된 테이블이다.
도 7 의 (a) 는, Z 위치를 검출하면서 레이저 가공을 실시할 때의 양태를 나타내는 측면도, (b) 는 (a) 에 나타내는 레이저 가공을 실시할 때에 Z 위치 검출 유닛에 의해 검출되는 파형의 천이예를 나타내는 개념도이다.

이하, 본 발명 실시형태의 레이저 가공 장치에 대해, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 1 에는, 본 실시형태의 레이저 가공 장치 (2) 의 전체 사시도가 나타나 있다. 레이저 가공 장치 (2) 는, 기대 (2A) 상에 배치되고, 판상의 피가공물에 대해 레이저 광선을 조사하는 가공 수단으로서의 레이저 광선 조사 유닛 (4) 과, 그 판상의 피가공물을 유지하는 유지 유닛 (22) 과, 유지 유닛 (22) 에 유지된 피가공물을 촬상하는 촬상 유닛 (6) 과, 레이저 광선 조사 유닛 (4) 및 유지 유닛 (22) 을 상대적으로 가공 이송하고, 촬상 유닛 (6) 및 유지 유닛 (22) 을 상대적으로 이동시키는 이송 기구 (23) 와, 기대 (2A) 상의 이송 기구 (23) 의 측방에 세워 형성되는 수직벽부 (261) 및 수직벽부 (261) 의 상단부로부터 수평 방향으로 연장되는 수평벽부 (262) 로 이루어지는 프레임체 (26) 를 구비하고 있다.

프레임체 (26) 의 수평벽부 (262) 의 내부에는, 레이저 광선 조사 유닛 (4) 을 포함하는 광학계 (뒤에서 상세히 서술한다) 가 수용된다. 수평벽부 (262) 의 선단부 하면측에는, 레이저 광선 조사 유닛 (4) 의 일부를 구성하는 집광기 (42) 가 배치 형성됨과 함께, 집광기 (42) 에 대해서 도면 중 화살표 X 로 나타내는 X 축 방향에서 인접하는 위치에 촬상 유닛 (6) 이 배치 형성된다. 수평벽부 (262) 의 상방에는, 레이저 가공 장치 (2) 의 가공 조건을 표시하거나, 오퍼레이터가 가공 조건을 입력하거나 하는 터치 패널 기능을 구비한 표시 유닛 (8) 이 배치된다. 또한, X 축 방향 및 Y 축 방향에 의해 규정되는 면은 실질적으로 수평이다.

유지 유닛 (22) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, X 축 방향에 있어서 자유롭게 이동할 수 있도록 기대 (2A) 에 탑재된 사각형상의 X 축 방향 가동판 (30) 과, Y 축 방향에 있어서 자유롭게 이동할 수 있도록 X 축 방향 가동판 (30) 에 탑재된 사각형상의 Y 축 방향 가동판 (31) 과, Y 축 방향 가동판 (31) 의 상면에 고정된 원통상의 지주 (支柱) (32) 와, 지주 (32) 의 상단에 고정된 사각형상의 커버판 (33) 을 포함한다. 커버판 (33) 에는 커버판 (33) 상에 형성된 긴 구멍을 통과하여 상방으로 연장되는 척 테이블 (34) 이 배치 형성되어 있다. 척 테이블 (34) 은, 원형상의 판상물을 유지하고, 지주 (32) 내에 수용된 도시하지 않은 회전 구동 유닛에 의해 회전 가능하게 구성된다. 척 테이블 (34) 의 상면에는, 통기성을 갖는 다공질 재료로 형성되고 실질상 수평으로 연장되는 원형상의 흡착 척 (35) 이 배치되어 있다. 흡착 척 (35) 은, 지주 (32) 를 통과하는 유로에 의해 도시하지 않은 흡인 수단에 접속되어 있고, 흡착 척 (35) 의 주위에는, 간격을 두고 클램프 (36) 가 4 개 배치되어 있다. 클램프 (36) 는, 환상의 프레임을 통하여 유지된 판상물을 척 테이블 (34) 에 고정시킬 때에, 그 프레임을 파지 (把持) 한다.

이송 기구 (23) 는, X 축 이송 기구 (50) 과 Y 축 이송 기구 (52) 를 포함한다. X 축 이송 기구 (50) 는, 모터 (50a) 의 회전 운동을, 볼 나사 (50b) 를 통하여 직선 운동으로 변환하여 X 축 방향 가동판 (30) 에 전달하고, 기대 (2A) 상의 안내 레일 (27, 27) 을 따라서 X 축 방향 가동판 (30) 을 X 축 방향에 있어서 진퇴시킨다. Y 축 이송 기구 (52) 는, 모터 (52a) 의 회전 운동을, 볼 나사 (52b) 를 통하여 직선 운동으로 변환하여, Y 축 방향 가동판 (31) 에 전달하고, X 축 방향 가동판 (30) 상의 안내 레일 (37, 37) 을 따라서 Y 축 방향 가동판 (31) 을 Y 축 방향에 있어서 진퇴시킨다.

본 실시형태에 있어서의 레이저 가공 장치 (2) 는, 척 테이블 (34) 의 X 축 방향의 이송량 (X 좌표 위치) 을 검출하기 위한 X 축 방향 이송량 검출 수단 (28) 을 구비하고 있다. 그 X 축 방향 이송량 검출 수단 (28) 은, 안내 레일 (27) 을 따라서 배치 형성된 리니어 스케일 (28a) 과, X 축 방향 가동판 (30) 의 하면측에 배치 형성되고 X 축 방향 가동판 (30) 과 함께 리니어 스케일 (28a) 을 따라서 이동하는 판독 헤드 (도시는 생략한다) 로 이루어져 있다. 이 X 축 방향 이송량 검출 수단 (28) 의 그 판독 헤드는, 본 실시형태에 있어서는 1 ㎛ 마다 1 펄스의 펄스 신호를 제어 유닛 (100) 으로 보낸다.

또한, 레이저 가공 장치 (2) 는, Y 축 방향 가동판 (31) 의 Y 축 방향에 있어서의 Y 축 방향 이송량 (Y 좌표 위치) 을 검출하기 위한 Y 축 방향 이송량 검출 수단 (38) 을 구비하고 있다. Y 축 방향 이송량 검출 수단 (38) 은, X 축 방향 가동판 (30) 상에 배치 형성되고 Y 축 방향의 연장되는 안내 레일 (37) 을 따라서 배치 형성된 리니어 스케일 (38a) 과, Y 축 방향 가동판 (31) 의 하면측에 배치 형성되고 Y 축 방향 가동판 (31) 과 함께 리니어 스케일 (38a) 을 따라서 이동하는 판독 헤드 (도시는 생략한다) 로 이루어져 있다. Y 축 방향 이송량 검출 수단 (38) 의 판독 헤드는, 상기한 X 축 이송량 검출 수단 (28) 과 마찬가지로, 1 ㎛ 마다 1 펄스의 펄스 신호를 제어 유닛 (100) 으로 보낸다. 그리고 제어 유닛 (100) 은, 입력된 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블 (34) 의 Y 좌표 위치를 검출한다. 상기한 X 축 방향 이송량 검출 수단 (28), 및 Y 축 방향 이송량 검출 수단 (38) 에 의해, 유지 유닛 (22) 의 척 테이블 (34) 의 X 좌표, Y 좌표 위치를 정확하게 검출하면서, 촬상 유닛 (6), 및 레이저 광선 조사 유닛 (4) 에 대해 척 테이블 (34) 을 이동시켜 원하는 위치에 위치시킬 수 있다.

촬상 유닛 (6) 은, 유지 유닛 (22) 을 구성하는 척 테이블 (34) 에 유지되는 판상물을 촬상하여, 레이저 광선 조사 유닛 (4) 의 집광기 (42) 와, 그 판상물의 가공 영역과의 위치 맞춤을 행하기 위한 얼라인먼트에 이용된다.

레이저 가공 장치 (2) 는, 제어 유닛 (100) 을 구비하고 있다. 제어 유닛 (100) 은, 컴퓨터에 의해 구성되고, 제어 프로그램에 따라서 연산 처리하는 중앙 연산 처리 장치 (CPU) 와, 제어 프로그램 등을 격납하는 리드 온리 메모리 (ROM) 와, 검출한 검출치, 연산 결과 등을 일시적으로 격납하기 위한 읽고 쓰기 가능한 랜덤 액세스 메모리 (RAM) 와, 입력 인터페이스, 및 출력 인터페이스를 구비하고 있다 (상세한 내용에 관한 도시는 생략). 또한, 도 1 에서는, 제어 유닛 (100) 을 설명의 형편상 레이저 가공 장치 (2) 의 외부에 나타내고 있지만, 실제로는, 레이저 가공 장치 (2) 의 내부에 수용되어 있다.

레이저 가공 장치 (2) 에 의해 레이저 가공이 실시되는 피가공물은, 예를 들어, 도 1 에 나타내는 바와 같은 반도체의 웨이퍼 (10) 이다. 웨이퍼 (10) 는, 복수의 디바이스 (14) 가 교차하는 복수의 분할 예정 라인 (12) 에 의해 구획되어 표면에 형성된 것으로, 점착 테이프 (T) 를 통하여, 환상의 프레임 (F) 에 유지되어 있다. 도 2 를 참조하면서, 레이저 광선 조사 유닛 (4) 을 포함하는 광학계에 대해, 이하에서 설명한다. 또한, 설명의 형편상, 도 2 에 나타내는 각 구성의 치수비는 적절히 조정되어 있으며, 실제의 치수비와는 다르다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 레이저 광선 조사 유닛 (4) 은, 레이저를 발진하는 레이저 발진기 (44) 와, 레이저 발진기 (44) 로부터 출사된 레이저 광선 (LB) 을 유지 유닛 (22) 의 척 테이블 (34) 에 유지된 웨이퍼 (10) 에 집광하는 집광기 (42) 와, 레이저 발진기 (44) 와 집광기 (42) 를 잇는 제 1 광로 (S1) 에 배치 형성된 빔 스플리터 (70) 와, 빔 스플리터 (70) 에 의해 분기된 제 2 광로 (S2) 에 배치 형성된 광대역 광원 (61) 과, 광대역 광원 (61) 과 빔 스플리터 (70) 의 사이에 배치 형성되어 제 2 광로 (S2) 로부터 제 3 광로 (S3) 로 분기하는 분광기 (62) 와, 분광기 (62) 에 의해 분기된 제 3 광로 (S3) 에 배치 형성되어 광대역 광원 (61) 의 광 (L0) 이 집광기 (42) 에 의해 집광되고 유지 유닛 (22) 에 유지된 웨이퍼 (10) 에서 반사된 복귀광 (L1) 의 파장에 대응한 광의 강도에 따라 웨이퍼 (10) 의 표면 위치인 Z 축 방향의 Z 위치를 검출하는 Z 위치 검출 유닛 (64) 과, Z 위치 검출 유닛 (64) 에 의해 검출된 Z 위치 (Z 좌표) 에 따라서 집광기 (42) 를, 도면 중에 R1 또는 R2 로 나타내는 Z 축 방향으로 이동시키는 집광기 이동 기구 (43) 를 구비하고 있다. 집광기 이동 기구 (43) 는, 예를 들어, 피에조 소자, 또는 보이스 코일 모터 등에 의해 구성되고, 제어 유닛 (100) 에 의해 발해진 지시 신호에 기초하여 정밀하게 제어된다.

레이저 발진기 (44) 는, 웨이퍼 (10) 에 대해 투과성을 갖는, 예를 들어 파장이 1340 ㎚ 인 레이저 광선 (LB) 을 출사한다. 제 1 광로 (S1) 에 배치 형성된 빔 스플리터 (70) 는, 예를 들어 다이크로익 미러로 구성된다. 빔 스플리터 (70) 는, 레이저 발진기 (44) 로부터 출사된 레이저 광선 (LB) 의 파장을 포함하는 1300 ㎚ ∼ 1400 ㎚ 의 파장의 광을 반사하고, 그 이외의 파장의 광을 투과시키도록 설정되어 있다. 빔 스플리터 (70) 에서 반사된 레이저 광선 (LB) 은, 집광기 (42) 로 유도되고, 집광 렌즈 (42a) 에 의해 웨이퍼 (10) 의 소정의 내부 위치에 집광점을 위치시켜 개질층을 형성한다.

상기한 제 2 광로 (S2) 는, 그 대부분이 광 파이버 (FB) 에 의해 구성되어 있다. 제 2 광로 (S2) 의 일단측에는, 광대역 광원 (61) 이 배치 형성되어 있고, 광대역 광원 (61) 에 의해 발생되는 광대역의 광 (L0) 은, 예를 들어, 150 ㎚ ∼ 850 ㎚ 의 범위의 파장의 광을 균형있게 포함하는 백색광으로 할 수 있다. 광대역 광원 (61) 을 구성하는 광원은, 예를 들어, 할로겐 광원, SLD 광원, LED 광원, 수퍼컨티늄 광원 등을 채용할 수 있다. 광대역 광원 (61) 으로부터 발해지는 광 (L0) 을 구성하는 광의 파장의 범위는, 상기한 범위로 한정되지 않고, 더 좁은 범위, 혹은 넓은 범위로 할 수 있으며, 파장의 범위에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니다.

광대역 광원 (61) 에 의해 발생되어진 광 (L0) 은, 광 파이버 (FB) 상의 분광기 (62) 를 직진하여, 광 파이버 (FB) 의 단면 (63) 으로부터 조사된 광 (L0) 은, 제 2 광로 (S2) 상에 배치 형성된 콜리메이트 렌즈 (65) 로 유도된다. 제 2 광로 (S2) 상에는, 광 파이버 (FB) 의 단면 (63) 의 근방을 지지하고, 그 단면 (63) 과 콜리메이트 렌즈 (65) 와의 간격을 조정하는 간격 조정 기구 (80) 가 배치 형성되어 있다. 간격 조정 기구 (80) 는, 광 파이버 (FB) 의 단면 (63) 의 근방을 지지하는 광 파이버 홀더 (82) 와, 펄스 모터 (84) 와, 펄스 모터 (84) 의 회전을 광 파이버 홀더 (82) 에 전달하여 직선 운동으로 변환하는 볼 나사 (86) 를 구비하고 있고, 펄스 모터 (84) 를 정회전 또는 역회전시킴으로써, 광 파이버 (FB) 의 단면 (63) 의 위치를 화살표 R3, R4 로 나타내는 방향으로 진퇴시킬 수 있다.

상기한 광 파이버 (FB) 의 단면 (63) 으로부터 조사되어 콜리메이트 렌즈 (65) 로 유도된 광 (L0) 은, 빔 스플리터 (70) 를 투과하여, 제 1 광로 (S1) 로 유도되고, 집광기 (42) 에 배치 형성된 집광 렌즈 (42a) 에 도입된다. 본 실시형태에서는, 집광 렌즈 (42a) 는 색수차 집광 렌즈이고, 집광 렌즈 (42a) 를 통과한 광 (L0) 은, 척 테이블 (34) 상에 유지된 웨이퍼 (10) 의 표면을 포함하는 집광 렌즈 (42a) 의 광축 상의 소정의 범위 (약 30 ㎛) 에 걸쳐, 파장마다의 상이한 위치에 집광점을 형성한다. 보다 구체적으로는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 광 (L0) 에 포함되는 500 ㎚ 파장의 광의 집광점 (P0) 을 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 상에 설정한 경우, 500 ㎚ 파장의 광의 집광점 (P0) 이 형성된 위치보다 상방측에 500 ㎚ 보다 짧은 파장의 광의 집광점이 형성되고, 예를 들어, 200 ㎚ 파장의 광의 집광점 (P1) 은, 집광점 (P0) 의 위치에 대해 15 ㎛ 상방에 형성된다. 또, 집광점 (P0) 이 형성된 위치보다 하방측에는, 500 ㎚ 보다 긴 파장의 광의 집광점이 형성되고, 예를 들어 800 ㎚ 파장의 광의 집광점 (P2) 은, 집광점 (P0) 의 위치에 대해 15 ㎛ 하방에 형성된다. 즉, 광대역 광원 (61) 에 의해 발생되어진 광 (L0) 의 집광점은, 웨이퍼 (10) 의 상면의 위치를 기준으로 하면, 집광 렌즈 (42a) 의 작용에 의해, 대체로 -15 ㎛ ∼ ＋15 ㎛ 의 범위에 형성되게 된다.

상기한 간격 조정 기구 (80) 의 원리에 대해, 도 4 를 참조하면서 설명한다. 또한, 도 4 는, 간격 조정 기구 (80) 의 작용을 설명하기 위한 개념도로, 빔 스플리터 (70) 나 집광기 (42), 광 파이버 홀더 (82) 등의 구성은 생략되어 있다. 광 파이버 (FB) 의 단면 (63) 으로부터 조사되는 광 (L0) 이, 콜리메이트 렌즈 (65) 에 의해 평행광이 되는 초점 위치를 기준 위치 (B) 로 한다. 광 파이버 (FB) 의 단면 (63) 이, 이 기준 위치 (B) 에 있는 경우에는, 콜리메이트 렌즈 (65), 집광 렌즈 (42a) 를 거쳐, 도 중 PB 로 나타내는 위치에 집광점을 형성한다.

상기한 기준 위치 (B) 에 대해 화살표 R3 으로 나타내는 방향으로 광 파이버 (FB) 의 단면 (63) 을 이동시킨 경우, 광 (L0) 은, 단면 (63) 으로부터 점선으로 나타내는 바와 같이 진행하여, 집광 렌즈 (42a) 에 의해 형성되는 집광점 (Pa) 의 위치가, 단면 (63) 이 기준 위치 (B) 에 있는 경우에 집광점을 형성하는 집광점 (PB) 에 대해 상방으로 이동한다. 반대로, 광 파이버 (FB) 의 단면 (63) 을, 이 기준 위치 (B) 에 대해 화살표 R4 로 나타내는 방향으로 이동시키면, 광 (L0) 은, 단면 (63) 으로부터 실선으로 나타내는 바와 같이 진행하여, 집광 렌즈 (42a) 에 의해 형성되는 집광점 (Pb) 의 위치가, 상기한 집광점 (PB) 에 대해 하방으로 이동한다. 이와 같은 간격 조정 기구 (80) 의 작용에 의해 조정되는 제 1 광로 (S1) 를 진행하여 조사되는 레이저 광선 (LB) 의 집광점 위치와는 독립적으로 광 (L0) 의 집광점 위치를 임의의 위치로 조정하는 것이 가능해진다. 또한, 상기한 바와 같이 집광 렌즈 (42a) 는 색수차 집광 렌즈인 점에서, 간격 조정 기구 (80) 에 의해 광 파이버 (FB) 의 단면 (63) 을 상하 방향으로 이동시킴으로써, 광 (L0) 에 포함되는 광의 파장마다 집광점이 형성되는 소정의 범위 전체가 상하 방향으로 이동하게 된다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 광 (L0) 의 집광점이 형성되는 소정의 범위를 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 근방에 위치시키면, 집광점을 형성한 소정의 파장의 광이 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 에서 반사되어 복귀광 (L1) 을 생성한다. 복귀광 (L1) 은, 광대역의 광이 아니라, 상기한 바와 같이, 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 에 위치되어진 집광점을 형성한 소정의 파장을 주로 포함하는 광이다.

웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 에서 반사된 복귀광 (L1) 은, 도 2 에 의해 이해되는 바와 같이, 광대역 광원 (61) 으로부터 조사된 광 (L0) 이 거쳐간 광로, 즉 빔 스플리터 (70), 콜리메이트 렌즈 (65), 광 파이버 (FB) 를 거슬러 올라가 분광기 (62) 에 도달하고, 도면에 나타내는 바와 같이, 분광기 (62) 에 의해 광대역 광원 (61) 이 배치 형성된 제 2 광로 (S2) 와는 별도의 제 3 광로 (S3) 로 분기되고, Z 위치 검출 유닛 (64) 에 도입된다. 분광기 (62) 는, 광 파이버 (FB) 를 통과하는 광을 분기시키는 구성으로, 예를 들어, 주지된 광 써큐레이터를 채용할 수 있다.

Z 위치 검출 유닛 (64) 은, 예를 들어, 도입된 복귀광 (L1) 을 파장마다 분리하여 분산시키는 회절 격자 (64a) 와, 회절 격자 (64a) 에 의해 분산된 광 (L2) 을 수광하고 그 수광한 위치에 따른 파장마다의 광 강도를 검출하는 라인 센서 (64b) 로 구성된다. 라인 센서 (64b) 는, CCD 등의 복수의 수광 소자가 소정 방향으로 일렬로 나란하게 구성된 센서로, 각 수광 소자에서 광 강도를 검출한다. 라인 센서 (64b) 에 의해 검출된 신호는, 제어 유닛 (100) 으로 송신되고, 이 Z 위치 검출 유닛 (64) 에 의해 검출된 신호에 기초하여, 복귀광 (L1) 의 파장 및 광 강도가 검출된다.

본 실시형태의 제어 유닛 (100) 은, Z 위치 검출 유닛 (64) 에 의해 Z 위치를 검출할 때에 사용하는 Z 좌표 테이블 (110) 과, 검출된 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 의 Z 축 방향에 있어서의 Z 위치 (Z 좌표) 를, X 축 이송량 검출 수단 (28), Y 축 이송량 검출 수단 (38) 에 의해 검출되는 X 축의 좌표, Y 축의 좌표에 연관시켜 기억하는 좌표 기억부 (120) 를 구비하고, 좌표 기억부 (120) 에 기억된 Z 위치에 추수하여 집광기 (42) 의 집광점 위치를 이동시키기 위한 집광기 이동 기구 (43) 를 제어하여, 유지 유닛 (22) 에 유지된 웨이퍼 (10) 에 레이저 가공을 실시하는 기능을 나타낸다.

본 실시형태의 레이저 가공 장치 (2) 는, 대체로 상기한 대로의 구성을 구비하고 있고, 이하에 상기한 레이저 가공 장치 (2) 를 사용하여, 피가공물인 웨이퍼 (10) 에 대해 레이저 가공을 실시하는 순서에 대해 설명한다.

도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치 (2) 에 의해 레이저 가공을 실시함에 있어서, 상기한 바와 같이, 점착 테이프 (T) 를 통하여 환상의 프레임 (F) 에 지지된 웨이퍼 (10) 를 준비하여, 척 테이블 (34) 상에 재치 (載置) 하고, 도시하지 않은 흡인 수단을 작동시켜, 흡인 유지한다.

이어서, 이송 기구 (23) 를 작동하여, 척 테이블 (34) 을 촬상 유닛 (6) 의 바로 아래에 위치시키고, 웨이퍼 (10) 의 표면을 촬상하여, 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실시함으로써, 웨이퍼 (10) 상에 있어서 레이저 광선 (LB) 을 조사해야 할 분할 예정 라인 (12) 의 위치를 검출한다 (얼라인먼트). 그 얼라인먼트를 실시한 후, 척 테이블 (34) 을 추가로 이동시켜, 집광기 (42) 의 바로 아래에 웨이퍼 (10) 상의 레이저 가공을 개시하는 분할 예정 라인 (12) 의 단부를 위치시킨다.

집광기 (42) 의 바로 아래에 웨이퍼 (10) 상의 가공 개시 위치를 위치시켰다면, 제어 유닛 (100) 으로부터의 제어 신호에 기초하여, 집광기 이동 기구 (43) 를 작동하여, 집광기 (42) 의 집광 렌즈 (42a) 에 의해 집광되는 광 (L0) 의 집광점 가운데, 파장 500 ㎚ 의 광에 의해 형성되는 집광점 (P0) 이, 설계 정보에 근거한 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 의 높이에 형성되도록 한다 (도 3 을 참조). 이 때, 간격 조정 기구 (80) 에서는, 광 파이버 (FB) 의 단면 (63) 으로부터 조사되는 광 (L0) 이, 콜리메이트 렌즈 (65) 에 의해 평행광이 되는 기준 위치에 광 파이버 (FB) 의 단면 (63) 이 위치되어져 있어, 웨이퍼 (10) 의 설계상의 두께에 따른 위치에 정확하게 위치되어진다. 또한, 상기한 가공 개시 위치의 X 좌표, Y 좌표는, X 축 방향 이송량 검출 수단 (28) 및 Y 축 방향 이송량 검출 수단 (38) 에 의해 특정되고, 예를 들어 (X₁, Y₁) 이다.

그런데, 웨이퍼 (10) 의 두께에는, 그 위치에 따라서 미소한 편차가 있거나, 기복이 있거나 하여, 상기한 바와 같이, 설계상의 웨이퍼 (10) 의 두께에 따른 위치에 집광기 (42) 에 의해 집광되는 집광점 (P0) 을 위치시켜도, 반드시 실제 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 에, 집광점 (P0) 이 위치되어진다고는 할 수 없다.

여기서, 본 실시형태에 있어서는, 광대역 광원 (61) 을 작동함과 함께 집광기 이동 기구 (43) 를 작동하여, 백색광인 광 (L0) 을 조사한다. 상기한 바와 같이, 광대역 광원 (61) 으로부터 조사된 광 (L0) 은, 제 2 광로 (S2), 빔 스플리터 (70), 및 제 1 광로 (S1) 를 거쳐, 집광 렌즈 (42a) 로 유도되고, 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 의 근방에 집광점을 형성한다. 이 광 (L0) 은, 집광 렌즈 (42a) 가 색수차 집광 렌즈인 것에 의해서, 척 테이블 (34) 의 표면 (10a) 을 포함하는 소정 범위에 걸쳐 광 (L0) 을 구성하는 각 파장의 길이에 따라서 집광 렌즈 (42a) 의 광축 상의 소정 폭에 걸쳐 상이한 위치에 집광점을 형성한다. 그래서, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 이 존재하는 위치에 정확하게 집광점 (P0) 을 위치시키기 위해, P0 으로 나타내는 위치에 집광점을 형성한 파장 (500 ㎚) 의 광이 가장 강하게 반사되도록 집광기 이동 기구 (43) 를 조정한다.

상기한 P0 으로 나타내는 위치에서 반사된 복귀광 (L1) 은, 제 1 광로 (S1), 제 2 광로 (S2) 를 거쳐 분광기 (62) 로 유도되어, 제 3 광로 (S3) 로 분기되고, Z 위치 검출 유닛 (64) 으로 유도된 복귀광 (L1) 은, Z 위치 검출 유닛 (64) 의 회절 격자 (64a) 를 거침으로써, 파장의 길이에 따라서 분산된 분산광 (L2) 이 되어, 라인 센서 (64b) 에 조사된다. 여기서, 상기한 분산광 (L2) 을 위치 검출 수단 (64) 으로 유도한 경우, 분산광 (L2) 은 광대역의 광이 아니라, 상기한 P0 으로 나타내는 위치에 집광점을 형성한 파장 (500 ㎚) 의 광을 강하게 반사시킨 것이기 때문에, 라인 센서 (64b) 에 조사된 분산광 (L2) 의 광 강도 신호는, 제어 유닛 (100) 으로 송신되어, 도 5 에 (a) 로 나타내는 파형 (실선으로 나타낸다) 을 형성한다.

상기한 바와 같이, 분산광 (L2) 에 의해, 파장 500 ㎚ 에 대응하는 위치에 피크가 형성되었다면, 제어 유닛 (100) 에 미리 기억시킨, 도 6(a) 에 나타내는 Z 좌표 테이블 (110) 을 참조한다. Z 좌표 테이블 (110) 은, 라인 센서 (64b) 에 의해 검출된 파형의 피크가 발현한 파장과, 그 파장에 대응한 Z 좌표를 기록한 것이다. 상기한 바와 같이 (X₁, Y₁) 에서 반사된 복귀광 (L1) 에 의해 형성된 파형의 피크가 발현한 파장이 500 ㎚ 인 경우, Z 좌표 테이블 (110) 을 참조함으로써 Z 좌표 (Z₁₁) 가 「0.0 ㎛」인 것이 검출된다. 이와 같이 하여, Z₁₁ 의 값이 검출되었다면, 제어 유닛 (100) 에 준비된 도 6(b) 에 나타내는 좌표 기억부 (120) 의 (X₁, Y₁, Z₁₁) 에 각 값을 기억한다.

이어서, X 축 이송 기구 (50) 을 작동하여, 척 테이블 (34) 을 X 축 방향으로 소정의 간격만큼 보내어, 다음의 Z 위치 계측점 (X₂, Y₁) 을 집광기 (42) 의 바로 아래에 위치시킨다. 이 때, (X₂, Y₁) 에서 반사된 복귀광 (L1) 이 Z 위치 검출 유닛 (64) 으로 도입되고, 분산광 (L2) 이 라인 센서 (64b) 로 도입된다. 이 때 라인 센서 (64b) 에 의해 형성되는 파형이, 도 5 에 (b) 로 나타내는 파형 (점선으로 나타낸다) 이었을 경우, 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 에 파장 700 ㎚ 에 의해 형성되는 집광점이 위치되어진 것이 검출되고, 도 6(a) 에 나타내는 Z 좌표 테이블 (110) 을 참조함으로써, (X₂, Y₁) 에 있어서의 Z 좌표값 (Z₂₁) 은, 「-10.0 ㎛」인 것이 검출된다. 이와 같이 하여, Z₂₁ 의 값이 검출되었다면, 제어 유닛 (100) 의 좌표 기억부 (120) 의 (X₂, Y₁, Z₂₁) 에 각 값을 기억한다. 또한, X 축 이송 기구 (50) 를 작동하여, 척 테이블 (34) 을 X 축 방향으로 소정 간격만큼 보내어, 다음의 Z 위치 계측점 (X₃, Y₁) 을 집광기 (42) 에 위치시킨다. 이 때, (X₃, Y₁) 에서 반사된 복귀광 (L1) 이 Z 위치 검출 유닛 (64) 에 도입되고, 분산광 (L2) 이 라인 센서 (64b) 에 도입된다. 이 때 라인 센서 (64b) 에 의해 형성되는 파형이, 도 5 에 (c) 로 나타내는 파형 (점선으로 나타낸다) 이었을 경우, 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 에 파장 300 ㎚ 에 의해 형성되는 집광점이 위치되어진 것이 검출되고, 도 6(a) 에 나타내는 Z 좌표 테이블 (110) 을 참조함으로써, (X₃, Y₁) 에 있어서의 Z 좌표값 (Z₃₁) 은, 「＋10.0 ㎛」인 것이 검출된다. 이와 같이 하여, Z₃₁ 의 값이 검출되었다면, 제어 유닛 (100) 의 좌표 기억부 (120) 의 (X₃, Y₁, Z₃₁) 에 각 좌표값을 기억한다.

이상과 같이 하여, 척 테이블 (34) 을 X 축 방향으로 소정의 간격만큼 보내면서, Z 위치를 검출하여, X 좌표, Y 좌표와 연관시켜, Z 위치를 좌표 기억부 (120) 에 기억한다. 하나의 분할 예정 라인 (12) 의 전역을 따라서 Z 위치를 검출하고 기억하였다면, Y 축 이송 기구 (52) 를 작동하여, 집광기 (42) 의 바로 아래에, 인접하는 분할 예정 라인 (12) 을 위치시키고, 상기와 동일하게 하여, X 좌표, Y 좌표에 대응하는 Z 위치를 검출하여, 도 6(b) 에 나타내는 바와 같이, 좌표 기억부 (120) 에 기억한다. 이와 같은 계측을, 웨이퍼 (10) 의 전역에 걸쳐 실시하여, 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 의 전역의 Z 좌표, 즉 두께를 검출할 수 있다. 또한, 일반적으로 웨이퍼 (10) 의 두께의 편차는 급격하게 변동하는 것은 아니기 때문에, Z 위치를 검출하는 소정의 간격은, 예를 들어, 인접하는 분할 예정 라인 (12) 의 폭으로 하고, 인접하는 분할 예정 라인 (12) 의 사이에 있어서의 Z 위치에 대해서는, 보간 연산 등을 실시하여 추정치를 사용할 수 있다.

상기한 구성을 구비하고 있음으로써, 웨이퍼 (10) 에 두께 편차, 기복이 있거나, 또 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 에 적층물이 있거나 해도, 적정하게 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 의 높이를 계측할 수 있어, 분광 간섭 파형을 사용한 경우와 같이, 외란에 영향을 받지 않고, 계측 정밀도가 향상된다. 또한, 집광점이 형성된 위치의 복귀광 (L1) 에 의해 높이 위치를 계측하기 때문에, 분할 예정 라인 (12) 의 높이 위치를 계측할 때처럼, 좁은 영역의 높이를 계측하는 경우라도 양호하게 계측이 가능하다.

상기한 바와 같이, 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 의 전역에 있어서의 Z 위치를, X 좌표, Y 좌표와 연관시켜 기억하였다면, 레이저 광선 조사 유닛 (4) 에 의해 웨이퍼 (10) 에 대해 레이저 광선 (LB) 을 조사하여 레이저 가공을 실시한다. 그 때, 집광기 이동 기구 (43) 를 미리 좌표 기억부 (120) 에 기억된 Z 위치에 기초하여 작동시켜, 집광기 (42) 를 Z 축 방향에 있어서 진퇴시킨다. 보다 구체적으로는, 본 실시형태의 레이저 가공 장치 (2) 는, X 축 이송 기구 (50) 및 Y 축 이송 기구 (52) 를 작동시켜 척 테이블 (34) 을 이동시켜, 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 으로부터 소정 깊이 (예를 들어 50 ㎛) 의 위치에, 웨이퍼 (10) 에 대해 투과성을 갖는 파장 (1340 ㎚) 의 레이저 광선 (LB) 의 집광점을 위치시켜서, 개질층을 형성하는 것으로서, X 축 방향 이송량 검출 수단 (28), Y 축 방향 이송량 검출 수단 (38) 에 의해, 레이저 광선 (LB) 의 조사 위치의 X 좌표, Y 좌표를 검출하면서, 그 개질층을 형성할 때에 기준이 되는 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 의 높이를, 좌표 기억부 (120) 에 기억되어 있는 X 좌표, Y 좌표와 연관시킨 Z 위치로 한다. 이로써, 레이저 광선 (LB) 의 집광점을, 웨이퍼 (10) 의 전역에 있어서 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 으로부터 소정 깊이 (50 ㎛) 위치에, 정확하게 위치시키는 것이 가능해진다.

본 발명은 상기한 실시형태로 한정되지 않고, 여러 가지 변형예가 제공된다. 상기한 실시형태에서는, 웨이퍼 (10) 에 대한 레이저 가공을 실시하기 전에, 미리 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 의 각 계측점에 있어서의 Z 위치 (Z 좌표) 를 검출하고, 그 Z 위치를, X 좌표, Y 좌표와 연관시켜 제어 유닛 (100) 의 좌표 기억부 (120) 에 기억하고, 좌표 기억부 (120) 에 기억된 Z 위치에 기초하여, 집광기 이동 기구 (43) 를 작동시키면서, 레이저 가공을 실시하는 예에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명에 기초하여 실시되는 레이저 가공의 순서는 이것으로 한정되지 않는다. 이하에, 도 7 도 함께 참조하면서, 상기한 레이저 가공 장치 (2) 를 사용한 레이저 가공의 다른 실시형태에 대해 설명한다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공 장치 (2) 를 구성하는 광학계에는, 빔 스플리터 (70) 가 배치 형성되어 있고, 빔 스플리터 (70) 는, 파장 1340 ㎚ 의 레이저 광선 (LB) 을 반사하면서, 그것 이외 (1300 ㎚ ∼ 1400 ㎚ 이외) 의 파장으로 구성되는 광 (L0) 은 투과한다. 여기서, 웨이퍼 (10) 의 내부에 개질층을 형성하는 레이저 광선 (LB) 을 웨이퍼 (10) 에 대해 조사하여도, 웨이퍼 (10) 의 표면으로부터는 레이저 광선 (LB) 의 반사광 이외의 파장의 광이 발광하는 경우는 없기 때문에, 레이저 광선 (LB) 을 조사하여 레이저 가공을 실시하면서, 광대역 광원 (61) 으로부터 광대역의 광 (L0) 을 동시에 조사하여도, 웨이퍼 (10) 의 높이를 검출하는 것이 가능하다. 이것을 이용함으로써, 제어 유닛 (100) 은, Z 위치 검출 유닛 (64) 에 의해 검출된 Z 축 방향의 위치에 추수하여 집광기 이동 기구 (43) 를 제어하여, 유지 유닛 (22) 의 척 테이블 (34) 에 유지된 웨이퍼 (10) 에 가공을 실시하는 것이 가능하다. 이하에 그 순서를 보다 구체적으로 설명한다.

본 실시형태에 의해, 웨이퍼 (10) 의 내부에 개질층을 형성하는 레이저 가공을 실시하는 경우, 먼저, 집광기 이동 기구 (43) 를 작동하여, 도 7(a) 에 나타내는 바와 같이, 레이저 광선 (LB) 의 집광점 위치 (PS) 를 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 으로부터 소정의 깊이 위치, 예를 들어, 표면 (10a) 으로부터 50 ㎛ 의 깊이 위치에 위치시킨다. 그리고, 간격 조정 기구 (80) 를 작동시킴으로써, 광대역 광원 (61) 에 의해 조사되는 광 (L0) 에 의해 집광점이 형성되는 광축 상의 소정 범위의 중심 위치 (P0) 를, 레이저 광선 (LB) 의 집광점 위치 (PS) 로부터 50 ㎛ 상방이 되도록 조정한다. 광 (L0) 에 의해 집광점이 형성되는 범위의 중심은, 파장이 500 ㎚ 의 광에 의해 형성되는 집광점이다. 또한, 개질층을 형성하는 위치가 상기한 바와 같이 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 으로부터 50 ㎛ 의 깊이 위치가 아닌 경우에는, 그 깊이 위치에 맞추어 간격 조정 기구 (80) 를 작동하여, 광 (L0) 에 의해 집광점이 형성되는 집광 렌즈 (42a) 의 광축 상의 소정 범위의 중심 위치 (P0) 를 조정한다.

간격 조정 기구 (80) 를 작동시켜 집광점 (P0) 의 위치를 조정하였다면, X 축 이송 기구 (50), Y 축 이송 기구 (52) 를 작동하여, 척 테이블 (34) 을 이동시켜, 웨이퍼 (10) 를 촬상 유닛 (6) 의 바로 아래에 위치시키고, 웨이퍼 (10) 의 표면을 촬상하여, 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실시함으로써, 웨이퍼 (10) 상의 피가공 위치 (분할 예정 라인 (12)) 와 레이저 광선 조사 유닛 (4) 의 집광기 (42) 로부터 조사되는 레이저 광선 조사 위치의 위치 맞춤 (얼라인먼트) 을 실시한다. 그 얼라인먼트를 실시한 후, 척 테이블 (34) 을 다시 이동시켜, 집광기 (42) 의 바로 아래에 웨이퍼 (10) 상의 레이저 가공을 개시하는 분할 예정 라인의 단부를 위치시킨다.

레이저 가공을 개시하는 위치를 집광기 (42) 의 바로 아래에 위치시켰다면, 광대역 광원 (61) 을 작동하여, 백색광인 광 (L0) 을 조사한다. 광대역 광원 (61) 으로부터 조사된 광 (L0) 은, 제 2 광로 (S2), 빔 스플리터 (70), 및 제 1 광로 (S1) 를 거쳐, 집광 렌즈 (42a) 로 유도되고, 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 의 근방에 집광점을 형성한다. 이 광 (L0) 은, 집광 렌즈 (42a) 가 색수차 집광 렌즈인 것에 의해서, 척 테이블 (34) 의 표면 (10a) 을 포함하는 소정 범위에, 광 (L0) 을 구성하는 각 파장의 길이에 따라서 집광 렌즈 (42a) 의 광축 상의 소정 폭에 걸쳐 상이한 위치에 집광점을 형성한다.

본 실시형태의 레이저 가공은, X 축 이송 기구 (50) 및 Y 축 이송 기구 (52) 를 작동시켜 척 테이블 (34) 을 이동시켜, 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 으로부터 50 ㎛ 의 깊이 위치에, 웨이퍼 (10) 에 대해 투과성을 갖는 파장 (1340 ㎚) 의 레이저 광선 (LB) 의 집광점을 위치시키고, 개질층을 형성한다. 이 때, X 축 방향 이송량 검출 수단 (28), Y 축 방향 이송량 검출 수단 (38) 에 의해, 레이저 광선 (LB) 의 조사 위치의 X 좌표, Y 좌표를 검출하면서, 그 개질층을 형성하는 위치에 집광점 (PS) 을 위치시킨다. 여기서, 도 7(a) 에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 이 존재하는 위치에 집광점 (P0) 이 위치되어진 경우, P0 으로 나타내는 위치에 집광점을 형성한 파장 (500 ㎚) 의 광을 가장 강하게 반사하여 복귀광 (L1) 을 형성한다. 이 복귀광 (L1) 이 제 1 광로 (S1), 빔 스플리터 (70), 제 2 광로 (S2) 를 거슬러 올라가, 분광기 (62) 에 의해 분광되고 Z 위치 검출 유닛 (64) 으로 유도됨으로써, 예를 들어, 도 7(b) 에 나타내는 바와 같이, 복귀광 (L1) 에 의해, 파장이 500 ㎚ 의 위치에 피크값을 형성하는 파형 (도면 중 (A) 를 참조) 이 검출된다.

파장이 500 ㎚ 에 의해 집광점 (P0) 이 형성되는 위치와, 레이저 광선 (LB) 의 집광점 (PS) 이 형성되는 위치는, 상기한 바와 같이, 간격 조정 기구 (80) 에 의해 50 ㎛ 가 되도록 조정되어 있기 때문에, 집광점 (P0) 이 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 에 위치되어져 있는 상기한 상태에 있어서 레이저 광선 (LB) 을 조사하면, 원하는 위치, 즉, 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 으로부터 50 ㎛ 의 깊이 위치에 개질층을 형성하는 것이 가능해진다.

분할 예정 라인 (12) 을 따라서, 레이저 가공을 진행시켜 가면, 웨이퍼 (10) 에는, 두께 편차, 기복 등이 있기 때문에, 표면 (10a) 의 높이가 변화하는 경우가 있다. 표면 (10a) 의 높이가, 예를 들어, 낮은 쪽으로 변화된 경우, Z 위치 검출 유닛 (64) 에 의해 검출되는 파형의 피크는, 도 7(b) 에 점선 (B) 로 나타내는 바와 같이, 파장이 긴 측으로 이동해 간다. 만일, 그 파형의 피크 위치가, 파장 600 ㎚ 의 위치까지 변화되어 버리면, 도 6(a) 의 Z 좌표 테이블 (110) 을 참조함으로써 이해되는 바와 같이, 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 의 높이가, -5.0 ㎛ (하방측으로 5.0 ㎛) 어긋난 것이 되고, 그대로 레이저 가공을 계속하면, 개질층을 형성하는 레이저 광선 (LB) 의 집광점 (PS) 은, 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 에서 보아, 45 ㎛ 의 위치에 형성되게 되어, 원하는 위치에 개질층이 형성되지 않게 된다. 여기서, 제어 유닛 (100) 은, Z 위치 검출 유닛 (64) 에 의해 검출되는 파형의 피크 위치가 파장 600 ㎚ 의 위치로 변화된 것을 검출하였다면, 집광기 이동 기구 (43) 를 작동하여, 집광기 (42) 의 위치를, 5 ㎛ 하강시킨다. 그렇게 함으로써, 집광기 (42) 에 의해 광 (L0), 레이저 광선 (LB) 이 집광되는 위치가 전체적으로 5 ㎛ 하강하여, Z 위치 검출 유닛 (64) 에 의해 검출되는 파형의 피크 위치가, 도 7(b) 에 화살표로 나타내는 바와 같이, (B) 로 나타내는 위치에서, (A) 로 나타내는 위치로 되돌려진다. 즉, Z 위치 검출 유닛 (64) 에 의해 검출된 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 의 Z 위치에 추수하여, 레이저 광선 (LB) 의 집광점 (PS) 이 제어되고, 개질층이 형성되는 위치가, 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 으로부터 50 ㎛ 의 깊이 위치에 계속해서 형성된다.

또, 상기한 레이저 가공을 실시하고 있을 때에, Z 위치 검출 유닛 (64) 에 의해 검출되는 파형의 피크가, 도 7(b) 에 점선 (C) 로 나타내는 바와 같이, 파장이 짧은 쪽으로 이동하여, 그 파형의 피크 위치가, 파장 400 ㎚ 의 위치까지 변화되어 버리면, 도 6(a) 의 Z 좌표 테이블 (110) 을 참조함으로써 이해되는 바와 같이, 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 의 높이가, ＋5.0 ㎛ 어긋난 것이 된다. 따라서, 그대로 레이저 가공을 계속하면, 개질층을 형성하는 레이저 광선 (LB) 의 집광점 (PS) 은, 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 에서 보아, 55 ㎛ 의 깊이 위치에 형성되게 된다. 여기서, 제어 유닛 (100) 은, Z 위치 검출 유닛 (64) 에 의해 검출되는 파형의 피크 위치가 파장 400 ㎚ 의 위치로 변화된 것을 검출하였다면, 집광기 이동 기구 (43) 를 작동하여, 집광기 (42) 의 위치를, 5 ㎛ 상승시킨다. 그렇게 함으로써, 집광기 (42) 에 의해 광 (L0), 레이저 광선 (LB) 이 집광되는 위치가 전체적으로 5 ㎛ 상승하여, Z 위치 검출 유닛 (64) 에 의해 검출되는 파형의 피크 위치가, 도 7(b) 에서 (C) 로 나타내는 위치로부터, (A) 로 나타내는 위치로 되돌려진다. 즉, Z 위치 검출 유닛 (64) 에 의해 검출된 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 의 Z 축 방향의 위치에 추수하여, 레이저 광선 (LB) 의 집광점 (PS) 이 제어되고, 개질층이 형성되는 위치가, 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 으로부터 50 ㎛ 의 깊이 위치에 계속해서 형성된다.

이상과 같이, 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 의 Z 위치를 검출하고, 집광기 이동 기구 (43) 를 작동하여, Z 위치 검출 유닛 (64) 에 의해 검출되는 파형의 피크가 항상 실선 (A) 로 나타내는 위치에 오도록 제어함으로써, 개질층을 형성하는 집광점 (PS) 의 위치를 정확하게 표면 (10a) 으로부터 50 ㎛ 의 깊이 위치에 위치시킬 수 있어, 원하는 위치에 개질층을 형성할 수 있다.

또한, 상기한 실시형태에서는, 본 발명을 웨이퍼 (10) 의 내부에 개질층을 형성하는 레이저 가공 장치에 적용한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 에 웨이퍼 (10) 에 대해 흡수성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을 위치시키고, 웨이퍼 (10) 에 대해 어블레이션 가공을 실시하는 레이저 가공 장치에도 적용할 수 있다. 그 경우에는, 본 발명을 적용하여, 미리 웨이퍼 (10) 의 표면 (10a) 의 Z 위치를 검출하여 제어 유닛 (100) 의 Z 좌표 기억부 (120) 에 기억해 두고, Z 좌표 기억부 (120) 에 기억된 Z 위치에 기초하여, 레이저 가공을 실시하는 것이 바람직하다.

2 : 레이저 가공 장치
2A : 기대
4 : 레이저 광선 조사 유닛
6 : 촬상 유닛
8 : 표시 유닛
10 : 웨이퍼
12 : 분할 예정 라인
14 : 디바이스
22 : 유지 유닛
23 : 이송 기구
26 : 프레임체
28 : X 축 방향 이송량 검출 수단
34 : 척 테이블
38 : Y 축 방향 이송량 검출 수단
42 : 집광기
42a : 집광 렌즈 (색수차 집광 렌즈)
43 : 집광기 이동 기구
44 : 레이저 발진기
50 : X 축 이송 기구
52 : Y 축 이송 기구
61 : 광대역 광원
62 : 분광기
63 : 단면
64 : Z 축 위치 검출 수단
70 : 빔 스플리터 (다이크로익 미러)
80 : 간격 조정 기구
82 : 광 파이버 홀더
84 : 펄스 모터
100 : 제어 유닛
110 : Z 좌표 테이블
120 : 좌표 기억부
S1 : 제 1 광로
S2 : 제 2 광로
S3 : 제 3 광로

Claims

레이저 가공 장치로서,
피가공물을 유지하는 척 테이블과,
그 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하여 가공을 실시하는 레이저 광선 조사 유닛과,
그 척 테이블과 그 레이저 광선 조사 유닛을 X 축 방향으로 상대적으로 가공 이송하는 X 축 이송 기구와,
그 척 테이블과 그 레이저 광선 조사 유닛을 X 축 방향과 직교하는 Y 축 방향으로 상대적으로 가공 이송하는 Y 축 이송 기구와,
제어 유닛을 구비하고,
그 레이저 광선 조사 유닛은, 레이저를 발진하는 레이저 발진기와,
그 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 광선을 그 척 테이블에 유지된 피가공물에 X 축 방향 및 Y 축 방향과 직교하는 Z 축 방향의 임의의 위치에 집광하는 집광기와,
그 레이저 발진기와 그 집광기를 잇는 제 1 광로에 배치 형성된 빔 스플리터와,
그 빔 스플리터에 의해 분기된 제 2 광로에 배치 형성된 광대역 광원과,
그 광대역 광원과 그 빔 스플리터의 사이에 배치 형성되어 그 제 2 광로로부터 제 3 광로로 분기하는 분광기와,
그 분광기에 의해 분기된 그 제 3 광로에 배치 형성되어 그 광대역 광원의 광이 그 집광기에 의해 집광되고 그 척 테이블에 유지된 피가공물에서 반사된 복귀광의 파장에 대응한 광의 강도에 따라 피가공물의 그 Z 축 방향의 Z 위치를 검출하는 Z 위치 검출 유닛과,
그 Z 위치에 따라서 그 집광기를 그 Z 축 방향으로 이동시키는 집광기 이동 기구를 포함하는, 레이저 가공 장치.
제 1 항에 있어서,
그 제 2 광로는 광 파이버로 구성되고, 그 광대역 광원으로부터의 광은 그 광 파이버에 의해 유도되고, 그 광 파이버의 단면으로부터 조사된 광은 콜리메이트 렌즈를 통하여 그 광을 투과하는 그 빔 스플리터로 유도되고, 그 제 2 광로에는, 그 광 파이버의 단면과 그 콜리메이트 렌즈와의 간격을 조정하는 간격 조정 기구가 배치 형성되고, 그 간격 조정 기구에 의해 그 집광기에 의해 집광되는 그 광대역 광원의 광의 집광 위치가 조정되는, 레이저 가공 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
그 레이저 발진기는, 피가공물에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저를 발진하고, 그 집광기는, 피가공물의 내부에 집광점을 위치시켜 개질층을 형성하는, 레이저 가공 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
그 제어 유닛은, 그 Z 위치 검출 유닛에 의해 검출된 피가공물의 그 Z 축 방향에 있어서의 Z 위치를, X 축 및 Y 축의 좌표와 함께 Z 축의 좌표로 기억하는 좌표 기억부를 포함하고,
그 제어 유닛은, 그 좌표 기억부에 기억된 좌표에 기초하여, 그 집광기 이동 기구를 제어하여 그 척 테이블에 유지된 피가공물에 가공을 실시하는, 레이저 가공 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
그 제어 유닛은, 그 Z 위치 검출 유닛에 의해 검출된 그 Z 축 방향의 Z 위치에 추수하여 그 집광기 이동 기구를 제어하여, 그 척 테이블에 유지된 피가공물에 가공을 실시하는, 레이저 가공 장치.