KR20210076843A - 검출 장치 - Google Patents

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KR20210076843A
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light
workpiece
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pulsed laser
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KR1020200153275A
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케이지 노마루
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

(과제) 적외선 카메라에 의해서 웨이퍼의 이면으로부터 표면에 형성된 분할 예정 라인을 검출할 수 없는 경우라도, 웨이퍼의 이면에서 표면의 분할 예정 라인을 검출할 수 있는 검출 장치를 제공한다.
(해결 수단) 피가공물의 내부를 검출하는 검출 기구는, 레이저 발진기로부터 출사된 1 펄스마다의 펄스 레이저 광선을 파장마다 시간차를 갖게 하는 파장별 지연 유닛과, 파장마다 시간차를 갖는 펄스 레이저 광선을 링형으로 생성하고, 파장마다 소 링 광으로부터 대 링 광으로 분광하는 링 생성 유닛을 포함한다. 파장마다 시간차를 갖는 링형의 펄스 레이저 광선을 피가공물에 조사하면 피가공물 내부에 초음파의 간섭파가 발생하고, 초음파가 집속한 위치에서 진동이 발생한다. 이 진동의 중심에 대응하는 피가공물의 상면에 레이저 광선 조사기로부터 레이저 광선을 조사한다.

Description

검출 장치{DETECTING APPARATUS}
본 발명은, 척 테이블에 유지된 피가공물의 내부를 검출하는 검출 기구를 구비한 검출 장치에 관한 것이다.
IC, LSI 등의 복수의 디바이스가 교차하는 복수의 분할 예정 라인에 의해서 구획되어 표면에 형성된 웨이퍼는, 다이싱 장치, 레이저 가공 장치에 의해서 개개의 디바이스 칩으로 분할되고, 분할된 디바이스 칩은 휴대 전화, 컴퓨터 등의 전기 기기에 이용된다.
또한, MEMS, CCD, CMOS 등의 오염에 민감한 디바이스가 표면에 형성된 웨이퍼를 개개의 디바이스 칩으로 분할하는 경우, 상기 웨이퍼의 표면을 보호 테이프로 유지하고, 적외선 카메라에 의해서 웨이퍼의 이면으로부터 표면에 형성된 분할 예정 라인을 검출하고, 이면 측으로부터 다이싱 가공, 또는 레이저 가공을 실시하고 있다.
일본 공개 특허 공보 평 07-75955호 공보
그러나, 웨이퍼의 이면에 금속막이 피복되어 있는 웨이퍼에 있어서는, 적외선이 투과하지 않고, 적외선 카메라에 의해서 웨이퍼의 이면으로부터 표면에 형성된 분할 예정 라인을 검출할 수 없다고 하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 적외선 카메라에 의해서 피가공물의 이면으로부터 표면에 형성된 분할 예정 라인을 검출할 수 없는 경우라도, 피가공물의 이면으로부터 표면의 분할 예정 라인을 검출할 수 있는 검출 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 피가공물을 유지하는 X축 좌표 및 Y축 좌표로 규정되는 유지면을 가지는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물의 내부를 검출하는 검출 기구를 포함하는 검출 장치로서, 상기 검출 기구는, 광대역 파장의 펄스 레이저를 발진하는 레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기로부터 출사된 1 펄스마다의 펄스 레이저 광선을 파장마다 시간차를 갖게 하는 파장별 지연 수단과, 파장마다 시간차를 갖는 펄스 레이저 광선을 링형으로 생성하고 펄스 레이저 광선을 파장마다 소 링 광으로부터 대 링 광으로 분광하는 링 생성 수단과, 소 링 광으로부터 대 링 광으로 분광된 펄스 레이저 광선을 분기하는 빔 스플리터와, 상기 빔 스플리터에 의해서 제1 방향으로 분기된 펄스 레이저 광선을 X축 좌표에 주사하는 주사 스캐너와, 상기 펄스 레이저 광선을 Y축 좌표에 인덱싱하는 인덱싱 스캐너와, 소 링 광으로부터 대 링 광으로 분광된 펄스 레이저 광선을 상기 척 테이블에 유지된 피가공물의 X축 좌표, 및 Y축 좌표로 특정된 상면에 조사하는 fθ 렌즈와, 상기 빔 스플리터에 의해서 분기되는 제2 방향으로 배치된 검출용 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사기와, 상기 레이저 광선 조사기와 상기 빔 스플리터와의 사이에 배치되는 하프 미러와, 상기 하프 미러로 상기 빔 스플리터를 사이에 두도록 배치되어 상기 하프 미러를 통과한 검출용 레이저 광선을 상기 하프 미러에 되돌리는 리턴 미러와, 상기 하프 미러에서 반사한 광을 수광하는 포토 디텍터와, 상기 포토 디텍터가 수광한 광의 강도와 상기 펄스 레이저 광선이 조사된 피측정부의 상면의 X축 좌표 및 Y축 좌표로부터 화상을 생성하는 화상 생성 수단을 포함하고, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물의 상면에 상기 소 링 광으로부터 상기 대 링 광에 시간차를 가지고 분광된 펄스 레이저 광선이 조사되는 것에 의해서 생성되는 초음파의 간섭파가, 피가공물의 내부의 미리 정해진 Z축 좌표로 집속하여 진동을 발생시키고, 상기 진동이 발생한 위치에 대응하는 피가공물의 상면에 상기 검출용 레이저 광선이 조사되어서 반사한 상기 진동의 변조를 파악한 제1 복귀 광과, 상기 리턴 미러에서 되돌려진 상기 검출용 레이저 광선에 의해서 생성된 제2 복귀 광과의 간섭 광이 상기 하프 미러에 의해서 상기 포토 디텍터에 유도되고, 상기 화상 생성 수단에 의해서 상기 초음파의 간섭파가 집속하는 점 근방의 상태를 나타내는 화상이 생성되는 검출 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 링 생성 수단에 의해서 파장마다 소 링 광으로부터 대 링 광에 분광된 펄스 레이저 광선의 시간차를 상기 파장별 지연 수단에 의해서 조정하여, 피가공물의 내부에서 초음파가 집속하는 점의 Z축 좌표를 조정한다.
바람직하게는, 피가공물의 내부에 있어서 초음파가 집속하는 점으로부터 피가공물의 상면의 대 링 광에 이르는 거리를 H1 로 하고, 상기 초음파가 집속하는 점으로부터 상기 대 링 광에 인접하는 링 광에 이르는 거리를 H2 로 하고, 피가공물의 내부를 전파하는 초음파의 속도를 V 로 했을 경우,
(H1 - H2) / V = t
에 의해서 연산되는 시간(t)을, 상기 파장별 지연 수단에 의해서 지연시킴으로써, 초음파가 집속하는 점의 Z축 좌표를 조정한다. 바람직하게는, 상기 링 생성 수단은, 한 쌍의 엑시콘 렌즈 및 회절 격자를 구비한 엑시콘 렌즈 어셈블리, 또는 회절 광학 소자이다.
본 발명에 의하면, 피가공물의 이면 측에 금속막이 피복되어 있는 등에 의해, 적외선이 투과하지 않고, 적외선 카메라에 의해서 이면으로부터 표면 상태를 검출할 수 없는 경우라도, 이면 측으로부터 표면 측에 형성된, 예컨대 분할 예정 라인을 검출할 수 있다.
도 1은, 본 발명 실시형태의 검출 장치를 구비한 레이저 가공 장치의 전체 사시도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 검출 장치의 검출 기구의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3은, 웨이퍼에 조사되는 복수의 링 광에 기초하여 초음파를 발생시켜서 웨이퍼 상태를 검출하는 양태를 나타내는 개념도이다.
이하, 본 발명 실시형태의 검출 장치에 대해 첨부 도면을 참조하면서, 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 실시 형태의 검출 장치가 배치된 장치의 일례로서 나타나는 레이저 가공 장치(1)의 전체 사시도이다.
도 1에 나타내는 레이저 가공 장치(1)는, 피가공물을 유지하는 유지 유닛(20)과, 유지 유닛(20)을 이동시키는 이동 기구(30)와, 유지 유닛(20)에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 유닛(40)과, 표시 유닛(50)과, 유지 유닛(20)과 함께 본 실시형태의 검출 장치를 구성하는 검출 기구(60)를 구비하고 있다.
유지 유닛(20)은, 도면 중에 화살표(X)로 나타내는 X축 방향에서 이동 가능하게 베이스(2)에 재치되는 직사각형 형상의 X축 방향 가동판(21)과, 도면 중에 화살표(Y)로 나타내는 Y축 방향에서 이동 가능하게 X축 방향 가동판(21)에 재치되는 직사각형 형상의 Y축 방향 가동판(22)과, Y축 방향 가동판(22)의 상면에 고정된 원통형의 지주(23)와, 지주(23)의 상단에 고정된 직사각형 형상의 커버판(26)을 포함한다. 커버판(26)에는, 커버판(26) 상에 형성된 긴 구멍을 지나 상방으로 연장되는 원형의 척 테이블(25)이 배치되어 있다. 척 테이블(25)은, 도시하지 않는 회전 구동 수단에 의해 회전 가능하게 구성되어 있다. 척 테이블(25)의 상면을 구성하는 X축 좌표, 및 상기 X축 좌표에 직교하는 Y축 좌표에 의해 규정되는 유지면(25a)은, 다공질 재료로 형성되어서 통기성을 가지고, 지주(23)의 내부를 지나는 유로에 의해서 도시하지 않는 흡인 수단에 접속되고 있다. 척 테이블(25)에는, 보호 테이프(T)를 통해 피가공물을 지지하는 환형의 프레임(F)을 고정하기 위한 클램프(27)가 배치된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 피가공물은, 예컨대, 도 1에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판 상에 디바이스(12)가 분할 예정 라인(14)에 의해서 구획되어 표면(10a)에 형성된 웨이퍼(10)이고, 표면(10a)을 보호할 수 있도록 반전되어서, 이면(10b) 측을 상방을 향하게 하고, 표면(10a) 측을 보호 테이프(T)에 점착하여 환형의 프레임(F)에 의해서 유지되고 있다. 이면(10b)에는, 금속막이 형성되어 있고, 적외선을 조사하여 표면(10a) 측을 검출할 수 없다.
이동 기구(30)는, 베이스(2) 상에 배치되고, 유지 유닛(20)을 X축 방향으로 가공 이송하는 X축 방향 이송 기구(31)와, Y축 가동판(22)을 Y축 방향으로 인덱싱 이송하는 Y축 방향 이송 기구(32)를 구비하고 있다. X축 방향 이송 기구(31)는, 펄스 모터(33)의 회전 운동을, 볼 나사(34)를 통해 직선 운동으로 변환하여 X축 방향 가동판(21)에 전달하고, 베이스(2) 상의 안내 레일(2a, 2a)을 따라서 X축 방향 가동판(21)을 X축 방향에서 진퇴시킨다. Y축 방향 이송 기구(32)는, 펄스 모터(35)의 회전 운동을, 볼 나사(36)를 통해 직선 운동으로 변환하여 Y축 방향 가동판(22)에 전달하고, X축 방향 가동판(21) 상의 안내 레일(21a, 21a)을 따라서 Y축 방향 가동판(22)을 Y축 방향에서 진퇴시킨다. 또한, 도시는 생략하지만, X축 방향 이송 기구(31), Y축 방향 이송 기구(32), 및 척 테이블(25)에는, 위치 검출 수단이 배치되어 있고, 척 테이블(25)의 X축 좌표, Y축 좌표, 원주 방향의 회전 위치가 정확하게 검출되어서, 그 위치 정보는, 도시하지 않는 제어 유닛에 보내진다. 그리고, 그 위치 정보에 기초하여 상기 제어 유닛으로부터 지시되는 지시 신호에 의해, X축 방향 이송 기구(31), Y축 방향 이송 기구(32), 및 도시하지 않는 척 테이블(25)의 회전 구동 수단이 구동되어서, 베이스(2) 상의 원하는 위치에 척 테이블(25)을 위치시킬 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 이동 기구(30)의 측방에는, 프레임(4)이 입설된다. 프레임(4)은, 베이스(2) 상에 배치되는 수직 벽부(4a), 및 수직 벽부(4a)의 상단부에서 수평 방향으로 연장되는 수평 벽부(4b)를 구비하고 있다. 프레임(4)의 수평 벽부(4b)의 내부에는, 레이저 광선 조사 유닛(40)을 포함한 광학계(도시는 생략함)가 수용되어 있고, 상기 광학계의 일부를 구성하는 집광기(42)가 수평 벽부(4b)의 선단부 하면에 배치되어 있다.
레이저 가공 장치(1)의 프레임(4)의 수평 벽부(4b)의 내부에는, 상기한 레이저 광선 조사 유닛(40)에 더하여 유지 유닛(20)에 유지된 웨이퍼(10)의 내부를 검출하는 검출 기구(60)가 배치되어 있고, 상기한 유지 유닛(20)에 의해, 본 실시 형태의 검출 장치를 구성한다.
도 2에, 검출 기구(60)의 광학계를 나타내는 블럭도를 나타낸다. 검출 기구(60)는, 광대역 파장(예컨대 400 nm ~ 800 nm)의 펄스 레이저를 발진하는 레이저 발진기(61)와, 레이저 발진기(61)로부터 출사된 1 펄스마다의 펄스 레이저 광선(PL0)을 파장마다 시간차를 갖게 하여 펄스 레이저 광선(PL1)으로서 출력하는 파장별 지연 수단(62)과, 펄스 레이저 광선(PL1)을, 링 광으로 생성하고, 파장마다 소(小) 링 광으로부터 대(大) 링 광으로 분광하여 펄스 레이저 광선(PL2)을 생성하여 출력하는 링 생성 수단(64)과, 통과하는 광을 적절한 방향으로 분기하는 기능을 가지는 빔 스플리터(65)와, 빔 스플리터(65)에 의해 제1 방향(D1)에 분기된 펄스 레이저 광선(PL2)을 유지 유닛(20)의 척 테이블(25) 상에서의 Y축 좌표 방향으로 인덱싱하는, 예컨대 갈바노 스캐너로 구성되는 인덱싱 스캐너(67)와, 펄스 레이저 광선(PL2)을 척 테이블(25) 상의 X축 좌표에 주사하는, 예컨대 레조넌트 스캐너로 구성되는 주사 스캐너(68)와, 소 링 광으로부터 대 링 광으로 분광된 펄스 레이저 광선(PL2)을 척 테이블(25)에 유지된 웨이퍼(10)의 상면인 이면(10b)의 상기 X축 좌표 및 상기 Y축 좌표로 특정된 위치에 집광하여 조사하는 fθ 렌즈(691)를 포함한 검출용 집광기(69)를 구비하고 있다.
레이저 발진기(61)로부터 출사되는 펄스 레이저 광선(PL0)은 광 파이버(620)를 통해 파장별 지연 수단(62)에 유도된다. 파장별 지연 수단(62)은, 예컨대, 파장 분산을 일으키게 하는 광 파이버를 이용함으로써 실현 가능하다. 보다 구체적으로 말하면, 파장별 지연 수단(62)의 내부에 포함되는 광 파이버(도시는 생략)의 안에, 파장마다 반사 위치가 다르도록 회절 격자를 형성하여, 예컨대, 긴 파장의 광의 반사 거리를 짧게, 짧은 파장의 광의 반사 거리가 길어지도록 설정함으로써 실현된다. 이에 따라, 도 2에 나타내는 파장별 지연 수단(62)의 출력 측에 설정되는 광 파이버(621)를 통해, 1 펄스마다, 파장이 긴 순으로 미리 정해진 시간차를 갖게 하고, 예컨대, 적색 광(PL1a), 황색 광(PL1b), 녹색 광(PL1c), 및 청색 광(PL1d)이 미리 정해진 시간차를 가지고 출력되는 펄스 레이저 광선(PL1)이 생성된다.
파장별 지연 수단(62)에 의해서 파장마다 시간차를 갖게 된 펄스 레이저 광선(PL1)은, 필요에 따라서 설정되는 콜리메이션 렌즈(63)에 의해서 평행 광으로 되고, 링 생성 수단(64)에 도입된다. 링 생성 수단(64)은, 예컨대, 한 쌍의 엑시콘 렌즈(641, 642)와, 도넛 형으로 반경 방향으로 대칭이 되어 있는 회절 격자(643)를 가지는 엑시콘 렌즈 어셈블리로 실현된다. 펄스 레이저 광선(PL1)은, 한 쌍의 엑시콘 렌즈(641, 642)를 통과함으로써 링형의 광으로 되고, 또한 회절 격자(643)를 통과시킴으로써, 파장마다 소 링 광으로부터 대 링 광으로 분광된 펄스 레이저 광선(PL2)을 생성한다. 상기한 한 쌍의 엑시콘 렌즈(641, 642)의 간격을 조정함으로써, 펄스 레이저 광선(PL2)을 구성하는 링 광의 크기를 조정하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 펄스 레이저 광선(PL1)을 파장마다 소 링 광으로부터 대 링 광으로 분광하는 수단으로서, 상기한 엑시콘 렌즈체를 이용하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 예컨대, 회절 광학 소자(DEO)를 이용하여도 좋다.
파장마다 소 링 광으로부터 대 링 광에 분광된 펄스 레이저 광선(PL2)은, 빔 스플리터(65)에 도입된다. 빔 스플리터(65)에 도입된 펄스 레이저 광선(PL2)은, 반사면(65a)을 투과하여 제1 방향(D1)으로 유도되고, 필요에 따라서 배치되는 반사 미러(66)에 의해서 광로가 변경되어서, 펄스 레이저 광선(PL2)을 Y축 좌표에 인덱싱하는 인덱싱 스캐너(67)에 유도된다. 인덱싱 스캐너(67)는, 도시하지 않는 제어 유닛에 의해서 반사면(67a)의 각도가 제어되고, 척 테이블(25) 상에 있어서 펄스 레이저 광선(PL2)이 조사되는 위치를, 도면에 대해서 수직인 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 정밀하게 제어한다. 또한, 인덱싱 스캐너(67)에서 반사된 펄스 레이저 광선(PL2)은, 주사 스캐너(68)에 유도된다. 주사 스캐너(68)는, 도시하지 않는 제어 유닛에 의해서 반사면(68a)의 각도가 제어되고, 척 테이블(25) 상에서 펄스 레이저 광선(PL2)이 조사되는 위치를, 도면에 대해서 좌우 방향으로 설정되는 주사 방향(X축 방향)으로 정밀하게 제어한다. 인덱싱 스캐너(67) 및 주사 스캐너(68)에서 조사 방향이 제어된 펄스 레이저 광선(PL2)은, fθ 렌즈(691)에 유도되어 집광되고, 웨이퍼(10)의 상면(이면(10b))의 미리 정해진 X축 좌표, Y축 좌표 위치에 조사된다.
본 실시 형태의 검출 기구(60)는, 또한, 빔 스플리터(65)에 의해서 분기되는 제2 방향(D2)에 배치되고, 검출용 레이저 광선(LB0)을 조사하는 레이저 광선 조사기(71)와, 레이저 광선 조사기(71)와 빔 스플리터(65)의 사이에 배치되는 하프 미러(72)와, 하프 미러(72)로 빔 스플리터(65)를 사이에 두도록 반대 측에 배치된 리턴 미러(73)와, 빔 스플리터(65)를 통해 돌아오고, 하프 미러(72)에 유도되어 반사된 광을 수광하는 포토 디텍터(74)와, 포토 디텍터(74)가 수광한 광의 강도, 및 상기 펄스 레이저 광선(PL2)이 조사된 척 테이블(25) 상의 X축 좌표, Y축 좌표의 정보로부터 화상을 생성하는 화상 생성 수단(75)(애널라이저)을 구비하고 있다.
레이저 광선 조사기(71)는, 예컨대, 레이저 다이오드(LD)에 의해서 구성된다. 레이저 광선 조사기(71)로부터 조사된 검출용 레이저 광선(LB0)은, 하프 미러(72)를 투과하여, 빔 스플리터(65)에 도입되고, 빔 스플리터(65)의 반사면(65a)에서 반사하여 제1 방향(D1)으로 진행되는 분기 광(LB1)과, 반사면(65a)을 투과하는 분기 광(LB2)으로 분기된다. 반사면(65a)에서 반사한 분기 광(LB1)은, 상기한 펄스 레이저 광선(PL2)의 중심을 진행하고, 인덱싱 스캐너(67) 및 주사 스캐너(68)에 의해서 주사되어, fθ 렌즈(691)를 거쳐서, 웨이퍼(10)의 이면(10b)의 미리 정해진 X축 좌표, Y축 좌표에 조사된다.
웨이퍼(10)의 이면(10b)에 조사되는 분기 광(LB1)은, 웨이퍼(10)의 상면(이면(10b))에서 반사되어서 제1 복귀 광(LB1')이 되고, 주사 스캐너(68), 인덱싱 스캐너(67), 반사 미러(66)를 거쳐서 빔 스플리터(65)의 반사면(65a)에서 반사되어서, 제2 방향(D2)으로 진행되고, 하프 미러(72)에 유도된다. 한편, 레이저 광선 조사기(71)로부터 조사되어서 빔 스플리터(65)를 투과한 검출용 레이저 광선(LB0)의 분기 광(LB2)은, 리턴 미러(73)에서 반사되고 나서 빔 스플리터(65)의 반사면(65a)을 투과하여 제2 복귀 광(LB2')이 된다. 이때, 제1 복귀 광(LB1')의 광로는 제2 복귀 광(LB2')의 광로와 동일하게 되도록 설정되어 있다. 따라서, 웨이퍼(10)의 이면(10b)의 진동의 변조를 파악한 제1 복귀 광(LB1')과 웨이퍼(10)의 영향을 받지 않는 참조 광으로서 기능하는 제2 복귀 광(LB2')에 의해 간섭 광이 생성되고, 이 간섭 광은 하프 미러(72)에 의해서 반사되어서 포토 디텍터(74)에 유도된다. 포토 디텍터(74)가 수광한 광(제1 복귀 광(LB1') + 제2 복귀 광(LB2')의 간섭 광)의 강도와, 검출용 레이저 광선(LB1)이 조사된 웨이퍼(10)의 이면(10b) 상의 위치를 나타내는 X축 좌표, Y축 좌표에 기초하여, 화상 생성 수단(75)에 의해서 화상의 정보가 생성되어서, 상기 화상을 표시 유닛(50)에 출력한다.
검출 기구(60)는, 대략 상기한 바와 같은 구성을 구비하고 있고, 검출 기구(60)의 기능, 작용에 대해서, 도 3도 아울러 참조하면서 이하에 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 피가공물인 웨이퍼(10)를 준비했다면, 유지 유닛(20)의 척 테이블(25)에 흡인 유지하여, 클램프(27)에 의해서 고정한다. 척 테이블(25)에 웨이퍼(10)를 고정했다면, 이동 기구(30)를 작동하여, 척 테이블(25)을 이동하고, fθ 렌즈(691)를 구비한 검출용 집광기(69)의 바로 아래에, 웨이퍼(10)의 미리 정해진 검출 영역을 위치시킨다. 그 다음에, 레이저 발진기(61)를 작동하여, 펄스 레이저를 발진하고, 파장별 지연 수단(62), 링 생성 수단(64)을 통해, 파장마다 시간차를 갖게 하고, 또한 파장마다 소 링 광으로부터 대 링 광으로 분광된 복수의 링 광을 포함한 펄스 레이저 광선(PL2)을 생성하여 출력한다. 펄스 레이저 광선(PL2)은, 빔 스플리터(65)를 투과하여, 제1 방향(D1)으로 분기되고, 도시하지 않는 제어 유닛에 의해서 제어된 인덱싱 스캐너(67), 주사 스캐너(68), fθ 렌즈(691)를 통해 웨이퍼(10)의 이면(10b)의 검출 영역에 있어서의 미리 정해진 X축 좌표, Y축 좌표 위치에 조사된다.
본 실시 형태에 있어서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 펄스 레이저 광선(PL2)은, 직경이 큰 순서로, 적색 광(PL1a)으로부터 생성된 링 광(PL2a), 황색 광(PL1b)으로부터 생성된 링 광(PL2b), 녹색 광(PL1c)으로부터 생성된 링 광(PL2c), 및 청색 광(PL1d)으로부터 생성된 링 광(PL2d)으로 구성되고, 웨이퍼(10)의 이면(10b) 상에 중심을 C 로 하는 동심원 형상으로 조사된다. 척 테이블(25)에 유지된 웨이퍼(10)의 이면(10b)에 대해서 가장 빨리 도달하는 것은, 가장 직경이 큰 링 광(PL2a)이고, 이후, 직경이 큰 순서로, 시간차(t1)를 가지고 링 광(PL2b)이 도달하고, 그 다음에, 시간차(t2)를 가지고 링 광(PL2c)이 도달하고, 마지막으로, 시간차(t3)를 가지고 링 광(PL2d)이 도달한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 설명의 편의상, 4 개의 파장 영역에 대응하여 분광하는 예에 기초하여 설명하지만, 실제는 10 ~ 20 의 파장 영역에 대응하여 분광된다.
본 실시 형태의 웨이퍼(10)의 이면(10b)에는 금속막이 형성되어 있고, 상기한 링 광(PL2a ~ PL2d)에 의해서 구성되는 펄스 레이저 광선(PL2)은 웨이퍼(10)를 투과하지 않는다. 그러나, 각 링 광(PL2a ~ PL2d)이 이면(10b)에 도달하는 것에 의해서, 각 도달점으로부터 웨이퍼(10) 내를 전파하는 초음파가 생성된다. 각 링 광(PL2a ~ PL2d)이 웨이퍼(10)의 이면(10b)에 도달할 때의 시간차(t1 ~ t3)를 적절히 설정하는 것에 의해, 이 초음파의 간섭파를, 웨이퍼(10)의 이면(10b)에 조사되는 각 링 광(PL2a ~ PL2d)의 중심(C)에 있어서의 웨이퍼(10)의 두께 방향의 원하는 Z축 좌표(Pz)의 위치(P)에 집속시키는 것이 가능하다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 웨이퍼(10)의 표면(10a) 근방의 상태를 검출할 수 있도록, 상기 위치(P)를 표면(10a)의 근방이 되도록 설정한다.
상기한 시간차(t1 ~ t3)를 적절히 설정하는 순서는, 이하와 같다. 웨이퍼(10)의 이면(10b)에 조사된 링 광(PL2a ~ PL2d)의 직경은, 상기한 링 생성 수단(64)에 포함되는 회절 격자(643)에 의해서 설정되는 값이고, 예컨대, 도 3에 도시한 바와 같이, a1 ~ a4 가 되도록 설정된다. 그리고, 링 광(PL2a ~ PL2d)의 중심(C)으로부터 웨이퍼(10)의 두께 방향에 있어서, 오퍼레이터가 각 링 광(PL2a ~ PL2d)에 의해서 발생하는 초음파를 집속시키고 싶은 원하는 위치(P)까지의 Z축 좌표(깊이)를 Pz 로 하면, 웨이퍼(10)의 이면(10b)에 있어서의 각 링 광(PL2a ~ PL2d)이 도달한 점으로부터 상기 위치(P)까지의 거리(H1 ~ H4)는, 이하의 식에 의해 연산된다.
H1 = (a12 + Pz2) 1/2
H2 = (a22 + Pz2) 1/2
H3 = (a32 + Pz2) 1/2
H4 = (a42 + Pz2) 1/2
여기서, 상기한 바와 같이, 링 광(PL2a ~ PL2d)이 시간차(t1 ~ t3)를 가지고 웨이퍼(10)의 이면(10b)에 도달하여, 각 링 광이 웨이퍼(10)의 내부를 전파하는 초음파를 생성하는 경우에, 각 초음파에 의해 구성되는 간섭파를 위치(P)에 집속시키기 위해서는, 이하의 식을 만족하는 시간차(t1 ~ t3)를 설정하면 좋다. 또한, V는, 웨이퍼(10)의 내부를 상기 초음파가 전파할 때의 속도(m/s)이고, 웨이퍼(10)의 재질에 의해서 정해지는 속도이다.
(H1 - H2) / V = t1
(H2 - H3) / V = t2
(H3 - H4) / V = t3
상기한 시간차(t1 ~ t3)는, 파장별 지연 수단(62)에 의해서 조정할 수 있고, 상기한 파장별 지연 수단(62)에 있어서는, 파장별 지연 수단(62)을 구성하는 광 파이버 내에 파장에 대응하여 배치되는 회절 격자(도시는 생략함)의 위치를, 상기한 시간차(t1 ~ t3)가 생기도록 변경하면 좋다.
상기한 조건을 만족하는 시간차(t1 ~ t3)를 가지고 웨이퍼(10)의 이면(10b)에 링 광(PL2a ~ PL2d)이 조사되고, 링 광(PL2a ~ PL2d)에 의해서 생성되어 웨이퍼(10) 내를 전파한 초음파의 간섭파는, 위치(P)에 집속하고 강한 진동을 일으키게 한다. 그 일부가, 위치(P)의 근방에서 반사하여 웨이퍼(10) 내를 전파하여, 상기 진동이 발생한 위치(P)에 대응하는 웨이퍼(10)의 상면, 즉, 웨이퍼(10)의 이면(10b)에 있어서의 링 광(PL2a ~ PL2d)의 중심(C)에 도달하여 이면(10b)을 진동시킨다. 이 진동은, 상기한 초음파가 집광된 위치(P) 근방의 상태에 따른 진동이다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 레이저 광선 조사기(71)로부터 검출용 레이저 광선(LB0)이 조사되고 있고, 빔 스플리터(65)에 의해서 분기된 분기 광(LB1)이, 웨이퍼(10)의 이면(10b)에 있어서의 링 광(PL2a ~ PL2d)의 중심(C)에 조사된다. 분기 광(LB1)이 이면(10b)의 상기 중심(C)에 도달하여 반사할 때에는, 상기한 이면(10b)의 진동의 변조를 파악한 제1 복귀 광(LB1')이 된다. 웨이퍼(10)의 이면(10b)에서 반사하여 상기 변조를 파악한 제1 복귀 광(LB1')은, 주사 스캐너(68), 인덱싱 스캐너(67), 반사 미러(66), 및 빔 스플리터(65)의 반사면(65a)을 거쳐서, 하프 미러(72)에 도달한다. 또한, 이와 동시에, 레이저 광선 조사기(71)로부터 조사되어 빔 스플리터(65)를 투과한 검출용 레이저 광선(LB0)의 분기 광(LB2)도, 리턴 미러(73)에서 반사하여 제2 복귀 광(LB2')이 되고, 빔 스플리터(65)의 반사면(65a)에서, 제1 복귀 광(LB1')과 일체화되어서 하프 미러(72)에 도달한다. 하프 미러(72)에 의해서 반사된 제1 복귀 광(LB1')과 웨이퍼(10)의 영향을 받지 않는 참조 광으로서 기능하는 제2 복귀 광(LB2')에 의해 간섭 광이 생성되고, 포토 디텍터(74)에 의해서 그 광 강도가 검출된다. 검출된 광 강도는, 상기한 웨이퍼(10)의 이면(10b) 상의 중심(C)의 X축 좌표, Y축 좌표와 함께 화상 생성 수단(75)에 전달된다.
상기한 것처럼, 본 실시 형태에서는, 주사 스캐너(68)와, 인덱싱 스캐너(67)를 구비하고 있고, 주사 스캐너(68)와, 인덱싱 스캐너(67)를 작동하여, 링 광(PL2a ~ PL2d), 및 분기 광(LB1)을, X축 좌표, Y축 좌표에 의해서 규정된 미리 정해진 검출 영역 전체 영역에 순차 조사하고, 그때마다, 포토 디텍터(74)에 의해서 광 강도를 검출하고, 펄스 레이저 광선(PL2), 및 분기 광(LB1)이 조사된 위치의 정보, 즉, 링 광(PL2a ~ PL2d)의 중심(C)의 X축 좌표, Y축 좌표의 위치 정보와 함께 화상 생성 수단(75)에 전달된다.
화상 생성 수단(75)은, 제1 복귀 광(LB1')과 제2 복귀 광(LB2')에 의해 간섭파를 생성하는 것에 의해 명확하게 파악되는 제1 복귀 광(LB1')의 광 강도의 변화에 기초하여, 상기 검출 영역에 있어서의 검출용 레이저 광선의 분기 광(LB1)이 조사된 위치에 대응하는 표면(10a) 측의 화상을 생성한다. 예컨대, 웨이퍼(10) 내에 있어서 초음파가 집속하는 위치(P)의 근방에 디바이스(12)가 있는 경우는, 집속된 초음파가 디바이스(12)에서 반사하여, 그 진동이 이면(10b)의 중심(C)에 도달하기 때문에, 포토 디텍터(74)에 의해서 강한 간섭 파형이 검출된다. 이에 대해, 위치(P)가, 분할 예정 라인(14)의 근방에 위치되어 있는 경우는, 초음파가 거의 반사하지 않고, 웨이퍼(10)의 이면(10b)에 변조가 발생하지 않기 때문에, 포토 디텍터(74)에 의해서 간섭 파형이 거의 검출되지 않는다.
상기한 것처럼, 검출된 표면(10a)의 디바이스(12), 및 분할 예정 라인(14)의 위치 정보를 포함한 화상 정보는, 도 2에 도시한 바와 같이 표시 유닛(50)에 표시되고, 표시 유닛(50)에 표시된 검출 영역의 화상 정보를, 대응하는 X축 좌표, 및 Y축 좌표의 정보와 함께 도시하지 않는 제어 유닛에 기억한다. 이동 기구(30)를 작동하여, 척 테이블(25)을 이동하고, 검출 기구(60)에 의해서 검출되는 검출 영역에 웨이퍼(10)의 영역을 순차 위치시켜서, 상기한 순서에 의해 웨이퍼(10)의 표면(10a)의 디바이스(12), 및 분할 예정 라인(14)을 검출하여 기억한다. 이와 같이 하여, 웨이퍼(10)의 표면(10a) 측 상태가 검출되었다면, 척 테이블(25)을 레이저 광선 조사 유닛(40)의 집광기(42)의 바로 아래에 위치시켜서, 해당 위치 정보를 이용하여, 레이저 가공을 실시한다.
본 실시 형태에 의하면, 피가공물인 웨이퍼(10)의 이면(10b) 측에 금속막이 피복되는 등에 의해, 적외선이 투과하지 않고, 적외선 카메라에 의해서 웨이퍼(10)의 이면(10b)으로부터 표면(10a)에 형성된 분할 예정 라인(14)을 검출할 수 없는 경우라도, 웨이퍼(10)의 이면(10b) 측으로부터 표면(10a)에 형성된 분할 예정 라인(14)을 검출할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기한 실시형태로 한정되지 않는다. 예컨대, 상기한 실시형태에서는, 펄스 레이저 광선(PL0)을, 4 개의 파장 영역마다 시간차를 갖게 하여 4 개의 링 광(PL2a ~ PL2d)으로 분광하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 복수의 링 광으로 분할하여 조사하는 것이면, 그 수에는 한정되지 않는다.
1 : 레이저 가공 장치
2 : 베이스
4 : 프레임
4a : 수직 벽부
4b : 수평 벽부
10 : 웨이퍼
10a : 표면
10b : 이면
12 : 디바이스
14 : 분할 예정 라인
20 : 유지 유닛
25 : 척 테이블
25a : 유지면
30 : 이동 기구
40 : 레이저 광선 조사 유닛
50 : 표시 유닛
60 : 검출 기구
61 : 레이저 발진기
62 : 파장별 지연 수단
620, 621 : 광 파이버
64 : 링 생성 수단
65 : 빔 스플리터
65a : 반사면
67 : 인덱싱 스캐너
68 : 주사 스캐너
69 : 검출용 집광기
691 : fθ 렌즈
71 : 레이저 광선 조사기
72 : 하프 미러
73 : 리턴 미러
74 : 포토 디텍터
75 : 화상 생성 수단

Claims (5)

  1. 피가공물을 유지하는 X축 좌표 및 Y축 좌표로 규정되는 유지면을 가지는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물의 내부를 검출하는 검출 기구를 포함하는 검출 장치로서,
    상기 검출 기구는, 광대역 파장의 펄스 레이저를 발진하는 레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기로부터 출사된 1 펄스마다의 펄스 레이저 광선을 파장마다 시간차를 갖게 하는 파장별 지연 수단과,
    파장마다 시간차를 갖는 펄스 레이저 광선을 링형으로 생성하고 펄스 레이저 광선을 파장마다 소 링 광으로부터 대 링 광으로 분광하는 링 생성 수단과,
    소 링 광으로부터 대 링 광으로 분광된 펄스 레이저 광선을 분기하는 빔 스플리터와,
    상기 빔 스플리터에 의해서 제1 방향으로 분기된 펄스 레이저 광선을 X축 좌표에 주사하는 주사 스캐너와,
    상기 펄스 레이저 광선을 Y축 좌표에 인덱싱하는 인덱싱 스캐너와,
    소 링 광으로부터 대 링 광으로 분광된 펄스 레이저 광선을 상기 척 테이블에 유지된 피가공물의 X축 좌표, 및 Y축 좌표로 특정된 상면에 조사하는 fθ 렌즈와,
    상기 빔 스플리터에 의해서 분기되는 제2 방향으로 배치된 검출용 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사기와,
    상기 레이저 광선 조사기와 상기 빔 스플리터와의 사이에 배치되는 하프 미러와,
    상기 하프 미러로 상기 빔 스플리터를 사이에 두도록 배치되어 상기 하프 미러를 통과한 검출용 레이저 광선을 상기 하프 미러에 되돌리는 리턴 미러와,
    상기 하프 미러로 반사한 광을 수광하는 포토 디텍터와,
    상기 포토 디텍터가 수광한 광의 강도와 상기 펄스 레이저 광선이 조사된 피측정부의 상면의 X축 좌표 및 Y축 좌표로부터 화상을 생성하는 화상 생성 수단
    을 포함하고,
    상기 척 테이블에 유지된 피가공물의 상면에 상기 소 링 광으로부터 상기 대 링 광으로 시간차를 가지고 분광된 펄스 레이저 광선이 조사되는 것에 의해서 생성되는 초음파의 간섭파가, 피가공물의 내부의 미리 정해진 Z축 좌표로 집속하여 진동을 발생시키고, 상기 진동이 발생한 위치에 대응하는 피가공물의 상면에 상기 검출용 레이저 광선이 조사되어 반사한 상기 진동의 변조를 파악한 제1 복귀 광과, 상기 리턴 미러에서 되돌려진 상기 검출용 레이저 광선에 의해서 생성된 제2 복귀 광과의 간섭 광이 상기 하프 미러에 의해서 상기 포토 디텍터에 유도되고, 상기 화상 생성 수단에 의해서 상기 초음파의 간섭파가 집속하는 점 근방의 상태를 나타내는 화상이 생성되는 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 링 생성 수단에 의해서 파장마다 소 링 광으로부터 대 링 광으로 분광된 펄스 레이저 광선의 시간차를 상기 파장별 지연 수단에 의해서 조정하여, 피가공물의 내부에서 초음파가 집속하는 점의 Z축 좌표를 조정하는 것인, 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서, 피가공물의 내부에 있어서 초음파가 집속하는 점으로부터 피가공물의 상면의 대 링 광에 이르는 거리를 H1 로 하고, 상기 초음파가 집속하는 점으로부터 상기 대 링 광에 인접하는 링 광에 이르는 거리를 H2 로 하고, 피가공물의 내부를 전파하는 초음파의 속도를 V 로 했을 경우,
    (H1 - H2) / V = t
    에 의해서 연산되는 시간(t)을, 상기 파장별 지연 수단에 의해서 지연시킴으로써, 초음파가 집속하는 점의 Z축 좌표를 조정하는 것인, 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 링 생성 수단은, 한 쌍의 엑시콘 렌즈 및 회절 격자를 갖춘 엑시콘 렌즈 어셈블리, 또는 회절 광학 소자인 것인, 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 검출 기구는 표시 유닛을 더 구비하고, 상기 화상 생성 수단에 의해서 생성된 상기 화상은 상기 표시 유닛에 표시되는 것인, 검출 장치.
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