TW202141597A - 雷射加工裝置及檢查方法 - Google Patents

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Abstract

雷射加工裝置係具備載台、光源、空間光調變器及控制部，載台係支承具有表面及該表面之相反側的背面之晶圓，在表面形成有複數個功能元件且以通過相鄰的功能元件之間的方式讓線道區域延伸；光源，係藉由從表面側對晶圓照射雷射光，而在晶圓的內部形成一或複數個改質區域；空間光調變器係作為調整雷射光的束寬之束寬調整部；控制部，係以將雷射光的束寬調整成與表面資訊相應之目標束寬以下的方式控制空間光調變器，該表面資訊係包含線道區域的寬度、以及構成與該線道區域相鄰的功能元件之構造體的位置及高度。

Description

雷射加工裝置及檢查方法
本發明的一態樣是關於雷射加工裝置及檢查方法。
已知的雷射加工裝置，為了將具備有半導體基板、及形成於半導體基板之一方的面的功能元件層之晶圓沿著複數條線的每一條切斷，係藉由從半導體基板之另一方的面側對晶圓照射雷射光，而沿著複數條線的每一條在半導體基板的內部形成複數列的改質區域。在專利文獻1所記載的雷射加工裝置，係具備紅外線攝像機，而能夠從半導體基板的背面側觀察形成於半導體基板的內部之改質區域、形成於功能元件層之加工損傷等。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2017-64746號公報
[發明所欲解決之問題]
上述般的雷射加工裝置，會有從晶圓之形成有功能元件層的面側對晶圓照射雷射光而在半導體基板的內部形成改質區域的情形。當從形成有功能元件層的面側照射雷射光的情況，為了避免雷射光照射到功能元件，必須將雷射光侷限在相鄰的功能元件間的區域、即線道(street)內。以往所進行的控制，是利用狹縫等來控制雷射光的寬度，藉此將雷射光侷限在線道內。
在此，構成功能元件的構造體，會有具有某種程度的厚度(高度)的情形。因為這樣，縱使是能夠將雷射光侷限在線道內的情況，仍有雷射光被具有高度之構造體的一部分遮擋而無法進行所期望的雷射照射的疑慮。
本發明的一態樣是有鑑於上述情事而開發完成者，其目的是為了抑制雷射光被電路等的構造體遮擋而進行所期望的雷射照射。 [解決問題之技術手段]
本發明的一態樣之雷射加工裝置，係具備載台、照射部、束寬調整部及控制部，載台係支承具有第一表面及該第一表面之相反側的第二表面之晶圓，在第一表面形成有複數個元件且以通過相鄰的元件之間的方式讓線道延伸；照射部，係藉由從第一表面側對晶圓照射雷射光，而在晶圓的內部形成一或複數個改質區域；束寬調整部係調整雷射光的束寬；控制部，係以將雷射光的束寬調整成與表面資訊相應之目標束寬以下的方式控制束寬調整部，該表面資訊係包含線道的寬度、以及構成與該線道相鄰的元件之構造體的位置及高度。
本發明的一態樣之雷射加工裝置，在從形成有複數個元件之第一表面側對晶圓照射雷射光的構成，是以成為與第一表面之線道的寬度以及構成元件之構造體的位置及高度相應之目標束寬以下的方式調整雷射光的束寬。如此般，藉由將雷射光的束寬調整成除了線道的寬度還將構成元件之構造體的位置及高度納入考慮之目標束寬以下，可將雷射光的束寬調整成不僅侷限在線道的寬度還不被構造體遮擋。如此，可抑制雷射光被電路等的構造體遮擋，而能進行所期望的雷射照射(侷限在線道寬度且不被構造體遮擋的雷射照射)。亦即，依據本發明的一態樣之雷射加工裝置，能夠抑制雷射光被構造體遮擋所造成之晶圓內部之雷射光的輸出降低等。又當雷射光照射到電路等的構造體的情況，應會因干涉而使不期望的射束進入晶圓的內部導致加工品質惡化。關於這點，藉由如上述般抑制雷射光被構造體遮擋(或照射到構造體)，可防止如此般的加工品質惡化。又按照構造體的種類，會有受到雷射光的照射而導致溶解等的疑慮。關於這點也是，藉由如上述般抑制雷射光被構造體遮擋(或照射到構造體)，可避免構造體受雷射光的影響(例如使構造體溶解等)。
亦可為，束寬調整部係具有：藉由將雷射光的一部分阻斷來調整束寬之狹縫部，控制部係根據表面資訊來導出狹縫部之與前述雷射光的穿透區域有關之狹縫寬度，並將該狹縫寬度設定於狹縫部。依據這樣的構成，可輕易且確實地調整束寬。
亦可為，控制部，當所導出之狹縫寬度小於使改質區域的形成成為可能之臨限值的情況，將以不可加工為主旨的資訊往外部輸出。如此，可避免儘管處於無法形成改質區域之不可加工的狀態仍進行加工(進行無謂的加工)，而能夠進行有效率的加工。
亦可為，控制部當所導出之狹縫寬度是讓從改質區域延伸之龜裂的長度惡化的狹縫寬度的情況，將催促加工條件變更之資訊往外部輸出。如此，當處於無法進行適切的加工的狀態的情況可催促加工條件的變更，而能夠進行順利的加工。
亦可為，控制部係進一步考慮在晶圓之雷射光的加工深度來導出狹縫寬度。縱使是相同的表面資訊，若加工深度不同，適切的狹縫寬度就不同。關於這點，藉由考慮加工深度來導出狹縫寬度，可導出更適切的狹縫寬度，能夠適當地抑制雷射光被構造體遮擋。
亦可為，控制部當藉由對晶圓的內部照射雷射光而在晶圓內部之彼此不同的深度形成複數個改質區域的情況，係對表面資訊及雷射光之加工深度的每一個組合導出狹縫寬度。如此般，藉由對不同加工深度及表面資訊的每一個組合導出狹縫寬度，可導出更適切的狹縫寬度，而能夠更適當地抑制雷射光被構造體遮擋。
亦可為，控制部係進一步考慮加工時在第一表面之雷射入射位置偏移量，而控制束寬調整部。隨著加工進展加工線應會逐漸偏移。針對這點，藉由將這樣的偏移量事先確定，考慮到偏移量來控制束寬調整部，縱使在發生了加工線偏移的情況，仍可抑制雷射光被構造體遮擋。
本發明的一態樣之檢查方法係包含以下工序：設置具有第一表面及該第一表面之相反側的第二表面之晶圓，在第一表面形成有複數個元件且以通過相鄰的元件之間的方式讓線道延伸；接收表面資訊的輸入，該表面資訊係包含線道的寬度、以及構成與該線道相鄰的元件之構造體的位置及高度；以調整成與表面資訊相應之目標束寬以下的方式，將用於調整雷射光的束寬之束寬調整部進行控制；以從第一表面側對晶圓照射雷射光的方式，將用於照射雷射光之照射部進行控制。 [發明之效果]
依據本發明的一態樣，可抑制雷射光被電路等的構造體遮擋而進行所期望的雷射照射。
以下，針對本發明的實施形態，參照圖式詳細地說明。又在各圖中是對同一或相當的部分賦予同一符號而省略重複的說明。 [雷射加工裝置的構成]
如圖1所示般，雷射加工裝置1係具備：載台2、雷射照射單元3、複數個攝像單元4,5,6、驅動單元7、控制部8、顯示器150。雷射加工裝置1，係藉由對對象物11照射雷射光L而在對象物11形成改質區域12的裝置。
載台2，例如將貼合於對象物11的薄膜進行吸附，藉此支承對象物11。載台2可沿著X方向及Y方向的各方向移動，且能以與Z方向平行的軸線為中心線進行旋轉。又X方向及Y方向是互相垂直的第1水平方向及第2水平方向，Z方向是鉛直方向。
雷射照射單元3是將對於對象物11具有穿透性的雷射光L聚光而照射於對象物11。若讓雷射光L聚光於藉由載台2支承之對象物11的內部，在與雷射光L之聚光點C對應的部分，雷射光L特別被吸收，而在對象物11的內部形成改質區域12。
改質區域12，是密度、折射率、機械強度、其他的物理特性與周圍之非改質區域不同的區域。作為改質區域12，例如可舉：熔融處理區域、裂痕區域、絕緣破壞區域、折射率變化區域等。改質區域12具有：易於讓龜裂從改質區域12朝向雷射光L的入射側及其相反側延伸的特性。這樣的改質區域12的特性可利用於對象物11的切斷。
作為一例，若讓載台2沿著X方向移動，而對於對象物11讓聚光點C沿著X方向相對移動，會以沿著X方向排成1列的方式形成複數個改質點12s。1個改質點12s，是藉由1個脈衝之雷射光L的照射所形成的。1列的改質區域12是排成1列之複數個改質點12s的集合。相鄰的改質點12s，依對於對象物11之聚光點C的相對移動速度及雷射光L的重複頻率，會有彼此相連的情況，也會有彼此分離的情況。
攝像單元4是將形成於對象物11的改質區域12、及從改質區域12延伸的龜裂之前端進行攝像。
攝像單元5及攝像單元6，是在控制部8的控制下，利用透過對象物11的光來對藉由載台2支承的對象物11進行攝像。攝像單元5,6經由攝像所獲得的圖像，作為一例，是供雷射光L的照射位置之對準。
驅動單元7是支承雷射照射單元3及複數個攝像單元4,5,6。驅動單元7是讓雷射照射單元3及複數個攝像單元4,5,6沿著Z方向移動。
控制部8是控制載台2、雷射照射單元3、複數個攝像單元4,5,6、及驅動單元7的動作。控制部8是以包含處理器、記憶體、儲存設備及通訊設備等之電腦裝置的形式來構成。在控制部8，處理器係執行被載入記憶體等的軟體(程式)，並控制記憶體及儲存設備中之資料的讀取及寫入、以及通訊設備之通訊。
顯示器150具有：作為從使用者接收資訊的輸入之輸入部的功能、及作為對使用者顯示資訊之顯示部的功能。
[對象物的構成] 如圖2及圖3所示般，本實施形態的對象物11是晶圓20。晶圓20係具備半導體基板21及功能元件層22。半導體基板21具有表面21a(第一表面)及背面21b(第二表面)。半導體基板21是例如矽基板。功能元件層22形成在半導體基板21的表面21a。功能元件層22包含：沿著表面21a呈二維排列之複數個功能元件22a(元件)。功能元件22a是例如光電二極體等的受光元件、雷射二極體等的發光元件、記憶體等的電路元件等。功能元件22a也會有複數層堆疊而成為三維結構的情況。又在半導體基板21設置表示結晶方位之缺口21c，但亦可取代缺口21c而設置定向平面。
晶圓20沿著複數條線15各個被切斷成每一個功能元件22a。在從晶圓20的厚度方向觀察的情況，複數條線15是通過複數個功能元件22a各個之間。更具體的說，在從晶圓20的厚度方向觀察的情況，線15通過線道區域23(線道)的中心(寬度方向的中心)。線道區域23，是在功能元件層22中，以通過相鄰的功能元件22a之間的方式延伸。在本實施形態，複數個功能元件22a是沿著表面21a呈陣列狀排列，複數條線15設定成格子狀。線15雖是假想的線，但亦可為實際畫設的線。如以上般，晶圓20係具有表面21a(參照圖2)及表面21a之相反側的背面21b(參照圖3)，在表面21a形成有複數個功能元件22a，且以通過相鄰的功能元件22a之間的方式讓線道區域23延伸。
[雷射照射單元的構成] 如圖4所示般，雷射照射單元3係具有：光源31(照射部)、空間光調變器32(束寬調整部)、聚光透鏡33。光源31是利用例如脈衝振盪方式來輸出雷射光L。光源31是從表面21a側對晶圓20照射雷射光，藉此在晶圓20的內部形成複數(在此為2列)的改質區域12a,12b。空間光調變器32是將從光源31輸出的雷射光L進行調變。空間光調變器32具備作為狹縫部的功能(詳如後述)，狹縫部是將雷射光的一部分遮斷，藉此調整雷射光的束寬。作為空間光調變器32的功能之狹縫部，是作為空間光調變器32的調變圖案所設定之狹縫圖案。在空間光調變器32，藉由將在液晶層顯示的調變圖案適宜地設定，使雷射光L成為可調變(例如，雷射光L的強度、振幅、位相、偏光等成為可調變)。調變圖案，是指賦予調變之全像圖案，且包含狹縫圖案。空間光調變器32是例如反射型液晶(LCOS: Liquid Crystal on Silicon)的空間光調變器(SLM: Spatial Light Modulator)。聚光透鏡33是將藉由空間光調變器32調變後的雷射光L聚光。又聚光透鏡33亦可為具有修正環的透鏡。
在本實施形態，雷射照射單元3是沿著複數條線15各個從半導體基板21的表面21a側對晶圓20照射雷射光L，藉此沿著複數條線15各個在半導體基板21的內部形成2列的改質區域12a,12b。改質區域12a是2列的改質區域12a,12b當中最靠近背面21b的改質區域。改質區域12b是2列的改質區域12a,12b當中最靠近改質區域12a的改質區域，且是最靠近表面21a的改質區域。
2列的改質區域12a,12b，是在晶圓20的厚度方向(Z方向)上相鄰。使2個聚光點C1,C2沿著線15相對於半導體基板21進行移動，藉此形成2列的改質區域12a,12b。例如以相對於聚光點C1使聚光點C2位於行進方向的後側且雷射光L之入射側的方式，藉由空間光調變器32將雷射光L進行調變。又關於改質區域的形成，是單焦點或多焦點皆可，是1道次(pass)或複數道次皆可。
雷射照射單元3，是沿著複數條線15各個從半導體基板21的表面21a側對晶圓20照射雷射光L。作為一例，對於厚度400μm之單晶矽＜100＞基板、即半導體基板21，讓2個聚光點C1,C2分別對準距離背面21b為54μm的位置及128μm的位置，沿著複數條線15各個從半導體基板21的表面21a側對晶圓20照射雷射光L。這時，例如作為讓穿越2列的改質區域12a,12b之龜裂14到達半導體基板21之背面21b的條件的情況，雷射光L的波長為1099nm，脈寬700n秒，重複頻率120kHz。又在聚光點C1之雷射光L的輸出為2.7W，在聚光點C2之雷射光L的輸出為2.7W，2個聚光點C1,C2相對於半導體基板21的移動速度為800mm/秒。以不讓穿越2列的改質區域12a,12b之龜裂14到達半導體基板21的背面21b的條件照射雷射光L亦可。亦即，亦可在之後的工序，例如將半導體基板21的背面21b磨削，藉此使半導體基板21薄化並讓龜裂14在背面21b露出，而沿著複數條線15各個將晶圓20切斷成複數個半導體裝置(device)。
[檢查用攝像單元的構成] 如圖5所示般，攝像單元4係具有：光源41、反射鏡42、物鏡43、光偵測部44。攝像單元4是將晶圓20進行攝像。光源41輸出對於半導體基板21具有穿透性的光I1。光源41例如由鹵素燈及濾波器所構成，而輸出近紅外區的光I1。從光源41輸出的光I1，藉由反射鏡42反射後通過物鏡43，而從半導體基板21的表面21a側照射於晶圓20。這時，載台2是支承如上述般形成有2列的改質區域12a,12b之晶圓20。
物鏡43是讓由半導體基板21的背面21b反射後的光I1通過。亦即，物鏡43是讓在半導體基板21中傳播的光I1通過。物鏡43之數值孔徑(NA)是例如0.45以上。物鏡43具有修正環43a。修正環43a是例如調整構成物鏡43之複數個透鏡彼此間的距離，藉此修正在半導體基板21內的光I1所產生之像差。又修正像差的手段並不限定於修正環43a，亦可為空間光調變器等之其他修正手段。光偵測部44偵測透過物鏡43及反射鏡42的光I1。光偵測部44例如由InGaAs攝像機所構成，是偵測近紅外區的光I1。又偵測(攝像)近紅外區的光I1之手段並不限定於InGaAs攝像機，亦可為穿透式共焦顯微鏡等之可進行穿透式攝像之其他攝像手段。
攝像單元4可將2列的改質區域12a,12b各個、及複數個龜裂14a,14b,14c,14d各個的前端進行攝像。龜裂14a是從改質區域12a朝背面21b側延伸的龜裂。龜裂14b是從改質區域12a朝表面21a側延伸的龜裂。龜裂14c是從改質區域12b朝背面21b側延伸的龜裂。龜裂14d是從改質區域12b朝表面21a側延伸的龜裂。
[對準修正用攝像單元的構成] 如圖6所示般，攝像單元5係具有：光源51、反射鏡52、透鏡53、光偵測部54。光源51輸出對於半導體基板21具有穿透性的光I2。光源51例如由鹵素燈及濾波器所構成，而輸出近紅外區的光I2。光源51是與攝像單元4的光源41共用化亦可。從光源51輸出的光I2，藉由反射鏡52反射後通過透鏡53，而從半導體基板21的表面21a側照射於晶圓20。
透鏡53是讓由半導體基板21的背面21b反射後的光I2通過。亦即，透鏡53讓在半導體基板21中傳播的光I2通過。透鏡53的數值孔徑為0.3以下。亦即，攝像單元4的物鏡43之數值孔徑比透鏡53的數值孔徑大。光偵測部54偵測通過透鏡53及反射鏡52的光I2。光偵測部54例如由InGaAs攝像機所構成，而偵測近紅外區的光I2。
攝像單元5，是在控制部8的控制下，從表面21a側將光I2照射於晶圓20，並偵測從背面21b側返回的光I2，藉此將背面21b進行攝像。 又攝像單元5也是同樣的，在控制部8的控制下，從表面21a側將光I2照射於晶圓20，並偵測從半導體基板21之改質區域12a,12b的形成位置返回的光I2，藉此取得包含改質區域12a,12b的區域之圖像。這些圖像用於雷射光L之照射位置的對準。攝像單元6，除了透鏡53為更低倍率(例如在攝像單元5為6倍，在攝像單元6為1.5倍)以外，係具備與攝像單元5同樣的構成，而與攝像單元5同樣的用於對準。
[基於檢查用攝像單元之攝像原理] 使用圖5所示的攝像單元4，如圖7所示般，相對於讓穿越2列的改質區域12a,12b之龜裂14到達背面21b之半導體基板21，從表面21a側朝向背面21b側讓焦點F(物鏡43的焦點)移動。在此情況，若從表面21a側讓焦點F對準從改質區域12b朝表面21a側延伸之龜裂14的前端14e，可確認該前端14e(圖7中之右側的圖像)。然而，縱使從表面21a側讓焦點F對準龜裂14本身、及到達背面21b之龜裂14的前端14e，仍無法確認其等(圖7中之左側的圖像)。
又使用圖5所示的攝像單元4，如圖8所示般，相對於不讓穿越2列的改質區域12a,12b之龜裂14到達背面21b之半導體基板21，從表面21a側朝向背面21b側讓焦點F移動。在此情況，縱使從表面21a側讓焦點F對準從改質區域12a朝背面21b側延伸之龜裂14的前端14e，仍無法確認該前端14e(圖8中之左側的圖像)。然而，若從表面21a側讓焦點F對準相對於背面21b之與表面21a為相反側的區域，而讓關於背面21b與焦點F對稱的假想焦點Fv位於該前端14e，則可確認該前端14e(圖8中之右側的圖像)。又假想焦點Fv，是關於背面21b與考慮到半導體基板21的折射率之焦點F對稱的點。
如以上般無法確認龜裂14本身的理由，可設想是因為龜裂14的寬度比作為照明光之光I1的波長小。圖9及圖10係形成在矽基板、即半導體基板21的內部之改質區域12及龜裂14的SEM(Scanning Electron Microscope)圖像。圖9(b)係圖9(a)所示的區域A1之放大像，圖10(a)係圖9(b)所示的區域A2之放大像，圖10(b)係圖10(a)所示的區域A3之放大像。如此般，龜裂14的寬度為120nm左右，而比近紅外區之光I1的波長(例如1.1~1.2μm)小。
根據以上內容所設想的攝像原理如下。如圖11(a)所示般，若讓焦點F位於空氣中，因為光I1不會返回，而獲得黑色的圖像(圖11(a)中之右側的圖像)。如圖11(b)所示般，若讓焦點F位於半導體基板21的內部，因為由表面21a反射後的光I1返回，而獲得白色的圖像(圖11(b)中之右側的圖像)。如圖11(c)所示般，若從表面21a側讓焦點F對準改質區域12，起因於改質區域12，由背面21b反射回來之光I1的一部分會產生吸收、散射等，因此獲得在白色背景中用黑色呈現改質區域12的圖像(圖11(c)中之右側的圖像)。
如圖12(a)及(b)所示般，若從表面21a側讓焦點F對準龜裂14的前端14e，例如起因於在前端14e附近產生之光學特異性(應力集中、應變、原子密度之不連續性等)、在前端14e附近產生之光的侷限等，由背面21b反射回來之光I1的一部分會產生散射、反射、干涉、吸收等，因此獲得在白色背景中用黑色呈現前端14e的圖像(圖12(a)及(b)中之右側的圖像)。如圖12(c)所示般，若從表面21a側讓焦點F對準龜裂14的前端14e附近以外的部分，因為由背面21b反射之光I1之至少一部會返回，而獲得白色的圖像(圖12(c)中之右側的圖像)。
[雷射光之束寬調整處理] 以下說明，基於將晶圓20切斷等的目的而進行形成改質區域的處理時所實行之雷射光的束寬調整處理。又束寬調整處理亦可與形成改質區域的處理各自獨立地(與形成改質區域的處理不連動地)實行。
首先，針對必須進行雷射光的束寬調整的理由，參照圖13及圖14做說明。圖13及圖14係束寬的調整之說明圖。又在圖13及圖14等的各圖式中，「DF」表示基於雷射光之加工位置(聚光位置)，「Cutting Position」表示在之後的工序將背面21b研磨並將晶圓20切斷成複數個半導體裝置時的切斷位置。如圖13所示般，在本實施形態的晶圓20之雷射光L入射面、即表面21a，形成有複數個功能元件22a。如圖13(a)所示般，當雷射光L的束寬大的情況，朝表面21a入射之雷射光L會超出線道區域23而到達功能元件22a，使得雷射光L的一部分無法在晶圓20內部聚光(被功能元件22a遮擋)。當線道區域23狹窄的情況、加工位置(聚光位置)深的情況等，雷射光L被功能元件22a遮擋的狀況變得容易發生。當雷射光L被功能元件22a遮擋的情況，因為雷射光L的一部分無法在晶圓20的內部聚光，導致在晶圓20的內部之雷射光L的輸出降低。此外，起因於雷射光L和功能元件22a之干涉，有不期望的射束進入晶圓20的內部而造成加工品質惡化的疑慮。又按照構成功能元件22a之構造體22x的種類，有受到雷射光L的照射而導致溶解的疑慮。
為了避免雷射光L被功能元件22a遮擋的狀況發生，必須進行雷射光L的束寬調整。例如藉由空間光調變器32的狹縫部(作為調變圖案而設定的狹縫圖案)將雷射光L截止成任意的寬度(詳如後述)，如圖13(b)所示般，可將朝表面21a入射的雷射光L侷限在線道區域23的寬度。 亦即，藉由將雷射光L的一部分(雷射光截止部分LC)截止，可將朝表面21a入射之雷射光L侷限在線道區域23的寬度。
在此，構成功能元件22a之構造體22x具有某種程度的高度t(厚度t)。因為這樣，縱使如上述般可將雷射光L侷限在線道區域23內的情況，仍會有雷射光L被具有高度t之構造體22x的一部分遮擋的疑慮。 例如，在圖14(a)所示的例子，在線道區域23之雷射光L入射面，是控制成使雷射光L的束寬Wt0比線道區域23的寬度窄。然而，在離線道區域23的兩端部距離X的位置(位置X)設有高度t的構造體22x,22x，因為在該高度t的位置之雷射光L的束寬Wt比構造體22x,22x之分離距離大，導致雷射光L被具有高度t之構造體22x的一部分遮擋。
另一方面，例如圖14(b)所示般，當構造體22x,22x的高度t比上述圖14(a)所示之構造體22x,22x的高度t充分低的情況，縱使雷射光L的束寬Wt0及構造體22x,22x離線道區域23的端部之距離X等的條件與圖14(a)所示的構成相同，雷射光L被構成功能元件22a之構造體22x遮擋的狀況並不會發生。又例如圖14(c)所示般，當構造體22x,22x之離線道區域23的端部之距離X比上述圖14(a)所示之構造體22x,22x之離線道區域23的端部之距離X充分大的情況，縱使雷射光L的束寬Wt0及構造體22x,22x之高度t等的條件與圖14(a)所示的構成相同，雷射光L被構成功能元件22a之構造體22x遮擋的狀況並不會發生。
如以上般，為了抑制雷射光L被構成功能元件22a之構造體22x遮擋的狀況發生，除了線道區域23的寬度，還必須考慮構成與線道區域23相鄰的功能元件22a之構造體22x的位置及高度，而進行雷射光L的束寬調整。以下說明，與雷射光的束寬調整有關之控制部8的詳細功能。
控制部8是以將雷射光的束寬調整成與表面資訊相應之目標束寬以下的方式控制空間光調變器32(束寬調整部)，該表面資訊係包含線道區域23的寬度、以及構成與線道區域23相鄰的功能元件22a之構造體22x的位置及高度。控制部8，例如根據在顯示器150顯示之設定畫面(參照圖20(b))中由使用者輸入的資訊來取得表面資訊，該表面資訊係包含線道區域23的寬度W、以及構成與線道區域23相鄰的功能元件22a之構造體22x的位置X及高度t。構造體22x的位置X是從線道區域23的端部到構造體22x的分離距離X。目標束寬包含：在表面21a的值、及在構造體22x的高度t的值。在表面21a的目標束寬，例如是線道區域23的寬度W。在構造體22x的高度t之目標束寬，例如是與線道區域23相鄰的構造體22x,22x之分離距離，是將線道區域23的寬度W、一方的構造體22x之位置X、另一方的構造體22x之位置X相加而成的值(W+X+X)。藉由控制成使雷射光在表面21a之束寬成為在表面21a之目標束寬以下，且控制成使雷射光在高度t之束寬成為在高度t之目標束寬以下，可將雷射光確實地侷限在線道區域23內，且能夠避免雷射光L被構成功能元件22a之構造體22x遮擋的狀況發生。
控制部8，係根據上述表面資訊，導出發揮狹縫部的功能之空間光調變器32之與雷射光的穿透區域有關的狹縫寬度(詳如後述)，並將與該狹縫寬度相應的狹縫圖案設定於空間光調變器32。圖15係針對利用了狹縫圖案SP之束寬調整的說明圖。圖15(a)所示的狹縫圖案SP，是在空間光調變器32的液晶層顯示的調變圖案。狹縫圖案SP包含：將雷射光L遮斷之遮斷區域CE、讓雷射光L穿透之穿透區域TE。穿透區域TE設定成與狹縫寬度相應的大小。以狹縫寬度越小則穿透區域TE變得越小(遮斷區域CE越大)且雷射光截止部分LC變得越大的方式設定狹縫圖案SP。在圖15(a)的狹縫圖案SP，為了將雷射光L的束寬縮小，雷射光L之寬度方向兩端部成為遮斷區域CE，中央的區域成為穿透區域TE。如圖15(a)所示般，藉由使雷射光通過狹縫圖案SP，可將雷射光L之寬度方向兩端部(雷射光截止部分LC)截止，而使雷射光L的束寬成為目標束寬以下。
控制部8亦可進一步考慮在晶圓20之雷射光L的加工深度而導出狹縫寬度。圖15(b)顯示加工深度(「DF」的位置)比上述圖15(a)淺的例子。在圖15(a)及圖15(b)中，表面資訊等的其他條件彼此相同。在此情況，控制部8，對於加工深度淺之圖15(b)的狹縫圖案SP，比起加工深度深之圖15(a)的狹縫圖案SP，是將遮斷區域CE縮小而使穿透區域TE變大。亦即，控制部8亦可控制成，雷射光L的加工深度越深則狹縫圖案SP之遮斷區域CE越大。如此，除了表面資訊還考慮加工深度，可更適切地設定狹縫圖案SP。控制部8亦可為，例如圖4所示般，當在半導體基板21的內部以彼此不同的深度形成有複數(2列)改質區域12a,12b的情況，對表面資訊及雷射光L之加工深度的每一個組合導出狹縫寬度。
圖16及圖17係針對具體的狹縫寬度導出處理的一例之說明圖。控制部8，藉由實行例如以下的程序1~程序4之計算來導出狹縫寬度。又如後述般，基於控制部8之計算程序並不限定於以下內容。
如圖16(a)所示般，將晶圓20之線道區域23的寬度設為W，將構造體22x,22x的位置(離線道區域23的端部之分離距離)設為X，將構造體22x的高度設為t，將雷射光L的加工深度設為DF。又加工深度是指從表面21a起算的加工深度。
在程序1，如圖16(b)及圖16(c)所示般，控制部8無視構造體22x的存在，以雷射光的束寬成為在表面21a之目標束寬(線道區域23的寬度W)以下的方式計算狹縫寬度。狹縫寬度是由以下的(1)式導出。
Figure 02_image001
在上述(1)式中，「SLIT」為狹縫寬度，Z為取決於空間光調變器32等的種類之固定值，n為取決於加工對象材質之折射率，a為考慮了加工對象材質的折射率之常數(dz率)。假設n=3.6，a=4.8，Z=480，線道區域23的寬度W=20μm，加工深度DF=50μm。在此情況，在程序1導出根據道區域23的寬度之狹縫寬度SLITstreet=72μm。
接著，在程序2，如圖16(d)所示般，控制部8計算：當採用在程序1所求出之狹縫寬度SLITstreet= 72μm的情況，從表面21a到構造體22x的高度t為止雷射光的射束擴大的距離Xt。距離Xt是由從(1)式變形而成之以下的(2)式導出。假設構造體22x的高度t=40μm。在此情況，在(2)式的SLIT將上述狹縫寬度SLITstreet=72μm代入，藉此導出距離Xt=8μm。
Figure 02_image003
接著，在程序3，控制部8將在程序2導出的距離Xt=8μm和構造體22x的位置(離線道區域23的端部之分離距離)X做比較。控制部8例如圖17(a)所示般，當位置X比距離Xt大(位置X大於8μm)的情況，判斷縱使採用狹縫寬度SLITstreet=72μm雷射光也不會被構造體22x遮擋，而決定狹縫寬度SLITstreet為最終的狹縫寬度。另一方面，控制部8例如圖17(b)所示般，當位置X比距離Xt小(位置X小於8μm)的情況，判斷若採用狹縫寬度SLITstreet=72μm則雷射光會被構造體22x遮擋，決定不採用狹縫寬度SLITstreet，而再度計算將構造體22x的位置及高度納入考慮之最終的狹縫寬度。
程序4，僅在程序3決定再度計算將構造體22x的位置及高度納入考慮之最終的狹縫寬度的情況實行。在程序4，控制部8如圖17(c)所示般，係考慮構造體22x的位置及高度，以使雷射光的束寬成為在構造體22x的高度t之目標束寬以下的方式計算狹縫寬度。狹縫寬度是由以下的(3)式導出。假設構造體22x的位置(離線道區域23的端部之分離距離)X=4μm。在此情況，導出將構造體22x的位置及高度納入考慮之最終的狹縫寬度SLIT構造體=56μm。
Figure 02_image005
又在上述計算程序，最初無視構造體22x的存在而計算狹縫寬度之後，判斷在該狹縫寬度的情況雷射光是否會被構造體22x遮擋，而導出最終的狹縫寬度，但計算程序並不限定於此。控制部8亦可為，例如將用(1)式導出的狹縫寬度SLITstreet和用(3)式導出的狹縫寬度SLIT構造體雙方都導出之後，再決定以其中較小的狹縫寬度作為最終的狹縫寬度。
控制部8亦可為，進一步考慮加工時在表面21a之雷射光的入射位置偏移量，而將設定狹縫圖案之空間光調變器32進行控制。如圖18所示般，當對複數條加工線l1~l3的線道區域23連續照射雷射光的情況，因為在晶片(chip)間產生間隙，而使加工線l1~l3的位置逐漸偏移。在圖18的例子，相較於最初進行加工的加工線l1，下個進行加工的加工線l2的位置會往左側偏移，相較於該加工線l2，再下個進行加工的加工線l3的位置會往左側偏移。雖可考慮例如每數條加工線進行一次修正處理，但必須每條加工線都進行修正才能避免位置偏移。然而，關於每條加工線都進行修正，考慮到處理時間則不切實際。在本實施形態，控制部8係事先確認加工時之雷射光的入射位置偏移量(加工位置偏移餘裕(margin)值)，在使用上述(1)式或(3)式來導出狹縫寬度時，是設定在線道區域23的寬度W考慮了加工位置偏移餘裕值的值。控制部8，例如可將從線道區域23的寬度W減去加工位置偏移餘裕值的值設定為修正後的線道區域23的寬度W，而導出狹縫寬度。而且，控制部8，係以根據考慮了加工位置偏移餘裕值而導出之狹縫寬度來設定狹縫圖案的方式，將空間光調變器32進行控制。
控制部8亦可為，當所導出之狹縫寬度小於使改質區域的形成成為可能之臨限值、即極限狹縫值的情況，控制顯示器150而讓其顯示以不可加工為主旨的資訊。極限狹縫值例如是根據事前的加工實驗而對每個引擎設定的值。
控制部8亦可為，當所導出之狹縫寬度是讓從改質區域12延伸之龜裂長度惡化之狹縫寬度的情況，控制顯示器150而讓其顯示催促各種加工條件變更之資訊。加工條件係例如：加工個數、ZH(Z高度)、VD、焦點數、脈衝能、聚光狀態參數、加工速度、頻率、脈寬等。ZH是表示進行雷射加工時的加工深度(高度)之資訊。
接下來，參照圖19，針對控制部8所實行之束寬調整處理做說明。
控制部8最初接收與加工條件(製程參數(recipe))有關的輸入(步驟S1)。控制部8例如透過在顯示器150顯示的設定畫面來從使用者接收資訊的輸入。具體而言，控制部8如圖20(a)所示般，係接收複數個改質區域12 (在圖20，SD1,SD2,SD3)的加工位置之Z高度(ZH1,ZH2, ZH3)的輸入。又控制部8如圖20(c)所示般，係接收線道區域23的寬度W、構造體22x的高度t、構造體22x的位置X、及加工對象材質(例如矽)之輸入。再者，控制部8取得不屬於使用者的輸入之事先設定的固定值。具體而言，控制部8如圖20(b)所示般，係取得：基於材質之固定值N(例如，對(1)式中的n及a對應之固定值)、臨限狹縫寬度(極限狹縫值)、及加工位置偏移餘裕Y。又該等數值可在顯示器150顯示，亦可不顯示。又當該等數值在顯示器150顯示的情況，亦可為藉由來自使用者的輸入所設定者。
接下來，控制部8係從複數個改質區域12 (SD1,SD2,SD3)的加工位置中選擇狹縫寬度計算前的加工位置(步驟S2)。接著，控制部8計算在所選擇的加工位置之狹縫寬度(步驟S3)。具體而言，控制部8例如藉由上述程序1~程序4來計算在所選擇的加工位置之狹縫寬度。
接下來，控制部8判定所導出的狹縫寬度是否恰當(步驟S4)。具體而言，控制部8判定所導出的狹縫寬度是否小於臨限狹縫寬度(極限狹縫值)。再者，控制部8亦可判定所導出的狹縫寬度是否為讓從改質區域12延伸之龜裂的長度惡化之狹縫寬度。
在步驟S4，當判定為狹縫寬度不恰當的情況，控制部8控制顯示器150而讓其顯示警報(步驟S5)。顯示警報，例如當狹縫寬度為臨限狹縫寬度的情況，是顯示以不可加工為主旨的資訊。又顯示警報，例如當狹縫寬度為讓龜裂的長度惡化之狹縫寬度的情況，是顯示催促加工條件變更的資訊。
在步驟S4，當判定為狹縫寬度恰當的情況，控制部8確定所選擇的加工位置之狹縫寬度是所導出的狹縫寬度(步驟S6)。接下來，控制部8判定是否有未選擇的加工位置(步驟S7)，當還有未選擇的加工位置的情況，再度從步驟S2的處理開始實行。另一方面，當沒有未選擇的加工位置的情況(所有的加工位置都確定狹縫寬度的情況)，控制部8對於各個加工位置，將與所導出的狹縫寬度相應之狹縫圖案設定於空間光調變器32，而開始加工(步驟S8)。以上是束寬調整處理。
接著針對本實施形態的雷射加工裝置1之作用效果做說明。
本實施形態的雷射加工裝置1係具備載台2、光源31、空間光調變器32及控制部8，載台2係支承具有表面21a及該表面21a之相反側的背面21b之晶圓20，在表面21a形成有複數個功能元件22a且以通過相鄰的功能元件22a之間的方式讓線道區域23延伸；光源31，係藉由從表面21a側對晶圓20照射雷射光，而在晶圓20的內部形成一或複數個改質區域12；空間光調變器32係作為調整雷射光的束寬之束寬調整部；控制部8，係以將雷射光的束寬調整成與表面資訊相應之目標束寬以下的方式控制空間光調變器32，該表面資訊係包含線道區域23的寬度、以及構成與該線道區域23相鄰的功能元件22a之構造體22x的位置及高度。
在雷射加工裝置1，在從形成有複數個功能元件22a之表面21a側對晶圓20照射雷射光的構成，是以成為與表面21a之線道區域23的寬度以及構成功能元件22a之構造體22x的位置及高度相應之目標束寬以下的方式調整雷射光的束寬。如此般，藉由將雷射光的束寬調整成除了線道區域23的寬度還將構成功能元件22a之構造體22x的位置及高度納入考慮之目標束寬以下，可將雷射光的束寬調整成不僅侷限在線道區域23的寬度還不被構造體22x遮擋。如此，可抑制雷射光被電路等的構造體22x遮擋，而能進行所期望的雷射照射(侷限在線道區域23的寬度且不被構造體22x遮擋的雷射照射)。
亦即，依據本實施形態的雷射加工裝置1，能夠抑制雷射光被構造體22x遮擋所造成之晶圓20內部之雷射光的輸出降低等。又當雷射光照射到電路等的構造體22x的情況，應會因干涉而使不期望的射束進入晶圓20的內部導致加工品質惡化。關於這點，藉由如上述般抑制雷射光被構造體22x遮擋(或照射到構造體22x)，可防止如此般的加工品質惡化。又挾照構造體22x的種類，會有受到雷射光的照射而導致溶解等的疑慮。關於這點也是，藉由如上述般抑制雷射光被構造體22x遮擋(或照射到構造體22x)，可避免構造體22x受雷射光的影響(例如使構造體22x溶解等)。
亦可為，空間光調變器32係具有：藉由將雷射光的一部分阻斷來調整束寬之狹縫部，控制部8係根據表面資訊來導出狹縫部之與雷射光的穿透區域有關之狹縫寬度，並將該狹縫寬度設定於狹縫部。依據這樣的構成，可輕易且確實地調整束寬。
亦可為，控制部8，當所導出之狹縫寬度小於使改質區域的形成成為可能之臨限值的情況，將以不可加工為主旨的資訊往外部輸出。如此，可避免儘管處於無法形成改質區域之不可加工的狀態仍進行加工(進行無謂的加工)，而能夠進行有效率的加工。
亦可為，控制部8當所導出之狹縫寬度是讓從改質區域延伸之龜裂的長度惡化的狹縫寬度的情況，將催促加工條件變更之資訊往外部輸出。如此，當處於無法進行適切的加工的狀態的情況可催促加工條件的變更，而能夠進行順利的加工。
亦可為，控制部8係進一步考慮在晶圓20之雷射光的加工深度來導出狹縫寬度。縱使是相同的表面資訊，若加工深度不同，適切的狹縫寬度就不同。關於這點，藉由考慮加工深度來導出狹縫寬度，可導出更適切的狹縫寬度，能夠適當地抑制雷射光被構造體22x遮擋。
亦可為，控制部8當藉由對晶圓20的內部照射雷射光而在晶圓20內部之彼此不同的深度形成複數個改質區域12的情況，係對表面資訊及雷射光之加工深度的每一個組合導出狹縫寬度。如此般，藉由對不同加工深度及表面資訊的每一個組合導出狹縫寬度，可導出更適切的狹縫寬度，而能夠更適當地抑制雷射光被構造體22x遮擋。
亦可為，控制部8係進一步考慮加工時在表面21a之雷射入射位置偏移量，而控制空間光調變器32。隨著加工進展加工線應會逐漸偏移。針對這點，藉由將這樣的偏移量事先確定，考慮到偏移量來控制空間光調變器32(設定狹縫圖案)，縱使在發生了加工線偏移的情況，仍可抑制雷射光被構造體22x遮擋。
以上是針對本發明的實施形態做說明，但本發明並不限定於上述實施形態。例如雖是說明，控制部8藉由設定空間光調變器32之狹縫圖案來調整雷射光的束寬，但束寬的調整方法並不限定於此，例如不是設定狹縫圖案，而是設定物理性的狹縫來調整束寬亦可。又例如，藉由調整空間光調變器32之雷射光的橢圓率來調整束寬亦可。
1:雷射加工裝置 2:載台 8:控制部 20:晶圓 21a:表面(第一表面) 21b:背面(第二表面) 22a:功能元件(元件) 22x:構造體 23:線道區域(線道) 31:光源(照射部) 32:空間光調變器(束寬調整部)
[圖1]係一實施形態的雷射加工裝置之構成圖。 [圖2]係一實施形態的晶圓之俯視圖。 [圖3]係圖2所示的晶圓之一部分的剖面圖。 [圖4]係圖1所示的雷射照射單元之構成圖。 [圖5]係圖1所示的檢查用攝像單元之構成圖。 [圖6]係圖1所示的對準修正用攝像單元之構成圖。 [圖7]係用於說明基於圖5所示的檢查用攝像單元之攝像原理之晶圓的剖面圖、及基於該檢查用攝像單元之各部位的圖像。 [圖8]係用於說明基於圖5所示的檢查用攝像單元之攝像原理之晶圓的剖面圖、及基於該檢查用攝像單元之各部位的圖像。。 [圖9(a)、(b)]係形成於半導體基板的內部之改質區域及龜裂的SEM圖像。 [圖10(a)、(b)]係形成於半導體基板的內部之改質區域及龜裂的SEM圖像。 [圖11(a)~(c)]係用於說明基於圖5所示的檢查用攝像單元之攝像原理的光路圖、及顯示基於該檢查用攝像單元之焦點的圖像之示意圖。 [圖12(a)~(c)]係用於說明基於圖5所示的檢查用攝像單元之攝像原理的光路圖、及顯示基於該檢查用攝像單元之焦點的圖像之示意圖。 [圖13(a)、(b)]係針對束寬的調整之說明圖。 [圖14(a)~(c)]係針對束寬的調整之說明圖。 [圖15(a)、(b)]係針對利用了狹縫圖案之束寬調整的說明圖。 [圖16(a)~(d)]係顯示狹縫寬度導出處理的程序。 [圖17(a)~(c)]係顯示狹縫寬度導出處理的程序。 [圖18]係針對雷射入射位置偏移之說明圖。 [圖19]係束寬調整處理的流程圖。 [圖20(a)~(c)]係狹縫寬度導出處理的畫面示意圖。
1:雷射加工裝置
2:載台
3:雷射照射單元
4,5,6:複數個攝像單元
7:驅動單元
8:控制部
11:對象物
12:改質區域
12s:改質點
150:顯示器
C:聚光點
L:雷射光

Claims (8)

  1. 一種雷射加工裝置，係具備載台、照射部、束寬調整部及控制部， 前述載台係支承具有第一表面及該第一表面之相反側的第二表面之晶圓，在前述第一表面形成有複數個元件且以通過相鄰的元件之間的方式讓線道延伸； 前述照射部，係藉由從前述第一表面側對前述晶圓照射雷射光，而在前述晶圓的內部形成一或複數個改質區域； 前述束寬調整部係調整前述雷射光的束寬； 前述控制部，係以將前述雷射光的束寬調整成與表面資訊相應之目標束寬以下的方式控制前述束寬調整部，前述表面資訊係包含前述線道的寬度、以及構成與該線道相鄰的元件之構造體的位置及高度。
  2. 如請求項1所述之雷射加工裝置，其中， 前述束寬調整部係具有：藉由將前述雷射光的一部分阻斷來調整前述束寬之狹縫部， 前述控制部，係根據前述表面資訊來導出前述狹縫部之與前述雷射光的穿透區域有關之狹縫寬度，並將該狹縫寬度設定於前述狹縫部。
  3. 如請求項2所述之雷射加工裝置，其中， 前述控制部，當所導出之前述狹縫寬度小於使前述改質區域的形成成為可能之臨限值的情況，將以不可加工為主旨的資訊往外部輸出。
  4. 如請求項2或3所述之雷射加工裝置，其中， 前述控制部，當所導出之前述狹縫寬度是讓從前述改質區域延伸之龜裂的長度惡化的狹縫寬度的情況，將催促加工條件變更之資訊往外部輸出。
  5. 如請求項2至4之任一項所述之雷射加工裝置，其中， 前述控制部，係進一步考慮在前述晶圓之前述雷射光的加工深度來導出前述狹縫寬度。
  6. 如請求項5所述之雷射加工裝置，其中， 前述控制部，當藉由對前述晶圓的內部照射前述雷射光而在前述晶圓的內部之彼此不同的深度形成複數個改質區域的情況，係對前述表面資訊及前述雷射光之加工深度的每一個組合導出前述狹縫寬度。
  7. 如請求項1至6之任一項所述之雷射加工裝置，其中， 前述控制部，係進一步考慮加工時在前述第一表面之雷射入射位置偏移量，而控制前述束寬調整部。
  8. 一種檢查方法，係包含以下工序： 設置具有第一表面及該第一表面之相反側的第二表面之晶圓，在前述第一表面形成有複數個元件且以通過相鄰的元件之間的方式讓線道延伸； 接收表面資訊的輸入，該表面資訊係包含前述線道的寬度、以及構成與該線道相鄰的元件之構造體的位置及高度； 以調整成與前述表面資訊相應之目標束寬以下的方式，將用於調整雷射光的束寬之束寬調整部進行控制； 以從前述第一表面側對前述晶圓照射雷射光的方式，將用於照射雷射光之照射部進行控制。
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