TW202331205A - 雷射加工裝置 - Google Patents

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Abstract

[課題]提供一種不論晶圓的種類、表面狀態，皆可適當正確地量測晶圓的上表面高度之雷射加工裝置。[解決手段]雷射加工裝置包含：雷射振盪器，其射出雷射光線；聚光器，其將雷射振盪器所射出之雷射光線聚光並將聚光點定位於晶圓；聚光點位置調整器，其配設於雷射振盪器與聚光器之間且調整聚光點的位置；以及上表面位置檢測器，其檢測晶圓的上表面位置。上表面位置檢測器包含：檢測用光源，其射出寬波長帶的檢測光；以及選擇器，其從檢測用光源所射出之檢測光選擇特定波長的檢測光。

Description

雷射加工裝置
本發明係關於一種雷射加工裝置。
在正面形成有藉由交叉之多條分割預定線所劃分之IC、LSI等多個元件之晶圓，係在背面被研削而形成期望的厚度之後，藉由雷射加工裝置而被分割成一個個元件晶片。
雷射加工裝置包含：卡盤台，其保持晶圓；雷射光線照射單元，其對保持於卡盤台之晶圓照射雷射光線；以及進給機構，其將卡盤台與雷射光線照射單元在X軸方向及與X軸方向呈正交之Y軸方向進行加工進給，並且，可對晶圓的分割預定線高精度地照射雷射光線。
並且，將對於晶圓具有穿透性之波長的雷射光線的聚光點定位於與分割預定線對應之晶圓內部，並對晶圓照射雷射光線而在晶圓內部形成改質層，之後，在對晶圓施加外力而將分割成一個個元件晶片之技術中，需要將雷射光線的聚光點定位於距晶圓的上表面適當正確的位置，本申請人已開發一邊量測晶圓的上表面位置（上表面高度）一邊控制雷射光線的聚光點的位置之技術（例如，參照專利文獻1、2）。
專利文獻1所公開之技術為第一類型的技術，係將檢測用光源所射出之檢測光以入射角α照射至晶圓的上表面，且具備量測在晶圓的上表面反射之反射光的位置，藉由影像感測器所檢測出之反射光的位置而計算晶圓的上表面位置。
專利文獻2所公開之技術為第二類型的技術，係將檢測用光源所射出之檢測光通過聚光器而照射至保持於卡盤台之晶圓的上表面，將在晶圓的上表面反射之反射光分歧成第一光路及第二光路，且將通過配設於第一光路之狹縫遮罩（slit mask）之反射光的強度與被引導至第二光路之反射光的強度進行比較，而計算晶圓的上表面位置。 [習知技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2005-313182號公報 [專利文獻2]日本特開2007-152355號公報
[發明所欲解決的課題] 但是，根據晶圓的種類、表面狀態，會有從檢測用光源所射出之檢測光在晶圓的上表面不能充分地反射之情形。在這種情形中，存在無法適當正確地量測晶圓的上表面高度之問題。此問題雖多見於第一類型的量測器，但在第二類型的量測器也可能發生。
因此，本發明之目的在於提供一種無論晶圓的種類、表面狀態皆可適當正確地量測晶圓的上表面高度之雷射加工裝置。
[解決課題的技術手段] 根據本發明，提供一種雷射加工裝置，其具備：卡盤台，其保持晶圓；雷射光線照射單元，其對保持於該卡盤台之該晶圓照射雷射光線；以及進給機構，其將該卡盤台與該雷射光線照射單元在X軸方向及與該X軸方向呈正交之Y軸方向進行加工進給，該雷射光線照射單元具備：雷射振盪器，其射出雷射光線；聚光器，其將該雷射振盪器所射出之雷射光線聚光並將聚光點定位在保持於該卡盤台之該晶圓；聚光點位置調整器，其配設於該雷射振盪器與該聚光器之間且調整聚光點的位置；以及上表面位置檢測器，其檢測該晶圓的上表面位置，該上表面位置檢測器包含：檢測用光源，其射出寬波長帶的檢測光；以及選擇器，其從該檢測用光源所射出之檢測光選擇特定波長的檢測光，並且，所述雷射加工裝置係藉由該選擇器而在該檢測用光源所射出之檢測光之中選擇特定波長的檢測光，引導至保持於該卡盤台之該晶圓的上表面，且藉由在該晶圓的上表面反射之反射光而計算該晶圓的上表面位置。
較佳為，該選擇器包含使互相不同之特定波長的檢測光穿透之多個帶通濾波器，且選擇該多個帶通濾波器的任一者並定位於檢測光的光路，而選擇特定波長的檢測光。較佳為，該選擇器選擇受光量成為最大之波長的檢測光。
較佳為，該上表面位置檢測器包含：匯合器，其使該檢測用光源所射出且依序通過該選擇器及第一分束器之檢測光在該雷射振盪器與該聚光點位置調整器之間匯合；第二分束器，其透過該匯合器與該第一分束器而將已通過該聚光點位置調整器與該聚光器之檢測光在保持於該卡盤台之晶圓的上表面反射之反射光分歧成第一光路與第二光路；濾光器，其配設於該第一光路且使被分歧之反射光的一部分通過；第一受光元件，其接收已通過該濾光器之反射光；以及第二受光元件，其配設於該第二光路且接收被分歧之反射光的全部，並且，從在該第一受光元件的受光量與在該第二受光元件的受光量的比較而計算晶圓的上表面位置。
較佳為，該上表面位置檢測器包含：照射端部，其將該檢測用光源所射出之檢測光以入射角α照射至晶圓的上表面；受光端部，其接收從該照射端部照射之檢測光在晶圓的上表面反射之反射光；以及影像感測器，其量測在該受光端部受光之反射光的位置，並且，藉由該影像感測器所檢測出之反射光的位置而計算晶圓的上表面位置。
[發明功效] 根據本發明的雷射加工裝置，可選擇在晶圓的上表面充分地反射之特定波長的檢測光，且不論晶圓的種類、表面狀態，皆可適當正確地量測晶圓的上表面高度。
以下，針對本發明實施方式的雷射加工裝置，一邊參照圖式一邊進行詳細說明。
如同圖1所示，雷射加工裝置2包含：卡盤台4，其保持晶圓W；雷射光線照射單元6，其對保持於卡盤台4之晶圓W照射雷射光線；進給機構8，其將卡盤台4與雷射光線照射單元6在圖1中以箭頭X表示之X軸方向及與X軸方向呈正交之Y軸方向（圖1中以箭頭Y表示之方向）進行加工進給。此外，X軸方向及Y軸方向所規定之XY平面為實質上水平。
本實施方式的雷射加工裝置2包含：X軸可動板12，其在X軸方向移動自如地裝設於基台10的上表面；Y軸可動板14，其在Y軸方向移動自如地裝設於X軸可動板12的上表面；支柱16，其固定於Y軸可動板14的上表面；以及蓋板18，其固定於支柱16的上端。在蓋板18形成有在Y軸方向延伸之長孔18a。而且，上述卡盤台4係旋轉自如地裝設於支柱16的上端，且通過蓋板18的長孔18a而往上方延伸。
在卡盤台4的上端部分配置有與吸引手段（未圖示）連接之多孔質的圓形狀的吸附卡盤20。在卡盤台4的周緣係在圓周方向空開間隔而設有多個夾具22。
在卡盤台4係以吸引手段在吸附卡盤20的上表面生成吸引力，並吸引保持載置於吸附卡盤20的上表面之晶圓W。並且，卡盤台4係藉由內置於支柱16之卡盤台用馬達（未圖示）而以上下方向為軸心進行旋轉。
如圖2所示，雷射光線照射單元6具備：雷射振盪器24，其射出加工用脈衝雷射光線LB1；聚光器26，其將雷射振盪器24所射出之雷射光線LB1聚光並將聚光點P定位在保持於卡盤台4之晶圓W；聚光點位置調整器28，其配設於雷射振盪器24與聚光器26之間且調整聚光點P的位置；以及上表面位置檢測器30，其檢測晶圓W的上表面位置。
如同圖1所示，雷射光線照射單元6包含外殼32，所述外殼32係從基台10的上表面往上方延伸，且接著實質上水平地延伸。雷射振盪器24配置於外殼32的內部。雷射振盪器24所射出之雷射光線LB1可為對於晶圓W具有穿透性之波長（例如1064nm）。聚光器26裝設於外殼32的前端下表面。
若參照圖2進行說明，則聚光點位置調整器28包含：第一／第二透鏡34、36，其等互相空開間隔而配置；第一電流掃描器38，其反射已通過第一透鏡34之雷射光線LB1；以及第二電流掃描器40，其反射在第一電流掃描器38反射之雷射光線LB1並引導至第二透鏡36。此外，在第二透鏡36與聚光器26之間設有將已通過第二透鏡36之雷射光線LB1引導至聚光器26之方向轉換鏡42。
若參照圖2及圖3進行說明，則第一電流掃描器38具有：一對第一／第二反射鏡44、46，其等空開預定的間隔並互相平行地面對設置；以及角度調整致動器48（參照圖3），其調整第一／第二反射鏡44、46的設置角度。
如同圖2所示，第一反射鏡44將已通過第一透鏡34之雷射光線LB1朝向第二反射鏡46反射。第二反射鏡46將在第一反射鏡44反射之雷射光線LB1朝向第二電流掃描器40反射。
如同圖3所示，角度調整致動器48的旋轉軸48a係與第一／第二反射鏡44、46雙方連結。而且，角度調整致動器48一邊維持第一／第二反射鏡44、46的平行狀態，一邊相對於雷射光線LB1的光路而變更第一／第二反射鏡44、46的設置角度。
第二電流掃描器40係與第一電流掃描器38同樣地具有：一對第三／第四反射鏡50、52，其等空開預定的間隔並互相平行地面對設置；以及角度調整致動器54，其調整第三／第四反射鏡50、52的設置角度。
第三反射鏡50將在第一電流掃描器38的第二反射鏡46反射之雷射光線LB1朝向第四反射鏡52反射。第四反射鏡52將在第三反射鏡50反射之雷射光線LB1朝向第二透鏡36反射。
角度調整致動器54的旋轉軸54a係與第三／第四反射鏡50、52雙方連結。而且，角度調整致動器54一邊維持第三／第四反射鏡50、52的平行狀態，一邊相對於雷射光線LB1的光路而變更第三／第四反射鏡50、52的設置角度。
如同上述，雷射振盪器24所射出之雷射光線LB1通過第一透鏡34之後，在第一／第二反射鏡44、46進行反射。如圖4所示，若將第一反射鏡44與第二反射鏡46的間隔設為d，則以下述表示： m1＝d／cosθ m2＝m1cos2θ＝（d／cosθ）cos2θ， 因此成為： m1＋m2＝（d／cosθ）（1＋cos2θ）＝2dcosθ。
若第三反射鏡50與第四反射鏡52的間隔也與上述同樣地設為d，則雷射光線LB1的光路長度係以（m1＋m2）×2變化。例如，若將間隔d設為2mm，並將角度θ為47.5度的狀態設為基準（光路長度的位移0），則雷射光線LB1的光路長度的位移係如圖5所示。在圖5所示之例子中，若角度θ在40度至57.5度為止的範圍變化，則光路長度在＋0.73mm至－1.1mm為止的範圍變化。亦即，在上述角度範圍的光路長度的位移為1.83mm。
接著，針對光路長度的位移與藉由聚光器26所聚光之雷射光線LB1的聚光點位置的位移的關係進行說明。
如同圖2所示，若將從第一透鏡34的聚焦點D至第二透鏡36為止的光路長度設為d1、將從第二透鏡36至聚光器26為止的光路長度設為d2、將第二透鏡36的焦點距離設為f1、將聚光器26的焦點距離設為f2，則可透過下述式（1）求得從聚光器26至聚光點P為止的距離d3。
[數學式1]
此外，第一透鏡34的聚焦點D在雷射振盪器24所射出之雷射光線LB1為平行光線之情形中，係與第一透鏡34的焦點距離一致。
在式（1）中，若將具體的數值套用至第二透鏡36的焦點距離f1、聚光器26的焦點距離f2、從第二透鏡36至聚光器26為止的光路長度d2的每一個，則從聚光器26至聚光點P為止的距離d3成為從第一透鏡34的聚焦點D至第二透鏡36為止的光路長度d1的函數。亦即，一旦使光路長度d1變化，則聚光點P的位置會變化。
例如，若將第二透鏡36的焦點距離f1設為12.7mm、將聚光器26的焦點距離f2設為2mm、將光路長度d2設為20mm，並且，將光路長度d1與第二透鏡36的焦點距離f1（12.7mm）一致之狀態設為基準（聚光點P的位移0），則相對於光路長度d1的位移之聚光點P的位移係如同圖6所示。
因此，在如同上述的條件下，若角度θ在從40度至57.5度為止的範圍變化，則光路長度在從＋0.73mm至－1.1mm為止的範圍變化，且對應於此，從聚光器26至聚光點P為止的距離d3在從－20μm至＋28μm為止的範圍位移。亦即，在聚光點位置調整器28係以角度調整致動器48、54調整第一～第四反射鏡44、46、50、52的設置角度，藉此調整聚光點P的上下方向位置。
如同圖2所示，本實施方式的上表面位置檢測器30具備：第一上表面位置檢測器56；第二上表面位置檢測器58；以及選定部60，其選定第一上表面位置檢測器56或第二上表面位置檢測器58的任一者。此外，上表面位置檢測器30不需要具備第一／第二上表面位置檢測器56、58雙方，而只要具備第一／第二上表面位置檢測器56、58的任一者即可。
第一上表面位置檢測器56包含：檢測用光源61，其射出寬波長帶的檢測光LB2；以及選擇器62，其從檢測用光源61所射出之檢測光LB2選擇特定波長的檢測光LB2，並且，藉由選擇器62在檢測用光源61所射出之檢測光LB2之中選擇特定波長的檢測光LB2，引導至保持於卡盤台4之晶圓W的上表面，且藉由在晶圓W的上表面反射之反射光LB2’而計算晶圓W的上表面位置。
檢測用光源61射出例如100～2000nm的範圍的波長的光而作為寬波長帶的檢測光LB2。此外，檢測光LB2的寬波長帶並不受限於上述範圍（100nm～2000nm的範圍），只要為可選擇性地取出互相不同之波長的多個檢測光之範圍即可。
如同圖7所示，選擇器62具有：多個帶通濾波器63a～63j；支撐板64，其支撐多個帶通濾波器63a～63j；以及馬達65，其使支撐板64旋轉。
多個帶通濾波器63a～63j各別使互相不同之特定波長的檢測光LB2穿透。例如，能構成為帶通濾波器63a使100nm的波長的光穿透、帶通濾波器63b為300nm、帶通濾波器63c為500nm、帶通濾波器63d為700nm、帶通濾波器63e為900nm、帶通濾波器63f為1100nm、帶通濾波器63g為1300nm、帶通濾波器63h為1500nm、帶通濾波器63i為1700nm、帶通濾波器63j為1900nm。
選擇器62的帶通濾波器的個數、穿透選擇器62的帶通濾波器之波長能被任意地設定。
然後，在選擇器62中藉由馬達65而使支撐板64旋轉，選擇多個帶通濾波器63a～63j之中的任一者並定位於檢測光LB2的光路。藉此，可在檢測用光源61所射出之寬波長帶的檢測光LB2之中選擇在晶圓W的上表面充分地反射之特定波長的檢測光LB2。選擇器62選擇與雷射振盪器24射出之加工用雷射光線LB1的波長不同之波長的檢測光LB2。
選擇器62較佳為因應晶圓W的種類、晶圓W的表面狀態而選擇在後述之第一／第二受光元件72、74或受光端部86中受光量成為最大之波長的檢測光。因為藉此可更正確地量測晶圓W的上表面高度。
如同圖2所示，第一上表面位置檢測器56具備：匯合器67，其使檢測用光源61所射出且依序通過選擇器62及第一分束器66之檢測光LB2在雷射振盪器24與聚光點位置調整器28之間匯合；第二分束器68，其透過匯合器67與第一分束器66而將反射光LB2’分歧成第一光路OP1與第二光路OP2，所述反射光LB2’係已通過聚光點位置調整器28與聚光器26之檢測光LB2在保持於卡盤台4之晶圓W的上表面反射；濾光器70，其配設於第一光路OP1且使被分歧之反射光LB2’的一部分通過；第一受光元件72，其接收已通過濾光器70之反射光LB2’；以及第二受光元件74，其配設於第二光路OP2且接收被分歧之反射光LB2’的全部。
匯合器67能由雙色半反射鏡（dichroic half mirror）所構成。匯合器67使雷射振盪器24所射出之雷射光線LB1通過，且將檢測用光源61所射出之檢測光LB2亦即已通過第一分束器66之檢測光LB2朝向聚光點位置調整器28反射。第一／第二受光元件72、74將與受光量對應之電壓訊號輸出至控制器76。
控制器76係由電腦所構成，且控制雷射加工裝置2的作動。控制器76包含：中央處理裝置（CPU），其遵循控制程式進行運算處理；唯讀記憶體（ROM），其儲存控制程式等；以及能讀寫的隨機存取記憶體（RAM），其儲存演算結果等。
本實施方式的第一上表面位置檢測器56進一步包含：濾光器78，其在從匯合器67被引導至第一分束器66並在第一分束器66反射之光之中，僅使與反射光LB2’的波長（藉由選擇器62所選擇之特定波長）對應之光穿透；柱面透鏡80，其將藉由第二分束器68而被分歧成第一光路OP1之反射光LB2’進行一維聚光；以及聚光鏡82，其將藉由第二分束器68而被分歧成第二光路OP2之反射光LB2’進行100％聚光。
濾光器78的構成可與上述的選擇器62的構成相同，雖未圖示，但具有：多個帶通濾波器；支撐板，其支撐多個帶通濾波器；以及馬達，其使支撐板旋轉。
然後，在濾光器78從多個帶通濾波器之中選擇使與在選擇器62選擇之波長相同的波長穿透之帶通濾波器，並定位於反射光LB2’的光路。藉此，僅使與反射光LB2’的波長（藉由選擇器62所選擇之特定波長）對應之光穿透。
檢測用光源61所射出之寬波長帶的檢測光LB2係藉由選擇器62僅被選擇特定波長並通過第一分束器66後，在匯合器67朝向聚光點位置調整器28被反射，且透過聚光點位置調整器28及方向轉換鏡42而被引導至聚光器26。然後，藉由聚光器26所聚光之特定波長的檢測光LB2在保持於卡盤台4之晶圓W的上表面進行反射。
例如，如圖8（a）所示，在檢測光LB2的聚光點Pa為較接近晶圓W的上表面的位置之情形，檢測光LB2在照射至晶圓W的上表面之面積S1進行反射。
在晶圓W的上表面反射之反射光LB2’係如圖2中以虛線所示，經過聚光器26、方向轉換鏡42、聚光點位置調整器28、匯合器67及第一分束器66，而到達濾光器78。
此外，雖加工用雷射光線LB1的反射光與檢測光LB2的反射光LB2’同樣地亦到達濾光器78，但加工用雷射光線LB1的反射光被濾光器78遮斷。如同上述，是因為濾光器78僅使與檢測光LB2的反射光LB2’的波長對應之光通過。因此，僅檢測光LB2的反射光LB2’通過濾光器78。
已通過濾光器78之反射光LB2’係藉由第二分束器68而被分歧成第一光路OP1與第二光路OP2。被分歧成第一光路OP1之反射光LB2’係藉由柱面透鏡80進行一維聚光，且剖面呈橢圓形。剖面被聚光成橢圓形之反射光LB2’係藉由濾光器70被限制成預定的單位長度，被分歧成第一光路OP1之反射光LB2’的一部分被第一受光元件72接收。然後，從第一受光元件72輸出與受光量對應之電壓訊號。
並且，如圖8（b）所示，在檢測光LB2的聚光點Pa比圖8（a）所示之位置更深之情形，檢測光LB2在照射至晶圓W的上表面之面積S2進行反射。面積S2大於面積S1（S2＞S1）。因此，有關面積S2之反射光在藉由第一光路OP1的柱面透鏡80而剖面被縮窄成橢圓形之際的長軸的長度變得比有關面積S1之反射光被縮窄成橢圓形之際的長軸的長度更長。
如同上述，在第一光路OP1中剖面被縮窄成橢圓形之反射光LB2’係藉由濾光器70而被限制成預定的單位長度並被第一受光元件72接收。因此，相較於有關面積S1之反射光在第一受光元件72被接收之情形的受光量，有關面積S2之反射光在第一受光元件72被接收之情形的受光量變得較少。
如此被第一受光元件72接收之反射光的受光量係檢測光LB2的聚光點Pa愈接近晶圓W的上表面則愈多，而聚光點Pa愈遠離晶圓W的上表面則愈少。因此，若晶圓W的上表面位置（反射位置）變化，則第一受光元件72的受光量變化，且從第一受光元件72輸出之電壓訊號變化。
另一方面，因被分歧成第二光路OP2之反射光LB2’係藉由聚光鏡82而100％聚光，故被分歧成第二光路OP2之反射光LB2’的全部被第二受光元件74接收。因此，即使晶圓W的上表面位置（反射位置）變化，第二受光元件74的受光量不會變化。因此，第二受光元件74的受光量比第一受光元件72的受光量更多，並且，從第二受光元件74輸出之電壓訊號為固定。
從第一／第二受光元件72、74輸出之電壓訊號的比（V2／V1）與從晶圓W的上表面至檢測光LB2的聚光點Pa為止的距離的關係為例如如同圖9所示之圖表。
圖9的橫軸表示在聚光點Pa被定位於晶圓W的內部之情形中，從晶圓W的上表面至聚光點Pa為止的距離（μm）。並且，圖9的縱軸係從第一受光元件72輸出之電壓訊號V1與從第二受光元件74輸出之電壓訊號V2的比（V2／V1）。
在圖9所示之例子中，在聚光點Pa位於距晶圓W的上表面10μm的深度之情形中，電壓訊號的比（V2／V1）為「3」，在聚光點Pa位於距晶圓W的上表面40μm的深度之情形中，電壓訊號的比（V2／V1）為「6」。
然後，在第一上表面位置檢測器56中，從因晶圓W的上表面位置而變化之在第一受光元件72的受光量與不會因晶圓W的上表面位置而變化之在第二受光元件74的受光量的比較，以檢測光LB2的聚光點Pa的位置作為基準，以控制器76計算晶圓W的上表面位置。
第二上表面位置檢測器58係與第一上表面位置檢測器56相同地包含：檢測用光源61，其射出寬波長帶的檢測光LB2；以及選擇器62，其從檢測用光源61所射出之檢測光LB2選擇特定波長的檢測光LB2，並且，藉由選擇器62在檢測用光源61所射出之檢測光LB2之中選擇特定波長的檢測光LB2，引導至保持於卡盤台4之晶圓W的上表面，且藉由在晶圓W的上表面反射之反射光LB2”而計算晶圓W的上表面位置。
若參照圖10及圖11進行說明，則第二上表面位置檢測器58具備：照射端部84，其將檢測用光源61所射出之檢測光LB2以入射角α照射至晶圓W的上表面（參照圖11）；受光端部86，其接收從照射端部84照射之檢測光LB2在晶圓W的上表面反射之反射光LB2”；以及影像感測器88，其量測在受光端部86受光之反射光LB2”的位置（參照圖11）。
本實施方式的第二上表面位置檢測器58具備如圖10所示之U字形殼體90。殼體90係透過適當的支架（未圖示）而被支撐於雷射光線照射單元6的外殼32。然後，在此殼體90設置有照射端部84與受光端部86。照射端部84與受光端部86係如同圖11所示，夾著聚光器26並於Y軸方向空開間隔而配置。
如同圖2所示，檢測用光源61所射出之寬波長帶的檢測光LB2係藉由選擇器62僅被選擇特定波長之後，透過第一分束器66而被引導至第二上表面位置檢測器58的殼體90。然後，被引導至殼體90之特定波長的檢測光LB2係如同圖11所示，從照射端部84以入射角α照射至保持於卡盤台4之晶圓W的上表面。
如同圖11所示，入射角α為相對於卡盤台4的上表面垂直的直線與從照射端部84照射之檢測光LB2所成之角度。入射角α被設定成大於聚光器26的聚光角度β、且小於90度的角度（β＜α＜90）。此外，由照射端部84所進行之檢測光LB2的照射位置與從聚光器26照射至晶圓W之加工用雷射光線LB1的照射位置幾乎一致。
受光端部86配置於從照射端部84照射之檢測光LB2在晶圓W的上表面進行正反射而前進之位置。如同圖12所示，影像感測器88設置成相對於卡盤台4的上表面垂直的直線與影像感測器88所成之角度為α。
並且，如同圖10所示，在殼體90附設有用於調整照射端部84及受光端部86的傾斜角度的角度調整旋鈕92、94。藉由使角度調整旋鈕92、94旋轉，而能調整從照射端部84照射之檢測光LB2的入射角α及受光端部86的受光角度。
在晶圓W的上表面位置為圖12中以實線表示之位置之情形中，從照射端部84照射之檢測光LB2在晶圓W的上表面進行反射，並在影像感測器88的A點被接收。並且，在晶圓W的上表面位置為圖12中以二點鏈線表示之位置之情形中，從照射端部84照射之檢測光LB2係如二點鏈線所示地在晶圓W的上表面進行反射，並在影像感測器88的B點被接收。藉由影像感測器88所檢測出之資料被輸出至控制器76。
然後，基於藉由影像感測器88所檢測出之反射光LB2”的位置，而藉由控制器76計算晶圓W的上表面位置。具體而言，基於藉由影像感測器88所檢測出之A點與B點間的間隔H，而計算晶圓W的上表面位置的位移h（h＝Hcosα）。
例如，在將影像感測器88的A點上檢測出反射光LB2”之際的晶圓W的上表面位置設為基準位置h0之情形中，因在影像感測器88的B點上檢測出反射光LB2”之際的晶圓W的上表面位置的位移h可如同上述藉由h＝Hcosα而計算，故在B點檢測出反射光LB2”之際的晶圓W的上表面位置h1可藉由h1＝h0－h而求得。如此，在第二上表面位置檢測器58中，藉由影像感測器88所檢測出的反射光LB2”的位置而計算晶圓W的上表面位置。
若參照圖2進行說明，則選定部60包含：第一／第二光閘96、98；第一致動器（未圖示），其使第一光閘96移動；以及第二致動器（未圖示），其使第二光閘98移動。
第一光閘96係藉由第一致動器而被定位於容許已通過第一分束器66之檢測光LB2的通過之容許位置（圖2中以實線所示之位置）與遮斷已通過第一分束器66之檢測光LB2之遮斷位置（圖2中以二點鏈線所示之位置）。
第二光閘98係藉由第二致動器而被定位於容許在第一分束器66反射之檢測光LB2的通過之容許位置（圖2中以實線所示之位置）與遮斷在第一分束器66反射之檢測光LB2之遮斷位置（圖2中以二點鏈線所示之位置）。
然後，在選定部60中藉由第一光閘96及第二光閘98而選定被第一分束器66分歧之檢測光LB2。
具體而言，在選定部60選定第一上表面位置檢測器56之情形，係藉由第一致動器而將第一光閘96定位於容許位置，且藉由第二致動器而將第二光閘98定位於遮斷位置。
如此一來，從檢測用光源61所射出且通過第一分束器66之檢測光LB2被引導至第一上表面位置檢測器56。另一方面，從檢測用光源61所射出且在第一分束器66反射之檢測光LB2被第二光閘98遮斷。因此，選定第一上表面位置檢測器56。
並且，在選定部60選定第二上表面位置檢測器58之情形，係藉由第一致動器而將第一光閘96定位於遮斷位置，且藉由第二致動器而將第二光閘98定位於容許位置。
如此一來，從檢測用光源61射出且通過第一分束器66之檢測光LB2被第一光閘96遮斷。另一方面，從檢測用光源61射出且在第一分束器66反射之檢測光LB2被引導至第二上表面位置檢測器58。因此，選定第二上表面位置檢測器58。
如同圖1所示，進給機構8包含：X軸進給機構100，其將卡盤台4相對於雷射光線照射單元6在X軸方向進行加工進給；以及Y軸進給機構102，其將卡盤台4相對於雷射光線照射單元6在Y軸方向進行加工進給。
X軸進給機構100具有：滾珠螺桿104，其與X軸可動板12連結且在X軸方向延伸；以及馬達106，其使滾珠螺桿104旋轉。X軸進給機構100係藉由滾珠螺桿104而將馬達106的旋轉運動轉換成直線運動並傳遞至X軸可動板12，且使X軸可動板12沿著基台10上的導軌10a在X軸方向移動。藉此，卡盤台4在X軸方向進行加工進給。
Y軸進給機構102具有：滾珠螺桿108，其與Y軸可動板14連結且在Y軸方向延伸；以及馬達110，其使滾珠螺桿108旋轉。Y軸進給機構102係藉由滾珠螺桿108而將馬達110的旋轉運動轉換成直線運動並傳遞至Y軸可動板14，且使Y軸可動板14沿著X軸可動板12上的導軌12a在Y軸方向移動。藉此，卡盤台4在Y軸方向進行加工進給。
如同圖1所示，雷射加工裝置2進一步具備攝像單元112，所述攝像單元112係藉由雷射光線照射單元6而檢測應施行雷射加工之被加工部位。攝像單元112裝設於雷射光線照射單元6的外殼32的前端下表面。攝像單元112所拍攝之圖像被輸出至控制器76。
接著，使用如同上述的雷射加工裝置2，針對加工晶圓W之方法進行說明。
在本實施方式中，首先，使晶圓W載於卡盤台4的上表面。接著，使與吸附卡盤20連接之吸引手段運作，以吸附卡盤20的上表面吸引保持晶圓W。接著，使X軸進給機構100運作，將卡盤台4定位於攝像單元112的正下方。
若已將卡盤台4定位於攝像單元112的正下方，則以攝像單元112拍攝晶圓W。接著，基於以攝像單元112所拍攝之晶圓W的圖像，而調整晶圓W與聚光器26的位置關係。此時，將加工用雷射光線LB1的瞄準對準於應施行雷射加工之被加工部位，且將加工用雷射光線LB1的聚光點P調整至預定位置（例如，距晶圓W的上表面預定深度的位置）。
接著，藉由選擇器62的馬達65而使支撐板64旋轉，選擇多個帶通濾波器63a～63j之中的任一者並定位於檢測光LB2的光路。藉此，可在檢測用光源61所射出之寬波長帶的檢測光LB2之中選擇在晶圓W的上表面充分地反射之特定波長的檢測光LB2。
此時，從更正確地量測晶圓W的上表面高度的觀點而言，較佳選擇在第一／第二受光元件72、74或受光端部86受光量成為最大之波長的檢測光。因此，可預先將能藉由選擇器62而選擇之多個特定波長的檢測光LB2照射至晶圓W的上表面，確認受光量成為最大之波長。
接著，藉由選定部60而選定第一／第二上表面位置檢測器56、58的任一者。接著，以加工用雷射光線LB1的聚光點P依序通過晶圓W的被加工部位之方式，一邊藉由進給機構8移動卡盤台4，一邊從聚光器26照射加工用雷射光線LB1。
並且，對晶圓W照射藉由選擇器62所選擇之特定波長的檢測光LB2，進行晶圓W的上表面位置的檢測。然後，基於晶圓W的上表面位置的檢測結果，調整加工用雷射光線LB1的聚光點P的高度。
在已選定第一上表面位置檢測器56之情形，若對晶圓W照射特定波長的檢測光LB2，則有關第一受光元件72的受光量之電壓訊號與有關第二受光元件74的受光量之電壓訊號會被傳送至控制器76。
在此情形中，從在第一受光元件72的受光量與在第二受光元件74的受光量的比較，藉由控制器76計算晶圓W的上表面位置。然後，基於計算出之晶圓W的上表面位置，而藉由控制器76控制聚光點位置調整器28的第一／第二電流掃描器38、40的角度調整致動器48、54，調整加工用雷射光線LB1的聚光點P的高度。
另一方面，在已選定第二上表面位置檢測器58之情形，若對晶圓W照射特定波長的檢測光LB2，則藉由第二上表面位置檢測器58的影像感測器88所檢測出之反射光LB2”的位置資訊會被傳送至控制器76。
在此情形中，基於影像感測器88所檢測出之反射光LB2”的位置資訊，而藉由控制器76計算晶圓W的上表面位置。然後，基於計算出之晶圓W的上表面位置，而藉由控制器76控制聚光點位置調整器28的第一／第二電流掃描器38、40的角度調整致動器48、54，調整加工用雷射光線LB1的聚光點P的高度。
藉此，因從晶圓W的上表面至加工用雷射光線LB1的聚光點P為止的距離保持固定，故能在距晶圓W的上表面的預定深度的位置且與晶圓W的上表面平行地進行所需的雷射加工（例如，改質層的形成）。
如同以上所述，在本實施方式的雷射加工裝置2中，藉由選擇器62在檢測用光源61所射出之寬波長帶的檢測光LB2之中選擇在晶圓W的上表面充分地反射之特定波長的檢測光LB2。因此，不論晶圓W的種類、表面狀態，皆可適當正確地量測晶圓W的上表面高度，且能基於經適當正確地量測之晶圓W的上表面高度，而將加工用雷射光線LB1的聚光點P適當正確地進行定位。
2:雷射加工裝置 4:卡盤台 6:雷射光線照射單元 8:進給機構 24:雷射振盪器 26:聚光器 28:聚光點位置調整器 30:上表面位置檢測器 61:檢測用光源 62:選擇器 63a～63j:帶通濾波器 66:第一分束器 67:匯合器 68:第二分束器 70:濾光器 72:第一受光元件 74:第二受光元件 84:照射端部 86:受光端部 88:影像感測器 W:晶圓 OP1:第一光路 OP2:第二光路 LB1:加工用脈衝雷射光線 LB2:檢測光
圖1係本發明實施方式的雷射加工裝置的立體圖。 圖2係圖1所示之雷射光線照射單元的方塊圖。 圖3係圖2所示之第一／第二電流掃描器的立體圖。 圖4係表示圖3所示之通過第一電流掃描器之雷射光線的光路長度之示意圖。 圖5係表示圖3所示之第一／第二電流掃描器的設置角度與雷射光線的光路長度的位移的關係之圖表。 圖6係表示雷射光線的光路長度與從聚光器至聚光點為止的距離的位移的關係之圖表。 圖7係表示圖2所示之選擇器的立體圖。 圖8（a）係表示檢測光照射至晶圓時的反射面積之示意圖，圖8（b）係表示檢測光的聚光點被定位於比圖8（a）所示之情形更下方之情形的反射面積之示意圖。 圖9係表示從圖2所示之第一／第二受光元件輸出之電壓訊號的比與從晶圓的上表面至檢測光的聚光點為止的距離的關係之圖表。 圖10係圖1所示之聚光器及第二上表面位置檢測器的立體圖。 圖11係表示藉由圖1所示之第二上表面位置檢測器而檢測晶圓的上表面位置之狀態之示意圖。 圖12係表示晶圓的上表面位置為基準位置之情形的檢測光的光路與晶圓的上表面位置從基準位置僅變化h之情形的檢測光的光路之示意圖。
6:雷射光線照射單元
24:雷射振盪器
26:聚光器
28:聚光點位置調整器
30:上表面位置檢測器
34:第一透鏡
36:第二透鏡
38:第一電流掃描器
40:第二電流掃描器
42:方向轉換鏡
44:第一反射鏡
46:第二反射鏡
50:第三反射鏡
52:第四反射鏡
56:第一上表面位置檢測器
58:第二上表面位置檢測器
60:選定部
61:檢測用光源
62:選擇器
66:第一分束器
67:匯合器
68:第二分束器
70:濾光器
72:第一受光元件
74:第二受光元件
76:控制器
78:濾光器
80:柱面透鏡
82:聚光鏡
86:受光端部
90:殼體
92:角度調整旋鈕
94:角度調整旋鈕
96:第一光閘
98:第二光閘
D:聚焦點
d1,d2:光路長度
d3:距離
f1,f2:焦點距離
LB1:加工用脈衝雷射光線
LB2:檢測光
LB2’:反射光
OP1:第一光路
OP2:第二光路
P:聚光點
W:晶圓

Claims (5)

  1. 一種雷射加工裝置，其具備： 卡盤台，其保持晶圓； 雷射光線照射單元，其對保持於該卡盤台之該晶圓照射雷射光線；以及 進給機構，其將該卡盤台與該雷射光線照射單元在X軸方向及與該X軸方向呈正交之Y軸方向進行加工進給， 該雷射光線照射單元具備： 雷射振盪器，其射出雷射光線； 聚光器，其將該雷射振盪器所射出之雷射光線聚光並將聚光點定位在保持於該卡盤台之該晶圓； 聚光點位置調整器，其配設於該雷射振盪器與該聚光器之間且調整聚光點的位置；以及 上表面位置檢測器，其檢測該晶圓的上表面位置， 該上表面位置檢測器包含： 檢測用光源，其射出寬波長帶的檢測光；以及 選擇器，其從該檢測用光源所射出之檢測光選擇特定波長的檢測光， 該雷射加工裝置係藉由該選擇器而在該檢測用光源所射出之檢測光之中選擇特定波長的檢測光，引導至保持於該卡盤台之該晶圓的上表面，且藉由在該晶圓的上表面反射之反射光而計算該晶圓的上表面位置。
  2. 如請求項1之雷射加工裝置，其中，該選擇器包含使互相不同之特定波長的檢測光穿透之多個帶通濾波器，且選擇該多個帶通濾波器的任一者並定位於檢測光的光路，而選擇特定波長的檢測光。
  3. 如請求項1之雷射加工裝置，其中，該選擇器選擇受光量成為最大之波長的檢測光。
  4. 如請求項1之雷射加工裝置，其中，該上表面位置檢測器包含： 匯合器，其使該檢測用光源所射出且依序通過該選擇器及第一分束器之檢測光在該雷射振盪器與該聚光點位置調整器之間匯合； 第二分束器，其透過該匯合器與該第一分束器而將已通過該聚光點位置調整器與該聚光器之檢測光在保持於該卡盤台之該晶圓的上表面反射之反射光分歧成第一光路與第二光路； 濾光器，其配設於該第一光路且使被分歧之反射光的一部分通過； 第一受光元件，其接收已通過該濾光器之反射光；以及 第二受光元件，其配設於該第二光路且接收被分歧之反射光的全部， 從在該第一受光元件的受光量與在該第二受光元件的受光量的比較而計算該晶圓的上表面位置。
  5. 如請求項1之雷射加工裝置，其中，該上表面位置檢測器包含： 照射端部，其將該檢測用光源所射出之檢測光以入射角α照射至該晶圓的上表面； 受光端部，其接收從該照射端部照射之檢測光在該晶圓的上表面反射之反射光；以及 影像感測器，其量測在該受光端部受光之反射光的位置， 藉由該影像感測器所檢測出之反射光的位置而計算該晶圓的上表面位置。
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