KR102114504B1

KR102114504B1 - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR102114504B1
Application number: KR1020140061450A
Authority: KR
Inventors: 사토시 고바야시
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2020-05-22
Also published as: JP2014233731A; CN104209650A; TWI629131B; CN104209650B; KR20140141455A; TW201501848A; JP6148075B2

Abstract

본 발명은, 척 테이블에 유지된 피가공물의 상면 높이 위치 정보에 추종하여 집광점 위치 조정 수단이 작동하고 있는지의 여부를 확인하는 기능을 구비한 레이저 가공 장치를 제공한다.
척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 집광하여 조사하는 대물 집광 렌즈를 구비한 레이저 광선 조사 수단과, 척 테이블에 유지된 피가공물의 상면 높이 위치를 검출하는 높이 위치 검출 수단과, 대물 집광 렌즈를 척 테이블의 유지면에 대하여 수직인 Z축 방향으로 이동시키는 집광점 위치 조정 수단과, 척 테이블을 X축 방향으로 가공 이송하는 가공 이송 수단과, 척 테이블의 X축 방향 위치를 검출하기 위한 X축 방향 위치 검출 수단과, 제어 수단을 포함하는 레이저 가공 장치로서, 제어 수단은, 가공 이송 수단을 작동시켜 척 테이블에 유지된 피가공물을 X축 방향으로 이동시키면서 높이 위치 검출 수단을 작동시켜 피가공물의 높이 위치를 계측하여 얻은 높이 계측값과 X축 방향 위치 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초한 X 좌표를 기억하는 기억 수단을 구비하고 있고, 가공 이송 수단을 작동시켜 척 테이블에 유지된 피가공물을 X축 방향으로 이동시키면서 기억 수단에 기억된 X 좌표에 대응하는 높이 계측값에 기초하여 집광점 위치 조정 수단을 제어하며 높이 위치 검출 수단이 검출하는 높이 정보를 X 좌표와 대응시켜 표시 수단에 표시한다.

Description

레이저 가공 장치{LASER MACHINING APPARATUS}

본 발명은 피가공물을 유지하는 척 테이블에 유지된 피가공물의 상면 높이 위치를 검출하는 기능을 구비한 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

반도체 디바이스 제조 공정에 있어서는, 대략 원판 형상인 반도체 웨이퍼의 표면에 격자형으로 배열된 분할 예정 라인에 의해 복수의 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스를 형성한다. 그리고, 반도체 웨이퍼를 스트리트를 따라 절단함으로써 디바이스가 형성된 영역을 분할하여 개개의 반도체 디바이스를 제조하고 있다. 또한, 대략 원판 형상인 사파이어 기판, 탄화규소 기판, 질화갈륨 기판 등의 표면에 n형 반도체층 및 p형 반도체층으로 이루어지는 발광층이 적층되어 격자형으로 형성된 복수의 분할 예정 라인에 의해 구획된 복수의 영역에 발광 다이오드, 레이저 다이오드 등의 광 디바이스를 형성하여 광 디바이스 웨이퍼를 구성한다. 그리고, 광 디바이스 웨이퍼를 분할 예정 라인을 따라 분할함으로써 개개의 광 디바이스를 제조하고 있다.

전술한 반도체 웨이퍼나 광 디바이스 웨이퍼 등의 분할 예정 라인을 따라 분할하는 방법으로서, 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 펄스 레이저 광선을 이용하여, 분할하여야 하는 영역의 내부에 집광점을 위치시켜 펄스 레이저 광선을 조사하는 레이저 가공 방법이 시도되고 있다. 이 레이저 가공 방법을 이용한 분할 방법은, 웨이퍼의 한쪽의 면측으로부터 내부에 집광점을 맞추어 웨이퍼에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하고, 웨이퍼의 내부에 분할 예정 라인을 따라 개질층을 연속적으로 형성하며, 이 개질층이 형성됨으로써 강도가 저하한 분할 예정 라인을 따라 외력을 가함으로써, 피가공물을 분할하는 것이다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 이와 같이 피가공물에 형성된 분할 예정 라인을 따라 내부에 개질층을 형성하는 경우, 피가공물의 상면으로부터 정해진 깊이 위치에 레이저 광선의 집광점을 위치시키는 것이 중요하다.

그런데, 반도체 웨이퍼 등의 판형의 피가공물에는 굴곡이 있어, 그 두께에 변동이 있기 때문에, 균일한 레이저 가공을 실시하는 것이 어렵다. 즉, 웨이퍼의 내부에 집광점을 위치시켜 레이저 광선을 분할 예정 라인을 따라 조사함으로써 개질층을 형성하는 기술에 있어서는, 레이저 광선의 피크 파워 밀도를 높이기 위해 개구수(NA)가 0.8 정도로 높은 집광 렌즈가 이용되고 있으며, 레이저 광선을 조사하는 웨이퍼의 조사면(상면)에 굴곡(요철)이 있어 상면 높이 위치가 변화하면, 레이저 광선의 집광점이 적정한 위치에 위치되지 않아 정해진 깊이 위치에 균일하게 개질층을 형성할 수 없다.

전술한 문제를 해소하기 위해, 피가공물을 유지하는 척 테이블에 유지된 웨이퍼에 형성된 분할 예정 라인의 상면 높이 위치를 계측하여 각 분할 예정 라인의 상면 높이 위치 정보를 작성하고, 웨이퍼의 내부에 집광점을 위치시켜 레이저 광선을 분할 예정 라인을 따라 조사함으로써 개질층을 형성할 때에는, 상기 상면 높이 위치 정보에 기초하여 집광 렌즈에 의한 집광점을 조정하는 집광점 위치 조정 수단을 상면 높이 위치에 대응하여 제어하도록 한 기술이 하기 특허문헌 2, 특허문헌 3, 특허문헌 4에 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 제3408805호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2011-122894호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2012-2604호 공보 특허문헌 4: 일본 특허 공개 제2009-63446호 공보

그리하여, 척 테이블에 유지된 피가공물의 상면 높이 위치 정보에 기초하여 집광점 위치 조정 수단을 작동시켜도 높이 위치 정보에 추종하지 않고 약간 지연되어 작동하는 경우가 있으며, 적정한 위치에 레이저 광선의 집광점을 위치시킬 수 없어 가공 정밀도가 악화한다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 주된 기술적 과제는, 척 테이블에 유지된 피가공물의 상면 높이 위치 정보에 추종하여 집광점 위치 조정 수단이 작동하고 있는지의 여부를 확인하는 기능을 구비한 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.

상기 주된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 피가공물을 유지하는 유지면을 갖는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 집광하여 조사하는 대물 집광 렌즈를 구비한 레이저 광선 조사 수단과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물의 상면 높이 위치를 검출하는 높이 위치 검출 수단과, 상기 대물 집광 렌즈를 상기 척 테이블의 유지면에 대하여 수직인 방향(Z축 방향)으로 이동시키는 집광점 위치 조정 수단과, 상기 척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 수단을 가공 이송 방향(X축 방향)으로 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단과, 상기 척 테이블의 X축 방향 위치를 검출하기 위한 X축 방향 위치 검출 수단과, 상기 집광점 위치 조정 수단과 상기 가공 이송 수단 및 표시 수단에 제어 신호를 출력하는 제어 수단을 구비하는 레이저 가공 장치에 있어서,

상기 제어 수단은, 상기 가공 이송 수단을 작동시켜 상기 척 테이블에 유지된 피가공물을 X축 방향으로 이동시키면서 상기 높이 위치 검출 수단을 작동시켜 피가공물의 높이 위치를 계측하여 얻은 높이 계측값과 상기 X축 방향 위치 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초한 X 좌표를 기억하는 기억 수단을 구비하고 있고, 상기 가공 이송 수단을 작동시켜 상기 척 테이블에 유지된 피가공물을 X축 방향으로 이동시키면서 상기 기억 수단에 기억된 X 좌표에 대응하는 높이 계측값에 기초하여 상기 집광점 위치 조정 수단을 제어하며 상기 높이 위치 검출 수단이 검출하는 높이 정보를 X 좌표와 대응시켜 표시 수단에 표시하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치가 제공된다.

상기 제어 수단은, 표시 수단에 표시하는 X 좌표와 대응한 높이 정보의 변동폭이 허용 범위이면 레이저 광선 조사 수단의 작동을 가능으로 하고, X 좌표와 대응한 높이 정보의 변동폭이 허용 범위 밖인 경우에는 레이저 광선 조사 수단의 작동을 불가로 한다.

또한, 상기 제어 수단은, 가공 이송 수단과 높이 위치 검출 수단 및 제1 집광점 위치 조정 수단을 작동시키면서, 기억 수단에 기억된 X 좌표와 대응한 높이 정보에 있어서의 X 좌표와, 척 테이블의 X 좌표 사이에 어긋남을 생기게 하여 높이 정보의 변동폭이 허용 범위가 되도록 조정하여, 높이 정보의 변동폭이 허용 범위 내가 되었을 때의 X 좌표의 어긋남량을 보정값으로서 결정한다.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치에 있어서는, 제어 수단은, 가공 이송 수단을 작동시켜 척 테이블에 유지된 피가공물을 X축 방향으로 이동시키면서 높이 위치 검출 수단을 작동시켜 피가공물의 높이 위치를 계측하여 얻은 높이 계측값과 X축 방향 위치 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초한 X 좌표를 기억하는 기억 수단을 구비하고 있고, 가공 이송 수단을 작동시켜 척 테이블에 유지된 피가공물을 X축 방향으로 이동시키면서 기억 수단에 기억된 X 좌표에 대응하는 높이 계측값에 기초하여 집광점 위치 조정 수단을 제어하며 높이 위치 검출 수단이 검출하는 높이 정보를 X 좌표와 대응시켜 표시 수단에 표시하기 때문에, 척 테이블에 유지된 피가공물의 상면 높이 위치 정보에 추종하여 집광점 위치 조정 수단이 작동하고 있는지의 여부를 확인할 수 있기 때문에, 적정한 위치에 레이저 광선의 집광점을 위치시킬 수 있어 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 레이저 가공 장치에 장비되는 위치 검출 겸 레이저 조사 유닛을 구성하는 위치 검출 장치 및 레이저 광선 조사 수단의 블록 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 레이저 가공 장치에 장비되는 제어 수단의 블록 구성도이다.
도 4는 피가공물로서의 반도체 웨이퍼의 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 반도체 웨이퍼를 환형 프레임에 장착된 보호 테이프의 표면에 접착된 상태를 도시하는 사시도이다.
도 6은 도 4에 도시된 반도체 웨이퍼가 도 1에 도시된 레이저 가공 장치의 척 테이블의 정해진 위치에 유지된 상태에 있어서의 좌표 위치와의 관계를 도시하는 설명도이다.
도 7은 도 1에 도시된 레이저 가공 장치에 장비된 높이 위치 검출 수단에 의해 실시되는 높이 위치 검출 공정의 설명도이다.
도 8은 도 1에 도시된 레이저 가공 장치에 장비된 높이 위치 검출 수단에 의해 실시된 높이 위치 검출 공정에서 작성된 높이 위치 변위 맵이다.
도 9는 도 1에 도시된 레이저 가공 장치에 의해 실시된 집광점 위치 조정 수단의 작동 확인 공정의 설명도이다.
도 10은 도 9에 도시된 집광점 위치 조정 수단의 작동 확인 공정에 있어서 피가공물로부터의 반사광을 수광한 수광 소자가 출력하는 X 좌표에 대응하는 전압값을 도시하는 설명도이다.
도 11은 도 1에 도시된 레이저 가공 장치에 의해 실시하는 개질층 형성 공정의 설명도이다.

이하, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 적합한 실시형태에 대해서, 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1에는, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 사시도가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 레이저 가공 장치(1)는, 정지 베이스(2)와, 상기 정지 베이스(2)에 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 설치되어 피가공물을 유지하는 척 테이블 기구(3)와, 정지 베이스(2)에 상기 X축 방향과 직교하는 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 설치된 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)와, 상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)에 화살표 Z로 나타내는 집광점 위치 조정 방향(Z축 방향)으로 이동 가능하게 설치된 위치 검출 겸 레이저 조사 유닛(5)을 구비하고 있다.

상기 척 테이블 기구(3)는, 정지 베이스(2) 상에 X축 방향을 따라 평행하게 설치된 한쌍의 안내 레일(31, 31)과, 상기 안내 레일(31, 31) 상에 X축 방향으로 이동 가능하게 설치된 제1 슬라이딩 블록(32)과, 상기 제1 슬라이딩 블록(32) 상에 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치된 제2 슬라이딩 블록(33)과, 상기 제2 슬라이딩 블록(33) 상에 원통 부재(34)에 의해 지지된 지지 테이블(35)과, 피가공물 유지 수단으로서의 척 테이블(36)을 구비하고 있다. 이 척 테이블(36)은 다공성 재료로 형성된 흡착 척(361)을 구비하고 있고, 흡착 척(361)의 상면인 유지면 상에 피가공물인 예컨대 원형 형상의 반도체 웨이퍼를 도시하지 않은 흡인 수단에 의해 유지하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 척 테이블(36)은, 원통 부재(34) 내에 설치된 도시하지 않은 펄스 모터에 의해 회전된다. 또한, 척 테이블(36)에는, 반도체 웨이퍼 등의 피가공물을 보호 테이프를 통해 지지하는 환형 프레임을 고정하기 위한 클램프(362)가 설치되어 있다.

상기 제1 슬라이딩 블록(32)은, 그 하면에 상기 한쌍의 안내 레일(31, 31)과 감합하는 한쌍의 피안내홈(321, 321)이 형성되어 있으며, 그 상면에 Y축 방향을 따라 평행하게 형성된 한쌍의 안내 레일(322, 322)이 설치되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 슬라이딩 블록(32)은, 피안내홈(321, 321)이 한쌍의 안내 레일(31, 31)에 감합함으로써, 한쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시된 실시형태에 있어서의 척 테이블 기구(3)는, 제1 슬라이딩 블록(32)을 한쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동시키기 위한 가공 이송 수단(37)을 구비하고 있다. 가공 이송 수단(37)은, 상기 한쌍의 안내 레일(31과 31) 사이에 평행하게 설치된 수나사 로드(371)와, 상기 수나사 로드(371)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(372) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(371)는, 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 베어링 블록(373)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(372)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(371)는, 제1 슬라이딩 블록(32)의 중앙부 하면에 돌출하여 설치된 도시하지 않은 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(372)에 의해 수나사 로드(371)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 제1 슬라이딩 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동된다.

도시된 실시형태에 있어서의 레이저 가공 장치(1)는, 상기 척 테이블(36)의 X축 방향 위치를 검출하기 위한 X축 방향 위치 검출 수단(374)을 구비하고 있다. X축 방향 위치 검출 수단(374)은, 안내 레일(31)을 따라 설치된 리니어 스케일(374a)과, 제1 슬라이딩 블록(32)에 설치되어 제1 슬라이딩 블록(32)과 함께 리니어 스케일(374a)을 따라 이동하는 판독 헤드(374b)로 이루어져 있다. 이 X축 방향 위치 검출 수단(374)의 판독 헤드(374b)는, 도시된 실시형태에 있어서는 1 ㎛마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다. 그리고 후술하는 제어 수단은, 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 가공 이송량을 검출함으로써 척 테이블(36)의 X축 방향 위치를 구한다. 한편, 상기 가공 이송 수단(37)의 구동원으로서 펄스 모터(372)를 이용한 경우에는, 펄스 모터(372)에 구동 신호를 출력하는 후술하는 제어 수단의 구동 펄스를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 가공 이송량을 검출할 수도 있다. 또한, 상기 가공 이송 수단(37)의 구동원으로서 서보 모터를 이용한 경우에는, 서보 모터의 회전수를 검출하는 로터리 인코더가 출력하는 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보내고, 제어 수단이 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 가공 이송량을 검출할 수도 있다.

상기 제2 슬라이딩 블록(33)은, 그 하면에 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 설치된 한쌍의 안내 레일(322, 322)과 감합하는 한쌍의 피안내홈(331, 331)이 형성되어 있고, 이 피안내홈(331, 331)을 한쌍의 안내 레일(322, 322)에 감합함으로써, Y축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시된 실시형태에 있어서의 척 테이블 기구(3)는, 제2 슬라이딩 블록(33)을 제1 슬라이딩 블록(32)에 설치된 한쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 구비하고 있다. 제1 인덱싱 이송 수단(38)은, 상기 한쌍의 안내 레일(322와 322) 사이에 평행하게 설치된 수나사 로드(381)와, 상기 수나사 로드(381)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(382) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(381)는, 그 일단이 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 고정된 베어링 블록(383)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(382)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 한편, 수나사 로드(381)는, 제2 슬라이딩 블록(33)의 중앙부 하면에 돌출하여 설치된 도시하지 않은 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(382)에 의해 수나사 로드(381)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 제2 슬라이딩 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동된다.

도시된 실시형태에 있어서의 레이저 가공 장치(1)는, 척 테이블(36)의 Y축 방향 위치를 검출하기 위한 Y축 방향 위치 검출 수단(384)을 구비하고 있다. 이 Y축 방향 위치 검출 수단(384)은, 척 테이블(36)이 설치된 제2 슬라이딩 블록(33)의 Y축 방향 위치를 검출한다. 도시된 실시형태에 있어서의 Y축 방향 위치 검출 수단(384)은, 안내 레일(322)을 따라 설치된 리니어 스케일(384a)과, 제2 슬라이딩 블록(33)에 설치되어 제2 슬라이딩 블록(33)과 함께 리니어 스케일(384a)을 따라 이동하는 판독 헤드(384b)로 이루어져 있다. 이 Y축 방향 위치 검출 수단(384)의 판독 헤드(384b)는, 도시된 실시형태에 있어서는 1 ㎛마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다. 그리고 후술하는 제어 수단은, 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량을 검출함으로써 척 테이블(36)의 Y축 방향 위치를 구한다. 한편, 상기 Y축 방향 위치 검출 수단(384)의 구동원으로서 펄스 모터(382)를 이용한 경우에는, 펄스 모터(382)에 구동 신호를 출력하는 후술하는 제어 수단의 구동 펄스를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량을 검출할 수도 있다. 또한, 상기 가공 이송 수단(37)의 구동원으로서 서보 모터를 이용한 경우에는, 서보 모터의 회전수를 검출하는 로터리 인코더가 출력하는 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보내고, 제어 수단이 입력한 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블(36)의 인덱싱 이송량을 검출할 수도 있다.

상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 정지 베이스(2) 상에 Y축 방향을 따라 평행하게 설치된 한쌍의 안내 레일(41, 41)과, 상기 안내 레일(41, 41) 상에 화살표 Y로 나타내는 방향으로 이동 가능하게 설치된 가동 지지 베이스(42)를 구비하고 있다. 이 가동 지지 베이스(42)는, 안내 레일(41, 41) 상에 이동 가능하게 설치된 이동 지지부(421)와, 상기 이동 지지부(421)에 부착된 장착부(422)로 이루어져 있다. 장착부(422)는, 일측면에 Z축 방향으로 연장되는 한쌍의 안내 레일(423, 423)이 평행하게 설치되어 있다. 도시된 실시형태에 있어서의 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 가동 지지 베이스(42)를 한쌍의 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제2 인덱싱 이송 수단(43)을 구비하고 있다. 제2 인덱싱 이송 수단(43)은, 상기 한쌍의 안내 레일(41, 41) 사이에 평행하게 설치된 수나사 로드(431)와, 상기 수나사 로드(431)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(432) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(431)는, 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 도시하지 않은 베어링 블록에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(432)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(431)는, 가동 지지 베이스(42)를 구성하는 이동 지지부(421)의 중앙부 하면에 돌출하여 설치된 도시하지 않은 암나사 블록에 형성된 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 이 때문에, 펄스 모터(432)에 의해 수나사 로드(431)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향으로 이동된다.

도시된 실시형태에 있어서의 위치 검출 겸 레이저 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)와, 상기 유닛 홀더(51)에 부착된 원통 형상의 유닛 하우징(52)을 구비하고 있으며, 유닛 홀더(51)가 상기 가동 지지 베이스(42)의 장착부(422)에 한쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라 이동 가능하게 설치되어 있다. 유닛 홀더(51)에 부착된 유닛 하우징(52)에는, 상기 척 테이블(36)에 유지된 피가공물의 높이 위치를 검출하는 높이 위치 검출 수단 및 척 테이블(36)에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단이 설치되어 있다. 이 높이 위치 검출 수단 및 레이저 광선 조사 수단에 대해서, 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2에는, 간섭식 높이 위치 검출 수단의 일례가 도시되어 있다. 도시된 실시형태에 있어서의 높이 위치 검출 수단(6)은, 정해진 파장 영역을 갖는 광을 발하는 발광원(61)과, 상기 발광원(61)으로부터의 광을 제1 경로(6a)에 유도하며 상기 제1 경로(6a)를 역행하는 반사광을 제2 경로(6b)에 유도하는 제1 광 분기 수단(62)과, 제1 경로(6a)에 유도된 광을 평행광으로 형성하는 커리메이션 렌즈(63)와, 상기 커리메이션 렌즈(63)에 의해 평행광으로 형성된 광을 제3 경로(6c)와 제4 경로(6d)에 나누는 제2 광 분기 수단(64)을 구비하고 있다.

발광원(61)은, 예컨대 파장이 820 ㎚∼870 ㎚ 영역의 광을 발광하는 LED, SLD, LD, 할로겐 전원, ASE 전원, 슈퍼컨티뉴엄 전원을 이용할 수 있다. 상기 제1 광 분기 수단(62)은, 편파 유지 파이버 커플러, 편파 유지 파이버 서큐레이터, 싱글 모드 파이버 커플러, 싱글 모드 파이버 커플러 서큐레이터 등을 이용할 수 있다. 상기 제2 광 분기 수단(64)은, 도시된 실시형태에 있어서는 빔 스플리터(641)와, 방향 변환 미러(642)에 의해 구성되어 있다. 한편, 상기 발광원(61)으로부터 제1 광 분기 수단(62)까지의 경로 및 제1 경로(6a)는, 광 파이버에 의해 구성되어 있다.

상기 제3 경로(6c)에는, 제3 경로(6c)에 유도된 광을 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 유도하는 대물 집광 렌즈(65)와, 상기 대물 집광 렌즈(65)와 상기 제2 광 분기 수단(64) 사이에 집광 렌즈(66)가 설치되어 있다. 이 집광 렌즈(66)는, 제2 광 분기 수단(64)으로부터 제3 경로(6c)에 유도된 평행광을 집광하여 대물 집광 렌즈(65) 내에 집광점을 위치시켜 대물 집광 렌즈(65)로부터의 광을 의사 평행광으로 생성한다. 이와 같이 대물 집광 렌즈(65)와 제2 광 분기 수단(64) 사이에 집광 렌즈(66)를 설치하여 대물 집광 렌즈(65)로부터의 광을 의사 평행광으로 생성함으로써, 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에서 반사한 반사광이 대물 집광 렌즈(65)와 집광 렌즈(66)와 제2 광 분기 수단(64) 및 커리메이션 렌즈(63)를 통해 역행할 때에 제1 경로(6a)를 구성하는 광 파이버에 수속시킬 수 있다. 한편, 대물 집광 렌즈(65)는 렌즈 케이스(651)에 장착되어 있고, 이 렌즈 케이스(651)는 보이스 코일 모터나 리니어 모터 등으로 이루어지는 집광점 위치 조정 수단(650)에 의해 도 2에 있어서 상하 방향, 즉 척 테이블(36)의 유지면에 대하여 수직인 집광점 위치 조정 방향(Z축 방향)으로 이동되도록 되어 있다. 이 집광점 위치 조정 수단(650)은, 후술하는 제어 수단에 의해 제어된다.

상기 제4 경로(6d)에는, 제4 경로(6d)에 유도된 평행광을 반사하여 제4 경로(6d)에 반사광을 역행시키는 반사 미러(67)가 설치되어 있다. 이 반사 미러(67)는, 도시된 실시형태에 있어서는 상기 대물 집광 렌즈(65)의 렌즈 케이스(651)에 장착되어 있다.

상기 제2 경로(6b)에는, 커리메이션 렌즈(68)와 회절 격자(69)와 집광 렌즈(70) 및 라인 이미지 센서(71)가 설치되어 있다. 커리메이션 렌즈(68)는, 반사 미러(67)에 의해 반사하여 제4 경로(6d)와 제2 광 분기 수단(64)과 커리메이션 렌즈(63) 및 제1 경로(6a)를 역행하여 제1 광 분기 수단(62)으로부터 제2 경로(6b)에 유도된 반사광과, 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에서 반사하여 대물 집광 렌즈(65)와 집광 렌즈(66)와 제2 광 분기 수단(64)과 커리메이션 렌즈(63) 및 제1 경로(6a)를 역행하여 제1 광 분기 수단(62)으로부터 제2 경로(6b)에 유도된 반사광을 평행광으로 형성한다. 상기 회절 격자(69)는, 커리메이션 렌즈(68)에 의해 평행광으로 형성된 상기 양 반사광의 간섭을 회절하고, 각 파장에 대응하는 회절 신호를 집광 렌즈(70)를 통해 라인 이미지 센서(71)에 보낸다. 상기 라인 이미지 센서(71)는, 회절 격자(69)에 의해 회절된 반사광의 각 파장에 있어서의 광 강도를 검출하고, 검출 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다.

후술하는 제어 수단은, 라인 이미지 센서(71)에 의한 검출 신호로부터 분광 간섭 파형을 구하고, 상기 분광 간섭 파형과 이론상의 파형 함수에 기초하여 파형 해석을 실행하며, 제3 경로(6c)에 있어서의 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)까지의 광로 길이와 제4 경로(6d)에 있어서의 반사 미러(67)까지의 광로 길이의 광로 길이차를 구하고, 상기 광로 길이차에 기초하여 척 테이블(36)의 표면으로부터 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)의 상면까지의 거리, 즉 피가공물(W)의 상면 높이 위치를 구한다. 한편, 분광 간섭 파형과 이론상의 파형 함수에 기초하여 실행하는 푸리에 변환 이론에 기초한 파형 해석에 대해서는, 예컨대 일본 특허 공개 제2011-122894호 공보에 기재되어 있고, 상세한 설명은 생략한다.

도 2에 기초하여 설명을 계속하면, 위치 검출 겸 레이저 조사 유닛(5)의 유닛 하우징(52)(도 1 참조)에 설치된 레이저 광선 조사 수단(8)은, 펄스 레이저 광선 발진 수단(81)과, 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(81)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 상기 대물 집광 렌즈(65)를 향하여 방향 변환하는 다이크로익 미러(82)를 구비하고 있다. 펄스 레이저 광선 발진 수단(81)은, YAG 레이저 발진기 혹은 YVO4 레이저 발진기로 이루어지는 펄스 레이저 광선 발진기(811)와, 이것에 부설된 반복 주파수 설정 수단(812)으로 구성되어 있고, 예컨대 파장이 1064 ㎚인 펄스 레이저 광선을 발진한다. 다이크로익 미러(82)는, 상기 집광 렌즈(66)와 대물 집광 렌즈(65) 사이에 설치되고, 집광 렌즈(66)로부터의 광은 통과시키지만, 펄스 레이저 광선 발진 수단(81)으로부터 발진된, 예컨대 파장이 1064 ㎚인 펄스 레이저 광선을 대물 집광 렌즈(65)를 향하여 방향 변환시킨다. 따라서, 펄스 레이저 광선 발진 수단(81)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선(LB)은, 다이크로익 미러(82)에 의해 90도 방향 변환되어 대물 집광 렌즈(65)에 입광하고, 대물 집광 렌즈(65)에 의해 집광되어 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사된다. 따라서, 대물 집광 렌즈(65)는, 레이저 광선 조사 수단(8)을 구성하는 대물 집광 렌즈로서의 기능을 갖는다.

도 1로 되돌아가 설명을 계속하면, 도시된 실시형태에 있어서의 레이저 가공 장치(1)는, 유닛 홀더(51)를 가동 지지 베이스(42)의 장착부(422)에 설치된 한쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라 화살표 Z로 나타내는 집광점 위치 조정 방향(Z축 방향) 즉 척 테이블(36)의 유지면에 대하여 수직인 방향으로 이동시키기 위한 집광점 위치 결정 수단(53)을 구비하고 있다. 집광점 위치 결정 수단(53)은, 한쌍의 안내 레일(423, 423) 사이에 설치된 수나사 로드(도시하지 않음)와, 상기 수나사 로드를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(532) 등의 구동원을 포함하고 있고, 펄스 모터(532)에 의해 도시하지 않은 수나사 로드를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 상기 위치 검출 겸 레이저 조사 유닛(5)을 안내 레일(423, 423)을 따라 Z축 방향으로 이동시킨다. 한편, 도시된 실시형태에 있어서는 펄스 모터(532)를 정회전 구동시킴으로써 위치 검출 겸 레이저 조사 유닛(5)을 위쪽으로 이동시키며, 펄스 모터(532)를 역회전 구동시킴으로써 위치 검출 겸 레이저 조사 유닛(5)을 아래쪽으로 이동시키도록 되어 있다.

도시된 실시형태에 있어서의 위치 검출 겸 레이저 조사 유닛(5)은, 위치 검출 겸 레이저 조사 유닛(5)을 구성하는 유닛 하우징(52)의 집광점 위치 조정 방향(Z축 방향) 위치를 검출하기 위한 Z축 방향 위치 검출 수단(54)을 구비하고 있다. Z축 방향 위치 검출 수단(54)은, 상기 안내 레일(423, 423)과 평행하게 설치된 리니어 스케일(54a)과, 상기 유닛 홀더(51)에 부착되어 유닛 홀더(51)와 함께 리니어 스케일(54a)을 따라 이동하는 판독 헤드(54b)로 이루어져 있다. 이 Z축 방향 위치 검출 수단(54)의 판독 헤드(54b)는, 도시된 실시형태에 있어서는 0.1 ㎛마다 1 펄스의 펄스 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다.

상기 위치 검출 겸 레이저 조사 유닛(5)을 구성하는 유닛 하우징(52)의 전단부에는, 촬상 수단(85)이 설치되어 있다. 이 촬상 수단(85)은, 가시 광선에 의해 촬상하는 통상의 촬상 소자(CCD) 외에, 피가공물에 적외선을 조사하는 적외선 조명 수단과, 상기 적외선 조명 수단에 의해 조사된 적외선을 포착하는 광학계와, 상기 광학계에 의해 포착된 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD) 등으로 구성되어 있고, 촬상한 화상 신호를 후술하는 제어 수단에 보낸다.

도시된 실시형태에 있어서의 레이저 가공 장치(1)는, 도 3에 도시된 제어 수단(9)을 구비하고 있다. 제어 수단(9)은 컴퓨터에 의해 구성되어 있고, 제어 프로그램에 따라 연산 처리하는 중앙 처리 장치(CPU)(91)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 리드 온리 메모리(ROM)(92)와, 후술하는 제어 맵이나 피가공물의 설계값의 데이터나 연산 결과 등을 저장하는 기록 및 판독 가능한 랜덤 액세스 메모리(RAM)(93)와, 카운터(94)와, 입력 인터페이스(95) 및 출력 인터페이스(96)를 구비하고 있다. 이와 같이 구성된 제어 수단(9)의 입력 인터페이스(95)에는, 상기 X축 방향 위치 검출 수단(374), Y축 방향 위치 검출 수단(384), Z축 방향 위치 검출 수단(54), 높이 위치 검출 수단(6)의 라인 이미지 센서(71), 촬상 수단(85), 입력 수단(90) 등으로부터의 검출 신호가 입력된다. 그리고, 제어 수단(9)의 출력 인터페이스(96)로부터는, 상기 펄스 모터(372), 펄스 모터(382), 펄스 모터(432), 펄스 모터(532), 집광점 위치 조정 수단(650), 레이저 광선 조사 수단(8)의 펄스 레이저 광선 발진기(811) 및 반복 주파수 설정 수단(812), 표시 수단(900) 등에 제어 신호를 출력한다.

도시된 실시형태에 있어서의 레이저 가공 장치(1)는 이상과 같이 구성되어 있고, 이하 그 작용에 대해서 설명한다.

도 4에는, 피가공물로서의 반도체 웨이퍼의 사시도가 도시되어 있다. 도 4에 도시된 반도체 웨이퍼(10)는, 예컨대 두께가 200 ㎛인 실리콘 웨이퍼로 이루어져 있고, 표면(10a)에는 격자형으로 형성된 복수의 분할 예정 라인(101)에 의해 구획된 복수의 영역에 IC, LSI 등의 디바이스(102)가 형성되어 있다. 이와 같이 형성된 반도체 웨이퍼(10)는, 도 5에 도시하는 바와 같이 환형 프레임(F)에 장착된 폴리올레핀 등의 합성 수지 시트로 이루어지는, 예컨대 두께가 100 ㎛인 보호 테이프(T)에 표면(10a)측을 접착한다(보호 테이프 접착 공정). 따라서, 반도체 웨이퍼(10)는, 이면(10b)이 상측이 된다.

전술한 레이저 가공 장치를 이용하여, 상기 반도체 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인(101)을 따라 레이저 광선을 조사하고, 반도체 웨이퍼(10)의 내부에 분할 예정 라인(101)을 따라 개질층을 형성하는 레이저 가공의 실시형태에 대해서 설명한다. 한편, 반도체 웨이퍼(10)의 내부에 개질층을 형성할 때에, 반도체 웨이퍼의 두께에 변동이 있으면, 정해진 깊이로 균일하게 개질층을 형성할 수 없다. 그래서, 레이저 가공을 실시하기 전에, 전술한 높이 위치 검출 수단(6)에 의해 척 테이블(36)에 유지된 반도체 웨이퍼(10)의 상면 높이 위치를 계측한다.

척 테이블(36)에 유지된 반도체 웨이퍼(10)의 상면 높이 위치를 계측하기 위해서는, 우선 전술한 도 1에 도시된 레이저 가공 장치(1)의 척 테이블(36) 상에 반도체 웨이퍼(10)의 보호 테이프(T)측을 배치한다. 그리고, 도시하지 않은 흡인 수단을 작동시킴으로써, 보호 테이프(T)를 통해 반도체 웨이퍼(10)를 척 테이블(36) 상에 흡인 유지한다(웨이퍼 유지 공정). 따라서, 척 테이블(36) 상에 보호 테이프(T)를 통해 유지된 반도체 웨이퍼(10)는, 이면(10b)이 상측이 된다. 이와 같이 하여, 웨이퍼 유지 공정을 실시하였다면, 가공 이송 수단(37)을 작동하시켜 반도체 웨이퍼(10)를 흡인 유지한 척 테이블(36)을 촬상 수단(85)의 바로 아래에 위치시킨다.

척 테이블(36)이 촬상 수단(85)의 바로 아래에 위치되면, 촬상 수단(85) 및 제어 수단(9)에 의해 반도체 웨이퍼(10)의 레이저 가공하여야 하는 가공 영역을 검출하는 얼라이먼트 작업을 실행한다. 즉, 촬상 수단(85) 및 제어 수단(9)은, 반도체 웨이퍼(10)의 정해진 방향으로 형성되어 있는 분할 예정 라인(101)과, 상기 분할 예정 라인(101)을 따라 반도체 웨이퍼(10)의 위치 검출 겸 레이저 조사 유닛(5)을 구성하는 높이 위치 검출 수단(6)의 대물 집광 렌즈(65)의 위치 맞춤을 행하기 위한 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하고, 검출 위치의 얼라이먼트를 수행한다. 또한, 반도체 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 정해진 방향과 직교하는 방향으로 형성되어 있는 분할 예정 라인(101)에 대해서도, 마찬가지로 검출 위치의 얼라이먼트가 수행된다. 이때, 반도체 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인(101)이 형성되어 있는 표면(10a)은 하측에 위치하고 있지만, 촬상 수단(85)이 전술한 바와 같이 적외선 조명 수단과 적외선을 포착하는 광학계 및 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD) 등으로 구성된 촬상 수단을 구비하고 있기 때문에, 이면(10b)으로부터 투과하여 분할 예정 라인(101)을 촬상할 수 있다.

전술한 바와 같이 얼라이먼트가 행해지면, 척 테이블(36) 상의 반도체 웨이퍼(10)는, 도 6의 (a)에 도시된 좌표 위치에 위치된 상태가 된다. 또한, 도 6의 (b)는 척 테이블(36), 즉 분할 예정 라인을 도 6의 (a)에 도시된 상태로부터 90도 회전한 상태를 도시하고 있다.

한편, 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)에 도시된 좌표 위치에 위치된 상태에 있어서의 광 디바이스 웨이퍼(10)에 형성된 각 분할 예정 라인(101)의 이송 개시 위치 좌표값(A1, A2, A3···An)과 이송 종료 위치 좌표값(B1, B2, B3···Bn) 및 이송 개시 위치 좌표값(C1, C2, C3···Cn)과 이송 종료 위치 좌표값(D1, D2, D3···Dn)은, 그 설계값의 데이터가 제어 수단(9)의 랜덤 액세스 메모리(RAM)(93)에 저장되어 있다.

전술한 바와 같이 척 테이블(36) 상에 유지되어 있는 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 스트리트(101)를 검출하고, 검출 위치의 얼라이먼트가 행하여졌다면, 척 테이블(36)을 이동시켜 도 6의 (a)에 있어서 최상위의 스트리트(101)를 위치 검출 겸 레이저 조사 유닛(5)을 구성하는 높이 위치 검출 수단(6)의 대물 렌즈(65)의 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 또한 도 7에 도시하는 바와 같이 반도체 웨이퍼(10)의 스트리트(101)의 일단(도 7에 있어서 좌단)인 이송 개시 위치 좌표값(A1)[도 6의 (a) 참조]을 대물 렌즈(65)의 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 높이 위치 검출 수단(6)을 작동시키며, 척 테이블(36)을 도 7에 있어서 화살표 X1로 나타내는 방향으로 정해진 이송 속도(예컨대, 200 ㎜/초)로 이동시키고, X축 방향 위치 검출 수단(374)으로부터의 검출 신호에 기초하여 이송 종료 위치 좌표값(B1)까지 이동시킨다(높이 위치 검출 공정). 이 결과, 반도체 웨이퍼(10)의 도 6의 (a)에 있어서 최상위의 스트리트(101)를 따라 상면의 높이 위치가 높이 위치 검출 수단(6)에 의해 전술한 바와 같이 계측된다. 이 계측된 높이 위치는, 상기 제어 수단(9)의 랜덤 액세스 메모리(RAM)(93)에 저장된다. 그리고, 제어 수단(9)은, 랜덤 액세스 메모리(RAM)(93)에 저장된 도 6의 (a)에 있어서 최상위의 스트리트(101)에 있어서의 개시 위치 좌표값(A1)부터 이송 종료 위치 좌표값(B1)까지의 높이 위치의 기준 높이 위치에 대한 변위량을 구하고, 도 8에 도시하는 높이 위치 변위 맵을 작성하여 랜덤 액세스 메모리(RAM)(93)에 저장한다. 이 높이 위치 검출 공정을 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 모든 스트리트(101)를 따라 실시하고, 상기 높이 위치 변위 맵을 작성하여 랜덤 액세스 메모리(RAM)(93)에 저장한다.

전술한 높이 위치 검출 공정을 실시하였다면, 계측된 반도체 웨이퍼(10)의 높이 위치의 기준 높이 위치에 대한 변위량을 구한 높이 위치 변위 맵에 따라, 상기 집광점 위치 조정 수단(650)이 추종하여 작동하는지의 여부를 확인하는 집광점 위치 조정 수단의 작동 확인 공정을 실시한다. 이 집광점 위치 조정 수단의 작동 확인 공정은, 상기 높이 위치 변위 맵을 작성할 때에 있어서의, 제어 수단(9)에 입력된 X축 방향 위치 검출 수단(374)으로부터의 검출 신호와 높이 위치 검출 수단(6)으로부터의 높이 위치 신호가 신호 전달 경로 등의 관계로 반드시 동시각에 검출된 신호가 아닌 경우가 있으며, 이 신호의 어긋남을 확인하고, 집광점 위치 조정 수단(650)의 응답 지연을 확인하기 위해 실시한다.

집광점 위치 조정 수단(650)의 작동 확인 공정은, 우선, 높이 위치 검출 공정이 실시된 반도체 웨이퍼(10)를 유지한 척 테이블(36)을 이동시켜, 예컨대 도 6의 (a)에 있어서 최상위의 스트리트(101)를 위치 검출 겸 레이저 조사 유닛(5)을 구성하는 높이 위치 검출 수단(6)의 대물 렌즈(65)의 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 또한 도 9에 도시하는 바와 같이 반도체 웨이퍼(10)의 스트리트(101)의 일단(도 9에 있어서 좌단)인 이송 개시 위치 좌표값(A1)[도 6의 (a) 참조]을 대물 렌즈(65)의 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 제어 수단(9)은, 집광점 위치 결정 수단(53)을 작동시켜 대물 렌즈(65)의 집광점 위치를 기준 높이 위치에 위치시킨다. 다음에, 제어 수단(9)은, 가공 이송 수단(37)을 작동시켜 척 테이블(36)을 도 9에 있어서 화살표 X1로 나타내는 방향으로 정해진 이송 속도(예컨대, 200 ㎜/초)로 이동시키면서, 랜덤 액세스 메모리(RAM)(93)에 저장된 높이 위치 변위 맵의 X 좌표에 있어서의 기준 높이 위치에 대한 변위량에 대응하여 집광점 위치 조정 수단(650)을 제어하며, 높이 위치 검출 수단(6)을 작동시켜 높이 위치 검출 수단(6)이 검출하는 높이 정보를 X축 방향 위치 검출 수단(374)으로부터의 검출 신호에 기초한 X 좌표와 대응시켜 구한다. 그리고, 제어 수단(9)은 X 좌표에 대응하는 높이 위치의 기준 높이 위치에 대한 변위량을 구하여, 도 10의 (a) 또는 (b)에 도시하는 바와 같이 표시 수단(900)에 표시한다.

전술한 집광점 위치 조정 수단의 작동 확인 공정에 있어서 표시 수단(900)에 표시된 X 좌표에 대응하는 높이 위치의 기준 높이 위치에 대한 변위량은, 높이 위치 변위 맵이 제어 수단(9)에 입력된 X축 방향 위치 검출 수단(374)으로부터의 검출 신호와 높이 위치 검출 수단(6)으로부터의 높이 위치 신호가 동시각에 검출된 신호에 기초하여 작성되고, 또한, 집광점 위치 조정 수단(650)의 작동 지연이 없는 경우에는, 집광점 위치 조정 수단(650)의 작동이 반도체 웨이퍼(10)의 높이 위치에 적정하게 추종하여, 도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이, X축을 따라 대략 직선이 된다. 한편, 높이 위치 변위 맵이 제어 수단(9)에 입력된 X축 방향 위치 검출 수단(374)으로부터의 검출 신호와 높이 위치 검출 수단(6)으로부터의 높이 위치 신호가 시간적으로 어긋난 신호에 기초하여 작성된 것이며, 또는 집광점 위치 조정 수단(650)의 작동 지연이 있는 경우에는, 집광점 위치 조정 수단(650)의 작동이 반도체 웨이퍼(10)의 높이 위치에 적정하게 추종하지 않고, 도 10의 (b)에 도시하는 바와 같이, X 좌표에 대응하는 높이 위치의 기준 높이 위치에 대한 변위량이 크게 변동한다. 이 X 좌표에 대응하는 높이 위치의 기준 높이 위치에 대한 변위량의 변동폭이 허용 범위이면, 제어 수단(9)은 높이 위치 변위 맵에 기초한 제어는 적정하다고 판단하여 표시 수단(900)에 적정 표시를 한다. 한편, X 좌표에 대응하는 높이 위치의 기준 높이 위치에 대한 변위량의 변동폭이 허용 범위 밖인 경우에는, 제어 수단(9)은 높이 위치 변위 맵 및/또는 집광점 위치 조정 수단(650)의 응답성은 적정하지 않다고 판단하여 표시 수단(900)에 불가 표시를 한다.

전술한 바와 같이 표시 수단(900)에 불가 표시되면 오퍼레이터는, 상기 X 좌표에 대응하는 높이 위치의 기준 높이 위치에 대한 변위량의 변동폭에 대응하는 보정값을 구하여 보정값 검출 공정을 실시한다. 즉, 오퍼레이터가 입력 수단(90)으로부터 보정값 검출 지시 신호를 입력하면, 제어 수단(9)은, 상기 작동 확인 공정과 마찬가지로 가공 이송 수단(37), 높이 위치 검출 수단(6), 집광점 위치 조정 수단(650)을 작동시키면서, 랜덤 액세스 메모리(RAM)(93)에 저장된 높이 위치 변위 맵에 있어서의 X 좌표와, 척 테이블의 X 좌표 사이에 어긋남을 생기게 하여 높이 위치의 기준 높이 위치에 대한 변위량의 변동폭이 허용 범위가 되도록 조정해 간다. 그리고, 제어 수단(9)은, 높이 위치의 기준 높이 위치에 대한 변위량의 변동폭이 허용 범위 내가 되었을 때의 X 좌표의 어긋남량(x ㎛)을 보정값으로서 결정하여, 랜덤 액세스 메모리(RAM)(93)에 저장하며, 표시 수단(900)에 표시한다.

이상과 같이 하여 집광점 위치 조정 수단의 작동 확인 공정 및 보정값 검출 공정을 실시하였다면, 반도체 웨이퍼(10)의 내부에 분할 예정 라인(101)을 따라 개질층을 형성하는 개질층 형성 공정을 실시한다.

이 개질층 형성 공정을 실시하기 위해서는, 우선 척 테이블(36)을 이동시켜 도 6의 (a)에서 최상위의 분할 예정 라인(101)을 대물 집광 렌즈(65)의 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 또한 도 11의 (a)에서 도시하는 바와 같이 분할 예정 라인(101)의 일단[도 11의 (a)에 있어서 좌단]인 이송 개시 위치 좌표값(A1)[도 6의 (a) 참조]을 대물 집광 렌즈(65)의 바로 아래에 위치시킨다. 그리고, 레이저 광선 조사 수단(8)을 구성하는 대물 집광 렌즈(65)로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점(P)을 분할 예정 라인(101)의 이면(10b)(상면)으로부터 정해진 깊이 위치에 위치시킨다. 다음에, 레이저 광선 조사 수단(8)을 작동시켜, 대물 렌즈(65)로부터 반도체 웨이퍼(10)에 대하여 투과성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하면서 척 테이블(36)을 화살표 X1로 나타내는 방향으로 정해진 가공 이송 속도(예컨대, 200 ㎜/초)로 이동시킨다(개질층 형성 공정). 그리고, 도 11의 (b)에서 도시하는 바와 같이, 대물 집광 렌즈(65)의 조사 위치가 분할 예정 라인(101)의 타단[도 11의 (b)에 있어서 우단]에 도달하였다면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하며, 척 테이블(36)의 이동을 정지한다. 이 개질층 형성 공정에 있어서는, 제어 수단(9)은 랜덤 액세스 메모리(RAM)(93)에 저장된 반도체 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인(101)에 있어서의 높이 위치 변위 맵에 기초하여, 집광점 위치 조정 수단(650)을 제어하고, 대물 집광 렌즈(65)를 Z축 방향(집광점 위치 조정 방향)으로 이동시켜 도 11의 (b)에 도시하는 바와 같이 반도체 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인(101)에 있어서의 이면(10b)(상면)의 높이 위치에 대응하여 상하 방향으로 이동시킨다. 이때, 상기 보정값 검출 공정에 구한 어긋남량(x ㎛)(보정값)이 설정되어 있는 경우에는, X축 방향 위치 검출 수단(374)으로부터의 검출 신호를 어긋남량(x ㎛)(보정값)에 따라 보정한 값을 척 테이블의 X 좌표로 한다. 이 결과, 광 디바이스 웨이퍼(10)의 내부에는, 도 11의 (b)에 도시하는 바와 같이, 이면(10b)(상면)으로부터 정해진 깊이 위치에 이면(10b)(상면)과 평행하게 개질층(110)이 형성된다.

상기 개질층 형성 공정에 있어서의 가공 조건은, 예컨대 다음과 같이 설정되어 있다.

광원: LD 여기 Q 스위치 Nd: YVO4 펄스 레이저

파장: 1064 ㎚

반복 주파수: 100 ㎑

평균 출력: 0.5 W

펄스 폭: 120 ns

집광 스폿 직경: φ1 ㎛

가공 이송 속도: 200 ㎜/초

이상과 같이 하여, 반도체 웨이퍼(10)의 정해진 방향으로 연장하는 모든 분할 예정 라인(101)을 따라 상기 개질층 형성 공정을 실행하였다면, 척 테이블(36)을 90도 회동시켜, 상기 정해진 방향에 대하여 직교하는 방향으로 연장되는 각 분할 예정 라인(101)을 따라 상기 개질층 형성 공정을 실행한다. 이와 같이 하여, 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 모든 분할 예정 라인(101)을 따라 상기 개질층 형성 공정을 실행하였다면, 반도체 웨이퍼(10)를 유지하고 있는 척 테이블(36)은, 최초에 반도체 웨이퍼(10)를 흡인 유지한 위치로 복귀되고, 여기서 반도체 웨이퍼(10)의 흡인 유지를 해제한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(10)는, 도시하지 않은 반송 수단에 의해 분할 공정에 반송된다.

이상과 같이, 도시된 실시형태에 있어서의 레이저 가공 장치(1)에 있어서는, 제어 수단(9)은, 가공 이송 수단(37)을 작동시켜 척 테이블(36)에 유지된 반도체 웨이퍼(10)를 X축 방향으로 이동시키면서 높이 위치 검출 수단(6)을 작동시켜 반도체 웨이퍼(10)의 높이 위치를 계측하여 얻은 높이 계측값과 X축 방향 위치 검출 수단(374)으로부터의 검출 신호에 기초한 X 좌표를 기억하는 기억 수단으로서의 랜덤 액세스 메모리(RAM)(93)를 구비하고 있어, 랜덤 액세스 메모리(RAM)(93)에 기억되어 있는 높이 위치 변위 맵에 따라 가공 이송 수단(37)을 작동시켜 척 테이블(36)에 유지된 반도체 웨이퍼(10)를 X 좌표를 따라 이동시키면서 X 좌표에 대응하는 높이 계측값에 기초하여 집광점 위치 조정 수단(650)을 제어하여 X 좌표에서의 높이 위치 검출 수단(6)이 검출하는 높이 정보를 표시 수단(900)에 표시함으로써, 척 테이블(36)에 유지된 반도체 웨이퍼(10)의 상면 높이 위치 정보에 추종하여 집광점 위치 조정 수단(650)이 작동하고 있는지의 여부를 확인할 수 있기 때문에, 적정한 위치에 레이저 광선의 집광점을 위치시킬 수 있어 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명을 도시된 실시형태에 기초하여 설명하였지만, 본 발명은 실시형태에만 한정되는 것이 아니며 본 발명의 취지의 범위에서 여러가지의 변형은 가능하다. 예컨대, 전술한 실시형태에 있어서는 높이 위치 검출 수단으로서 간섭식의 높이 위치 검출 수단을 예시하여 설명하였지만, 높이 위치 검출 수단으로서는 공초점 광학계 검출 수단, 비초점 수차 검출 수단, 레이저 변위계(3각법) 검출 수단 등을 이용할 수 있다.

1 : 레이저 가공 장치 2 : 정지 베이스
3 : 척 테이블 기구 36 : 척 테이블
37 : 가공 이송 수단 374 : X축 방향 위치 검출 수단
38 : 제1 인덱싱 이송 수단 4 : 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구
42 : 가동 지지 베이스 43 : 제2 인덱싱 이송 수단
5 : 위치 검출 겸 레이저 조사 유닛 6 : 높이 위치 검출 수단
61 : 발광원 62 : 제1 광 분기 수단
63 : 커리메이션 렌즈 64 : 제2 광 분기 수단
65 : 대물 집광 렌즈 650 : 집광점 위치 조정 수단
66 : 집광 렌즈 67 : 반사 미러
68 : 커리메이션 렌즈 69 : 회절 격자
70 : 집광 렌즈 71 : 라인 이미지 센서
8 : 레이저 광선 조사 수단 81 : 펄스 레이저 광선 발진 수단
82 : 다이크로익 미러 9 : 제어 수단
10 : 반도체 웨이퍼

Claims

피가공물을 유지하는 유지면을 갖는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 집광하여 조사하는 대물 집광 렌즈를 구비한 레이저 광선 조사 수단과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물의 상면 높이 위치를 검출하는 높이 위치 검출 수단과, 상기 대물 집광 렌즈를 상기 척 테이블의 유지면에 대하여 수직인 방향(Z축 방향)으로 이동시키는 집광점 위치 조정 수단과, 상기 척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 수단을 가공 이송 방향(X축 방향)으로 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단과, 상기 척 테이블의 X축 방향 위치를 검출하기 위한 X축 방향 위치 검출 수단, 그리고 상기 집광점 위치 조정 수단과 상기 가공 이송 수단 및 표시 수단에 제어 신호를 출력하는 제어 수단을 포함하는 레이저 가공 장치에 있어서,
상기 제어 수단은, 상기 가공 이송 수단을 작동시켜 상기 척 테이블에 유지된 피가공물을 X축 방향으로 이동시키면서 상기 높이 위치 검출 수단을 작동시켜 피가공물의 높이 위치를 계측하여 얻은 높이 계측값과 상기 X축 방향 위치 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초한 X 좌표를 기억하는 기억 수단을 구비하고, 상기 가공 이송 수단을 작동시켜 상기 척 테이블에 유지된 피가공물을 X축 방향으로 이동시키면서 상기 기억 수단에 기억된 X 좌표에 대응하는 높이 계측값에 기초하여 상기 집광점 위치 조정 수단을 제어하면서 X 좌표에 대응하는 높이 위치의 기준 높이 위치에 대한 변위량을 X 좌표와 대응시켜 표시 수단에 표시하고, 상기 표시 수단에 표시하는 X 좌표와 대응한 상기 변위량의 변동폭이 허용 범위인 경우에는 상기 레이저 광선 조사 수단의 작동을 가능으로 하고, X 좌표와 대응한 상기 변위량의 변동폭이 허용 범위 밖인 경우에는 상기 레이저 광선 조사 수단의 작동을 불가로 하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 가공 이송 수단과 상기 높이 위치 검출 수단 및 상기 집광점 위치 조정 수단을 작동시키면서, 상기 기억 수단에 기억된 X 좌표와 대응한 상기 변위량에 있어서의 X 좌표와, 상기 척 테이블의 X 좌표 사이에 어긋남을 생기게 하여 상기 변위량의 변동폭이 허용 범위가 되도록 조정하여, 상기 변위량의 변동폭이 허용 범위 내가 되었을 때의 X 좌표의 어긋남량을 보정값으로서 결정하는 것인 레이저 가공 장치.
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