KR20170077790A - 웨이퍼의 가공 방법 - Google Patents

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KR20170077790A
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다쿠 이와모토
히로나리 오쿠보
준이치 구키
겐타로 오다나카
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

(과제) 레이저 가공 장치에 관한 요인에 의해 가공 위치에 오차가 생겼을 경우라도, 원하는 위치를 가공할 수 있도록 한다.
(해결 수단) 레이저 가공 홈 형성 중에, 웨이퍼에 펄스 레이저 광선을 조사함으로써 발생하는 빔 플라즈마 (300) 를 포함하는 가공 영역을 촬상 수단 (36) 에 의해 촬상하여, 펄스 레이저 광선의 빔 플라즈마 (300) 의 위치와 미리 설정된 가공 위치 (36a) 의 위치 관계를 계측함으로써, 레이저 가공 중에 원하는 위치가 가공되고 있는지의 여부를 실시간으로 파악할 수 있어, 가공 위치에 차이가 있는 경우에는, 즉시 가공 위치를 수정하는 것이 가능해진다.

Description

웨이퍼의 가공 방법{METHOD OF MACHINING WAFER}
본 발명은, 미리 설정된 소정의 가공해야 할 위치와 레이저 가공에 의해 실제로 가공된 위치의 위치 관계를 계측하면서 웨이퍼를 가공하는 웨이퍼의 가공 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조 프로세스에 있어서는, 반도체 웨이퍼 등의 대략 원판상의 워크 피스의 표면에 IC 나 LSI 등에 의한 다수의 전자 회로를 형성하고, 이어서 워크 피스의 이면을 연삭하여 소정의 두께로 가공하는 등의 처리를 실시하고 나서, 전자 회로가 형성된 디바이스 영역을 스트리트라고 불리는 분할 예정 라인을 따라 레이저 광선을 조사함으로써 절단하여 워크 피스를 분할하고, 1 장의 워크 피스로부터 다수의 디바이스를 얻고 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 2012-151225호
그러나, 조사되는 레이저 광선의 광학계에 변형이 생기는 등의 장치에 관한 요인에 의해, 레이저 광선의 집광 스폿을 가공해야 할 위치에 위치시킬 수 없게 되어, 원하는 가공 위치를 가공할 수 없게 된다는 문제가 있다.
본 발명은 이와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 레이저 가공 장치에 관한 요인에 의해 가공 위치에 오차가 생겼을 경우라도, 원하는 가공 위치를 레이저 가공할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의하면, 기판의 표면에 격자상으로 형성된 복수의 분할 예정 라인에 의해 구획된 각 영역에 디바이스가 형성된 웨이퍼에 펄스 레이저 광선 조사 수단에 의해 펄스 레이저 광선을 조사하여 웨이퍼를 가공하는 웨이퍼의 가공 방법으로서, 레이저 가공 장치의 얼라인먼트 수단에 의해 그 웨이퍼의 가공 위치인 그 분할 예정 라인을 검출하는 얼라인먼트 스텝과, 그 얼라인먼트 스텝을 실시한 후에, 그 펄스 레이저 광선 조사 수단에 의해 펄스 레이저 광선을 그 분할 예정 라인을 따라 조사하여, 레이저 가공 홈을 형성하는 레이저 가공 홈 형성 스텝과, 그 레이저 가공 홈 형성 스텝의 실시 중에, 그 펄스 레이저 광선 조사 수단에 의해 그 웨이퍼에 펄스 레이저 광선을 조사함으로써 발생하는 빔 플라즈마를 포함하는 가공 영역을 촬상 수단에 의해 촬상하여, 그 펄스 레이저 광선의 그 빔 플라즈마의 위치와 미리 설정된 가공 위치의 위치 관계를 계측하는 가공 위치 계측 스텝을 구비한 웨이퍼의 가공 방법이 제공된다.
웨이퍼의 그 분할 예정 라인에 테스트용 금속 패턴이 일정한 주기로 형성되어 있는 경우에는, 본 발명의 웨이퍼의 가공 방법은, 얼라인먼트 스텝을 실시하기 전에, 금속 패턴의 주기 및 위치 정보를 레이저 가공 장치의 기억 수단에 기억시키는 금속 패턴 위치 기억 스텝을 추가로 구비하고, 가공 위치 계측 스텝에 있어서는, 금속 패턴 위치 기억 스텝에서 미리 기억한 금속 패턴의 주기 및 위치 정보에 기초하여 금속 패턴 위치 이외의 위치에 있어서 그 위치 관계를 계측한다.
본 발명에서는, 레이저 가공 홈 형성 스텝의 실시 중에, 웨이퍼에 펄스 레이저 광선을 조사함으로써 발생하는 빔 플라즈마를 포함하는 가공 영역을 촬상 수단에 의해 촬상하여, 펄스 레이저 광선의 빔 플라즈마의 위치와 미리 설정된 가공 위치의 위치 관계를 계측하기 때문에, 레이저 가공 중에 원하는 위치가 가공되고 있는지의 여부를 실시간으로 파악할 수 있다. 따라서, 가공 위치에 어긋남이 있는 경우에는, 즉시 가공 위치를 수정하는 것이 가능해진다.
또, 금속 패턴에 펄스 레이저 광선을 조사했을 때의 빔 플라즈마는, 금속 패턴이 형성되어 있지 않은 부분에 펄스 레이저 광선을 조사했을 때의 빔 플라즈마와는 크기 및 밝기가 상이하기 때문에, 오인식이 생기기 쉽지만, 웨이퍼의 분할 예정 라인에 테스트용 금속 패턴이 일정한 주기로 형성되어 있는 경우에는, 금속 패턴의 주기 및 위치를 기억해 두고, 금속 패턴을 피하여 커프 체크를 실시하기 때문에, 오인식되지 않고 커프 체크를 실시할 수 있어 높은 가공 정밀도로 가공을 실시할 수 있다.
도 1 은 레이저 가공 장치의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 2 는 레이저 가공 장치에 장비되는 레이저 광선 조사 수단을 나타내는 블록 구성도이다.
도 3(a) 는 가공 대상 웨이퍼의 예를 나타내는 평면도이고, 도 3(b) 는 웨이퍼의 일부 확대 평면도이다.
도 4 는 디바이스 중의 키 패턴과 분할 예정 라인의 위치 관계를 나타내는 일부 확대 평면도이다.
도 5 는 웨이퍼의 중심 및 에지를 나타내는 평면도이다.
도 6(a) 는 1 개의 분할 예정 라인의 레이저 가공의 개시시를 나타내는 정면도이고, 도 6(b) 는 1 개의 분할 예정 라인의 레이저 가공의 종료시를 나타내는 정면도이며, 도 6(c) 는 형성된 레이저 가공 홈을 나타내는 단면도이다.
도 7 은 펄스 레이저 광선의 조사와 커프 체크를 위한 광의 조사의 타이밍을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 8 은 촬상 수단의 기준선과 레이저 가공 홈 및 빔 플라즈마의 위치 관계의 예를 나타내는 평면도이다.
도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치 (1) 는, 척 테이블 (2) 에 유지된 웨이퍼에 대하여 레이저 광선 조사 수단 (3) 에 의해 펄스 레이저 광선을 조사하여 레이저 가공하는 장치로서, 척 테이블 (2) 은, X 축 방향 이동 수단 (4) 및 Y 축 방향 이동 수단 (5) 에 의해 구동되어 X 축 방향 및 Y 축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.
척 테이블 (2) 은, 웨이퍼를 흡인 유지하는 흡인부 (20) 와, 흡인부 (20) 를 위요하여 유지하는 프레임체 (21) 와, 프레임체 (21) 의 외주부에 고정된 클램프부 (22) 를 구비하고 있다. 척 테이블 (2) 의 하부는, 척 테이블 (2) 을 회전시키는 회전 구동부 (23) 에 연결되어 있다. 회전 구동부 (23) 는, 커버 (24) 에 의해 상방으로부터 덮여 있다.
X 축 방향 이동 수단 (4) 은, 정지 (靜止) 기대 (60) 상에 배치 형성되고, X 축 방향으로 연장되는 볼 나사 (40) 와, 볼 나사 (40) 와 평행하게 배치 형성된 1 쌍의 가이드 레일 (41) 과, 볼 나사 (40) 의 일단에 연결되어 볼 나사 (40) 를 회전시키는 모터 (42) 와, 볼 나사 (40) 의 타단을 지지하는 베어링부 (43) 와, 내부의 너트가 볼 나사 (40) 에 나사 결합됨과 함께 하부에 형성된 피안내 홈 (441) 이 가이드 레일 (41) 에 슬라이딩 접촉하는 이동 기대 (44) 를 구비하고 있으며, 모터 (42) 가 볼 나사 (40) 를 정역 양 방향의 어느 쪽으로 회전시킴으로써, 이동 기대 (44) 가 가이드 레일 (41) 에 가이드되어 ＋X 방향 또는 －X 방향으로 이동하는 구성으로 되어 있다. 모터 (42) 는, CPU, 메모리 등을 구비한 제어 수단 (80) 에 의해 제어된다.
또, X 축 방향 이동 수단 (4) 은, 척 테이블 (2) 의 X 축 방향의 위치를 검출하기 위한 X 축 방향 위치 검출 수단 (45) 을 구비하고 있다. X 축 방향 위치 검출 수단 (45) 은, 가이드 레일 (41) 을 따라 배치 형성된 리니어 스케일 (451) 과, 이동 기대 (44) 에 배치 형성되어 이동 기대 (44) 와 함께 리니어 스케일 (451) 을 따라 이동하는 판독 헤드 (452) 로 구성되어 있다. 판독 헤드 (452) 는, 예를 들어 1 ㎛ 마다 1 펄스의 펄스 신호를 제어 수단 (80) 에 보낸다. 제어 수단 (80) 은, 판독 헤드 (452) 로부터 보내 온 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블 (2) 의 X 축 방향의 위치를 인식한다. 또한, 모터 (42) 로서 펄스 모터를 사용한 경우에는, 펄스 모터를 향하여 제어 수단 (80) 으로부터 출력되는 구동 펄스를 카운트함으로써, 척 테이블 (2) 의 X 축 방향의 위치를 인식할 수도 있다. 또, 모터 (42) 로서 서보 모터를 사용한 경우에는, 서보 모터의 회전수를 검출하는 로터리 인코더가 출력하는 펄스 신호를 제어 수단 (80) 에 보내고, 제어 수단 (80) 이 그 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블 (2) 의 X 축 방향 위치를 검출할 수도 있다.
Y 축 방향 이동 수단 (5) 은, Y 축 방향으로 연장되는 볼 나사 (50) 와, 볼 나사 (50) 와 평행하게 배치 형성된 1 쌍의 가이드 레일 (51) 과, 볼 나사 (50) 의 일단에 연결되어 볼 나사 (50) 를 회전시키는 모터 (52) 와, 볼 나사 (50) 의 타단을 지지하는 베어링부 (53) 와, 내부의 너트가 볼 나사 (50) 에 나사 결합됨과 함께 하부에 형성된 피안내 홈 (541) 이 가이드 레일 (51) 에 슬라이딩 접촉하는 이동 기대 (54) 를 구비하고 있으며, 모터 (52) 가 볼 나사 (50) 를 정역 양 방향의 어느 쪽으로 회전시킴으로써, 이동 기대 (54) 가 가이드 레일 (51) 에 가이드되어 ＋Y 방향 또는 －Y 방향으로 이동하는 구성으로 되어 있다. 모터 (52) 는, 제어 수단 (80) 에 의해 제어된다.
또, Y 축 방향 이동 수단 (5) 은, 척 테이블 (2) 의 Y 축 방향의 위치를 검출하기 위한 Y 축 방향 위치 검출 수단 (55) 을 구비하고 있다. Y 축 방향 위치 검출 수단 (55) 은, 가이드 레일 (51) 을 따라 배치 형성된 리니어 스케일 (551) 과, 이동 기대 (54) 에 배치 형성되어 이동 기대 (54) 와 함께 리니어 스케일 (551) 을 따라 이동하는 판독 헤드 (552) 로 구성되어 있다. 판독 헤드 (552) 는, 예를 들어 1 ㎛ 마다 1 펄스의 펄스 신호를 제어 수단 (80) 에 보낸다. 제어 수단 (80) 은, 판독 헤드 (552) 로부터 보내 온 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블 (2) 의 Y 축 방향의 위치를 인식한다. 또한, 모터 (52) 로서 펄스 모터를 사용한 경우에는, 펄스 모터를 향하여 제어 수단 (80) 으로부터 출력되는 구동 펄스를 카운트함으로써, 척 테이블 (2) 의 Y 축 방향의 위치를 인식할 수도 있다. 또, 모터 (52) 로서 서보 모터를 사용한 경우에는, 서보 모터의 회전수를 검출하는 로터리 인코더가 출력하는 펄스 신호를 제어 수단 (80) 에 보내고, 제어 수단 (80) 이 그 펄스 신호를 카운트함으로써, 척 테이블 (2) 의 Y 축 방향 위치를 검출할 수도 있다.
정지 기대 (60) 의 후부 (＋Y 방향) 측으로부터는 지지 부재 (61) 가 세워져형성되어 있고, 지지 부재 (61) 로부터 －Y 방향측으로 케이싱 (62) 이 연장되어 있다. 케이싱 (62) 에는, 레이저 광선 조사 수단 (3) 과, 얼라인먼트 수단 (7) 을 구비하고 있다.
얼라인먼트 수단 (7) 은, 카메라 (70) 를 구비하고 있으며, 카메라 (70) 가 척 테이블 (2) 에 유지된 웨이퍼를 촬상하여 취득한 화상에 기초하여, 레이저 가공해야 할 위치를 검출할 수 있다.
레이저 광선 조사 수단 (3) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 펄스 레이저 광선 발진 수단 (31) 과, 펄스 레이저 광선 발진 수단 (31) 으로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 집광하여 척 테이블 (2) 에 유지된 웨이퍼 (W) 에 조사하는 집광기 (32) 와, 펄스 레이저 광선 발진 수단 (31) 과 집광기 (32) 의 사이에 배치 형성되어 펄스 레이저 광선 발진 수단 (31) 으로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 집광기 (32) 로 유도하는 다이크로익 미러 (33) 를 구비하고 있다. 펄스 레이저 광선 발진 수단 (31) 은, 펄스 레이저 발진기 (311) 와, 여기에 부설된 반복 주파수 설정 수단 (312) 으로 구성되어 있다. 집광기 (32) 는, 펄스 레이저 광선 발진 수단 (31) 으로부터 발진된 펄스 레이저 광선 (LB) 을 집광하는 집광 렌즈 (321) 를 구비하고 있다. 펄스 레이저 광선 발진 수단 (31) 과 집광기 (32) 의 사이에 배치 형성된 다이크로익 미러 (33) 는, 펄스 레이저 광선 발진 수단 (31) 으로부터 발진된 펄스 레이저 광선 (LB) 을 반사시켜 집광기 (32) 로 유도함과 함께 펄스 레이저 광선 (LB) 의 파장 이외의 파장의 광을 투과시키는 기능을 갖고 있다.
레이저 광선 조사 수단 (3) 은, 다이크로익 미러 (33) 와 집광기 (32) 의 경로에 광을 조사하는 스트로보 광 조사 수단 (34) 과, 스트로보 광 조사 수단 (34) 과 다이크로익 미러 (33) 의 사이에 배치 형성되어 척 테이블 (2) 에 유지된 웨이퍼 (W) 로부터의 광을 분기시키는 빔 스플리터 (35) 와, 빔 스플리터 (35) 에 있어서 분기된 경로에 배치 형성된 촬상 수단 (36) 을 구비하고 있다. 스트로보 광 조사 수단 (34) 은, 예를 들어 크세논 플래시 램프로 이루어지는 백색광을 발광하는 스트로보 광원 (341) 과, 스트로보 광원 (341) 으로부터 발광된 백색광의 시야 사이즈를 규정하는 조리개 (342) 와, 조리개 (342) 를 통과한 백색광을 척 테이블 (2) 에 유지된 웨이퍼 (W) 에 집광하기 위한 렌즈 (343) 와, 렌즈 (343) 에 의해 집광된 백색광을 빔 스플리터 (35) 를 향하여 방향 변환하는 방향 변환 미러 (344) 로 이루어져 있다. 스트로보 광원 (341) 은, 제어 수단 (80) 에 의한 제어하에서 발광한다.
빔 스플리터 (35) 는, 스트로보 광 조사 수단 (34) 의 방향 변환 미러 (344) 에 의해 유도된 백색광을 다이크로익 미러 (33) 로 유도함과 함께, 척 테이블 (2) 에 유지된 웨이퍼 (W) 로부터의 광을 촬상 수단 (36) 으로 유도한다.
촬상 수단 (36) 은, 수차 보정 렌즈 (361a) 와 결상 렌즈 (361b) 로 이루어지는 듀얼 렌즈 (361) 와, 듀얼 렌즈 (361) 에 의해 포착된 이미지를 촬상하는 촬상 소자 (CCD) (362) 로 이루어져 있으며, 촬상한 화상 신호를 제어 수단 (80) 에 보낸다.
도 1 에 나타낸 제어 수단 (80) 은, 메모리 등의 기억 소자를 갖는 기억 수단 (81) 에 접속되어 있고, 기억 수단 (81) 에 기억된 정보를 참조하여 각 부위를 제어한다.
다음으로, 이상과 같이 구성되는 레이저 가공 장치 (1) 를 사용하여, 도 3(a) 에 나타내는 웨이퍼 (W) 의 표면 (W1) 에 레이저 가공 홈을 형성하고, 레이저 가공 홈이 소정의 위치에 형성되어 있는지의 여부를 체크하는 방법에 대하여 설명한다.
이 웨이퍼 (W) 의 표면 (W1) 에는, 격자상으로 형성된 분할 예정 라인 (이하, 「라인」이라고 기재한다) (L) 에 의해 구획된 각 영역에 디바이스 (D) 가 형성되어 있다. 이 웨이퍼 (W) 는, 이면이 테이프 (T) 에 첩착 (貼着) 된다. 테이프 (T) 의 외주부에는 링상의 프레임 (F) 이 첩착되고, 웨이퍼 (W) 가, 테이프 (T) 를 개재하여 프레임 (F) 에 지지된다. 그리고, 도 1 에 나타낸 척 테이블 (2) 의 흡인부 (20) 에 있어서 테이프 (T) 를 개재하여 웨이퍼 (W) 가 흡인 유지되고, 프레임 (F) 이 클램프부 (22) 에 의해 고정된다.
웨이퍼 (W) 를 구성하는 각 디바이스 (D) 는, 반도체 제조 프로세스에 있어서 실리콘 등의 기판의 표면 상에 형성된 것으로, 각 디바이스 (D) 내의 회로 패턴은, 스텝퍼에 있어서 레티클을 개재한 투영 노광에 의해 형성된다. 레티클에는, 각 디바이스 (D) 의 회로 패턴이 형성되어 있고, 1 장의 웨이퍼 (W) 를 제작함에 있어서는 복수의 레티클이 사용된다.
웨이퍼 (W) 는, 사용되는 레티클에 대응하여 분할된 영역으로 이루어지고, 도 3(a) 에 나타낸 웨이퍼 (W) 는, 영역 (11 ∼ 16) 을 구비하고 있다. 예를 들어, 각 영역 (11 ∼ 16) 에는, 도 3(b) 에 나타내는 바와 같이, X 축 방향으로 연장되는 라인 (LX1 ∼ LX5) 및 Y 축 방향으로 연장되는 라인 (LY1 ∼ LY3) 이 형성되어 있다. 각 레티클마다 X 축 방향의 라인수 및 Y 축 방향의 라인수가 정해져 있다.
(1) 가공 조건 설정 스텝
(1a) 금속 패턴 위치 기억 스텝
도 3(b) 에 나타내는 바와 같이, 영역 (11 ∼ 16) 의 라인 (LX1 및 LX3) 에는, 구리 등의 금속으로 이루어지는 TEG (Test Element Group) 로 불리는 금속 패턴 (17) 이 형성되어 있다. 또, 라인 (LY3) 에도 금속 패턴 (18) 이 형성되어 있다. 금속 패턴 (17, 18) 은, 영역 (11 ∼ 16) 의 각각에, 일정한 주기로 형성되어 있다. 따라서, 어느 영역에 있어서나, 동일 지점에 금속 패턴 (17, 18) 이 형성되어 있다. 도 3(b) 의 예에서는, 라인 (LX1 및 LX3) 그리고 라인 (LY3) 에 금속 패턴 (17, 18) 이 형성되어 있지만, 금속 패턴이 형성되는 라인은, 이들 라인에는 한정되지 않는다. 금속 패턴 (17, 18) 은, 각 디바이스 (D) 에 발생하는 설계상이나 제조상의 문제를 찾아내기 위한 테스트용 소자로서의 역할을 갖고 있다. 금속 패턴 (17, 18) 도, 레티클을 개재한 스퍼터, CVD 등에 의해 형성되기 때문에, 레티클에는 금속 패턴 (17, 18) 에 대응한 마스크가 형성되어 있다.
이와 같이, 레티클의 사양으로서 X 축 방향의 라인수, Y 축 방향의 라인수, 금속 패턴이 형성되어 있는 라인, 금속 패턴의 주기 및 위치 정보와 같은 정보가 정해져 있다. 이들 정보는, 예를 들어 오퍼레이터가, 레이저 가공 장치 (1) 에 구비한 도시되지 않은 입력 수단 (예를 들어, 키보드, 터치 패널 등) 을 이용하여 입력함으로써, 도 1 에 나타낸 기억 수단 (81) 에 기억된다. 또, 이들 정보는, 전 (前) 공정으로부터의 정보로서 어떠한 매체를 통해서 기억 수단 (81) 에 판독 입력되어 기억되도록 해도 된다.
오퍼레이터는, 레티클의 사양에 관한 정보에 기초하여, 레이저 가공 홈이 원하는 위치에 형성되어 있는지의 여부를 검사 (커프 체크) 를 실시하는 라인으로서 금속 패턴 (17, 18) 이 형성되어 있지 않은 라인을 설정하여 입력하고, 기억 수단 (81) 에 기억시킨다. 예를 들어, 도 3(b) 의 예에서는, 라인 (LX4) 이 커프 체크의 대상으로서 설정된다.
오퍼레이터는, 웨이퍼 (W) 의 최외 라인이 레티클의 어느 라인에 상당하는지에 대해서도, 기억 수단 (81) 에 입력시킨다. 예를 들어, 도 3(b) 에 나타낸 영역 (15) 의 라인 (LX1) 은, 웨이퍼 (W) 의 최외 라인이기 때문에, 기억 수단 (81) 에는 레티클의 라인 (LX1) 이 최외 라인이라는 취지의 정보가 기억된다.
또한, 오퍼레이터는, 레이저 가공 후에 레이저 가공 홈을 체크할 때의 X 축 방향의 체크 개시 위치 (XS) 에 대해서도, 기억 수단 (81) 에 기억시킨다. 체크 개시 위치 (XS) 는, 웨이퍼 (W) 의 중심 (O) 으로부터의 X 축 방향으로 X1 만큼 변위된 위치에 있으며, 이 X1 의 값이 기억 수단 (81) 에 기억된다. 오퍼레이터는, 도 1 에 나타낸 카메라 (70) 에 의해 웨이퍼 (W) 를 촬상하고, 도시되지 않은 모니터에 비친 화상을 보면서, 금속 패턴 (17, 18) 이 형성되어 있지 않은 위치를 선택하여 X1 의 값을 결정한다.
이들 외에, 웨이퍼 (W) 의 사이즈 (직경), 이웃하는 라인간의 거리인 인덱스 사이즈 (소정 라인의 중앙으로부터 그 근처 라인의 중앙까지의 거리) 등의 정보도 기억 수단 (81) 에 기억된다.
(1b) 얼라인먼트 정보 기억 스텝
또, 오퍼레이터는, 이후의 얼라인먼트 스텝에 있어서 가공해야 할 라인을 검출할 때의 패턴 매칭에 있어서 사용하는 키 패턴을 특정하고, 그 키 패턴을 포함하는 화상을 기억 수단 (81) 에 기억시킨다. 예를 들어, 디바이스 (D) 에 있어서의 특징적인 형상을 갖는 특정 회로 패턴, 예를 들어 도 4 에 나타내는 키 패턴 (KP) 을 패턴 매칭용 키 패턴으로서 미리 선택하고, 그 키 패턴 (KP) 을 포함하는 화상을 기억 수단 (81) 에 기억시킨다. 또, 기억 수단 (81) 에는, 그 키 패턴 (KP) 으로부터 인접하는 X 축 방향으로 연장되는 라인 (예를 들어 라인 (LX2)) 의 중앙선 (LO) 까지의 거리 (DY) 의 값도 기억시켜 둔다. 또한, 키 패턴으로서 디바이스 (D) 의 회로 패턴이 아니라, 패턴 매칭용으로 웨이퍼 (W) 의 디바이스 (D) 이외의 부분에 형성되어 있는 것을 사용해도 된다.
(2) 얼라인먼트 스텝
(2a) 웨이퍼 (W) 의 방향 조정
척 테이블 (2) 에 유지된 웨이퍼 (W) 는, 척 테이블 (2) 이 －X 방향으로 이동함으로써, 카메라 (70) 의 하방에 위치하게 된다. 그리고, 도 4 에 나타낸 2 개의 키 패턴 (KP), 예를 들어 X 축 방향의 양 단부에 위치하는 2 개의 키 패턴 (KP) 을 패턴 매칭에 의해 검출한다.
제어 수단 (80) 은, 특정 라인에 인접하는 2 개의 키 패턴 (KP) 과의 패턴 매칭을 각각 실시하여, 검출된 2 개의 패턴의 위치의 Y 좌표를 구한다. 제어 수단 (80) 은, 도 4 에 나타낸 바와 같이, 구한 2 개의 패턴의 Y 좌표가 일치하고 있으면, 각 라인이 X 축 방향과 평행하게 향하고 있는 것으로 판단한다. 한편, 2 개의 패턴의 Y 좌표가 일치하고 있지 않은 경우에는, 제어 수단 (80) 은, 2 개의 패턴을 연결하는 선과 X 축이 이루는 각도를 산출하고, 도 1 에 나타낸 회전 구동부 (23) 를 구동시켜 그 각도분만큼 척 테이블 (2) 을 회전시키고, X 축과 2 개의 패턴을 연결하는 선을 평행하게 한다. 그리고, 라인 (LX2) 의 중앙선 (LO) 의 Y 좌표를 제어 수단 (80) 이 인식한다.
(2b) 웨이퍼 중심 위치의 산출
다음으로, 척 테이블 (2) 을 회전시키면서, 웨이퍼 (W) 의 둘레 가장자리를 예를 들어 3 개소, 예를 들어 도 5 에 나타내는 둘레 가장자리 영역 (E1, E2, E3) 을 촬상하여 각각에 대한 화상을 취득하고, 에지 검출함으로써, 제어 수단 (80) 이, 웨이퍼 (W) 의 둘레 가장자리 상의 3 점의 X－Y 좌표를 각각 구한다. 구체적으로는, 둘레 가장자리 영역 (E1, E2, E3) 의 각각의 화상에 있어서, 화소값이 소정 임계값 이상 변화한 부분을 에지로서 인식하는 화상 처리를 실시함으로써, 3 점의 X－Y 좌표를 구한다. 제어 수단 (80) 은, 그 3 점의 좌표에 기초하여, 웨이퍼 (W) 의 중심 (O) 의 X－Y 좌표를 구한다.
(2c) 최외 라인 위치의 산출
다음으로, 제어 수단 (80) 은, 기억 수단 (81) 에 미리 기억되어 있는 웨이퍼 (W) 의 사이즈 (직경) 에 기초하여, 중심 (O) 으로부터 반경분만큼 외주측으로 이간된 위치를 웨이퍼 (W) 의 에지 (E) 로 하고, 그 에지의 Y 좌표를 산출한다. 그리고, 에지의 Y 좌표와, 기억 수단 (81) 에 기억된 웨이퍼 (W) 의 인덱스 사이즈 및 X 축 방향의 라인수에 기초하여, 최초로 레이저 가공하는 최외 라인의 Y 좌표를 구하여, 기억 수단 (81) 에 기억시킨다. 이 최외 라인은, 영역 (14, 15, 16) 의 라인 (LX1) 이다. 이와 같이, 웨이퍼 (W) 의 중심 (O) 을 기준으로 하여 최외 라인 (LX1) 을 구함으로써, 가령 웨이퍼 (W) 의 척 테이블 (2) 로의 반입시에, 척 테이블 (2) 의 중심과 웨이퍼 (W) 의 중심이 일치하고 있지 않았다고 해도, 최외 라인 (LX1) 의 위치를 정확하게 구할 수 있다.
또한, 최외 라인의 검출용으로, 웨이퍼 (W) 의 디바이스 이외의 영역에 특별한 타겟 패턴을 형성해 두고, 그 타겟 패턴과의 위치 관계에 기초하여, 최외 라인의 위치를 구하도록 해도 된다. 이 경우도, 척 테이블 (2) 의 중심과 웨이퍼 (W) 의 중심이 일치하고 있지 않았다고 해도, 최외 라인 (LX1) 의 위치를 정확하게 구할 수 있다.
(3) 레이저 가공 홈 형성 스텝
이상과 같이 하여, 레이저 가공 및 레이저 가공에 의해 형성되는 레이저 가공 홈의 체크에 필요한 정보가 기억 수단 (81) 에 기억된 후, 각 라인을 따라 실제의 레이저 가공을 실시함과 함께, 레이저 가공에 의해 형성되는 레이저 가공 홈이 원하는 위치에 형성되어 있는지의 여부를 검사 (커프 체크) 한다.
우선, 얼라인먼트 스텝에 있어서 검출된 최외 라인인 라인 (LX1) 의 일단의 바로 위에 집광기 (32) 를 위치시킨다. 그리고, 도 6(a) 에 나타내는 바와 같이, 레이저 광선 조사 수단 (3) 의 집광기 (32) 로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점 (P) 을 웨이퍼 (W) 의 표면 (W1) 부근에 위치하게 한다. 다음으로, 집광기 (32) 로부터 웨이퍼 (W) 에 대하여 흡수성을 갖는 파장 (예를 들어 355 ㎚) 의 펄스 레이저 광선을 조사하면서, 도 1 에 나타낸 X 축 방향 이동 수단 (4) 에 의해 척 테이블 (2) 을 －X 방향으로 소정의 이동 속도로 이동 가공 이송한다.
그리고, 도 6(b) 에 나타내는 바와 같이, 라인 (LX1) 의 타단 (도 6(b) 에 있어서 우단) 이 집광기 (32) 의 바로 아래 위치에 도달하면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지시킴과 함께 척 테이블 (2) 의 이동을 정지시킨다. 이 결과, 도 6(b) 및 도 6(c) 에 나타내는 바와 같이 반도체 웨이퍼 (W) 의 표면 (W1) 에는, 라인 (LX1) 을 따라 레이저 가공 홈 (30) 이 형성된다.
레이저 가공은, 예를 들어 이하의 가공 조건으로 행해진다.
레이저 광선의 광원 : YVO4 레이저 또는 YAG 레이저
파장 : 355 ㎚
반복 주파수 : 50 kHz
평균 출력 : 3 W
집광 스폿 직경 : φ10 ㎛
가공 이송 속도 : 100 ㎜/초
커프 체크는, 후술하는 바와 같이, 레이저 광선의 조사에 의해 생기는 빔 플라즈마를 촬상함으로써 실시하지만, 도 3(b) 에 나타낸 바와 같이, 라인 (LX1) 에는 금속 패턴 (17) 이 형성되어 있기 때문에, 라인 (LX1) 의 가공에 의해 형성된 레이저 가공 홈 (30) 을 촬상하여 커프 체크를 실시하면, 금속 패턴 (17) 이 형성되어 있는 지점과 금속 패턴 (17) 이 형성되어 있지 않은 지점에서는, 빔 플라즈마의 크기나 밝기가 완전히 상이하기 때문에, 통상적인 빔 플라즈마와는 상이한 위치에서 오인식될 우려가 있다. 따라서, 라인 (LX1) 에 대해서는 커프 체크를 실시하지 않고, 다음의 라인 (LX2) 의 가공으로 이행한다.
다음으로, 집광기 (32) 를 기억 수단 (81) 에 기억된 인덱스 사이즈분만큼 ＋Y 방향으로 이동시켜, 집광기 (32) 의 바로 아래에 라인 (LX2) 을 위치하게 한다. 그리고, 라인 (LX1) 의 가공시와 동일하게, 레이저 광선 조사 수단 (3) 의 집광기 (32) 로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점 (P) 을 웨이퍼 (W) 의 표면 (W1) 부근에 위치하게 하고, 집광기 (32) 로부터 웨이퍼 (W) 에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하면서, 라인 (LX1) 의 가공시와는 역방향 (＋X 방향) 으로 척 테이블 (2) 을 이동시킴으로써, 라인 (LX2) 을 따라 레이저 가공 홈 (30) 을 형성한다.
다음으로, 집광기 (32) 를 기억 수단 (81) 에 기억된 인덱스 사이즈분만큼 ＋Y 방향으로 이동시켜, 집광기 (32) 의 바로 아래에 라인 (LX3) 을 위치하게 한다. 그 후의 라인 (LX3) 의 가공은, 라인 (LX1) 과 동일하게 행해진다.
다음으로, 집광기 (32) 를 기억 수단 (81) 에 기억된 인덱스 사이즈분만큼 ＋Y 방향으로 이동시켜, 집광기 (32) 의 바로 아래에 라인 (LX4) 을 위치하게 한다. 그리고, 라인 (LX2) 의 가공시와 동일하게, 레이저 광선 조사 수단 (3) 의 집광기 (32) 로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점 (P) 을 웨이퍼 (W) 의 표면 (W1) 부근에 위치하게 하고, 집광기 (32) 로부터 웨이퍼 (W) 에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하면서, 라인 (LX3) 의 가공시와는 역방향 (＋X 방향) 으로 척 테이블 (2) 을 이동시켜 레이저 가공 홈 (30) 을 형성한다.
(4) 가공 위치 계측 스텝
금속 패턴 위치 기억 스텝에 있어서 라인 (LX4) 을 커프 체크 대상으로 하여 기억 수단 (81) 에 기억시켰기 때문에, 본 스텝에서는, 제어 수단 (80) 이 그 정보를 기억 수단 (81) 으로부터 판독 출력하여, 라인 (LX4) 에 있어서의 금속 패턴 (17, 18) 이 형성된 위치 이외의 위치에 있어서, 라인 (LX4) 의 가공에 의해 형성된 레이저 가공 홈의 커프 체크를 실시한다.
레이저 광선 조사 수단 (3) 의 펄스 레이저 광선 발진 수단 (31) 으로부터 발진되는 펄스 레이저 광선의 반복 주파수가 50 kHz 이기 때문에, 척 테이블 (2) 에 유지된 반도체 웨이퍼 (W) 에는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 20 ㎲ 마다 1 펄스의 펄스 레이저 광선 (LB) 이 조사된다.
커프 체크용 화상 취득은, 일정 시간 간격마다 실시한다. 예를 들어, 도 7 에 나타내는 예에서는, 2 번째의 펄스 레이저 광선이 조사된 후, 제어 수단 (80) 은, 스트로보 광 조사 수단 (34) 의 스트로보 광원 (341) 을 작동시키고 또한 타이밍 t1 에 있어서 촬상 수단 (36) 의 셔터를 개구시킨다. 그 때문에, 타이밍 t1 동안에 조사된 펄스 레이저 광선 (LB) 의 빔 플라즈마와 함께 가공 영역을 촬상 수단 (36) 에 의해 촬상하여 타이밍 t1 동안의 화상을 취득한다. 또, 스트로보 광원 (341) 의 발광으로부터 100 ㎲ 경과한 후, 다시 스트로보 광원 (341) 을 발광시켜, 촬상 수단 (36) 에 의한 동일한 촬상을 실시한다.
도 7 의 예에 있어서는, 펄스 레이저 광선의 발진 개시부터 50 ㎲ 의 시점에서 백색광 (WL) 을 발광시키고, 이후 100 ㎲ 경과마다 백색광 (WL) 을 발광시켜 척 테이블 (2) 에 유지된 웨이퍼 (W) 에 조사하도록 설정되어 있다.
웨이퍼 (W) 에 대하여 펄스 레이저 광선을 조사하면, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 빔 플라즈마 (300) 가 발생한다. 도 8 에 나타내는 화상은, 가공 영역을 촬상 수단 (36) 에 의해 촬상한 것으로, 이 빔 플라즈마 (300) 는, 백색광 (WL) 이 발광하는 타이밍에, 집광 렌즈 (321), 다이크로익 미러 (33) 및 빔 스플리터 (35) 를 통하여 촬상 수단 (36) 으로 유도된다. 촬상 수단 (36) 으로 유도된 광은, 수차 보정 렌즈 (361a) 와 결상 렌즈 (361b) 로 이루어지는 듀얼 렌즈 (361) 를 통하여 촬상 소자 (CCD) (362) 에 결상된다. 그리고, 촬상 소자 (CCD) (362) 는, 결상된 화상 신호를 제어 수단 (80) 에 보낸다. 제어 수단 (80) 은, 이와 같이 하여 촬상 소자 (CCD) (362) 로부터 100 ㎲ 마다 보내지는 화상 신호를 기억 수단 (81) 에 기억시킨다. 빔 플라즈마 (300) 는 레이저 가공 홈 (30) 의 폭 방향 중앙 부분으로부터 발생하기 때문에, 빔 플라즈마 (300) 의 위치를 검출함으로써, 레이저 가공 홈 (30) 의 위치를 검출할 수 있다. 커프 체크는, 집광기 (32) 가 라인 (LX4) 상에 있어서, 도 3 에 나타낸 바와 같이 웨이퍼 (W) 의 중심 (O) 으로부터 －X 방향으로 X1 만큼 변위된 위치에 위치했을 때부터 개시된다. 이 커프 체크의 개시시를, 도 7 에 있어서의 시간 0 으로 한다.
도 8 에 나타내는 바와 같이, 촬상 수단 (36) 의 중앙에는, X 축 방향으로 연장되는 기준선 (36a) 이 형성되어 있다. 한편, 도 8 의 예와 같이, 빔 플라즈마 (300) 의 중심을 통하여 X 축 방향으로 연장되는 빔 플라즈마 중앙선 (30a) 은, 레이저 가공 홈 (30) 의 중앙선이기도 하다. 따라서, 빔 플라즈마 중앙선 (30a) 이 기준선 (36a) 과 겹쳐 있으면, 제어 수단 (80) 은, 얼라인먼트 스텝에 있어서 미리 설정된 가공 위치가 레이저 가공된 것으로 판단한다. 또, 빔 플라즈마 중앙선 (30a) 이 기준선 (36a) 과 겹쳐 있지 않아도, 그들 Y 축 방향의 어긋남량 (37) 이 소정의 임계값보다 작은 경우에는, 미리 설정된 가공 위치가 레이저 가공된 것으로 판단한다. 이 임계값은, 미리 기억 수단 (81) 에 기억시켜 둔다. 한편, 어긋남량 (37) 이 당해 임계값 이상인 경우는, 제어 수단 (80) 은, 레이저 가공 홈 (30) 과 라인 (LX4) 의 중앙선의 사이에 허용할 수 없는 어긋남이 있어, 라인 (LX4) 의 원하는 위치를 가공할 수 없는 것으로 판단한다. 이와 같이, 빔 플라즈마 (300) 의 위치와 설정된 가공 위치의 위치 관계를 계측함으로써, 원하는 위치를 레이저 가공할 수 있는지의 여부를 판단할 수 있다.
도 8 의 예에서는, 레이저 가공 홈 (30) 이 기준선 (36a) 보다 －Y 방향으로 어긋나 있기 때문에, 제어 수단 (80) 은, 어긋남량 (37) 이 임계값 이상이라고 판단하면, 즉시, 즉 라인 (LX4) 의 가공 중에 도 1 에 나타낸 Y 축 방향 이동 수단 (5) 의 모터 (52) 를 구동시켜 척 테이블 (2) 을 ＋Y 방향으로 어긋남량 (37) 만큼 어긋나게 하여, 웨이퍼 (W) 의 Y 축 방향의 위치를 보정한다. 그러면, 레이저 가공 홈 (30) 의 중앙에 기준선 (36a) 이 위치하게 되어, 라인 (LX4) 의 중심을 가공할 수 있다.
또한, 가공 위치의 보정은, 라인 (LX4) 의 가공이 종료된 후에 실시해도 된다. 또, 집광기 (32) 가 Y 축 방향으로 이동 가능한 구성으로 되어 있는 경우에는, 척 테이블 (2) 의 이동이 아니라, 집광기 (32) 의 Y 축 방향의 위치를 어긋나게 함으로써 레이저 가공 홈의 형성 위치를 보정해도 된다.
이와 같이 하여, 빔 플라즈마 (300) 를 촬상하고, 빔 플라즈마 (300) 의 위치가 원하는 위치보다 어긋나 있는 경우에는, 레이저 가공 홈 (30) 이 원하는 위치가 되도록 보정을 실시할 수 있기 때문에, 원하는 위치를 정확하게 레이저 가공할 수 있다. 또한, 레이저 광선 조사 수단 (3) 에 구비한 촬상 수단 (36) 에 의해 빔 플라즈마를 촬상함으로써, 펄스 레이저 광선의 조사 중에 빔 플라즈마를 촬상할 수 있기 때문에, 레이저 가공과 병행하여 빔 플라즈마의 위치를 검출할 수 있고, 그 검출 결과에 기초한 레이저 조사 위치의 보정도, 즉시 실시하는 것이 가능해진다.
상기 실시형태에서는, 금속 패턴 (17, 18) 이 형성되어 있지 않은 라인 (LX4) 에 대하여 커프 체크를 실시하는 것으로 했지만, 금속 패턴이 형성되어 있는 라인이라도, 금속 패턴이 형성되어 있는 부분을 피하여 커프 체크하도록 하면 된다.
상기 실시형태에서는, 분할 예정 라인에 금속 패턴이 형성된 웨이퍼를 가공하여 커프 체크하는 경우에 대하여 설명했지만, 금속 패턴이 없는 웨이퍼를 가공하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우에는, 기억 수단 (31) 에 금속 패턴의 위치를 기억시킬 필요가 없기 때문에, 얼라인먼트 스텝 전에, 최외 라인의 위치, 웨이퍼 (W) 의 사이즈, 인덱스 사이즈를 기억 수단 (81) 에 기억되면 된다. 또, 가공 위치 계측 스텝에서는, 어느 라인에 있어서 커프 체크를 실시해도 된다.
레이저 가공 장치에는, 집광기를 2 개 구비하고, 2 개의 집광기로부터 동시에 2 개의 펄스 레이저 광선을 1 개의 분할 예정 라인에 조사하여 레이저 가공 홈을 형성할 수 있는 타입인 것도 있다. 이 타입의 레이저 가공 장치를 사용하는 경우에는, 2 개의 빔 플라즈마를 촬상하고, 2 개의 빔 플라즈마의 중심 사이를 연결하는 선의 중점과 기준선 (36a) 의 어긋남량을 구하여, 그 어긋남량이 소정의 임계값 이상인 경우에는, 상기와 동일하게 보정을 실시한다. 이로써, 원하는 위치에 레이저 가공 홈을 형성할 수 있다.
1 : 레이저 가공 장치
2 : 척 테이블
20 : 흡인부
21 : 프레임체
22 : 클램프부
23 : 회전 구동부
24 : 커버
3 : 레이저 광선 조사 수단
30 : 레이저 가공 홈
300 : 빔 플라즈마
30a : 빔 플라즈마 중앙선
31 : 펄스 레이저 광선 발진 수단
311 : 펄스 레이저 광선 발진기
312 : 반복 주파수 설정 수단
32 : 집광기
321 : 집광 렌즈
33 : 다이크로익 미러
34 : 스트로보 광 조사 수단
341 : 스트로보 광원
342 : 조리개
343 : 렌즈
344 : 방향 변환 미러
35 : 빔 스플리터
36 : 촬상 수단
36a : 기준선
361 : 듀얼 렌즈
361a : 수차 보정 렌즈
361b : 결상 렌즈
362 : 촬상 소자 (CCD)
37 : 어긋남량
4 : X 축 방향 이동 수단
40 : 볼 나사
41 : 가이드 레일
42 : 모터
43 : 베어링부
44 : 이동 기대
441 : 피안내 홈
45 : X 축 방향 위치 검출 수단
451 : 리니어 스케일
452 : 판독 헤드
5 : Y 축 방향 이동 수단
50 : 볼 나사
51 : 가이드 레일
52 : 모터
53 : 베어링부
54 : 이동 기대
541 : 피안내 홈
55 : Y 축 방향 위치 검출 수단
551 : 리니어 스케일
552 : 판독 헤드
60 : 정지 기대
61 : 지지 부재
62 : 케이싱
7 : 얼라인먼트 수단
70 : 카메라
80 : 제어 수단
81 : 기억 수단
W : 웨이퍼
W1 : 표면
D : 디바이스
L, LX1 ∼ LX5, LY1 ∼ LY3 : 분할 예정 라인
11 ∼ 16 : 영역
T : 테이프
F : 프레임
17, 18 : 금속 패턴
KP : 키 패턴

Claims (2)

  1. 기판의 표면에 격자상으로 형성된 복수의 분할 예정 라인에 의해 구획된 각 영역에 디바이스가 형성된 웨이퍼에 펄스 레이저 광선 조사 수단에 의해 펄스 레이저 광선을 조사하여 웨이퍼를 가공하는 웨이퍼의 가공 방법으로서,
    레이저 가공 장치의 얼라인먼트 수단에 의해 그 웨이퍼의 가공 위치인 그 분할 예정 라인을 검출하는 얼라인먼트 스텝과,
    상기 얼라인먼트 스텝을 실시한 후에, 상기 펄스 레이저 광선 조사 수단에 의해 펄스 레이저 광선을 상기 분할 예정 라인을 따라 조사하여, 레이저 가공 홈을 형성하는 레이저 가공 홈 형성 스텝과,
    상기 레이저 가공 홈 형성 스텝의 실시 중에, 상기 펄스 레이저 광선 조사 수단에 의해 상기 웨이퍼에 펄스 레이저 광선을 조사함으로써 발생하는 빔 플라즈마를 포함하는 가공 영역을 촬상 수단에 의해 촬상하여, 상기 펄스 레이저 광선의 상기 빔 플라즈마의 위치와 미리 설정된 가공 위치의 위치 관계를 계측하는 가공 위치 계측 스텝을 구비한, 웨이퍼의 가공 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 상기 분할 예정 라인에 테스트용 금속 패턴이 일정한 주기로 형성되어 있고,
    상기 얼라인먼트 스텝을 실시하기 전에, 상기 금속 패턴의 주기 및 위치 정보를 레이저 가공 장치의 기억 수단에 기억시키는 금속 패턴 위치 기억 스텝을 추가로 구비하고,
    상기 가공 위치 계측 스텝에 있어서는, 상기 금속 패턴 위치 기억 스텝에서 미리 기억한 상기 금속 패턴의 주기 및 위치 정보에 기초하여 상기 금속 패턴 위치 이외의 위치에 있어서 상기 위치 관계를 계측하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 가공 방법.
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