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TWI768091B - 高度檢測裝置及雷射加工裝置 - Google Patents

高度檢測裝置及雷射加工裝置 Download PDF

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TWI768091B
TWI768091B TW107126860A TW107126860A TWI768091B TW I768091 B TWI768091 B TW I768091B TW 107126860 A TW107126860 A TW 107126860A TW 107126860 A TW107126860 A TW 107126860A TW I768091 B TWI768091 B TW I768091B
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optical path
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workpiece
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TW107126860A
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TW201921546A (zh
Inventor
能丸圭司
澤邊大樹
木村展之
Original Assignee
日商迪思科股份有限公司
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Publication date
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Abstract

[課題]本發明的課題是提供一種即使在被加工物的上表面積層有氧化膜或絶緣膜等的膜的情況下，也可以適當地檢測上表面的高度之高度檢測裝置。 [解決手段]為分光干涉型的高度檢測裝置，並具備有保持被加工物的工作夾台、以及檢測保持在該工作夾台的被加工物的上表面高度的高度檢測單元。該高度檢測單元包含：光源，將具有規定寬度的波長帶之光射出到第1光路；聚光器，配設於該第1光路並且將光聚光於保持在該工作夾台的被加工物；光束分離器，配設在該光源與該聚光器之間且將該第1光路之光分歧到第2光路；鏡子，配設於該第2光路並且生成作為基本的光路長度而將光反射到該第2光路且經由該光束分離器讓光返回該第1光路；光分歧部，配設於該光束分離器與該光源之間而將在保持於該工作夾台的被加工物的上表面上反射且透過該聚光器而返回該第1光路之光、與藉由該鏡子而返回之光的干涉光從該第1光路分歧到第3光路；以及計算單元，配設於該第3光路並且依據該干涉光來計算被加工物的高度。

Description

高度檢測裝置及雷射加工裝置 發明領域
本發明是有關於一種測量保持在工作夾台上之半導體晶圓等被加工物之高度的高度檢測裝置、及具備有該高度檢測裝置的雷射加工裝置。
發明背景
將IC、LSI等的複數個器件以分割預定線來區劃而形成在正面上之晶圓，是藉由切割裝置、雷射加工裝置等而被分割成一個個的器件晶片，並且將已分割的器件晶片應用在手機、個人電腦等的電氣機器上。
作為雷射加工裝置存在有下述構成：將對被加工物具有吸收性之波長的雷射光線的聚光點定位在被加工物的上表面來照射，以施行燒蝕加工的類型(參照例如專利文獻1)之構成、將對被加工物具有穿透性之波長的雷射光線的聚光點定位在被加工物的內部來照射，而在內部形成改質層的類型(參照例如專利文獻2)之構成、及將對被加工物具有穿透性之波長的雷射光線的聚光點或聚光區域定位在被加工物的內部來照射，而形成從上表面至到達背面之由細孔與圍繞該細孔的變質區域所構成的複數個屏護通孔的類型(參照例如專利文獻3)之構成。
由於若被加工物的上表面具有波紋，即變得無法將雷射光線的聚光點定位在適當的位置上，所以本發明之申請人已提出有下述技術方案：預先檢測雷射光線所照射之被加工物的加工區域的高度並生成高度資訊，之後依據高度資訊來將雷射光線的聚光點定位在適當的位置來照射而加工被加工物(參照專利文獻4)。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開平10-305420號公報
專利文獻2：日本專利特許第3408805號公報
專利文獻3：日本專利特開2014-221483號公報
專利文獻4：日本專利特開2011-122894號公報
發明概要
根據記載於上述之專利文獻4的發明可知，即便於被加工物的表面存在有波紋，也可以將高度預先檢測並且儲存，而依據已儲存的高度資訊來修正雷射加工時的聚光點位置並照射雷射光線，且可以將雷射加工時的雷射光線的聚光點位置定位到所期望的適當位置來進行照射。
然而，在藉由將特定的波長帶之光照射到被加工物的上表面，再以影像感測器捕捉反射光與基準光的干涉光且實施傅立葉轉換等，而在檢測被加工物的上表 面高度的分光干涉型的高度檢測裝置中，若於被加工物的上表面積層有氧化膜或絶緣膜等的膜時，會有下述問題：所設想的特定的波長帶之光無法充分地反射，而無法適當地檢測上表面高度。
因此，本發明的目的在於提供一種即使在被加工物的上表面積層有氧化膜或絶緣膜等的膜的情況下，也可以適當地檢測上表面的高度之高度檢測裝置、及具備高度檢測裝置的雷射加工裝置。
根據本發明的一個方面，可提供了一種高度檢測裝置，其為分光干涉型的高度檢測裝置，並具備：工作夾台，保持被加工物；及高度檢測單元，檢測保持於該工作夾台的被加工物的上表面高度，其中該高度檢測單元包含：光源，將具有規定寬度的波長帶之光射出到第1光路；聚光器，配設於該第1光路並且將光聚光於保持在該工作夾台的被加工物；光束分離器(beam splitter)，配設在該光源與該聚光器之間且將該第1光路之光分歧到第2光路；鏡子，配設於該第2光路並且生成作為基本的光路長度而將光反射到該第2光路且經由該光束分離器讓光返回該第1光路；光分歧部，配設於該光束分離器與該光源之間而將在保持於該工作夾台的被加工物的上表面上反射且透過該聚光器而返回該第1光路之光、與藉由該鏡子而返回之光的干涉光從該第1光路分歧到第3光路；以及計算單元，配設於該第3光路並且依據該干涉光來計算被 加工物的高度，該計算單元包含：波長帶分歧部，將該光源所射出的波長帶之光分歧為至少2個波長帶；以及選擇部，對已在該波長帶分歧部中分歧的任一個光進行選擇，並且以影像感測器捕捉藉由該選擇部所選擇的波長帶的干涉光來計算被加工物的高度。
較理想的是，該波長帶分歧部包含：二向分光鏡，在該光源所射出之規定的波長域之光當中讓第1波長帶之光穿透，並且讓第2波長帶之光反射；第1帶通濾波器，配設於該第1波長帶之光的光路以去除雜訊光；第1繞射光柵，將來自該第1帶通濾波器之光在該第1波長帶分散；第2帶通濾波器，配設於該第2波長帶之光的光路以去除雜訊光；以及第2繞射光柵，將來自該第2帶通濾波器之光在該第2波長帶分散，該選擇部包含對該第1波長帶之光的光路與該第2波長帶之光的光路的任一個光路進行遮光的遮光板。
較理想的是，該計算單元包含依據被加工物的座標來儲存所計算出的高度資訊的儲存部。
根據本發明之其他方面，可提供一種具備有上述之高度檢測裝置的雷射加工裝置，該雷射加工裝置具備有：雷射振盪器，振盪產生對保持在該工作夾台的被加工物進行加工的雷射光線；光學系統，將該雷射振盪器所振盪產生的雷射光線導向該聚光器；及驅動部，配設於該聚光器並且依據儲存在該儲存部的高度資訊來使該聚光器對保持在該工作夾台的被加工物接近及遠離。
較理想的是，該雷射加工裝置的該波長帶分歧部是由二向分光鏡所形成，該二向分光鏡是在該光源所射出之規定的波長域之光當中讓第1波長帶之光穿透，並且讓第2波長帶之光反射，該波長帶分歧部並由下述所構成：第1帶通濾波器，配設於該第1波長帶之光的光路以去除雜訊光；第1繞射光柵，將來自該第1帶通濾波器之光在該第1波長帶分散；第2帶通濾波器，配設於該第2波長帶之光的光路以去除雜訊光；以及第2繞射光柵，將來自該第2帶通濾波器之光在該第2波長帶分散，該選擇部包含對該第1波長帶之光的光路與該第2波長帶之光的光路的任一個光路進行遮光的遮光板。
根據本發明的高度檢測裝置，即使在被加工物的上表面積層有氧化膜或絶緣膜等的膜的情況下，也可選擇至少2個波長帶之光的任一波長帶之光，而適當地檢測上表面高度。
根據具備有上述高度檢測裝置的雷射加工裝置，可依據高度資訊而一邊將雷射光線的聚光點定位在適當的位置一邊進行照射來施行所期望的加工。
1:雷射加工裝置
10:半導體晶圓
10a:正面
10b:背面
101:切割道
102:器件
2:靜止基台
3:保持機構
31、322、41、423:引導軌道
32:第1滑動塊
321、331:被引導溝
33:第2滑動塊
34:圓筒構件
35:支撐台
36:工作夾台
361:吸附夾頭
362:夾具
37:加工進給單元
371、381、431:公螺桿
372、382、432、532:脈衝馬達
373、383:軸承塊
374:加工進給量檢測單元
374a、384a:線性尺規
374b、384b:讀取頭
38:第1分度進給單元
384:分度進給量檢測單元
4:雷射光線照射單元支撐機構
42:可動支撐基台
421:移動支撐部
422:裝設部
43:第2分度進給單元
5:高度檢測兼雷射照射單元
51:單元支持器
52:單元殼體
53:第2聚光點位置調整單元
6:高度檢測單元(高度檢測裝置)
6a:第1光路
6b:第2光路
6c:第3光路
6d:第1分歧光路
6e:第2分歧光路
61:光源
62:第1光分歧部
63、68:準直透鏡
64:第2光分歧部
641:光束分離器
642:方向變換鏡
65、66:聚光透鏡
650:第1聚光點位置調整單元
651:透鏡外殼
67:鏡子
69:波長帶分歧部
691、695、92:二向分光鏡
692:選擇部
692a:第1選擇部
692b:第2選擇部
693:第1帶通濾波器
694:第1繞射光柵
697:第2帶通濾波器
698:第2繞射光柵
7:計算單元
70:聚光器(聚光透鏡)
71:影像感測器
80:控制單元
81:顯示單元
9:雷射光線照射單元
91:脈衝雷射光線振盪單元
911:脈衝雷射振盪器
912:重覆頻率設定設備
95:拍攝單元
LB:脈衝雷射光線
LB0、LB1、LB2、LB1’、LB2’:光
S1、S2、S1’、S2’:遮光板
圖1是雷射加工裝置的整體立體圖。
圖2是圖1所示之裝備在雷射加工裝置的高度檢測裝置以及雷射光線照射單元的方塊圖。
圖3是顯示藉由圖2所示之高度檢測裝置所求得的分 光干涉波形的概念圖。
圖4是藉由圖1所示之雷射加工裝置加工之作為被加工物之半導體晶圓的立體圖。
圖5是顯示圖4所示之半導體晶圓已保持在工作夾台的規定位置的狀態下的半導體晶圓的各部位與座標位置之關係的平面圖。
圖6是用於說明藉由裝備於圖1所示的雷射加工裝置的高度檢測裝置所實施之高度位置檢測步驟的側面圖。
圖7是用於說明裝備在圖1的雷射加工裝置的控制單元的儲存部所儲存之高度資訊的表。
用以實施發明之形態
以下，針對本發明之實施形態的被加工物的高度檢測裝置以及雷射加工裝置，參照附加圖式來詳細地進行說明。
於圖1所顯示的是本實施形態之裝備有測量高度之高度檢測裝置的雷射加工裝置的整體立體圖。圖1所示的雷射加工裝置1具備有靜止基台2、配設成可在靜止基台2上於以箭頭X所示的加工進給方向(X軸方向)上移動且保持被加工物之保持機構3、配設成可在靜止基台2上於與上述X軸方向正交之以箭頭Y所示的分度進給方向(Y軸方向)上移動之雷射光線照射單元支撐機構4、以及配設成可在雷射光線照射單元支撐機構4上於以箭頭Z所示的聚光點位置調整方向(Z軸方向)上移動之高度檢測兼雷射照射單元5。
上述保持機構3具備有在靜止基台2上沿著X軸方向平行地配設的一對引導軌道31、31，配設成可在引導軌道31、31上於X軸方向上移動的第1滑動塊32、配設成可在第1滑動塊32上於Y軸方向上移動的第2滑動塊33、藉由圓筒構件34被支撐在第2滑動塊33上的支撐台35、及作為保持被加工物的工作夾台之工作夾台36。此工作夾台36具備有由多孔性材料所形成之吸附夾頭361，並形成為可藉由圖未示之吸引設備將被加工物即例如圓形形狀的半導體晶圓保持在吸附夾頭361的上表面即保持面上。如此所構成的工作夾台36是藉由配設於圓筒構件34內的圖未示的脈衝馬達來使其旋轉。再者，工作夾台36上配設有用於將透過保護膠帶支撐半導體晶圓等被加工物之環狀框架固定的夾具362。
上述第1滑動塊32，於其下表面設有與上述一對引導軌道31、31嵌合的一對被引導溝321、321，並且於其上表面設有沿著X軸方向平行地形成的一對引導軌道322、322。如此所構成的第1滑動塊32是藉由被引導溝321、321嵌合於一對引導軌道31、31，而構成為可沿著一對引導軌道31、31在X軸方向上移動。本實施形態中的保持機構3具備有用於使第1滑動塊32沿著一對引導軌道31、31在X軸方向上移動的加工進給單元37。加工進給單元37包含有在上述一對引導軌道31和31之間平行地配設的公螺桿371、及用於旋轉驅動該公螺桿371之脈衝馬達372等驅動源。公螺桿371是其一端旋轉自如地支撐於 已固定在上述靜止基台2之軸承塊373上，其另一端則被上述脈衝馬達372的輸出軸所傳動連結。再者，是將公螺桿371螺合於突出於第1滑動塊32之中央部下表面而設置之圖未示的母螺塊上所形成之貫通母螺孔中。因此，藉由以脈衝馬達372將公螺桿371正轉及逆轉驅動，可使第1滑動塊32沿著引導軌道31、31在X軸方向上移動。
本實施形態中的雷射加工裝置1具備有用於檢測上述工作夾台36的加工進給量的加工進給量檢測單元374。加工進給量檢測單元374是由沿引導軌道31配設的線性尺規374a、以及配設於第1滑動塊32並且與第1滑動塊32一起沿線性尺規374a移動的讀取頭374b所構成。在本實施形態中，此加工進給量檢測單元374的讀取頭374b是每1μm將1個脈衝的脈衝訊號傳送到後述的控制單元。並且後述的控制單元是藉由計算已輸入的脈衝訊號，而檢測工作夾台36的加工進給量。再者，在使用脈衝馬達372作為上述加工進給單元37的驅動源的情況下，也可以藉由計算對脈衝馬達372輸出驅動訊號之後述的控制單元的驅動脈衝，而檢測工作夾台36的加工進給量。又，在使用伺服馬達作為上述加工進給單元37的驅動源的情況下，也可以藉由將檢測伺服馬達的旋轉數的旋轉編碼器所輸出之脈衝訊號傳送到後述的控制單元，並使控制單元計算所輸入的脈衝訊號，而檢測工作夾台36的加工進給量。
上述第2滑動塊33，於該下表面設置有可與 設置於上述第1滑動塊32之上表面的一對引導軌道322、322嵌合的一對被引導溝331、331，並藉由將此被引導溝331、331嵌合於一對引導軌道322、322，而構成為可在Y軸方向上移動。本實施形態中的保持機構3具備有第1分度進給單元38，該第1分度進給單元38是用於使第2滑動塊33沿設置在第1滑動塊32上的一對引導軌道322、322在Y軸方向上移動。第1分度進給單元38包含在上述一對引導軌道322和322之間平行地配設的公螺桿381、及用於旋轉驅動該公螺桿381的脈衝馬達382等的驅動源。公螺桿381是將其一端旋轉自如地支撐於已固定在上述第1滑動塊32之上表面的軸承塊383，其另一端則被上述脈衝馬達382之輸出軸所傳動連結。再者，是將公螺桿381螺合於突出於第2滑動塊33之中央部下表面而設置之圖未示的母螺塊上所形成之貫通母螺孔中。從而，藉由以脈衝馬達382將公螺桿381正轉及逆轉驅動，第2滑動塊33即沿著引導軌道322、322在Y軸方向上移動。
本實施形態中的雷射加工裝置1具備有用於檢測上述第2滑動塊33的分度加工進給量之分度進給量檢測單元384。分度進給量檢測單元384是由沿引導軌道322配設的線性尺規384a、以及配設於第2滑動塊33並且與第2滑動塊33一起沿線性尺規384a移動的讀取頭384b所構成。此分度進給量檢測單元384的讀取頭384b在圖示的實施形態中是每1μm將1個脈衝的脈衝訊號傳送到後述的控制單元。並且後述的控制單元是藉由計算已輸入的脈衝訊 號，而檢測工作夾台36的分度進給量。再者，在使用脈衝馬達382作為上述第1分度進給單元38的驅動源的情況下，也可以藉由計算對脈衝馬達382輸出驅動訊號之後述的控制單元的驅動脈衝，而檢測工作夾台36的分度進給量。又，在使用伺服馬達作為上述加工進給單元37的驅動源的情況下，也可以藉由將檢測伺服馬達的旋轉數的旋轉編碼器所輸出之脈衝訊號傳送到後述的控制單元，並且使控制單元計算所輸入的脈衝訊號，而檢測工作夾台36的分度進給量。
上述雷射光線照射單元支撐機構4具備有在靜止基台2上沿著Y軸方向平行地配設的一對引導軌道41、41、及配設成可在該引導軌道41、41上於以箭頭Y所示的方向上移動的可動支撐基台42。該可動支撐基台42是由可移動地配設在引導軌道41、41之移動支撐部421、及安裝在該移動支撐部421之裝設部422所構成。裝設部422在一個側面上平行地設置有朝Z軸方向延伸的一對引導軌道423、423。本實施形態中的雷射光線照射單元支撐機構4具備有用於使可動支撐基台42沿一對引導軌道41、41在Y軸方向上移動之第2分度進給單元43。第2分度進給單元43包含在上述一對引導軌道41、41之間平行地配設的公螺桿431、及用於旋轉驅動該公螺桿431的脈衝馬達432等的驅動源。公螺桿431是將其一端旋轉自如地支撐於已固定在上述靜止基台2之圖未示的軸承塊上，且其另一端是被上述脈衝馬達432的輸出軸所傳動連 結。再者，是將公螺桿431螺合於圖未示之母螺塊所形成之母螺孔中，其中該母螺塊是在構成可動支撐基台42之移動支撐部421的中央部下表面突出而設置。因此，藉由以脈衝馬達432正轉及逆轉驅動公螺桿431，可使可動支撐基台42沿著引導軌道41、41在Y軸方向上移動。
本實施形態中的高度檢測兼雷射照射單元5具備有單元支持器51、安裝在該單元支持器51的圓筒形狀的單元殼體52，並將單元支持器51沿一對引導軌道423、423可移動地配設在上述可動支撐基台42的裝設部422。安裝在單元支持器51的單元殼體52上配設有高度檢測單元及雷射光線照射單元，該高度檢測單元是檢測保持於上述工作夾台36的半導體晶圓10的高度位置，該雷射光線照射單元是對保持於工作夾台36的半導體晶圓10照射雷射光線。參照圖2來針對此高度檢測單元及雷射光線照射單元作說明。
本實施形態之高度檢測裝置是由檢測被加工物的高度之高度檢測單元6、以及保持被加工物即半導體晶圓10之工作夾台36所構成。高度檢測單元6是以分光干涉型的高度檢測裝置所構成，該分光干涉型的高度檢測裝置是將特定的波長帶之光照射於半導體晶圓10的上表面，並以影像感測器捕捉返回光與基準光之干涉光且實施傅立葉轉換等，藉此檢測半導體晶圓10的上表面高度。參照圖2來針對高度檢測單元6更具體地說明。
高度檢測單元6具備有光源61、聚光透鏡 65、第1光分歧部62、第2光分歧部64、鏡子67及計算單元7，該光源61是將具有廣域之規定的波長帶之光射出到第1光路6a，該聚光透鏡65是配設於第1光路6a且作為將來自光源61之光聚光於被加工物來照射的聚光器，該第1光分歧部62是將來自光源61之光導向第1光路6a，並且將逆行於第1光路6a之光導向稍後說明的第3光路6c，第2光分歧部64具備有光束分離器641，該光束分離器641是使光從於第1光分歧部62原樣直進而到達半導體晶圓10之第1光路6a分歧到第2光路6b，該鏡子67是用於讓已導向第2光路6b之光返回第1光路，該計算單元7是配設於第3光路6c並根據干涉光來計算半導體晶圓10的上表面高度。
光源61具有廣域之規定寬度的波長帶之光，可以使用例如發出波長為620~870nm區域之光的LED、SLD、LD、鹵素電源、ASE電源、與超連續光譜(supercontinium)電源。上述第1光分歧部62可以使用偏振保持光纖耦合器、偏振保持光纖循環器、單模光纖耦合器、單模光纖耦合循環器等。上述第2光分歧部64在本實施形態中是由光束分離器641與方向變換鏡642所構成。再者，從上述光源61到第1光分歧部62為止的光路、以及從第1光分歧部62到工作夾台36上而到半導體晶圓10為止的第1光路6a當中，從第1光分歧部62到準直透鏡63跟前的光路是由光纖所構成。
在上述第1光路6a且在光束分離器641與半導體晶圓10之間配設有聚光透鏡65及聚光透鏡66，該聚 光透鏡65是將被導向到該光路之光導向保持在工作夾台36的半導體晶圓10，該聚光透鏡66是在聚光透鏡65與第2光分歧部64之間。此聚光透鏡66是將從第2光分歧部64導向而來的平行光聚光，並將聚光點定位在聚光透鏡65內。藉由像這樣在聚光透鏡65與第2光分歧部64之間配設聚光透鏡66，可以使在保持在工作夾台36的半導體晶圓10上反射且返回之光於透過聚光透鏡65、聚光透鏡66、第2光分歧部64、以及準直透鏡63而逆行時，收斂於構成第1光路6a的光纖。再者，聚光透鏡65是裝設於透鏡外殼651，並且此透鏡外殼651是形成為藉由以音圈馬達或線性馬達等所構成的第1聚光點位置調整單元650，而使其在圖2中朝上下方向即相對於工作夾台36的保持面垂直的聚光點位置調整方向(Z軸方向)移動。此第1聚光點位置調整單元650是藉由後述的控制單元80進行控制。
在上述第2光路6b上配設有鏡子67，該鏡子67是將被導向第2光路6b的平行光反射，而形成作為基本的光路長度。此鏡子67在本實施形態中是裝設在上述聚光透鏡65的透鏡外殼651上。
在藉由第1光分歧部62將逆行於第1光路6a之光分歧的第3光路6c上配設有計算單元7。計算單元7具備將光源61所發射的波長帶之光分歧為至少2個波長帶的波長帶分歧部69、以及對已在波長帶分歧部69中分歧的任一波長帶之光進行選擇的選擇部692，並且以影像感測器71捕捉藉由該選擇部692所選擇的波長帶之干涉光，而 藉由控制單元80計算半導體晶圓10的高度。
具體而言，波長帶分歧部69具備有二向分光鏡691及選擇部692(第1選擇部692a、第2選擇部692b)，該二向分光鏡691是將藉由準直透鏡68形成為平行光之光LB0分歧，而讓一邊的第1波長帶(600~800nm)之光LB1穿透並導向第1分歧光路6d，並且讓另一邊的第2波長帶(800~900nm)之光LB2反射並導向第2分歧光路6e，該選擇部692(第1選擇部692a、第2選擇部692b)是以藉由讓該已分歧之光遮斷、通過來選擇任一者的方式而發揮功能。在第1選擇部692a以及第2選擇部692b中各自配設有遮光板S1、遮光板S2，該遮光板S1、遮光板S2是被圖未示的驅動設備所驅動而形成使第1分歧光路6d及第2分歧光路6e遮斷、通過的狀態。遮光板S1及遮光板S2是依據來自控制單元80的指示訊號而受到控制，且可以對波長帶分歧部69為選擇第1波長帶之光LB1來輸出的第1選擇狀態、及選擇第2波長帶之光LB2來輸出的第2選擇狀態進行切換。
本實施形態之波長帶分歧部69更具備有第1帶通濾波器693、第2帶通濾波器697、第1繞射光柵694、第2繞射光柵698及二向分光鏡695，該第1帶通濾波器693是為了去除由選擇部692所選擇的第1波長帶之光LB1的雜訊光而僅讓波長820~870nm之光穿透，該第2帶通濾波器697是為了去除第2波長帶之光LB2的雜訊光而僅讓波長620~670nm之光穿透，該第1繞射光柵694是使 第1波長帶之光LB1當中已通過第1帶通濾波器693之光LB1’分散，該第2繞射光柵698是使第2波長帶之光LB2當中已通過第2帶通濾波器697之光LB2’分散，該二向分光鏡695是讓藉由第1繞射光柵694而分散之光穿透，且讓藉由第2繞射光柵698而分散之光反射來導向聚光透鏡70以及影像感測器71。
經過二向分光鏡695而輸出之光配設有上述之聚光透鏡70、以及檢測透過聚光透鏡70而繞射之光的各波長中的光強度的影像感測器71，且可將藉由影像感測器71所檢測到的檢測訊號傳送到控制單元80。亦即，控制單元80是依據來自影像感測器71的檢測訊號而求得如圖3所示的分光干涉波形。在控制單元80上連接有顯示單元81，而可以顯示包含該分光干涉波形之各種資訊。在圖3中，橫軸是表示干涉光的波長，縱軸是表示光強度。
控制單元80是從由影像感測器71所形成的檢測訊號求得分光干涉波形，而依據該分光干涉波形與理論上的波形函數並藉由傅立葉轉換理論或小波(Wavelet)轉換理論來實行波形解析，以求得從光源61到保持在第1光路6a中的工作夾台36的半導體晶圓10為止的光路長度與從光源61到第2光路6b中的鏡子67為止的光路長度之光路長度差，並且依據該光路長差來求得從工作夾台36的表面到保持在工作夾台36的半導體晶圓10的上表面為止之距離。再者，關於具體的運算方法，因為是如例如專利 文獻4所記載地為習知的運算方法，所以省略詳細內容。
回到圖2繼續說明，配設在圖1所示的高度檢測兼雷射照射單元5的單元殼體52的雷射光線照射單元9具備有：脈衝雷射光線振盪單元91及二向分光鏡92，該脈衝雷射光線振盪單元91是用於對半導體晶圓10施行雷射加工，該二向分光鏡92是將從脈衝雷射光線振盪單元91所振盪產生的脈衝雷射光線朝向上述聚光透鏡65進行方向變換。脈衝雷射光線振盪單元91是由脈衝雷射振盪器911及附設於此的重覆頻率設定設備912所構成，且振盪產生例如波長為1064nm的脈衝雷射光線，其中該脈衝雷射振盪器911是由YAG雷射振盪器或YVO4雷射振盪器所構成。二向分光鏡92是配設於上述聚光透鏡66與聚光透鏡65之間，並且讓來自聚光透鏡66之光通過，且讓從脈衝雷射光線振盪單元91所振盪產生的脈衝雷射光線朝向聚光透鏡65進行方向變換。亦即，讓600~900nm的波長之光穿透，且讓其以外的波長(1064nm)反射。從而，從脈衝雷射光線振盪單元91所振盪產生的脈衝雷射光線LB是藉由二向分光鏡92進行90度的方向變換而入射到聚光透鏡65，並且藉由聚光透鏡65聚光而照射到保持在工作夾台36的半導體晶圓10。
回到圖1繼續說明，本實施形態中的雷射加工裝置1具備有第2聚光點位置調整單元53，該第2聚光點位置調整單元53是用於使單元支持器51沿設置在可動支撐基台42的裝設部422之一對引導軌道423、423，在以 箭頭Z所示的聚光點位置調整方向(Z軸方向)即相對於工作夾台36的保持面垂直的方向上移動。第2聚光點位置調整單元53包含有配設於一對引導軌道423、423之間的公螺桿(圖示省略)、及用於將該公螺桿旋轉驅動的脈衝馬達532等的驅動源，藉由以脈衝馬達532將圖未示的公螺桿正轉及逆轉驅動，可使上述高度檢測兼雷射照射單元5沿引導軌道423、423朝Z軸方向移動。再者，在本實施形態中是形成為藉由將脈衝馬達532正轉驅動，而將高度檢測兼雷射照射單元5朝上方移動，並且藉由將脈衝馬達532逆轉驅動，而將高度檢測兼雷射照射單元5朝下方移動。
於構成上述高度檢測兼雷射照射單元5之單元殼體52的前端部上配設有拍攝單元95。此拍攝單元95除了藉由可見光線進行拍攝之通常的拍攝元件(CCD)之外，還以可對半導體晶圓10照射紅外線的紅外線照明單元、可捕捉藉由該紅外線照明單元所照射的紅外線的光學系統、以及輸出對應於藉由該光學系統所捕捉到的紅外線之電氣訊號的拍攝元件(紅外線CCD)等所構成，並將所拍攝到的圖像訊號傳送到後述的上述控制單元80。
本實施形態中的雷射加工裝置1是大致如以上地被構成，以下將對其作用進行說明。
在圖4中所顯示的是進行雷射加工的半導體晶圓10的立體圖。圖4所示的半導體晶圓10是由矽晶圓所構成，在其正面10a上藉由配置排列成格子狀的複數條切割道101而區劃有複數個區域，且在此所區劃出的區域中 形成有IC、LSI等的器件102。
針對使用上述的雷射加工裝置1，沿著上述半導體晶圓10的切割道101照射雷射光線，並沿著切割道101在半導體晶圓10的內部形成變質層之雷射加工的實施形態進行說明。再者，在半導體晶圓10的內部形成變質層時，若半導體晶圓10的厚度不均勻，會無法如上述地利用折射率的關係在規定的深度上均一地形成變質層。於是，在施行雷射加工前，藉由上述之高度檢測裝置6檢測保持於工作夾台36上之半導體晶圓10的上表面的高度位置。
亦即，首先將半導體晶圓10的背面10b設成朝上並載置於上述之圖1所示的雷射加工裝置1的工作夾台36上，並且將半導體晶圓10吸引保持在該工作夾台36上。已吸引保持半導體晶圓10的工作夾台36，是藉由加工進給單元37來定位到拍攝單元95的正下方。
當將工作夾台36定位到拍攝單元95的正下方時，即實行校準作業，該校準作業是藉由拍攝單元95以及控制單元80來檢測半導體晶圓10的用來雷射加工的加工區域。亦即，拍攝單元95以及控制單元80會實行用於進行在半導體晶圓10的第1方向上所形成的切割道101、與高度檢測裝置6之聚光透鏡65的對位之型樣匹配等的圖像處理，而完成檢測位置的校準，其中該高度檢測裝置6是構成沿著該切割道101進行半導體晶圓10的高度檢測兼雷射照射之高度檢測兼雷射照射單元5。又，對於 在半導體晶圓10上所形成之在與第1方向正交的方向上形成的切割道101，也是同樣地完成檢測位置的校準。雖然此時半導體晶圓10之形成有切割道101的正面10a是位於下側，但是由於拍攝單元95如上述地具備有以紅外線照明單元、捕捉紅外線的光學系統以及將對應於紅外線的電氣訊號輸出的拍攝元件(紅外線CCD)等所構成之拍攝單元，因此可以從背面10b穿透來拍攝切割道101。
當如上述地進行校準時，工作夾台36上之半導體晶圓10是成為定位在圖5(a)所示之座標位置上的狀態。再者，圖5(b)所顯示的是將工作夾台36即半導體晶圓10從圖5(a)所示的狀態旋轉了90度的狀態。
形成於定位在圖5(a)以及圖5(b)所示之座標位置的狀態下的半導體晶圓10上的各切割道101的進給開始位置座標值(A1、A2、A3…An)和進給結束位置座標值(B1、B2、B3…Bn)、以及進給開始位置座標值(C1、C2、C3…Cn)和進給結束位置座標值(D1、D2、D3…Dn)，是將其設計值的資料保存於控制單元80的記憶體。
若是如上述地檢測出形成在保持於工作夾台36上之半導體晶圓10的切割道101，並進行檢測位置的校準後，則移動工作夾台36來將在圖5(a)中最上方的切割道101定位到構成高度檢測兼雷射照射單元5的高度檢測裝置6之聚光透鏡65的正下方。然後，進一步如在圖6所示地將切割道101的一端(在圖6中為左端)即進給開始位置座標值(A1)(參照圖5(a))定位到聚光透鏡65的正下方。
若已將進給開始位置座標值(A1)定位到聚光透鏡65的正下方後，則使高度檢測裝置6作動來實施高度位置檢測步驟。若邊參照圖2邊作說明，即在實施高度位置檢測步驟時，構成選擇部692的第1選擇部692a、第2選擇部692b是藉由來自控制單元80的指示訊號而設定為第1選擇狀態。具體而言，配設於第1分歧光路6d的一邊的第1選擇部692a是藉由圖未示之驅動設備將驅動遮光板S1驅動，且驅動到不遮斷第1分歧光路6d的位置，亦即實線所示的位置。在此狀態下，是使已藉由二向分光鏡691分歧的一邊的第1波長帶之光LB1通過第1選擇部692a。又，配設於第2分歧光路6e的另一邊的第2選擇部692b是如圖所示地藉由來自控制單元80的指示訊號，而藉由圖未示之驅動設備將遮光板S2驅動到遮斷第2分歧光路6e的位置，亦即實線所示的位置。藉此，可讓已藉由二向分光鏡691分歧的另一邊的第2波長帶之光LB2不通過第2選擇部692b而被遮斷。在此第1選擇狀態中，僅有分歧到第1分歧光路6d的第1波長帶之光LB1通過選擇部692，且將已在帶通濾波器693中去除雜訊之光LB1’(波長820~870nm之光)以第1繞射光柵694繞射並穿透二向分光鏡695而到達影像感測器71。
將上述之選擇部692的狀態設為第1選擇狀態，以將高度檢測裝置6作動，並且讓工作夾台36在圖6中朝以箭頭X1所示的方向移動，且移動到進給結束位置座標值(B1)(高度位置檢測步驟)。其結果，藉由高度檢測 裝置6沿著半導體晶圓10在圖5(a)中最上方的切割道101測量上表面的高度位置。
於此，在檢測出從進給開始位置座標值(A1)移動到進給結束位置座標值(B1)的高度位置時，藉由連接到控制單元80的顯示單元81來就藉由影像感測器71所檢測出的分光干涉波形進行確認。如上述，在分光干涉型的高度檢測裝置中，若在半導體晶圓10的上表面積層有氧化膜或絶緣膜等膜的話，會無法使光充分地在半導體晶圓10的表面上反射，而難以依據所設想的特定的波長帶之光(在本實施形態中為第1波長帶之光LB1)來形成分光干涉波形。據此，存在有下述問題：未能形成適合用於檢測高度的分光干涉波形，而無法檢測半導體晶圓10的高度。於此，在波長帶分歧部69為第1選擇狀態的狀態下，亦即，在波長帶分歧部69中，在已選擇第1波長帶之光LB1的狀態中未能形成適當的分光干涉波形的情況下，會判斷為半導體晶圓10的表面的狀態為不適合第1波長帶之光LB1的反射的狀態，並藉由控制單元80的指示訊號，將選擇部692設為選擇為第2選擇狀態，亦即在波長帶分歧部69中選擇第2波長帶之光LB2的狀態。具體而言，配設於第1分歧光路6d的一邊的第1選擇部692a，是藉由圖未示之驅動設備而將遮光板S1驅動，並驅動到遮斷第1分歧光路6d的位置，亦即2點鏈線所示的遮光板S1’的位置。在此狀態下，是使已藉由二向分光鏡691分歧的第1波長帶之光LB1不通過第1選擇部692a而被遮斷。 又，配設於第2分歧光路6e的另一邊的第2選擇部692b，是如圖所示地藉由來自控制單元80的指示訊號，而被驅動到不遮斷第2分歧光路6e的位置，亦即2點鏈線所示的遮光板S2’的位置。藉此，可讓已藉由二向分光鏡691分歧的第2波長帶之光LB2在第2選擇部692b中不被遮斷地通過。此第2選擇狀態是僅有分歧到第2分歧光路6e的第2波長帶之光LB2通過選擇部692，且讓已在帶通濾波器697中去除雜訊光，並已藉第2繞射光柵698繞射之光LB2’(波長620~670mm之光)在二向分光鏡695上反射而透過聚光器70到達影像感測器71。已去除雜訊的第2波長帶之光LB2’是作為在積層有氧化膜或絶緣膜等膜的情況下良好地進行反射之光而被選定之光。據此，藉由設成這種狀態，可以得到如圖3(b)所示的良好的分光干涉波形。只要可得到良好的分光干涉波形，即可檢測半導體晶圓10上的各座標值中的高度位置。
如上所述，藉由讓波長帶分歧部69選擇第1選擇狀態、第2選擇狀態的任一種狀態，即使半導體晶圓10的表面的狀態已產生變化，也可以得到適當的分光干涉波形，而變得可藉由計算單元7，正確地檢測半導體晶圓10的上表面的高度。如此進行而檢測到的高度與其座標位置是保存在上述控制單元80的記憶體。並且，沿著形成在半導體晶圓10的所有的切割道101實施高度位置檢測步驟，並且對控制單元80的儲存部(記憶體)，來將如圖7所示，各切割道101的各座標位置(X1~Xn、Y1~Yn)中 的上表面的高度Z(1、1)~Z(n、n)保存到控制單元80的記憶體。
如以上進行而沿形成在半導體晶圓10的所有的切割道101實施高度位置檢測步驟後，即可實施沿著切割道101在半導體晶圓10的內部形成變質層的雷射加工。
為了實施此雷射加工，首先是移動工作夾台36來將在圖5(a)中最上方的切割道101定位到聚光透鏡65的正下方，其中該聚光透鏡65是作為構成高度檢測兼雷射照射單元5的雷射光線照射單元9的聚光透鏡而發揮功能。並且，將切割道101的一端之進給開始位置座標值(A1)定位到聚光透鏡65的正下方。然後，將從構成雷射光線照射單元9的聚光透鏡65所照射的脈衝雷射光線的聚光點P從半導體晶圓10的背面10b(上表面)對準到規定的深度位置。接著，作動雷射光線照射單元9，而一面從聚光透鏡65照射脈衝雷射光線一面以規定的加工進給速度使工作夾台36移動(雷射加工步驟)。然後，在聚光透鏡65的照射位置到達切割道101的另一端後，即停止脈衝雷射光線的照射，並且將工作夾台36的移動停止。在此雷射加工步驟中，控制單元80是依據儲存於圖7所示的記憶體中的半導體晶圓10的切割道101中的背面10b(上表面)的高度位置，來控制第1聚光點位置調整單元650，而讓高度檢測兼雷射照射單元5在Z軸方向(聚光點位置調整方向)上移動，並且使構成雷射光線照射單元9的聚光透鏡 65，對應於半導體晶圓10的切割道101中的背面10b(上表面)的高度位置朝上下方向移動。其結果，在半導體晶圓10的內部可在離背面10b(上表面)規定的深度的位置上與背面10b(上表面)平行地形成變質層。
再者，可將上述雷射加工步驟的加工條件設定如下。
雷射：YVO4脈衝雷射
波長：1064nm
重複頻率：100kHz
脈衝輸出：2.5μJ
聚光光斑直徑：1μm
加工進給速度：100mm/秒
如以上進行，若沿著在半導體晶圓10的第1方向上延伸的所有的切割道101都實行了上述雷射加工步驟後，即可使工作夾台36旋轉90度，並沿著在對上述第1方向正交的方向上延伸的各切割道101實行上述雷射加工步驟。如此進行，若沿著形成於半導體晶圓10上之所有的切割道101都實行了上述雷射加工步驟後，保持有半導體晶圓10的工作夾台36會返回到最初吸引保持半導體晶圓10的位置，並在此處解除半導體晶圓10的吸引保持。然後，藉由圖未示之搬送設備將半導體晶圓10搬送至分割步驟。
以上，雖然在本實施形態中所顯示的是將保持於工作夾台的被加工物的高度檢測裝置適用於雷射加 工裝置的例子，但本發明並不限定於此，亦可將本發明的高度檢測裝置適用在裝備有切割刀片的切割加工裝置等的其他的加工裝置中。
又，在上述之實施形態中，關於高度檢測裝置6所具備的光源61，是設定成發射包含有波長帶為620~870nm區域之光，來作為從該光源61所照射之具有規定寬度的波長帶之光。這是因為要設定成在本實施形態中可得到對作為被加工物而設想的半導體晶圓的上表面，在未積層有氧化膜或絶緣膜等膜的狀態下良好地反射之光的波長820~870nm之光、及在半導體晶圓的上表面積層有氧化膜或絶緣膜等的膜的狀態下良好地反射之光的波長620~670nm之光的緣故，可以因應於設想的被加工物的反射特性而自由地設定。
又，雖然在上述之實施形態中，在波長帶分歧部69中，是將從光源61所照射之光分歧為2個波長帶之光，但依照形成於被加工物的表面的膜的種類，亦可設定成分歧為3個以上，並且設成適當切換來實施高度檢測。在該情況下，可對已藉由圖2所示的波長帶分歧部69的二向分光鏡691所分歧出的第1分歧光路、第2分歧光路的任一光路或兩個光路，再進一步配置使光分歧的二向分光鏡、遮光板、繞射光柵、以及二向分光鏡等，藉此變得可使其分歧成3個以上的波長帶之光。
在本實施形態的波長帶分歧部69中，雖然是對第1波長帶之光LB1與第2波長帶之光LB2適用第1、 第2帶通濾波器693、697來去除雜訊光，但本發明並非將此設為必需的要件，在使用解析力較高的影像感測器的情況下，亦可不去除雜訊光而以繞射光柵分光並進行解析。然而，若限定為藉由去除雜訊光來形成分光干涉波形的波長帶時，即使是解析力較差的影像感測器71，也可以解析分光干涉波形且實施正確的高度測量。
10‧‧‧半導體晶圓
36‧‧‧工作夾台
6‧‧‧高度檢測單元
6a‧‧‧第1光路
6b‧‧‧第2光路
6c‧‧‧第3光路
6d‧‧‧第1分歧光路
6e‧‧‧第2分歧光路
61‧‧‧光源
62‧‧‧第1光分歧部
63、68‧‧‧準直透鏡
64‧‧‧第2光分歧部
641‧‧‧光束分離器
642‧‧‧方向變換鏡
65、66‧‧‧聚光透鏡
650‧‧‧第1聚光點位置調整單元
651‧‧‧透鏡外殼
67‧‧‧鏡子
69‧‧‧波長帶分歧部
691、695、92‧‧‧二向分光鏡
692‧‧‧選擇部
692a‧‧‧第1選擇部
692b‧‧‧第2選擇部
693‧‧‧第1帶通濾波器
694‧‧‧第1繞射光柵
697‧‧‧第2帶通濾波器
698‧‧‧第2繞射光柵
7‧‧‧計算單元
70‧‧‧聚光器(聚光透鏡)
71‧‧‧影像感測器
80‧‧‧控制單元
81‧‧‧顯示單元
9‧‧‧雷射光線照射單元
91‧‧‧脈衝雷射光線振盪單元
911‧‧‧脈衝雷射振盪器
912‧‧‧重覆頻率設定設備
LB‧‧‧脈衝雷射光線
LB0、LB1、LB2、LB1’、LB2’‧‧‧光
S1、S2、S1’、S2’‧‧‧遮光板

Claims (3)

  1. 一種高度檢測裝置，是分光干涉型的高度檢測裝置，並具備：工作夾台，保持被加工物；及高度檢測單元，檢測保持於該工作夾台的被加工物的上表面高度，其中該高度檢測單元包含：光源，將具有規定寬度的波長帶之光射出到第1光路；聚光器，配設於該第1光路並且將光聚光於保持在該工作夾台的被加工物；光束分離器，配設在該光源與該聚光器之間且將該第1光路之光分歧到第2光路；鏡子，配設於該第2光路並且生成作為基本的光路長度而將光反射到該第2光路且經由該光束分離器讓光返回該第1光路；光分歧部，配設於該光束分離器與該光源之間而將在保持於該工作夾台的被加工物的上表面上反射且透過該聚光器而返回該第1光路之光、與藉由該鏡子而返回之光的干涉光從該第1光路分歧到第3光路；及計算單元，配設於該第3光路並且依據該干涉光來計算被加工物的高度，該計算單元包含：波長帶分歧部，將該光源所射出的波長帶之光分歧 為至少2個波長帶；及選擇部，對已在該波長帶分歧部中分歧的任一個光進行選擇，並且以影像感測器捕捉藉由該選擇部所選擇的波長帶的干涉光來計算被加工物的高度，該波長帶分歧部包含：二向分光鏡，在該光源所射出之規定的波長域之光當中讓第1波長帶之光穿透，並且讓第2波長帶之光反射；第1帶通濾波器，配設於該第1波長帶之光的光路以去除雜訊光；第1繞射光柵，將來自該第1帶通濾波器之光在該第1波長帶分散；第2帶通濾波器，配設於該第2波長帶之光的光路以去除雜訊光；以及第2繞射光柵，將來自該第2帶通濾波器之光在該第2波長帶分散，該選擇部包含對該第1波長帶之光的光路與該第2波長帶之光的光路的任一個光路進行遮光的遮光板。
  2. 如請求項1之高度檢測裝置，其中該計算單元包含依據被加工物的座標來儲存所計算出的高度資訊的儲存部。
  3. 一種雷射加工裝置，具備有如請求項2所記載之高度檢測裝置，該雷射加工裝置並具備有： 雷射振盪器，振盪產生對保持在該工作夾台的被加工物進行加工的雷射光線；光學系統，將該雷射振盪器所振盪產生的雷射光線導向該聚光器；及驅動部，配設於該聚光器並且依據儲存在該儲存部的高度資訊來使該聚光器對保持在該工作夾台的被加工物接近及遠離。
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