(57)【要約】  ワークピースを加工するための装置は、内部でワークピースを加工可能な加工領域を有する加工ツールと、加工領域内に検出光を照射するように構成された照明システムとを含むものとして例示的に特徴付けることができる。この実施形態では、照明システムによって照射可能な検出光は、ワークピースが少なくとも部分的に不透明となる波長を有している。さらに、この装置は、加工領域を通過する検出光の特性を検出するように構成されたイメージセンサと、ワークピースの少なくとも一部を加工領域内に位置させて検出光で照らすことができるようにワークピースを支持するように構成されたチャックとを含んでいてもよい。また、ワークピースを加工する方法が開示される。
2015520030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースを加工するための装置であって、
内部でワークピースを加工可能な加工領域を有する加工ツールと、
前記加工領域内に検出光を照射するように構成された照明システムであって、前記照明システムによって照射可能な検出光は、前記ワークピースが少なくとも部分的に不透明となる波長を有する、照明システムと、
前記加工領域を通過する前記検出光の特性を検出するように構成されたイメージセンサと、
前記ワークピースの少なくとも一部を前記加工領域内に位置させて前記検出光で照らすことができるようにワークピースを支持するように構成されたチャックと、
を備えた装置。
【請求項２】
前記加工ツールは、レーザエネルギービームを前記加工領域内に照射するように構成されたレーザシステムを含む、請求項１の装置。
【請求項３】
前記レーザエネルギービームは、前記加工領域内に配置されたワークピースから材料を除去するように構成されている、請求項２の装置。
【請求項４】
前記レーザシステムは、
前記レーザエネルギービームを生成可能なビーム発生器と、
前記チャックに対して前記レーザエネルギービームを横方向に走査するように構成されたビームステアリングシステムと、
を備えた、請求項２の装置。
【請求項５】
前記ビームステアリングシステムはガルバノメータミラーである、請求項４の装置。
【請求項６】
前記ビームステアリングシステムは、前記加工領域内で複数のラインに沿って前記レーザエネルギービームを横方向に走査するように構成されている、請求項４の装置。
【請求項７】
前記検出光の前記波長は、前記レーザエネルギービームの波長とは異なる、請求項２の装置。
【請求項８】
前記チャックは、前記ワークピースほど前記検出光に対して不透明ではない、請求項１の装置。
【請求項９】
前記加工領域を通過した前記検出光の前記特性は、前記加工領域を通過した前記検出光の画像である、請求項１の装置。
【請求項１０】
前記イメージセンサと前記加工領域との間に配置された光学フィルタであって、前記加工領域を通過した前記検出光の一部を選択的に通過させるように構成された光学フィルタをさらに備え、前記イメージセンサは、前記光学フィルタにより選択的に通過させた前記検出光の一部に感応する、請求項１の装置。
【請求項１１】
前記イメージセンサに連結されたコントローラをさらに備え、
前記イメージセンサは、前記加工領域を通過した前記検出光の前記検出された特性に対応する画像信号を生成するように構成されており、
前記コントローラは、前記画像信号に基づいて前記ワークピースの加工状態を決定する、
請求項１の装置。
【請求項１２】
前記コントローラは、さらに前記レーザシステムに連結され、前記決定された加工状態に基づいて前記加工ツールの動作を制御するように構成されている、請求項１１の装置。
【請求項１３】
ワークピースを加工する方法であって、
ワークピースの一部が加工ツールの加工領域内に位置するように前記ワークピースを配置し、
前記加工ツールを用いて前記加工領域内で前記ワークピースを加工し、
前記ワークピースが少なくとも部分的に不透明となる波長を有する検出光を前記加工領域内及び前記ワークピースの一部に照射し、
前記加工後に、前記加工領域を通過する前記検出光の特性を検出する、
方法。
【請求項１４】
前記ワークピースが半導体ウェハである、請求項１３の方法。
【請求項１５】
前記ワークピースを加工する際に、前記ワークピースにレーザエネルギービームを照射する、請求項１３の方法。
【請求項１６】
前記ワークピースにレーザエネルギービームを照射する際に、記ワークピースの一部を除去する、請求項１５の方法。
【請求項１７】
前記ワークピースの一部を除去する際に、前記ワークピースを貫通する特徴部を形成する、請求項１６の方法。
【請求項１８】
前記ワークピースを加工する際に、前記ワークピースに対して前記レーザエネルギービームを横方向に走査する、請求項１５の方法。
【請求項１９】
前記加工領域を通過する前記検出光の前記特性を検出する際に、前記加工領域を通過する前記検出光の画像を検出する、請求項１３の方法。
【請求項２０】
さらに、前記検出に基づいて前記ワークピースの加工状態を決定する、請求項１３の方法。
【請求項２１】
さらに、前記ワークピースの前記決定された加工状態に基づいて前記加工ツールの動作を制御する、請求項２０の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
本明細書で例示的に述べられる本発明の実施形態は、概して、ワークピースを加工するための方法及び装置に関するものである。特に、本明細書で例示的に述べられる本発明の実施形態は、ワークピースを加工するための方法及び装置であって、加工されるワークピースの一方の面に光が照射され、その光がそのワークピースの他方の面に照射される方法及び装置に関するものである。
【０００２】
半導体産業においては、基板のダイシングが、組立プロセスにおいてすべての後続動作を容易にするパッケージ組立の重要な側面となっている。従来、ダイシングは機械鋸を用いて行われてきた。（典型的にはシリコンから形成される）半導体基板の厚さを薄くすることにより、シリコン貫通電極（ＴＳＶ）、積層メモリ、インタポーザ、マイクロ電気機械（ＭＥＭ）、システムインパッケージ（ＳＩＰ）などの技術が可能になる。しかしながら、厚さが約５０μｍよりも薄くなると、基板が次第に柔軟で脆くなり、従来の機械的ダイシング技術ではダイシングするのが難しくなる。レーザを用いたダイシング技術は、レーザ光を用いて基板材料をアブレーションにより除去するものであるが、このレーザを用いたダイシング技術は従来の機械的ダイシングの短所を解決するために開発されてきた。しかしながら、基板をダイシングするために除去する材料の量を正しい量にすることが難しい場合がある。基板のある領域に照射されるレーザエネルギーが大きすぎる場合には、レーザが、ダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）やチャックなどの支持構造にダメージを与える可能性がある。レーザエネルギーが小さすぎる場合には、基板がダイシングされない。
【発明の概要】
【０００３】
本明細書において例示的に述べられる一実施形態は、ワークピースを加工するための装置であって、内部でワークピースを加工可能な加工領域を有する加工ツールと、上記加工領域内に検出光を照射するように構成された照明システムとを含む装置として特徴付けることができる。この実施形態において、上記照明システムによって照射可能な検出光は、上記ワークピースが少なくとも部分的に不透明となる波長を有する。さらに、この装置は、上記加工領域を通過する上記検出光の特性を検出するように構成されたイメージセンサと、上記ワークピースの少なくとも一部を上記加工領域内に位置させて上記検出光で照らすことができるようにワークピースを支持するように構成されたチャックとを含むことができる。
【０００４】
本明細書において例示的に述べられる他の実施形態は、ワークピースを加工する方法であって、ワークピースの一部が加工ツールの加工領域内に位置するように上記ワークピースを配置し、上記加工ツールを用いて上記加工領域内で上記ワークピースを加工する方法として特徴付けることができる。検出光を上記加工領域内及び上記ワークピースの一部に照射することができる。この実施形態において、上記検出光は、上記ワークピースが少なくとも部分的に不透明となる波長を有することができる。上記加工後に、上記加工領域を通過する上記検出光の特性を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るワークピース加工装置を模式的に示すものである。
【図２】図２は、図１に示されるワークピース加工装置により加工可能なワークピースの一実施形態を模式的に示す斜視図である。
【図３】図３〜図５は、ワークピース加工の様々な加工段階において図１に示されるイメージセンサにより検出される検出光の例示的な画像を模式的に示すものである。
【図４】図３〜図５は、ワークピース加工の様々な加工段階において図１に示されるイメージセンサにより検出される検出光の例示的な画像を模式的に示すものである。
【図５】図３〜図５は、ワークピース加工の様々な加工段階において図１に示されるイメージセンサにより検出される検出光の例示的な画像を模式的に示すものである。
【図６】図６は、本発明の一実施形態において、ワークピースの加工状態を決定する際に使用され得る基準画像を模式的に示すものである。
【図７】図７は、本発明の一実施形態において、ワークピースを加工するためにレーザエネルギービームを走査する例示的なルートを模式的に示すものである。
【図示された実施形態の詳細な説明】
【０００６】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の例示の実施形態をより完全に説明する。これらの実施形態を変更して多くの異なる形態で実施してもよく、これらの実施形態を本明細書でなされた説明に限定して解釈すべきではないことは理解できよう。むしろ、これらの実施形態は、本開示が完全かつすべてを含むものであって、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように提供されるものである。図面においては、理解しやすいように、層や領域のサイズや相対的なサイズが誇張されている場合がある。
【０００７】
本明細書で使用される用語は、特定の例示的な実施形態を説明するためだけのものであり、本発明を限定することを意図しているものではない。本明細書で使用されるように、内容が明確にそうではないことを示している場合を除き、単数形は複数形を含むことを意図している。さらに、「備える」及び／又は「備えている」という用語は、本明細書で使用されている場合には、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するものであるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はそのグループの存在又は追加を排除するものではないことも理解されよう。
【０００８】
本明細書において例示的に述べられるように、ワークピースを加工するための装置（すなわちワークピース加工装置）は、その加工領域内に配置されたワークピースを加工（例えば、切断、エッチング、研削、加熱、アブレート、溶融、気化、整形など）するように構成された加工ツールを含んでいる。ワークピース加工装置により加工可能なワークピースは、シリコン（Ｓｉ）ウェハ、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェハ、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）ウェハ、サファイアウェハなどの基板であってもよく、プリント回路基板（ＰＣＢ）やフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）、セラミック片、金属片（例えば板状、箔状など）、ポリマ、相変化材料（例えば、ＧｅＳｂＴｅ、ＡｇＩｎＳｂＴｅ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ、ＩｎＳｂＴｅ、（ＧｅＳｎ）ＳｂＴｅ、ＩｎＳｅ、ＧａＳｅＴｅ、ＧｅＳｂ（ＳｅＴｅ）、ＳｂＴｅ、ＳｎＳｂＴｅ、ＴｅＧｅＳｂＳ、ＧｅＴｅ、ＩｎＳｂＧｅのようなカルコゲニド系相変化材料など又はこれらの組み合わせ）など又はこれらの組み合わせであってもよい。加工ツールは、ワークピースを加工してワークピースを貫通する又は部分的に切り欠いた１以上の特徴部（例えば、ビア、孔、ボア、スロット、スクライブライン、基準マーカなど）を形成することができる。ワークピース加工装置内に組み込むことができる例示的な加工ツールには、機械ドリル、機械鋸、プラズマエッチング器、化学エッチング器、レーザシステムなど又はこれらに組み合わせが含まれる。
【０００９】
また、ワークピース加工装置は、ワークピースの加工状態を決定するように構成された検出システムを含んでいる。例えば、この検出システムは、特徴部が加工ツールにより加工されているワークピースの結果として望ましい形態で形成されたか否かを決定するように構成され得る。ある実施形態では、検出システムは、決定された加工状態に基づいて加工ツールの動作を制御することができる。例えば、特徴部が望ましい形態で形成されていないと決定された場合、検出システムは、その特徴部が望ましい形態で形成されるまでワークピースを再度加工するように加工ツールの動作を制御することができる。このように、検出システムは、閉ループコントローラとして機能することができ、特徴部が望ましい形態で形成されるまで加工ツールによりワークピースを繰り返し加工することができる。上述の例示的に述べられたワークピース加工装置を用いてワークピースを加工することにより、ワークピースを加工するまでのプロセス繰り返し数を設定するのではなく、閉ループフィードバック機構を用いて特徴部の形成を簡単にかつ動的に規制することができる。
【００１０】
ある実施形態においては、検出システムは、照明システムとイメージセンサとコントローラとを含み得る。照明システムは、加工領域内に配置されたワークピースの一部を検出光で照らすように検出光を加工ツールの加工領域に照射するように構成され得る。イメージセンサは、加工領域を通過する検出光の画像を検出して、この検出された画像に対応する画像信号を生成するように構成され得る。コントローラは、イメージセンサに連結され、画像信号に基づいてワークピースの加工状態を決定するように構成される。
【００１１】
一般に、加工されるワークピースは、少なくとも検出光に対して不透明である。このため、ワークピースが加工ツールの加工領域内に配置されると、加工領域内に照射された検出光の少なくとも一部が加工領域を通過することがワークピースにより妨げられる。しかしながら、加工ツールを用いてワークピースを加工する際に、（例えば、ワークピースの厚さを貫通する）ワークピースの領域を全体的に薄く又は除去してもよい。その結果、ワークピースが加工される前に加工領域を通過することをワークピースにより妨げられた検出光を、加工されるワークピースに薄い部分又は除去される部分を形成することにより加工領域を潜在的に透過させることができる。このため、イメージセンサは、ワークピースがまだ加工領域内にあるときに、加工領域を透過した検出光の画像を検出することができ、コントローラは、イメージセンサにより生成された画像信号に基づいてワークピースの加工状態を決定することができる。ワークピースの加工部分を加工領域の外側に移動させることなくワークピースの加工状態を決定することができるので、ワークピース加工のスループットを遅くしてしまうことなく、加工領域内のワークピースの任意の部分の加工状態を素早く繰り返し決定することができる。
【００１２】
ここで、上述したワークピースを加工するための方法及び装置の例示の実施形態を図１から図７に関して説明する。この例示の実施形態では、ワークピースは、ワークピースを貫通するスクライブラインのような特徴部を形成する加工ツールとしてレーザシステムを用いて加工されることを意図されている。しかしながら、本明細書で述べられる方法及び装置を応用して、ワークピースを貫通する又は部分的に切り欠いたビア、孔、ボア、スロット、基準マーカのような他の特徴部やワークピースを部分的に切り欠いたスクライブラインさえも形成できることは理解できよう。また、本明細書で述べられる方法及び装置は、レーザシステム以外の加工ツール（例えば、機械ドリル、機械鋸、プラズマエッチング器など）とともに用いることができることも理解できよう。
【００１３】
図１を参照すると、ワークピース加工装置１００のようなワークピース加工装置は、例えばレーザシステム１０２のような加工ツールを含み得る。また、ワークピース加工装置１００は、照明システム１０６、イメージセンサ１０８、及びコントローラ１１０を含む検出システムに加えて、ウェハ支持システム１０４を含み得る。
【００１４】
例示的に示されているように、レーザシステム１０２の加工領域がボックス１１２によって描かれている。レーザシステム１０２は、概して、レーザエネルギービーム１１４を加工領域１１２に照射するように構成されている。一実施形態においては、レーザシステム１０２は、ビーム発生器１１６と、走査レンズ１１８と、ビームステアリングシステム１２０とを含んでいる。ビーム発生器１１６は、波長、パワー、パルス繰り返し率、パルス持続時間などの１以上のビームパラメータを有する（例えば、レーザパルス列の形態の）レーザエネルギービーム１１４を生成するように構成されている。一実施形態において、レーザエネルギービーム１１４は、紫外線（ＵＶ）光、緑色光、赤外線（ＩＲ）光など、又はこれらの組み合わせに一般的に対応する波長を有し得る。走査レンズ１１８は、レーザエネルギービーム１１４が加工領域１１２内に配置されたワークピース（例えば、ワークピース１２２）の一部に照射された際に、レーザエネルギービーム１１４がワークピース１２２の表面でのスポットサイズやフルエンスなどといった１以上のパラメータを有するように、レーザエネルギービーム１１４の焦点を合わせるように構成される。ある実施形態においては、レンズ駆動アセンブリ（図示せず）を用いて走査レンズ１１８をＺ軸方向に（例えば、矢印１２４で示される方向に沿って）移動させて、ワークピース１２２の表面でのレーザエネルギービーム１１４のスポットサイズ及び／又はフルエンスを変更するようにしてもよい。ビームステアリングシステム１２０は、レーザエネルギービーム１１４をワークピース１２２に対して２次元領域（例えばＸＹ領域）内で横方向に走査するように構成される。したがって、ビームステアリングシステム１２０は、１以上の検流計ミラー又は「ガルバノミラー」（例えば、Ｘ軸ガルバノミラー及び／又はＹ軸ガルバノミラー）、１以上のファーストステアリングミラー（ＦＳＭ）、１以上の圧電駆動ミラー、１以上の音響光学偏向器（ＡＯＤ）、１以上の電気光学偏向器（ＥＯＤ）など、又はこれらの組み合わせを含み得る。
【００１５】
図１及び図２を参照すると、ワークピース１２２は、半導体ウェハ２００の表面１２２ａ（本明細書において「第１の面」ともいう）上に集積回路（ＩＣ）、半導体メモリ、ＭＥＭデバイスなどが形成される複数の活性領域２０２を有する半導体（例えばシリコン）ウェハ２００であってもよい。活性領域２０２は、半導体ウェハ２００の表面１２２ａ上に格子パターンを形成するストリート２０４によって互いに分離されている。表面１２２ａと裏面１２２ｂとの間の距離として測定される半導体ウェハの厚さは１００μｍ未満であり得る。一実施形態においては、半導体ウェハ２００の厚さは５０μｍ未満であり得る。ストリート２０４の幅は約２０μｍから約３０μｍの範囲にあり得る。オプションとして、半導体ウェハ２００を一時的にＤＡＦ（図示せず）に貼り付けて半導体ウェハ２００のワークピース加工装置１００内外への移送を容易にしてもよい。
【００１６】
図１に戻って、レーザシステム１０２の上述した構成要素を協働的に制御してレーザエネルギービーム１１４を加工領域１１２内に位置するワークピース１２２の任意の部分に照射してワークピース１２２を加工することができる。例示的に示されているように、レーザシステム１０２は、ワークピース１２２から材料を除去して特徴部１２４ａ及び１２４ｂを形成するようにワークピース１２２を加工する。これらの特徴部は、図２に示されるストリート２０４内に形成されるスクライブラインであることを意図している。レーザシステム１０２の上述した構成要素の任意の組み合わせを協働的に制御してレーザエネルギービーム１１４を加工領域１１２内でワークピース１２２に対して横方向に走査して、スクライブラインや貫通電極、スロットなど、又はこれらの組み合わせのような所望の特徴部を形成できることは理解できよう。一実施形態においては、レーザシステム１０２の上述した構成要素の任意の組み合わせを協働的に制御して、米国特許第7,947,575号に述べられた方法によりレーザエネルギービーム１１４をワークピース１２２に照射することができる。
【００１７】
ワークピース支持システム１０４は、ワークピース１２２の少なくとも一部が加工領域１１２内に位置するようにワークピース１２２を支持するように構成されている。図示された実施形態においては、ワークピース支持システム１０４は、チャック１２６とチャックサポート１２８とを含んでいる。一般的に、チャック１２６は、ワークピース１２２が加工中に好ましくない移動をしてしまわないようにワークピース１２２を支持するように構成されている。したがって、チャック１２６は、真空チャック、静電放電チャックなど、又はこれらの組み合わせであってもよい。図示されるように、チャック１２６は、ワークピース１２２の裏面１２２ｂ（本明細書において「第２の面」ともいう）の全面の下方で連続的に延びるものである。しかしながら、他の実施形態では、チャック１２６は、裏面１２２ａの全面よりも少ない部分の下方で延びるように構成されていてもよい。例えば、ワークピース１２２のサイズ、形状、及び／又は剛性に応じて、裏面１２２ａの周縁部に接触するようにチャック１２６を構成してもよい。チャックサポート１２８は、チャック１２６に連結されており、イメージセンサ１０８の上方にチャック１２６を吊り下げるように構成されている。また、チャックサポート１２８は、加工領域１１２に対して移動可能であってもよく、そのような移動を実現可能な１以上の運動制御ステージ（例えば、Ｘ方向、Ｙ方向、及び／又はΘ方向運動制御ステージ（図示せず））に連結されていてもよい。一実施形態においては、１以上の運動制御ステージの動作は、コントローラ１１０又は他の制御システムにより制御され得る。
【００１８】
ワークピース支持システム１０４は、上述したように構成されており、ワークピース１２２の異なる部分を支持し、加工領域１１２の内外に移動できる。したがって、加工領域１１２内に位置するワークピース１２２のある部分（例えば第１の部分）に所望の特徴部がすべて形成された後、ワークピース支持システム１０４は、ワークピース１２２の他の部分（例えば第２の部分）に所望の特徴部が形成できるように加工領域１１２に対してワークピース１２２を移動することができる。
【００１９】
照明システム１０６は、加工領域１１２内に照射及び通過させるように構成されている。図示された実施形態では、照明システム１０６は、検出光１３０を出射可能な１以上の発光素子１３２を含んでいる。一実施形態においては、発光素子１３２のうちの１つ以上の発光素子１３２の動作をコントローラ１１０又は他の制御システムにより制御してもよい。例示的に図示されているように、レーザエネルギービーム１１４が加工領域１１２内に照射される方向と概して同じ方向に沿って検出光１３０を加工領域１１２内に照射できるように発光素子１３２はワークピース１２２の上方に配置されている。このように、ワークピース１２２の一部が加工領域１１２内に位置しているときに、加工領域１１２内に位置するワークピース１２２の当該部分の表面１２２ａを検出光１３０で照らすことができる。検出光１３０は、レーザエネルギービーム１１４の波長とは異なる波長を有し得る。例えば、検出光１３０の波長がレーザエネルギービーム１１４の波長と異なる場合には、検出光１３０は、赤色光、黄色光、青色光、緑色光、ＵＶ光、ＩＲ光などに対応する波長を有し得る。
【００２０】
出射された検出光１３０が少なくとも部分的に加工領域１１２を通過するのをワークピース１２２が妨げるように発光素子１３２が構成されている。このように、出射される検出光１３０に対して少なくとも部分的に不透明になるように、発光素子１３２の構成が、加工されるワークピース１２２に依存していてもよい。例えば、ワークピース１２２がシリコンウェハである場合には、可視光波長範囲又は紫外線波長範囲（例えば約７６０ｎｍ未満）の波長を有する検出光１３０を出射するように発光素子１３２のうち１以上の発光素子１３２を構成することができる。しかしながら、ワークピース１２２がガラス基板である場合には、長波長範囲又は遠赤外線波長範囲（例えば約８μｍより長い）の波長を有する検出光１３０を出射するように発光素子１３２のうち１以上の発光素子１３２を構成することができる。発光素子１３２のうち１以上の発光素子１３２が、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光素子（ＯＬＥＤ）、アークランプ、ガス放電ランプ、誘導ランプなど、又はこれらの組み合わせであってもよいことは理解できよう。図示されるようなチャック１２６がワークピース１２２の裏面１２２ａの全面の下方で連続的に延びる実施形態においては、出射された検出光１３０が少なくとも部分的にチャック１２６を通過可能であるように発光素子１３２がさらに構成される。一実施形態においては、チャック１２６は、検出光１３０に対してワークピース１２２ほど不透明ではない。
【００２１】
照明システム１０６は、上述したように構成されており、加工領域１１２内に位置するワークピース１２２の部分の表面１２２ｂが検出光１３０で照らすことができるように検出光１３０をワークピース１２２に照射する。この例示の実施形態では、特徴部１２４ａはワークピース１２２を貫通し、特徴部１２４ｂはワークピース１２２を部分的に切り欠いたものである。したがって、照明システム１０６により照射された検出光１３０を特徴部１２４ａによって（例えば、矢印１３４で示されるように）加工領域１１２を通過させてイメージセンサ１０８に伝搬させることができる。しかしながら、特徴部１２４ｂはワークピース１２２を部分的に切り欠いたものであるため、特徴部１２４ｂにより検出光１３０がイメージセンサ１０８に到達するのが妨げられる。
【００２２】
イメージセンサ１０８は、加工領域１１２を通過して伝搬される検出光１３０の特性（例えば画像）を検出するように構成される。さらに、イメージセンサ１０８は、検出された画像に対応する画像信号を生成するように構成されていてもよい。一実施形態において、イメージセンサ１０８は、１以上の電荷結合素子（ＣＣＤ）センサや１以上のＣＭＯＳセンサなど、又はこれらの組み合わせであってもよい。例示的に示されているように、イメージセンサ１０８は、加工領域１１２の下方に配置されており、したがって、ワークピース１２２の下方に配置されている。しかしながら、イメージセンサ１０８を加工領域１１２を通過してきた検出光１３０に光学的に結合するように方向転換機構（例えば、１以上の反射面や１以上の光ファイバなど、又はこれらの組み合わせ）を設けるのであれば、イメージセンサ１０８を加工領域１１２に対して任意の場所に配置してもよいことは理解できよう。
【００２３】
一実施形態において、光学フィルタ１３６のような光学フィルタがイメージセンサ１０８と加工領域１１２との間に配置される。レーザエネルギービーム１１４内の光に対して検出光１３０を選択的に（又は優先的に）伝搬するように光学フィルタ１３６を構成することができる。例えば、光学フィルタ１３６は、イメージセンサ１０８が好ましい方法で感応する選択された検出光１３０の波長を選択的に伝搬するものであってもよく、あるいは、レーザエネルギービーム１１４からの光がイメージセンサ１０８に到達することを実質的に妨げる（例えば、散乱、反射、吸収など）ものであってもよい。好適な光学フィルタの例としては、ロングパスフィルタ、帯域フィルタ、ショートパスフィルタなど、又はこれらの組み合わせが挙げられる。
【００２４】
イメージセンサ１０８は、上述したように構成されており、加工領域１１２を通過した検出光１３０の画像を検出し、検出された画像に対応する画像信号を生成する。例えば、図３を参照すると、ワークピース１２２を加工領域１１２に配置した後であって、ワークピース１２２を加工して所望の特徴部（すなわち、この例示の実施形態ではワークピース１２２を貫通するスクライブライン）を形成する前においては、ワークピース１２２の第１の面１２２ａ上に照射された検出光１３０のすべてが、加工領域１１２を通過してイメージセンサ１０８上に伝搬されることが妨げられる。したがって、このワークピース加工の段階においてイメージセンサ１０８により検出される画像は、画像３００のようなものになるであろう。この画像３００は、均一で、照明されていない、すなわち「暗い」領域３０２を示している。
【００２５】
図４を参照すると、ワークピース加工がさらに進んだ後であって、まだ所望の特徴部が形成される前においては、ワークピース１２２の第１の面１２２ａに照射された検出光１３０の一部は、加工領域１１２を通過してイメージセンサ１０８上に伝搬される。したがって、このワークピース加工の段階においてイメージセンサ１０８により検出される画像は、画像４００のようなものになるであろう。この画像４００は、照明領域４０２と非照明領域４０４とを有するパターンを示している。図示された実施形態において、照明領域４０２は、完全に除去されて図１に示される特徴部１２４ａのような特徴部が形成されたワークピース１２２の領域に対応する。非照明領域４０４は、まだ加工されていないワークピース１２２の領域か、加工されて図１に示される特徴部１２４ｂのような特徴部が形成されたワークピース１２２の領域のいずれかに対応する。
【００２６】
図５を参照すると、ワークピース加工がさらに進んだ後においては、ワークピース１２２の第１の面１２２ａに照射された検出光１３０の多くが加工領域１１２を通過してイメージセンサ１０８上に伝搬される。したがって、このワークピース加工の段階においてイメージセンサ１０８により検出される検出光１３０の画像は、画像５００のようなものになるであろう。この画像５００は、照明領域５０２と非照明領域５０４とを有するパターンを示している。図示された実施形態において、照明領域５０２は、完全に除去されて図１に示される特徴部１２４ａに類似する特徴部が形成されたワークピース１２２の領域に対応する。非照明領域５０４は、まだ加工されていないワークピース１２２の領域に対応し得る。このように、画像５００中の照明領域５０２の位置は、図２に示される半導体ウェハ２００上のストリート２０４の位置に対応し得る。同様に、画像５００中の非照明領域５００の位置は、図２に示される半導体ウェハ２００上の活性領域２０２の位置に対応し得る。
【００２７】
図１に戻って、コントローラ１１０は、イメージセンサ１０８に連結されており、ワークピース１２２の加工状態を決定するように構成されている。例えば、コントローラ１１０は、イメージセンサ１０８により生成された画像信号に基づいてワークピース１２２の加工状態を決定するように構成された画像処理モジュール１３８を含み得る。一実施形態において、画像処理モジュール１３８は、イメージセンサ１０８によって生成された画像信号を受信し、この受信した画像信号を処理することによりワークピース１２２の加工状態を決定する。一実施形態においては、受信した画像信号により表される画像（すなわち、受信した「サンプル画像」）を基準画像と比較して、例えば、受信したサンプル画像が基準画像に十分に適合しているか否かを決定することにより、受信した画像信号を処理することができる。受信したサンプル画像が基準画像に十分に適合しているか否かをワークピース１２２の加工状態を決定する際に用いることができる。受信したサンプル画像が基準画像に十分に適合しているか否かを合理的な時間内（例えば、約５０ｍｓ内）で決定するために、任意の好適なコンピュータ画像処理アルゴリズムを用いることができることは理解できよう。
【００２８】
例えば、画像処理モジュール１３８は、画像３００、４００、又は５００のようなサンプル画像を受信し、この受信したサンプル画像を図６に示される基準画像６００のような基準画像と比較することができる。図６に示されるように、基準画像６００は、ターゲット照明可能領域６０２とターゲット照明不可能領域６０４とを含み得る。図示された実施形態において、ターゲット照明可能領域６０２は、所望の特徴部を形成するためにワークピース１２２を加工する場合に加工すべきワークピース１２２の領域に対応する。同様に、ターゲット照明不可能領域６０４は、所望の特徴部を形成するためにワークピース１２２を加工する場合に除去すべきではないワークピース１２２の領域に対応する。このように、基準画像６００内のターゲット照明可能領域６０２の位置は、図２に示される半導体ウェハ２００上のストリート２０４の位置に対応し得る。同様に、基準画像６００内のターゲット照明不可能領域６０４の位置は、図２に示される半導体ウェハ２００上の活性領域２０２の位置に対応し得る。
【００２９】
一実施形態において、画像処理モジュール１３８は、受信したサンプル画像を基準画像６００と比較して、画像中の照明領域が基準画像６００中の対応するターゲット照明可能領域６０２と十分に一致しているか否か（例えば、少なくとも８０％の重複）を決定してもよい。例えば、画像４００がサンプル画像である場合、画像処理モジュール１３８は、画像４００と６００とを比較し、サンプル画像４００中の照明領域４０２が基準画像６００中の対応するターゲット照明可能領域６０２と十分に一致していないと決定することができる。したがって、画像処理モジュール１３８は、ワークピース１２２の加工状態が未完了であると決定し得る。しかしながら、画像５００がサンプル画像である場合、画像処理モジュール１３８は、画像５００と６００とを比較し、サンプル画像５００中の照明領域５０２が基準画像６００中の対応するターゲット照明可能領域６０２と十分に一致していると決定することができる。したがって、画像処理モジュール１３８は、ワークピース１２２の加工状態が完了であると決定し得る。画像処理モジュール１３８は、決定されたワークピース１２２の加工状態に対応する加工状態信号を生成し得る。
【００３０】
図１に戻って、コントローラ１１０は、レーザシステム１０２にも連結されており、レーザシステム１０２の動作を制御するように構成され得る。この例示の実施形態においては、コントローラ１１０は、上述したビームパラメータを有するレーザエネルギービームを生成するビーム発生器１１６を制御することにより、また、ビームステアリングシステム１２０を制御してレーザエネルギービーム１１４をワークピース１２２上の走査ルートに沿ってワークピース１２２に対して横方向に走査し、ワークピース１２２を貫通するスクライブラインを形成することにより、レーザシステム１０２の動作を制御するように構成された加工ツール制御モジュール１４０を含み得る。以下、特徴部（例えば、ワークピース１２２を貫通するスクライブライン）を形成するためにレーザシステム１０２を制御する例示のプロセスについて図７を参照してより詳細に説明する。
【００３１】
図７は、レーザシステム１０２の加工領域１１２内に配置されたワークピース１２２の部分を示すものであり、ワークピース１２２を加工し、ワークピース１２２を貫通するスクライブラインを形成するためにレーザエネルギービーム１１４を走査する例示ルートを特定するものである。この例示の実施形態においては、例示ルートは、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、及びＰ８の符号が付された複数の「サブルート」を含んでいる。このルートをこれよりも多くのサブルート又はこれよりも少ないサブルートにより形成してもよく、これらのサブルートは（図示されるように）直線であっても、曲線であっても、あるいはこれらの組み合わせであってもよいことは理解できよう。この例示の実施形態において、Ｘ位置及びＹ位置の単位はミリメートルであるが、ワークピース１２２の加工中に形成される特定の特徴部によってはセンチメートルやマイクロメートルであってもよい。
【００３２】
図７を参照すると、時刻ｔ＝ｔ1では、レーザエネルギービーム１１４を生成するためにビーム発生器１１６が駆動されたときに、レーザエネルギービーム１１４が矢印Ｐ１の尾部（すなわち、第１のサブルートＰ１の最初の部分）でワークピース１２２に当たるようにコントローラ１１０（例えば、加工ツール制御モジュール１４０）がビームステアリングシステム１２０を制御する。その後、コントローラ１１０は、ビーム発生器１１６とビームステアリングシステム１２０とを制御して、時刻ｔ＝ｔ2でレーザエネルギービーム１１４が矢印Ｐ１の頭部（すなわち、第１のサブルートＰ１の端部）に到達するように、レーザエネルギービーム１１４を生成し、矢印Ｐ１で示される方向に沿って（すなわち、第１のサブルートＰ１に沿って）レーザエネルギービーム１１４を走査する。次に、コントローラ１１０は、ビーム発生器１１６を制御してレーザエネルギービーム１１４の生成を停止し、時刻ｔ=ｔ3でレーザエネルギービーム１１４を生成するためにビーム発生器１１６が駆動されたときに、レーザエネルギービーム１１４が矢印Ｐ２の尾部（すなわち、第２のサブルートＰ２の最初の部分）でワークピース１２２に当たるようにビームステアリングシステム１２０を制御する。その後、コントローラ１１０は、ビーム発生器１１６とビームステアリングシステム１２０とを制御して、時刻ｔ＝ｔ4でレーザエネルギービーム１１４が矢印Ｐ２の頭部（すなわち、第２のサブルートＰ２の端部）に到達するように、レーザエネルギービーム１１４を生成し、矢印Ｐ２で示される方向に沿って（すなわち、第２のサブルートＰ２に沿って）レーザエネルギービーム１１４を走査する。そして、第３のサブルートＰ３、第４のサブルートＰ４、第５のサブルートＰ５、第６のサブルートＰ６、第７のサブルートＰ７、及び第８のサブルートＰ８に沿って順次レーザエネルギービーム１１４が走査されるようにこのプロセスが繰り返される。
【００３３】
図１に戻って、画像処理モジュール１３８により決定されたワークピース１２２の加工状態に基づいてレーザシステム１０２の動作を制御するように加工ツール制御モジュール１４０を構成することができる。一実施形態において、加工ツール制御モジュール１４０は、画像処理モジュール１３８により生成された加工状態信号に基づいてレーザシステム１０２の動作を制御することができる。例えば、ワークピース１２２が最初に図７に示された全ルートに沿って加工された後（すなわち、時刻ｔ=ｔ16の後）、コントローラ１１０は、画像キャプチャトリガ信号をイメージセンサ１０８に送信することができる。イメージセンサ１０８が画像キャプチャトリガ信号を受信すると、加工領域１１２を通過した検出光１３０の画像を検出し、サンプル画像を画像処理モジュール１３８に送信する。そして、画像処理モジュール１３８は、受信したサンプル画像を基準画像（例えば基準画像６００）と比較してワークピース１２２の加工状態を決定することができる。ワークピース１２２の加工状態が未完了であると画像処理モジュール１３８が決定した場合（例えば、受信したサンプル画像信号が画像４００のようなものである場合）、加工ツール制御モジュール１４０は、図７に示される全ルートに沿って２回目のワークピース１２２の加工を行うようにレーザシステム１０２を制御し得る。そして、画像処理モジュール１３８により再びワークピース１２２の加工状態を決定することができ、ワークピース１２２の加工状態がまだ未完了である場合には、加工ツール制御モジュールは、図７に示される全ルートに沿って３回目のワークピース１２２の加工を行うようにレーザシステム１０２を制御し得る。このプロセスは、ワークピース１２２の加工状態が完了であると決定されるまで（例えば、受信したサンプル画像が画像５００のようなものになるまで）必要な回数だけ繰り返され得る。
【００３４】
これまでワークピース１２２が全ルートに沿って加工された後にのみ画像処理モジュール１３８がワークピース１２２の加工状態を決定すると述べてきたが、あるルートの１以上のサブルートの間で画像処理モジュール１３８がワークピース１２２の加工状態を決定してもよいことは理解できよう。例えば、ｔ8＜ｔx＜ｔ9として時刻ｔ＝ｔxでワークピース１２２の加工状態を決定してもよい。他の例では、レーザエネルギービーム１１４が加工領域１１２に配置されたワークピース１２２のいずれの部分にも照射されていない任意の時点で（例えば、ｔ4＜ｔy＜ｔ5として、あるいはｔ10＜ｔy＜ｔ11などとして時刻ｔ＝ｔyで）ワークピース１２２の加工状態を決定することができる。さらに他の例では、レーザエネルギービーム１１４がワークピース１２２上に照射されているときにワークピース１２２の加工状態を決定することができる。理解されるように、画像処理モジュール１３８により加工状態が決定される前に毎回イメージセンサ１０８により画像信号が生成され得る。これらの実施形態においては、画像処理モジュール１３８は、受信したサンプル画像を、ある期間にわたって加工されるべきであったワークピース１２２の部分に一意に対応する基準画像と比較することによりワークピース１２２の加工状態を決定してもよい。これに代えて、あるいはこれに追加して、画像処理モジュール１３８は、受信したサンプル画像を（例えば基準画像６００のような）完成基準画像の対応する領域と比較することによりワークピース１２２の加工状態を決定してもよい。これらの実施形態のいずれにおいても、加工ツール制御モジュール１４０は、１以上の個々のサブルートに沿ったワークピース１１２の加工状態が完成したものと決定されるまで、その１以上の個々のサブルートに沿ってワークピース１２２を選択的に加工するようにレーザシステム１０２を制御することができる。
【００３５】
コントローラ１１０は、デジタル回路、アナログ回路、又はその両方を含む１以上の構成要素を有する電気回路であり得る。コントローラ１１０は、ソフトウェア及び／又はファームウェアによりプログラム可能なタイプであってもよく、ハードワイヤード専用状態マシンであってもよく、あるいはこれらの組み合わせであってもよい。一実施形態では、コントローラ１１０は、メモリと１以上の中央演算処理装置とを含むプログラマブルマイクロコントローラ固体集積回路である。（存在する場合には）コントローラ１１０に関連づけられたメモリは１以上の構成要素から構成されていてもよく、固体タイプ、光媒体タイプ、磁気タイプ、これらの組み合わせ、あるいは当業者が思いつくであろう異なる構成をはじめとして、任意の揮発性又は不揮発性タイプのものであってもよい。さらに、コントローラ１１０は、上述した画像処理モジュール１３８や加工ツール制御モジュール１４０のようなモジュールによって実現可能な１以上の制御プロセス等を規定するソフトウェア命令、ハードウェア命令、専用ハードウェアなどの形態の動作ロジックを含んでいる。
【００３６】
上記は本発明の実施形態を説明するものであって、本発明を限定するものと解釈すべきではない。本発明のいくつかの例示的な実施形態について述べたが、本発明の新規な教示及び効果から大きく逸脱することなくそれらの例示の実施形態の中で多くの改変が可能であることは、当業者であれば容易に理解できよう。例えば、加工領域を通過した検出光１３０の画像を検出するイメージセンサ１０８のようなイメージセンサの利用に関連してワークピースを加工するための装置及び方法の実施形態を述べてきたが、イメージセンサ１０８が検出光１３０の他の特徴を検出可能であることは理解できよう。例えば、加工領域１１２を通過する検出光１３０の存否、加工領域１１２を通過した検出光１３０の強度、加工領域１１２を通過する検出光１３０の位置など、又はこれらの組み合わせを単純に検出するようにイメージセンサを構成することができる。
【００３７】
このように、上記は本発明を説明するものであって、開示された本発明の具体的な例示の実施形態に限定されるものと解釈すべきではなく、開示された例示の実施形態及び他の実施形態に対する改変は、添付した特許請求の範囲に含まれることを意図されているものであることを理解すべきである。本発明は、以下の特許請求の範囲とこれに含まれるであろう均等物により画定される。
【図１】
2015520030.tif 000003
【図２】
2015520030.tif 000004
【図３】
2015520030.tif 000005
【図４】
2015520030.tif 000006
【図５】
2015520030.tif 000007
【図６】
2015520030.tif 000008
【図７】
2015520030.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月2日(2014.12.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースを加工する方法であって、
ワークピースの一部が加工ツールの加工領域内に位置するように前記ワークピースを配置し、
前記加工ツールを用いて前記加工領域内で前記ワークピースを加工し、
前記ワークピースが少なくとも部分的に不透明となる波長を有する検出光を前記加工領域内及び前記ワークピースの一部に照射し、
前記加工後に、前記加工領域を通過する前記検出光の特性を検出する、
方法。
【請求項２】
前記ワークピースが半導体ウェハである、請求項１の方法。
【請求項３】
前記ワークピースを加工する際に、前記ワークピースにレーザエネルギービームを照射する、請求項１の方法。
【請求項４】
前記ワークピースにレーザエネルギービームを照射する際に、記ワークピースの一部を除去する、請求項３の方法。
【請求項５】
前記ワークピースの一部を除去する際に、前記ワークピースを貫通する特徴部を形成する、請求項４の方法。
【請求項６】
前記ワークピースを加工する際に、前記ワークピースに対して前記レーザエネルギービームを横方向に走査する、請求項３の方法。
【請求項７】
前記加工領域を通過する前記検出光の前記特性を検出する際に、前記加工領域を通過する前記検出光の画像を検出する、請求項１の方法。
【請求項８】
さらに、前記検出に基づいて前記ワークピースの加工状態を決定する、請求項１の方法。
【請求項９】
さらに、前記ワークピースの前記決定された加工状態に基づいて前記加工ツールの動作を制御する、請求項８の方法。
【請求項１０】
前記レーザエネルギービームの照射はガルバノメータミラーを用いる、請求項３の方法。
【請求項１１】
前記レーザエネルギービームを照射する際に、前記加工領域内で複数のラインに沿って前記レーザエネルギービームを横方向に走査する、請求項３の方法。
【請求項１２】
前記レーザエネルギービームは、レーザ波長を有し、前記検出光は、前記レーザエネルギービームの前記レーザ波長とは異なる検出波長を有する、請求項３の方法。
【請求項１３】
前記ワークピースは、前記ワークピースほど前記検出光に対して不透明ではないチャックにより支持される、請求項１の方法。
【請求項１４】
前記加工領域を通過する前記検出光の特性の検出は、イメージセンサを該イメージセンサと前記加工領域との間に配置された光学フィルタとともに用い、
前記光学フィルタは、前記加工領域を通過する前記検出光の一部を選択的に通過させるように構成され、
前記イメージセンサは、前記光学フィルタにより選択的に通過させた前記検出光の一部に感応する、
請求項１の方法。
【請求項１５】
前記加工領域を通過する前記検出光の特性の検出は、コントローラが連結されたイメージセンサを用い、
前記イメージセンサは、前記加工領域を通過した前記検出光の前記検出された特性に対応する画像信号を生成するように構成され、
前記コントローラは、前記画像信号に基づいて前記ワークピースの加工状態を決定するように構成されている、
請求項１の方法。
【請求項１６】
前記コントローラは、さらに前記加工ツールに連結され、前記コントローラにより決定された前記加工状態に基づいて前記加工ツールの動作を制御するように構成されている、請求項１５の方法。
【請求項１７】
前記加工ツールは、前記ワークピースから材料を除去するためのレーザエネルギービームを生成するためのレーザシステムを備え、
前記加工領域を通過する前記検出光の特性の検出は、コントローラが連結されたイメージセンサを用い、
前記イメージセンサは、前記加工領域を通過した前記検出光の前記検出された特性に対応する画像信号を生成するように構成され、
前記コントローラは、前記画像信号に基づいて前記ワークピースの加工状態を決定するように構成され、
前記ワークピースの前記加工状態を決定する際に、前記画像信号により得られる情報を基準画像により得られる情報と比較する、
請求項１の方法。
【請求項１８】
前記レーザシステムは、前記ワークピースに対して前記レーザエネルギービームを操作するためのビームステアリングシステムを備え、
前記コントローラは、さらに前記レーザシステムに連結され、前記コントローラにより決定された前記加工状態に基づいて前記ビームステアリングシステムにレーザ走査ルートを提供するように構成されている、
請求項１７の方法。
【請求項１９】
前記加工ツールは、機械ドリル、機械鋸、プラズマエッチングシステム、又は化学エッチングシステムである、請求項１の方法。
【請求項２０】
前記ワークピースは、シリコン（Ｓｉ）ウェハ、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェハ、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）ウェハ、サファイアウェハ、プリント回路基板（ＰＣＢ）、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）、セラミック片、金属片、金属板、金属箔、ポリマ、相変化材料、カルコゲニド系相変化材料、ＧｅＳｂＴｅ、ＡｇＩｎＳｂＴｅ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ、ＩｎＳｂＴｅ、（ＧｅＳｎ）ＳｂＴｅ、ＩｎＳｅ、ＧａＳｅＴｅ、ＧｅＳｂ（ＳｅＴｅ）、ＳｂＴｅ、ＳｎＳｂＴｅ、ＴｅＧｅＳｂＳ、ＧｅＴｅ、ＩｎＳｂＧｅ、又はこれらの組み合わせのうちの少なくとも１つである、請求項１の方法。
【請求項２１】
前記ワークピースの加工により、前記ワークピースを貫通する又は部分的に切り欠いた特徴部を形成し、
前記特徴部は、ビア、孔、ボア、スロット、スクライブライン、又は基準マーカのうち少なくとも１つである、
請求項１の方法。
【請求項２２】
ワークピースを加工するための装置であって、
内部でワークピースを加工可能な加工領域を有する加工ツールと、
前記加工領域内に検出光を照射するように構成された照明システムであって、前記照明システムによって照射可能な検出光は、前記ワークピースが少なくとも部分的に不透明となる波長を有する、照明システムと、
前記加工領域を通過する前記検出光の特性を検出するように構成されたイメージセンサと、
前記ワークピースの少なくとも一部を前記加工領域内に位置させて前記検出光で照らすことができるようにワークピースを支持するように構成されたチャックと、
を備えた装置。
【国際調査報告】
2015520030.tif 000010
2015520030.tif 000011