JP2009142841A

JP2009142841A - Laser beam machining apparatus

Info

Publication number: JP2009142841A
Application number: JP2007321551A
Authority: JP
Inventors: Tatsugo Oba; 龍吾大庭; Hitoshi Hoshino; 仁志星野; Yoji Morikazu; 洋司森數; Keiji Nomaru; 圭司能丸
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2009-07-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machining apparatus capable of forming an altered layer in the inside of a workpiece without damaging the surface of the side of the workpiece to which side a laser beam is applied. <P>SOLUTION: The laser beam machining apparatus includes a chuck table for holding a wafer and with a laser beam irradiation means for irradiating the wafer, which is held by the chuck table, with a laser beam. The laser beam irradiation means includes a laser beam oscillating means for oscillating a laser beam and with a condenser having a condensing lens for condensing a laser beam oscillated from the laser beam oscillating means. The condensing lens makes a laser beam, which is oscillated from the laser beam oscillating means, to have a uniform space intensity distribution until the laser beam reaches a condensing point, and transits the uniform space intensity distribution to a steep one when the laser beam reaches the condensing point. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、チャックテーブルに保持されたウエーハ等の被加工物の一方の面に形成されたストリートに沿ってレーザー光線を照射し、ウエーハの内部にストリートに沿って変質層を形成するレーザー加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus that irradiates a laser beam along a street formed on one surface of a workpiece such as a wafer held on a chuck table and forms a deteriorated layer along the street inside the wafer. .

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体デバイスを製造している。 In the semiconductor device manufacturing process, a plurality of regions are partitioned by dividing lines called streets arranged in a lattice pattern on the surface of a substantially wafer-shaped semiconductor wafer, and devices such as ICs, LSIs, etc. are partitioned in the partitioned regions. Form. Then, the semiconductor wafer is cut along the streets to divide the region in which the device is formed to manufacture individual semiconductor devices.

近年、半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、その被加工物に対して透過性を有するパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、被加工物の一方の面側から内部に集光点を合わせて被加工物に対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のパルスレーザー光線を照射し、被加工物の内部にストリートに沿って変質層を連続的に形成し、この変質層が形成されることによって強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、被加工物を分割するものである。（例えば、特許文献１参照。）
特許第３４０８８０５号公報 In recent years, as a method of dividing a plate-like workpiece such as a semiconductor wafer, a pulsed laser beam having transparency to the workpiece is used, and the focused laser beam is aligned with the inside of the region to be divided. Laser processing methods for irradiation have also been attempted. The dividing method using this laser processing method irradiates a pulse laser beam having a wavelength (for example, 1064 nm) having transparency with respect to the work piece by aligning the condensing point from one side of the work piece to the inside. In this work, an altered layer is continuously formed along the street inside the workpiece, and the workpiece is divided by applying an external force along the street whose strength has been reduced by the formation of the altered layer. is there. (For example, refer to Patent Document 1.)
Japanese Patent No. 3408805

而して、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線をウエーハの内部に集光させても、ウエーハにおけるレーザー光線が照射される側の面にダメージを与えるという問題がある。このような問題は、レーザー光線を集光する集光レンズがガウシアン分布によるエネルギー分布を形成するからである。即ち、図８に示すように球面レンズからなる一般の集光レンズＬは、集光点Pにおいてレーザー光線LBのエネルギーが最も高いガウシアン分布を形成する。また、集光レンズＬは、集光点Pに至るまでのレーザー光線LBのエネルギー分布もガウシアン分布を形成する。そして、集光点Pにおけるピークエネルギーを１とすると、集光点Pより例えば１００μm上流側の位置Sにおけるピークエネルギーは略０．０５もある。従って、ウエーハWの上面から１００μm内部にレーザー光線LBの集光点を位置付けても、ウエーハWの上面には集光点Pにおけるピークエネルギーの５％が作用し、ウエーハの上面（レーザー光線が照射される側の面）にダメージを与えることになる。 Thus, even if a laser beam having a wavelength that is transmissive to the wafer is condensed inside the wafer, there is a problem that the surface of the wafer on the side irradiated with the laser beam is damaged. Such a problem is because a condensing lens that condenses the laser beam forms an energy distribution by a Gaussian distribution. That is, as shown in FIG. 8, a general condenser lens L made of a spherical lens forms a Gaussian distribution with the highest energy of the laser beam LB at the condensing point P. The condensing lens L also forms a Gaussian distribution in the energy distribution of the laser beam LB up to the condensing point P. When the peak energy at the condensing point P is 1, the peak energy at the position S, for example, 100 μm upstream from the condensing point P is approximately 0.05. Therefore, even if the focal point of the laser beam LB is positioned within 100 μm from the upper surface of the wafer W, 5% of the peak energy at the focal point P acts on the upper surface of the wafer W, and the upper surface of the wafer (irradiated with the laser beam). Will damage the side).

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、被加工物におけるレーザー光線が照射される側の面にダメージを与えることなく、被加工物の内部に変質層を形成することができるレーザー加工装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned facts, and its main technical problem is to form a deteriorated layer inside the workpiece without damaging the surface of the workpiece irradiated with the laser beam. It is providing the laser processing apparatus which can do.

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該レーザー光線照射手段は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光する集光レンズを備えた集光器とを具備し、
該集光レンズは、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光点に向かって空間強度分布が一様な分布から集光点に達して急峻な分布に遷移するように構成されている、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。 In order to solve the above-mentioned main technical problem, according to the present invention, laser processing comprising: a chuck table for holding a workpiece; and a laser beam irradiation means for irradiating the workpiece held on the chuck table with a laser beam. In the device
The laser beam irradiating means comprises a laser beam oscillating means for oscillating a laser beam, and a condenser having a condenser lens for condensing the laser beam oscillated from the laser beam oscillating means,
The condensing lens is configured so that the laser beam oscillated from the laser beam oscillating means transitions from a uniform distribution toward a condensing point to a steep distribution from a uniform distribution toward the condensing point.
A laser processing apparatus is provided.

本発明によれば、レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光する集光レンズは、レーザー光線を集光点に向かって空間強度分布が一様な分布から集光点に達して急峻な分布に遷移するように構成されているので、集光レンズによって集光されるレーザー光線の集光点を被加工物の内部に位置付けて照射することにより、被加工物の内部はレーザー光線のピークエネルギーによって加工される。この結果、被加工物の内部には変質層が形成される。一方、レーザー光線における集光点より上流側のエネルギーは空間強度分布が一様な分布となるので、レーザー光線が照射される面付近におけるエネルギーが極めて低くなる。従って、被加工物におけるレーザー光線が照射される側の面にダメージを与えることなく、被加工物の内部に変質層を形成することができる According to the present invention, the condensing lens for condensing the laser beam oscillated from the laser beam oscillator means that the spatial intensity distribution from the uniform distribution toward the condensing point reaches the condensing point and becomes a steep distribution. Because it is configured to transition, the inside of the workpiece is processed by the peak energy of the laser beam by irradiating the laser beam focused by the condenser lens with the focusing point positioned inside the workpiece. The As a result, a deteriorated layer is formed inside the workpiece. On the other hand, the energy upstream of the condensing point in the laser beam has a uniform spatial intensity distribution, so the energy in the vicinity of the surface irradiated with the laser beam is extremely low. Therefore, a deteriorated layer can be formed inside the workpiece without damaging the surface of the workpiece that is irradiated with the laser beam.

以下、本発明によるレーザー加工装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１には、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２に上記矢印Ｘで示す方向と直角な矢印Ｙで示す割り出し方向に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構４と、該レーザー光線ユニット支持機構４に矢印Ｚで示す焦点位置調整方向に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット５とを具備している。 Preferred embodiments of a laser processing apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a perspective view of a laser processing apparatus constructed according to the present invention. A laser processing apparatus shown in FIG. 1 includes a stationary base 2, a chuck table mechanism 3 that is disposed on the stationary base 2 so as to be movable in a machining feed direction indicated by an arrow X, and holds a workpiece. 2 is arranged so as to be movable in an indexing direction indicated by an arrow Y perpendicular to the direction indicated by the arrow X, and the laser beam unit supporting mechanism 4 is moved in a focus position adjusting direction indicated by an arrow Z And a laser beam irradiation unit 5 which can be arranged.

上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上に矢印Ｘで示す方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上に矢印Ｘで示す方向に移動可能に配設された第一の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上に矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持された支持テーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成され被加工物保持面３６１を備えており、チャックテーブル３６上に板状の被加工物である例えば円盤状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。また、チャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。 The chuck table mechanism 3 includes a pair of guide rails 31, 31 arranged in parallel along the direction indicated by the arrow X on the stationary base 2, and the direction indicated by the arrow X on the guide rails 31, 31. A first sliding block 32 movably disposed, a second sliding block 33 movably disposed on the first sliding block 32 in a direction indicated by an arrow Y, and the second sliding block A support table 35 supported by a cylindrical member 34 on a block 33 and a chuck table 36 as a workpiece holding means are provided. The chuck table 36 is formed of a porous material and has a workpiece holding surface 361 so that a plate-like workpiece, for example, a disk-shaped semiconductor wafer is held on the chuck table 36 by suction means (not shown). It has become. Further, the chuck table 36 is rotated by a pulse motor (not shown) disposed in the cylindrical member 34.

上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面に矢印Ｙで示す方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す方向に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に図示しない減速装置を介して伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第一の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられる。 The first sliding block 32 is provided with a pair of guided grooves 321 and 321 fitted to the pair of guide rails 31 and 31 on the lower surface thereof, and along the direction indicated by the arrow Y on the upper surface thereof. A pair of guide rails 322 and 322 formed in parallel are provided. The first sliding block 32 configured as described above has the guided grooves 321 and 321 fitted into the pair of guide rails 31 and 31, thereby the direction indicated by the arrow X along the pair of guide rails 31 and 31. It is configured to be movable. The chuck table mechanism 3 in the illustrated embodiment includes a processing feed means 37 for moving the first sliding block 32 in the direction indicated by the arrow X along the pair of guide rails 31, 31. The processing feed means 37 includes a male screw rod 371 disposed in parallel between the pair of guide rails 31 and 31, and a drive source such as a pulse motor 372 for rotationally driving the male screw rod 371. One end of the male screw rod 371 is rotatably supported by a bearing block 373 fixed to the stationary base 2, and the other end is connected to the output shaft of the pulse motor 372 via a reduction gear (not shown). ing. The male screw rod 371 is screwed into a penetrating female screw hole formed in a female screw block (not shown) provided on the lower surface of the central portion of the first sliding block 32. Therefore, when the male screw rod 371 is driven to rotate forward and backward by the pulse motor 372, the first sliding block 32 is moved along the guide rails 31, 31 in the machining feed direction indicated by the arrow X.

上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、矢印Ｙで示す方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す方向に移動させるための第１の割り出し送り手段３８を具備している。第１の割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に図示しない減速装置を介して伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。 The second sliding block 33 is provided with a pair of guided grooves 331 and 331 which are fitted to a pair of guide rails 322 and 322 provided on the upper surface of the first sliding block 32 on the lower surface thereof. By fitting the guided grooves 331 and 331 to the pair of guide rails 322 and 322, the guided grooves 331 and 331 are configured to be movable in the direction indicated by the arrow Y. The chuck table mechanism 3 in the illustrated embodiment is a first for moving the second slide block 33 along the pair of guide rails 322 and 322 provided in the first slide block 32 in the direction indicated by the arrow Y. The indexing and feeding means 38 is provided. The first index feed means 38 includes a male screw rod 381 disposed in parallel between the pair of guide rails 322 and 322, and a drive source such as a pulse motor 382 for rotationally driving the male screw rod 381. It is out. One end of the male screw rod 381 is rotatably supported by a bearing block 383 fixed to the upper surface of the first sliding block 32, and the other end is connected to the output shaft of the pulse motor 382 via a reduction gear (not shown). Are connected. The male screw rod 381 is screwed into a penetrating female screw hole formed in a female screw block (not shown) provided on the lower surface of the central portion of the second sliding block 33. Therefore, when the male screw rod 381 is driven to rotate forward and reversely by the pulse motor 382, the second slide block 33 is moved along the guide rails 322 and 322 in the index feed direction indicated by the arrow Y.

上記レーザー光線照射ユニット支持機構４は、静止基台２上に矢印Ｙで示す方向に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上に矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一側面に矢印Ｚで示す方向に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿って矢印Ｙで示す方向に移動させるための第２の割り出し送り手段４３を具備している。第２の割り出し送り手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロッド４３１と、該雄ねじロッド４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に図示しない減速装置を介して伝動連結されている。なお、雄ネジロッド４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロッド４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。 The laser beam irradiation unit support mechanism 4 includes a pair of guide rails 41, 41 arranged in parallel along the direction indicated by the arrow Y on the stationary base 2, and the arrow Y on the guide rails 41, 41. A movable support base 42 is provided so as to be movable in the direction. The movable support base 42 includes a movement support portion 421 that is movably disposed on the guide rails 41, 41, and a mounting portion 422 that is attached to the movement support portion 421. The mounting portion 422 is provided with a pair of guide rails 423 and 423 extending in the direction indicated by the arrow Z on one side surface in parallel. The laser beam irradiation unit support mechanism 4 in the illustrated embodiment includes a second index feed means 43 for moving the movable support base 42 in the direction indicated by the arrow Y along the pair of guide rails 41, 41. Yes. The second index feed means 43 includes a male screw rod 431 disposed in parallel between the pair of guide rails 41, 41, and a drive source such as a pulse motor 432 for rotationally driving the male screw rod 431. It is out. One end of the male screw rod 431 is rotatably supported by a bearing block (not shown) fixed to the stationary base 2 and the other end is connected to the output shaft of the pulse motor 432 via a reduction gear (not shown). Has been. The male screw rod 431 is screwed into a female screw hole formed in a female screw block (not shown) provided on the lower surface of the central portion of the moving support portion 421 constituting the movable support base 42. For this reason, when the male screw rod 431 is driven to rotate forward and backward by the pulse motor 432, the movable support base 42 is moved along the guide rails 41, 41 in the index feed direction indicated by the arrow Y.

図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられたレーザー光線照射手段５２を具備している。ユニットホルダ５１は、上記装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝５１１、５１１が設けられており、この被案内溝５１１、５１１を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、矢印Ｚで示す方向に移動可能に支持される。 The laser beam irradiation unit 5 in the illustrated embodiment includes a unit holder 51 and laser beam irradiation means 52 attached to the unit holder 51. The unit holder 51 is provided with a pair of guided grooves 511 and 511 that are slidably fitted to a pair of guide rails 423 and 423 provided in the mounting portion 422. By being fitted to the guide rails 423 and 423, the guide rails 423 and 423 are supported so as to be movable in the direction indicated by the arrow Z.

上記レーザー光線照射手段５２について、図１および図２を参照して説明する。
図示のレーザー光線照射手段５２は、上記ユニットホルダ５１に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング５２１と、該ケーシング５２１内に配設されたパルスレーザー光線発振手段５２２および出力調整手段５２３と、ケーシング５２１の先端に装着されパルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたレーザー光線を集光する集光器５２４を具備している。 The laser beam irradiation means 52 will be described with reference to FIGS.
The illustrated laser beam irradiation means 52 includes a cylindrical casing 521 fixed to the unit holder 51 and extending substantially horizontally, a pulse laser beam oscillation means 522 and an output adjustment means 523 disposed in the casing 521, A condenser 524 that is attached to the tip of the casing 521 and condenses the laser beam emitted from the pulsed laser beam oscillation means 522 is provided.

上記パルスレーザー光線発振手段５２２は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器５２２aと、これに付設された繰り返し周波数設定手段５２２bとから構成されている。上記出力調整手段５２３は、パルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたパルスレーザー光線LBの出力を所定の出力に調整する。これらパルスレーザー光線発振手段５２２および出力調整手段５２３は、図示しない制御手段によって制御される。 The pulse laser beam oscillation means 522 is composed of a pulse laser beam oscillator 522a composed of a YAG laser oscillator or a YVO4 laser oscillator, and a repetition frequency setting means 522b attached thereto. The output adjustment unit 523 adjusts the output of the pulse laser beam LB oscillated from the pulse laser beam oscillation unit 522 to a predetermined output. These pulse laser beam oscillation means 522 and output adjustment means 523 are controlled by a control means (not shown).

上記集光器５２４は、図２に示すようにハウジング５２４aと、該ハウジング５２４a内に配設されパルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたレーザー光線LBを下方に向けて方向変換する方向変換ミラー５２４bと、該方向変換ミラー５２４bによって方向変換されたレーザー光線を集光する集光レンズ５２４cを具備している。この集光レンズ５２４cは、レーザー光線発振手段５２２から発振されたレーザー光線LBを集光点に向かって空間強度分布が一様な分布から集光点に達して急峻な分布に遷移するように構成されている。このよう構成された集光レンズ５２４cによって集光されるレーザー光線LBのエネルギー分布について、図３を参照して説明する。図３に示すように集光レンズ５２４cによって集光されウエーハWに照射されるレーザー光線LBのエネルギー分布は、集光点Pに向かって空間強度分布が一様に分布され、集光点Pにおいて急峻なガウシアン分布を形成する。このようなエネルギー分布においては、集光点Pにおけるピークエネルギーを１とすると、集光点Pより例えば１００μm上流側の位置Sにおけるピークエネルギーは０．０２（２％）程度である。従って、集光点Pより例えば１００μm上流側の位置Sにおけるピークエネルギーは、上記図８に示す従来一般に用いられている集光レンズLの集光点Pより１００μm上流側の位置Sにおけるピークエネルギーと比較して２／５に低下する。このような集光レンズ５２４cは、非球面レンズ、回析光学素子またはマスク光学系によって構成することができる。 As shown in FIG. 2, the condenser 524 includes a housing 524a, a direction changing mirror 524b that is disposed in the housing 524a and changes the direction of the laser beam LB oscillated from the pulsed laser beam oscillation means 522, A condensing lens 524c for condensing the laser beam whose direction has been changed by the direction changing mirror 524b is provided. The condensing lens 524c is configured so that the laser beam LB oscillated from the laser beam oscillating means 522 is shifted from a uniform distribution toward a condensing point to a steep distribution toward the condensing point. Yes. The energy distribution of the laser beam LB condensed by the condensing lens 524c configured as described above will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the energy distribution of the laser beam LB condensed by the condensing lens 524c and applied to the wafer W has a uniform spatial intensity distribution toward the condensing point P, and is steep at the condensing point P. Form a Gaussian distribution. In such an energy distribution, when the peak energy at the condensing point P is 1, the peak energy at the position S, for example, 100 μm upstream from the condensing point P is about 0.02 (2%). Accordingly, the peak energy at the position S, for example, 100 μm upstream from the condensing point P is the peak energy at the position S, 100 μm upstream from the condensing point P of the condensing lens L generally used in the prior art shown in FIG. Compared to 2/5. Such a condensing lens 524c can be constituted by an aspheric lens, a diffraction optical element, or a mask optical system.

図１に戻って説明を続けると、上記レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の前端部には、上記レーザー光線照射手段５２によってレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段６が配設されている。この撮像手段６は、図示の実施形態においては可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。 Returning to FIG. 1, the description will be continued. At the front end portion of the casing 521 constituting the laser beam irradiation means 52, an imaging means 6 for detecting a processing region to be laser processed by the laser beam irradiation means 52 is disposed. . In the illustrated embodiment, the imaging unit 6 includes an infrared illumination unit that irradiates a workpiece with infrared rays, and an infrared ray that is irradiated by the infrared illumination unit, in addition to a normal imaging device (CCD) that captures visible light. And an imaging device (infrared CCD) that outputs an electrical signal corresponding to the infrared rays captured by the optical system, and sends the captured image signal to a control means (not shown).

図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１を一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向に移動させるための移動手段５４を具備している。移動手段５４は、一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロッド（図示せず）と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ５４２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５４２によって図示しない雄ネジロッドを正転または逆転駆動することにより、ユニットホルダ５１およびレーザー光線照射手段５２を一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向に移動せしめる。なお、図示の実施形態においては、パルスモータ５４２を正転駆動することによりレーザー光線照射手段５２を上方に移動し、パルスモータ５４２を逆転駆動することによりレーザー光線照射手段５２を下方に移動するようになっている。 The laser beam irradiation unit 5 in the illustrated embodiment includes a moving means 54 for moving the unit holder 51 along the pair of guide rails 423 and 423 in the direction indicated by the arrow Z. The moving means 54 includes a male screw rod (not shown) disposed between the pair of guide rails 423 and 423, and a driving source such as a pulse motor 542 for rotationally driving the male screw rod. By driving the male screw rod (not shown) by the motor 542 in the normal or reverse direction, the unit holder 51 and the laser beam irradiation means 52 are moved along the pair of guide rails 423 and 423 in the direction indicated by the arrow Z. In the illustrated embodiment, the laser beam irradiation means 52 is moved upward by driving the pulse motor 542 forward, and the laser beam irradiation means 52 is moved downward by driving the pulse motor 542 in the reverse direction. ing.

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
ここで、上記レーザー加工装置によって加工される被加工物であるウエーハとしての半導体ウエーハについて、図４を参照して説明する。図４に示す半導体ウエーハ１０は、厚みが例えば１５０μmのシリコンウエーハからなっており、表面１０ａに複数のストリート１１が格子状に形成されているとともに、該複数のストリート１１によって区画された複数の領域にIC、LSI等のデバイス１２が形成されている。
このように構成された半導体ウエーハ１０の内部にレーザー光線の集光点を位置付けてストリート１１に沿ってレーザー加工を施し、半導体ウエーハ１０の内部にストリート１１に沿って変質層を形成するには、図５に示すように半導体ウエーハ１０の表面１０aに保護テープ２０を貼着する（保護テープ貼着工程）。 The laser processing apparatus in the illustrated embodiment is configured as described above, and the operation thereof will be described below.
Here, a semiconductor wafer as a wafer to be processed by the laser processing apparatus will be described with reference to FIG. A semiconductor wafer 10 shown in FIG. 4 is made of a silicon wafer having a thickness of, for example, 150 μm, and a plurality of streets 11 are formed in a lattice shape on the surface 10a, and a plurality of regions partitioned by the plurality of streets 11 are formed. Further, a device 12 such as an IC or LSI is formed.
In order to form a deteriorated layer along the street 11 inside the semiconductor wafer 10 by performing laser processing along the street 11 by positioning the condensing point of the laser beam inside the semiconductor wafer 10 thus configured. As shown in FIG. 5, a protective tape 20 is attached to the surface 10a of the semiconductor wafer 10 (protective tape attaching step).

上述した保護テープ貼着工程を実施したならば、半導体ウエーハ１０の内部にレーザー光線の集光点を位置付けてストリート１１に沿ってレーザー加工を施し、半導体ウエーハ１０の内部にストリート１１に沿って変質層を形成するレーザー光線照射工程を実施する。このレーザー光線照射工程は、先ず上述した図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０の保護テープ２０側を載置し、該チャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０を吸着保持する。従って、半導体ウエーハ１０は、裏面１０bを上側にして保持される。 If the above-described protective tape attaching step is performed, a laser beam focusing point is positioned inside the semiconductor wafer 10 and laser processing is performed along the street 11, and an altered layer is formed along the street 11 inside the semiconductor wafer 10. The laser beam irradiation process which forms is implemented. In this laser beam irradiation step, first, the protective tape 20 side of the semiconductor wafer 10 is placed on the chuck table 36 of the laser processing apparatus shown in FIG. 1 and the semiconductor wafer 10 is sucked and held on the chuck table 36. Therefore, the semiconductor wafer 10 is held with the back surface 10b facing upward.

上述したように半導体ウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７によって撮像手段６の直下に位置付けられる。チャックテーブル３６が撮像手段６の直下に位置付けられると、撮像手段６および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ１０のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段６および図示しない制御手段は、半導体ウエーハ１０の所定方向に形成されているストリート１１と、ストリート１１に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２の集光器５２４との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。また、半導体ウエーハ１０に形成されている上記所定方向に対して直角に延びるストリート１１に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。このとき、半導体ウエーハ１０のストリート１１が形成されている表面１０ａは下側に位置しているが、撮像手段６が上述したように赤外線照明手段と赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成された撮像手段を備えているので、裏面１０ｂから透かしてストリート１１を撮像することができる。 As described above, the chuck table 36 that sucks and holds the semiconductor wafer 10 is positioned directly below the imaging unit 6 by the processing feed unit 37. When the chuck table 36 is positioned immediately below the image pickup means 6, an alignment operation for detecting a processing region to be laser processed of the semiconductor wafer 10 is executed by the image pickup means 6 and a control means (not shown). That is, the imaging unit 6 and the control unit (not shown) align the streets 11 formed in a predetermined direction of the semiconductor wafer 10 with the condenser 524 of the laser beam irradiation unit 52 that irradiates laser beams along the streets 11. Image processing such as pattern matching is performed to perform alignment of the laser beam irradiation position. Similarly, alignment of the laser beam irradiation position is performed on the street 11 formed on the semiconductor wafer 10 and extending at right angles to the predetermined direction. At this time, the surface 10a on which the street 11 of the semiconductor wafer 10 is formed is located on the lower side. However, as described above, the imaging unit 6 is an infrared illumination unit, an optical system that captures infrared rays, and an electrical signal corresponding to the infrared rays. Since the image pickup device is configured with an image pickup device (infrared CCD) or the like that outputs the image, the street 11 can be picked up through the back surface 10b.

以上のようにしてチャックテーブル３６上に保持された半導体ウエーハ１０に形成されているストリート１１を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、図６(a)で示すようにチャックテーブル３６をレーザー光線照射手段５２の集光器５２４が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定のストリート１１を集光器５２４の直下に位置付ける。このとき、図６の（ａ）で示すように半導体ウエーハ１０は、ストリート１１の一端(図６の(a)において左端)が集光器５２４の直下に位置するように位置付けられる。次に、集光器５２４からパルスレーザー光線LBを照射しつつチャックテーブル３６を図６の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図６の（ｂ）で示すようにストリート１１の他端（図６(b)において右端）が集光器５２４の直下位置に達したら、パルスレーザー光線LBの照射を停止するとともにチャックテーブル３６の移動を停止する。このとき、集光器５２４から照射されるパルスレーザー光線LBの集光点Pを図６の(a)および図７の(a)に示すように半導体ウエーハ１０の裏面１０b（上面）から例えば１００μm下方位置に位置付ける。この結果、半導体ウエーハ１０の内部の集光点Pにおいては図７の(a)に示すようにレーザー光線のエネルギーがガウシアン分布のピークエネルギーによって加工される。この結果、図６の(b)および図７の(b)に示すように半導体ウエーハ１０の内部にはストリート１１に沿って変質層１１０が形成される。一方、半導体ウエーハ１０におけるレーザー光線が照射される側の裏面１０b（上面）、即ち集光点Pより１００μm上流側の位置Sに照射されるレーザー光線LBのピークエネルギーは上述したように集光点Pにおけるピークエネルギーの２％程度となる。即ち、集光点Pより１００μm上流側の位置Sに照射されるレーザー光線LBのピークエネルギーは、図８に示す従来一般に用いられている集光レンズLの集光点Pより１００μm上流側の位置Sにおけるピークエネルギーと比較して２／５と低くなる。従って、半導体ウエーハ１０の内部には図６の(b)および図７の(b)に示すようにストリート１１に沿って変質層１１０が形成されるが、半導体ウエーハ１０におけるレーザー光線LBが照射される側の裏面１０b（上面）がレーザー光線のエネルギーによってダメージを受けることはない。 If the street 11 formed on the semiconductor wafer 10 held on the chuck table 36 is detected as described above and the alignment of the laser beam irradiation position is performed, the chuck table as shown in FIG. 36 is moved to the laser beam irradiation region where the condenser 524 of the laser beam application means 52 is located, and the predetermined street 11 is positioned immediately below the condenser 524. At this time, as shown in FIG. 6A, the semiconductor wafer 10 is positioned such that one end of the street 11 (the left end in FIG. 6A) is located directly below the condenser 524. Next, the chuck table 36 is moved in the direction indicated by the arrow X1 in FIG. 6A at a predetermined processing feed speed while irradiating the pulse laser beam LB from the condenser 524. Then, as shown in FIG. 6B, when the other end of the street 11 (the right end in FIG. 6B) reaches a position immediately below the condenser 524, the irradiation of the pulse laser beam LB is stopped and the chuck table 36 is stopped. Stop moving. At this time, the condensing point P of the pulsed laser beam LB irradiated from the condenser 524 is, for example, 100 μm below the rear surface 10b (upper surface) of the semiconductor wafer 10 as shown in FIGS. 6 (a) and 7 (a). Position to position. As a result, at the condensing point P inside the semiconductor wafer 10, the energy of the laser beam is processed by the peak energy of the Gaussian distribution as shown in FIG. As a result, as shown in FIG. 6B and FIG. 7B, the altered layer 110 is formed along the street 11 in the semiconductor wafer 10. On the other hand, the peak energy of the laser beam LB irradiated to the back surface 10b (upper surface) of the semiconductor wafer 10 on the side irradiated with the laser beam, that is, the position S 100 μm upstream from the condensing point P is as described above. It is about 2% of the peak energy. That is, the peak energy of the laser beam LB applied to the position S 100 μm upstream from the condensing point P is the position S 100 μm upstream from the condensing point P of the conventional condensing lens L shown in FIG. Compared to the peak energy at 2/5, it becomes 2/5 lower. Accordingly, the altered layer 110 is formed along the street 11 as shown in FIGS. 6B and 7B inside the semiconductor wafer 10, but the laser beam LB on the semiconductor wafer 10 is irradiated. The rear surface 10b (upper surface) on the side is not damaged by the energy of the laser beam.

上記レーザー光線照射工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
レーザー光線の光源：ＹＶＯ４レーザーまたはＹＡＧレーザー
波長：１０６４ｎｍ
出力：１Ｗ
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
集光スポット径：φ１０μm
加工送り速度：３００ｍｍ／秒 The processing conditions in the laser beam irradiation step are set as follows, for example.
Laser light source: YVO4 laser or YAG laser Wavelength: 1064 nm
Output: 1W
Repetition frequency: 100 kHz
Condensing spot diameter: φ10μm
Processing feed rate: 300 mm / sec

上述したレーザー光線照射工程を半導体ウエーハ１０に所定方向に形成された全てのストリート１１に沿って実施したならば、チャックテーブル３６を９０度回動する。そして、半導体ウエーハ１０に上記所定方向と直交する方向に形成された全てのストリート１１に沿って上述したレーザー光線照射工程を実施する。 If the above-described laser beam irradiation process is performed along all the streets 11 formed in the semiconductor wafer 10 in a predetermined direction, the chuck table 36 is rotated 90 degrees. Then, the laser beam irradiation process described above is performed along all the streets 11 formed on the semiconductor wafer 10 in a direction orthogonal to the predetermined direction.

以上のようにして光デバイスウエーハ１０に形成された全てのストリート１１に沿って上述したレーザー光線照射工程を実施したならば、半導体ウエーハ１０は次工程である分割工程に搬送される。そして、分割工程において、半導体ウエーハ１０は内部に変質層が形成され強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、個々のデバイスに容易に分割することができる。 If the above-described laser beam irradiation process is performed along all the streets 11 formed on the optical device wafer 10 as described above, the semiconductor wafer 10 is transferred to the next dividing process. In the dividing step, the semiconductor wafer 10 can be easily divided into individual devices by applying an external force along the street where the deteriorated layer is formed and the strength is reduced.

本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図。The perspective view of the laser processing apparatus comprised according to this invention. 図１に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段の構成を簡略に示すブロック図。The block diagram which shows simply the structure of the laser beam irradiation means with which the laser processing apparatus shown in FIG. 1 is equipped. 図２に示すレーザー光線照射手段の集光器を構成する集光レンズによって集光されるレーザー光線のエネルギー分布を示す説明図。Explanatory drawing which shows energy distribution of the laser beam condensed by the condensing lens which comprises the collector of the laser beam irradiation means shown in FIG. ウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図。The perspective view of the semiconductor wafer as a wafer. 図４に示す半導体ウエーハの表面に保護テープを貼着した状態を示す斜視図。The perspective view which shows the state which affixed the protective tape on the surface of the semiconductor wafer shown in FIG. 図１に示すレーザー加工装置を用いて実施するレーザー光線照射工程の説明図。Explanatory drawing of the laser beam irradiation process implemented using the laser processing apparatus shown in FIG. 図６に示すレーザー光線照射工程によってレーザー加工される光デバイスウエーハの要部拡大断面図。The principal part expanded sectional view of the optical device wafer laser-processed by the laser beam irradiation process shown in FIG. 従来用いられているレーザー光線照射手段の集光器を構成する集光レンズによって集光されるレーザー光線のエネルギー分布を示す説明図。Explanatory drawing which shows energy distribution of the laser beam condensed by the condensing lens which comprises the collector of the laser beam irradiation means used conventionally.

Explanation of symbols

２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３８：第１の割り出し送り手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４３：第２の割り出し送り手段
５：レーザー光線照射ユニット
５１：ユニットホルダ
５２：レーザー光線照射手段
５２２：パルスレーザー光線発振手段
５２３：出力調整手段
５２４：集光器
５２４c：集光レンズ
６：撮像手段
１０：半導体ウエーハ
１１：ストリート
１１０：変質層
１２：デバイス
２０：保護テープ 2: stationary base 3: chuck table mechanism 36: chuck table 37: processing feeding means 38: first index feeding means 4: laser beam irradiation unit support mechanism 43: second index feeding means 5: laser beam irradiation unit 51: unit Holder 52: Laser beam irradiation means 522: Pulse laser beam oscillation means 523: Output adjustment means 524: Condenser 524c: Condensing lens 6: Imaging means 10: Semiconductor wafer 11: Street 110: Altered layer 12: Device 20: Protective tape

Claims

In a laser processing apparatus comprising: a chuck table that holds a wafer; and a laser beam irradiation unit that irradiates a wafer held by the chuck table with a laser beam.
The laser beam irradiating means comprises a laser beam oscillating means for oscillating a laser beam, and a condenser having a condenser lens for condensing the laser beam oscillated from the laser beam oscillating means,
The condensing lens is configured so that the laser beam oscillated from the laser beam oscillating means transitions from a uniform distribution toward a condensing point to a steep distribution from a uniform distribution toward the condensing point.
Laser processing equipment characterized by that.