JP2010158691A - Laser beam machining apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハに所定の分割予定ラインに沿ってレーザー加工を施すレーザー加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus for performing laser processing on a wafer such as a semiconductor wafer or an optical device wafer along a predetermined division line.
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状であるシリコン基板の表面に格子状に配列された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。このように形成された半導体ウエーハを分割予定ラインに沿って切断することにより回路が形成された領域を分割して個々のデバイスを製造している。また、サファイヤ基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハも分割予定ラインに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。 In the semiconductor device manufacturing process, a plurality of regions are defined by dividing lines arranged in a lattice pattern on the surface of a substantially disk-shaped silicon substrate, and devices such as ICs and LSIs are formed in the partitioned regions. . The semiconductor wafer formed in this way is cut along a predetermined division line to divide the region where the circuit is formed to manufacture individual devices. In addition, optical device wafers with gallium nitride compound semiconductors laminated on the surface of sapphire substrates are also divided into individual optical devices such as light-emitting diodes and laser diodes by cutting along the planned division lines, and are widely used in electrical equipment. It's being used.
このような半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハの分割方法として、ウエーハに形成された分割予定ラインに沿ってウエーハに対して吸収性を有する波長(例えば355nm)のパルスレーザー光線を照射することによりレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿ってメカニカルブレーキング装置によって割断する方法が提案されている。(例えば、特許文献1参照。)
また、上述したウエーハの分割方法として、ウエーハ内部に集光点を合わせてウエーハ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分割予定ラインに沿って照射し、ウエーハの内部に分割予定ライン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分割予定ラインに沿って外力を加えることにより、ウエーハを分割する方法も提案されている。(例えば、特許文献2参照。)
上述したIC、LSI等のデバイスや光デバイスはシリコン基板やサファイヤ基板の表面にデバイス層を積層して形成されているため、レーザー光線の照射によってデバイス層に損傷を与えないために、ウエーハの裏面側からレーザー光線を照射する。しかるに、照射されたレーザー光線の全てのエネルギーが加工に寄与するわけではなく、加工に寄与しないエネルギーの一部は基板を透過して基板の表面に形成されたデバイス層を損傷させるという問題がある。 The above-mentioned devices such as IC and LSI and optical devices are formed by laminating a device layer on the surface of a silicon substrate or sapphire substrate, so that the device layer is not damaged by laser beam irradiation. Irradiate with laser beam. However, not all of the energy of the irradiated laser beam contributes to processing, and there is a problem that part of the energy that does not contribute to processing passes through the substrate and damages the device layer formed on the surface of the substrate.
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、ウエーハの裏面側から分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射し、ウエーハの表面に損傷を与えることなくウエーハに分割予定ラインに沿ってレーザー加工を施す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 irradiate a laser beam along the planned dividing line from the back side of the wafer and to divide the wafer without damaging the surface of the wafer. To provide a laser processing apparatus capable of performing laser processing along a line.
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、直線偏光のレーザー光線を発振するレーザー発振器と該レーザー発振器にパルス信号を出力するパルス生成器とを備えたパルスレーザー光線発振手段と、該パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線の各パルスの波の一部を曲げて第1の波と該第1の波と直交する方向の第2の波を生成する電気光学効果素子と、該電気光学効果素子によって生成された第1の波と第2の波を分離する偏光ビームスプリッターと、該偏光ビームスプリッターによって分離された一方の波を吸収するダンパーと、該偏光ビームスプリッターによって分離された他方の波を集光する集光器と、該電気光学効果素子を制御する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線の各パルスの波におけるエネルギー分布の立上り部と立下り部のうち少なくとも立上り部と他の部とを相対的に第1の波と第2の波に生成するように該電気光学効果素子を制御し、
該偏光ビームスプリッターは、該第1の波を該ダンパーに導き、該第2の波を該集光器に導く、
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 includes a pulse laser beam oscillating means including a laser oscillator that oscillates a linearly polarized laser beam and a pulse generator that outputs a pulse signal to the laser oscillator, and a pulse laser beam oscillated from the pulse laser beam oscillating means. An electro-optic effect element that generates a first wave and a second wave in a direction orthogonal to the first wave by bending a part of the wave of each pulse, and a first wave generated by the electro-optic effect element A polarization beam splitter that separates the wave and the second wave, a damper that absorbs one of the waves separated by the polarization beam splitter, and a collector that collects the other wave separated by the polarization beam splitter; And a control means for controlling the electro-optic effect element,
The control means is configured to make at least the rising part and the other part of the rising and falling parts of the energy distribution in the wave of each pulse of the pulse laser beam oscillated from the pulse laser beam oscillating means relatively the first wave. Controlling the electro-optic effect element to generate a second wave;
The polarizing beam splitter directs the first wave to the damper and directs the second wave to the collector;
A laser processing apparatus is provided.
上記レーザー光線照射手段は、パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線が電気光学効果素子に到達する時点と制御手段が出力する制御信号が電気光学効果素子に到達する時点を同期させる同期手段を具備していることが望ましい。 The laser beam irradiation means includes synchronization means for synchronizing the time when the pulse laser beam oscillated from the pulse laser beam oscillation means reaches the electro-optic effect element and the time when the control signal output from the control means reaches the electro-optic effect element. It is desirable that
本発明によるレーザー加工装置のレーザー光線照射手段は以上のように構成されているので、パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線の各パルスの波は電気光学効果素子によってエネルギー分布の立上り部および立下り部のうち少なくとも立上り部が他の部とが相対的に第1の波と第2の波に生成される。この立上り部の第1の波が偏光ビームスプリッターによって分離されダンパーに捨てられる。そして、偏光ビームスプリッターによって分離され集光器から照射されるパルスレーザー光線の各パルスの波における第2の波のエネルギー分布は加工に寄与しない立上り部が除去され急峻な波形となっているので、エネルギー密度の高いレーザー光線だけがチャックテーブルに保持された被加工物であるウエーハの裏面に照射される。従って、ウエーハの裏面に照射されたパルスレーザー光線は全てのエネルギーが加工に寄与するので、ウエーハの基板を透過して基板の表面に形成されたデバイス層を損傷させることはない。 Since the laser beam irradiation means of the laser processing apparatus according to the present invention is configured as described above, each pulse wave of the pulse laser beam oscillated from the pulse laser beam oscillation means is caused to rise and fall by the electro-optic effect element. Among the portions, at least the rising portion is generated in the first wave and the second wave relatively with the other portions. The first wave at the rising portion is separated by the polarization beam splitter and discarded by the damper. The energy distribution of the second wave in each pulse wave of the pulse laser beam that is separated by the polarization beam splitter and irradiated from the condenser has a steep waveform because the rising part that does not contribute to the processing is removed and the energy distribution is Only a high-density laser beam is applied to the back surface of the wafer, which is a workpiece held on the chuck table. Therefore, since all energy of the pulse laser beam applied to the back surface of the wafer contributes to the processing, the device layer formed on the surface of the substrate is not damaged by being transmitted through the substrate of the wafer.
以下、本発明に従って構成された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(X軸方向)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X軸方向と直角な矢印Yで示す割り出し方向(Y軸方向)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(Z軸方向)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。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a laser processing apparatus configured according to the present invention will be described 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
上記チャックテーブル機構3は、静止基台2上にX軸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X軸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Y軸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上に被加工物としての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
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Y軸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X軸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X軸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X軸方向に移動せしめられる。
The first sliding block 32 has a pair of guided
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、Y軸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Y軸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Y軸方向に移動せしめられる。
The second sliding
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Y軸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Y軸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Z軸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Y軸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、該雄ネジロッド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Y軸方向に移動せしめられる。
The laser beam irradiation unit support mechanism 4 is movable in the Y-axis direction on a pair of
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6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、Z軸方向に移動可能に支持される。
The laser
図示のレーザー光線照射手段6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61を含んでいる。レーザー光線照射手段6の第1の実施形態について、図2を参照して説明する。図2に示すレーザー光線照射手段6は、ケーシング61内に配設されたパルスレーザー光線発振手段62と、該パルスレーザー光線発振手段62から発振されたパルスレーザー光線の各パルスの波の一部を曲げて第1の波と該第1の波と直交する方向の第2の波を生成する電気光学効果素子(エレクトロ・オプティカル・デバイス:EOD)63と、該電気光学効果素子(EOD)63によって生成された第1の波と第2の波を分離する偏光ビームスプリッター64と、該偏光ビームスプリッター64によって分離された一方の波を吸収するダンパー65と、偏光ビームスプリッター64によって分離された他方の波を集光する集光器66と、上記パルスレーザー光線発振手段62および電気光学効果素子(EOD)63を制御する制御手段67と、を具備している。
The illustrated laser beam application means 6 includes a
上記パルスレーザー光線発振手段62は、直線偏光のレーザー光線を発振するレーザー発振器621とパルス生成器622を備えており、パルス生成器622によって生成されたパルス信号に基づいてレーザー発振器621から所定の繰り返し周波数を有するパルスレーザー光線を発振する。なお、レーザー発振器621とパルス生成器622は、制御手段67によって制御される。パルスレーザー光線発振手段62から発振されるパルスレーザー光線について、図3を参照して説明する。図3において横軸は時間で縦軸は出力を示している。パルスレーザー光線発振手段62から発振される所定の繰り返し周波数を有するパルスレーザー光線のパルスのパルス幅Bは、例えば100nsに設定されている。このパルスレーザー光線のパルスのエネルギー分布(時間波形)は、矩形状とはならず、パルス幅Bの中央でピーク出力となるガウシアン分布をなしている。従って、パルスレーザー光線のパルスのエネルギー分布(時間波形)における立上り部および立下り部のそれぞれ20nsの出力は、ピーク出力よりかなり低く後述するウエーハの基板の加工に寄与するエネルギーを有していない。この被加工物の加工に寄与しないエネルギーの一部は、ウエーハ基板を透過してウエーハ基板の表面に形成されたデバイス層を損傷させるという問題がある。
The pulse laser beam oscillating means 62 includes a
上記電気光学効果素子(EOD)63は、図示の実施形態においては図4の(a)に示すようにパルスレーザー光線のパルスの波におけるパルスエネルギーSのエネルギー分布の立上り部および立下り部のそれぞれ20ns間に磁場63aおよび63bを発生させて、立上り部および立下り部の波を90度曲げる。この結果、曲げられた立上り部および立下り部とからなる第1の波のエネルギー分布は、図4の(b)においてS2およびS3で示すエネルギー分布となる。一方、上記立上り部および立下り部以外の他の部からなる第2の波のエネルギー分布は、図4の(c)に示すように立上り部および立下り部が除去され急峻なエネルギー分布S1となる。
In the illustrated embodiment, the electro-optic effect element (EOD) 63 is 20 ns in each of the rising and falling portions of the energy distribution of the pulse energy S in the pulse wave of the pulse laser beam as shown in FIG. In the meantime,
図2に戻って説明を続けると、上記偏光ビームスプリッター64は、図示の実施形態においては、上記第2の波(エネルギー分布がS1)を通過させ、上記第1の波(エネルギー分布がS2およびS3)を反射して分離する。このように偏光ビームスプリッター64を通過した第2の波(エネルギー分布がS1)からなるパルスレーザー光線は集光器66に導かれ、偏光ビームスプリッター64によって反射され分離された第1の波(エネルギー分布がS2およびS3)からなるパルスレーザー光線は、ダンパー65によって吸収される。
Returning to FIG. 2, the description is continued. In the illustrated embodiment, the
なお、上述した実施形態においては、パルスレーザー光線のパルスの波におけるパルスエネルギーSのエネルギー分布の立上り部および立下り部の波を90度曲げる例を示したが、立上り部および立下り部以外の他の部に電気光学効果素子(EOD)63により磁場を発生させて立上り部および立下り部以外の他の部の波(エネルギー分布がS1)を90度曲げてもよい。この場合、偏光ビームスプリッター64は、90度曲げられた立上り部および立下り部以外の他の部の波(エネルギー分布がS1)を通過させて集光器66に導き、立上り部および立下り部の波(エネルギー分布がS2およびS3)を分離してダンパー65に導くように構成する。
In the above-described embodiment, the example in which the rising and falling waves of the energy distribution of the pulse energy S in the pulse wave of the pulsed laser beam are bent by 90 degrees has been described, but other than the rising and falling parts Alternatively, the electro-optic effect element (EOD) 63 may generate a magnetic field to bend the wave (energy distribution is S1) other than the rising and falling portions by 90 degrees. In this case, the
上記集光器66は、偏光ビームスプリッター64を通過した上記第2の波(エネルギー分布がS1)からなるパルスレーザー光線を下方に向けて方向変換する方向変換ミラー661と、該方向変換ミラー661によって方向変換されたパルスレーザー光線を集光してチャックテーブル36上に保持された被加工物Wに照射する集光レンズ662を具備している。このように構成された集光器66は、図1に示すように円筒形状のケーシング61の先端部に配設される。
The
図2に示す実施形態におけるレーザー光線照射手段6は、上記パルスレーザー光線発振手段62のパルス生成器622によって生成されたパルス信号を遅延して制御手段67に出力する遅延回路68を具備している。この遅延回路68は、パルス生成器622によって生成されたパルス信号に基づいてレーザー発振器62から発振されたパルスレーザー光線が上記電気光学効果素子(EOD)63に到達する時点と、パルス生成器622によって生成されたパルス信号に基づいて制御手段67が出力する制御信号が電気光学効果素子(EOD)63に到達する時点とを同期させる同期手段として機能する。
The laser beam irradiation means 6 in the embodiment shown in FIG. 2 includes a
次に、レーザー光線照射手段6の第2の実施形態について、図5を参照して説明する。
図5に示す第2の実施形態におけるレーザー光線照射手段6は、上記図2に示すレーザー光線照射手段6におけるレーザー発振器62から発振されたパルスレーザー光線が上記電気光学効果素子(EOD)63に到達する時点と制御手段67が出力する制御信号が電気光学効果素子(EOD)63に到達する時点を同期させる同期手段が相違する以外は上記図2に示すレーザー光線照射手段6の構成と実質的に同一であるため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図5に示す第2の実施形態におけるレーザー光線照射手段6は、パルスレーザー光線発振手段62のレーザー発振器621から発振されたパルスレーザー光線は、方向変換ミラー69aおよび遅延手段69bを介して電気光学効果素子(EOD)63に導かれる。一方、レーザー発振器62から発振され方向変換ミラー69aを透過した僅かなパルスレーザー光線を検出するホトディテクター69cによる検出信号が制御手段67に送られる。このような構成においてはパルスレーザー光線発振手段62のレーザー発振器621から発振されたパルスレーザー光線が方向変換ミラー69aを介して電気光学効果素子(EOD)63に到達する時点より、レーザー発振器62から発振され方向変換ミラー69aを透過した僅かなパルスレーザー光線を検出するホトディテクター69cからの信号に基づいて制御手段67が出力する制御信号が電気光学効果素子(EOD)63に到達する時点が遅れるので、方向変換ミラー69aと電気光学効果素子(EOD)63の間に遅延手段69bを配設する。この遅延手段69bは、光路長を調整する光ファイバー等によって構成することができる。このように、方向変換ミラー69aと電気光学効果素子(EOD)63の間に遅延手段69bを配設することにより、パルスレーザー光線発振手段62のレーザー発振器621から発振されたパルスレーザー光線が方向変換ミラー69aおよび遅延手段69bを介して電気光学効果素子(EOD)63に到達する時点と、レーザー発振器62から発振され方向変換ミラー69aを透過した僅かなパルスレーザー光線を検出するホトディテクター69cからの信号に基づいて制御手段67が出力する制御信号が電気光学効果素子(EOD)63に到達する時点とを同期させることができる。
Next, a second embodiment of the laser beam application means 6 will be described with reference to FIG.
The laser beam irradiating means 6 in the second embodiment shown in FIG. 5 includes a point in time when the pulse laser beam oscillated from the
In the laser beam irradiation means 6 in the second embodiment shown in FIG. 5, the pulse laser beam oscillated from the
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6を構成するケーシング61の前端部には、レーザー光線照射手段6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7が配設されている。この撮像手段7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コントローラまたは上記制御手段67に送る。
Returning to FIG. 1, the description is continued. At the front end portion of the
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Z軸方向に移動させるための焦点位置調整手段53を具備している。焦点位置調整手段53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532等の駆動源を含んでおり、パルスモータ532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6を一対の案内レール423、423に沿ってZ軸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532を正転駆動することによりレーザー光線照射手段6を上方に移動し、パルスモータ532を逆転駆動することによりレーザー光線照射手段6を下方に移動するようになっている。
The laser
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光デバイスウエーハについて、図6および図7を参照して説明する。図6には光デバイスウエーハの斜視図が示されており、図7には図6に示す光デバイスウエーハの要部拡大断面図が示されている。
図6および図7に示す光デバイスウエーハ10は、サファイヤからなる基板11の表面に窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム・ガリウム(AlGaN)等からなる成膜が積層されたデバイス層12によって複数のデバイス13がマトリックス状に形成されている。そして、各デバイス13は、格子状に形成された分割予定ライン14によって区画されている。
このように構成された光デバイスウエーハ10の裏面10bにレーザー加工を施すには、図8に示すように光デバイスウエーハ10の表面10aを環状のフレームFに装着された保護テープTの表面に貼着する(ウエーハ支持工程)。
The laser processing apparatus in the illustrated embodiment is configured as described above, and the operation thereof will be described below.
Here, an optical device wafer as a wafer to be processed by the laser processing apparatus will be described with reference to FIGS. 6 shows a perspective view of the optical device wafer, and FIG. 7 shows an enlarged cross-sectional view of the main part of the optical device wafer shown in FIG.
An
In order to perform laser processing on the
上述したウエーハ支持工程を実施したならば、光デバイスウエーハ10の裏面10bに分割予定ライン14に沿ってレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成工程を実施する。このレーザー加工溝形成工程は、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上に光デバイスウエーハ10の保護テープT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、光デバイスウエーハ10は、裏面10bを上側にして保持される。
If the wafer support step described above is performed, a laser processing groove forming step for forming a laser processing groove on the
上述したように光デバイスウエーハ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7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7の直下に位置付けられると、撮像手段7および図示しないコントローラまたは上記制御手段67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7および図示しないコントローラまたは上記制御手段67は、光デバイスウエーハ10の所定方向に形成されている分割予定ライン14と、分割予定ライン14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6の集光器66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、光デバイスウエーハ10に形成されている上記所定方向に対して直交する方向に延びる分割予定ライン14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の分割予定ライン14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7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から透かして分割予定ライン14を撮像することができる。
As described above, the chuck table 36 that sucks and holds the
以上のようにしてチャックテーブル36上に保持された光デバイスウエーハ10に形成されている分割予定ライン14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9(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6の集光器66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14を集光器66の直下に位置付ける。このとき、図9の(a)で示すように光デバイスウエーハ10は、分割予定ライン14の一端(図9の(a)において左端)が集光器66の直下に位置するように位置付けられる。次に、集光器66からサファイヤ基板11に対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル36即ち光デバイスウエーハ10を図9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9の(b)で示すように分割予定ライン14の他端(図9(b)において右端)が集光器66の直下位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル36即ち光デバイスウエーハ10の移動を停止する。このレーザー加工溝形成工程においては、パルスレーザー光線の集光点Pをストリート10の上面付近に合わせる。この結果、光デバイスウエーハ10の裏面10bには、図10に示すように所定の分割予定ライン14に沿ってレーザー加工溝15が形成される。
If the
上記レーザー加工溝形成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 パルスレーザー
波長 :355nm
繰り返し周波数 :90kHz
平均出力 :1.2W
パルス幅 :200ns
集光スポット径 :φ2〜3μm
加工送り速度 :120mm/秒
The processing conditions in the laser processing groove forming step are set as follows, for example.
Laser light source: YVO4 pulse laser Wavelength: 355 nm
Repetition frequency: 90 kHz
Average output: 1.2W
Pulse width: 200ns
Condensing spot diameter: φ2-3μm
Processing feed rate: 120 mm / sec
ここで、上記レーザー加工溝形成工程において光デバイスウエーハ10の裏面10bに照射されるパルスレーザー光線の作用について説明する。
上記図2および図5に示すレーザー光線照射手段6のパルスレーザー光線発振手段62から発振されるパルスレーザー光線の各パルスの波は、上述したように電気光学効果素子(EOD)63によって各パルスエネルギーSにおけるネルギー分布の立上り部S2および立下り部S3(図4の(c)参照)が90度曲げられ、この立上り部S2および立下り部S3の波が偏光ビームスプリッター64によって分離されダンパー65に捨てられる。そして、偏光ビームスプリッター64を通過して集光器66から照射されるパルスレーザー光線の各パルスのエネルギー分布S1は図4の(b)に示すように加工に寄与しない立上り部S2および立下り部S3が除去され急峻な波形となっているので、エネルギー密度の高いレーザー光線だけが光デバイスウエーハ10の裏面10bに照射される。従って、光デバイスウエーハ10の裏面10bに照射されたパルスレーザー光線は全てのエネルギーが加工に寄与するので、基板11を透過して基板11の表面に形成されたデバイス層12を損傷させることはない。なお、パルスレーザー光線の各パルスエネルギーにおける加工に寄与しない立上り部S2および立下り部S3のうちの立下り部S3は、上記エネルギー分布S1のエネルギーによる加工に継続して加工状態で照射されるため、全てのエネルギーが加工に寄与するので、基板11を透過して基板11の表面に形成されたデバイス層12に達することはない。従って、電気光学効果素子(EOD)63は、少なくともパルスレーザー光線の各パルスにおける立上り部S2を90度曲げるようにしてもよい。
Here, the action of the pulse laser beam applied to the
Each pulse wave of the pulse laser beam oscillated from the pulse laser beam oscillating means 62 of the laser beam irradiating means 6 shown in FIGS. 2 and 5 is converted into energy at each pulse energy S by the electro-optic effect element (EOD) 63 as described above. The rising part S2 and the falling part S3 (see FIG. 4C) of the distribution are bent by 90 degrees, and the waves of the rising part S2 and the falling part S3 are separated by the
上述したレーザー加工溝形成工程を光デバイスウエーハ10に所定方向に形成された全ての分割予定ライン14に沿って実施したならば、チャックテーブル36従って光デバイスウエーハ10を90度回動する。そして、光デバイスウエーハ10に上記所定方向と直交する方向に形成された全ての分割予定ライン14に沿って上述したレーザー加工溝形成工程を実施する。
If the above-described laser processing groove forming step is performed along all the planned division lines 14 formed in the
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分割予定ライン14に沿って上述したレーザー加工溝形成工程を実施したならば、光デバイスウエーハ10は次工程である分割工程に搬送される。そして、分割工程においては、光デバイスウエーハ10の分割予定ライン14に沿って形成されたレーザー加工溝15が容易に分割できる深さに形成されているので、メカニカルブレーキングによって容易に分割することができる。
If the above-described laser processing groove forming step is performed along all the planned division lines 14 formed on the
次に、シリコン基板の表面に形成されたデバイス層によって複数のデバイスがマトリックス状に形成されているウエーハの分割予定ラインに沿って、ウエーハの内部に変質層を形成する例について、図11を参照して説明する。なお、図11においては上記図9に対応した状態が示されており、各部材の符号も便宜上同一符号を付している。
ウエーハ10の内部に変質層を形成するためには、図11(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6の集光器66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14を集光器66の直下に位置付ける。このとき、図11の(a)で示すようにウエーハ10は、分割予定ライン14の一端(図11の(a)において左端)が集光器66の直下に位置するように位置付けられる。次に、集光器66から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pをウエーハ10の厚み方向中間位置に合わせる。そして、集光器66からシリコン基板に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル36即ちウエーハ10を図11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11の(b)で示すように分割予定ライン14の他端(図11(b)において右端)が集光器66の直下位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル36即ちウエーハ10の移動を停止する。この結果、ウエーハ10の内部には、図11の(b)に示すように所定の分割予定ライン14に沿って変質層16が形成される(変質層形成工程)。
Next, refer to FIG. 11 for an example in which a deteriorated layer is formed inside a wafer along a predetermined dividing line of the wafer in which a plurality of devices are formed in a matrix by a device layer formed on the surface of the silicon substrate. To explain. FIG. 11 shows a state corresponding to FIG. 9 described above, and the same reference numerals are used for the members.
In order to form a deteriorated layer inside the
上記変質層形成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 パルスレーザー
波長 :1342nm
繰り返し周波数 :100kHz
平均出力 :1W
パルス幅 :200ns
集光スポット径 :φ1μm
加工送り速度 :300mm/秒
The processing conditions in the deteriorated layer forming step are set as follows, for example.
Laser light source: YVO4 pulse laser Wavelength: 1342 nm
Repetition frequency: 100 kHz
Average output: 1W
Pulse width: 200ns
Condensing spot diameter: φ1μm
Processing feed rate: 300 mm / sec
上記変質層形成工程においても上述した実施形態と同様に、集光器66から照射されるパルスレーザー光線の各パルスエネルギーにおけるエネルギー分布の加工に寄与しない立上り部および立下り部が除去され急峻な波形となっているので、エネルギー密度の高いレーザー光線だけはウエーハ10に照射される。従ってウエーハ10に照射されたパルスレーザー光線は全てのエネルギーが加工に寄与するので、シリコン基板を透過してシリコン基板の表面に形成されたデバイス層を損傷させることはない。
Also in the deteriorated layer forming step, as in the above-described embodiment, the rising portion and the falling portion that do not contribute to the processing of the energy distribution in each pulse energy of the pulse laser beam irradiated from the
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
53:焦点位置調整手段
6:レーザー光線照射手段
62:パルスレーザー光線発振手段
621:レーザー発振器
622:パルス生成器
63:電気光学効果素子(EOD)
64:偏光ビームスプリッター
65:ダンパー
66:集光器
661:方向変換ミラー
662:集光レンズ
67:制御手段
68:遅延回路
69a:方向変換ミラー
69b:遅延手段
69c:ホトディテクター
7:撮像手段
10:光デバイスウエーハ
11:サファイヤ基板
12:デバイス層
13:デバイス
14:分割予定ライン
15:レーザー加工溝
16:変質層
2: stationary base 3: chuck table mechanism 36: chuck table 37: processing feed means 38: first index feed means 4: laser beam irradiation unit support mechanism 43: second index feed means 5: laser beam irradiation unit 51: unit Holder 53: Focus position adjusting means 6: Laser beam irradiation means 62: Pulse laser beam oscillation means 621: Laser oscillator 622: Pulse generator 63: Electro-optic effect element (EOD)
64: Polarizing beam splitter 65: Damper 66: Condenser 661: Direction conversion mirror 662: Condensing lens 67: Control means 68: Delay
Claims (2)
該レーザー光線照射手段は、直線偏光のレーザー光線を発振するレーザー発振器と該レーザー発振器にパルス信号を出力するパルス生成器とを備えたパルスレーザー光線発振手段と、該パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線の各パルスの波の一部を曲げて第1の波と該第1の波と直交する方向の第2の波を生成する電気光学効果素子と、該電気光学効果素子によって生成された第1の波と第2の波を分離する偏光ビームスプリッターと、該偏光ビームスプリッターによって分離された一方の波を吸収するダンパーと、該偏光ビームスプリッターによって分離された他方の波を集光する集光器と、該電気光学効果素子を制御する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線の各パルスの波におけるエネルギー分布の立上り部と立下り部のうち少なくとも立上り部と他の部とを相対的に第1の波と第2の波に生成するように該電気光学効果素子を制御し、
該偏光ビームスプリッターは、該第1の波を該ダンパーに導き、該第2の波を該集光器に導く、
ことを特徴とするレーザー加工装置。 In a laser processing apparatus comprising: a chuck table for holding a workpiece; and a laser beam irradiation means for irradiating a workpiece with a laser beam to the workpiece held on the chuck table.
The laser beam irradiating means includes a pulse laser beam oscillating means including a laser oscillator that oscillates a linearly polarized laser beam and a pulse generator that outputs a pulse signal to the laser oscillator, and a pulse laser beam oscillated from the pulse laser beam oscillating means. An electro-optic effect element that generates a first wave and a second wave in a direction orthogonal to the first wave by bending a part of the wave of each pulse, and a first wave generated by the electro-optic effect element A polarization beam splitter that separates the wave and the second wave, a damper that absorbs one of the waves separated by the polarization beam splitter, and a collector that collects the other wave separated by the polarization beam splitter; And a control means for controlling the electro-optic effect element,
The control means is configured to make at least the rising part and the other part of the rising and falling parts of the energy distribution in the wave of each pulse of the pulse laser beam oscillated from the pulse laser beam oscillating means relatively the first wave. Controlling the electro-optic effect element to generate a second wave;
The polarizing beam splitter directs the first wave to the damper and directs the second wave to the collector;
Laser processing equipment characterized by that.
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