JP2011110579A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエーハの吸引保持時に粘着シートの伸びを防止してウエーハの分割を可能とするレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】保持テーブル１８は、少なくとも多孔質材からなる被加工物のサイズと同一又は僅かに小さいサイズの吸引保持領域４８と、該吸引保持領域を画成する内周壁５０と、該内周壁と共にレーザビーム緩衝溝５４を画成する外周壁５２と、フレーム固定手段とを有し、該外周壁５２は、該レーザビーム緩衝溝５４に連通して該レーザビーム緩衝溝の内外で空気の往来を可能とする貫通部６４を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、一般的にレーザ加工装置に関し、特にレーザ加工装置のチャックテーブルの構造に関する。

半導体デバイス製造プロセスでは、半導体ウエーハの表面に格子状に形成されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって区画された各領域に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個々のデバイスを製造している。

また、サファイア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、ストリートに沿って切断することにより個々の発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）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。

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、ウエーハに対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のパルスレーザビームを用いる方法が提案されている（例えば、特許３４０８８０５号公報参照）。

この方法では、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）のパルスレーザビームをストリートに沿って照射する。その結果、レーザビームが照射されたウエーハの内部にはストリートに沿って変質層が形成される。その後、変質層が形成されたウエーハに外力を加えることにより、変質層に沿ってウエーハを個々のデバイスに分割する。

一方、ウエーハに対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）のパルスレーザビームを用いてウエーハを個々のデバイスに分割する方法も提案されている（例えば、特開２００４−９１３９号公報参照）。

この方法では、ウエーハのストリート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）のパルスレーザビームを照射してレーザ加工溝を形成する。その後、レーザ加工溝に沿ってウエーハを割断することで、ウエーハを個々のデバイスに分割する。

加工時や加工後のハンドリングを容易にするため、ウエーハの裏面には予め粘着シートが貼着され、ウエーハは環状フレームの開口部に粘着シートを介して配設される。そして、レーザー加工中、保持テーブル（チャックテーブル）は粘着シートを介してウエーハを吸引保持する。

ところが、ウエーハの外周縁を越えてレーザビームが照射されると、粘着シートが加熱されて溶融し、保持テーブルに固着してしまうという問題がある。そこで、ウエーハを吸引保持する保持領域をウエーハと相似形でウエーハより僅かに小さく形成し、保持領域の外周側にレーザビーム緩衝溝を形成した保持テーブルが特開２００５−２６２２４９号公報として提案されている。

特許３４０８８０５号公報 特開２００４−９１３９号公報 特開２００５−２６２２４９号公報

ウエーハを吸引保持するためには、保持テーブルの吸引保持領域を多孔質材で形成することが望ましい。ところが、多孔質材で形成した吸引保持領域の保持面には微小な凹凸が生じる。

そして、吸引保持領域の外側周囲にレーザビーム緩衝溝が形成された保持テーブルで粘着シートを介してウエーハを吸引保持すると、保持面の微小な凹凸から漏れた負圧がレーザビーム緩衝溝中に充填する。その結果、レーザビーム緩衝溝に対応する領域の粘着シートが吸引されて伸長されてしまう。

一方、レーザビームで加工が施されたウエーハは、外力を付与して変質層やレーザ加工溝に沿って分割される。ウエーハに外力を付与する方法としては、ウエーハに貼着された粘着シートを半径方向に拡張する方法が広く採用されている。

ところが、粘着シートを拡張してウエーハを分割する前に、レーザビーム緩衝溝に対応する領域の粘着シートが伸長されてしまうと、粘着シートが拡張してもウエーハが分割されないという問題が生じる。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ウエーハの吸引保持時に粘着シートが伸長されるのを防止してウエーハの分割を可能とするレーザ加工装置を提供することである。

本発明によると、環状フレームの開口部に粘着シートを介して配設された被加工物を保持する保持テーブルと、該保持テーブルで保持された被加工物にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段とを備えたレーザ加工装置であって、該保持テーブルは、少なくとも多孔質材からなる被加工物のサイズと同一又は僅かに小さいサイズの吸引保持領域と、該吸引保持領域を画成する内周壁と、該内周壁と共にレーザビーム緩衝溝を画成する外周壁と、フレーム固定手段とを有し、該外周壁は、該レーザビーム緩衝溝に連通して該レーザビーム緩衝溝の内外で空気の往来を可能とする貫通部を有することを特徴とするレーザ加工装置が提供される。

本発明によると、レーザビーム緩衝溝を画成する外周壁に貫通部が形成されているため、レーザビーム緩衝溝内に負圧が充填することがなく、ウエーハの吸引保持中に粘着シートの一部領域が伸長されることが防止される。従って、粘着シートを拡張してウエーハを分割する際に、ウエーハが個々のデバイスに分割されないという不具合を防止できる。

レーザ加工装置の外観斜視図である。 粘着シートを介して環状フレームに支持されたウエーハの斜視図である。 レーザビーム照射ユニットのブロック図である。 本発明第１実施形態に係るチャックテーブルの斜視図である。 図４の５−５線断面図である。 変質層形成工程を示す斜視図である。 変質層形成工程を示す断面図である。 本発明第２実施形態に係るチャックテーブルの平面図である。 図８に示した第２実施形態のチャックテーブルに吸引保持されるのに適した粘着シートを介して環状フレームに支持されたウエーハの斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明実施形態に係るレーザー加工装置２の外観斜視図を示している。レーザー加工装置２の前面側には、オペレータが加工条件等の装置に対する指示を入力するための操作手段４が設けられている。装置上部には、オペレータに対する案内画面や後述する撮像手段によって撮像された画像が表示されるＣＲＴ等の表示手段６が設けられている。

図２に示すように、加工対象のウエーハＷは、例えばサファイア基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体が積層された光デバイスウエーハから構成され、ウエーハＷの表面においては第１のストリート（分割予定ライン）Ｓ１と第２のストリート（分割予定ライン）Ｓ２とが直交されて形成されており、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とによって区画された領域に多数のＬＥＤ、ＬＤ等の光デバイスＤが形成されている。

ウエーハＷは粘着シートであるダイシングテープＴに貼着され、ダイシングテープＴの外周縁部は環状フレームＦに貼着されている。これにより、ウエーハＷはダイシングテープＴを介して環状フレームＦに支持された状態となり、図１に示したウエーハカセット８中にウエーハが複数枚（例えば２５枚）収容される。ウエーハカセット８は上下動可能なカセットエレベータ９上に載置される。

ウエーハカセット８の後方には、ウエーハカセット８からレーザー加工前のウエーハＷを搬出するとともに、加工後のウエーハをウエーハカセット８に搬入する搬出入手段１０が配設されている。

ウエーハカセット８と搬出入手段１０との間には、搬出入対象のウエーハが一時的に載置される領域である仮置き領域１２が設けられており、仮置き領域１２にはウエーハＷを一定の位置に位置合わせする位置合わせ手段１４が配設されている。

仮置き領域１２の近傍には、ウエーハＷと一体となったフレームＦを吸着して搬送する旋回アームを有する搬送手段１６が配設されている。仮置き領域１２に搬出されたウエーハＷは、搬送手段１６により吸着されてチャックテーブル（保持テーブル）１８上に搬送され、チャックテーブル１８に吸引保持されるとともに、複数の固定手段（クランプ）１９によりフレームＦがクランプされることでチャックテーブル１８上に吸引保持される。

チャックテーブル１８は、回転可能且つＸ軸方向に往復動可能に構成されており、チャックテーブル１８のＸ軸方向の移動経路の上方には、ウエーハＷのレーザー加工すべきストリートを検出するアライメント手段２０が配設されている。

アライメント手段２０は、ウエーハＷの表面を撮像する撮像手段２２を備えており、撮像により取得した画像に基づき、パターンマッチング等の画像処理によってレーザー加工すべきストリートを検出することができる。撮像手段２２によって取得された画像は、表示手段６に表示される。

アライメント手段２０の左側には、チャックテーブル１８に保持されたウエーハＷに対してレーザビームを照射するレーザビーム照射ユニット２４が配設されている。レーザビーム照射ユニット２４のケーシング２６中には後で詳細に説明するレーザビーム発振手段等が収容されており、ケーシング２６の先端にはレーザビームを加工すべきウエーハ上に集光する集光器２８が装着されている。

図３を参照すると、レーザ加工装置２のレーザビーム照射ユニット２４のブロック図が示されている。レーザビーム照射ユニット２４は、ＹＡＧレーザー又はＹＶＯ４レーザーを発振するレーザ発振器３４と、繰り返し周波数設定手段３６と、パルス幅調整手段３８と、パワー調整手段４０を含んでいる。

レーザビーム照射ユニット２４のパワー調整手段４０により所定パワーに調整されたパルスレーザビームは、集光器２８のミラー４２で反射され、更に集光用対物レンズ４４によって集光されてチャックテーブル１８に吸引保持されている光デバイスウエーハＷに照射される。

レーザビーム照射ユニット２４によりレーザ加工が終了したウエーハＷは、チャックテーブル１８をＸ軸方向に移動してから、Ｙ軸方向に移動可能な搬送手段３２により把持されてスピンナ洗浄装置３０まで搬送される。スピンナ洗浄装置３０では、洗浄ノズルから水を噴射しながらウエーハＷを低速回転（例えば３００ｒｐｍ）させることによりウエーハＷを洗浄する。

洗浄後、ウエーハＷを高速回転（例えば３０００ｒｐｍ）させながらエアノズルからエアを噴出させてウエーハＷを乾燥させた後、搬送手段１６によりウエーハＷを吸着して仮置き領域１２に戻し、更に搬出入手段１０によりウエーハカセット８の元の収納場所にウエーハＷは戻される。

次に、図４及び図５を参照して、本発明第１実施形態に係るチャックテーブル（保持テーブル）１８の構造について説明する。チャックテーブル１８の枠体４６の上面には円形凹部４７が形成されており、この円形凹部４７中に多孔質セラミックス等の多孔質材から形成された吸着部４８が嵌合されている。吸着部４８は吸引保持領域を画成し、この吸引保持領域はウエーハＷの大きさと同一又は僅かに小さいサイズを有している。

吸着部４８は環状の内壁５０で囲繞されており、内壁５０と内壁５０と半径方向離間した環状の外壁５２とにより環状のレーザビーム緩衝溝５４が画成されている。外壁５２にはレーザビーム緩衝溝５４を外部に連通する一対の貫通穴６４が形成されている。

各クランプ１９は、枠体４６にその一端が固定された互いに平行な一対のガイドレール５６と、これらのガイドレール５６に沿って移動可能に取り付けられた受け部材５８と、受け部材５８に固定されたエアアクチュエータ６０と、エアアクチュエータ６０により９０度回転される図示しない回転軸と、この回転軸に固定されたＬ形状のクランプ爪６２とを含んでいる。

ねじ６３を緩めて受け部材５８のガイドレール５６に沿った取り付け位置を調整することにより、ウエーハＷを支持する環状フレームＦの異なるサイズに対応することができる。エアアクチュエータ６０により回転軸を回転することにより、クランプ爪で６２は図４に示す解放位置と環状フレームＦをクランプするクランプ位置との間で回動される。

図５に示すように、チャックテーブル１８の枠体４６には吸着部４８が嵌合される円形溝４７に連通して中央吸引溝６６と環状吸引溝６８が形成されており、これらの吸引溝６６，６８は吸引路７０を介して吸引源７２に接続されている。

次に、図６及び図７を参照して、光デバイスウエーハＷの内部に変質層を形成する変質層形成工程について説明する。図２に示すように、粘着シートであるダイシングテープＴを介して環状フレームＦに支持された光デバイスウエーハＷは、ダイシングテープＴを介してチャックテーブル１８の吸着部４８により吸引保持され、環状フレームＦはクランプ１９によりクランプされて固定される。

吸着部４８はポーラスセラミックス等の多孔質材から形成されているため、その保持面には微小な凹凸が生じている。よって、光デバイスウエーハＷをダイシングテープＴを介して吸引保持すると、吸着部４８はダイシングテープＴにより覆われるが、吸着部４８の保持面の微小な凹凸から漏れた負圧がレーザビーム緩衝溝５４中に流入する。

本実施形態のチャックテーブル１８では、外壁５２に貫通穴６４が形成されているため、負圧がレーザビーム緩衝溝５４中に漏れ出してもレーザビーム緩衝溝５４中の気圧は大気圧に保持される。その結果、レーザビーム緩衝溝５４に対応する領域のダイシングテープＴに負圧が作用することがないため、この領域のダイシングテープＴが伸長されることはない。

このようにチャックテーブル１８で光デバイスウエーハＷを吸引保持してから、図６及び図７に示すように、ウエーハＷに対して透過性を有する波長のパルスレーザビーム２９の集光点をウエーハＷの内部に合わせてパルスレーザビーム２９を照射しつつ、チャックテーブル１８を図６で矢印Ｘ１方向に所定の加工送り速度で移動することにより、ウエーハＷの内部に変質層３１が形成される。図６ではクランプ１９は省略されている。

集光器２８によるレーザビーム２９の照射は、図４に示す吸着部４８を超えてレーザビーム緩衝溝５４に対応するダイシングテープＴの位置まで行われるが、この部分のダイシングテープＴがレーザビームの照射により加熱されて多少溶融しても、レーザビーム緩衝溝５４が形成されているためダイシングテープＴがチャックテーブル１８に固着することが防止される。

変質層３２は溶融再硬化層として形成され、脆弱な層である。図７に示すように、光デバイスウエーハＷの内部に変質層３１を複数層（図７では３層）形成するのが好ましい。

この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。

光源 ：ＬＤ励起Ｑスイッチ Ｎｄ：ＹＶＯ４パルスレーザ
波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
平均出力 ：１Ｗ
集光スポット径 ：φ１μｍ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒

このように変質層３１が形成された光デバイスウエーハＷは、よく知られた分割装置でダイシングテープＴを半径方向に拡張してウエーハＷに外力を加えることにより、変質層３１に沿って個々の光デバイスＤに分割される。

図８を参照すると、本発明第２実施形態のチャックテーブル１８Ａの平面図が示されている。この実施形態のチャックテーブル１８Ａでは、環状フレームＦを固定する固定手段として複数の永久磁石７４が使用される。７６，７７は図９に示す環状フレームＦの切欠き３５,３７が突き当てられるフレーム突き当て部材である。

チャックテーブル１８Ａの多孔質材から形成された吸着部７８は、ウエーハＷのオリエンテーションフラット３７に対応する直線部分７８ａを有している。吸着部７８を囲繞する内壁８０と外壁８２によりレーザビーム緩衝溝８４が画成されており、外壁８２には貫通部８６が形成されていて、レーザビーム緩衝溝８４を溝の外部に連通している。

吸着部７８は吸引保持領域として作用し、吸着部７８は吸引保持するウエーハＷと相似形に形成されている。本実施形態のチャックテーブル１８Ａでも、レーザビーム緩衝溝８４が貫通部８６で溝外部と連通しているため、ウエーハＷの吸引保持時にレーザビーム緩衝溝８４が負圧になることが防止され、この部分でダイシングテープＴが負圧により伸長することが防止される。

２ レーザ加工装置
１８ チャックテーブル（保持テーブル）
２４ レーザビーム照射ユニット
２８ 集光器
４８ 吸着部（吸引保持領域）
５０ 内壁
５２ 外壁
５４ レーザビーム緩衝溝
６４ 貫通穴

Claims (1)

1. 環状フレームの開口部に粘着シートを介して配設された被加工物を保持する保持テーブルと、該保持テーブルで保持された被加工物にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段とを備えたレーザ加工装置であって、
   該保持テーブルは、少なくとも多孔質材からなる被加工物のサイズと同一又は僅かに小さいサイズの吸引保持領域と、該吸引保持領域を画成する内周壁と、該内周壁と共にレーザビーム緩衝溝を画成する外周壁と、フレーム固定手段とを有し、
   該外周壁は、該レーザビーム緩衝溝に連通して該レーザビーム緩衝溝の内外で空気の往来を可能とする貫通部を有することを特徴とするレーザ加工装置。

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