JP2012170985A

JP2012170985A - レーザ加工装置

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Publication number: JP2012170985A
Application number: JP2011035620A
Authority: JP
Inventors: Keiji Nomaru; 圭司能丸
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-09-10
Also published as: KR20120096416A

Abstract

【課題】被加工物に照射するレーザビームの本数を容易に変更可能なレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】レーザビーム照射手段は、レーザビーム６９を発生するレーザビーム発生手段と、該レーザビーム発生手段が発生したレーザビームを集光して被加工物に照射する集光レンズと、該レーザビーム発生手段と該集光レンズとの間の光路に配設され、該レーザビーム発生手段が発生したレーザビームを複数のレーザビームに分岐するレーザビーム分岐手段７４とを含み、該レーザビーム分岐手段は、レーザビームを分岐する分岐数が互に異なる複数の回折光学素子８２ａ〜８２ｇと、該複数の回折光学素子の内の一つを選択的にレーザビームの光路に位置付ける位置付け手段とを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザ加工装置に関し、特に、一本のレーザビームを選択的に所望の数のレーザビームに分岐可能なレーザビーム分岐手段を備えたレーザ加工装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ，ＬＥＤ等の複数のデバイスが分割予定ライン（ストリート）によって区画されて表面に形成されたシリコンウエーハ、サファイアウエーハ等のウエーハは、加工装置によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。

ウエーハの分割には、ダイサーと呼ばれる切削装置を用いたダイシング方法が広く採用されている。ダイシング方法では、ダイアモンド等の砥粒を金属や樹脂で固めて厚さ３０μｍ程度とした切削ブレードを、３００００ｒｐｍ程度の高速で回転させつつウエーハへと切り込ませることでウエーハを切削し、ウエーハを個々のデバイスへと分割する。

一方、近年では、ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームをウエーハの分割予定ラインに沿って照射することでレーザ加工溝を形成し、このレーザ加工溝に沿ってブレーキング装置でウエーハを割断して個々のデバイスへと分割する方法が提案されている（例えば、特開平１０−３０５４２０号公報参照）。

レーザ加工装置によるレーザ加工溝の形成は、ダイサーによるダイシング方法に比べて加工速度を早くすることができるとともに、サファイアやＳｉＣ等の硬度の高い素材からなるウエーハであっても比較的容易に加工することができる。また、加工溝を例えば１０μｍ以下等の狭い幅とすることができるので、ダイシング方法で加工する場合に対してウエーハ１枚当たりのデバイス取り量を増やすことができる。

加工すべきウエーハの中には、分割予定ライン上にＬｏｗ−ｋ膜と称する低誘電率絶縁体膜又はＴＥＧ（ＴｅｓｔＥｌｅｍｅｎｔＧｒｏｕｐ）と称するテスト用の金属膜が積層されているウエーハがある。

このようなウエーハを加工する場合には、剥離又は分割不良を防止するためにウエーハを個々のデバイスに分割する前に、Ｌｏｗ−ｋ膜又はＴＥＧに二分割されたレーザビームを照射して分割予定ラインから除去する方法が提案されている（特表２０１０−５３４１４０号公報）。

また、ポリゴンミラーを用いてレーザビームを複数のレーザビームに分割し、分割したレーザビームを鋼材表面に照射することにより鋼材の熱処理を行うレーザ熱処理装置及び方法が特開平１−３１６４１５号公報で提案されている。

特開平１０−３０５４２０号公報特表２０１０−５３４１４０号公報特開平１−３１６４１５号公報

従来のレーザ加工装置で被加工物に照射するレーザビームの本数を変更する場合には、光学系を取り替えなければならず手間がかかるという問題がある。

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、被加工物に照射するレーザビームの本数を容易に変更可能なレーザ加工装置を提供することである。

本発明によると、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ビームを照射するレーザビーム照射手段と、該チャックテーブルと該レーザビーム照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルと該レーザビーム照射手段とを相対的に割り出し送りする割り出し送り手段とを備えたレーザ加工装置であって、該レーザビーム照射手段は、レーザビームを発生するレーザビーム発生手段と、該レーザビーム発生手段が発生したレーザビームを集光して被加工物に照射する集光レンズと、該レーザビーム発生手段と該集光レンズとの間の光路に配設され、該レーザビーム発生手段が発生したレーザビームを複数のレーザビームに分岐するレーザビーム分岐手段とを含み、該レーザビーム分岐手段は、レーザビームを分岐する分岐数が互に異なる複数の回折光学素子と、該複数の回折光学素子の内の一つを選択的にレーザビームの光路に位置付ける位置付け手段とを含むことを特徴とするレーザ加工装置が提供される。

本発明のレーザ加工装置は、レーザビームを分岐する分岐数が互に異なる複数の回折光学素子と、複数の回折光学素子の内の一つを選択的にレーザビームの光路に位置づける位置付け手段とを含んだレーザビーム分岐手段を備えているので、光学系を取り替えることなく被加工物に照射するレーザビームの本数を容易に変更することができる。

レーザ加工装置の斜視図である。レーザビーム発生ユニット及びレーザヘッドのブロック図である。第１実施形態のビームスプリッタの斜視図である。ブレーズ型回折光学素子（ＤＯＥ）の模式図である。第２実施形態のビームスプリッタの斜視図である。本発明のレーザ加工装置によりレーザ加工をしている様子を示す斜視図である。

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を参照すると、本発明実施形態のレーザ加工装置の外観斜視図が示されている。レーザ加工装置２は、静止基台４上にＸ軸方向に移動可能に搭載された第１スライドブロック６を含んでいる。

第１スライドブロック６は、ボールねじ８及びパルスモータ１０から構成される加工送り手段１２により一対のガイドレール１４に沿って加工送り方向、即ちＸ軸方向に移動される。

第１スライドブロック６上には第２スライドブロック１６がＹ軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、第２スライドブロック１６はボールねじ１８及びパルスモータ２０から構成される割り出し送り手段２２により一対のガイドレール２４に沿って割り出し方向、すなわちＹ軸方向に移動される。

第２スライドブロック１６上には円筒支持部材２６を介してチャックテーブル２８が搭載されており、チャックテーブル２８は加工送り手段１２及び割り出し送り手段２２によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。チャックテーブル２８には、チャックテーブル２８に吸引保持された半導体ウエーハをクランプするクランパ３０が設けられている。

静止基台４にはコラム３２が立設されており、このコラム３２にレーザビーム照射ユニット３４が取り付けられている。レーザビーム照射ユニット３４は、ケーシング３３中に収容された図２に示すレーザビーム発生ユニット３５と、ケーシング３３の先端に取り付けられたレーザヘッド３７とを含んでいる。

レーザビーム発生ユニット３５は、図２に示すように、ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザを発振するレーザ発振器６２と、繰り返し周波数設定手段６４と、パルス幅調整手段６６と、パワー調整手段６８とを含んでいる。特に図示しないが、レーザ発振器６２はブリュースター窓を有しており、レーザ発振器６２から出射するレーザビームは直線偏光のレーザビームである。

レーザヘッド３７は、パワー調整手段６８からのレーザビーム６９を反射するミラー７０と、レーザビーム６９を複数のレーザビームに分岐するビームスプリッタ７４と、集光レンズ７２とを含んでおり、ビームスプリッタ７４で複数に分岐されたレーザビームが集光レンズ７２で集光されてチャックテーブル２８に保持されたウエーハＷに照射される。

再び図１を参照すると、ケーシング３３の先端部には、レーザヘッド３７とＸ軸方向に整列してレーザ加工すべき加工領域を検出する撮像手段３９が配設されている。撮像手段３９は、可視光によって半導体ウエーハの加工領域を撮像する通常のＣＣＤ等の撮像素子を含んでいる。

撮像手段３９は更に、半導体ウエーハに赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、この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赤外線ＣＣＤ等の赤外線撮像素子から構成される赤外線撮像手段を含んでおり、撮像した画像信号はコントローラ（制御手段）４０に送信される。

コントローラ４０はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）４２と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）４４と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４６と、カウンタ４８と、入力インターフェイス５０と、出力インターフェイス５２とを備えている。

５６は案内レール１４に沿って配設されたリニアスケール５４と、第１スライドブロック６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出手段であり、加工送り量検出手段５６の検出信号はコントローラ４０の入力エンターフェイス５０に入力される。

６０はガイドレール２４に沿って配設されたリニアスケール５８と第２スライドブロック１６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出手段であり、割り出し送り量検出手段６０の検出信号はコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。

撮像手段３９で撮像した画像信号もコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。一方、コントローラ４０の出力インターフェイス５２からパルスモータ１０、パルスモータ２０、レーザビーム照射ユニット３４等に制御信号が出力される。

図３を参照すると、本発明第１実施形態のビームスプリッタ７４の斜視図が示されている。ビームスプリッタ７４は、パルスモータ７６の出力軸７８に搭載された円板８０を含んでいる。円板８０には複数個（本実施形態では７個）の装着穴が形成されており、各装着穴中に回折光学素子（ＤＯＥ：ＤｉｆｆｒａｃｔｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＥｌｅｍｅｎｔ）８２ａ〜８２ｇが装着されている。

８２ａはレーザビーム６９を二つに分岐する二分岐ＤＯＥであり、８２ｂはレーザビーム６９を三つに分岐する三分岐ＤＯＥである。８２ｃは四つに分岐する四分岐ＤＯＥ、８２ｄは五つに分岐する五分岐ＤＯＥ、８２ｅは六つに分岐する六分岐ＤＯＥ、８２ｆは七つに分岐する七分岐ＤＯＥ、８２ｇは八つに分岐する八分岐ＤＯＥである。

ＤＯＥ８２ａ〜８２ｇは例えば図４に示すようなブレーズ型ＤＯＥ８４から構成される。ブレーズ型ＤＯＥ（回折光学素子）８４は、透明プレート８５の一面に鋸刃状の断面構造８６を微細加工して構成されている。ｄ１の寸法は数十〜数百μｍである。

このブレーズ型ＤＯＥ８４によると、入射されたレーザビームは０次光、１次光、２次光に分岐され、ブレーズ型ＤＯＥ８４からは三つに分岐されたレーザビームが出射される。

図３に示した第１実施形態のビームスプリッタ７４によると、パルスモータ７６を駆動して円板８０を反時計周り方向に回転することにより、レーザビーム６９を所望のＤＯＥ８２ａ〜８２ｇに透過させることにより、レーザビーム６９を選択的に二分岐、三分岐、……八分岐することができ、分岐されたレーザビームは図２に示す集光レンズ７２で集光されてチャックテーブル２８に吸引保持されたウエーハＷに照射される。

図５を参照すると、本発明第２実施形態のビームスプリッタ７４Ａの斜視図が示されている。本実施形態のビームスプリッタ７４Ａは、一対のガイド８８，９０と、ガイド８８，９０に案内されて矢印Ａ方向に往復動する矩形プレート９２を含んでいる。

矩形プレート９２には複数個（本実施形態では６個）の装着穴が整列して形成されており、各装着穴中にはＤＯＥ９４ａ〜９４ｆが装着されている。本実施形態のＤＯＥ９４ａ〜９４ｆも例えば図４に示したようなブレーズ型ＤＯＥから構成される。

ＤＯＥ９４ａはレーザビームを二分岐する二分岐ＤＯＥであり、９４ｂは三分岐ＤＯＥ、９４ｃは四分岐ＤＯＥ、９４ｄは五分岐ＤＯＥ、９４ｅは六分岐ＤＯＥ、９４ｆは七分岐ＤＯＥである。

矩形プレート９２の一側面にはラック９６が形成されている。パルスモータ１００の出力軸１０２にはピニオン９８が取り付けられており、ピニオン９８はガイド８８に形成した開口９７を介してラック９６に噛み合っている。

本実施形態のビームスプリッタ７４Ａでは、パルスモータ１００を作動してピニオン９８を回転することにより、ラック９６を介して矩形プレート９２が矢印Ａ方向に移動されて、入射するレーザビームを所望のＤＯＥ９４ａ〜９４ｆに通過させ、レーザビームを選択的に二分岐、三分岐、……七分岐することができる。

次に、図６を参照して、本発明のレーザ加工装置の作用について説明する。半導体ウエーハＷは粘着テープ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の外周部は環状フレームＦに貼着されている。これにより、半導体ウエーハＷはダイシングテープＴを介して環状フレームＦで支持された状態となる。

半導体ウエーハＷの表面においては、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とが直交して形成されており、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各領域にデバイスＤが形成されている。各ストリートＳ１、Ｓ２の表面にＬｏｗ−ｋ膜と称する低誘電率絶縁膜が被覆されている。

図６に示すように、レーザヘッド３７のビームスプリッタ７４，７４Ａで三つに分岐されたレーザビームは集光レンズ７２で集光されて半導体ウエーハＷのストリートＳ１に被覆されたＬｏｗ−ｋ膜に照射される。

三つに分岐されたレーザビームのビームスポットをストリートＳ１の幅方向に整列するように照射し、加工送り手段１２を駆動してチャックテーブル２８を矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、ストリートＳ１に被覆されたＬｏｗ−ｋ膜を効率的に除去することができる。

尚、レーザ加工条件は例えば以下のとおりである。

光源：ＹＡＧレーザ
波長：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザの第３高調波）
出力：３．０Ｗ
繰り返し周波数：２０ｋＨｚ
集光スポット径：１０．０μｍ
送り速度：１００ｍｍ／秒

上述した実施形態では、ビームスプリッタ７４，７４Ａをミラー７０と集光レンズ７２との間に配設した例について説明したが、ビームスプリッタ７４，７４Ａをパワー調整手段６８の下流側で且つミラー７０の上流側のケーシング３３内に配設するようにしてもよい。

Ｗ半導体ウエーハ
Ｔ粘着テープ（ダイシングテープ）
Ｆ環状フレーム
Ｄデバイス
２レーザ加工装置
２８チャックテーブル
３４レーザビーム照射ユニット
３５レーザビーム発生ユニット
３７レーザヘッド
７２集光レンズ
７４，７４Ａビームスプリッタ
７６，１００パルスモータ
８０円板
８２ａ〜８２ｇＤＯＥ
８４ブレーズ型ＤＯＥ
９４ａ〜９４ｆＤＯＥ
９６ラック
９８ピニオン

Claims

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ビームを照射するレーザビーム照射手段と、該チャックテーブルと該レーザビーム照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルと該レーザビーム照射手段とを相対的に割り出し送りする割り出し送り手段とを備えたレーザ加工装置であって、
該レーザビーム照射手段は、レーザビームを発生するレーザビーム発生手段と、該レーザビーム発生手段が発生したレーザビームを集光して被加工物に照射する集光レンズと、該レーザビーム発生手段と該集光レンズとの間の光路に配設され、該レーザビーム発生手段が発生したレーザビームを複数のレーザビームに分岐するレーザビーム分岐手段とを含み、
該レーザビーム分岐手段は、レーザビームを分岐する分岐数が互に異なる複数の回折光学素子と、該複数の回折光学素子の内の一つを選択的にレーザビームの光路に位置付ける位置付け手段とを含むことを特徴とするレーザ加工装置。