JP2013010123A - Laser processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ウエーハ等の被加工物にレーザビームを照射して内部に改質層を形成するレーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus for irradiating a workpiece such as a wafer with a laser beam to form a modified layer therein.
半導体デバイス製造プロセスにおいては、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削ブレードでダイシングすることにより、個々の半導体デバイスを製造している。 In a semiconductor device manufacturing process, a plurality of regions are partitioned by dividing lines called streets formed in a lattice shape on the surface of a semiconductor wafer having a substantially disk shape, and devices such as ICs and LSIs are divided into these partitioned regions. Form. Each semiconductor device is manufactured by dicing the semiconductor wafer along a street with a cutting blade.
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、被加工物に対して透過性を有する波長(例えば1064nm)のレーザビームの集光点を分割予定ラインに対応する基板の内部に位置付け、レーザビームを分割予定ラインに沿って照射して被加工物内部に改質層を形成し、その後機械的ブレーキング装置によって被加工物を割断する方法が提案されている(特許第3408805号公報参照)。 In recent years, as a method of dividing a plate-like workpiece such as a semiconductor wafer, a condensing point of a laser beam having a wavelength (for example, 1064 nm) having transparency to the workpiece is set inside the substrate corresponding to the planned division line. A method is proposed in which a modified layer is formed inside a workpiece by irradiating a laser beam along a planned dividing line, and then the workpiece is cleaved by a mechanical braking device (Japanese Patent No. 3408805). No. publication).
このレーザ加工方法は、サファイア基板、SiC基板等の表面に窒化ガリウム(GaN)等のエピタキシャル層(半導体層)を形成し、該エピタキシャル層にLED等の複数の光デバイスが格子状に形成された分割予定ライン(ストリート)によって区画されて形成された光デバイスウエーハの分割にも盛んに利用されている。 In this laser processing method, an epitaxial layer (semiconductor layer) such as gallium nitride (GaN) is formed on the surface of a sapphire substrate, a SiC substrate, etc., and a plurality of optical devices such as LEDs are formed in a lattice shape on the epitaxial layer. It is also actively used to divide optical device wafers that are defined by dividing lines (streets).
ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザビームの集光点を分割予定ラインの内部に位置付けてレーザビームを照射すると、デブリを飛散することなくウエーハ内部に脆弱な改質層が形成され、外力の付与によって改質層を分割起点としてウエーハを分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割することができる。 When the focused point of the pulse laser beam having a wavelength that is transparent to the wafer is positioned inside the planned split line and irradiated with the laser beam, a fragile modified layer is formed inside the wafer without scattering debris, By applying an external force, the wafer can be divided into individual devices along the planned division line using the modified layer as a division starting point.
従って、ウエーハに対して吸収性を有する波長(例えば355nm)のレーザビームを分割予定ラインに対応する領域に照射して、アブレーション加工により分割の起点となるレーザ加工溝を形成する方法に比較して、デブリが飛散してデバイスの品質を悪化させることがなく、加工面に保護膜を被覆する必要がないという利点を有している。 Therefore, as compared with a method in which a laser beam having a wavelength (for example, 355 nm) having an absorptivity with respect to the wafer is irradiated to a region corresponding to the line to be divided and a laser processing groove serving as a starting point of the division is formed by ablation. The debris is not scattered and the quality of the device is not deteriorated, and there is an advantage that it is not necessary to cover the processing surface with a protective film.
しかし、ウエーハの外周は表面から裏面に渡り円弧状の面取り加工が施されており、ウエーハの内部に位置付けたレーザビームの集光点が面取り加工された領域に照射されると、レーザビームはウエーハに対して完全な透過性は有していないため、面取り加工された領域に吸収されてアブレーション加工によって煙が発生し、発生した煙により集光器の対物レンズが汚染されるという問題がある。 However, the outer periphery of the wafer is arc-shaped chamfered from the front surface to the back surface, and when the condensing point of the laser beam positioned inside the wafer is irradiated to the chamfered region, the laser beam is However, it has a problem that it is absorbed in the chamfered region and smoke is generated by ablation processing, and the objective lens of the condenser is contaminated by the generated smoke.
同様な問題は、分割予定ラインに対応するウエーハの表面にゴミ等の異物が付着している場合にも、レーザビームにより異物が瞬間的に加熱されて燃焼して煙が発生し、その煙により対物レンズが汚染されても起こる。 A similar problem is that even if foreign matter such as dust adheres to the surface of the wafer corresponding to the division line, the foreign matter is instantaneously heated by the laser beam and burned to generate smoke. It happens even if the objective lens is contaminated.
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、レーザビームの照射によって煙が発生しても集光器の対物レンズが汚染されることのないレーザ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 points, and an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus in which the objective lens of the condenser is not contaminated even if smoke is generated by laser beam irradiation. Is to provide.
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対して透過性を有する波長の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、レーザ発振器と、該レーザ発振器が発振したレーザビームを集光し被加工物の内部に集光点を位置付けて被加工物の内部に改質層を形成する集光器とを含み、該集光器に隣接して配設され、該チャックテーブルに保持された被加工物のレーザビームが照射される領域に向けてガスを噴射するノズルを有するガス噴射手段を具備したことを特徴とするレーザ加工装置が提供される。 According to the present invention, a chuck table for holding a workpiece, laser beam irradiation means for irradiating a laser beam having a wavelength that is transparent to the workpiece held on the chuck table, the chuck table, and the chuck table A laser processing apparatus comprising a processing feed means for relatively processing and feeding a laser beam irradiation means, wherein the laser beam irradiation means collects a laser oscillator and a laser beam oscillated by the laser oscillator. A concentrator for positioning a condensing point inside the workpiece and forming a modified layer inside the workpiece, and disposed adjacent to the concentrator and held on the chuck table. There is provided a laser processing apparatus comprising gas injection means having a nozzle for injecting a gas toward a region irradiated with a laser beam of a workpiece.
本発明のレーザ加工装置は、チャックテーブルに保持された被加工物のレーザビームが照射される領域に向けてガスを噴射するノズルを有するガス噴射手段が集光器に隣接して配設されているので、レーザビームの照射によって煙が発生してもガス噴射手段によって煙が直ちに除去されるため、集光器の対物レンズが汚染されることがない。 In the laser processing apparatus of the present invention, gas injection means having a nozzle for injecting gas toward a region irradiated with a laser beam of a workpiece held on a chuck table is disposed adjacent to a condenser. Therefore, even if smoke is generated by irradiation with the laser beam, the smoke is immediately removed by the gas jetting means, so that the objective lens of the condenser is not contaminated.
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Referring to FIG. 1, an external perspective view of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention is shown. The laser processing apparatus 2 includes a
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。
The
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。即ち、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に沿って割り出し送り方向、即ちY軸方向に移動される。
A
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とともに、円筒支持部材26中に収容されたモータにより回転される。
A chuck table 28 is mounted on the
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支持するフレームをクランプするクランプ30が設けられている。32はカバーであり、図示を省略した蛇腹がカバー32に連結されて加工送り手段12及び割り出し送り手段22を塵埃等から保護する。
The chuck table 28 is provided with a
静止基台4にはコラム34が立設されており、このコラム34にレーザビーム照射機構(レーザビーム照射手段)36が取り付けられている。レーザビーム照射機構36は、ケーシング40中に収容されたレーザビーム発生ユニット38と、ケーシング40の先端に取り付けられた集光器42とから構成される。ケーシング40の先端には集光器42とX軸方向に整列して撮像ユニット52が取り付けられている。
A
レーザビーム発生ユニット38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44と、繰り返し周波数設定手段46と、パルス幅調整手段48と、パワー調整手段50とを含んでいる。特に図示しないが、レーザ発振器44はブリュースター窓を有しており、レーザ発振器44から出射されるレーザビームは直線偏光のレーザビームである。
As shown in FIG. 2, the laser
図3を参照すると、本発明のレーザ加工装置の加工対象となる光デバイスウエーハ11の表面側斜視図が示されている。光デバイスウエーハ11は、サファイア基板13上に窒化ガリウム(GaN)等のエピタキシャル層(半導体層)15が積層されて構成されている。光デバイスウエーハ11は、エピタキシャル層15が積層された表面11aと、サファイア基板13が露出した裏面11bとを有している。
Referring to FIG. 3, there is shown a front side perspective view of an
サファイア基板13は例えば100μmの厚みを有しており、エピタキシャル層15は例えば5μmの厚みを有している、エピタキシャル層15にLED等の複数の光デバイス19が格子状に形成された分割予定ライン(ストリート)17によって区画されて形成されている。
The
光デバイスウエーハ11にレーザ加工を施すに当たり、図4に示すように、光デバイスウエーハ11の裏面11bが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に貼着される。
In performing laser processing on the
これにより、光デバイスウエーハ11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、レーザ加工時には、光デバイスウエーハ11がダイシングテープTを介してチャックテーブル28に吸引保持され、クランプ30により環状フレームFがクランプされて固定される。
As a result, the
光デバイスウエーハ11をチャックテーブル28で吸引保持した後、光デバイスウエーハ11の撮像すべき領域を撮像ユニット52の直下に位置付けて撮像し、よく知られたパターンマッチング等によりターゲットパターンを検出する。
After the
このターゲットパターンの検出を同一の分割予定ライン17に沿ったX軸方向に離れた二点で実施して、この二点を結ぶ直線がX軸方向と平行となる様にチャックテーブル28をθ回転し、分割予定ライン17の中心とターゲットパターンのY座標の距離分だけチャックテーブル28をY軸方向に移動して、分割予定ライン17を集光器42と整列させるアライメントを実施する。
The target pattern is detected at two points separated in the X-axis direction along the
次いで、チャックテーブル28を90度回転してから、第1の方向に伸長する分割予定ライン17と直交する第2の方向に伸長する分割予定ライン17についても同様なアライメントを実施する。
Next, after the chuck table 28 is rotated 90 degrees, the same alignment is performed on the planned
アライメント実施後、集光器42で光デバイスウエーハ11に対して透過性を有する波長のレーザビームを分割予定ライン17に対応する光デバイスウエーハ11の内部に集光点を位置付けて照射しつつ、チャックテーブル28をX軸方向に加工送りしながら分割予定ライン17に沿って光デバイスウエーハ11の内部に改質層を形成する。
After the alignment is performed, a laser beam having a wavelength that is transmissive to the
改質層は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。改質層は溶融再硬化層として形成される。 The modified layer refers to a region where the density, refractive index, mechanical strength, and other physical characteristics are different from the surroundings. The modified layer is formed as a melt rehardened layer.
この改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。 The processing conditions in this modified layer forming step are set as follows, for example.
光源 :LD励起Qスイッチ Nd:YVO4パルスレーザ
波長 :1064nm
パルスエネルギー :40μJ
集光スポット径 :φ1μm
パルス幅 :25ms
繰り返し周波数 :100kHz
加工送り速度 :100mm/s
Light source: LD excitation Q switch Nd: YVO 4 pulse laser Wavelength: 1064 nm
Pulse energy: 40μJ
Condensing spot diameter: φ1μm
Pulse width: 25 ms
Repetition frequency: 100 kHz
Processing feed rate: 100 mm / s
この改質層形成工程を、第1の方向に伸長する全ての分割予定ライン17に沿って実施した後、チャックテーブル28を90度回転してから、第1の方向と直交する第2の方向に伸長する全ての分割予定ライン17に沿って実施する。
After this modified layer forming step is performed along all the division lines 17 extending in the first direction, the chuck table 28 is rotated 90 degrees, and then the second direction orthogonal to the first direction. The process is carried out along all the
ところで、パルスレーザビームを分割予定ライン17に沿って照射すると、図5に示すように、光デバイスウエーハ11の外周に形成された面取り部21の一点Pにレーザビームの集光点が一致することがある。
By the way, when the pulsed laser beam is irradiated along the
すると、この点Pにレーザビームのウエーハ11に対する吸収成分によりアブレーション加工が施され、煙が発生する。このアブレーション加工は、全ての分割予定ライン17に沿ったレーザビームの集光点軌跡23とウエーハ11の外周との交点Pで発生する。
Then, this point P is ablated by the absorption component of the laser beam with respect to the
本実施形態のレーザ加工装置2では、図6に示すように、面取り部21のアブレーション加工により発生した煙を吹き飛ばすためのガス噴射手段54が集光器42に隣接して配設されている。ガス噴射手段54は、集光器42に取り付けられた噴射ノズル56と、噴射ノズル56に接続された高圧エア源58とから構成される。
In the laser processing apparatus 2 of the present embodiment, as shown in FIG. 6, gas injection means 54 for blowing off smoke generated by ablation processing of the chamfered
好ましくは、噴射ノズル56の噴出口の直径は0.4〜0.6mm、より好ましくは0.5mm程度であり、ガスの噴射量は20〜30リットル/分が好ましい。ガスとしては、一般的に高圧空気が利用されるが、空気に限定されるものではない。
Preferably, the diameter of the outlet of the
本発明のレーザ加工装置2によると、光デバイスウエーハ11のレーザビームが照射される領域に向けて高圧エアを噴射する噴射ノズル56が設けられているため、レーザビームの照射によってアブレーション加工により煙が発生しても、発生した煙が噴射ノズル56からの高圧エアによって直ちに除去されるので、集光器42の対物レンズが煙によって汚染されることが防止される。
According to the laser processing apparatus 2 of the present invention, since the
この煙は光デバイスウエーハ11の表面に付着したゴミ等の異物にレーザビームが照射されても発生するが、この煙も噴射ノズル56から噴射される高圧エアによって直ちに除去されるので、集光器42の対物レンズが煙によって汚染されることがない。
This smoke is generated even when a foreign matter such as dust attached to the surface of the
上述した実施形態では、被加工物として光デバイスウエーハ11について本発明のレーザ加工装置2を適用した例について説明したが、被加工物は光デバイスウエーハ11に限定されるものではなく、通常の半導体ウエーハ等のウエーハにも同様に適用することができる。
In the above-described embodiment, the example in which the laser processing apparatus 2 of the present invention is applied to the
2 レーザ加工装置
11 光デバイスウエーハ
21 面取り部
23 レーザビーム集光点軌跡
28 チャックテーブル
36 レーザビーム照射機構
38 レーザビーム発生ユニット
42 集光器
54 ガス噴射手段
56 噴射ノズル
2
Claims (2)
該レーザビーム照射手段は、レーザ発振器と、該レーザ発振器が発振したレーザビームを集光し被加工物の内部に集光点を位置付けて被加工物の内部に改質層を形成する集光器とを含み、
該集光器に隣接して配設され、該チャックテーブルに保持された被加工物のレーザビームが照射される領域に向けてガスを噴射するノズルを有するガス噴射手段を具備したことを特徴とするレーザ加工装置。 A chuck table for holding a workpiece, a laser beam irradiation means for irradiating a laser beam having a wavelength that is transmissive to the workpiece held on the chuck table, the chuck table, and the laser beam irradiation means, A laser processing apparatus comprising a processing feed means for processing and relatively processing,
The laser beam irradiation means includes a laser oscillator and a condenser for condensing the laser beam oscillated by the laser oscillator and positioning a condensing point inside the workpiece to form a modified layer inside the workpiece. Including
A gas injection means having a nozzle arranged adjacent to the condenser and for injecting a gas toward a region irradiated with a laser beam of a workpiece held on the chuck table is provided. Laser processing equipment.
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