JP2013163215A

JP2013163215A - レーザー加工装置

Info

Publication number: JP2013163215A
Application number: JP2012028652A
Authority: JP
Inventors: Shungo Yoshii; 俊悟吉井
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2013-08-22

Abstract

【課題】アブレーション加工により発生する粉塵がレーザービームの光路を妨げることのない粉塵排出ユニットを備えたレーザー加工装置を提供することである。
【解決手段】レーザービームが被加工物に照射されることによって加工点付近に発生される粉塵を吸引して排出する粉塵排出手段を備えたレーザー加工装置であって、該粉塵排出手段は、内部を通過するレーザービームの周囲に集光器側から加工点側へ流れる気流を発生させ、集光器側に粉塵が向かうのを防止する第１の部屋と、該第１の部屋の下端に連通し、粉塵を吸引排気する第２の部屋とを備えている。第２の部屋には、加工点から底部開口を介して吸引排気路へ向かう粉塵の流路をレーザービームを中心に加工溝の両側方向へ第１の流路と第２の流路に分岐させる流路分岐部が配設されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、ウエーハ等の被加工物の表面にレーザービームを照射してアブレーション加工によりレーザー加工溝を形成するレーザー加工装置に関する。

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半導体ウエーハを分割して個々の半導体チップを製造している。

また、サファイア基板の表面に発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等の光デバイスが形成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光デバイスに分割され、分割された光デバイスは電気機器に広く利用されている。

半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに形成された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のパルスレーザービームを照射することにより、アブレーション加工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光デバイスウエーハを破断する方法が提案されている。

しかし、このレーザー加工工程において、半導体ウエーハや光デバイスウエーハにレーザービームを照射すると、シリコンやサファイアが溶融して溶融屑即ちデブリと呼ばれる微細な粉塵が発生し、この粉塵が飛散してウエーハに形成されたデバイスの表面に付着してデバイスの品質を低下させるという問題がある。更に、この飛散した粉塵がレーザービームを照射する集光器に組み込まれた集光用対物レンズに付着して、レーザービームの照射を妨げるという問題がある。

その対策として、例えば集光用対物レンズの光軸に沿ってエアを噴出する噴出口を備え、噴出口の周りからデブリを吸引してデブリがデバイスの表面に堆積するのを防止する粉塵排出手段を備えたレーザー加工装置が提案されている（特開２００７−６９２４９号公報参照）。

特開２００７−６９２４９号公報特開２０１１−１８９４００号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたレーザー加工装置で実際にレーザー加工を実施すると、発生するデブリがレーザービームを取り巻くようにその周囲全体から吸引されるため、デブリの発生から吸引手段に吸引されるまでに、デブリがレーザービームを横断してしまうことになる。

その結果、レーザービームが安定的に被加工物に照射できず、形成されるレーザー加工溝の深さや幅が不安定になるという状況が発生していた。それによって、ウエーハを個々のデバイスに一様に分割できなくなるという問題があった。

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、アブレーション加工により発生する粉塵がレーザービームの光路を横断することなく、粉塵を吸引して排気することが可能な粉塵排出ユニットを備えたレーザー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の表面にレーザービームを照射してアブレーション加工によりレーザー加工溝を形成するための集光器を備えたレーザービーム照射手段と、該集光器と被加工物との間の空間に配設され該レーザービームが被加工物に照射されることによって加工点付近に発生される粉塵を吸引して排出する粉塵排出手段とを備えたレーザー加工装置であって、該粉塵排出手段は、該集光器に連結されたケーシングと、内部を通過するレーザービームの周囲に該集光器側から該加工点側へ流れる気流を発生させ、該集光器側に該粉塵が向かうのを防止する該ケーシングにより画成された第１の部屋と、該第１の部屋の下端に連通し、該粉塵を吸引排気する該ケーシングにより画成された第２の部屋と、を具備し、該第１の部屋は、気体供給手段に連通する気体供給路に接続され、該第１の部屋の天井部にはレーザービームの透過を許容する透明部材から形成されたレーザービーム透過窓が配設されており、該第２の部屋は、該第１の部屋と連通する天井部開口と、被加工物の表面に向かって開口した底部開口と、吸引排気手段に連通する吸引排気路と、該加工点から該底部開口を介して該吸引排気路へ向かう該粉塵の流路を該レーザービームを中心に該加工溝の両側方向へ第１の流路と第２の流路に分岐させる流路分岐部と、を含むことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

本発明のレーザー加工装置によると、第２の部屋に粉塵の流路を第１の流路と第２の流路に分岐する流路分岐部を設けたため、アブレーション加工により発生する粉塵の吸引をレーザービームの光路の両脇且つ形成するレーザー加工溝の両脇方向から行うため、レーザービームが吸引される粉塵の流路を横断することがなくなり、レーザービームの照射が安定して深さや幅が一定のレーザー加工溝を形成することが可能になるという効果を奏する。

また、第２の部屋の中に第１の部屋が突出している特許文献１に開示された構造に比べ、第１の部屋と第２の部屋が上下方向に重なり合う部分が少なく構造を非常にシンプルに実現可能なため、製造も容易でありコストも低く抑えることが可能である。更に。第２の部屋の構造が非常にシンプルであるため、清掃も容易である。

粉塵排出ユニットを具備したレーザー加工装置の斜視図である。レーザービーム照射ユニットのブロック図である。粉塵排出ユニットの斜視図である。粉塵排出ユニットの縦断面図である。図４のＶ−Ｖ線断面図である。

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、本発明実施形態の粉塵排出ユニット６４を具備したレーザー加工装置２の斜視図が示されている。

レーザー加工装置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、すなわち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プ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にはレーザービーム照射ユニット３４を収容するケーシング３５が取り付けられている。レーザービーム照射ユニット３４は、図２に示すように、ＹＡＧレーザー又はＹＶＯ４レーザーを発振するレーザー発振器６６と、繰り返し周波数設定手段６８と、パルス幅調整手段７０と、パワー調整手段７２とを含んでいる。

レーザービーム照射ユニット３４のパワー調整手段７２により所定パワーに調整されたパルスレーザービームは、ケーシング３５の先端に取り付けられたレーザー加工ヘッド３６によりチャックテーブル２８に保持されている半導体ウエーハＷに照射される。レーザー加工ヘッド３６は、ミラー７４及び集光用対物レンズ７６を有する集光器６２と、集光器６２に連結された粉塵排出ユニット６４とから構成される。

ケーシング３５の先端部には、レーザー加工ヘッド３６とＸ軸方向に整列してレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像ユニット３８が配設されている。撮像ユニット３８は、可視光によって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。

撮像ユニット３８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ユニットであり、加工送り量検出ユニット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ユニットであり、割り出し送り量検出ユニット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。

撮像ユニット３８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からはパルスモータ１０、パルスモータ２０、レーザービーム照射ユニット３４等に制御信号が出力される。

次に、図３乃至図５を参照して、本発明実施形態に係る粉塵排出ユニット６４について詳細に説明する。図３を参照すると、粉塵排出ユニット６４の斜視図が示されている。

レーザー加工ヘッド３６は、図２に示されるように、ミラー７４及び集光用対物レンズ７６を有する集光器６２と、集光器６２に連結された粉塵排出ユニット６４とから構成される。

図４を参照すると、図５のＩＶ−ＩＶ線断面図である粉塵排出ユニット６４の縦断面図が示されている。図５は図４のＶ−Ｖ線断面図である。粉塵排出ユニット６４は、集光器６２に一体的に連結された例えばアルミニウムから形成されたケーシング８０を具備している。ケーシング８０の下端は蓋８２により閉塞されている。

集光器６２と粉塵排出ユニット６４との間にはレーザービームを透過する例えばガラス等から形成されたレーザービーム透過窓８４が配設されている。粉塵排出ユニット６４は、内部を通過するレーザービーム７７の周囲に集光器６２側から流れる気流を発生させ、集光器６２側に粉塵が向かうのを防ぐケーシング８０により画成された第１の部屋８６を備えている。

図３に最もよく示されるように、第１の部屋８６に隣接してケーシング８０の上面には圧搾空気等の気体供給源に接続される接続口１００が開口しており、この接続口１００は管路１０２を介して気体供給源に接続されている。

第１の部屋８６の周囲には気体供給路１０４が形成されており、圧縮空気等の気体供給源から供給された気体は管路１０２、接続口１００及び気体供給路１０４を介して第１の部屋８６内に供給され、矢印１０５に示すようにレーザービーム７７の周囲に集光器６２側から加工点１０６側へ流れる気流を発生させる。この気流により、集光器６２のレーザービーム透過窓８４にレーザー加工により生じた粉塵が付着するのを防止する。

粉塵排出ユニット６４は更に、第１の部屋８６に天井部開口８８を介して連通し、レーザー加工により生じた粉塵を吸引排気する横方向に長い第２の部屋９６を備えている。第２の部屋９６は天井部開口８８を介して第１の部屋８６に連通する上流部９６ａと、吸引排気路９８に連通する下流部９６ｂとから構成される。

第２の部屋９６の上流部９６ａと下流部９６ｂの間には、流路分岐部９２が設けられており、この流路分岐部９２によりレーザー加工により発生した粉塵１０７の流路が第１の流路９４ａと第２の流路９４ｂとに分岐される。

よって、第２の部屋９６の上流部９６ａと下流部９６ｂとは、第１の流路９４ａ及び第２の流路９４ｂを介して連通されている。吸引排気路９８は矢印Ａで示す吸引排気手段へ接続されている。

以下、このように構成された粉塵排出ユニット６４の作用について説明する。レーザービーム照射ユニット３４のレーザー発振器６６からは例えば波長３５５ｎｍのパルスレーザービームが発振され、パワー調整手段７２により所定パワーに調整されたパルスレーザービームが集光器６２のミラー７４で反射され、更に集光用対物レンズ７６によって集光されてチャックテーブル２８に保持されている半導体ウエーハＷに照射される。

図４に示すように、集光用対物レンズ７６によって集光されたレーザービーム７７が半導体ウエーハＷに照射され、アブレーション加工によりレーザー加工溝１０８を形成する。図４及び図５において、Ｔはダイシングテープであり、半導体ウエーハＷはダイシングテープＴに貼着されて、ダイシングテープＴを介してチャックテーブル２８により吸引保持されている。

図４及び図５に示すように、半導体ウエーハＷにレーザービームが照射されると、レーザー加工点１０６からデブリ等の粉塵１０７が発生する。粉塵排出ユニット６４の吸引排気路９８を吸引排気手段に接続することにより、レーザー加工により発生した粉塵１０７は、図５に最もよく示されるように、流路分岐部９２により分岐された第１の流路９４ａと第２の流路９４ｂを介して矢印９５に示すように第２の部屋９６の下流部９６ｂに吸引され、更に吸引排気路９８を介して吸引排気手段に吸引される。

このように、加工点１０６で発生した粉塵１０７の吸引は、レーザービーム７７の光路の両脇且つ形成するレーザー加工溝１０８の両脇方向に配設された第１の流路９４ａ及び第２の流路９４ｂを介して行われるため、ウエーハＷに照射されるレーザービーム７７が粉塵１０７の流路を横断することがなくなり、その結果、レーザービーム７７が粉塵１０７により妨げられることがなく、ウエーハＷの表面に深さや幅が一定のレーザー加工溝１０８を形成することができる。

上述した実施形態の粉塵排出ユニット６４を備えたレーザー加工装置によると、アブレーション加工により発生した粉塵１０７の吸引をレーザービーム７７の光路の両側且つ形成するレーザー加工溝１０８の両側から行い、レーザービーム７７が照射される中央部分には粉塵１０７の滞留が殆どないため、レーザービーム７７が粉塵１０７の流路を横断することがなくなり、レーザービームを安定してウエーハＷに照射することができ、深さや幅が一定のレーザー加工溝１０８を形成することができる。

２レーザー加工装置
２８チャックテーブル
３４レーザービーム照射ユニット
３６レーザー加工ヘッド
６２集光器
６４粉塵排出ユニット
８０ケーシング
８６第１の部屋
９２流路分岐部
９４ａ第１の流路
９４ｂ第２の流路
９６第２の部屋
９６ａ上流部
９６ｂ下流部
１０６加工点
１０７粉塵
１０８レーザー加工溝

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の表面にレーザービームを照射してアブレーション加工によりレーザー加工溝を形成するための集光器を備えたレーザービーム照射手段と、該集光器と被加工物との間の空間に配設され該レーザービームが被加工物に照射されることによって加工点付近に発生される粉塵を吸引して排出する粉塵排出手段とを備えたレーザー加工装置であって、
該粉塵排出手段は、該集光器に連結されたケーシングと、
内部を通過するレーザービームの周囲に該集光器側から該加工点側へ流れる気流を発生させ、該集光器側に該粉塵が向かうのを防止する該ケーシングにより画成された第１の部屋と、
該第１の部屋の下端に連通し、該粉塵を吸引排気する該ケーシングにより画成された第２の部屋と、を具備し、
該第１の部屋は、気体供給手段に連通する気体供給路に接続され、該第１の部屋の天井部にはレーザービームの透過を許容する透明部材から形成されたレーザービーム透過窓が配設されており、
該第２の部屋は、該第１の部屋と連通する天井部開口と、被加工物の表面に向かって開口した底部開口と、吸引排気手段に連通する吸引排気路と、該加工点から該底部開口を介して該吸引排気路へ向かう該粉塵の流路を該レーザービームを中心に該加工溝の両側方向へ第１の流路と第２の流路に分岐させる流路分岐部と、
を含むことを特徴とするレーザー加工装置。