JP2013184177A

JP2013184177A - レーザー加工装置

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Publication number: JP2013184177A
Application number: JP2012049727A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Otani; 康広大谷
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2013-09-19

Abstract

【課題】パルスレーザー光線の波長、繰り返し周波数、パルス幅を含む加工条件がそれぞれ異なる複数のレーザー加工を実施することができるレーザー加工装置を提供する。
【解決手段】レーザー光線照射機構４は、パルスレーザー光線を発振するパルスレーザー光線発振手段４１と、パルスレーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線の出力を調整する出力調整器４２１ａ、４２１ｂ、４２１ｃと、出力調整器によって出力が調整されたレーザー光線を集光せしめる集光器４２２ａ、４２２ｂ、４２２ｃを具備し、パルスレーザー光線発振手段４１は、パルスレーザー光線の波長、繰り返し周波数、パルス幅がそれぞれ設定された複数の発振器４１ａ、４１ｂ、４１ｃを備えており、複数の発振器と出力調整器との間に複数の発振器のいずれかを選択する発振器選択手段４３ａ、４３ｂ、４３ｃが配設されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、被加工物に複数の加工条件でレーザー加工を施すことができるレーザー加工装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、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デバイスが形成された領域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フォトダイオード等の受光素子やレーザーダイオード等の発光素子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フォトダイオード、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。

上述した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パルスレーザー光線を照射してアブレーション加工することによりレーザー加工溝を形成し、ウエーハをストリートに沿って分割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、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射することにより、ウエーハの内部にストリートに沿って改質層を連続的に形成し、この改質層が形成されることによって強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、ウエーハを分割するものである。（例えば、特許文献２参照。）

更に、光デバイスの輝度を向上させる技術として、光デバイスウエーハを構成するサファイア基板や炭化珪素等のエピタキシー基板の表面にバッファー層を介して積層されたn型半導体層およびp型半導体層からなる光デバイス層にモリブデン(Mo)、銅(Ｃu)、シリコン(Si)等の移設基板を金(Ａu),白金(Pt),クロム(Ｃr),インジウム(In),パラジウム(Pｄ)等の接合金属層を介して接合し、エピタキシー基板の裏面側からバッファー層にレーザー光線を照射することによりエピタキシー基板を剥離して、光デバイス層を移設基板に移し替えるリフトオフと呼ばれる製造方法が下記特許文献３に開示されている。

特開平１０−３０５４２０号公報特許第３４０８８０５号公報特表２００５−５１６４１５号公報

上記アブレーション加工、改質層形成加工、リフトオフ加工等のレーザー加工を実施するためには、それぞれのレーザー加工に適したパルスレーザー光線の波長、繰り返し周波数、パルス幅を少なくとも含む加工条件が設定されたパルスレーザー光線発振器が装備されたレーザー加工装置が用いられる。
従って、アブレーション加工、改質層形成加工、リフトオフ加工を実施する場合、３台のレーザー加工装置を購入しなければならない。また、アブレーション加工、改質層形成加工、リフトオフ加工を実施するために３台のレーザー加工装置を購入した場合、アブレーション加工のみを実施するときには他の２台レーザー加工装置が休止した状態となり、不経済であるという問題がある。

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、パルスレーザー光線の波長、繰り返し周波数、パルス幅を含む加工条件がそれぞれ異なる複数のレーザー加工を実施することができるレーザー加工装置を提供することにある。

上記主たる技術的課題を解決するために、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を加工送り方向に相対的に加工送りする加工送り手段とを備えたチャックテーブル機構と、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機構と、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機構は、パルスレーザー光線を発振する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が発振するパルスレーザー光線の出力を調整する出力調整器と、該出力調整器によって出力が調整されたレーザー光線を集光せしめる集光器を具備し、
該パルスレーザー光線発振手段は、パルスレーザー光線の波長、繰り返し周波数、パルス幅がそれぞれ設定された複数の発振器を備えており、
該複数の発振器と該出力調整器との間に、該複数の発振器のいずれかを選択する発振器選択手段が配設されている、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

複数のレーザー加工装置を備え、該複数のレーザー加工装置の各チャックテーブル機構の各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該レーザー光線照射機構は、複数の発振器を備えたパルスレーザー光線発手段が共用されている。

本発明によるレーザー加工装置は、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機構がパルスレーザー光線を発振する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が発振するパルスレーザー光線の出力を調整する出力調整器と、該出力調整器によって出力が調整されたレーザー光線を集光せしめる集光器を具備し、該パルスレーザー光線発振手段はパルスレーザー光線の波長、繰り返し周波数、パルス幅がそれぞれ設定された複数の発振器を備えており、該複数の発振器と該出力調整器との間に該複数の発振器のいずれかを選択する発振器選択手段が配設されているので、複数の発振器が発振するレーザー光線を適宜に選択して出力調整器および集光器を介して照射することができる。従って、複数の発振器が発振するレーザー光線を例えばアブレーション加工と改質層形成加工およびリフトオフ加工にそれぞれ適した波長、繰り返し周波数、パルス幅に設定することにより、アブレーション加工と改質層形成加工およびリフトオフ加工を適宜実施することができる。
また、複数のレーザー加工装置を備えている場合には、複数のレーザー加工装置の各チャックテーブル機構の各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機構は、複数の発振器を備えたパルスレーザー光線発手段が共用されているので、各レーザー加工装置はそれぞれ複数の発振器が発振するレーザー光線を適宜に選択して出力調整器および集光器を介して照射することができる。従って、例えばアブレーション加工のみを実施するときには各レーザー加工装置はアブレーション加工に適したパルスレーザー光線を発振する発振器を選択することができるので、休止するレーザー加工装置が発生するという問題が解消する。

本発明に従って構成されたレーザー加工装置のブロック構成図。図１に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段を構成する発振器選択手段のレーザー分配手段の要部を破断して示す正面図。図２に示すレーザー分配手段を構成する第１の回転盤の上面図および下面図。図２に示すレーザー分配手段を構成する第２の回転盤の下面図。

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、更に詳細に説明する。
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ブロック構成図が示されている。図示の実施形態においては、３台のレーザー加工装置２ａ，２ｂ，２ｃを備えている。３台のレーザー加工装置２ａ，２ｂ，２ｃは、それぞれ被加工物を保持するチャックテーブルを備えたチャックテーブル機構３ａ，３ｂ，３ｃと、該チャックテーブル機構３ａ，３ｂ，３ｃ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機構４を具備している。チャックテーブル機構３ａ，３ｂ，３ｃは、それぞれ被加工物を保持するチャックテーブル３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、該チャックテーブル３１ａ，３１ｂ，３１ｃを矢印Xおよび紙面に垂直な矢印Yで示す加工送り方向に相対的に加工送りする加工送り手段３２ａ,３２ｂ，３２ｃを具備している。

上記レーザー光線照射機構４は、パルスレーザー光線を発振する共通のパルスレーザー光線発振手段４１と、該共通のパルスレーザー光線発振手段４１が発振するパルスレーザー光線を上記チャックテーブル３１ａ，３１ｂ，３１ｃに保持された被加工物にそれぞれ照射するパルスレーザー光線照射手段４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、共通のパルスレーザー光線発振手段４１とパルスレーザー光線照射手段４２ａ，４２ｂ，４２ｃとの間に配設された発振器選択手段４３とからなっている。共通のパルスレーザー光線発振手段４１は、図示の実施形態においては３個のパルスレーザー光線発振器４１ａ，４１ｂ，４１ｃを備えている。パルスレーザー光線発振器４１ａは、図示の実施形態においては波長が３５５nm、繰り返し周波数が２００kHz、パルス幅が１００nsのパルスレーザー光線を発振する。また、パルスレーザー光線発振器４１ｂは、図示の実施形態においては波長が１０６４nm、繰り返し周波数が１００kHz、パルス幅が１psのパルスレーザー光線を発振する。また、パルスレーザー光線発振器４１ｃは、図示の実施形態においては波長が２５７nm、繰り返し周波数が５０kHz、パルス幅が１００psのパルスレーザー光線を発振する。

上記パルスレーザー光線照射手段４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、それぞれ上記共通のパルスレーザー光線発振手段４１を構成する３個のパルスレーザー光線発振器４１ａ，４１ｂ，４１ｃが発振したパルスレーザー光線の出力を調整する出力調整器４２１ａ，４２１ｂ，４２１ｃと、該出力調整器４２１ａ，４２１ｂ，４２１ｃによって出力が調整されたパルスレーザー光線を集光してそれぞれ上記チャックテーブル３１ａ，３１ｂ，３１ｃに保持された被加工物に照射する集光器４２２ａ，４２２ｂ，４２２ｃとからなっている。

上記共通のパルスレーザー光線発振手段４１を構成する３個のパルスレーザー光線発振器４１ａ，４１ｂ，４１ｃとパルスレーザー光線照射手段４２ａ，４２ｂ，４２ｃを構成する出力調整器４２１ａ，４２１ｂ，４２１ｃとの間に配設された発振器選択手段４３は、３個のパルスレーザー光線発振器４１ａ，４１ｂ，４１ｃが発振したパルスレーザー光線をそれぞれ出力調整器４２１ａ，４２１ｂ，４２１ｃに分配するレーザー分配手段４３ａ，４３ｂ，４３ｃからなっている。このレーザー分配手段４３ａ，４３ｂ，４３ｃについて図２乃至図４を参照して説明する。図示の実施形態におけるレーザー分配手段４３ａ，４３ｂ，４３ｃは、それぞれ３個のパルスレーザー光線発振器４１ａ，４１ｂ，４１ｃに接続された光ファイバー４４を介して伝送されたパルスレーザー光線を集光する集光レンズ４５と、該集光レンズ４５によって集光されたパルスレーザー光線を分配する第１の回転盤４６および第２の回転盤４７とからなっている。

第１の回転盤４６は、中心に回転軸４６１を備えており、図示しない回動機構によって該回転軸４６１を中心として適宜回動可能に構成されている。この第１の回転盤４６の上面には図３の(ａ)に示すように回転軸４６１を中心とした同一半径の円軌跡上に３個の入光口４６２，４６３，４６４が形成されている。また、第１の回転盤４６の下面には図３の(ｂ)に示すように入光口４６２に対応する１個の出光口４６５ａと、入光口４６３を中心とした同一半径の円軌跡上に形成された２個の出光口４６５ｂ，４６５ｃと、入光口４６４を中心とした同一半径の円軌跡上に形成された３個の出光口４６５ｄ，４６５ｅ，４６５fが形成されている。このように３個の入光口４６２，４６３，４６４と６個の出光口４６５ａ，４６５ｂ，４６５ｃ，４６５ｄ，４６５ｅ，４６５fが形成された第１の回転盤４６には、図２に示すように入光口４６２と出光口４６５ａとを連通する光ファイバー４６６ａと、入光口４６３と出光口４６５ｂ，４６５ｃと連通する光ファイバー４６６ｂ，４６６ｃと、入光口４６４と出光口４６５ｄ，４６５ｅ，４６５fとを連通する光ファイバー４６６ｄ，４６６ｅ，４６６fが配設されている。

上記第２の回転盤４７は、上記第１の回転盤４６の下側に配設され中心に回転軸４７１を備えており、図示しない回動機構にとって該回転軸４７１を中心として適宜回動可能に構成されている。この第２の回転盤４７には図２および図４に示すように回転軸４７１を中心とした同一半径の円軌跡上に上面から下面に貫通する３個の貫通孔４７２，４７３，４７４が形成され、この３個の貫通孔４７２，４７３，４７４にそれぞれ光ファイバー４７５ａ，４７５ｂ，４７５ｃが配設されている。この光ファイバー４７５ａ，４７５ｂ，４７５ｃは、それぞれ上記レーザー加工装置２ａ，２ｂ，２ｃに装備されたレーザー光線照射手段４２ａ，４２ｂ，４２ｃを構成する出力調整器４２１ａ，４２１ｂ，４２１ｃに接続されている。なお、３個の貫通孔４７２，４７３，４７４は、互いの間隔が上記第１の回転盤４６に形成された出光口４６５ｂと４６５ｃの間隔および出光口４６５ｄと４６５ｅと４６５fの間隔と同一に形成されている。

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。
先ず、レーザー加工装置２ａによってアブレーション加工を実施し、レーザー加工装置２ｂによって改質層形成加工を実施し、レーザー加工装置２ｃによってリフトオフ加工を実施する場合について説明する。この場合、共通のパルスレーザー光線発振手段４１を構成するパルスレーザー光線発振器４１ａに接続されたレーザー分配手段４３ａを構成する第１の回転盤４６に形成された入光口４６２を集光レンズ４５の直下に位置付けるとともに、第２の回転盤４７に形成された貫通孔４７２を第１の回転盤４６に形成された出光口４６５ａの直下に位置付ける。また、共通のパルスレーザー光線発振手段４１を構成するパルスレーザー光線発振器４１ｂに接続されたレーザー分配手段４３ｂを構成する第１の回転盤４６に形成された入光口４６２を集光レンズ４５の直下に位置付けるとともに、第２の回転盤４７に形成された貫通孔４７３を第１の回転盤４６に形成された出光口４６５ａの直下に位置付ける。更に、共通のパルスレーザー光線発振手段４１を構成するパルスレーザー光線発振器４１ｃに接続されたレーザー分配手段４３ｃを構成する第１の回転盤４６に形成された入光口４６２を集光レンズ４５の直下に位置付けるとともに、第２の回転盤４７に形成された貫通孔４７4を第１の回転盤４６に形成された出光口４６５ａの直下に位置付ける。このようにして、レーザー分配手段４３ａと４３ｂおよび４３ｃの第１の回転盤４６および第２の回転盤４７をそれぞれ位置付けたならば、共通のパルスレーザー光線発振手段４１を構成する３個のパルスレーザー光線発振器４１ａ，４１ｂ，４１ｃを作動するとともに、出力調整器４２１ａ，４２１ｂ，４２１ｃを制御してそれぞれ集光器４２２ａ，４２２ｂ，４２２ｃから照射されるパルスレーザー光線の平均出力を調整する。この結果、レーザー加工装置２ａのチャックテーブル機構３ａを構成するチャックテーブル３１ａに保持された被加工物には、波長が３５５nm、繰り返し周波数が２００kHz、パルス幅が１００nsで所定の出力に調整されたアブレーション加工に適するパルスレーザー光線が照射される。また、レーザー加工装置２ｂのチャックテーブル機構３ｂを構成するチャックテーブル３１ｂに保持された被加工物には、波長が１０６４nm、繰り返し周波数が１００kHz、パルス幅が１psで所定の出力に調整された改質層形成加工に適するパルスレーザー光線が照射される。更に、レーザー加工装置２ｃのチャックテーブル機構３ｃを構成するチャックテーブル３１ｃに保持された被加工物には、波長が２５７nm、繰り返し周波数が５０kHz、パルス幅が１００psで所定の出力に調整されたリフトオフ加工に適するパルスレーザー光線が照射される。

また、レーザー加工装置２ａによってアブレーション加工を実施し、レーザー加工装置２ｂおよびレーザー加工装置２ｃによって改質層形成加工を実施する場合には、共通のパルスレーザー光線発振手段４１を構成するパルスレーザー光線発振器４１ａに接続されたレーザー分配手段４３ａを構成する第１の回転盤４６に形成された入光口４６２を集光レンズ４５の直下に位置付けるとともに、第２の回転盤４７に形成された貫通孔４７２を第１の回転盤４６に形成された出光口４６５ａの直下に位置付ける。そして、共通のパルスレーザー光線発振手段４１を構成するパルスレーザー光線発振器４１ｂに接続されたレーザー分配手段４３ｂを構成する第１の回転盤４６に形成された入光口４６３を集光レンズ４５の直下に位置付けるとともに、第２の回転盤４７に形成された貫通孔４７３および４７４を第１の回転盤４６に形成された出光口４６５ｂおよび４６５ｃの直下に位置付ける。このようにして、レーザー分配手段４３ａおよび４３ｂの第１の回転盤４６および第２の回転盤４７をそれぞれ位置付けたならば、共通のパルスレーザー光線発振手段４１を構成するパルスレーザー光線発振器４１ａおよび４１ｂを作動するとともに、出力調整器４２１ａ，４２１ｂ，４２１ｃを制御してそれぞれ集光器４２２ａ，４２２ｂ，４２２ｃから照射されるパルスレーザー光線の平均出力を調整する。この結果、レーザー加工装置２ａのチャックテーブル機構３ａを構成するチャックテーブル３１ａに保持された被加工物には、波長が３５５nm、繰り返し周波数が２００kHz、パルス幅が１００nsで所定の出力に調整されたアブレーション加工に適するパルスレーザー光線が照射される。また、レーザー加工装置２ｂおよびレーザー加工装置２ｃのチャックテーブル機構３ｂおよび３ｃを構成するチャックテーブル３１ｂおよび３１ｃに保持された被加工物には、波長が１０６４nm、繰り返し周波数が１００kHz、パルス幅が１psで所定の出力に調整された改質層形成加工に適するパルスレーザー光線が照射される。

次に、レーザー加工装置２ａ、レーザー加工装置２ｂ、レーザー加工装置２ｃによってリフトオフ加工を実施する場合には、共通のパルスレーザー光線発振手段４１を構成するパルスレーザー光線発振器４１ｃに接続されたレーザー分配手段４３ｃを構成する第１の回転盤４６に形成された入光口４６4を集光レンズ４５の直下に位置付けるとともに、第２の回転盤４７に形成された貫通孔４７２，４７３，４７4を第１の回転盤４６に形成された出光口４６５ｄ，４６５ｅ，４６５fの直下に位置付ける。このようにして、レーザー分配手段４３ｃの第１の回転盤４６および第２の回転盤４７をそれぞれ位置付けたならば、共通のレーザー光線発振手段４１を構成するパルスレーザー光線発振器４１ｃを作動するとともに、出力調整器４２１ａ，４２１ｂ，４２１ｃを制御してそれぞれ集光器４２２ａ，４２２ｂ，４２２ｃから照射されるパルスレーザー光線の平均出力を調整する。この結果、レーザー加工装置２ａのチャックテーブル機構３ａを構成するチャックテーブル３１ａとレーザー加工装置２ｂのチャックテーブル機構３ｂを構成するチャックテーブル３１ｂおよびレーザー加工装置２ｃのチャックテーブル機構３ｃを構成するチャックテーブル３１ｃに保持された被加工物には、それぞれ波長が２５７nm、繰り返し周波数が５０kHz、パルス幅が１００psで所定の出力に調整されたリフトオフ加工に適するパルスレーザー光線が照射される。従って、休止するレーザー加工装置が発生するという問題が解消する。

以上のように、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、共通のパルスレーザー光線発振手段４１を構成する３個のパルスレーザー光線発振器４１ａ，４１ｂ，４１ｃと、該３個のパルスレーザー光線発振器４１ａ，４１ｂ，４１ｃと各レーザー加工装置２ａ、レーザー加工装置２ｂ、レーザー加工装置２ｃに配設されたレーザー光線照射手段４２ａ，４２ｂ，４２ｃを構成する出力調整器４２１ａ，４２１ｂ，４２１ｃとの間に３個のパルスレーザー光線発振器４１ａ，４１ｂ，４１ｃが発振したパルスレーザー光線をそれぞれ出力調整器４２１ａ，４２１ｂ，４２１ｃに分配するレーザー分配手段４３ａ，４３ｂ，４３ｃからなる発振器選択手段４３を配設したので、各レーザー加工装置２ａ、レーザー加工装置２ｂ、レーザー加工装置２ｃのチャックテーブル機構を構成するチャックテーブルに保持された被加工物には、それぞれ３個のパルスレーザー光線発振器４１ａ，４１ｂ，４１ｃが発振したパルスレーザー光線を照射することができる。従って、各レーザー加工装置２ａ，２ｂ，２ｃは、アブレーション加工と改質層形成加工およびリフトオフ加工を適宜に選択して実施することができる。

２ａ，２ｂ，２ｃ：レーザー加工装置
３ａ，３ｂ，３ｃ：チャックテーブル機構
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ：チャックテーブル
４：レーザー光線照射機構
４１：共通のパルスレーザー光線発振手段
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ：パルスレーザー光線発振器
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ：パルスレーザー光線照射手段
４２１ａ，４２１ｂ，４２１ｃ：出力調整器
４２２ａ,４２２ｂ，４２２ｃ：集光器
４３ａ，４３ｂ，４３ｃ：レーザー分配手段
４６：第１の回転盤
４７：第２の回転盤

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を加工送り方向に相対的に加工送りする加工送り手段とを備えたチャックテーブル機構と、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機構と、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機構は、パルスレーザー光線を発振する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が発振するパルスレーザー光線の出力を調整する出力調整器と、該出力調整器によって出力が調整されたレーザー光線を集光せしめる集光器を具備し、
該パルスレーザー光線発振手段は、パルスレーザー光線の波長、繰り返し周波数、パルス幅がそれぞれ設定された複数の発振器を備えており、
該複数の発振器と該出力調整器との間に、該複数の発振器のいずれかを選択する発振器選択手段が配設されている、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
複数のレーザー加工装置を備え、
該複数のレーザー加工装置の各チャックテーブル機構の各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該レーザー光線照射機構は、複数の発振器を備えたパルスレーザー光線発手段が共用されている、請求項１記載のレーザー加工装置。