JP2013219168A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、空気吸引によりウエハを破損させることなくウエハを保持できるレーザー加工装置を提供する。
【解決手段】レーザー加工装置１は、保持台１０と、吸引装置４と、レーザー照射装置２と、第１移動装置（回転装置１１、Ｘ軸移動装置１２、及びＹ軸移動装置１３）と、制御装置８と、を備えており、保持台１０は、粒体物を焼結することによって形成される多孔質層１５を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、脆弱な材料からなるウエハをレーザーで切断することにより、チップを作成するレーザー加工装置に関する。

特許文献１、２は、ウエハに対して自動的にレーザー加工を実行するレーザー加工装置を開示している。このレーザー加工装置は、ウエハを保持する保持台を有しており、保持台によって保持されたウエハにレーザーを照射することによってウエハを加工する。

ウエハは脆弱であり、ウエハを破損させることなく機械的に保持することは困難である。特許文献２は、空気吸引により、ウエハを保持する保持台を開示している。

特開２００１−６２５８２号公報 特開２０１１−７９０４４号公報

保持台が金属材料で形成される場合、保持台自体の剛性を確保しながら空気吸引を行うための吸引口の開口数及び開口の総面積を増大させることは困難である。開口数及び開口の総面積が少ない場合、ウエハは局所的に保持台に吸引されることになる。吸引力が大きい場合、ウエハに掛かる応力によってウエハが破損する虞があり、吸引力が不足する場合、ウエハの保持ができない虞がある。

そこで本発明は、空気吸引によりウエハを破損させることなくウエハを保持できるレーザー加工装置を提供する。

本発明に係るレーザー加工装置は、脆弱な材料からなるウエハをレーザーで切断することにより、チップを作成するレーザー加工装置であって、空気吸引により前記ウエハを保持する保持台と、前記保持台から空気を吸引する第１吸引装置と、所定の照射軸に沿って、レーザーを照射するレーザー照射装置と、前記照射軸に対して垂直な基準面内で、前記保持台を平行移動及び回転させる第１移動装置と、所定のパターンに基づいて前記保持台に保持されている前記ウエハが切断されるように、前記レーザー照射装置及び前記第１移動装置を制御する制御装置と、を備えており、前記保持台は、前記ウエハに接触する部位に、粒体物を焼結することによって形成される多孔質層を備えている。

前記レーザー加工装置は、空気吸引により前記チップを保持する保持器と、前記保持器から空気を吸引する第２吸引装置と、前記保持台上に作成された前記チップを前記保持台から移動させるように、前記保持器を移動させる第２移動装置とを備えており、前記保持器は、前記チップに接触する部位に、粒体物を焼結することによって形成される多孔質層を備えている。

レーザー照射装置は、レーザーを集光するレンズと、前記照射軸上で前記レンズの先端側に配置される吸引器と、前記吸引器から空気を吸引する第３吸引装置とを備えている。

前記レーザー加工装置は、前記基準面上に設定される加工座標系と、前記ウエハの表面上に設定される対象座標系との位置関係を検出する位置検出装置を備えており、前記ウエハに複数の位置決め用のマークが形成されており、前記位置検出装置は、前記マークを検出することにより、前記位置関係を検出する。

前記レーザー加工装置は、前記照射軸上において、前記保持台に保持されている前記ウエハが前記レーザーによって貫通されたか否かを検出する貫通検出装置を備えており、前記貫通検出装置は、前記ウエハ又は前記保持台からの前記レーザーの反射光の強度に基づいて貫通の有無を判定する。

前記レーザー加工装置において、前記第１移動装置は、前記ウエハが接触する前記保持台の表面が前記基準面と平行になるように、前記保持台を前記照射軸に対して傾斜させる傾斜機構を備えている。

本発明に係るレーザー加工装置は、空気吸引によりウエハを破損させることなくウエハを保持できる。

レーザー加工装置の平面図である。 レーザー加工装置の正面図である。 加工ステージ及び撮像装置の平面図である。 保持台、反射光検出器、及び吸引器の断面図である。 ウエハの平面図である。 保持器の断面図である。 保持台及び回転装置の正面図である。 レーザー加工のフローを示す図である。

（本実施形態の構成）
図１は、レーザー加工装置１の平面図である。レーザー加工装置１は、レーザー照射装置２、２つの加工ステージ３、吸引装置４、２つの撮像装置５、２つの反射光検出器６、２つの移載装置７、及び制御装置８を備えている。レーザー加工装置１は、２つのウエハ９を同時に加工できるように、ウエハ９の加工に関連する２つの装置群を備えている。制御装置８は、撮像装置５及び反射光検出器６からの検出情報を受け取り、且つ加工ステージ３、吸引装置４、及び移載装置７を制御する。図１の下側がレーザー加工装置１の正面側であり、作業者２００は正面側からレーザー加工装置１の動作を確認する。

レーザー照射装置２は、レーザー発振器２１、分配器２２、２つの反射ユニット２３、２つのレンズ２４、及び２つの吸引器２５を備えている。レーザー発振器５は、所定の水平方向にレーザービームＢを照射する。分配器２２は、レーザー発振器５からのレーザービームＢを２つの平行なレーザービームＢに分配する。

図２は、レーザー加工装置１の正面図である。反射ユニット２３は、分配器２２からのレーザービームＢを下方に反射し、このレーザービームＢを鉛直方向の照射軸Ａに沿って照射する。レンズ２４は照射軸Ａ上に配置されており、レーザービームＢを集光する。この結果、集光されたレーザービームＢが、保持台１０上のウエハ９に照射される。吸引器２５は、照射軸Ａ上でレンズ２４の先端側に配置されている。吸引器２５を詳しくは後述する。

図２において、加工ステージ３は、保持台１０、回転装置１１、Ｘ軸移動装置１２、及びＹ軸移動装置１３を備えている。回転装置１１、Ｘ軸移動装置１２、及びＹ軸移動装置１３は、保持台１０を移動させる第１移動装置である。保持台１０は、空気吸引によりウエハ９を保持する。

図３は、加工ステージ３及び撮像装置５の平面図である。回転装置１１は、保持台１０をθ方向に回転させる。Ｘ軸移動装置１２は、保持台１０をＸ軸方向に移動させる。Ｙ軸移動装置１３は、Ｘ軸移動装置１２をＹ軸方向に移動させる。保持台１０は回転装置１１に支持されており、回転装置１１はＸ軸移動装置１２に支持されており、Ｘ軸移動装置１２はＹ軸移動装置１３に支持されている。このため、Ｘ軸移動装置１２及びＹ軸移動装置１３は、保持台１０を平行移動させる。Ｙ軸移動装置１３は、床面を構成するベース１００上に設けられている。

図４は、保持台１０、反射光検出器６、及び吸引器２５の断面図である。保持台１０は、本体１４及び多孔質層１５を備えている。本体１４は、多数の吸引経路１４ａを有している。多孔質層１５は、本体１４の上側にある。すなわち、多孔質層１５は、保持台１０において、ウエハ９に接触する部位にある。多孔質層１５は、粒体物を焼結することによって形成されている。多孔質層１５を形成する粒体物は、例えばセラミックである。このため、多孔質層１５は、多孔質層１５の両面間を連通する多数の吸引経路１５ａを有している。図４において、吸引経路１５ａは概略的に図示されているが、実際には任意の方向に網目状に形成されている。このため、１つの吸引経路１４ａに複数の吸引経路１５ａが連通している。また、吸引経路１５ａの数は多孔質層１５の厚みが増大するにつれて減少する。このため、本体１４の吸引経路１４ａの数よりも、多孔質層１５の吸引経路１５ａの数が多くなるように、多孔質層１５の厚みが選択されている。吸引経路１５ａの数は、例えば、吸引経路１４ａの数の数倍以上であることが好ましい。

図１において、Ｙ軸移動装置１３は、保持台１０を移載位置Ｐ１と加工位置Ｐ２との間で移動させる。保持台１０が移載位置Ｐ１にあるとき、ウエハ９の移載装置（図示せず）により、保持台１０にウエハ９が移載される。保持台１０が加工位置Ｐ２にあるとき、保持台１０上のウエハ９がレーザービームＢによる加工（切断）を受ける。

図２において、撮像装置５及び制御装置８は、位置検出装置を構成している。位置検出装置は、照射軸Ａに対して垂直な基準面ＳＡ上に設定される加工座標系と、ウエハ９の表面Ｓ９上に設定される対象座標系との位置関係を検出する。基準面ＳＡは、保持台１０に保持されるウエハ９の表面Ｓ９と一致するように設定されている。ここで、基準面ＳＡと表面Ｓ９との一致は、保持台１０の表面が水平面に対して平行であり、照射軸Ａが鉛直方向と平行であり、更にウエハ９の厚みが均一であることを前提としている。

制御装置８は、加工ステージ３を制御するため、保持台１０の平行移動量及び回転量を把握している。平行移動量は、所定の基準位置から保持台１０が平行移動した移動量を指している。所定の基準位置は、例えば、加工位置Ｐ２である。加工位置Ｐ２に保持台１０があるとき、保持台１０の中心は照射軸Ａ上に位置する。回転量は、所定の基準角度から保持台１０が回転した角度を指している。例えば、ウエハ９が保持台１０に載せられた時点における保持台１０の角度が、基準角度に設定される。このため、制御装置８は、保持台１０と照射軸Ａとの位置関係を認識できる。また、制御装置８は、保持台１０とウエハ９との位置関係を次のように認識できる。

図５は、ウエハ９の平面図である。ウエハ９は円板状部材であり、中央部のチップ領域９ａ、外周部の不要領域９ｂを有している。チップ領域９ａは、チップ２０を形成するための領域である。チップ領域９ａをレーザービームＢにより切断することによって、多数のチップ２０が形成される。不要領域９ｂは、チップ２０として利用されない領域である。チップ２０は、図６に図示されている。ウエハ９は、少なくとも２つの位置決めマーク９ｃを有している。マーク９ｃは、不要領域９ｂ内に形成されている。マーク９ｃは、保持台１０とウエハ９との位置関係を特定するために利用される。

図３において、撮像装置５は、撮像装置５は、移載位置Ｐ１にある保持台１０及びウエハ９を撮像し、画像データを作成する。本実施形態では、撮像装置５は、保持台１０及びウエハ９の外周部の一部のみを撮像する。ここで、回転装置１１により、保持台１０及びウエハ９を所定角度毎に回転させることにより、異なる複数の回転角度における保持台１０及びウエハ９の画像が撮像される。このようにして、複数の画像データが作成され、全てのマーク９ｃが撮像される。つまり、保持台１０及びウエハ９の全体像に相当する情報が取得される。あるいは、撮像装置５は、保持台１０及びウエハ９の全体を撮像しても良い。

制御装置８は、撮像装置５によって得られた画像データに基づいて、保持台１０とウエハ９との位置関係を特定できる。保持台１０とウエハ９との位置関係が特定され、且つ保持台１０と照射軸Ａとの位置関係が特定されるので、加工座標系と対象座標系との位置関係が特定される。このため、制御装置８は、加工座標系と対象座標系との位置関係を検出できる。

図２において、反射光検出器６及び制御装置８は、貫通検出装置を構成している。貫通検出装置は、照射軸Ａ上において、保持台１０に保持されているウエハ９がレーザービームＢによって貫通されたか否かを検出する。以下で、具体的な構成を説明する。

図４において、反射光検出器６は、ビームスピリッター１６及び強度検出器１７を備えている。ビームスピリッター１６は、照射軸Ａ上に配置されている。レーザービームＢが加工位置Ｐ２にある保持台１０上のウエハ９に照射されると、その反射光が照射軸Ａに沿って進む。ビームスピリッター１６は、入射光を完全に透過しながら反射光Ｒのみを反射する。反射された反射光Ｒは、強度検出器１７に入る。強度検出器１７は、反射光Ｒの強度を検出する。ウエハ９の貫通が完了するまでウエハ９の反射光Ｒが発生し、ウエハ９の貫通が完了すると保持台１０の反射光Ｒが発生する。ウエハ９の反射光Ｒと保持台１０の反射光Ｒとの間で、反射光Ｒの強度が大きく異なっている。このため、制御装置８は、強度検出器１７によって検出される反射光Ｒの強度に基づいて、照射軸Ａ上において、ウエハ９がレーザービームＢによって貫通されたか否かを特定できる。

図４において、吸引器２５は、照射軸Ａを囲むように配置されている。吸引器２５は、複数の吸気経路２５ａを有している。吸引器２５の内部に、レンズ２４が配置されている。吸気経路２５ａの入口は、レンズ２４よりも照射軸Ａ上の先端側（下側）に位置している。吸引器２５は、レーザービームＢによるウエハ９の切断によって発生する塵芥を吸引する。

図１、図２において、移載装置７は、保持器１８及び第２移動装置１９を備えている。保持器１８は、空気吸引によりチップ２０を保持する。チップ２０は、上述したように、ウエハ９をレーザービームＢにより切断することにより、生成される。第２移動装置１９は、吸引器１８を移動させる。このため、移載装置７は、加工位置Ｐ２における保持台１０上のチップ２０を、別の搬送台に移動させることができる。

図６は、保持器１８の断面図である。図６において、保持器１８は、本体３１及び多孔質層３２を備えている。本体３１は、吸引経路３１ａを有している。多孔質層３２は、本体３１の下側にある。すなわち、多孔質層３２は、保持器１８において、チップ２０に接触する部位にある。多孔質層３２は、粒体物を焼結することによって形成されている。多孔質層１５を形成する粒体物は、例えば樹脂である。このため、多孔質層３２は、多孔質層３２の両面間を連通する多数の吸引経路３２ａを有している。図６において、吸引経路３１ａは概略的に図示されているが、実際には任意の方向に網目状に形成されている。本体３１の吸引経路３１ａの数よりも、多孔質層３２の吸引経路３２ａの数が多くなるように、多孔質層３２の厚みが選択されている。

図１において、吸引装置４は、保持台１０、保持器１８、及び吸引器２５から空気を吸引する。図４において、空気流Ｆ１０は保持台１０から吸引される空気の流れを示しており、空気流Ｆ２５は吸引器２５から吸引される空気の流れを示している。図６において、空気流Ｆ１８は保持器１８から吸引される空気の流れを示している。

図７は、保持台１０及び回転装置１１の正面図である。回転装置１１は、回転台４１、上支持台４２、下支持台４３、及び複数の傾斜機構４４を備えている。回転台１１は保持台１０に固定されている。上支持台４２は回転台４１を回転させる。下支持台４３はＸ軸移動装置１３に固定されている。複数の傾斜機構４４は、上支持台４２と下支持台４３とを連結している。少なくとも３以上の傾斜機構４４が、回転装置１１の中心軸の周りに配置されている。図７では、２つの傾斜機構４４のみが図示されている。傾斜機構は、例えばボールねじにより構成されており、高さＨを調節できる。各傾斜機構４４の高さＨが異なるように回転装置１１が制御されると、ベース１００の床面に対して保持台１０の表面が傾斜する。このため、複数の傾斜機構４４は、保持台１０の表面Ｓ１０が基準面ＳＡと平行になるように、保持台１０を照射軸Ａに対して傾斜させることができる。また、複数の傾斜機構４４は、表面Ｓ１０と基準面ＳＡとの平行を保ちながら、表面Ｓ１０の高さを変更できる。

図８を参照して、レーザー加工のフローを説明する。図８は、レーザー加工のフローを示す図である。ステップＳ１において、制御装置８は加工開始の指令を受けており、ウエハ９のレーザー加工を開始する。

ステップＳ２において、制御装置８は傾斜調整を実行する。傾斜調整は、表面Ｓ９が基準面ＳＡに対して平行となるように表面Ｓ９を傾斜させる作業を指している。制御装置８は、まず、ウエハ９の表面Ｓ９と基準面ＳＡとが平行であるか否かを確認する。具体的には、制御装置８は、ウエハ９が保持されている保持台１０を複数の異なる回転位置で撮像するように、撮像装置５及び回転装置１１を制御する。表面Ｓ９が基準面ＳＡに対して傾斜している場合、撮像された複数の画像データにおいて、マーク９ｃの大きさが異なっている。このため、制御装置８は、撮像された複数の画像データに基づいて、表面Ｓ９と基準面ＳＡとが平行であるか否かを確認できる。表面Ｓ９が基準面ＳＡに対して平行でない場合、制御装置８は、表面Ｓ９が基準面ＳＡに対して平行となるように傾斜機構４４を制御する。ここで、傾斜させる角度は、複数の画像データに基づいて特定される。

ステップＳ３において、制御装置８は、焦点位置調整を実行する。焦点位置調整は、レンズ２４によって集光されるレーザービームＢの焦点位置と、ウエハ９の表面Ｓ９との高さを調整する作業を指している。例えば、制御装置８は、焦点位置が表面Ｓ９上に位置するように、傾斜機構４４を制御する。焦点位置の高さの確認は、異なる複数の回転角度において撮像された保持台１０及びウエハ９の画像データに基づいて行われる。同じ照射時間だけ照射されたレーザービームＢによって形成される穴形状を撮像することにより、焦点位置の高さが特定される。

ステップＳ４において、制御装置８は、レーザー照射の開始位置にウエハ９が到達するように、加工テーブル３を制御する。

ステップＳ５において、制御装置８は、加工パターンの読み込みを実行する。つまり、現在加工対象のウエハ９に対応する加工パターンのデータが、記憶装置から読み込まれる。ウエハ９には上述したようにチップ領域９ａが形成されており、このチップ領域９ａが、このウエハ９に対応する加工パターンに基づいて切断される。１以上の加工パターンが、一つのウエハ９に対して用意されている。

ステップＳ６において、制御装置８は、レーザー加工を実行する。つまり、制御装置８は、ウエハ９が加工パターンに基づいて切断されるように、レーザー照射装置２及び加工テーブル３を制御する。照射軸Ａの位置は固定されているため、制御装置８は、ウエハ９の位置を変更するように加工テーブル３を制御する。この結果、多数のチップ２０が作成される。

ステップＳ７において、制御装置８は、全ての加工パターンの加工が終了したか否かを判定する。全ての加工パターンの加工が終了している場合、処理がステップＳ９に進む。一部の加工パターンの加工が終了していない場合、処理がステップＳ４に戻る。

ステップＳ８において、レーザー加工が完了する。

レーザー加工におけるレーザービームＢの強度及び保持台１０の移動速度の制御を説明する。チップ２０の外周形状を均一に保つには、チップ２０の全外周においてレーザービームＢの照射エネルギーが均一であることが好ましい。ここで、チップ２０の隅を加工する場合のように、保持台１０の移動方向が変更される場合、保持台１０の移動速度が低下する。このとき、レーザービームＢの強度が一定に保たれていると、チップ２０の隅が受けるエネルギーは、チップ２０の辺が受けるエネルギーよりも大きくなる。そこで、チップ２０の外周の各部が受けるエネルギーが均一となるように、移動速度の増大／減少に応じて、レーザービームＢの強度が増大／減少するように、制御されている。

（本実施形態の効果）
本実施形態に係るレーザー加工装置１は、上述した次の構成により、次の効果を有する。

（１）本実施形態に係るレーザー加工装置１は、保持台１０と、第１吸引装置（吸引装置４）と、レーザー照射装置２と、第１移動装置（回転装置１１、Ｘ軸移動装置１２、及びＹ軸移動装置１３）と、制御装置８と、を備えており、保持台１０は、粒体物を焼結することによって形成される多孔質層１５を備えている。

このため、本実施形態に係るレーザー加工装置１は、空気吸引によりウエハ９を破損させることなくウエハ９を保持できる。

（２）本実施形態に係るレーザー加工装置１は、保持器１８と、第２吸引装置（吸引装置４）と、第２移動装置１９とを備えており、保持器１８は、粒体物を焼結することによって形成される多孔質層３２を備えている。

このため、本実施形態に係るレーザー加工装置１は、空気吸引によりチップ２０を破損させることなくチップ２０を保持できる。

（３）本実施形態に係るレーザー加工装置１は、レンズ２４と、吸引器２５と、第３吸引装置（吸引装置４）とを備えている。

このため、本実施形態に係るレーザー加工装置１は、レーザー加工によって発生した塵芥がレンズ２４に飛散することによって、レーザービームの強度に影響を及ぼすことを防止できる。

（４）本実施形態に係るレーザー加工装置１は、位置検出装置（撮像装置５及び制御装置８）を備えている。ウエハ９に複数の位置決め用のマーク９ｃが形成されており、位置検出装置は、マーク９ｃを検出することにより、位置関係を検出する。

このため、本実施形態に係るレーザー加工装置１は、位置決め精度を向上できる。

（５）本実施形態に係るレーザー加工装置１は、貫通検出装置（反射光検出器６及び制御装置８）を備えている。貫通検出装置は、ウエハ９又は保持台１０からのレーザーの反射光Ｒの強度に基づいて貫通の有無を判定する。

このため、本実施形態に係るレーザー加工装置１は、貫通の有無を容易に確認できる。

（６）本実施形態に係るレーザー加工装置１において、第１移動装置は、傾斜機構４４を備えている。

このため、本実施形態に係るレーザー加工装置１は、レーザービームＢの焦点位置の変動を抑制でき、加工の効率の低下を防止できる。

１ レーザー加工装置
２ レーザー照射装置
４ 吸引装置
５ 撮像装置（位置検出装置の一部）
６ 反射光検出器（貫通検出装置の一部）
８ 制御装置（制御装置、位置検出装置の一部、貫通検出装置の一部）
９ ウエハ
９ｃ 位置決めマーク
１０ 保持台
１５ 多孔質層
１８ 保持器
２４ レンズ
２５ 吸引器
３２ 多孔質層
４４ 傾斜機構
Ａ 照射軸
Ｓ１０ 表面（保持台の表面）
ＳＡ 基準面

Claims (6)

1. 脆弱な材料からなるウエハをレーザーで切断することにより、チップを作成するレーザー加工装置であって、
   空気吸引により前記ウエハを保持する保持台と、
   前記保持台から空気を吸引する第１吸引装置と、
   所定の照射軸に沿って、レーザーを照射するレーザー照射装置と、
   前記照射軸に対して垂直な基準面内で、前記保持台を平行移動及び回転させる第１移動装置と、
   所定のパターンに基づいて前記保持台に保持されている前記ウエハが切断されるように、前記レーザー照射装置及び前記第１移動装置を制御する制御装置と、を備えており、
   前記保持台は、前記ウエハに接触する部位に、粒体物を焼結することによって形成される多孔質層を備えている、レーザー加工装置。
2. 空気吸引により前記チップを保持する保持器と、
   前記保持器から空気を吸引する第２吸引装置と、
   前記保持台上に作成された前記チップを前記保持台から移動させるように、前記保持器を移動させる第２移動装置とを備えており、
   前記保持器は、前記チップに接触する部位に、粒体物を焼結することによって形成される多孔質層を備えている、請求項１に記載のレーザー加工装置。
3. レーザー照射装置は、レーザーを集光するレンズと、前記照射軸上で前記レンズの先端側に配置される吸引器と、前記吸引器から空気を吸引する第３吸引装置とを備えている、請求項１又は２に記載のレーザー加工装置。
4. 前記基準面上に設定される加工座標系と、前記ウエハの表面上に設定される対象座標系との位置関係を検出する位置検出装置を備えており、
   前記ウエハに複数の位置決め用のマークが形成されており、
   前記位置検出装置は、前記マークを検出することにより、前記位置関係を検出する、請求項１−３のいずれか１つに記載のレーザー加工装置。
5. 前記照射軸上において、前記保持台に保持されている前記ウエハが前記レーザーによって貫通されたか否かを検出する貫通検出装置を備えており、
   前記貫通検出装置は、前記ウエハ又は前記保持台からの前記レーザーの反射光の強度に基づいて貫通の有無を判定する、請求項１−４のいずれか１つに記載のレーザー加工装置。
6. 前記第１移動装置は、前記ウエハが接触する前記保持台の表面が前記基準面と平行になるように、前記保持台を前記照射軸に対して傾斜させる傾斜機構を備えている、請求項１−５のいずれか１つに記載のレーザー加工装置。

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