JP2014121718A

JP2014121718A - レーザー加工装置

Info

Publication number: JP2014121718A
Application number: JP2012279210A
Authority: JP
Inventors: Kohei Tanaka; 康平田中
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-07-03

Abstract

【課題】レーザー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ー加工装置を提供することである。
【解決手段】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ービームを照射するレーザービーム照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー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、を備えたレーザー加工装置であって、該レーザービーム照射手段は、レーザー発振器と、該レーザー発振器が発振したレーザー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対物レンズを有する集光器と、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と該集光器の該対物レンズとの間にエアを噴出するエアーナイフノズルを具備し、該対物レンズは該被加工物と対面する下面側が該対物レンズと平行な流れの帯状のエアブローによって覆われることを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、ウエーハ等の被加工物にレーザービームを照射して内部に改質層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。

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）のレーザー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、レーザー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）。

このレーザー加工方法は、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。

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ー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。

従って、ウエーハに対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）のレーザー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ー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、デブリの付着から加工面を保護するために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。

特許第３４０８８０５号公報特開２００４−１８８４７５号公報

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ー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、レーザー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。

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、レーザー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。

更に、ウエーハ外周部の分割予定ラインが形成されていない外周余剰領域に関しても分割予定ラインの部分とは厚みが異なったり、異なる材質の膜が形成されているため、同様な問題が発生する。

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、レーザー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に対して透過性を有する波長のレーザービームを照射するレーザービーム照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー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、を備えたレーザー加工装置であって、該レーザービーム照射手段は、レーザー発振器と、該レーザー発振器が発振したレーザー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対物レンズを有する集光器と、を含み、該対物レンズは該被加工物と対面する下面側が該対物レンズと平行な流れの帯状のエアブローによって覆わ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。

好ましくは、前記エアブローは、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と該集光器の該対物レンズとの間にエアを噴出するエアーナイフノズルから噴出しており、前記エアーナイフノズルのエア噴出口の幅は、該対物レンズの直径以上である。

本発明によると、対物レンズと平行なエアブローを対物レンズの下面を覆うように噴出させたため、レーザービームの照射によって煙が発生してもエアブロー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。

更には、薄く幅の広いエア噴出口を有するエアーナイフノズルを用いることで、対物レンズと被加工物との間の間隔が狭くなった場合でも、狭い間隔にエアーナイフノズルのエア噴出口を位置付けることができる。

レーザー加工装置の概略斜視図である。レーザービーム発生ユニットのブロック図である。光デバイスウエーハの表面側斜視図である。ダイシングテープを介して環状フレームに支持された光デバイスウエーハの斜視図である。図５（Ａ）は光デバイスウエーハの面取り部を示す一部破断側面図、図５（Ｂ）は光デバイスウエーハの外周部分を示す一部破断平面図である。本発明実施形態に係るエアーナイフノズルを有する集光器先端部分の縦断面図である。エアーナイフノズルの斜視図である。

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ー加工装置の外観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Ｙ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に沿って割り出し送り方向、即ちＹ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Ｘ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から構成される加工送り手段２２により一対のガイドレール２４に沿って加工送り方向、即ちＸ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は割り出し送り手段１２及び加工送り手段２２によりＹ軸方向及びＸ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。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。

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にレーザービーム照射機構（レーザービーム照射手段）３６が取り付けられている。レーザービーム照射機構３６は、ケーシング４０中に収容されたレーザー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。

レーザービーム発生ユニット３８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、レーザー発振器４４はブリュースター窓を有しており、レーザー発振器４４から出射されるレーザービームは直線偏光のレーザービームである。

図３を参照すると、本発明のレーザー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。

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。

光デバイスウエーハ１１にレーザー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。

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、レーザー加工時には、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。

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。

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。

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。

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ー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。

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。

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。

光源：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４パルスレーザー
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

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。

ところで、パルスレーザー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にレーザービームの集光点が一致することがある。

すると、この点Ｐにレーザービームのウエーハ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に沿ったレーザー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。

本実施形態のレーザー加工装置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エアーナイフノズル６０が集光器４２の対物レンズ５４に隣接して配設されている。

集光器４２は対物レンズ５４を有しており、対物レンズ５４はレンズケース５６中に収納されている。レンズケース５６は、図示しないアクチュエータにより対物レンズ５４の焦点調整のために上下方向に移動可能に配設されている。レンズケース５６はケーシング４０に取り付けたブラケット５８により囲繞されている。

図７に示すように、エアーナイフノズル６０は二つの取り付け穴７２を有しており、これらの取り付け穴７２中にねじ７０を挿入して、ブラケット５８のねじ穴に螺合することにより、エアーナイフノズル６０はブラケット５８に取り付けられる。

エアーナイフノズル６０は、幅Ｗ１の薄いエア噴出口６２を有しており、このエア噴出口６２は、図６に示すように、エア供給路６４，６６，６８を介してエア供給管７０に接続されている。

矢印Ａに示すように、圧縮エアがエア供給管７０に供給される。ここで、エア供給路６４はエア噴出口６２と同様な横幅を有している。好ましくは、エア噴出口６２の横幅Ｗ１は対物レンズ５４の直径よりも大きい寸法に形成されている。

本実施形態のレーザー加工装置２によると、エアーナイフノズル６０のエア噴出口６２が集光器４２の対物レンズ５４に隣接して設けられているため、エア噴出口６２から高圧のエアが噴出されて光デバイスウエーハ１１と対面する対物レンズ５４の下面側が対物レンズ５４と平行な矢印Ｂで示す流れの帯状のエアブローによって覆われる。

従って、レーザー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、発生した煙がこのエアブローによって直ちに除去されるので、集光器４２の対物レンズ５４が煙によって汚染されることが防止される。

横幅の広いエア噴出口６２を有するエアーナイフノズル６０を配設したことにより、パイプノズルのようなスポット的なエアの噴出ではないので完全に対物レンズ５４をエアブローで覆うことができるため、エアブローによる対物レンズ５４の保護能力が高い。

更に、エア噴出口６２が薄いエアーナイフノズル６０を用いることで、対物レンズ５４と光デバイスウエーハ１１との間隔が狭くなった場合でも、その狭い間隔にエアーナイフノズル６０のエア噴出口６２を位置付けることができる。エアーナイフノズルの他、幅広のエアブローが供給できるエアー供給ノズル（エアーカーテン）であってもよい。

アブレーション加工によって発生した煙は光デバイスウエーハ１１の表面に付着したごみ等の異物にレーザービームが照射されても発生するが、この煙もエア噴出口６２から噴出されるエアブローによって直ちに除去されるので、集光器４２の対物レンズ５４が煙によって汚染されることがない。

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ー加工装置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。

２レーザー加工装置
１１光デバイスウエーハ
２１面取り部
２３レーザービーム集光点軌跡
２８チャックテーブル
３６レーザービーム照射機構
３８レーザービーム発生ユニット
４２集光器
５４対物レンズ
６０エアーナイフノズル
６２エア噴出口

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対して透過性を有する波長のレーザービームを照射するレーザービーム照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー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、を備えたレーザー加工装置であって、
該レーザービーム照射手段は、レーザー発振器と、該レーザー発振器が発振したレーザー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対物レンズを有する集光器と、を含み、
該対物レンズは該被加工物と対面する下面側が該対物レンズと平行な流れの帯状のエアブローによって覆われていることを特徴とするレーザー加工装置。
前記エアブローは、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と該集光器の該対物レンズとの間にエアを噴出するエアーナイフノズルから噴出しており、
前記エアーナイフノズルのエア噴出口の幅は、該対物レンズの直径以上であることを特徴とする請求項１記載のレーザー加工装置。