JP2015088515A

JP2015088515A - 加工装置

Info

Publication number: JP2015088515A
Application number: JP2013223214A
Authority: JP
Inventors: 優作伊藤; Yusaku Ito
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-10-28
Filing date: 2013-10-28
Publication date: 2015-05-07

Abstract

【課題】効率よく適切な加工条件を選定可能な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保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に加工を施す加工手段と、該保持手段と該加工手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、を備えた加工装置であって、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向において３次元で被加工物を測定し形状情報を取得する３次元測定手段と、該３次元測定手段によって取得された情報を処理し画像情報を生成する処理手段と、通信回線を介して接続された端末装置に該画像情報を送信する送信手段と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー加工装置、切削装置等の加工装置に関する。

ＩＣ，ＬＳＩ，ＬＥＤ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたシリコンウエーハ、サファイアウエーハ等のウエーハは、加工装置によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の各種電子機器に広く利用されている。

ウエーハの分割には、ダイサーと呼ばれる切削装置を用いたダイシング方法が広く採用されている。ダイシング方法では、ダイヤモンド等の砥粒を金属や樹脂で固めて厚さ３０μｍ程度とした切削ブレードを、３００００ｒｐｍ程度の高速で回転させつつウエーハへと切り込ませることでウエーハを切削し、ウエーハを個々のデバイスへと分割する。

一方、近年では、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ウエーハに照射することでウエーハにレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿ってブレーキング装置でウエーハを割断して個々のデバイスへと分割する方法が提案されている。

レーザー加工装置によるレーザー加工溝の形成は、ダイサーによるダイシング方法に比べて加工速度を速くすることができるとともに、サファイアやＳｉＣ等の硬度の高い素材からなるウエーハであっても比較的容易に加工することができる。

また、加工溝を例えば１０μｍ以下等の狭い幅とすることができるので、ダイシング方法で加工する場合に対してウエーハ１枚当たりのデバイス取り量を増やすことができるというメリットがある。

ダイシング装置、レーザー加工装置においては、顕微鏡及びＣＣＤカメラ等のカメラを備えた撮像手段によって切削溝の状態、又はレーザー加工溝の状態を撮像して加工条件を最適値に調整するように制御している。

特開平５−３２６７００号公報

しかし、顕微鏡及びカメラを備えた撮像手段によって撮像される画像は２次元画像であり、切削やレーザー加工による加工溝の幅や深さ、デブリの高さや幅は大まかにしか測定できず、加工溝の断面形状、デブリの体積については装置内では検出することができない。

従って、被加工物をダイシング装置やレーザー加工装置で加工した後、別の測定装置へと被加工物を持っていき、別途測定作業を実施する必要があった。そして、測定作業で得られた３次元の加工状態の測定結果に基づいて加工条件を調整するようにしていた。研削装置においては、研削痕の凹凸状態の測定も同様の状況であった。

また、加工条件の違いによって加工結果も変化するが、求める加工結果を得られる最適条件を割り出すのは容易ではない。よって、半導体製造メーカーは、多くの実験を繰り返して膨大なデータから条件選定を行う代わりに、最適な加工条件の選定を早期に達成するため、加工装置メーカーに助言を求めることが行われている。

その場合、半導体製造メーカーは、加工したい半導体ウエーハを加工装置メーカーに持ち込んで、加工条件の選定を加工装置メーカーに実施させたり、加工装置メーカーからエンジニアを呼んで半導体製造メーカーの加工装置を使って実験させたりすることが行われている。

しかし、適切な加工条件の選定を早期に達成するために、加工装置メーカーにわざわざ足を運んだり、或いは加工装置メーカーからエンジニアを呼んで実験を行うことは、非常に手間が掛かり煩雑であるという問題がある。

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、効率よく適切な加工条件を選定可能な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保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に加工を施す加工手段と、該保持手段と該加工手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、を備えた加工装置であって、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向において３次元で被加工物を測定し形状情報を取得する３次元測定手段と、該３次元測定手段によって取得された情報を処理し画像情報を生成する処理手段と、通信回線を介して接続された端末装置に該画像情報を送信する送信手段と、を備えたことを特徴とする加工装置が提供される。

好ましくは、前記送信手段は、前記端末装置から操作情報を受信する受信手段と共に情報送受信手段を構成し、該受信手段は、該端末装置から受信した該操作情報を加工装置を制御する制御手段に転送する。

本発明の加工装置では、加工した領域を３次元で測定できる３次元測定手段と、端末装置と通信できる情報送受信手段を備えているため、加工したそばから採取した正確な測定結果を加工装置から例えば加工装置メーカーのエンジニアが操作する端末装置に送信することで、加工装置メーカーのエンジニアは加工の様子を遠隔地にいながら被加工物を加工する作業者と共有できるという効果を奏する。

また、端末装置から加工条件を変更する等の操作をすることができるため、加工装置メーカーが持つノウハウを素早く加工条件に反映することができるという効果を奏する。

更に、微細なデブリの量や加工溝の溝形状など、これまで加工装置での測定が難しかった測定項目に関しても干渉対物レンズを備えた３次元測定手段で測定できるため、測定結果を素早く加工条件の選定に反映できるという効果がある。

また、端末装置から測定位置も変更できるため、端末装置からも容易に所望の箇所を観察でき、的確な情報を端末装置が設置された遠隔地から取得でき、効率的な評価ができるという効果も奏する。

３次元測定手段を備えた本発明実施形態のレーザー加工装置の斜視図である。図２（Ａ）は３次元測定手段の分解斜視図、図２（Ｂ）はその斜視図である。図３（Ａ）は３次元測定手段の縦断面図、図３（Ｂ）は干渉対物レンズユニットの模式的説明図である。圧電素子に印加する電圧と伸びとの関係を示すグラフである。干渉対物レンズユニットで生成された強い光を捉えた撮像素子部の画素のＺ軸座標がＺ１〜Ｚ３位置におけるＸＹ座標を示す図である。３次元測定手段で測定した測定値を処理する処理手段のブロック図である。図７（Ａ）はウエーハにレーザービームを照射してレーザー加工溝を形成する模式的断面図、図７（Ｂ）は形成されたレーザー加工溝及びデブリを示す模式的断面図である。出力手段としての表示モニタ上に表示されたレーザー加工溝の測定結果の一例を示す図である。図９（Ａ）はダイシングによる加工溝の状態を示すウエーハの模式的平面図、図９（Ｂ）はその模式的断面図を示している。

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、３次元測定手段を具備した本発明実施形態のレーザー加工装置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から構成される割出し送り機構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機構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は割り出し送り機構１２及び加工送り機構２２によりＹ軸方向及びＸ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に吸引保持されたウエーハをダイシングテープを介して支持する環状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、ケーシング３６内に収容されたレーザービーム発生ユニットと、レーザービーム発生ユニットから発生されたレーザービームをチャックテーブル２８に保持された被加工物に照射するケーシング３６に取り付けられた集光器（レーザーヘッド）３８とから構成される。

ケーシング３６には、図２（Ａ）に示すように、凹部４２を有する支持ブロック４０が固定されており、この支持ブロック４０にはボールねじ４４と、ボールねじ４４の一端に連結されたパルスモータ４６が配設されている。

４８は本発明実施形態の３次元測定ユニット（３次元測定手段）であり、３次元測定ユニット４８の嵌合部５０が支持ブロック４０の凹部４２に嵌合し、嵌合部５０に形成された貫通穴５２内にボールねじ４４が貫通し、ボールねじ４４が嵌合部５０に内蔵されたナットに螺合している。

３次元測定ユニット４８のハウジング８０には、干渉対物レンズユニット５４、撮像素子部（カメラ）５６及び白色ＬＥＤからなる光照射部５８が配設されている。更に、図３（Ａ）に示すように、ハウジング８０内にはハーフミラー８２が配設されている。

パルスモータ４６を駆動するとボールねじ４４が回転し、ボールねじ４４に螺合しているナットを介して３次元測定ユニット４８が上下方向に移動される。従って、３次元測定ユニット４８で加工領域の測定を行いたい場合には、パルスモータ４６を駆動して３次元測定ユニット４８を測定領域上方の測定開始位置に位置付ける。

図３（Ａ）を再び参照すると、８４は圧電素子であり、電源８６から供給される可変電圧に応じて例えば図４に示すようにその長さが変位（伸長）する。従って、圧電素子８４の変位量に応じて、干渉対物レンズユニット５４の高さ位置（Ｚ座標）が変化する。

図３（Ｂ）を参照すると、干渉対物レンズユニット５４の模式図が示されている。干渉対物レンズユニット５４は、対物レンズ８８と、ガラス板９０に配設された参照ミラー９４と、ハーフミラー９２とを有している。

ハーフミラー９２に対して、対物レンズ８８の焦点位置と対称位置に参照ミラー９４を配設する。このように構成された干渉対物レンズユニット５４はミラウ（ミロー）型やマイケルソン型、リニク型等と呼ばれる。

白色光源５８から出射された白色光は、ハーフミラー８２で反射されて干渉対物レンズユニット５４を介して被加工物表面に照射される。被加工物表面からの反射光と参照ミラー９４から反射した光が干渉すると、対物レンズ８８の焦点が合っている位置では両方が重なり合って干渉光（干渉信号）が発生し、鮮明な干渉縞が生じる。

従って、パルスモータ４６を駆動して３次元測定ユニット４８を被加工物上方の測定開始位置に位置付け、圧電素子８４に印加する電圧を変化させて、干渉対物レンズユニット５４を通して被加工物表面を撮像素子部５６で撮像する。

その結果、図５に示すように、測定対象物の焦点が合った位置で光が強く干渉するためドット１１として検出できる。干渉対物レンズユニット５４の高さを図５（Ａ）〜図５（Ｃ）に示すようにＺ１〜Ｚ３に変化させて、撮像素子部５６で複数の画像を撮像する。Ｚ１はレーザー加工溝の底部近辺、Ｚ２は中ほど、Ｚ３は表面近辺の干渉光のドット１１を示している。

３次元測定ユニット４８で生成された干渉光を捉えた撮像素子部５６の画素のＸ座標及びＹ座標を、図６に示すように、ＸＹ座標記憶部９６で記憶する。これと同時に、干渉光を捉えた画素のＸ座標及びＹ座標に対応して図４に示すグラフから圧電素子８４の変位量を求め、この変位量から干渉対物レンズユニット５４のＺ座標を求め、このＺ座標をＺ座標記憶部９８で記憶する。

画像情報生成部１００では、ＸＹ座標記憶部９６に記憶されている画素のＸＹ座標と、Ｚ座標記憶部９８に記憶されている当該画素取得時のＺ座標を立体的に組み立てて３次元画像情報を生成する。

算出部１０２では、画像情報生成部１００で生成された３次元の画像情報に基づいて被加工物の測定対象の測定値を算出する。測定対象としては、加工手段（本実施形態ではレーザービーム照射ユニット３４）によって被加工物に形成された加工溝の幅、深さ、形状及び位置と、加工溝付近に堆積したデブリの幅、高さ、体積及び形状と、加工溝のエッジ部の欠けの幅、深さ、形状のいずれかを含む。

基準測定値記憶部１０６には、測定値の判定基準となる基準値が記憶されている。この基準値は、加工手段により適正な加工が施された被加工物の加工領域の測定値である。算出部１０２は、基準測定値記憶部１０６に記憶された基準測定値と、加工手段により加工が施された被加工物の加工領域の測定値とからなる比較データを生成する比較データ生成部１０４を有している。

判定部１０８では、基準測定値記憶部１０６で記憶されている基準測定値と、算出部１０２で算出された加工手段により加工が施された被加工物の加工領域の測定値とを比較し、加工手段による加工を中止するか又は加工条件を変更するかを判定する。

加工条件設定部１１０は、加工条件記憶部１１２と、適正画像情報記憶部１１４と、加工条件調整部１１６とを含んでいる。判定部１０８で加工条件を変更すべきと判定した場合には、加工条件調整部１１６で加工条件を最適な値に調整する。

一方、被加工物の加工領域の測定値が基準測定値から大きくはずれており、加工条件を変更しただけでは最適な加工ができないと判断した場合には、加工手段による加工を中止する。本実施形態では、ＸＹ座標記憶部９６、Ｚ座標記憶部９８、画像情報生成部１００、算出部１０２、基準測定値記憶部１０６及び判定部１８０で図１に示す処理手段６０を構成する。

次に、図７及び図８を参照して、レーザー加工溝に３次元測定手段による測定方法を適用した場合について説明する。図７（Ａ）に示すように、被加工物の一種である半導体ウエーハ（以下、単にウエーハと略称することがある）１１８の表面には分割予定ライン１２２を挟んでデバイス１２０が形成されている。ウエーハ１１８の表面にはＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）等の水溶性樹脂からなる保護膜１２４が形成されている。

ウエーハ１１８に対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）のパルスレーザービーム１２３を分割予定ライン１２２に沿って照射すると、アブレーション加工により図７（Ｂ）に示すようなレーザー加工溝１２６が形成される。

ところが、ウエーハ１１８にパルスレーザービーム１２３を照射すると、パルスレーザービーム１２３が照射された領域に熱エネルギーが集中してデブリ１２８が発生し、このデブリ１２８が保護膜１２４に付着する。

３次元測定ユニット４８でレーザー加工溝１２６を測定し、ＸＹ座標記憶部９６に記憶されている撮像画像の画素のＸＹ座標及びＺ座標記憶部９８に記憶されている撮像画像取得時のＺ座標を立体的に組み立てて３次元画像情報を生成する。

そして、算出部１０２で、生成された３次元画像情報に基づいてウエーハ１１８のレーザー加工溝１２６の測定値を算出する。この測定値としては、レーザー加工溝１２６の幅Ｗ１、深さＤ１、レーザー加工溝１２６の形状及び位置と、レーザー加工溝１２６付近に堆積したデブリ１２８の幅、高さ、体積及び形状を含んでいる。

画像情報生成部１００で生成された３次元画像情報１３０及び算出部１０２で算出された測定値１３２は、図８に示すように、出力手段としての表示モニタ６２上に表示される。同時に、例えばデブリ体積の比較データ１３４も表示される。この比較データ１３４は、デブリ１２８の幅、高さ等であってもよい。

次に、図９を参照して、ダイシングによる加工溝について説明する。図９（Ａ）はウエーハ１１８の一部平面図、図９（Ｂ）はウエーハ１１８の一部断面図である。切削ブレードを使用したダイシングにより、ウエーハ１１８の分割予定ライン１２２に沿ってダイシング加工溝１３６を形成すると、ダイシング加工溝１３６の両側にチッピング（欠け）１３８が発生することがある。

そこで、３次元測定ユニット４８でダイシング加工溝１３６を測定し、ＸＹ座標記憶部９６に測定対象物の焦点が合った位置で光が強く干渉するドット（画素）１１のＸＹ座標を記憶し、Ｚ座標記憶部９８でドット（画素）１１のＺ座標を記憶する。

ＸＹ座標記憶部９６に記憶されているドット（画素）１１のＸＹ座標とＺ座標記憶部９８に記憶されているＺ座標とに基づいて、画像情報生成部１００でドット１１を立体的に組み立ててダイシング加工溝１３６の３次元画像を生成する。

算出部１０２では、画像情報生成部１００で生成された３次元画像情報に基づいてウエーハ１１８に形成されたダイシング加工溝１３６の測定値を算出する。測定値としては、ダイシング加工溝１３６の幅、深さ、形状及びエッジ部に形成されたチッピング（欠け）１３８の幅等が挙げられる。

画像情報生成部１００で生成されたダイシング加工溝１１８の３次元画像及び算出部１０２で算出されたダイシング加工溝１３６の各測定値は、図８に示したレーザー加工の場合と同様に、表示モニタ６２上に表示される。

上述した実施形態では、３次元測定ユニット４８に干渉対物レンズユニット５４を採用した例について説明したが、３次元測定手段はこれに限定されるものではなく、干渉対物レンズユニットに代わって共焦点顕微鏡を採用した３次元測定ユニット、或いは３次元測定ユニットとしてレーザー変位計を採用するようにしても良い。

図１を再び参照すると、処理手段６０は送信手段６６及び受信手段６８を有する情報送受信手段６４に接続されており、情報送受信手段６４はインターネット等の通信回線７０を介して加工装置メーカー側に設置された端末装置７２に接続されている。

従って、本実施形態のレーザー加工装置２では、処理手段６０で処理された画像情報は送信手段６６及び通信回線７０を介して加工装置メーカー側に設置された端末装置７２に送信される。

その結果、被加工物を加工したそばから採取した正確な測定結果をレーザー加工装置２から例えば加工装置メーカーのエンジニアが操作する端末装置７２に送信することができる。よって、加工装置メーカーのエンジニアは遠隔地にいながら加工の様子をレーザー加工装置２を操作する作業者と共有することができる。

情報送受信手段６４で送受信される画像情報として対象となるのは、加工手段によって被加工物に形成された加工溝の幅、深さ、形状及び位置と、加工溝付近に堆積したデブリの幅、高さ、体積及び形状と、加工溝のエッジ部の欠けの幅、深さ、形状等である。

また、本実施形態では、レーザー加工装置２が受信手段６８を備えているため、加工装置メーカー側に設置された端末装置７２から加工条件の変更等の情報を通信回線を介して送信すると、この情報は受信手段６８で受信され、制御手段７４で加工条件の変更等の操作をすることができる。従って、加工装置メーカーが持つノウハウを素早く加工条件に反映することができる。

更に、微細なデブリの量や、加工溝の溝形状など、これまで加工装置での測定が難しかった測定項目に関しても、３次元測定ユニット４８で測定できるため、測定結果を素早く加工条件の選択に反映することができる。

本実施形態では更に、加工装置メーカー側に設置された端末装置７２から測定位置も変更することができる。従って、端末装置７２からも容易に所望の箇所を観察することができ、的確な情報を遠隔地から取得でき、加工装置メーカー側で効率的な評価を実施することができる。

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
３８集光器（レーザーヘッド）
４８３次元測定ユニット
５４干渉対物レンズユニット
５６撮像素子部（カメラ）
５８光照射部
６４情報送受信手段
７０通信回線
７２端末装置
８８対物レンズ
９２ハーフミラー
９４参照ミラー
９６ＸＹ座標記憶部
９８Ｚ座標記憶部
１００画像情報生成部
１０２算出部
１０６基準測定値記憶部
１０８判定部

Claims

被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に加工を施す加工手段と、該保持手段と該加工手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、を備えた加工装置であって、
互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向において３次元で被加工物を測定し形状情報を取得する３次元測定手段と、
該３次元測定手段によって取得された情報を処理し画像情報を生成する処理手段と、
通信回線を介して接続された端末装置に該画像情報を送信する送信手段と、
を備えたことを特徴とする加工装置。
前記送信手段は、前記端末装置から操作情報を受信する受信手段と共に、情報送受信手段を構成し、
該受信手段は、該端末装置から受信した該操作情報を、加工装置を制御する制御手段に転送する請求項１記載の加工装置。
前記加工手段は、レーザービームを照射するレーザービーム照射手段から構成される請求項１又は２記載の加工装置。