JP4633335B2

JP4633335B2 - レーザ加工装置およびレーザ加工方法

Info

Publication number: JP4633335B2
Application number: JP2003034199A
Authority: JP
Inventors: 邦充高橋; 幸喜清水; 収堀田
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2023-02-12
Also published as: JP2004247426A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエハをレーザ光によってサイノメまたは任意の形状にダイシング（またはスクライビング）するレーザ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザを加工物に照射し、微小量ずつ除去して行う加工として、スクライビング、トリミングなどの方法があり、レーザの特徴を生かした加工法として利用範囲が広がっている。レーザを用いたスクライビングは、シリコン、ガラス、セラミック、サファイアなど特に硬い材料を分割したり、整形したりするのに有効な方法である。この方法は原理的には切断法と同じであり、マイクロエレクトロニクス製品の製造工程で広く用いられている。ＣＯ₂レーザもＹＡＧレーザも使われているが、セラミックスにはＣＯ₂レーザ、シリコンにはＹＡＧレーザが主として使われる。
【０００３】
トランジスタ、ダイオード、あるいはＩＣやＬＳＩなどの集積回路を製造するとき、数多くの素子を大きなウエハの上に作ることは、生産コストを大幅に引き下げるのに役立つ有効な方法である。そこでウエハ上に作られた沢山の素子を、各単体の素子に分割する工程が必要であり、これがダイシングやスクライビングと呼ばれている。この工程でチップが不規則に割れたり、欠けたりすると、この工程までに経てきた非常に多くの工程における工数や経費が無駄になってしまう。そこでスクライビングの工程での歩留まりが生産コストに影響するところがきわめて大きい。
【０００４】
半導体工場で実用されているＹＡＧレーザスクライバ装置は、レーザ発振部、光学装置、電源部、冷却部、駆動部およびその制御部などから成る。励起用光源としてはクリプトンランプ２本を用い、レーザ光はＱスイッチによりパルス化されており、くり返しは１〜５０ｋＨｚの範囲で可変である。最初に作業者が位置あわせをすれば、ＸおよびＹ方向のスクライビングは自動で連続して行うことができる。（たとえば非特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】
小林昭著「続・レーザ加工」開発社、初版１９８０年、第８５頁第２行〜５行、同第７行〜１１行、同第１８行〜第８６頁第１行、第８７頁第３行〜８行）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のスクライビング装置では、レーザ光を加工物に照射した際に、加工物から溶融した物質が飛散して周囲に付着するため、加工物をスクライビングした後に加工物を洗浄する必要があった。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、ウエハの加工部で発生した溶融物質を瞬時に蒸発させることによって、溶融物質が周囲に付着するのを防止できるレーザ加工方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るレーザ加工方法は、ウエハを搭載して移動可能な移動手段、この移動手段を駆動する駆動手段、ウエハにレーザ光を照射するレーザ手段、および前記駆動手段と前記レーザ手段を制御する制御手段を備えたレーザ加工装置において、前記レーザ光が照射される加工部に前記ウエハの溶融物質を蒸発させるための溶液を液滴としてレーザ光を照射すると同時に供給する際に、該液滴はウエハの溶融物質のみを気化させる大きさとすると共に、該液滴が該加工部以外に作用しないように供給し、該溶液の溶質がハロゲン化物であり、溶媒が水またはエタノールからなるものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置を示すものである。このレーザ加工装置は、半導体から成るウエハ（加工物）１をダイシング、すなわち単体の素子に細かく切断する装置であるが、スクライビング、すなわちウエハ１に多数の溝を縦横または任意の形状に設ける装置としても適用できるようになっている。
【００１０】
ウエハ１はＸＹテーブル（移動手段）２に搭載され、直交する水平なＸ方向およびＹ方向に移動可能とされている。ＸＹテーブル２は駆動機構（駆動手段）３によって駆動され、駆動機構３はコントローラ（制御手段）４によって制御可能とされている。そして、加工装置には、ウエハ１にレーザ光５を照射してウエハ１を加工するレーザ発振器（レーザ手段）６が設置されている。
【００１１】
また、レーザ加工装置には、レーザ発振器６から発射したレーザ光５をウエハ１上に向けるビーム伝送光学系としての反射ミラー７と、この反射ミラー７で反射したレーザ光５をウエハ１上の加工部１ａに合焦、すなわちスポット状に集光させる集光光学系としての集光レンズ８が配置されている。レーザ発振器６はコントローラ４に接続され、レーザ光５の発振タイミングが制御されるようになっている。
【００１２】
さらに、レーザ加工装置には、溶液９をウエハ１上の加工部１ａに液滴９ａとして供給するための溶液供給手段１０が設置されている。この溶液供給手段１０は、溶液９を収容するタンク１１、加工部１ａの近傍に配置されて液滴９ａを加工部１ａに向けて噴射するノズル１２、タンク１１とノズル１２を溶液９が流れるように接続するチューブ１３、タンク１１内の溶液９をノズル１２へ圧送する圧送ポンプ１４、および溶液９の流れを断続する電磁バルブ１５から構成され、圧送ポンプ１４と電磁バルブ１５はコントローラ４に接続されている。
【００１３】
コントローラ４は駆動機構３とレーザ発振器６を従来と同様に制御するばかりでなく、液体供給手段１０の圧送ポンプ１４と電磁バルブ１５を制御し、ノズル１２から噴射する液滴９ａのタイミングを制御するようになっている。すなわち、コントローラ４はレーザ光５を加工部１ａに照射するタイミングと、液滴９ａを加工部１ａに噴射するタイミングとを同期させる機能を備えている。この場合に、コントローラ４は、ノズル１２から１滴の液滴９ａが噴出した瞬間、より正確には液滴９ａが加工部１ａに到着した瞬間に、レーザ光５の１パルスが加工部１ａを照射するようになっている。
【００１４】
ここで、タンク１１に収容する溶液９は、溶媒としての水またはエタノールに溶質としてのハロゲン化物を溶かした液体とするのが好ましい。したがって、溶液９として、フッ化硫黄（ＳＦ₆）のエタノール溶液、臭化水素（ＨＢｒ）の水溶液、塩化炭素（ＣＣｌ₄）溶液、フッ化炭素（ＣＦ₄）のエタノール液など、あるいはフレオン類を用いることができる。この実施の形態１では、たとえばフッ化硫黄（ＳＦ₆）のエタノール溶液を使用している。
【００１５】
なお、ノズル１２の口径は噴射した液滴９ａがウエハ１の溶融物質のみを気化させる大きさとし、ノズル１２の口径とノズル１２の先端位置は、液滴９ａが加工部１以外の部分に作用しないように設定する必要がある。また、レーザ発振器６が発振するレーザ光５の波長は、ウエハ１に吸収される波長である必要のあることは言うまでもない。このためのレーザ発振器６として、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４、５３２、３５５、２６６ｎｍなど）、ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）、色素レーザなどを使用することができる。
【００１６】
このような構成のレーザ加工装置においては、ウエハ１の加工を開始するに際して、コントローラ４は駆動機構３を制御してＸＹテーブル２を駆動し、ウエハ１とレーザ光５の相対位置を決定する。また、コントローラ４は溶液供給手段１０の圧送ポンプ１４を作動させ、液滴９ａがノズル１２から噴射できる状態にする。
【００１７】
たとえば、図２に示すようにウエハ１上の１つの加工部１ａ、すなわち加工ライン１６と加工ライン１７の交点を加工する際には、コントローラ４は駆動機構３を制御してＸＹテーブル２を駆動し、ウエハ１の加工部１ａをレーザ光５の照射点に移動させる。次に、コントローラ４は電磁バルブ１５とレーザ発振器６に信号を送る。これにより、図３（ａ）にも示すように、ノズル１２から１滴の液滴９ａが加工部１ａに向かって噴射され、図３（ｂ）にも示すように加工部１ａに到達する。
【００１８】
その直後に、図３（ｃ）に示すようにレーザ発振器６からのレーザ光５の１パルスが加工部１ａに入射する。これにより、レーザ光５のエネルギによって液滴９ａが瞬時に蒸発膨張し、エタノール蒸気とフッ化硫黄（ＳＦ₆）の気体に分離する。同時に、加工部１ａのウエハ１も瞬時に溶融蒸発し、図３（ｄ）に示すようにフッ化硫黄（ＳＦ₆）と激しく反応して気化し、凝集・微粒子化することなく蒸気１８となる。これにより、ウエハ１の表面に加工溝１ｂが形成される。そして、図３（ｅ）に示すように、蒸気１８が急激に膨張して空間に拡散する。
【００１９】
この間に、ウエハ１の溶融物質はケイ素原子、ケイ素分子、あるいはケイ素クラスタとなって加工部１ａから飛散する。また、高温状態ではケイ素クラスタの表面が活性であり、Ｓｉ−Ｓｉ結合エネルギよりもＳｉ−Ｆ結合エネルギの方が大きいので、フッ化硫黄（ＳＦ₆）の雰囲気中では揮発性のフッ化ケイ素（ＳｉＦ₄）に変化する。
【００２０】
以上のように、この実施の形態１によれば、ウエハ１の溶融物質と液滴９ａが、レーザ光５のエネルギによって気化して空間に膨張拡散するので、ウエハ１の溶融物質が周囲に飛散して付着することを防止することができる。したがって、加工したウエハ１を洗浄する作業を不要とするうえに、ウエハ１の加工溝１ｂを良好な形状に仕上げることがきる。この際に、溶液９を液滴９ａとして加工部１ａに供給するので、余分の液滴９ａの供給を最小限に抑えて溶液９の消費量を抑制することができる。
【００２１】
実施の形態２．
実施の形態１では、ノズル１２から１滴の液滴９ａを加工部１ａに噴射するタイミングと、レーザ光５の１パルスを加工部１ａに照射するタイミングとを同期させたが、図４に示すように、レーザ光５を照射する前に一連の液滴９ａをたとえば加工ライン１６上に付着させておき、その後にこれらの液滴９ａにレーザ光５を順次に照射することも可能である。この場合には、レーザ光５の照射をと液滴９ａの供給を同期させる必要がないので、装置を簡素化することができる。
【００２２】
なお、上述の実施の形態１、２ではウエハ１の溶融物質や液滴９ａが空間に拡散するようにしたが、排気手段で捕集するように構成すれば、環境を良好に保つことができる。また、加工物をウエハ１として説明したが、たとえばガラス、セラミック、サファイア、金属などをダイシング（またはスクライビング）する場合にも、必要に応じて溶液の溶質と溶媒を適宜に選択することによってこの発明を適用できる。
【００２３】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、レーザ光が照射される加工部に、ウエハの溶融物質を蒸発させるための溶液をノズルから液滴として、前記レーザ光の照射と同時に供給するように構成し、かつ、前記ノズルの口径は供給する該液滴がウエハの溶融物質のみを気化させる大きさであると共に、前記ノズルの口径と先端位置は該液滴が加工部以外に作用しないように設定し、該溶液の溶質がハロゲン化物であり、溶媒が水またはエタノールからなるようにしたので、ウエハの溶融物質が周囲に飛散して付着するのを防止することができる。したがって、加工したウエハを洗浄する作業を不要とし、加工物の美観と加工作業性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるウエハと液滴の関係を示す平面図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるレーザ加工装置の作用を説明する模式図である。
【図４】この発明の実施の形態２におけるレーザ加工装置のウエハと液滴の関係を示す平面図である。
【符号の説明】
１ウエハ（加工物）
１ａ加工部
１ｂ加工溝
２ＸＹテーブル（移動手段）
３駆動機構（駆動手段）
４コントローラ（制御手段）
５レーザ光
６レーザ発振器（レーザ手段）
１０溶液供給手段
１１溶液
１２ノズル

Claims

ウエハを搭載して移動可能な移動手段、この移動手段を駆動する駆動手段、ウエハにレーザ光を照射するレーザ手段、および前記駆動手段と前記レーザ手段を制御する制御手段を備えたレーザ加工装置において、
前記レーザ光が照射される加工部に前記ウエハの溶融物質を蒸発させるための溶液を液滴としてレーザ光を照射すると同時に供給する際に、該液滴がウエハの溶融物質のみを気化させる大きさとすると共に、該液滴が該加工部以外に作用しないように供給し、該溶液の溶質がハロゲン化物であり、溶媒が水またはエタノールであることを特徴とするレーザ加工方法。
溶液がレーザ光の照射によって溶融物質を気化させる物質であることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
制御手段がレーザ光照射タイミングと溶液供給タイミングを同期させる機能を有することを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
蒸発した物質を大気中または収容部に排出する排出手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。