JP5236351B2

JP5236351B2 - レーザ加工装置

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Publication number: JP5236351B2
Application number: JP2008127844A
Authority: JP
Inventors: 浄大須賀; 洋志野村
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2008-05-15
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2028-05-15
Also published as: JP2009274100A

Description

本発明は、半導体ウエハ等の被加工物を、レーザ光で精密に切断加工する際に用いられる切断加工装置に関する。

半導体デバイス製造工程では、略円板形状の半導体ウエハ（以下、「ウエハ」と略称。）の表面に、ＩＣ（integrated circuit:集積回路）又はＬＳＩ（large-scale integration:大規模集積回路）などの回路を多数形成し、これらの回路が形成された各領域を、所定のストリート（切断ライン）に沿って、格子状にダイシングすることにより、個々の半導体チップ（デバイス）を製造している。

ウエハの上記ストリートに沿って行う切断工程は、通常、ダイサーとも称される切削装置によって行われているが、ウエハなどのワークにレーザ光を照射することによって切断を行う加工装置も提案されている（特許文献１参照）。

この種のレーザ加工装置では、レーザ光の光軸位置（即ち、加工点）に対する被加工物の位置関係を高精度に把握しておく必要がある。例えば、被加工物をカメラで撮影して得た画像情報によって該被加工物の位置を確認し、レーザ光照射部に対する被加工物位置をＸ軸、Ｙ軸の各方向に調整する技術が採用される。典型例としては、レーザ光照射部とは別の位置にアライメント用のカメラを配置しておき、該カメラによって得られた画像情報に基づいて被加工物の存在の位置を検出して、レーザ発振部に対して被加工物を位置付けする。

しかし、被加工物を切断加工するためのレーザ光照射部とアライメント用のカメラの実際の相対的座標位置関係は、周辺の温度条件等によって、設計段階の座標位置関係から経時的に微妙に変化する。従って、設計段階の相対的座標位置関係に基づいて切断加工を行ってしまうと加工精度が低下する。

このため、高精度の切断加工をワークに施す場合には、レーザ光出射部とアライメント用のカメラの実際の相対的座標位置関係を予め正確に把握し直しておいて、実際の相対的座標位置関係を基に切断加工を制御する必要がある。例えば、チャックテーブル等に保持されたワークにレーザ光を照射して該ワークに加工痕を形成し、この加工痕を前記カメラで撮影することによって、レーザ光照射部の実際の光軸位置（加工点）を把握し、これにより加工点とアライメント用のカメラの実際の相対的座標位置関係を把握することも可能である。
特開平１０−３０５４２０号公報。

しかし、ワークに加工痕を形成する従来技術では、この加工痕をワークにわざわざ形成しなければならないという点や、ワーク上の加工痕を正確にカメラで認識することが困難な場合があるなどの問題があった。

そこで、本発明は、ワークに加工痕を形成しなくても、レーザ光出射部とアライメント用のカメラの相対的座標位置関係を高精度に把握することが可能なレーザ加工装置を提供することを主な目的とする。

本発明は、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レーザ光を照射することにより所定の加工を施すレーザ照射部を備えるレーザ光照射手段と、前記チャックテーブルに保持された被加工物に配置されたアライメントマークを撮像する第一カメラと、前記チャックテーブルと前記レーザ光照射手段とをＸ軸方向及びＹ軸方向に相対的に移動せしめる位置付け手段と、から少なくとも構成されたレーザ加工装置に関連し、前記レーザ光が照射される加工点を検出するための第二カメラと、該加工点及び前記第一カメラの設計段階の相対的座標位置関係を記憶する「記憶部」と、前記設計段階の相対的座標位置関係と実計測により得られる前記加工点及び前記第一カメラの実相対的座標位置関係との間に相違があるか否かを判定する「判定部」と、を備えるように工夫しておき、前記判定の結果により相違があった場合は、前記実相対的座標位置関係に基づいた加工を施すようにしたレーザ加工装置を提供する。

また、前記第一カメラ及び前記第二カメラによる撮像可能範囲内に、ティーチマーク部を備えるようにしてもよい。なお、「ティーチマーク部」は、上記した第一カメラと第二カメラのそれぞれのＸ、Ｙ座標を知り、それによって、第一カメラと第二カメラの相対的な座標位置関係を知るために設けられた座標基準部である。

ここで、「アライメントマーク」とは、被加工物（ワーク）上に配設されているマークであって、ワークのチャックテーブル上の位置を装置が認識するための基準としてカメラに認識されるマークをいう。また、「ティーチマーク」とは、ワークのチャックテーブル上の位置を装置が認識するためにアライメントマークを認識するためのカメラと、加工点を撮像するためのカメラの位置関係を認識するための基準として、それぞれのカメラに認識されるマークをいう。

本発明によれば、被加工物であるワークにわざわざ加工痕を形成しなくても、カメラの撮像によってレーザ光出射部（加工点）の位置を把握できるので、該加工点とアライメント用のカメラの相対的座標位置関係を高精度に把握することができ、ひいては、ワークに対して高精度なレーザ加工を施すことができる。

以下、本発明に係るレーザ加工装置の好適な実施形態の一例について、添付図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態例に狭く限定されない。

まず、図１は、本発明に係わるレーザ加工装置の好適な実施形態の主要構成部分の概略図である。この図１中に符号Ｍで示されたレーザ加工装置（以下、「装置」と略称する）は、被加工物であるワークＷ上の所定箇所に対して、焦点合わせされたレーザ光を照射することによって、目的の加工を施すための装置である。

被加工物であるワークＷは、特に限定はされないが、例えば、半導体ウエハ等のウエハや、チップ実装用としてウエハの裏面に設けられるＤＡＦ（Die Attach Film）等のフィルム状接着部材、あるいは、半導体製品のパッケージ、セラミック、ガラス系又はシリコン系の基板、さらには、ミクロンオーダーの精度が要求される各種加工材料を挙げることができる。また、本装置Ｍによって行われる加工内容についても特に限定はされず、例えば、ワークＷの切断、溝形成加工、切削加工、孔形成加工などを広く含む。

まず、図１を参照すると、本装置Ｍは、被加工物であるワークＷを位置決めされた状態で載置するためのチャックテーブル１を備えている。そして、このチャックテーブル１の上方領域には、ワークＷの所定箇所（例えば、切断予定線）に対して、レーザ光を照射するためのレーザ光照射手段２が設けられている。

さらに、このチャックテーブル１に保持されたワークＷに設けられているアライメントマークＡを撮像するための第一カメラＣ１と、レーザ光Ｐが焦点位置合わされた状態で照射されるときのワークＷ上のレーザ光照射点、即ち、加工点Ｂを検出するための第二カメラＣ２と、を備えている。

このレーザ光照射手段２は、所定箇所に配置されたレーザ発振部２１と、該レーザ発振部２１から発振されたレーザ光Ｐの進路途中に配置されており、ワークＷに向けてレーザ光Ｐの進路を変換する光変換手段（例えば、ミラー）２２と、ワークＷの上方に配置された集光手段２３と、を少なくとも備えており、さらには、レーザ光Ｐの焦点合わせ機構も備える。なお、焦点合わせ機構については、特に図示しないが、集光手段２３（集光レンズ）のワークＷに対する高さ位置などを、アクチュエータなどを用いて変更し得る機構を採用できる。

なお、レーザ光Ｐの前記焦点合わせ機構については、上記第二カメラＣ２によって得た撮像情報を利用して確認を行ってもよい。このような構成では、上記第二カメラＣ２の画像に基づいて前記焦点合わせ機構によって焦点合わせが可能である。このため、実際に加工を行った加工痕を第１カメラ（アライメントカメラ）Ｃ１によって撮像することで焦点合わせをする必要がないという利点がもたらされ、焦点合わせがタイミングを選ばずに容易に行えるので、より高精度なレーザ加工にも寄与する。

さらに、図１には、装置Ｍを構成するチャックテーブル１の近傍位置にティーチマーク部３が設けられている。このティーチマーク部３は、前述の通り上記した第一カメラＣ１と第二カメラＣ２のそれぞれのＸ、Ｙ座標を知り、それによって、第一カメラＣ１と第二カメラＣ２の相対的な座標位置関係を知るための作業（ティーチ作業）を行うために設けられた基準部である。

例えば、このティーチマーク部３には、例えば、何らかのパターン形状をなすティーチマークを形成しておいて、いわゆるパターンマッチングを行うことにより、該ティーチマーク部３との正確な位置合わせ（座標合わせ）を行うようにしてもよい。なお、この場合、前記パターン形状を後述するコンピュータ制御部５（図２）で予め記憶しておくようにし、パターンマッチングに係わる判定を行うようにする。あるいは、明度の閾値を縦軸、位置を横軸にする方法等で、パターンマッチングを行わずにティーチマークの位置を把握することも可能である。この場合は、パターン形状を予め記憶させておく作業を行う必要がないという利点がある。

なお、ティーチマークについては、それぞれ撮像倍率の異なる第一カメラＣ１と第二カメラＣ２の両方にはっきりと認識できる形状である必要があるが、ガラス等の熱膨張係数が低い材質を使用するなどして、それぞれのティーチマークの位置関係の変化が許容範囲であるならば、第一カメラＣ１用と第二カメラＣ２用の二種類のティーチマークを使用してもよい。

なお、第一カメラＣ１と第二カメラＣ２の撮像倍率の差は、第一カメラＣ１が直接ワークＷ（のアライメントメークＡ）を撮像するのに対して、第二カメラＣ２は集光手段（集光レンズ）２３を介してワークＷを撮像し、該集光手段（集光レンズ）２３のＮＡ（開口数、Numerical Apertureの略）の影響を受けて倍率が高くなることに起因する。

このティーチマーク部３は、本実施形態例の場合では、チャックテーブル１の近傍に配置された構成であって、このティーチマーク部３は、後述する位置付け手段によってチャックテーブル１と一体に移動する構成となっている（図２参照）。

このティーチマーク部３の配置位置については、チャックテーブル１の近傍にはとくに限定されず、第一カメラＣ１及び第二カメラＣ２の撮像可能な範囲に入る位置であればよく、例えば、チャックテーブル１上、あるいは、ワークＷそれ自体に配置しておいてもよい。さらには、アライメントマークＡをティーチマークとして併用することも可能である。

なお、アライメントマークをティーチマークとして併用した場合には、アライメントマークはワークの品種によって形状が異なる場合があるので、ワークＷごとに、いわゆるパターンマッチング作業を第一のカメラＣ１と第二のカメラＣ２に対して行う必要がある。これに対して、チャックテーブル１の近傍やチャックテーブル上などの装置箇所にティーチマーク部３を設けた場合には、第二カメラＣ２に対するパターンマッチング作業は一度行うだけでよいという利点、または、前述の様にパターンマッチング作業を行う必要な無いという利点があり、さらには、ワークをチャックテーブルが保持していないときでもティーチ作業が行なうことができるという利点もある。

次に、図２に基づいて、本装置Ｍの構成について、さらに詳しく説明する。なお、図２は、同装置Ｍの外観斜視図及び制御部の構成を示す図であり、この図２に示されたワークＷは、被加工物の一例であり、半導体ウエハを支持した状態のフィルム状接着剤を格子状の切断予定線（ストリート）に沿ってレーザ光で切断せんとする被加工物である。

まず、図２に示された符号４は、レーザ光照射手段２に対してチャックテーブル１をＸ軸方向及びＹ軸方向に相対的に移動させることが可能な「位置付け手段」である。この位置付け手段４の具体的手段は、特に限定されないが、例えば、図２に示されたようなスライド機構を採用することができる。

このスライド機構は、Ｘ軸方向（図２の矢印６）にプレート台４１を水平スライド可能なスライド機構４Ｘと、該プレート台４１に載置されており、チャックテーブル１が固定配置されているプレート台４２をＹ軸方向（図２の矢印７）に水平スライド可能なスライド機構４Ｙと、から構成されている。

さらに、チャックテーブル１は、周方向（図２の矢印８参照）に回転動作可能に構成されている。このスライド機構の動作や前記回転動作の動作情報は、制御部５によって、高精度に制御・管理されている。

ここで、制御部５は、コンピュータによって構成されており、図２に示されているように、所定の制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）５０１と、ワークＷに係わるデータや演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５０２と、前記制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）５０３と、カウンター５０４と、カメラＣ１,Ｃ２などからの検出信号が入力される入力インターフェース５０５及びレーザ光照射手段２、位置付け手段４（４１,４２）などに制御信号を出力する出力インターフェース５０６などを備えている。なお、ＣＰＵ５０１には、判定部５１（判定内容については後述）があり、ＲＡＭ５０２にはワークＷに係わる設計情報や第一カメラＣ１とレーザ光照射手段２（の加工点Ｂ）の間の設計段階の相対的座標位置関係に係わる情報などを記憶する記憶部５２が設けられている。

続いて、図２に示されているように、第一カメラＣ１と第二カメラＣ２は、設計された所定の相対的座標位置関係で、チャックテーブル１の上方領域に配置されている。また、前記第二カメラＣ２については、例えば、ワークＷに対するレーザ光Ｐの照射焦点位置である加工点Ｂの鉛直上方に配置されている。なお、第二カメラＣ２は、前記加工点Ｂを撮像できるように配置されていればよいのであり、ミラーを使用した場合等は加工点Ｂの鉛直上方以外に第二カメラＣ２を配置しても良く、加工点Ｂの鉛直上方に限定されるものではない。

ここで、本装置Ｍにおいては、チャックテーブル１に加工目的のワークＷを載置した後には、まず、このワークＷに配置されている所定のアライメントマークＡの位置を第一カメラＣ１で撮像した情報に基づいて認識することにより、チャックテーブル１上のワークＷの位置を把握する。即ち、チャックテーブル１上の所定位置に、ワークＷが正確に載置されているか否かを制御部５の判定部５１において判定する。

前記判定部５１における判定の結果、ワークＷの載置位置がずれている場合は、チャックテーブル１のスライド機構４（４１、４２）や回転機構によって、ワークＷの位置状態を是正し、後続のレーザ加工に備える。

次に、チャックテーブル１上のワークＷの位置を定めた後は、第一カメラＣ１とレーザ光照射手段２（の加工点Ｂ）の相対的座標位置関係に基づいて、レーザ光照射手段２をワークＷ上の加工すべき位置へと位置付けし、レーザ光Ｐによる切断等の所望の加工を実施するステップに移行する。

各ワークＷの加工すべき位置とアライメントマークＡの相対的な座標位置関係は、常に一定である。このため、ワークＷの前記アライメントマークＡの位置に第一カメラＣ１の中心点を一致させておけば、第一カメラＣ１とレーザ光照射手段２（の加工点Ｂ）の間の相対的座標位置関係に基づいて、ワークＷを保持したチャックテーブル１をＸ軸、Ｙ軸方向にスライド移動させることにより、レーザ光照射手段２（の加工点Ｂ）をワークＷの加工すべき位置に位置付けることができる。

ここで、第一カメラＣ１とレーザ光照射手段２（の加工点Ｂ）の間の設計段階の相対的座標位置関係に係わる情報は、制御部５中の記憶部５２に予め記憶されている。しかし、第一カメラＣ１とレーザ光照射手段２（の加工点Ｂ）の間の相対的座標位置関係は、装置Ｍの周辺の温度条件等によって、経時的に微妙に変化してしまう場合がある。

従って、第一カメラＣ１とレーザ光照射手段２（の加工点Ｂ）の間の設計段階の相対的座標位置関係に基づいて、レーザ光照射手段２（の加工点Ｂ）をワークＷの加工すべき位置に位置付けするとズレが生じてしまうので、高精度のレーザ加工を行う場合には問題が生じる。

そこで、本装置１では、第一カメラＣ１とレーザ光照射手段２（の加工点Ｂ）の間の設計段階の相対的座標位置関係と加工段階の所定のタイミングで実施した実計測の結果により得られた実際の前記相対的座標位置関係（以下、「実相対的座標位置関係」という。）との間に相違があるか否かを、コンピュータ制御部５中に設けられた判定部５１にて判定する。

なお、この判定作業を行う頻度やタイミングは、特に、限定されず、例えば、レーザ加工の開始段階に必ず行ったり、一日に何回か時間を決めて定期的に行ったり、ワークＷごとに行ったりしてもよい。

上記判定の結果により、前記相違があると判定された場合は、第一カメラＣ１とレーザ光照射手段２（の加工点Ｂ）の間の実相対的座標位置関係に基づき、レーザ光照射手段２（の加工点Ｂ）を、ワークＷが載置されたチャックテーブル１側をスライド移動させることによって、ワークＷの加工すべき位置に位置付けるようにする。

一方、前記相違がないと判定された場合は、第一カメラＣ１とレーザ光照射手段２（の加工点Ｂ）の間の設計段階の相対的座標位置関係に基づいて、レーザ光照射手段２（の加工点Ｂ）をワークＷの加工すべき位置に位置付けるようにする。

ここで、図３〜図５に基づいて、第一カメラＣ１とレーザ光照射手段２（の加工点Ｂ）の間の実相対的座標位置関係の把握を行うときの作業手順の一例について説明する。なお、この図３〜図５は、ワークＷが載置された状態のチャックテーブル１を上方から視たときの平面図である。

まず、例えば、ティーチマーク部３の基準点３１を基にして、第一カメラＣ１の中心点Ｇの座標位置（Ｘ１,Ｙ１）を把握し、さらには、ティーチマーク部３の基準点３１を基に、第二カメラＣ２の中心点Ｑ（即ち、加工点Ｂと同じ）のＸ、Ｙ座標位置（Ｘ２,Ｙ２）に係わる情報を得る。

次に、Ｘ１とＸ２の差分ΔＸ、並びに、Ｙ１とＹ２の差分ΔＹをコンピュータで自動計算し、この計算値に基づいて、第一カメラＣ１の中心点Ｇと第二カメラＣ２の中心点Ｑの間の相対的座標位置関係を知る。

そして、コンピュータ制御部５の記憶部に予め記憶されている設計段階の相対的座標位置関係に係わる情報であるΔＸｎ、ΔＹｎの値と上記したΔＸ、ΔＹとの相違を、それそれ、次の数式１、２により計算する

前掲した数式１、２による計算の結果、Ｄｘ、Ｄｙの少なくとも一方がゼロでない場合には、制御部５の判定部５１において、第一カメラＣ１とレーザ光照射手段２（の加工点Ｂ）の間の実相対的座標位置関係が、装置Ｍの設計段階における同相対的座標位置関係と相違していると判定する。この判定結果の場合は、現実の前記実相対的座標位置関係に基づいて、ワークＷの加工すべき位置にレーザ光照射手段２（の加工点Ｂ）を位置付けるようにする。

続いて、図４、図５を参照して説明する。まず、ワークＷ上の所定箇所に配置されているアライメントマークＡに対して第一カメラＣ１の中心点Ｇを正確に位置付けする（図４参照）。なお、この位置づけ作業は、チャックテーブル１のスライド機構４（４１,４２）により、ワークＷ側を動かすことによって行う。

続いて、前記アライメントマークＡからの相対的な配置箇所が正確に決まっているワークＷの加工すべき位置Ｋに向けて、第一カメラＣ１とレーザ光照射手段２（の加工点Ｂ）の間の実相対的座標位置関係に基づいて、レーザ光照射手段２（の加工点Ｂ）を位置付け、その後に加工すべき位置Ｋから所定のレーザ加工を開始する。

なお、コンピュータ制御部５の記憶部５２では、ワークＷに関するレーザ加工を施す箇所、ライン、あるいはパターンを既に記憶しており、この記憶情報に基づいて、チャックテーブル１のスライド機構４や回転機構によって、ワークＷをレーザ光照射手段２に対して相対的に動かしながらレーザ加工を進行させていき、所望の加工を完了する。

以上のように、本発明によれば、被加工物であるワークＷにわざわざ加工痕を形成しなくても、第二カメラＣ１の撮像によってレーザ光出射部２（加工点Ｂ）の位置を把握できるので、該加工点Ｂとアライメント用の第一カメラＣ１の相対的座標位置関係を高精度に把握することができ、ひいては、ワークＷに対して高精度なレーザ加工を施すことができる。

また、ワークＷの搬送から加工までを全自動で行う場合等において、本装置Ｍでは、ＮＡの高いレンズを集光手段２３し、第二カメラＣ２では該レンズを通してワークＷの加工点Ｂを撮像するため、該第二カメラＣ２の視野範囲が狭くなる（例えば、１００μｍ角以下の視野範囲）。一方、チャックテーブル１上のワークＷの位置にはある程度のバラつきがあるために、アライメント用の第一カメラＣ１には、一定の広い視野範囲が求められる（例えば、１０００μｍ角以上の視野範囲）。

従って、本発明では、その目的や装置構造の制限に応じた視野範囲を有する二つのカメラＣ１、Ｃ２を使用する技術的な必然性がある。つまり、このような視野範囲の異なる二つのカメラＣ１、Ｃ２を役割分担させて使用するという構成は、それぞれのカメラＣ１,Ｃ２の目的にあった撮像作業等を効率よく行なうことができるので、特に、ワークＷの搬送から加工までを全自動で行う場合に有効となるのである。

本発明に係わるレーザ加工装置は、ワークに対して高精度に切断、切削、溝形成加工、孔形成加工などを施す場合に広く利用できる。

本発明に係わるレーザ加工装置（Ｍ）の好適な実施形態の主要構成部分の概略図である。同レーザ加工装置（Ｍ）の外観斜視図及び制御部の構成を示す図である。第一カメラ（Ｃ１）とレーザ光照射手段（の加工点Ｂ）の間の実相対的座標位置関係の把握を行うときの作業手順の一例について説明するための図である。同説明のための他の図である（第一カメラＣ１の中心点ＧをアライメントメークＡに一致させたときの様子を示す）。同説明のためのさらに他の図である（レーザ光の照射点である加工点ＢをワークＷの加工すべき点Ｋと一致させたときの様子を示す）。

符号の説明

１チャックテーブル
２レーザ光照射手段
３ティーチマーク部
４位置付け手段
５制御部
５１判定部
５２記憶部
Ａアライメントマーク
Ｂ加工点
Ｃ１第一カメラ
Ｃ２第二カメラ
Ｍレーザ加工装置（略、装置）
Ｗワーク（被加工物）

Claims

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レーザ光を照射することにより所定の加工を施すレーザ照射部を備えるレーザ光照射手段と、前記チャックテーブルに保持された被加工物に配置されたアライメントマークを撮像する第一カメラと、前記チャックテーブルと前記レーザ光照射手段とをＸ軸方向及びＹ軸方向に相対的に移動せしめる位置付け手段と、から少なくとも構成され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点を検出するための第二カメラと、
前記加工点及び前記第一カメラの設計段階の相対的座標位置関係を記憶する記憶部と、
前記設計段階の相対的座標位置関係と実計測により得られる前記加工点及び前記第一カメラの実相対的座標位置関係との間に相違があるか否かを判定する判定部と、を備え、
前記相違があった場合は、前記実相対的座標位置関係に基づいた加工を施すレーザ加工装置。
前記第一カメラと前記第二カメラの相対的な座標位置関係を知るためのティーチマーク部を備え、
該ティーチマーク部は、前記位置付け手段によって前記チャックテーブルと一体に移動する構成とされて、前記第一カメラ及び前記第二カメラのそれぞれの撮像可能な範囲に入る位置に設けられていることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。