JP5443102B2

JP5443102B2 - レーザー加工装置

Info

Publication number: JP5443102B2
Application number: JP2009201564A
Authority: JP
Inventors: 智裕遠藤
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2009-09-01
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2029-09-01
Also published as: JP2011054715A

Description

本発明は、被加工物の所定の領域にレーザー光線を照射して所定のレーザー加工を施すレーザー加工装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列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断することにより回路が形成された領域を分割して個々のデバイスを製造している。また、サファイヤ基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。

このような半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハの分割方法として、ウエーハ内部に集光点を合わせてウエーハに対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のパルスレーザー光線をストリートに沿って照射し、ウエーハの内部にストリートに沿って変質層を連続的に形成し、この変質層が形成されることによって強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、ウエーハを分割する方法も提案されている。（例えば、特許文献１参照。）

また、上述したウエーハの分割方法として、ウエーハに形成されたストリートに沿ってウエーハに対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）のパルスレーザー光線を照射することによりレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿ってメカニカルブレーキング装置によって割断する方法が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）

また、近時においては、ＩＣ、ＬＳＩ等の回路の処理能力を向上するために、シリコンウエーハの如き半導体基板の表面にＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）を積層せしめた形態の半導体ウエーハが実用化されている。しかるに、Ｌｏｗ−ｋ膜は、雲母のように多層（５〜１５層）に積層されているとともに非常に脆いことから、切削ブレードによりストリートに沿って切削すると、Ｌｏｗ−ｋ膜が剥離し、この剥離が回路にまで達し半導体チップに致命的な損傷を与えるという問題がある。

上述した問題を解消するために、半導体ウエーハのストリートに形成されているＬｏｗ−ｋ膜にレーザー光線を照射してＬｏｗ−ｋ膜を除去し、Ｌｏｗ−ｋ膜が除去されたストリートを切削ブレードにより切削する加工装置が提案されている。（例えば、特許文献３参照。）

半導体ウエーハにレーザー加工を施すためには、半導体ウエーハをチャックテーブル上に保持した状態でレーザー光線照射手段からレーザー光線を照射しつつ、チャックテーブルとレーザー光線照射手段を加工送り方向に相対移動せしめる。しかるに、半導体ウエーハの外周縁を越えてレーザー光線が照射されると、半導体ウエーハを保持しているチャックテーブルにレーザー光線が照射され、チャックテーブルのウエーハ保持領域が損傷され表面精度が低下するという問題がある。また、半導体ウエーハをストリートに沿って分割する際には、半導体ウエーハを環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着した状態でストリートに沿ってレーザー光線を照射する。しかるに、上述したように半導体ウエーハの外周縁を越えてレーザー光線が照射されると、ダイシングテープが加熱されて溶融しチャックテーブルのウエーハ保持領域に付着する。この付着したダイシングテープによってウエーハ保持領域に形成された負圧を作用させるための吸引孔が目詰まりしたり、ウエーハ保持領域の表面精度が低下するという問題がある。このため、ウエーハ保持領域に付着したダイシングテープを砥石によって削ぎ落とすことが必要となり、場合によってはチャックテーブルを交換しなければならない。

上述した問題を解消するために、ウエーハを保持するウエーハ保持領域をウエーハと相似形で僅かに小さく形成し、該ウエーハ保持領域の外側周囲にレーザー光線緩衝溝を形成したレーザー加工装置のチャックテーブルが提案されている。（例えば、特許文献４参照。）

特許第３４０８８０５号特開２００４−９１３９号公報特開２００３−３２０４６６号公報特開２００５−２６２２４９号公報

而して、環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されるウエーハは、環状のフレームの中央領域に許容範囲を持って貼着されるので、環状のフレームの中心とウエーハの中心が必ずしも一致しない。一方、環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されるウエーハをウエーハ着脱位置に位置付けられたチャックテーブルに搬送する搬送手段は、環状のフレームの中心をチャックテーブルの中心に一致させるように搬送する。従って、環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハの中心と環状のフレームの中心が一致していない場合には、チャックテーブルの中心とウエーハの中心が一致せず、ウエーハがチャックテーブルのウエーハ保持領域からズレた位置に載置される。この結果、ウエーハが載置されていないウエーハ保持領域にレーザー光線が照射され、ダイシングテープが加熱されて溶融しチャックテーブルのウエーハ保持領域に付着するという問題を解消することができない。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されるウエーハの中心をチャックテーブルの中心と一致させて載置することができるレーザー加工装置を提供することである。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、ウエーハの大きさと同一または僅かに小さいウエーハ保持領域と該ウエーハ保持領域の外側周囲にレーザー光線緩衝溝が形成されてい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ウエーハにレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルをウエーハ着脱位置と該レーザー光線照射手段による加工領域との間を加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動せしめる加工送り手段と、Ｘ軸方向と直交する割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動せしめる割り出し送り手段と、環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハを収容しカセットテーブル上に載置されるカセットと、該カセットに収容された環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハを搬出するウエーハ搬出手段と、該ウエーハ搬出手段によって搬出された環状のフレームの中心位置合わせを実施するための位置合わせ手段と、該位置合わせ手段に搬出された環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハをウエーハ着脱位置に位置付けられたチャックテーブルに搬送するウエーハ搬送手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該位置合わせ手段において中心位置合わせされた環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハの中心と環状のフレームの中心との変位量を検出する変位量検出機構と、
該変位量検出機構によって検出されたウエーハの中心と環状のフレームの中心との変位量に基づいて該加工送り手段および該割り出し送り手段と該ウエーハ搬送手段とを制御する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハを該位置合わせ手段から該チャックテーブルに搬送する際に、該ウエーハ搬送手段によって搬送される環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハの中心が該チャックテーブルの中心位置と一致するように該ウエーハ着脱位置に位置付けられている該チャックテーブルと該ウエーハ搬送手段によって搬送される環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハの搬送位置とを相対的に変位せしめる、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

上記制御手段は、ウエーハ着脱位置に位置付けられているチャックテーブルの中心位置がウエーハ搬送手段によって搬送される環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハの中心と一致するように該加工送り手段および該割り出し送り手段を制御する。
また、上記変位量検出機構は、上記位置合わせ手段において中心位置合わせされた環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハの全体を撮像する撮像手段と、該撮像手段によって撮像された画像情報に基づいてウエーハの中心と環状のフレームの中心とのX軸方向およびY軸方向の変位量を求める制御手段とからなっている。

本発明によるレーザー加工装置は、位置合わせ手段において中心位置合わせされた環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハの中心と環状のフレームの中心との変位量を検出する変位量検出機構と、該変位量検出機構によって検出されたウエーハの中心と環状のフレームの中心とのズレに基づいて加工送り手段および割り出し送り手段とウエーハ搬送手段を制御する制御手段とを具備し、制御手段は環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハを該位置合わせ手段から該チャックテーブルに搬送する際に、ウエーハ搬送手段によって搬送される環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハの中心がチャックテーブルの中心位置と一致するようにウエーハ着脱位置に位置付けられているチャックテーブルとウエーハ搬送手段によって搬送される環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハの搬送位置とを相対的に変位せしめるので、環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハの中心が環状のフレームの中心とズレていても、ウエーハの中心をチャックテーブルの中心に位置付けることができる。従って、レーザー光線照射手段によるレーザー光線照射時にウエーハをオーバーランしてレーザー光線が照射されると、ウエーハの外周縁より外側のダイシングテープに照射されるが、レーザー光線がダイシングテープに照射される領域にはチャックテーブルのウエーハ保持領域が存在しないので、レーザー光線が照射されることによりダイシングテープが溶融してもウエーハ保持領域に付着することはない。なお、ダイシングテープに照射されたレーザー光線は、ダイシングテープを透過してレーザー光線緩衝溝の底面に照射されるが、レーザー光線緩衝溝の底面は集光点から十分に離れておりレーザーが拡散しているため、加工できる程のエネルギー密度は無くチャックテーブルを損傷することはない。

本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図。図１に示すレーザー加工装置の要部斜視図。図１に示すレーザー加工装置に装備されるチャックテーブルの要部斜視図。図3に示すチャックテーブルの断面図。図１に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段の構成を簡略に示すブロック図。図５に示すレーザー光線照射手段から照射されるレーザー光線の集光スポット径を説明するための簡略図。ウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図。図７に示す半導体ウエーハの拡大断面図。図７に示す半導体ウエーハを環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着した状態を示す斜視図。図１に示すレーザー加工装置に装備される制御手段のブロック構成図。図１に示すレーザー加工装置に装備される変位量検出機構によって実施する変位量検出工程の説明図。図１に示すレーザー加工装置によって実施するチャックテーブル位置補正工程の説明図。図１に示すレーザー加工装置によって実施するレーザー光線照射工程の説明図。図１３に示すレーザー光線照射工程においてレーザー光線が被加工物をオーバーランして照射された場合の一実施形態を示す説明図。

以下、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１に示されたレーザー加工装置は、略直方体状の装置ハウジング１を具備している。この装置ハウジング１内には、図２に示す静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動可能に配設され被加工物であるウエーハを保持するチャックテーブルを備えたチャックテーブル機構３と、静止基台２にX軸方向と直交する矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構４と、該レーザー光線照射ユニット支持機構４に図において上下方向である矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット５とを具備している。

上記チャックテーブル機構３は、静止基台2上にX軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上にX軸方向に移動可能に配設された第一の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上にY軸方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持された支持テーブル３５と、被加工物であるウエーハを保持するチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６はステンレス鋼等の金属材によって形成されており、図３および図４に示すように被加工物を保持するウエーハ保持領域３６０を備えている。ウエーハ保持領域３６０には上方が開放された嵌合穴３６１が形成されており、この嵌合穴３６１にポーラスセラミックス等の多孔性材料によって形成された吸着チャック３６２が嵌合される。上記嵌合穴３６１の底面には中央部に円形状の吸引溝３６３が形成されているとともに、該吸引溝３６３の外側に環状の吸引溝３６４が形成されている。そして、吸引溝３６３および３６４は、吸引通路３６５を通して図示しない吸引手段に連通されている。なお、上記ウエーハ保持領域３６０は、後述するウエーハの大きさと同一またはウエーハの外径より僅かに(２〜３ｍｍ)小さく形成されている。このようにウエーハ保持領域３６０を備えたチャックテーブル３６には、ウエーハ保持領域３６０の外側周囲に環状の緩衝溝３６６が形成されている。この環状のレーザー光線緩衝溝３６６は、深さが５〜１０mmで、幅が２０〜３０mmでよい。なお、レーザー光線緩衝溝３６６の底面にはレーザー光線を吸収するアルマイト等のレーザー光線吸収部材３６７が配設されている。このように構成されたチャックテーブル３６は、ウエーハ保持領域３６０上に被加工物である例えば円盤状の半導体ウエーハを載置し、図示しない吸引手段を作動することによって吸引保持するようになっている。また、チャックテーブル３６は、図２に示す円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。図示の実施形態におけるチャックテーブル３６は、被加工物である後述するウエーハを貼着したダイシングテープが装着されたダイシングフレームを固定するためのクランプ３６８を備えている。

図２を参照して説明を続けると、上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面にY軸方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第一の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動せしめられる。このように第一の滑動ブロック３２を案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動せしめ加工送り手段３７は、チャックテーブル３６を図１および図２に示すウエーハ着脱位置とレーザー光線照射ユニット５による加工領域との間をX軸方向に移動せしめる。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記チャックテーブル３６の加工送り量を検出するための加工送り量検出手段３７４を備えている。加工送り量検出手段３７４は、案内レール３１に沿って配設されたリニアスケール３７４aと、第１の滑動ブロック３２に配設され第１の滑動ブロック３２とともにリニアスケール３７４aに沿って移動する読み取りヘッド３７４bとからなっている。この加工送り量検出手段３７４の読み取りヘッド３７４bは、図示に実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出する。なお、上記加工送り手段３７の駆動源としてパルスモータ３７２を用いた場合には、パルスモータ３７２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することができる。また、上記加工送り手段３７の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することができる。

上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、Y軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動させるための第１の割り出し送り手段３８を具備している。第１の割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動せしめられる。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記第２の滑動ブロック３３の割り出し送り量を検出するための割り出し送り量検出手段３８４を備えている。割り出し送り量検出手段３８４は、案内レール３２２に沿って配設されたリニアスケール３８４aと、第２の滑動ブロック３３に配設されリニアスケール３８４aに沿って移動する読み取りヘッド３８４bとからなっている。この割り出し送り量検出手段３８４の読み取りヘッド３８４bは、図示の実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、レーザー光線照射ユニット５の割り出し送り量を検出する。なお、上記第１の割り出し送り手段３８の駆動源としてパルスモータ３８２を用いた場合には、パルスモータ３８２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、レーザー光線照射ユニット５の割り出し送り量を検出することができる。また、上記第２の割り出し送り手段３８の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、第２の滑動ブロック３３即ちチャックテーブル３６の割り出し送り量を検出することができる。

上記レーザー光線照射ユニット支持機構４は、静止基台２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上にY軸方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一側面にＺ軸方向に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿ってY軸方向に移動させるための第２の割り出し送り手段４３を具備している。第２の割り出し送り手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロッド４３１と、該雄ネジロッド４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロッド４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿ってY軸方向に移動せしめられる。

図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられたレーザー光線照射手段５２を具備している。ユニットホルダ５１は、上記装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝５１１、５１１が設けられており、この被案内溝５１１、５１１を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、Ｚ軸方向に移動可能に支持される。

図示のレーザー光線照射手段５２は、上記ユニットホルダ５１に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング５２１を含んでいる。ケーシング５２１内には図５に示すようにパルスレーザー光線発振手段５２２と伝送光学系５２３とが配設されている。パルスレーザー光線発振手段５２２は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器５２２ａと、これに付設された繰り返し周波数設定手段５２２ｂとから構成されている。伝送光学系５２３は、ビームスプリッタの如き適宜の光学要素を含んでいる。上記ケーシング５２１の先端部には、それ自体は周知の形態でよい組レンズから構成される集光レンズ（図示せず）を収容した集光器５２４が装着されている。

上記パルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたレーザー光線は、伝送光学系５２３を介して集光器５２４に至り、集光器５２４から上記チャックテーブル３６に保持される被加工物に所定の集光スポット径Ｄで照射される。この集光スポット径Ｄは、図６に示すようにガウス分布を示すパルスレーザー光線が集光器５２４の集光レンズ５２４ａを通して照射される場合、Ｄ（μｍ）＝４×λ×ｆ／（π×Ｗ）、ここでλはパルスレーザー光線の波長（μｍ）、Ｗは対物レンズ５２４ａに入射されるパルスレーザー光線の直径（ｍｍ）、ｆは集光レンズ５２４ａの焦点距離（ｍｍ）、で規定される。

図２に戻って説明を続けると、上記レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の前端部には、上記レーザー光線照射手段５２によってレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段６が配設されている。撮像手段６は、図示の実施形態においては可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。

図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１を一対の案内レール４２３、４２３に沿ってＺ軸方向に移動させるための移動手段５３を具備している。移動手段５３は、一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロッド（図示せず）と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、ユニットホルダ５１およびレーザビーム照射手段５２を案内レール４２３、４２３に沿ってＺ軸方向に移動せしめる。なお、図示の実施形態においてはパルスモータ５３２を正転駆動することによりレーザビーム照射手段５２を上方に移動し、パルスモータ５３２を逆転駆動することによりレーザビーム照射手段５２を下方に移動するようになっている。

図1に戻って説明を続けると、図示のレーザー加工装置は、被加工物であるウエーハを収容するカセットが載置されるカセット載置部８ａを備えている。カセット載置部８ａには図示しない昇降手段によって上下に移動可能にカセットテーブル８が配設されており、このカセットテーブル８上にカセット９が載置される。カセット９に収容されるウエーハは、図示の実施形態においては図７および図８に示すように半導体ウエーハ１０からなっている。半導体ウエーハ１０は、シリコンウエーハからなる半導体基板１１の表面１１ａに格子状に配列された複数のストリート１１１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１１２が形成されている。なお、この半導体ウエーハ１０は、半導体基板１１の表面に低誘電率絶縁体被膜１１３が積層して形成されている。

上記のように構成された半導体ウエーハ１０は、図９に示すように環状のフレームFに装着された塩化ビニール等の合成樹脂シートからなるダイシングテープTに表面1１ａを上側にして裏面が貼着される（フレーム支持工程）。このようにしてフレーム支持工程が実施された半導体ウエーハ１０は、環状のフレームFにダイシングテープTを介して支持された状態でカセット９に収容される。

上記装置ハウジング１には仮置き領域１３aが設定されており、この仮置き領域１３aに上記環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに貼着された半導体ウエーハ１０を一時仮置きするとともに環状のフレームFの中心位置合わせを実施するための位置合わせ手段１３が配設されている。この位置合わせ手段１３は、上記カセット９からの半導体ウエーハ１０の搬出方向に延びる位置規制板１３１と、該位置規制板１３１と平行に配設され位置規制板１３１に対して進退可能に構成された摺動板１３２とからなっている。従って、位置規制板１３１と摺動板１３２との間に環状のフレームFにダイシングテープTを介して支持された半導体ウエーハ１０を載置し、摺動板１３２を位置規制板１３１に向けて移動することにより、半導体ウエーハ１０をダイシングテープTを介して支持する環状のフレームFは位置規制板１３１と摺動板１３２との間に位置決めされる。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記カセットテーブル８上に載置されたカセット９に収容されている環状のフレームFにダイシングテープTを介して支持された半導体ウエーハ１０を位置合わせ手段１３に搬出するウエーハ搬出手段１４と、位置合わせ手段１３に搬出された半導体ウエーハ１０を上記図１および図２に示すウエーハ着脱位置に位置付けられているチャックテーブル３６上に搬送する第１のウエーハ搬送手段１５と、チャックテーブル３６上でレーザー加工された半導体ウエーハ１０を洗浄する洗浄手段１６と、チャックテーブル３６上でレーザー加工された半導体ウエーハ１０を洗浄手段１６へ搬送する第２のウエーハ搬送手段１７を具備している。また、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、撮像手段６によって撮像された画像等を表示する表示手段１８を具備している。

図１を参照して説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記位置合わせ手段１３に搬出された環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに貼着されている半導体ウエーハ１０の中心と環状のフレームFの中心との変位量を検出する変位量検出機構２０を具備している。この変位量検出機構２０は、位置合わせ手段１３に搬出された環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに貼着されている半導体ウエーハ１０を撮像する撮像手段２０１と、該撮像手段２０１によって撮像された画像情報に基づいて半導体ウエーハ１０の中心と環状のフレームFの中心との変位量を求める後述する制御手段とからなっている。撮像手段２０１は、可視光線によって撮像する撮像素子（ＣＣＤ）を備え、位置合わせ手段１３に載置され中心位置決めされた環状のフレームFの中心軸線上に配設され、環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに貼着されている半導体ウエーハ１０の全体を撮像することができる。この撮像手段２０１は、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、図１０に示す制御手段３０を具備している。図１０に示す制御手段３０は、コンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理を実行する中央処理装置（ＣＰＵ）３０１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）３０２と、中央処理装置（ＣＰＵ）３０１による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）３０３と、カウンター３０４と、入力インターフェース３０５および出力インターフェース３０６とを備えている。上記リードオンリメモリ（ＲＯＭ）３０２には、上記レーザー光線照射手段５２を制御するための加工プログラムや上記位置合わせ手段１３に環状のフレームFが載置された状態における環状のフレームFの座標値、ウエーハ着脱位置に位置付けられたチャックテーブル３６の座標値等が格納されている。このように構成された制御手段３０の入力インターフェース３０６には、上記加工送り量検出手段３７４の読み取りヘッド３７４b、割り出し送り量検出手段３８４の読み取りヘッド３８４b、撮像手段６、上記変位量検出機構２０を構成する撮像手段２０１等からの検出信号が入力される。そして、制御手段３０の出力インターフェース３０７からは、上記パルスモータ３７２、パルスモータ３８２、パルスモータ４３２、パルスモータ５３２、レーザー光線照射手段５２、位置合わせ手段１３、ウエーハ搬出手段１４、第１のウエーハ搬送手段１５、洗浄手段１６、第２のウエーハ搬送手段１７、表示手段１８等に制御信号を出力する。

次に、上述したレーザー加工装置を用いて被加工物をレーザー加工する手順について説明する。
制御手段３０は、カセットテーブル８の図示しない昇降手段を作動してカセットテーブル８上に載置されたカセット９の所定位置に収容されている半導体ウエーハ１０（環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに貼着されている）を搬出位置に位置付ける。そして、制御手段３０は、搬出手段１４を作動して搬出位置に位置付けられた半導体ウエーハ１０を位置合わせ手段１３上に搬出する。位置合わせ手段１３に半導体ウエーハ１０が搬送されると、制御手段３０は位置合わせ手段１３の摺動板１３２を作動して半導体ウエーハ１０をダイシングテープTを介して支持している環状のフレームFの位置決めを行う。このようにして位置決めされた環状のフレームFは、図１１に示す座標値に位置付けられたことになる。このようにして位置付けられた環状のフレームFの中心Pの座標値を(x0,y0)とする。

上述したように、位置合わせ手段１３に搬出された半導体ウエーハ１０をダイシングテープTを介して支持している環状のフレームFが位置決めされ、その中心Pが(x0,y0)の座標値に位置付けられたならば、制御手段３０は撮像手段２０１を作動して環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに貼着されている半導体ウエーハ１０の全体を撮像する。制御手段３０は、撮像手段２０１からの画像信号に基づいて半導体ウエーハ１０の外周縁における任意の３点(A,B,C)を選定し、直線A−Bの中心位置からの垂線と直線B−Cの中心位置からの垂線との交点(P1)を半導体ウエーハ１０の中心として求める。そして、制御手段３０は、半導体ウエーハ１０の中心P1の環状のフレームFの中心PからのX軸方向およびY軸方向の変位量（dx,dy）を求め、この変位量（dx,dy）をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３０３に格納する（変位量検出工程）。従って、半導体ウエーハ１０の全体を撮像する撮像手段２０１と該撮像手段２０１からの画像信号に基づいて半導体ウエーハ１０の中心P1を求める制御手段３０は、環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに貼着されている半導体ウエーハ１０の中心と環状のフレーム１１の中心とのズレを検出する変位量検出機構２０として機能する。

一方、図１および図２に示すウエーハ着脱位置に位置付けられているチャックテーブル３６は、図１２に示すようにその中心P0が例えばx100,y100の座標値に位置付けられるように設定されている。この座標値(x100,y100）は、上記位置合わせ手段１３において位置決めされた半導体ウエーハ１０をダイシングテープTを介して支持している環状のフレームFが第１のウエーハ搬送手段１５によって搬送される環状のフレームFの中心Pと一致するように設定されている。しかるに、上述したように環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに貼着されている半導体ウエーハ１０の中心P1が環状のフレームFの中心PからX軸方向およびY軸方向に変位していると、位置合わせ手段１３において位置決めされた半導体ウエーハ１０をダイシングテープTを介して支持している環状のフレームFが第１のウエーハ搬送手段１５によってチャックテーブル３６に搬送された状態においては、チャックテーブル３６と環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに貼着されている半導体ウエーハ１０の中心P1が一致しない。即ち、半導体ウエーハ１０の中心P1は、チャックテーブル３６の中心P0（x100,y100）からX軸方向およびY軸方向にdxおよびdyだけ変位して位置付けられることになる。

そこで、本発明においては、環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに貼着されている半導体ウエーハ１０の中心P1と環状のフレームFの中心PとのX軸方向の変位量（dx）およびY軸方向の変位量（dy）に対応して、図１２に示すようにウエーハ着脱位置に位置付けられているチャックテーブル３６の位置を２点鎖線で示すように補正する。なお、環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに貼着されている半導体ウエーハ１０を搬送する第１のウエーハ搬送手段１５は、位置合わせ手段１３に位置付けられた半導体ウエーハ１０を１８０度変換した状態でチャックテーブル３６に搬送する。従って、制御手段３０は、加工送り手段３７および第１の割り出し送り手段３８を作動してチャックテーブル３６をその中心P0が（x：100−dx,y：100−dy）の座標値になるように位置付ける（チャックテーブル位置補正工程）。このようにチャックテーブル位置補正工程を実施することにより、位置合わせ手段１３において位置決めされ第１のウエーハ搬送手段１５によってチャックテーブル３６に搬送される環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに貼着されている半導体ウエーハ１０の中心P1は、チャックテーブル３６の中心P0に位置付けられることになる。

以上のようにして、チャックテーブル位置補正工程を実施したならば、制御手段３０は第１のウエーハ搬送手段１５を作動して、位置合わせ手段１３において位置決めされ上記変位量検出工程が実施された環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに貼着されている半導体ウエーハ１０を上記チャックテーブル位置補正工程が実施されたチャックテーブル３６に搬送する。このようにしてチャックテーブル位置補正工程が実施されたチャックテーブル３６に搬送された環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに貼着されている半導体ウエーハ１０は、その中心P1がチャックテーブル３６の中心P0に位置付けられる。次に、制御手段３０は図示しない吸引手段を作動し、半導体ウエーハ２０をダイシングテープTを介してチャックテーブル３６のウエーハ保持領域３６０上に吸引保持せしめる。このとき、ウエーハ保持領域３６０は上述したように半導体ウエーハ１０の大きさと同一またはがウエーハの外径より僅かに(２〜３ｍｍ)小さく形成されているので、半導体ウエーハ１０はウエーハ保持領域３６０と合致または外周部がウエーハ保持領域３６０の外周縁から外方に僅かにはみ出して環状の緩衝溝３６６の上方に位置付けられる。なお、ダイシングフレームFはチャックテーブル３６に配設されたクランプ３６８によって固定される。なお、クランプ３６８は、ダイシングフレームFに対してX軸方向およびY軸方向に数mmの許容値をもって固定できるように構成されている。このようにしてチャックテーブル３６上に環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに貼着されている半導体ウエーハ１０を吸引保持したならば、制御手段３０は加工送り手段３７を作動してチャックテーブル３６をレーザー光線照射ユニット５に配設された撮像手段６の直下に位置付ける。

チャックテーブル３６が撮像手段６の直下に位置付けられたならば、制御手段３０は撮像手段６を作動して半導体ウエーハ１０を撮像し、半導体ウエーハ１０のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、制御手段３０は、半導体ウエーハ１０の所定方向に形成されているストリート１１１と、ストリート１１１に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射ユニット５の集光器５２４との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。また、制御手段３０は、半導体ウエーハ１０に形成されている上記所定方向に対して直角な方向に延びるストリート１１１に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントを実行する。

上述したようにチャックテーブル３６上に保持されている半導体ウエーハ１０に形成されているストリート１１１を検出し、レーザビーム照射位置のアライメントを実施したならば、制御手段３０は加工送り手段３７および第１の割り出し送り手段３８を作動してチャックテーブル３６を移動し、所定方向（図１３の（ａ）において左右方向）に延びる所定のストリート１１１をレーザー光線照射手段５２の集光器５２４の直下に位置付ける。そして、更に図１３の（ａ）で示すようにストリート１１１の一端（図１３の（ａ）において左端）を集光器５２４の直下に位置付ける。次に、制御手段３０は、レーザー光線照射手段５２を作動して集光器５２４からストリート１１１に形成された低誘電率絶縁体被膜１１３にレーザー光線LBを照射しつつ、加工送り手段３７を作動してチャックテーブル３６を矢印Ｘ１で示す加工送り方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。このとき、集光器５２４から照射されるレーザー光線LBの集光点Pは、低誘電率絶縁体被膜１１３の表面に合わされている。そして、図１３の（ｂ）で示すようにストリート１１１の他端（図１３の（ｂ）において右端）まで移動したら、制御手段３０はレーザー光線照射手段５２を制御してレーザー光線LBの照射を停止する。この結果、ストリート１１１に形成された低誘電率絶縁体被膜１１３が除去される(レーザー光線照射工程)。

上述したレーザー光線照射工程においては、反応時間の遅れや誤差等により図１４に示すようにレーザー光線照射手段５２の集光器５２４から照射されるレーザー光線LBが半導体ウエーハ１０をオーバーランして照射される場合がある。このとき、チャックテーブル３６に保持された環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに貼着されている半導体ウエーハ１０は、上述したように中心P1がチャックテーブル３６の中心P0に位置付けられているので、チャックテーブル３６のウエーハ保持領域３６１を全て覆っている。従って、半導体ウエーハ１０をオーバーランして照射されるレーザー光線LBは、図１４に示すように半導体ウエーハ１０の外周縁より外側のダイシングテープTに照射されるが、レーザー光線LBがダイシングテープTに照射される領域にはチャックテーブル３６のウエーハ保持領域３６１が存在しないので、レーザー光線LBが照射されることによりダイシングテープTが溶融してもウエーハ保持領域３６０に付着することはない。なお、ダイシングテープTに照射されたレーザー光線LBは、ダイシングテープTを透過してレーザー光線緩衝溝３６６の底面に照射されるが、レーザー光線緩衝溝３６６の底面は集光点Ｐから十分に離れておりレーザー光線が拡散しているため、加工できる程のエネルギー密度は無くチャックテーブル３６を損傷することはない。また、図示の実施形態においてはレーザー光線緩衝溝３６６の底面にはレーザー光線吸収部材３６７が配設されているので、チャックテーブル３６の損傷を確実に防止することができる。

なお、上記レーザー光線照射工程における加工条件は、図示の実施形態においては次のように設定されている。
光源：ＹＡＧレーザーまたはＹＶＯ４レーザー
波長：３５５ｎｍ
出力：０．５Ｗ
繰り返し周波数：５０ｋＨｚ
パルス幅：１０ｎｓｅｃ
集光スポット径：φ９．２μｍ
加工送り速度：１００ｍｍ／秒

上述したように図１３の（ａ）に示すように所定のストリート１１１に対してレーザー光線照射工程を実施したならば、制御手段３０は第１の割り出し送り手段３８を作動してチャックテーブル３６をストリート１１１と直行する方向にストリートの間隔分だけ割り出し送りし、上記レーザー光線照射工程を実施する。この割り出し送りとレーザー光線照射工程を繰り返し実行することにより、半導体ウエーハ２０の所定方向に延びる全てのストリート１１１に形成された低誘電率絶縁体被膜１１３が除去される。以上のようにして、半導体ウエーハ１０の所定方向に延びるストリート１１１に対してレーザー光線照射工程を実施したならば、制御手段３０は図示しないパルスモータを作動してチャックテーブル３６従って半導体ウエーハ１０を９０度回動し、上述した所定方向に延びるストリート１１１と直行する方向に延びるストリート１１１に対して上述したレーザー光線照射工程を実施する。この結果、半導体ウエーハ２０の全てのストリート１１１に形成された低誘電率絶縁体被膜１１３が除去される。

以上のようにして、半導体ウエーハ１０の全てのストリート１１１に形成されている低誘電率絶縁体被膜１１３を除去したならば、制御手段３０は加工送り手段３７を作動して半導体ウエーハ１０を保持しているチャックテーブル３６を最初に半導体ウエーハ１０を吸引保持した位置に戻し、図示しない吸引手段による半導体ウエーハ２０の吸引保持を解除する。次に、制御手段３０は第２のウエーハ搬送手段１７を作動して、チャックテーブル３６上のレーザー加工された半導体ウエーハ１０を洗浄手段１６に搬送する。次に、制御手段１０は、洗浄手段１６を作動してレーザー加工された半導体ウエーハ１０を洗浄し乾燥する。

上述したようにレーザー加工された半導体ウエーハ１０の洗浄および乾燥作業を実施したならば、制御手段３０は第１の搬送手段１５を作動して洗浄された半導体ウエーハ１０を位置合わせ手段１３に搬送する。次に、制御手段３０は、搬出手段１４を作動して位置合わせ手段１３に搬送された半導体ウエーハ１０をカセット１９の所定位置に収納せしめる。

以上、上述した実施形態においては半導体ウエーハのストリートに形成された低誘電率絶縁体被膜を除去するためのレーザー加工を実施した例を示したが、本発明によるレーザー加工装置は半導体ウエーハのストリートに沿って半導体ウエーハに対して透過性を有する例えば波長が１０６４ｎｍのパルスレーザー光線を照射し、半導体ウエーハの内部に連続した変質層を形成するレーザー加工等に適用することができる。また、本発明によるレーザー加工装置は、半導体ウエーハのストリートに沿って半導体ウエーハに対して吸収性を有する例えば波長が３５５ｎｍのパルスレーザー光線を照射し、半導体ウエーハにレーザー加工溝を形成するレーザー加工等に適用することができる。

以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。例えば上述した実施形態においては、変位量検出機構によって検出されたウエーハの中心と環状のフレームの中心との変位量に基づいてウエーハ着脱位置に位置付けられているチャックテーブルの中心位置がウエーハ搬送手段によって搬送される環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハの中心と一致するように該加工送り手段および該割り出し送り手段を制御する例を示したが、変位量検出機構によって検出されたウエーハの中心と環状のフレームの中心との変位量に基づいてウエーハ搬送手段によって搬送される環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハの搬送位置をＸ軸方向およびＹ軸方向に制御してもよい。

２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３１、３１：一対の案内レール
３２：第１の滑動ブロック
３３：第２の滑動ブロック
３６：チャックテーブル
３６０：ウエーハ保持領域
３６６：環状の緩衝溝
３７：加工送り手段
３８：第１の割り出し送り手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４１、４１：一対の案内レール
４２：可動支持基台
４３：第２の割り出し送り手段
５：レーザー光線照射ユニット
５１：ユニットホルダ
５２：レーザー光線照射手段
５２4：集光器
６：撮像手段
８：カセットテーブル
９：カセット
１０：半導体ウエーハ
１３：位置合わせ手段
１４：ウエーハ搬出手段
１５：第１のウエーハ搬送手段
１６：洗浄手段
１７：ウエーハ搬送手段
１８：表示手段
２０：変位量検出機構
２０１：撮像手段
３０：制御手段
F：環状のフレーム
T：ダイシングテープ

Claims

ウエーハの大きさと同一または僅かに小さいウエーハ保持領域と該ウエーハ保持領域の外側周囲にレーザー光線緩衝溝が形成されてい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ウエーハにレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルをウエーハ着脱位置と該レーザー光線照射手段による加工領域との間を加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動せしめる加工送り手段と、Ｘ軸方向と直交する割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動せしめる割り出し送り手段と、環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハを収容しカセットテーブル上に載置されるカセットと、該カセットに収容された環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハを搬出するウエーハ搬出手段と、該ウエーハ搬出手段によって搬出された環状のフレームの中心位置合わせを実施するための位置合わせ手段と、該位置合わせ手段に搬出された環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハをウエーハ着脱位置に位置付けられたチャックテーブルに搬送するウエーハ搬送手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該位置合わせ手段において中心位置合わせされた環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハの中心と環状のフレームの中心との変位量を検出する変位量検出機構と、
該変位量検出機構によって検出されたウエーハの中心と環状のフレームの中心との変位量に基づいて該加工送り手段および該割り出し送り手段と該ウエーハ搬送手段とを制御する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハを該位置合わせ手段から該チャックテーブルに搬送する際に、該ウエーハ搬送手段によって搬送される環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハの中心が該チャックテーブルの中心位置と一致するように該ウエーハ着脱位置に位置付けられている該チャックテーブルと該ウエーハ搬送手段によって搬送される環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハの搬送位置とを相対的に変位せしめる、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
該制御手段は、該ウエーハ着脱位置に位置付けられている該チャックテーブルの中心位置が該ウエーハ搬送手段によって搬送される環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハの中心と一致するように該加工送り手段および該割り出し送り手段を制御する、請求項１記載のレーザー加工装置。
該変位量検出機構は、該位置合わせ手段において中心位置合わせされた環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着されたウエーハの全体を撮像する撮像手段と、該撮像手段によって撮像された画像情報に基づいてウエーハの中心と環状のフレームの中心とのＸ軸方向およびＹ軸方向の変位量を求める制御手段とからなっている、請求項１又は２記載のレーザー加工装置。