JP5591560B2 - レーザー加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハ等のワークをレーザー加工する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、表面に格子状に配列されたストリート（切断ライン）によって区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等の回路が形成されている略円板形状の半導体ワークをストリートに沿って切断することによって回路毎に分割し、個々の半導体チップを製造している。半導体ワークのストリートに沿った切断は、通常はダイサーと称されている切削装置によって行われているが、レーザー光線を照射して切断する加工方法も試みられている（例えば特許文献１参照）。

半導体ウェーハのストリートに沿ってレーザー光線を照射すると、照射された領域に熱エネルギーが集中してデブリが発生するため、ウェーハの表面にデブリが付着するのを防ぐために、被加工物に保護膜を被覆し、保護膜を通して被加工物にレーザー光線を照射する方法を本出願人は提案している（特許文献２参照）。一般的に、保護膜を形成する水溶性液状樹脂は、水などの溶媒で希釈して用いられる。

特開平１０−３０５４２０号公報 特開２００４−１８８４７５号公報

しかし、水溶性液状樹脂の希釈の割合はワークの種類によって異なり、複数種類のワークを処理する場合には、希釈の度合いの異なる複数の水溶性液状樹脂を用意して保管しておく必要があった。そのため、加工時に水溶性液状樹脂の取替え作業が煩雑であったり、水溶性液状樹脂の在庫の管理が複雑化するなどの問題があった。

本発明は、これらの事実に鑑みてなされたものであり、その主な技術的課題は、複数種類のワークを処理する場合であっても、複数種類の水溶性液状樹脂を使用することなく水溶性液状樹脂の被覆処理が可能なレーザー加工装置を提供することにある。

本発明は、ワークの被加工面に水溶性液状樹脂を供給して被加工面を保護する保護膜を形成する保護膜形成機構と、保護膜が被加工面に形成されたワークを被加工面の反対面から保持する保持テーブルと、保持テーブルに保持されたワークの保護膜が形成された被加工面側からレーザービームを照射するレーザー照射機構とを有するレーザー加工装置に関し、保護膜形成機構は水溶性液状樹脂を希釈する液状樹脂希釈手段を有する。液状樹脂希釈手段は、水溶性液状樹脂を送り出す第一のポンプ部と、水溶性液状樹脂を希釈する溶媒を送り出す第二のポンプ部と、第一のポンプ部によって送り出された水溶性液状樹脂と第二のポンプ部によって送り出された溶媒とを混合する混合部と、混合部で溶媒と混合されることによって希釈された水溶性液状樹脂の濃度を検出する濃度検出部とを有する。第一のポンプ部はベローズ式ポンプであり、ベローズ式ポンプの上流側の配管内の圧力を検出する圧力検出部と、圧力検出部によって検出された圧力に基づいてベローズ式ポンプと第二のポンプとの動作を制御する制御部とを有する。

本発明は、ワークの被加工面の保護膜となる水溶性液状樹脂を希釈する液状樹脂希釈手段を有するため、複数種類のワークを処理する場合であっても、水溶性樹脂を所望の割合で希釈することで、複数の保護膜を使用することなく保護膜の被覆処理が可能となる。

また、希釈された水溶性液状樹脂の濃度を検出する濃度検出部を備えることで、濃度検出部における検出結果に基づいて、濃度が所望の値でないときにはアラームを鳴らして装置を停止させたり、第一のポンプ部または第二のポンプ部を制御して濃度を調整したりすることができる。

第一のポンプ部がベローズ式ポンプであり、ベローズ式ポンプの上流側の配管内の圧力を検出する圧力検出部と、圧力検出部によって検出された圧力に基づいてベローズ式ポンプと第二のポンプとの動作を制御する制御部とを備えることで、圧力検出部における圧力値に応じてベローズ式ポンプの吸引速度を調整することで、気泡を発生させない範囲で最速の送液を行うことができる。

レーザー加工装置の一例を示す斜視図である。 液状樹脂希釈手段の構成を示すブロック図である。 被加工面に保護膜が被覆されたワークの一部を拡大して示す断面図である。 被加工面に保護膜が被覆されたワークにレーザービームを照射する状態を拡大して示す断面図である。

図１に示すレーザー加工装置１は、保持テーブル２に保持された被加工物（ワーク）に対してレーザー照射機構３からレーザービームを照射してワークの加工を行う装置である。保持テーブル２は送り機構４によってＸ軸方向及びＸ軸方向と水平に直交するＹ軸方向に送られる構成となっている。送り機構４は、Ｘ方向送り機構５とＹ方向送り機構６とから構成される。

レーザー照射機構３は、装置後端部に設けられた壁部１０に固定されており、下方に向けてレーザービームを照射する照射ヘッド３０を備えている。

Ｘ方向送り機構５は、Ｘ軸方向にのびるボールネジ５０と、ボールネジ５０と平行に配設されたガイドレール５１と、ボールネジ５０の一端に連結されボールネジ５０を回動させるモータ５２と、下部がガイドレール５１に摺接するとともにボールネジ５０に螺合する図示しないナットを内部に備えたスライド板５３とを備え、ボールネジ５０の回動にともないスライド板５３がガイドレール５１にガイドされてＸ軸方向に移動する構成となっている。スライド板５３には、内部にパルスモータを備えた回転駆動部５４が固定されており、回転駆動部５４は、保持テーブル２を所定角度回転させることができる。

Ｙ方向送り機構６は、Ｙ軸方向にのびるボールネジ６０と、ボールネジ６０と平行に配設されたガイドレール６１と、ボールネジ６０の一端に連結されボールネジ６０を回動させるモータ６２と、下部がガイドレール６１に摺接するとともにボールネジ６０に螺合する図示しないナットを内部に備えたスライド板６３とを備え、ボールネジ６０の回動にともないスライド板６３がガイドレール６１にガイドされてＸ軸方向に移動する構成となっている。スライド板６３にはＸ方向送り機構５が配設されており、スライド板６３のＹ軸方向の移動にともないＸ方向送り機構５も同方向に移動する構成となっている。

壁部１０の前方には、加工前のワークの被加工面に水溶性液状樹脂を供給して被加工面保護のための保護膜を被覆する保護膜形成機構７を備えている。保護膜形成機構７は、ウェーハを保持して回転可能な回転テーブル７０と、ウェーハを回転テーブル７０に固定する固定部７１と、ウェーハの上方から水溶性液状樹脂を滴下する滴下部７２とを備えている。滴下部７２は、軸部７３を中心として所定角度揺動可能なアーム部７４の先端に配設されている。

壁部１０の前面には、保護膜形成機構７から保持テーブル２にワークを搬送する搬送機構８を備えている。搬送機構８は、Ｙ軸方向にのびるボールネジ８０と、ボールネジ８０と平行に配設されたガイドレール８１と、ボールネジ８０の一端に連結されボールネジ８０を回動させるモータ８２と、側部がガイドレール８１に摺接するとともにボールネジ８０に螺合する図示しないナットを内部に備えた移動ブロック８３と、移動ブロック８３に対して昇降する昇降部８４と、昇降部８４の下部に固定されたワーク保持部８５とを備え、ボールネジ８０の回動にともない移動ブロック８３がガイドレール８１にガイドされてＹ軸方向に移動し、これによりウェーハを保持したワーク保持部８５が同方向に移動し、ウェーハを保護膜形成機構７と保持テーブル２との間で搬送する構成となっている。

保護膜形成機構７には、液状樹脂を希釈する液状樹脂希釈手段９を備えている。液状樹脂希釈手段９は、水溶性樹脂と溶媒とを混合することにより水溶性液状樹脂を希釈する機能を有しており、図２に示すように、水溶性液状樹脂のタンク９０を備えており、タンク９０は、圧力検出部９１を介して第一のポンプ部９２に接続されている。

第一のポンプ部９２は、ベローズ式ポンプであり、出力側が混合部９３と連結されており、タンク９０に貯留されている水溶性液状樹脂の原液を混合部９３に送り出す機能を有している。混合部９３には、第二のポンプ部９４も接続されており、第二のポンプ部９４は、溶媒（水）を混合部９３に送り出す機能を有している。混合部９３では、第一のポンプ部９２から送り出された水溶性液状樹脂が、第二のポンプ部９２から送り出された溶媒と混合されて希釈される。混合部９３としては、例えば可動式のものや、スタティスティックミキサーなどを用いることができる。

圧力検出部９１は、第一のポンプ部９２の上流側の配管内の圧力を検出する機能を有している。圧力検出部９１における検出結果は制御部９５において認識され、制御部９５においては、認識結果に基づいた処理を行う。

混合部９３において希釈された水溶性液状樹脂は、保護膜形成機構７に送られる。混合部９３と保護膜形成機構７との間には、混合部９３から保護膜形成機構７に送られる希釈済みの水溶性液状樹脂の濃度を検出する濃度検出部９７が配設されている。濃度検出部９７における検出結果は制御部９５において認識され、認識結果に応じた処理がなされる。濃度検出部９７としては、例えば導電率センサを用いることができる。また、制御部９５にはアラーム９６が接続されており、濃度検出部９７における検出結果に応じてアラーム９６を鳴らしたりすることができる。

次に、図１に示したレーザー加工装置１を用いてワークの被加工面に保護膜を形成し、保護膜側からレーザービームを照射する場合の装置の動作について説明する。なお、ワークは特に限定はされないが、例えばシリコンウェーハ、ガリウム砒素等の半導体ウェーハや、チップ実装用としてウェーハの裏面に設けられるＤＡＦ（Die Attach Film）等の粘着部材、半導体製品のパッケージ、セラミックス、ガラス、サファイア（Al₂O₃）系の無機材料基板、ＬＣＤドライバー等の各種電子部品、さらには、ミクロンオーダーの加工位置精度が要求される各種加工材料が挙げられる。

最初に、保護膜形成機構７の回転テーブル７０において、加工前ワークの被加工面の反対面が保持される。そして、回転テーブル７０を回転させるとともに、アーム部７４が揺動しながら滴下部７２から水溶性液状樹脂がワークの被加工面に滴下され、スピンコートによって、図３に示すように、ワークＷの被加工面Ｗ１に水溶性液状樹脂からなる保護膜Ｐが被覆される。

滴下部７２から滴下される水溶性液状樹脂は、図２に示した液状樹脂希釈手段９において希釈される。第一のポンプ部９２は、タンク９０から取り込んだ水溶性液状樹脂の原液を混合部９３に送り出し、第二のポンプ部９４は、水、有機溶剤等の溶媒を混合部９３に送り出す。そして、混合部９３ではこれらを混合して希釈し、保護膜形成機構７に送り出す。このように、第一のポンプ部９２及び第二のポンプ部９４から送り出す液体の量を調整して混合部９３において混合させることができるため、ワークの種類等に応じて、所望割合で希釈した水溶性液状樹脂を生成することができる。したがって、複数種類のワークを想定して希釈の度合いの異なる複数の水溶性液状樹脂を用意する必要がなく、複数種類のワークを処理する場合であっても、タンクの取り替えや複雑な在庫管理などが不要となる。

混合部９３から流出した希釈済みの水溶性液状樹脂の濃度は、濃度検出部９７によって検出されて制御部９５において認識される。制御部９５は、その認識した濃度に応じて第一のポンプ部９２または第二のポンプ部９４からの流出量を調整し、希釈済みの水溶性液状樹脂の濃度を一定に保つためのフィードバック制御を行うことができる。また、濃度検出部９７における濃度の値が所望の濃度でない場合は、制御部９５がアラーム９６を鳴らして装置を停止させたり、オペレータに報知したりすることもできる。

圧力検出部９１では、第一のポンプ部９２とタンク９０との間の配管９００内部の圧力を検出し、制御部９５では、その圧力の値に応じて第一のポンプ部９２と第二のポンプ部９４の動作を制御することができる。具体的には、第一のポンプ部９２とタンク９０との間の配管９００内部が負圧となっている場合は、液中の溶存気体から気泡が発生し、これによって水溶性樹脂に気泡が混入する場合があり、これが原因となってワークの表面に被覆する保護膜が均一でなくなると考えられる。そこで、圧力検出部９１によって検出される配管９００の圧力を制御部９５において常時監視し、配管９００内部の負圧の値に応じて、第一のポンプ部９２からの単位時間当たりの送液量を少なくして配管９００内部の負圧の絶対値を下げる制御を行う。このような制御を行うことにより、保護膜形成機構７からワークに供給される水溶性液状樹脂に気泡が混入するのを抑止することができるため、ワークに被覆される保護膜の厚さを均一にすることができる。また、水溶性液状樹脂の粘度などの条件の変化にも対応して自動的に第一のポンプ部９２と第二のポンプ部９４の動作を制御できるため、気泡を発生させずに最速で送液を行うことができる。

以上のようにして図３に示した保護膜Ｐを形成後、図１に示した搬送機構８によってワークＷを保持テーブル２に搬送し、保持テーブル２において被加工面Ｗ１の反対面である裏面Ｗ２を保持する。そして、Ｘ方向送り機構５及びＹ方向送り機構６が保持テーブル２をＸ方向及びＹ方向に送りながら、図４に示すように、照射ヘッド３０が被加工面Ｗ１側からストリートＳに対してレーザービームＬを照射する。このとき、レーザービームＬの照射によりデブリが発生しても、回路Ｃが形成された被加工面Ｗ１が保護膜Ｐによって保護されているため、回路Ｃは保護される。

図２に示した配管９００の長さが１．５［ｍ］、タンク９０から第一のポンプ９２までの吸い上げ高さが１．２［ｍ］、配管９００の内径が６［ｍｍ］、水溶性液状樹脂の粘度が１８０［ｃＰ］である場合においては、第一のポンプ部９２における水溶性液状樹脂の吸引速度と圧力検出部９１における圧力の計測値との間に下表の関係があることが確認された。

また、圧力検出部９１の計測値が−６０［ｋＰａ］以下になると、水溶性液状樹脂の溶存気体からの気泡の発生が確認された。安全のために、マージンを２０[ｋＰａ]とし、圧力が−４０［ｋＰａ］以上であれば気泡が発生しないとすると、上記表によれば、水溶性液状樹脂の吸引速度が３［ｍｌ／ｓｅｃ］以下であれば、上記条件の下では気泡は発生しないと考えられる。

また、水溶性液状樹脂の粘度が６０［ｃＰ］である場合においては、水溶性液状樹脂の吸引速度を１０［ｍｌ／ｓｅｃ］とした場合の圧力値は−４０［ｋＰａ］であることが確認された。したがって、この場合は、水溶性液状樹脂の吸引速度を１０［ｍｌ／ｓｅｃ］とすると、気泡が発生しないと考えられる。

水溶性液状樹脂の粘度が６０［ｃＰ］〜１８０［ｃＰ］の間で変化する場合、その範囲のどの粘度の水溶性液状樹脂にも対応して気泡の発生を抑止するためには、吸引速度を３［ｍｌ／ｓｅｃ］以下としなければならない。しかし、その場合は、粘度６０［ｃＰ］の水溶性液状樹脂を１００［ｍｌ］吸引するためには少なくとも約３３［秒］かかるのに対し、吸引速度を１０［ｍｌ／ｓｅｃ］とすれば、１０［秒］しかかからず、２３［秒］もの違いが生ずることになる。そこで、配管９００の内部の負圧の値を圧力検出手段９１において計測し、計測値をフィードバックして制御部９５が負圧の値に応じて第一のポンプ部９２における吸引速度を調整することにより、気泡が発生しない範囲で最速なポンプ動作を行わせることができる。

１：レーザー加工装置
２：保持テーブル
３：レーザー照射機構 ３０：照射ヘッド
４：送り機構
５：Ｘ方向送り機構
５０：ボールネジ ５１：ガイドレール ５２：モータ ５３：スライド板
５４：回転駆動部
６：Ｙ方向送り機構
６０：ボールネジ ６１：ガイドレール ６２：モータ ６３：スライド板
７：保護膜形成機構
７０：回転テーブル ７１：固定部 ７２：滴下部 ７３：軸部 ７４：アーム部
８：搬送機構
８０：ボールネジ ８１：ガイドレール ８２：モータ ８３：移動ブロック
８４：昇降部 ８５：ワーク保持部
９：液状樹脂希釈手段
９０：タンク ９１：圧力検出部 ９２：第一のポンプ部 ９３：混合部
９４：第二のポンプ部 ９５：制御部 ９６：アラーム ９７：濃度検出部
１０：壁部
Ｗ：ワーク Ｗ１：被加工面 Ｃ：回路 Ｓ：ストリート
Ｐ：保護膜

Claims (1)

1. ワークの被加工面に水溶性液状樹脂を供給して該被加工面を保護する保護膜を形成する保護膜形成機構と、
   該保護膜が該被加工面に形成されたワークを該被加工面の反対面から保持する保持テーブルと、
   該保持テーブルに保持されたワークの該保護膜が形成された該被加工面側からレーザービームを照射するレーザー照射機構と、
   を有するレーザー加工装置であって、
   該保護膜形成機構は該水溶性液状樹脂を希釈する液状樹脂希釈手段を有し、
   該液状樹脂希釈手段は、
   該水溶性液状樹脂を送り出す第一のポンプ部と、
   該水溶性液状樹脂を希釈する溶媒を送り出す第二のポンプ部と、
   該第一のポンプ部によって送り出された該水溶性液状樹脂と該第二のポンプ部によって送り出された該溶媒とを混合する混合部と、
   該混合部で該溶媒と混合されることによって希釈された該水溶性液状樹脂の濃度を検出する濃度検出部と、
   を有しており、
   該第一のポンプ部はベローズ式ポンプであり、
   該ベローズ式ポンプの上流側の配管内の圧力を検出する圧力検出部と、該圧力検出部によって検出された圧力に基づいて該ベローズ式ポンプと該第二のポンプとの動作を制御する制御部と、
   を有するレーザー加工装置。

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