JP5610991B2 - Laser processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段を備えたレーザ加工装置に関し、特に、液体噴射手段から噴射されて形成された液柱に導光されたレーザビームによってレーザ加工を施すレーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus having a laser beam irradiation means for irradiating a workpiece such as a semiconductor wafer with a laser beam, and in particular, a laser beam guided to a liquid column formed by being ejected from a liquid ejecting means. The present invention relates to a laser processing apparatus that performs laser processing.
半導体デバイス製造プロセスにおいては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に形成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ダイシングすることにより、個々の半導体デバイスを製造している。 In a semiconductor device manufacturing process, a plurality of regions are partitioned by dividing lines called streets formed in a lattice shape on the surface of a semiconductor wafer having a substantially disk shape, and devices such as ICs and LSIs are divided into these partitioned regions. Form. Individual semiconductor devices are manufactured by dicing the semiconductor wafer along the streets.
近年半導体ウエーハ等の被加工物を分割する方法として、被加工物に形成されたストリートに沿ってパルスレーザビームを照射することにより被加工物にレーザ加工溝を形成し、このレーザ加工溝に沿って機械的ブレーキング装置によって被加工物を割断する方法が提案されている(例えば、特開平10−305421号公報参照)。 In recent years, as a method of dividing a workpiece such as a semiconductor wafer, a laser processing groove is formed in the workpiece by irradiating a pulsed laser beam along a street formed on the workpiece, and along the laser processing groove. A method of cleaving a workpiece with a mechanical braking device has been proposed (see, for example, JP-A-10-305421).
ところが、半導体ウエーハにレーザビームを照射するとデバイスが加熱されるため、デバイスの品質を低下させるという問題がある。そこで、レーザビームを照射することにより被加工物が加熱されることを防ぐレーザ加工方法として、被加工物に高圧の液体を噴射して液柱を形成するとともに、この液柱内を透過(導光)させたレーザビームを被加工物に照射して、所望の加工を施すレーザ加工装置が提案されている(例えば、特公平2−1621号公報、特開2001―321977号公報、特開2006−255769号公報参照)。 However, when a semiconductor wafer is irradiated with a laser beam, the device is heated, which causes a problem that the quality of the device is degraded. Therefore, as a laser processing method for preventing the workpiece from being heated by irradiating the laser beam, a liquid column is formed by jetting a high-pressure liquid onto the workpiece, and the liquid column is transmitted (guided). There have been proposed laser processing apparatuses that perform desired processing by irradiating a workpiece with an irradiated laser beam (for example, Japanese Patent Publication No. 2-1621, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-321977, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006). -255769).
これらのレーザ加工装置では、集光されたレーザビームを糸状の液柱を介して被加工物まで導くので、集光レンズの焦点位置に関係なくレーザ加工をすることができる。更に、レーザ加工時に発生する熱が液体で冷却されるため、熱による被加工物の品質低下を防止できるというメリットがある。 In these laser processing apparatuses, since the focused laser beam is guided to the workpiece through the thread-like liquid column, laser processing can be performed regardless of the focal position of the focusing lens. Furthermore, since the heat generated during laser processing is cooled by the liquid, there is a merit that deterioration of the quality of the workpiece due to heat can be prevented.
一方、被加工物にレーザビームを照射すると、照射された領域に熱エネルギーが集中してデブリと呼ばれる加工屑が発生する。発生したデブリの一部は液柱を形成した液体に取り込まれるが液体に取り込まれなかったデブリは被加工物上に固着する。また、デブリを含んだ液体が被加工物上に滞留した後、乾燥することでデブリは被加工物に固着し、加工後に被加工物を洗浄してもデブリを除去できないという問題がある。 On the other hand, when a workpiece is irradiated with a laser beam, heat energy is concentrated in the irradiated region, and processing scraps called debris are generated. A portion of the generated debris is taken into the liquid forming the liquid column, but the debris that has not been taken into the liquid is fixed on the workpiece. Moreover, after the liquid containing debris stays on the workpiece, the debris is fixed to the workpiece by drying, and the debris cannot be removed even if the workpiece is washed after processing.
また、被加工物に高圧の液体を噴射して液柱を形成するレーザ加工装置においては、液柱を形成した液が被加工物上に局所的に残存する。半導体ウエーハ等の交差する分割予定ラインをレーザ加工装置で切削加工する場合には、この残存した液によって液柱が乱されてレーザビームが屈折してしまうという問題がある。 Further, in a laser processing apparatus that forms a liquid column by jetting a high-pressure liquid onto a workpiece, the liquid that has formed the liquid column locally remains on the workpiece. In the case of cutting an intersecting division line such as a semiconductor wafer with a laser processing apparatus, there is a problem that the liquid column is disturbed by the remaining liquid and the laser beam is refracted.
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、液柱内を導光されたレーザビームの照射によって発生するデブリが被加工物上に付着することを防止可能なレーザ加工装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to prevent debris generated by irradiation of a laser beam guided in a liquid column from adhering to a workpiece. It is to provide a possible laser processing apparatus.
本発明によると、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段で保持された被加工物にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、該レーザビーム照射手段と該保持手段とを加工送り方向に相対移動させる加工送り手段と、を備えたレーザ加工装置であって、該レーザビーム照射手段から被加工物にレーザビームを照射しつつ該レーザビーム照射手段と該保持手段とを加工送り方向に相対移動させることで被加工物上で加工が進行する方向の下流側から上流側に向かって被加工物にカバー液を供給して被加工物の上面を該カバー液で覆うカバー液供給手段を具備し、該レーザビーム照射手段は、レーザビーム発生手段と加工ヘッドとを含み、該加工ヘッドは、該レーザビーム発生手段から発生されたレーザビームを集光する集光レンズと、該被加工物に液体を噴射して、該集光レンズで集光されたレーザビームが導光される液柱を形成する液体噴射手段と、該液柱の外周側に配設されて該液柱を囲繞するとともに、被加工物の上面との間で僅かな隙間を形成して該カバー液の流れが該液柱に衝突するのを防止する防止壁とを備え、該防止壁は該液柱を形成した液体が流出する該加工が進行する方向の上流側に形成された開口を有していることを特徴とするレーザ加工装置が提供される。 According to the present invention, the holding means for holding the workpiece, the laser beam irradiation means for irradiating the workpiece held by the holding means with the laser beam, and the laser beam irradiation means and the holding means are processed and fed. A processing feed means for relatively moving in a direction, wherein the laser beam irradiation means and the holding means are irradiated with a laser beam from the laser beam irradiation means to the work feed direction. Cover liquid supply means for supplying the cover liquid to the work piece from the downstream side to the upstream side in the direction in which the work proceeds on the work piece by relative movement to the work piece and covering the upper surface of the work piece with the cover liquid The laser beam irradiation means includes a laser beam generation means and a processing head, and the processing head collects the laser beam generated from the laser beam generation means. Liquid ejecting means for ejecting liquid onto the workpiece and forming a liquid column through which the laser beam condensed by the condensing lens is guided; and disposed on the outer peripheral side of the liquid column; And a prevention wall that surrounds the liquid column and forms a slight gap with the upper surface of the workpiece to prevent the flow of the cover liquid from colliding with the liquid column. There is provided a laser processing apparatus having an opening formed on the upstream side in the direction in which the processing in which the liquid forming the liquid column flows out.
好ましくは、加工ヘッドは、防止壁の内周側の被加工物の上面を覆うカバー液の厚みを薄化するために、防止壁の内周側で液柱を囲繞してカバー液に気体を噴出する気体噴出手段を更に具備している。 Preferably, the processing head surrounds the liquid column on the inner peripheral side of the prevention wall and supplies gas to the cover liquid in order to reduce the thickness of the cover liquid covering the upper surface of the workpiece on the inner peripheral side of the prevention wall. Gas ejecting means for ejecting is further provided.
本発明のレーザ加工装置によると、加工中の被加工物上面はカバー液で覆われているため、加工によって発生したデブリはカバー液に取り込まれ、カバー液とともに被加工物上面から除去される。従って、デブリが被加工物上面に付着することが防止される。 According to the laser processing apparatus of the present invention, since the upper surface of the workpiece being processed is covered with the cover liquid, debris generated by the processing is taken into the cover liquid and removed together with the cover liquid from the upper surface of the workpiece. Therefore, debris is prevented from adhering to the upper surface of the workpiece.
また、液柱を囲繞して配設された防止壁によって、カバー液が液柱に衝突することが防止されるため、カバー液によって液柱の流れが乱されることがなく、液柱によってレーザビームを加工点まで適正に導くことができる。 In addition, since the cover liquid is prevented from colliding with the liquid column by the prevention wall disposed around the liquid column, the flow of the liquid column is not disturbed by the cover liquid, and the liquid column does not disturb the laser. The beam can be properly guided to the processing point.
請求項2記載の発明によると、気体噴出手段によって噴出される気体により防止壁の内周側において被加工物の上面を覆うカバー液が薄化されるため、液柱がカバー液によって乱されてレーザビームが屈折することを防止できる。
According to the invention described in
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は本発明第1実施形態に係るレーザ加工装置2の概略構成図を示している。レーザ加工装置2の前面側には、オペレータが加工条件等の装置に対する指示を入力するための操作手段4が設けられている。装置上部には、オペレータに対する案内画面や後述する撮像手段によって撮像された画像が表示されるCRT等の表示手段6が設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a
被加工物であるウエーハ11は粘着シートであるダイシングテープTに貼着され、ダイシングテープTの外周縁部は環状フレームFに貼着されている。これにより、ウエーハ11はダイシングテープTを介してフレームFに支持された状態となり、図1に示したウエーハカセット8中にウエーハが複数枚(例えば25枚)収容される。ウエーハカセット8は上下動可能なカセットエレベータ9上に載置される。
A
ウエーハカセット8の後方には、ウエーハカセット8から加工前のウエーハ11を搬出するとともに、加工後のウエーハをウエーハカセット8に搬入する搬出入手段10が配設されている。ウエーハカセット8と搬出入手段10との間には、搬出入対象のウエーハが一時的に載置される領域である仮置き領域12が設けられており、仮置き領域12には、ウエーハ11を一定の位置に位置合わせする位置合わせ手段14が配設されている。
Behind the
仮置き領域12の近傍には、ウエーハ11と一体となったフレームFを吸着して搬送する旋回アームを有する搬送手段16が配設されており、仮置き領域12に搬出されたウエーハ11は、搬送手段16により吸着されてチャックテーブル18上に搬送され、このチャックテーブル18に吸引されるとともに、複数のクランプ19によりフレームFが固定されることでチャックテーブル18上に保持される。
In the vicinity of the
チャックテーブル18は、回転可能且つX軸方向に往復動可能に構成されており、チャックテーブル18のX軸方向の移動経路の上方には、ウエーハ11のレーザ加工すべきストリートを検出するアライメント手段20が配設されている。
The chuck table 18 is configured to be rotatable and reciprocally movable in the X-axis direction. Above the movement path of the chuck table 18 in the X-axis direction, an
アライメント手段20は、ウエーハ11の表面を撮像する撮像手段22を備えており、撮像により取得した画像に基づき、パターンマッチング等の画像処理によってレーザ加工すべきストリートを検出することができる。撮像手段22によって取得された画像は、表示手段6に表示される。
The
アライメント手段20の左側には、チャックテーブル18に保持されたウエーハ11に対してレーザビームを照射するレーザビーム照射手段24が配設されている。レーザビーム照射手段24は、ケーシング26中に収容された図3に示すレーザビーム発生ユニット25と、加工ヘッド28とから構成される。
On the left side of the
レーザビーム照射手段24はアライメント手段20と一体的に構成されており、両者が連動してY軸方向及びZ軸方向に移動する。アライメント手段20のケーシング21にはカバー液供給源34に接続されたカバー液供給手段32が配設されている。
The laser beam irradiation means 24 is formed integrally with the alignment means 20, and both move in the Y-axis direction and the Z-axis direction in conjunction with each other. The
本実施形態では、カバー液供給手段32は、カバー液を供給する複数の細孔を有するパイプ状部材から構成されているが、カバー液供給手段32は、被加工物全体の上面を覆うカバー液を被加工物へ供給できればよく、その形態はパイプ状部材に限定されない。 In this embodiment, the cover liquid supply means 32 is composed of a pipe-shaped member having a plurality of pores for supplying the cover liquid, but the cover liquid supply means 32 covers the upper surface of the entire workpiece. Can be supplied to the workpiece, and the form is not limited to the pipe-shaped member.
31はレーザ加工の終了したウエーハ11をスピンナ洗浄装置30まで搬送する搬送手段であり、スピンナ洗浄装置30では、加工後のウエーハ11を洗浄するとともにエアノズルからエアを噴出させてウエーハ11を乾燥する。
図2を参照すると、加工ヘッド28の縦断面図が示されている。上述したように、レーザ加工装置のレーザビーム照射手段24は、レーザビーム発生ユニット25と、加工ヘッド28とから構成される。
Referring to FIG. 2, a longitudinal sectional view of the
レーザビーム発生ユニット25は、図3に示すように、YAGレーザ又はYVO4レーザを発振するレーザ発振器36と、繰り返し周波数設定手段38と、パルス幅調整手段40と、パワー調整手段42とを含んでいる。
As shown in FIG. 3, the laser
レーザビーム発生ユニット25のパワー調整手段42により所定パワーに調整されたパルスレーザビーム27は、加工ヘッド28のハウジング44に形成されたビーム導入口46から加工ヘッド28内に導入される。
The
ハウジング44内には、レーザビーム27を反射するミラー48と、レーザビーム27を集光する集光レンズ50が配設されている。ハウジング44と一体的に液体噴射手段52の液体室56を画成する液体室ハウジング58が形成されている。液体室ハウジング58は、円筒状側壁60と、該側壁60の上面及び下面をそれぞれ閉塞する上壁62及び下壁64とから構成されている。
A
液体室ハウジング58を構成する上壁62には透明窓68が配設されている。液体室ハウジング56を構成する下壁64の中心部には、噴射ノズル70が形成されている。集光レンズ50によって集光されるレーザビーム27の集光点は噴射ノズル70の上端部に位置づけられる。
A
円筒状側壁60には液体室56に連通する液体導入口66が形成されており、液体導入口66は高圧液供給源54に接続されている。高圧液供給源54から純水等の高圧液体が液体導入口66を介して液体室56内に供給されると、この高圧液体は噴射ノズル70から噴射されて液柱72を形成する。
A
液体室ハウジング58の下端部には、パイプ支持ブロック74が装着されている。パイプ支持ブロック74の中心部74aには貫通穴75が形成されており、この貫通穴75中にパイプ76が圧入されている。パイプ76と噴射ノズル70は整列しており、噴射ノズル70から噴射されて形成された液柱72がパイプ76を通過するように位置づけられている。
A
図4の拡大断面図に最もよく示されるように、パイプ支持ブロック74には環状防止壁78と環状内周壁80が固定されている。環状防止壁78の下端とウエーハ11の上面との間の間隙Gは0.1〜1mmに設定されている。
As best shown in the enlarged sectional view of FIG. 4, an
図2に示したエア源88からの圧縮エアがパイプ86を介してパイプ支持ブロック74に形成されたエア通路84内に導入され、エア噴出口90から図4に矢印92で示すごとくエアブロウされる。
Compressed air from the
図2で矢印Aはチャックテーブル18の加工送り方向、矢印Bはレーザビームを照射しつつチャックテーブル18をA方向に加工送りすることでウエーハ11上において加工が進行する方向(レーザ加工溝が形成される方向)である。
In FIG. 2, the arrow A indicates the machining feed direction of the chuck table 18, and the arrow B indicates the direction in which machining progresses on the
カバー液供給手段32は、加工ヘッド28に対して矢印Bで示す加工が進行する方向の下流側に配置され、カバー液33を供給してウエーハ11の上面をカバー液33で被覆する。
The cover liquid supply means 32 is disposed downstream of the
カバー液供給手段32の配置位置は、加工ヘッド28に対して加工が進行する方向の下流側であればよく、図7に示す第2実施形態に示すような位置にカバー液供給パイプ96を配設してもよい。
The cover liquid supply means 32 may be disposed on the downstream side in the direction in which the processing proceeds with respect to the
図7に示すように、カバー液供給パイプ96の加工が進行する方向の下流側にエアブロウパイプ98等のエアブロウ手段を設けるのが好ましい。このことは、図2に示す第1実施形態でも同様であり、カバー液供給手段32の加工が進行する方向の下流側にエアブロウ手段を設けるのが好ましい。このエアブロウ手段を設けることにより、カバー液33の流れを効果的に形成することができる。
As shown in FIG. 7, it is preferable to provide an air blowing means such as an
図5に示すように、環状防止壁78は加工進行方向の上流側、即ち矢印94で示すカバー液の流れの下流側に開口79を有している。液柱72を形成した液体は矢印Cに示すように環状防止壁78の開口79を通して排出される。
As shown in FIG. 5, the
環状防止壁78の代替実施形態として、図6に示すように環状防止壁78Aが加工進行方向上流側に形成された大きな開口79Aを有するようにしてもよい。この実施形態の場合には、カバー液の流れ94Aをある程度強くして加工進行方向下流側から上流側に流れたカバー液を環状防止壁78Aの開口79Aから環状防止壁78A内に侵入させないようにするのが好ましい。
As an alternative embodiment of the
以下、このように構成されたレーザ加工装置の作用について説明する。レーザビーム発生ユニット25のパワー調整手段42で所定パワーに調整されたレーザビーム27は、加工ヘッド28のビーム導入口46から加工ヘッド28内に導入され、ミラー48で反射されて集光レンズ50で液体噴射手段52の液体室ハウジング58に形成された噴射ノズル70の上端部に集光される。
Hereinafter, the operation of the laser processing apparatus configured as described above will be described. The
一方、高圧液供給源54から供給された純水等の高圧液体が、液体噴射手段52の液体室ハウジング58に形成された液体導入口66から液体室56内に導入され、液体室ハウジング58の下壁64に形成された噴射ノズル70から噴射されて液柱72を形成し、液柱72がレーザビーム27を導光する。
On the other hand, high-pressure liquid such as pure water supplied from the high-pressure
この液柱72は、パイプ支持ブロック74の貫通穴75に圧入されたパイプ76内を通過してウエーハ11の加工点11aに衝突して飛散する。集光レンズ50で集光されたレーザビーム27はパイプ76内を通過する液柱72に導光(案内)されて、そのビーム径が広がらずに加工点11aに照射されてウエーハ11にレーザ加工溝を形成する。
The
一方、ウエーハ11の上面はカバー液供給手段32から供給されたカバー液33で覆われているため、レーザ加工によって発生したデブリ(加工屑)はカバー液33とともに図5の矢印Aに示すように環状防止壁78の開口79を通してウエーハ11の上面から除去される。従って、デブリがウエーハ11上面に付着することが防止される。
On the other hand, since the upper surface of the
また、液柱72を囲繞して配設された環状防止壁78によって、カバー液供給手段32から供給されたカバー液33が液柱72に衝突することが防止されるため、カバー液33によって液柱72の流れが乱されることが防止される。
Further, the
更に、環状防止壁78の内周側において、エア噴出口90から噴出されるエアブロウ92によってウエーハ11の上面を覆うカバー液33が薄化されるため、液柱72がカバー液33によって乱されてレーザビーム27が屈折することがなく、レーザビーム27は適正な位置の加工点11aに照射されてウエーハ11にレーザ加工溝を形成する。
Further, since the
ウエーハ11としてシリコンウエーハを用い、以下の加工条件で実験を行った。
An experiment was conducted using a silicon wafer as the
光源 :LD励起Qスイッチ Nd:YVO4レーザ
波長 :532nm
平均出力 :6.6W
繰り返し周波数 :40kHz
ノズル直径 :φ50μm
液圧 :20MPa
パイプ出口とウエーハとの距離 :0.4mm
パイプ内径 :0.5mm
エア量 :5L/min
Light source: LD excitation Q switch Nd: YVO4 laser Wavelength: 532 nm
Average output: 6.6W
Repetition frequency: 40 kHz
Nozzle diameter: φ50μm
Fluid pressure: 20 MPa
Distance between pipe outlet and wafer: 0.4mm
Pipe inner diameter: 0.5mm
Air volume: 5L / min
カバー液を供給しない時には、ウエーハ11上に局所的に残存する液柱を形成した液によって液柱が乱されて、一部でレーザ加工溝が形成されない等の加工不良が生じた。本実施例のように、カバー液供給手段32からカバー液33を供給しながら、上記の加工条件で加工を行ったところ、良好なレーザ加工を行うことができた。
When the cover liquid was not supplied, the liquid column was disturbed by the liquid that formed the liquid column that remained locally on the
本実施形態は、カバー液供給手段32からカバー液33を供給し、環状防止壁78でカバー液33の加工点11aへの流入を制御する構成であるので、デブリを含むカバー液は液柱72を形成した液とともに環状防止壁78の開口79を通して排出されるので、ウエーハ11の汚れを最小に保つことができる。
In the present embodiment, the
また、ウエーハ11はカバー液33で常に覆われているので乾くことがなく、僅かに残ったデブリもウエーハ11に固着することがないので、スピンナ洗浄装置30で効率良く洗い流すことができた。
In addition, since the
2 レーザ加工装置
11 半導体ウエーハ
18 チャックテーブル
25 レーザビーム発生ユニット
28 加工ヘッド
32 カバー液供給手段
33 カバー液
52 液体噴射手段
54 高圧液供給源
70 噴射ノズル
72 液柱
74 パイプ支持ブロック
76 パイプ
78 環状防止壁
88 エア源
90 エア噴出口
2
Claims (2)
該レーザビーム照射手段から被加工物にレーザビームを照射しつつ該レーザビーム照射手段と該保持手段とを加工送り方向に相対移動させることで、被加工物上で加工が進行する方向の下流側から上流側に向かって被加工物にカバー液を供給して被加工物の上面を該カバー液で覆うカバー液供給手段を具備し、
該レーザビーム照射手段は、レーザビーム発生手段と加工ヘッドとを含み、
該加工ヘッドは、該レーザビーム発生手段から発生されたレーザビームを集光する集光レンズと、
該被加工物に液体を噴射して、該集光レンズで集光されたレーザビームが導光される液柱を形成する液体噴射手段と、
該液柱の外周側に配設されて該液柱を囲繞するとともに、被加工物の上面との間で僅かな隙間を形成して該カバー液の流れが該液柱に衝突するのを防止する防止壁とを備え、
該防止壁は該液柱を形成した液体が流出する該加工が進行する方向の上流側に形成された開口を有していることを特徴とするレーザ加工装置。 A holding means for holding the workpiece, a laser beam irradiation means for irradiating the workpiece held by the holding means with a laser beam, and the laser beam irradiation means and the holding means are moved relative to each other in the machining feed direction. A laser processing apparatus comprising a processing feed means,
By moving the laser beam irradiation means and the holding means relative to each other in the processing feed direction while irradiating the workpiece with the laser beam from the laser beam irradiation means, the downstream side in the direction in which the processing proceeds on the workpiece A cover liquid supply means for supplying a cover liquid to the work piece from the upstream side to cover the upper surface of the work piece with the cover liquid;
The laser beam irradiation means includes a laser beam generation means and a processing head,
The processing head includes a condensing lens that condenses the laser beam generated from the laser beam generating unit;
Liquid ejecting means for ejecting liquid onto the workpiece and forming a liquid column through which a laser beam condensed by the condenser lens is guided;
The liquid column is disposed on the outer peripheral side to surround the liquid column, and a slight gap is formed between the liquid column and the upper surface of the workpiece to prevent the cover liquid flow from colliding with the liquid column. And prevent wall
The laser processing apparatus, wherein the prevention wall has an opening formed on an upstream side in a direction in which the processing in which the liquid forming the liquid column flows out.
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