JP5623804B2

JP5623804B2 - レーザー加工装置

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Publication number: JP5623804B2
Application number: JP2010152395A
Authority: JP
Inventors: 智章遠藤
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2030-07-02
Also published as: JP2012011440A

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物にレーザー加工を施すためのレーザー加工装置に関する。

当業者には周知の如く、半導体デバイス製造工程においては、シリコン等の半導体基板の表面に絶縁膜と機能膜が積層された積層体によって複数のＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスをマトリックス状に形成した半導体ウエーハが形成される。このように形成された半導体ウエーハは上記デバイスがストリートと呼ばれる分割予定ラインによって区画されており、このストリートに沿って切断することによって個々のデバイスを製造している。また、サファイア基板等の表面に格子状に形成されたストリートによって複数の領域が区画され、この区画された領域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が形成された光デバイスウエーハは、ストリートに沿って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をストリートに沿って分割する方法として、ウエーハ等の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１参照。）

レーザー加工は切削加工に比して加工速度を速くすることができるとともに、サファイアのように硬度の高い素材からなるウエーハであっても比較的容易に加工することができる。しかしながら、ウエ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し、このデブリがデバイスの表面に付着してデバイスの品質を低下させるという新たな問題が生じる。

上記デブリによる問題を解消するために、ウエーハの表面にポリビニールアルコール等の保護膜を被覆し、保護膜を通してウエーハにレーザー光線を照射するようにしたウエーハの加工方法が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）

特開平１０−３０５４２０号公報特開２００５−１５０５２３号公報

而して、上記特許文献２に開示されたウエーハの加工方法においてはウエーハの表面にポリビニールアルコール等の保護膜を被覆する工程を追加して実施する必要があり生産性が悪いとともに、比較的高価なポリビニールアルコール等の保護膜材を使用するため生産コストが増大するという問題がある。

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、ウエーハ等の被加工物の表面に保護膜を被覆しないでもレーザー光線を照射することによって発生するデブリを被加工物の表面に付着させることなくレーザー加工を施す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、被加工物を保持する被加工物保持機構と、該被加工物保持機構に保持された被加工物にレーザー光線を照射する集光器を備えたレーザー光線照射手段と、該被加工物保持機構に保持された被加工物を撮像し該レーザー光線照射手段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と、を具備するレーザー加工装置において、
該被加工物保持機構は、被加工物を保持する保持面を下側に向けて配設されたチャックテーブルと、該チャックテーブルを加工送り方向に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルを加工送り方向と直交する割り出し送り方向に割り出し送りする割り出し送り手段とを具備し、
該レーザー光線照射手段の集光器は、該チャックテーブルの保持面に対向して配設され、
該集光器は、照射するレーザー光線の光軸が該チャックテーブルの保持面に対して加工送り方向に向けて傾斜するように構成され、
該撮像手段は、該集光器から照射されるレーザー光線の光軸と該チャックテーブルの保持面とのなす角度が鋭角な方向で該集光器よりも該加工送り方向後方に配設されている、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
また、本発明によれば、被加工物を保持する被加工物保持機構と、該被加工物保持機構に保持された被加工物にレーザー光線を照射する集光器を備えたレーザー光線照射手段と、該被加工物保持機構に保持された被加工物を撮像し該レーザー光線照射手段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と、を具備するレーザー加工装置において、
該被加工物保持機構は、被加工物を保持する保持面を下側に向けて配設されたチャックテーブルと、該チャックテーブルを加工送り方向に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルを加工送り方向と直交する割り出し送り方向に割り出し送りする割り出し送り手段とを具備し、
該レーザー光線照射手段の集光器は、該チャックテーブルの保持面に対向して配設され、
該チャックテーブルは、保持面が水平面に対して所定の傾斜角度をもって配設されており、
該加工送り手段は、該チャックテーブルを保持面と平行に加工送りするように構成され、
該撮像手段は、該集光器から照射されるレーザー光線の光軸と水平面とのなす角度が鋭角な方向で該集光器よりも該加工送り方向後方に配設されている、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

上記レーザー加工装置は、集塵箱が加工送り方向前方に配設されていることが望ましい。

本発明によるレーザー加工装置においては、被加工物を保持する保持面を下側に向けて配設されたチャックテーブルを具備し、レーザー光線照射手段の集光器はチャックテーブルの保持面に対向して配設され、集光器は照射するレーザー光線の光軸がチャックテーブルの保持面に対して加工送り方向に向けて傾斜するように構成され、撮像手段は集光器から照射されるレーザー光線の光軸と該チャックテーブルの保持面とのなす角度が鋭角な方向で該集光器よりも該加工送り方向後方に配設されているので、集光器からレーザー光線が照射された領域に熱エネルギーが集中してデブリが飛散するが、このデブリは被加工物の被加工面（下面）から下方に落下するので被加工物の被加工面に付着することはない。従って、レーザー光線を照射することによって飛散するデブリの付着を防止するために被加工物の被加工面に保護膜を被覆する必要がなく、生産性が向上するとともに生産コストを低減することができる。
また、本発明によるレーザー加工装置においては、被加工物を保持する保持面を下側に向けて配設されたチャックテーブルを具備し、レーザー光線照射手段の集光器は、チャックテーブルの保持面に対向して配設され、チャックテーブルは保持面が水平面に対して所定の傾斜角度をもって配設されており、加工送り手段はチャックテーブルを保持面と平行に加工送りするように構成され、撮像手段は集光器から照射されるレーザー光線の光軸と水平面とのなす角度が鋭角な方向で集光器よりも該加工送り方向後方に配設されているので、集光器からレーザー光線が照射された領域に熱エネルギーが集中してデブリが飛散するが、このデブリは被加工物の被加工面（下面）から下方に落下するので被加工物の被加工面に付着することはない。従って、レーザー光線を照射することによって飛散するデブリの付着を防止するために被加工物の被加工面に保護膜を被覆する必要がなく、生産性が向上するとともに生産コストを低減することができる。

本発明に従って構成されたレーザー加工装置の下方から視た斜視図。図１に示すレーザー加工装置の正面図。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ブロック図。被加工物としての半導体ウエーハの斜視図。図１に示すレーザー加工装置によるレーザー光線照射工程の説明図。図４に示すレーザー光線照射工程を実施している状態の説明図。本発明に従って構成されたレーザー加工装置の他の実施形態を示す正面図。

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には本発明に従って構成されたレーザー加工装置の下方から視た斜視図が示されており、図２には図１に示すレーザー加工装置の正面図が示されている。図１および図２に示すレーザー加工装置は、静止基台２と、該静止基台２の上方に配設された被加工物保持機構３を具備している。被加工物保持機構３は支持基台３０を具備しており、この支持基台３０が支持部材４によって静止基台２に支持されている。

上記被加工物保持機構３は、支持基台３０の下面に水平面に対して平行な矢印Ｘで示す加工送り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に沿って加工送り方向Xに移動可能に配設された第１の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２の下面に矢印Ｙで示す割り出し送り方向（加工送り方向Xと直交する方向）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の下面に配設された円筒部材３４によって支持された支持テーブル３５と、円筒部材３４に回転可能に支持された被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成され被加工物を保持する保持面３６１aを有する吸着チャック３６１を具備しており、該吸着チャック３６１の保持面３６１aが下側に向けて配設されている。なお、図１および図２に示す実施形態におけるチャックテーブル３６は、水平面に対して平行に配設されている。このように構成されたチャックテーブル３６は、吸着チャック３６１が図示しない吸引手段に連通されている。また、チャックテーブル３６は、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。なお、チャックテーブル３６には、半導体ウエーハ等の被加工物をダイシングテープを介して支持する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。

上記第１の滑動ブロック３２は、その上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、その下面に割り出し送り方向Y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を一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿って加工送り方向Xに移動可能に構成される。図示の実施形態における被加工物保持機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿って加工送り方向X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、その一端が上記支持基台３０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１の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿って加工送り方向Xに移動せしめられる。

上記第２の滑動ブロック３３は、その上面に上記第１の滑動ブロック３２の下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、割り出し送り方向Y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に沿って矢印Ｙで示す方向に移動させるための割り出し送り手段３８を具備している。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の下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の中央部上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に沿って割り出し送り方向Y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、チャックテーブル３６に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５を具備している。このレーザー光線照射手段５は、静止基台２上に配設されている。レーザー光線照射手段５について、図３を参照して説明する。
図３に示すレーザー光線照射手段５は、パルスレーザー光線発振手段５１と、このパルスレーザー光線発振手段５１が発振するパルスレーザー光線を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物に照射せしめる集光器５２とを含んでいる。パルスレーザー光線発振手段５１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５１１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段５１２とから構成されており、被加工物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LBを発振する。集光器５２は、ケーシング５２１と、該ケーシング５２１内に配設された第１の反射ミラー５２２および第２の反射ミラー５２３と、集光レンズ５２４を具備している。このように構成された集光器５２は、パルスレーザー光線発振手段５１から発振されたLBを第１の反射ミラー５２２および第２の反射ミラー５２３を介し集光レンズ５２４によって集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物に照射する。なお、図示の実施形態における集光器５２は、チャックテーブル３６に保持された被加工物に向けて照射するレーザー光線の光軸がチャックテーブル３６の保持面３６１aに対して加工送り方向Xに向けて傾斜するように構成されている。

図２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、レーザー光線照射手段５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を具備している。この撮像手段６は、静止基台２上に集光器５２と加工送り方向Xにおける同一線上において集光器５２から照射されるレーザー光線の光軸とチャックテーブル３６の保持面３６１aとのなす角度が鋭角αな方向、即ち集光器５２から照射されるレーザー光線の光軸の傾斜方向と反対側（図２において集光器５２の左側）に配設されている。このように配設された撮像手段６は、複数個の画素からなる撮像素子（ＣＣＤ）および顕微鏡等の光学系等を備えており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、静止基台２上に配設された集塵箱７を備えている。この集塵箱７は、集光器５２から照射されるレーザー光線の光軸とチャックテーブル３６の保持面３６１aとのなす角度が鈍角βな方向、即ち集光器５２から照射されるレーザー光線の光軸の傾斜方向側となる図２において集光器５２の右側に配設されている。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は以上のように構成されており、以下その作動について説明する。
図４には、被加工物である半導体ウエーハの斜視図が示されている。図４に示す半導体ウエーハ１０は、表面１０ａに複数のストリート１０１が格子状に形成されているとともに、該複数のストリート１０１によって区画された複数の領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１０２が形成されている。この半導体ウエーハ１０は、環状のフレームFに装着されたダイシングテープTの表面に貼着される。このようにダイシングテープTを介して環状のフレームFに支持された半導体ウエーハ１０は、上記チャックテーブル３６の保持面３６１aにダイシングテープTを介して吸引保持される。なお、半導体ウエーハ１０をダイシングテープTを介して支持するダイシングフレームFは、チャックテーブル３６に装着されたクランプ３６２によって固定される。従って、チャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０は、表面１０aが下側となる。このようにして半導体ウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７によって撮像手段６の直上に位置付けられる。

チャックテーブル３６が撮像手段６の直上に位置付けられると、撮像手段６および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ１０に所定方向に形成されているストリート１０１と、ストリート１０１に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５の集光器５２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が実行され、レーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。また、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交する方向に延びるストリート１０１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が遂行される。

以上のようにしてチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０に形成されているストリート１０１を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、加工送り手段３７を作動してチャックテーブル３を図５の（ａ）で示すようにレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５の集光器５２が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定のストリート１０１を集光器５２の直上に位置付ける。このとき、図５の（ａ）で示すように半導体ウエーハ１０は、ストリート１０１の一端(図５の（ａ）において右端)が集光器５２から照射されるレーザー光線の照射位置に位置付けられる。次に、レーザー光線照射手段５の集光器５２からパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６を図５の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図５の（ｂ）で示すようにストリート１０１の他端（図５の（ｂ）において左端）が集光器５２から照射されるレーザー光線の照射位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル３６の移動を停止する。このようにレーザー光線照射工程を実施することにより、半導体ウエーハ１０には図５の（ｂ）に示すようにストリート１０１に沿ってレーザー加工溝１１０が形成される。

上述したレーザー光線照射工程においては、図６に示すようにレーザー光線照射手段５の集光器５２からパルスレーザー光線が照射された領域に熱エネルギーが集中してデブリ１２０が飛散するが、このデブリ１２０は半導体ウエーハ１０の表面１０a（下面）から下方に落下するので半導体ウエーハ１０の表面１０aに付着することはない。なお、飛散したデブリ１２０は、集塵箱７に落下して収容される。また、図示の実施形態における集光器５２はチャックテーブル３６に保持された被加工物に向けて照射するレーザー光線の光軸がチャックテーブル３６の保持面３６１aに対して加工送り方向Xに向けて傾斜するように構成されているので、飛散したデブリが集光レンズ５２４に付着することがない。更に、図示の実施形態における撮像手段６は集光器５２から照射されるレーザー光線の光軸とチャックテーブル３６の保持面３６１aとのなす角度が鋭角αな方向（図２参照）、即ち集光器５２から照射されるレーザー光線の光軸の傾斜方向と反対側に配設されているので、飛散したデブリが撮像手段６に付着することがない。

上述したように本発明に従って構成されたレーザー加工装置においては、被加工物である半導体ウエーハ１０にレーザー光線を照射することによって飛散するデブリは落下して半導体ウエーハ１０の表面１０aに付着することがないので、デバイスの品質を低下させることはない。従って、レーザー光線を照射することによって飛散するデブリの付着を防止するために半導体ウエーハ１０の表面１０aに保護膜を被覆する必要がなく、生産性が向上するとともに生産コストを低減することができる。

なお、上記レーザー光線照射工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
レーザー光線の光源：ＹＶＯ４レーザーまたはＹＡＧレーザー
波長：３５５ｎｍ
繰り返し周波数：５０ｋＨｚ
出力：４ W
集光スポット径：９．２μｍ
加工送り速度：２００ｍｍ／秒

上述したレーザー光線照射工程を半導体ウエーハ１０の全てのストリート１０１に沿って実施したならば、半導体ウエーハ１０を保持しているチャックテーブル３は、最初に半導体ウエーハ１０を吸引保持した位置に戻され、ここで半導体ウエーハ１０の吸引保持を解除する。そして、半導体ウエーハ１０は、レーザー加工溝１１０が形成されたストリートに沿ってか外力を付与することにより個々のデバイスに分割する分割工程に送られる。

次に、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の他の実施形態について、図７を参照して説明する。なお、図７に示す実施形態においては、上記図１乃至図３に示すレーザー加工装置の構成部材と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略する。
図７に示す実施形態におけるレーザー加工装置は、静止基台２の上面が水平面に対して鋭角な傾斜角θをもって配設され、支持基台３０が静止基台２の上面と平行に配設されている。従って、支持基台３０は水平面に対して傾斜角θをもって配設されている。また、支持基台３０に配設されたチャックテーブル３６は、保持面３６１aが水平面に対して傾斜角θをもって配設される。そして、静止基台２に配設されるレーザー光線照射手段５の集光器５２は、照射するレーザー光線の光軸がチャックテーブル３６の保持面３６１aに対して垂直になるように構成されている。また、レーザー光線照射手段５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は、集光器５２から照射されるレーザー光線の光軸と水平面とのなす角度が鋭角（９０度−θ）な方向に配設されている。そして、集塵箱が集光器５２から照射されるレーザー光線の光軸と水平面とのなす角度が鈍角（１８０度−θ）な方向に配設されている。このように構成されたレーザー加工装置は、チャックテーブル３６の保持面３６１aに保持された被加工物にレーザー光線照射手段５の集光器５２からレーザー光線が照射されるとデブリが飛散するが、このデブリは集塵箱７側に落下するため集塵箱７に確実に収容される。従って、飛散したデブリがチャックテーブル３６の保持面３６１aに保持された被加工物に付着することがない。また、図７に示す実施形態においては、レーザー光線照射手段５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はチャックテーブル３６の保持面３６１aに対して垂直になるように配設されているが、撮像面は水平面に対して傾斜角θをもって配置されるので、飛散したデブリが撮像面に付着して堆積することはない。

２：静止基台
３：被加工物保持機構
３０：支持基台
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３８：割り出し送り手段
５：レーザー光線照射手段
５１：パルスレーザー光線発振手段
５２：集光器
６：撮像手段
７：集塵箱

Claims

被加工物を保持する被加工物保持機構と、該被加工物保持機構に保持された被加工物にレーザー光線を照射する集光器を備えたレーザー光線照射手段と、該被加工物保持機構に保持された被加工物を撮像し該レーザー光線照射手段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と、を具備するレーザー加工装置において、
該被加工物保持機構は、被加工物を保持する保持面を下側に向けて配設されたチャックテーブルと、該チャックテーブルを加工送り方向に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルを加工送り方向と直交する割り出し送り方向に割り出し送りする割り出し送り手段とを具備し、
該レーザー光線照射手段の集光器は、該チャックテーブルの保持面に対向して配設され、
該集光器は、照射するレーザー光線の光軸が該チャックテーブルの保持面に対して加工送り方向に向けて傾斜するように構成され、
該撮像手段は、該集光器から照射されるレーザー光線の光軸と該チャックテーブルの保持面とのなす角度が鋭角な方向で該集光器よりも該加工送り方向後方に配設されている、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
被加工物を保持する被加工物保持機構と、該被加工物保持機構に保持された被加工物にレーザー光線を照射する集光器を備えたレーザー光線照射手段と、該被加工物保持機構に保持された被加工物を撮像し該レーザー光線照射手段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と、を具備するレーザー加工装置において、
該被加工物保持機構は、被加工物を保持する保持面を下側に向けて配設されたチャックテーブルと、該チャックテーブルを加工送り方向に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルを加工送り方向と直交する割り出し送り方向に割り出し送りする割り出し送り手段とを具備し、
該レーザー光線照射手段の集光器は、該チャックテーブルの保持面に対向して配設され、
該チャックテーブルは、保持面が水平面に対して所定の傾斜角度をもって配設されており、
該加工送り手段は、該チャックテーブルを保持面と平行に加工送りするように構成され、
該撮像手段は、該集光器から照射されるレーザー光線の光軸と水平面とのなす角度が鋭角な方向で該集光器よりも該加工送り方向後方に配設されている、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
集塵箱が該集光器の該加工送り方向前方に配設されている、請求項１又は２記載のレーザー加工装置。