JP5656690B2

JP5656690B2 - レーザ加工装置

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Publication number: JP5656690B2
Application number: JP2011045131A
Authority: JP
Inventors: 健次古田; 洋志野村
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2031-03-02
Also published as: JP2012179644A; KR20120100770A

Description

本発明は、一般的に半導体ウエーハ、光デバイスウエーハ等の被加工物を加工するレーザ加工装置に関し、特に、被加工物の上面高さ位置を検出する検出機構を有するレーザ加工装置に関する。

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、この区画されたそれぞれの領域に窒化ガリウム系化合物半導体等から形成された発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光デバイスが積層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。

このような光デバイスウエーハのストリートに沿った切断は、通常、切削ブレードを高速回転して切削する切削装置によって行われている。しかし、サファイア基板はモース硬度が高く難切削材であるため、切削加工速度を遅くする必要があり、生産性が悪いという問題がある。

近年、光デバイスウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザビームを用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザビームを照射するレーザ加工方法も試みられている（例えば、特許第３４０８８０５号公報参照）。

このレーザ加工方法を用いたウエーハ分割方法は、ウエーハの一方の面側から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のパルスレーザビームを照射し、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分割予定ラインに沿って外力を加えることにより、ウエーハを個々のチップに分割するものである。

このようなレーザ加工方法を実施するレーザ加工装置では、ウエーハの内部にストリートに沿ってレーザビームの集光点を合わせる必要があるため、測定用レーザビームを照射してウエーハの上面高さを検出する高さ位置検出機構を具備したレーザ加工装置が例えば特開２００７−１５２３５５号公報に記載されている。

高さ位置検出機構を具備したレーザ加工装置によりウエーハ内部に変質層を形成するレーザ加工装置では、レーザ加工装置の集光器と加工すべきストリートとの従来公知のアライメント実施後、加工用レーザビームの照射に先立って測定用レーザビームをストリートに沿って照射し、該ストリートに沿ったウエーハの高さ位置を検出し、これをメモリに格納する。これを検査パス又は測定パスと称する。

この検査パス実施後、検査パスで検出したストリートの高さ位置に基づいてウエーハの内部の所定位置に集光点を位置付けて、加工用レーザビームを該ストリートに沿って照射してウエーハ内部に変質層を形成する。これを加工パスと称する。まず検査パスを実施し、次いで加工パスを実施してウエーハ内部にストリートに沿って変質層を形成する。

特許第３４０８８０５号公報特開２００７−１５２３５５号公報

金属製の枠体はＳＵＳ等の反射率の高い金属から形成されているため、枠体に測定用レーザビームを照射し、測定用レーザビームの枠体からの反射光を検出手段で検出すると、受光量が所定の閾値以上となり、チャックテーブルの枠体の高さ位置を被加工物の高さ位置だと誤認識してしまうことになる。

その結果、被加工物の変質層形成位置にレーザビームの集光点を位置付けようとしても、オートフォーカスの補正が追いつかず被加工物の加工開始端部に加工不良が発生してしまうことになる。

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、チャックテーブルの金属製の枠体に測定用レーザビームが照射されても、検出手段で枠体を被加工物の表面高さ位置と誤認識することのないレーザ加工装置を提供することである。

本発明によると、被加工物を保持する保持部と該保持部を囲繞する金属製の枠体とを含む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の上面に真上から測定用レーザビームを照射し、被加工物の上面で真上に反射した該測定用レーザビームの反射光の受光によって被加工物の上面高さ位置を検出する検出手段と、を備えたレーザ加工装置であって、該金属製の枠体は真上から該測定用レーザビームが照射されても真上への反射を抑制する処理が施されていることを特徴とするレーザ加工装置が提供される。

好ましくは、枠体の上面に凹凸が形成されており、この凹凸により真上に反射される反射光の光量を抑制する。代替案として、チャックテーブルの枠体の上面に内側から外側に向けて下方に傾斜する傾斜面を形成するようにしてもよい。

本発明によると、チャックテーブルの金属製枠体へ測定用レーザビームが照射されても、検出手段側へ反射される反射光の発生が防止されるか或いは反射光の光量が抑制されるため、枠体を被加工物の上面高さ位置と誤認識することがなく、加工不良の発生が抑制される。

本発明実施形態のレーザ加工装置の斜視図である。ダイシングテープを介して環状フレームに支持された光デバイスウエーハの斜視図である。レーザ加工装置の光学系を示す図である。図４（Ａ）はレーザ加工装置の光学系の模式図、図４（Ｂ）は集光レンズ及びシリンドリカルレンズにより集光されたレーザビームの形状を上から見た説明図、図４（Ｃ）は集光レンズ及びシリンドリカルレンズにより集光されたレーザビームの形状を横から見た説明図である。図５（Ａ）は図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）のＡ位置での四分割フォトディテクタに当たるビーム形状、図５（Ｂ）はＢ位置での四分割フォトディテクタに当たるビーム形状、図５（Ｃ）はＣ位置での四分割フォトディテクタに当たるビーム形状である。従来のレーザ加工装置での測定用レーザビームの反射光強度及びオートフォーカス機構のレンズ動作を示す一部断面説明図である。本発明第１実施形態のレーザ加工装置の測定用レーザビームの反射光強度及びオートフォーカス機構のレンズ動作を示す一部断面説明図である。本発明のレーザ加工装置による加工の様子を示す縦断面図である。本発明第２実施形態のレーザ加工装置の測定用レーザビームの反射光強度及びオートフォーカス機構のレンズ動作を示す一部断面説明図である。

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、本発明実施形態に係る被加工物の高さ位置検出機構を有する光学系を具備したレーザ加工装置２の構成を示している。

レーザ加工装置２は、静止基台４上にＸ軸方向に移動可能に搭載された第１スライドブロック６を含んでいる。第１スライドブロック６は、ボールねじ８及びパルスモータ１０から構成される加工送り手段１２により一対のガイドレール１４に沿って加工送り方向、すなわちＸ軸方向に移動される。

第１スライドブロック６上には第２スライドブロック１６がＹ軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、第２スライドブロック１６はボールねじ１８及びパルスモータ２０から構成される割り出し送り手段２２により一対のガイドレール２４に沿って割り出し方向、すなわちＹ軸方向に移動される。

第２スライドブロック１０上には円筒支持部材２６を介してチャックテーブル２８が搭載されており、チャックテーブル２８は加工送り手段１２及び割り出し送り手段２２によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。チャックテーブル２８には、チャックテーブル２８に吸引保持された光デバイスウエーハ等の被加工物をクランプするクランプ３０が設けられている。

静止基台４にはコラム３２が立設されており、このコラム３２にはレーザビーム発振手段３４を収容したケーシング３５が取り付けられている。レーザビーム発振手段３４は、後で詳細に説明するように、加工用レーザビーム発振手段とセンシング用（測定用）レーザビーム発振手段を含んでいる。

これらのレーザビーム発振手段から発振された加工用及びセンシング用レーザビームは、ケーシング３５の先端に取り付けられた集光器３６の対物レンズ７０（図３参照）によって集光されてチャックテーブル２８に保持されている光デバイスウエーハ等の被加工物に照射される。

ケーシング３５の先端部には、集光器３６とＸ軸方向に整列して加工用レーザビーム発振手段によって発振されたレーザビームによりレーザ加工すべき加工領域を検出する撮像手段３８が配設されている。

撮像手段３８は、可視光によって撮像する通常のＣＣＤ等の撮像素子の他に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、この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赤外線ＣＣＤ等の赤外線撮像素子から構成される赤外線撮像手段を含んでおり、撮像した画像信号は後述するコントローラ（制御手段）４０に送信される。

コントローラ４０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する中央処理装置（ＣＰＵ）４２と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）４４と、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）４６と、カウンタ４８と、入力インターフェイス５０と、出力インターフェイス５２とを備えている。

５６は案内レール１４に沿って配設されたリニアスケール５４と、第１スライドブロック６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出手段であり、加工送り量検出手段５６の検出信号はコントローラ４０の入力エンターフェイス５０に入力される。

６０はガイドレール２４に沿って配設されたリニアスケール５８と第２スライドブロック１６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出手段であり、割り出し送り量検出手段６０の検出信号はコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。

撮像手段３８で撮像した画像信号もコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。一方、コントローラ４０の出力インターフェイス５２からはパルスモータ１０、パルスモータ２０、レーザビーム照射手段３４等に制御信号が出力される。

図２に示すように、レーザ加工装置２の加工対象であるＬＥＤウエーハ等の光デバイスウエーハＷの表面においては、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とが直交して形成されており、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とによって区画された領域に多数の光デバイスＤが形成されている。

光デバイスウエーハＷは、サファイア基板の上述したように区画されたそれぞれの領域に窒化ガリウム系化合物半導体等から形成された発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光デバイスが積層されて構成されている。

ウエーハＷは粘着テープ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ＷはダイシングテープＴを介して環状フレームＦに支持された状態となり、図１に示すクランプ３０により環状フレームＦをクランプすることによりチャックテーブル２８上に支持固定される。

次に、図３を参照して、レーザビーム発振手段３４の光学系６２について説明する。加工用レーザ発振器６２はＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザから構成され、波長１０６４ｎｍのレーザビームを発振する。加工用レーザ発振器６２から発振された加工用パルスレーザビームＬＢ１はダイクロイックミラー６６を透過する。

そして、集光器３６のミラー６８で集光レンズ７０に垂直（集光レンズ７０の光軸に平行に）に入射し、集光レンズ７０により光デバイスウエーハＷの内部に集光点を合わせて照射され、ウエーハＷの内部にストリートに沿って変質層を連続的に形成する。

一方、センシング用レーザ発振器（測定用レーザ発振器）７２は例えばＨｅ−Ｎｅレーザから構成され、例えば波長６３３ｍｍのレーザビームを発振する。センシング用レーザ発振器７２から発振されたセンシング用レーザビームＬＢ２は、その一部がハーフミラー７４を透過し、ダイクロイックミラー６６で反射される。

更に集光器３６のミラー６８で反射されて集光レンズ７０に垂直に入射し、集光レンズ７０によりウエーハＷの上面に集光される。集光レンズ７０は、図４及び図５を参照して説明するオートフォーカス制御により上下に微小に移動される。

ウエーハＷから垂直に反射されたセンシング用レーザビームＬＢ２の反射光は集光レンズ７０を透過してミラー６８で反射され、更にダイクロイックミラー６６で反射されてハーフミラー７４に入射する。

ハーフミラー７４に入射した反射光の一部はハーフミラー７４で反射されて、シリンドリカルレンズ７６により四分割フォトディテクタ７８に集光され、四分割フォトディテクタ７８で光電変換される。

以下、図４及び図５を参照して、集光レンズ７０のオートフォーカス制御について説明する。図４（Ａ）は図３に示した光学系６２のうちセンシング用光学系を取り出したものであり、ダイクロイックミラー６６及び集光器３６のミラー６８が省略されている。

図４（Ｂ）はシリンドリカルレンズ７６を透過した反射光のビーム形状を上から見た図であり、図４（Ｃ）はシリンドリカルレンズ７６を透過した反射光のビーム形状を横から見た図である。

ウエーハＷで反射されたセンシング用レーザビームの反射光がハーフミラー７４で反射されてシリンドリカルレンズ７６を透過すると、集光レンズ７０及びシリンドリカルレンズ７６の作用により、四分割フォトディテクタ７８がＡの位置では、図５（Ａ）に示すように、横に伸びたビームとなり、Ｃの位置では、図５（Ｃ）に示すように、縦に伸びたビームとなる。

そこで、Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓで示すように四分割されたフォトディテクタ７８をＢの位置に設置しておく。Ｂの位置では、ＡとＣの中間なのでビームは、図５（Ｂ）に示すように、円形となる。

さて、この状態でウエーハＷが遠ざかると、四分割フォトディテクタ７８には縦に伸びたビームが当たることになる。その結果、四分割フォトディテクタ７８では、上下のセンサＰとＲの光量が増すことになる。よって、この時には、センサＰとＲの光量がセンサＱとＳの光量と等しくなるまで、集光レンズ７０をウエーハＷに近づくように制御する。

逆に、集光レンズ７０がウエーハＷに近すぎると、四分割フォトディテクタ７８には横に伸びたビームが当たることになる。よって、四分割フォトディテクタ７８の左右のセンサＱとＳの光量が増加するので、センサＱとＳの光量がセンサＰとＲの光量と等しくなるまで、集光レンズ７０をウエーハＷから遠ざける。このようにして、ウエーハＷに対して集光レンズ７０の位置がオートフォーカス制御される。

このように集光レンズ７０がオートフォーカス制御されるレーザ加工装置の従来の問題点について図６を参照して説明する。従来のオートフォーカス制御及び本発明のオートフォーカス制御では、四分割フォトディテクタ７８で受光した光量が所定値未満の場合には、センシング用レーザビームの照射された位置にはウエーハＷがないと判断する。

ウエーハＷがないと判断した場合には、集光レンズ７０はウエーハＷがないと判断した直前の高さ位置で固定される。通常のレーザ加工では、一つ前のストリートのウエーハの後端エッジを検出するときの集光レンズ７０の高さ位置で次のストリートに侵入し、センシング用レーザビームで次のストリートの高さ位置を検出する。

上述したように、チャックテーブル２８の枠体３１はＳＵＳから形成され、その上面３１ａは相当高い反射率を有している。レーザ加工装置のオートフォーカス制御では、ウエーハ等の被加工物からの反射光強度を参照し、被加工物の有無を判断している。通常、被加工物が存在する部分のみでオートフォーカス制御を実施する。

図６に示すように、センシング用レーザビームがチャックテーブル２８の枠体３１に照射されると、ダイシングテープＴを介した枠体３１の上面３１ａからの反射光強度が強くて所定の閾値以上であるため、枠体３１部分にウエーハＷがあると誤認識してしまう。

その結果、枠体３１部分でオートフォーカス制御により集光レンズ７０を下方に下げてしまう。集光レンズ７０が下がっているため、実際にウエーハＷに侵入した直後の符号３３で示す部分ではオートフォーカス制御の補正動作が追いつかず、集光レンズ７０の位置がずれてしまう。

この検査パスでの集光レンズ７０の位置をコントローラ４０のＲＡＭ４６に格納して、加工用レーザ発振器６４から加工用レーザビームを発振しながら実施にレーザ加工を実施すると、符号３３で示す部分に加工不良が発生する。

次に、図７を参照して、本発明第１実施形態のレーザ加工装置の要部について説明する。本実施形態のレーザ加工装置では、チャックテーブル２８の枠体３１の上面３１ａには凹凸８２が形成されている。

よって、検査パスによりセンシングレーザビームがチャックテーブル２８の枠体３１の上面３１ａに照射されると、上面３１ａに形成された凹凸８２によりレーザビームが乱反射され、四分割フォトディテクタ７８で受光する光量が閾値未満となり、オートフォーカス制御が作動しない。

よって、集光レンズ７０の位置は枠体３１部分で下がることなく一定となり、センシング用レーザビームがウエーハＷに照射された時点からオートフォーカス制御が実施され、ウエーハＷのストリートＳ１，Ｓ２の高さに倣って集光レンズ７０が上下に微小に移動される。この検査用パスでの集光レンズ７０の高さ位置をコントローラ４０の高さＲＡＭ４６に格納する。

次のレーザ加工パスでは、加工用レーザ発振器６４から発振された波長１０６４ｎｍのレーザビーム３７（ＬＢ１）の集光点をウエーハＷの上面から所定距離Ｈ１の位置に合わせるために、集光レンズ７０をＲＡＭ４６に格納した高さ位置から所定距離Ｈ１下げてレーザビーム３７をストリートＳ１，Ｓ２に沿って照射することにより、図８に示すように、ウエーハＷの表面から所定距離Ｈ１のウエーハ内部に改質層８４を形成することができる。

図９を参照すると、本発明第２実施形態のレーザ加工装置の要部断面図が示されている。本実施形態では、チャックテーブル２８の枠体３１の上面に枠体３１の内側から外側に向けて下に傾斜した傾斜面８６を形成する。よって、本実施形態では、センシングレーザビームＬＢ２が枠体３１の上面で反射した反射光は四分割フォトディテクタ７８で検出されることがなく、反射光強度が閾値未満であるため、枠体３１部分でオートフォーカス制御が作動しない。

よって、上述した第１実施形態と同様に、オートフォーカス制御をセンシング用レーザビームＬＢ２がウエーハＷに侵入してから開始することができるため、ウエーハＷの加工開始端部での加工不良を未然に防止することができる。

２レーザ加工装置
２８チャックテーブル
２９吸引部
３１枠体
３１ａ枠体上面
３６集光器
６２光学系
６４加工用レーザ発振器
７０集光レンズ
７２センシング用レーザ発振器
７６シリンドリカルレンズ
８２凹凸
８４変質層
８６傾斜面

Claims

被加工物を保持する保持部と該保持部を囲繞する金属製の枠体とを含む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の上面に真上から測定用レーザビームを照射し、被加工物の上面で真上に反射した該測定用レーザビームの反射光の受光によって被加工物の上面高さ位置を検出する検出手段と、を備えたレーザ加工装置であって、
該金属製の枠体は真上から該測定用レーザビームが照射されても真上への反射を抑制する処理が施されていることを特徴とするレーザ加工装置。
該枠体の上面に凹凸が形成されている請求項１記載のレーザ加工装置。
該枠体の上面には該枠体の内側から外側へ向けて下に傾斜する傾斜面が形成されている請求項１記載のレーザ加工装置。