JP5835934B2 - レーザー加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物に対してレーザー照射による加工を行うレーザー加工装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが分割予定ラインによって区画されて表面に形成されたウェーハは、切削装置、レーザー加工装置等を用いて分割予定ラインに沿って切断することにより個々のデバイスに分割され、各種電子機器等に利用されている。

レーザー加工装置を用いてウェーハを分割する場合においては、ウェーハの表面からレーザー光を照射すると、当該表面にデブリが付着するため、ウェーハの裏面側から分割予定ラインに沿ってレーザー光の照射を行い個々のデバイスに分割する技術が本出願人によって提案され、特許出願されている（特許文献１参照）。

この技術においては、ウェーハの裏面側からは表面側に形成された分割予定ラインを直接検出できないため、ウェーハを保持するチャックテーブルを透明部材で形成するとともにチャックテーブルの下方に撮像手段を配設することにより、ウェーハの表面側をチャックテーブルにおいて保持して表面側に形成された分割予定ラインを下方から撮像して検出することとしている。

撮像手段のレンズには、レーザー光の集光点と分割予定ラインとの位置合わせのための基準線が形成されており、基準線とレーザー照射ヘッドとが同一直線上に位置するなど、所定の位置関係になるように予め設定されるため、基準線と分割予定ラインとが所定の位置関係となった状態でレーザー照射を行うことにより、分割予定ラインにレーザー光を集光できることとなっている。

特開２０１１−１８８５０号公報

しかし、装置の熱膨張等に起因し、撮像手段の画像上に設定された基準線とレーザー照射ヘッドとの間に経時的に位置ずれが生じることがあり、この場合は、分割予定ラインからずれた位置にレーザー照射が行われるため、デバイスを損傷させたりデバイスの品質を低下させたりするという問題がある。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、撮像手段とレーザー光の集光点との間の所定の位置関係に経時的に変化が生じる場合であっても、ウェーハの裏面から適正な位置にレーザー光線を照射できるようにすることを課題とする。

本発明は、テープを介してフレームに支持された被加工物を保持する保持手段と、保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射して加工を施すレーザー照射手段と、保持手段に保持された被加工物の加工すべき領域を撮像し検出する検出機構とを少なくとも備えたレーザー加工装置に関するもので、保持手段は、被加工物に貼着されたテープ側の面を保持する透明部材で形成された保持板とフレームを支持するフレーム支持部とを少なくとも備え、検出機構は、保持板に保持された被加工物の上面を撮像する上面撮像手段と保持板に保持された被加工物の下面を撮像する下面撮像手段とを備え、保持板には、上面撮像手段による撮像時の基準位置と下面撮像手段による撮像時の基準位置とのずれを検出するための位置ずれ検出用マークが形成され、位置ずれ検出用マークを基準として上面撮像手段と下面撮像手段との間のずれ量が検出され、ずれ量に基づきレーザー光線が照射される位置を補正することを特徴とする。

本発明に係るレーザー加工装置では、被加工物の上面及び下面をそれぞれ撮像する上面撮像手段と下面撮像手段とを備えるとともに、被加工物を保持する保持手段に備えた透明部材からなる保持板に上面撮像手段による撮像時の基準位置と下面撮像手段による撮像時の基準位置とのずれを検出するための位置ずれ検出用マークが形成されているため、上面撮像手段及び下面撮像手段の双方から当該位置ずれ検出用マークを検出することができる。したがって、上面撮像手段及び下面撮像手段から当該位置ずれ検出用マークを撮像することで、上面撮像手段と下面撮像手段との位置ずれを認識することができるため、被加工物の裏面が上方に向けて露出し分割予定ラインが表面に形成されている場合でも、その位置ずれ分を補正して裏面側からレーザー加工を行うことができる。また、加工により形成された溝を上面撮像手段から撮像することにより、当該溝が適正な位置に形成されているか否かを確認することができ、溝の位置にずれがある場合は、以降の加工時にはずれ量の分だけ補正をすることにより、適正な位置にレーザー照射を行うことができ、デバイスの損傷や品質の低下を防止することができる。

レーザー加工装置の一例を示す斜視図である。 保持手段の構成の一例を示す分解斜視図である。 集光器と上面撮像手段及び下面撮像手段の基準線との関係を示す説明図である。 上面撮像手段及び下面撮像手段と保持手段との関係を略示的に示す断面図である。 （Ａ）は下面撮像手段の基準線と保持板に形成された位置ずれ検出用マークとの位置ずれを示す説明図であり、（Ｂ）は当該位置ずれを修正して下面撮像手段の基準線と保持板に形成された位置ずれ検出用マークとを合致させた状態を示す説明図であり、（Ｃ）は、上面撮像手段の基準線と保持板に形成された位置ずれ検出用マークとの位置ずれを示す説明図である。 被加工物の一例を示す斜視図である。 被加工物を保持手段に保持する状態を示す分解斜視図である。 分割予定ラインを下面撮像手段によって撮像した状態を示す説明図である。 アブレーション溝と上面撮像手段の基準線との位置ずれを示す説明図である。 裏面にアブレーション溝が形成された被加工物を示す斜視図である。

１ レーザー加工装置の構成
図１に示すレーザー加工装置１は、保持手段２に保持された被加工物に対してレーザー照射手段３によってレーザー加工を施す装置である。

保持手段２に保持される被加工物ＷはテープＴに貼着され、テープＴの周縁部にはリング状のフレームＦが貼着され、被加工物ＷがテープＴを介してフレームＦに支持される。これに対応し、保持手段２は、被加工物を保持する保持板２０と、保持板２０の周囲においてフレームＦを支持するフレーム支持部２１とから構成されている。保持板２０は、例えば石英ガラスのような透明部材で形成されている。

保持手段２は、加工送り手段４によって送られてＸ軸方向に移動可能となっている。加工送り手段４は、基台１０の上に設けられており、Ｘ軸方向に延びるボールネジ４０と、ボールネジ４０と平行に配設された一対のガイドレール４１と、ボールネジ４０を正逆両方向に回動させるモータ４２と、ボールネジ４０に螺合する図示しないナットを内部に備えるとともに下部がガイドレール４１に摺接する可動板４３とから構成され、モータ４２に駆動されてボールネジ４０が回動することにより可動板４３がガイドレール４１にガイドされてＸ軸方向に加工送りされる構成となっている。

可動板４３には、保持手段２をＹ軸方向に割り出し送りする割り出し送り手段５を備えている。割り出し送り手段５は、Ｙ軸方向に延びるボールネジ５０と、ボールネジ５０と平行に配設された一対のガイドレール５１と、ボールネジ５０を正逆両方向に回動させるモータ５２と、ボールネジ５０に螺合するナットを内部に備えるとともに下部がガイドレール５１に摺接する可動板５３とから構成され、モータ５２に駆動されてボールネジ５０が回動することにより可動板５３がガイドレール５１にガイドされてＹ軸方向に割り出し送りされる構成となっている。

加工送り手段４及び割り出し送り手段５は、制御手段８によって制御される。制御手段８は、ＣＰＵ、メモリ等を備えており、パルス信号をモータ４２及びモータ５２に送出することにより加工送り手段４及び割り出し送り手段５の動作を制御し、保持手段２のＸ軸方向及びＹ軸方向の移動距離を正確に認識してメモリに記憶することができる。

可動板５３の上部には、保持手段２を下方から支持する保持手段支持部６を備えている。保持手段支持部６は、可動板５３から起立する壁部６０と、壁部６０の上端からＹ軸方向に延びる水平板６１とからから構成され、水平板６０の下方には、基台１０から立設されたコラム１１側に向けて開口する開口部６２が形成されている。

コラム１１の上部からＹ軸方向に延びる天井部１２の下面側には、被加工物に対してレーザー光線を照射して加工を施すレーザー照射手段３と、被加工物の上面を撮像する上面撮像手段７０とを備えている。レーザー照射手段３には、下方に向けてレーザー光を集光する集光器３０を備えている。

コラム１１の下部からＹ軸方向に延びる延設部１３の先端部には、被加工物の下面を撮像する下面撮像手段７１を備えている。上面撮像手段７０と下面撮像手段７１とは鉛直方向に対峙しており、これら２つの撮像手段で、保持手段２に保持された被加工物の加工すべき領域を撮像し検出する検出機構７を構成している。

図２に示すように、保持手段２は、水平板６１に形成された貫通孔６１ａに嵌めこまれ上方に突出した円筒状の嵌合部材２２と、嵌合部材２２を収容する貫通孔２３０が内部に形成された着脱テーブル２３と、着脱テーブル２３の上に保持される保持板２０とから構成されている。嵌合部材２２の内周側は、水平板６１を貫通した空洞となっている。

水平板６１においては、嵌合部材２２の周囲において嵌合部材２２と同心に形成されたリング状の凹部６１０が形成されており、凹部６１０の底面には吸引源６１１が形成されている。

着脱テーブル２３には、鉛直方向に貫通する吸引連通孔２３１が形成されており、着脱テーブル２３を嵌合部材２２に嵌合させると、吸引源６１１と吸引連通孔２３１とが凹部６１０を介して連通する構成となっている。

着脱テーブル２３の外周側にはフレーム支持部２１を複数備えている。フレーム支持部２１は、水平方向に延びる案内部２１０と、案内部２１０に沿って移動する固定部２１１とを備えている。固定部２１１は、エアの注入等によって水平方向の回転軸を中心として所定範囲回動してフレームＦを押さえる押さえ部２１１ａを備えている。

保持板２０の表面側には、リング状の凹部２００が形成されており、凹部２００の底面には裏面に貫通する貫通孔２０１が形成されている。保持板２０を着脱テーブル２３に載置すると、貫通孔２０１が着脱テーブル２３の吸引連通孔２３１と連通する。また、着脱テーブル２３を嵌合部材２２に嵌合し、保持板２０を着脱テーブル２３の上にボンド剤を介して載置して固定し、吸引源６１１に吸引力を作用させると、保持板２０の凹部２００に吸引力が発生し、被加工物を吸引保持することができる。

着脱テーブル２３の外周面の下部にはギア２３２が設けられ、水平板６１１には上方に突出した状態でギア６１２が設けられており、ギア６１２はパルスモータ６１３に連結されている。着脱テーブル２３を嵌合部材２２に嵌合させた状態で、パルスモータ６１３に駆動されてギア６１２が回転すると、着脱テーブル２３及び保持板２０が回転する構成となっている。

図３に示すように、上面撮像手段７０及び下面撮像手段７１のそれぞれによって取得される撮像時の画像には、Ｘ軸方向に延びる基準線７０ａ、７１ａがそれぞれ形成されている。基準線７０ａとレーザー照射手段３の集光器３０の中心、すなわち集光点Ｐとは所定の位置関係にある。所定の位置関係とは、例えば、図３の例のように基準線７０ａの延長線上に集光器３０の集光点Ｐが位置していたり、基準線７０ａのＹ座標と集光器３０の集光点ＰのＹ座標との間の距離が一定の値であったりする関係である。また、図３の例では、基準線７０ａと基準線７１ａとが一致した状態を示しているが、誤差によりこれらのＹ方向の位置が一致しない場合もある。

図２に示すように、保持板２０には、Ｘ軸方向に延びる位置ずれ検出用マーク２０２が形成されている。位置ずれ検出用マーク２０２は、上面撮像手段７０による撮像時の基準位置である基準線７０ａと下面撮像手段７１による撮像時の基準位置である基準線７１ａとの間にずれがあるか否かを検出し、ずれがある場合はそのずれ量を認識するためのものである。

２ レーザー加工方法
以下では、上記レーザー加工装置１を用いて被加工物に対してレーザー加工を施す方法について説明する。
（１）撮像手段位置ずれ量認識工程
まず、保持手段２においてワークを保持しない状態で、図１に示した加工送り手段４による駆動によって保持手段２をＸ軸方向に移動させ、図４に示すように、上面撮像手段７０と下面撮像手段７１との間に保持板２０を位置させる。このとき、下面撮像手段７１は、開口部６２に位置する。

そして、最初に下面撮像手段７１を用いて保持板２０に形成された位置ずれ検出用マーク２０２を撮像する。例えば図５（Ａ）に示すように、下面撮像手段７１の基準線７１ａと位置ずれ検出用マーク２０２との間に位置ずれＹ１がある場合は、図１に示した割り出し送り手段５によって保持手段２をＹ軸方向にＹ１だけ移動させ、図５（Ｂ）に示すように、基準線７１ａと位置ずれ検出用マーク２０２とを合致させる。

次に、上面撮像手段７０を用いて保持板２０に形成された位置ずれ検出用マーク２０２を撮像する。このとき、図５（Ｃ）に示すように、基準線７０ａと位置ずれ検出用マーク２０２との間に位置ずれＹ２がある場合は、この位置ずれＹ２の値を撮像手段位置ずれ量として制御手段８のメモリに記憶する。この撮像手段位置ずれ量Ｙ２は、上面撮像手段７０の基準線７０ａと下面撮像手段７１の基準線７１ａとのＹ軸方向のずれ量である。このように、保持板２０が透明部材で形成されていることで、上面撮像手段７０と下面撮像手段７１の双方から位置ずれ検出用マーク２０２を検出することができ、これによって基準線７０ａと基準線７１ａとのずれ量を求めることができる。

（２）加工工程
撮像手段位置ずれ量認識工程の後、被加工物のレーザー加工を行う。図６に示すように、被加工物（ワーク）Ｗの表面Ｗ１には、分割予定ラインＬによって区画されて複数のデバイスＤが形成されている。図７に示すように、このワークＷを裏返し、表面Ｗ１をテープＴに貼着することにより裏面Ｗ２を露出させ、ワークＷがテープＴを介してフレームＦに支持された状態とする。テープＴは、例えば塩化ビニール等によって形成された透明または半透明のテープである。

テープＴを介してフレームＦに支持されたワークＷは、テープＴ側が保持板２０に吸引保持され、フレームＦがフレーム支持部２１によって保持される。

次に、図１及び図４に示した下面撮像手段７１によって保持板２０及びテープＴを透過させ、図８に示すように、ワークＷの表面Ｗ１を撮像する。そして、表面Ｗ１に形成された分割予定ラインＬを検出し、分割予定ラインＬの中央と下面撮像手段７１の基準線７１ａとを合致させる。そして、保持手段２をＸ軸方向に加工送りするとともに、集光器３０からレーザー光線を照射してワークＷの分割予定ラインＬに集光することにより、分割予定ラインＬに沿って表面まで貫通しないアブレーション溝が形成される。

（３）補正工程
このようにして行うレーザー加工においては、装置の熱膨張により、下面撮像手段７１の基準線７１ａに対する集光器３０の集光点ＰのＹ軸方向の位置が経時的に変化するため、かかる変化に対応し、保持手段２のＹ軸方向の位置も調整する必要がある。そこで、任意のタイミングで、形成されたアブレーション溝を撮像し、そのアブレーション溝と下面撮像手段７１の基準線７１ａとのＹ軸方向のずれ量を求める。

アブレーション溝はワークＷの裏面Ｗ２に形成されており、下面撮像手段７１からは認識することができないため、分割予定ラインＬへのレーザー照射直後、保持手段２をＹ軸方向に移動させずに、図９に示すように、上面撮像手段７０によってワークＷの裏面Ｗ２を撮像する。そして、例えば図９に示すアブレーション溝Ｇと上面撮像手段７０の基準線７０ａとのＹ軸方向の位置のずれである溝位置ずれ量Ｙ３を求め、この溝位置ずれ量Ｙ３を制御手段８のメモリに記憶させる。制御手段８は、Ｙ４＝（撮像手段位置ずれ量Ｙ２−溝位置ずれ量Ｙ３）の値を算出する。このＹ４の値は、保持手段２のＹ軸方向の位置の補正値であり、以降の加工では、この補正値Ｙ４だけ保持手段２をＹ軸方向に調整することにより、正確な加工が可能となる。例えば、撮像手段位置ずれ量Ｙ２＝８μｍ、溝位置ずれ量Ｙ３＝５μｍである場合は、補正値Ｙ４＝（８−５)μｍ＝３μｍとなる。

このようにして補正値Ｙ４を求めた後は、加工工程に戻り、下面撮像手段７１により次に加工する分割予定ラインＬを検出し、図８に示したように分割予定ラインＬの中央と基準線７１ａとを合致させた後、補正値Ｙ４の分だけ保持手段２をＹ軸方向に移動させてワークＷの位置を調整する。そして、その状態で保持手段２を加工送りしながら集光器３０からレーザー光線を照射してワークＷの分割予定ラインＬに集光することにより、分割予定ラインＬに沿って表面まで貫通しないアブレーション溝が形成される。補正値Ｙ４の分だけ保持手段２の位置が調整されているため、分割予定ラインＬの中央に集光してアブレーション溝を形成することができる。

１本の分割予定ラインについてアブレーション溝を形成した後は、保持手段２をＹ軸方向に割り出し送りしながら同様のレーザー照射を行うことにより、同方向のすべての分割予定ラインが加工される。さらに、保持手段２を９０度回転させてから同様の加工を行うと、図１０に示すように、すべての分割予定ラインＬに縦横にアブレーション溝Ｇが形成される。このような加工の過程においては、装置の熱膨張により、下面撮像手段７１の基準線７１ａに対する集光点ＰのＹ軸方向の位置が経時的に変化するため、適宜のタイミングで補正工程を実行して溝位置ずれ量Ｙ３及び補正値Ｙ４をその都度求め、その補正値Ｙ４の分だけ保持手段２の位置調整を行いながらレーザー照射を行うことで、すべての分割予定ラインに沿って正確にアブレーション溝を形成することができる。したがって、デバイスを損傷させたりデバイスの品質を低下させたりするのを防止することができる。また、裏面にアブレーション溝が形成された後は、ワークＷに外力を加えることにより、個々のデバイスに分割することができる。

１：レーザー加工装置
２：保持手段
２０：保持板 ２００：凹部 ２０１：貫通孔 ２０２：位置ずれ検出用マーク
２１：フレーム支持部 ２１０：案内部 ２１１：固定部
２２：嵌合部材
２３：着脱テーブル
２３０：貫通孔 ２３１：吸引連通孔
３：レーザー照射手段 ３０：集光器
４：加工送り手段
４０：ボールネジ ４１：ガイドレール ４２：モータ ４３：可動板
５：割り出し送り手段
５０：ボールネジ ５１：ガイドレール ５２：モータ ５３：可動板
６：保持手段支持部
６０：壁部
６１：水平板
６１０：凹部 ６１１：吸引源 ６１２：ギア
６２：開口部
Ｗ：被加工物（ワーク）
Ｗ１：表面 Ｌ：分割予定ライン Ｄ：デバイス
Ｗ２：裏面 Ｇ：アブレーション溝
Ｔ：テープ Ｆ：フレーム
７：検出機構
７０：上面撮像手段 ７０ａ：基準線
７１：下面撮像手段 ７１ａ：基準線
８：制御手段
１０：基台 １１：コラム １２：天井部 １３：延設部

Claims (1)

1. テープを介してフレームに支持された被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射して加工を施すレーザー照射手段と、該保持手段に保持された被加工物の加工すべき領域を撮像し検出する検出機構と、を少なくとも備えたレーザー加工装置であって、
   該保持手段は、被加工物に貼着されたテープ側の面を保持する透明部材で形成された保持板と、フレームを支持するフレーム支持部とを少なくとも備え、
   該検出機構は、該保持板に保持された被加工物の上面を撮像する上面撮像手段と、該保持板に保持された被加工物の下面を撮像する下面撮像手段とを備え、
   該保持板には、該上面撮像手段による撮像時の基準位置と該下面撮像手段による撮像時の基準位置とのずれを検出するための位置ずれ検出用マークが形成され、該位置ずれ検出用マークを基準として該上面撮像手段と該下面撮像手段との間のずれ量が検出され、
   該ずれ量に基づき該レーザー光線が照射される位置を補正する
   レーザー加工装置。

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