JP5896760B2

JP5896760B2 - 加工装置、及び、加工方法

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Publication number: JP5896760B2
Application number: JP2012016338A
Authority: JP
Inventors: 大樹曽良
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2032-01-30
Also published as: JP2013154370A

Description

本発明は被加工物に加工を施す加工装置及び加工方法に関する。

従来、例えば、特許文献１に開示されるように、被加工物としてのウェーハにビアホールを加工する技術は知られている。特許文献１では、未貫通穴を形成する第１の加工穴形成工程と、未貫通穴を貫通させてビアホールを形成する第２の加工穴形成工程を実施する技術を開示している。

特許文献１にも開示されるように、ビアホールなどの加工部はウェーハの複数箇所に存在するため、ウェーハを随時移動させるとともに、あらかじめ設定された加工条件に従ってレーザー照射を随時行うことがなされている。

特開２００８−０１０４８９号公報

しかしながら、被加工物の厚みばらつきの存在により、設定された加工条件において所望の加工がなされないことが懸念される。例えば、平均値から大きく離れた厚みを有する被加工物の場合では、特許文献１のような加工において、貫通しないビアホールを形成してしまうことが考えられる。

そこで、被加工物の厚みに応じて、適宜、加工条件を設定することが考えられるが、都度作業者が手作業により、加工条件を変更、設定することは非常に手がかってしまうことになり、加工効率が低下するというデメリットも生じることになる。

本発明は、以上の問題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、被加工物の厚みばらつきが大きい場合でも、被加工物毎に加工条件を変更する手間の生じない加工装置、及び、加工方法を提供することである。

本発明によると、被加工物に加工を施す加工装置であって、該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該被加工物に加工を施す加工手段と、加工が実施される前の該被加工物の重量を測定する重量測定手段と、該重量測定手段で測定された該重量を該被加工物の比重と面積とで除して該被加工物の厚みを算出する厚み算出部と、該厚み算出部で算出された該厚みに基づいて該被加工物を加工する加工条件を選定する加工条件選定部と、該加工条件選定部で選定された該加工条件に基づいて少なくとも該加工手段を稼働させる加工手段稼働部と、を有する制御手段と、を備えることを特徴とする加工装置が提供される。

本発明によると、被加工物の厚みばらつきが大きい場合でも、被加工物毎に加工条件を変更する手間の生じない加工装置が提供される。そして、被加工物に応じた加工条件により加工がなされることになり、所望の加工を確実に実現できるという加工品質の向上が図られる。

レーザー加工装置の外観斜視図である。フレームと一体化されたウェーハを示す斜視図である。レーザービーム照射ユニットのブロック図である。ウェーハへのビアホールの加工例について示す図である。加工方法のステップについて示すフローチャートである。

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は本発明の実施に用いられ得るレーザー加工装置２の外観を示している。

レーザー加工装置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パネル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ユニットによって撮像された画像が表示されるＣＲＴ等の表示モニタ６が設けられている。

図２に示すように、加工対象の半導体ウェーハ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とが直交されて形成されており、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デバイスＤが形成されている。

ウェーハ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の外周縁部は環状フレームＦに貼着されている。これにより、ウェーハ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に示したウェーハカセット８中にウェーハが複数枚（例えば２５枚）収容される。ウェーハカセット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。

ウェーハカセット８の後方には、ウェーハカセット８からレーザー加工前のウェーハＷを搬出するとともに、加工後のウェーハをウェーハカセット８に搬入する搬出入装置１０が配設されている。

ウェーハカセット８と搬出入装置１０との間には、搬出入対象のウェ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にはウェーハＷを一定の位置に位置合わせする位置合わせ装置１４が配設されている。

３０は洗浄装置であり、この洗浄装置３０は加工後のウェーハを洗浄する。仮置き領域１２の近傍には、ウェーハＷと一体となった環状フレームＦを吸着して搬送する旋回アームを有する搬送装置１６が配設されている。

ウェーハＷは、搬送装置１６により吸着されてチャックテーブル１８上に搬送され、チャックテーブル１８に吸引されるとともに、複数の固定機構（クランプ）１９により環状フレーム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。

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、ウェーハＷのレーザー加工すべきストリートを検出するアライメント機構２０が配設されている。

アライメント機構２０は、ウェーハＷの表面を撮像する撮像ユニット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ー加工すべきストリートを検出することができる。撮像ユニット２２によって取得された画像は、表示モニタ６に表示される。

アライメント機構２０の左側には、チャックテーブル１８に保持されたウェーハＷに対してレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニット２４が配設されている。レーザービーム照射ユニット２４のケーシング２６中には後で詳細に説明するレーザー発振手段等が収容されており、ケーシング２６の先端にはレーザービームを加工すべきウェーハ上に集光する集光器２８が装着されている。

レーザービーム照射ユニット２４のケーシング２６内には、図３のブロック図に示すように、レーザー発振手段３４と、レーザービーム変調手段３６が配設されている。

レーザー発振手段３４としては、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器を用いることができる。レーザービーム変調手段３６は、繰り返し周波数設定手段３８と、レーザービームパルス幅設定手段４０と、レーザービーム波長設定手段４２を含んでいる。

レーザービーム変調手段３６を構成する繰り返し周波数設定手段３８、レーザービームパルス幅設定手段４０及びレーザービーム波長設定手段４２は周知の形態のものであり、本明細書においてはその詳細な説明を省略する。

レーザービーム照射ユニット２４によりレーザー加工が終了したウェーハＷは、チャックテーブル１８をＸ軸方向に移動してから、Ｙ軸方向に移動可能な搬送装置３２により把持されて洗浄装置３０まで搬送される。洗浄装置３０では、洗浄ノズルから水を噴射しながらウェーハＷを低速回転（例えば８００ｒｐｍ）させることによりウェーハを洗浄する。

洗浄後、ウェーハＷを高速回転（例えば２０００ｒｐｍ）させながらエアーノズルからエアーを噴出させてウェーハＷを乾燥させた後、搬送装置１６によりウェーハＷを吸着して仮置き領域１２に戻し、更に搬出入装置１０によりウェーハカセット８の元の収納場所にウェーハＷは戻される。

次に、本発明実施形態において特徴的な構成について説明する。まず、図１に示すように、被加工物としてのウェーハＷを保持する保持手段となるチャックテーブル１８と、チャックテーブル１８で保持されたウェーハＷに加工を施す加工手段となるレーザービーム照射ユニット２４を備える構成としている。

そして、上記の構成に加え、さらに、ウェーハＷの重量を測定する重量測定装置（重量測定手段）５２と、重量測定装置５２で測定された重量を比重と面積とで除してウェーハＷの厚みを算出する厚み算出部５４と、厚み算出部５４で算出された厚みに基づいてウェーハＷを加工する加工条件を選定する加工条件選定部５６と、加工条件選定部５６で選定された加工条件に基づいて少なくともレーザービーム照射ユニット２４を稼働させる加工手段稼働部５８とを有する制御装置（制御手段）６０と、を備える構成としている。

以下詳述すると、重量測定装置５２は、ウェーハＷの重量を測定するためのものであり、例えば、搬送装置１６に周知の重量センサ（重さ計）を備えることで実現できる。搬送装置１６は、仮置き領域１２に搬出されたウェーハＷを吸着保持してチャックテーブル１８上に搬送するものであり、この搬送の過程において、ウェーハＷの重量を測定することが可能となる。

なお、本実施形態では、ウェーハＷをダイシングテープＴを介して環状フレームＦに固定した状態で搬送がなされるため、ウェーハＷの単体の重量は、ダイシングテープＴと環状フレームＦの重量を減じることで特定可能となる。

また、ウェーハＷの重量の特定は、ウェーハＷの加工が実施される前に行われればよく、重量測定装置５２を搬送装置１６の部位にて実現するほかにも、チャックテーブル１８に周知の重量センサ（重さ計）を備えることで、重量測定装置５２をチャックテーブル１８の部位にて実現することや、レーザー加工装置２とは異なる場所に重量測定装置を配置し、事前にウェーハＷの重量を測定するということも考えられる。

次に、厚み算出部５４と、加工条件選定部５６と、加工手段稼働部５８とを有する制御装置（制御手段）６０について説明する。この制御装置６０は、上述したレーザー加工装置を制御するための制御装置の機能を兼ねる形態にて実現するほか、当該機能を有する制御装置とは異なる制御装置として別途設けられることとしてもよい。

まず、厚み算出部５４は、ウェーハＷの厚みを算出するためのものであり、具体的には、重量測定装置５２で測定されたウェーハＷの重量をウェーハＷの比重と面積とで除すことで、ウェーハＷの厚みを特定する機能を有する。

このウェーハＷの厚みを算出するためのウェーハＷの比重と面積は、ウェーハＷの種類ごとに事前に厚み算出部５４に記憶される。なお、「面積」と、「比重」と、「厚み」を掛け合わせることによって、ウェーハＷの重量が算出される関係となっている。

例えば、被加工物が直径８インチ（２０．３２ｃｍ）で「面積」が約３２４．１３ｃｍ^２となるシリコンウェーハの場合では、「比重」が２．３ｇ／ｃｍ^３と記憶され、重量測定装置５２で測定された「重量」が７．３８ｇと算出される場合には、厚み算出部５４において「厚み」が９９μｍと算出される。

なお、厚みの測定対象となる被加工物（ウェーハＷ）の種別に応じた「面積」と「比重」は、厚み算出部５４に認識させる必要がある。この認識は、例えば、加工の開始前にオペレータによるマニュアル入力によって厚み算出部５４に認識させることや、ウェーハカセット８のバーコードを自動で読み取って厚み算出部５４に認識させることなどが考えられ、特に限定されるものではない。

加工条件選定部５６は、厚み算出部５４で算出された「厚み」に基づいてウェーハＷを加工する加工条件を選定する機能を有する。

この加工条件は、所定の加工を施すための各種の「条件」を、被加工物の種別と、上記「厚み」と関連付けてデータベース化されており、加工条件選定部５６によって適宜読み出される。データベース化されている加工条件は、加工条件選定部５６に設けたメモリや、外部記憶装置などの図示せぬ記憶手段に記憶させておくことが考えられる。データベース化された加工条件としては、以下に述べるようなものが考えられる。

上述したレーザー加工装置２（図１参照）を用い、レーザービームの照射によりウェーハにビアホール形成の加工を実施する場合には、レーザービームの出力やエネルギー密度、ウェーハの送り速度（チャックテーブルの加工送り速度）、レーザービームの照射のパルス数などが「条件」の一つとなる。

上述したレーザー加工装置２（図１参照）を用い、レーザービームの照射によりウェーハの厚み方向の所定の位置に改質層を形成する場合、あるいは、所定深さのレーザー加工溝を形成する場合には、レーザービームの出力やエネルギー密度、ウェーハの送り速度（チャックテーブルの加工送り速度）、レーザービームの焦点位置などが「条件」の一つとなる。

回転する切削ブレード（回転切刃）にてウェーハに所定深さの溝加工を実施する加工（研削加工前のハーフカット加工など）を実施する場合には、切削ブレードの高さ位置や、ウェーハの送り速度（チャックテーブルの加工送り速度）、切削ブレードの回転数などが「条件」の一つとなる。

回転する切削ブレード（回転切刃）にてウェーハを切削する切削加工（ダイシング）を実施する場合には、切削ブレードの高さ位置や、ウェーハの送り速度（チャックテーブルの加工送り速度）、切削ブレードの回転数などが「条件」の一つとなる。

回転するバイトホイール（切削バイト）にてウェーハを所定厚みに薄化する切削加工（バイト切削）を実施する場合には、初回の加工送りの際のバイトの高さ位置や、バイトのウェーハへの切り込み量、加工送りの繰り返し回数（パス数）、などが「条件」の一つとなる。

回転する研削ホイール（研削砥石）にてウェーハを所定厚みに薄化する研削加工（砥石研削）を実施する場合には、研削ホイールの高さ位置や、研削量などが「条件」の一つとなる。

さらに、より具体的な例として、図４に示すように、上述した「厚み」が９９μｍと算出されたウェーハＷにおいてボンディングパッドＢＰにビアホールＶＨを形成する例であれば、以下の加工条件が加工条件選定部５６によって記憶手段より選定される。
光源：ＹＡＧレーザー
波長：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザーの第３高調波）
エネルギー密度：４０〜６０Ｊ／ｃｍ^２
１パルスあたりの加工量：３μｍ
照射パルス数：３３

なお、この加工条件では、１パルスあたり３μｍの溝が形成されるものであるため、９９μｍのビアホールＶＨを形成するために、３３パルス（３３回）の照射が必要とされるものとなっている。この照射パルス数（３３パルス）は、「厚み」９９μｍを「１パルスあたりの加工量」３μｍで除する演算により求められるが、この演算は、加工条件として予め記憶手段に記憶しておくこととするほか、加工条件選定部５６において、「厚み」と「１パルスあたりの加工量」に基づいて都度実行されることとしてもよい。

加工手段稼働部５８は、加工条件選定部５６で選定された加工条件に基づいてレーザービーム照射ユニット２４を稼働させる機能を有する。本実施形態では、図３に示す構成のレーザービーム照射ユニット２４が加工手段稼働部５８によって制御され、加工条件に基づいたレーザー加工が実施されることになる。

以上の構成を用いることで、以下の加工方法を実施することができる。即ち、図４に示すように、被加工物であるウェーハＷに加工を施す加工方法であって、ウェーハＷの重量を測定する重量測定ステップＳＴ１と、重量測定ステップＳＴ１で測定されたウェーハＷの重量をウェーハＷの比重と面積とで除してウェーハＷの厚みを算出する厚み算出ステップＳＴ２と、厚み算出ステップＳＴ２で算出されたウェーハＷの厚みに基づいて加工条件を選定する加工条件選定ステップＳＴ３と、加工条件選定ステップＳＴ３で選定された加工条件に基づいてウェーハＷに加工を施す加工ステップＳＴ４と、を実施するものである。

そして、以上の各ステップを実施する加工方法によれば、被加工物であるウェーハＷの個々の厚みばらつきが大きい場合でも、個々のウェーハＷに応じた加工条件により加工がなされる、つまりは、個々のウェーハＷの種別と厚みに応じた加工条件によって加工がなされることになり、所望の加工を確実に実現できるという加工品質の向上が図られる。

図５に示すビアホールＶＨの形成においては、ボンディングパッドＢＰに確実に到達するビアホールＶＨを形成することができる。また、余分なレーザービームの照射をなくすことができるなど、無駄な（過剰な）加工が発生しないため、加工時間の最適化（短縮）も図られることになる。

また、上述した装置構成によれば、自動的に加工条件が選定されるため、ウェーハＷの厚みばらつきが大きい場合でも、ウェーハＷ毎に加工条件を変更する手間の生じない加工装置が提供される。そして、ウェーハＷに応じた加工条件により加工がなされることになり、所望の加工を確実に実現できるという加工品質の向上が図られる。

なお、以上の説明では、ビアホールを形成するためのビアホール形成用レーザー加工装置を用いて実施形態を説明したが、実施形態はこれに限らず、上述の加工条件に関連して説明したように、改質層やレーザー加工溝を形成するレーザー加工装置、切削装置、バイト切削装置、研削装置、研磨装置等においても、本発明は実施することが可能である。

２レーザー加工装置
１６搬送装置
１８チャックテーブル
２４レーザービーム照射ユニット
５２重量測定装置
５４厚み算出部
５６加工条件選定部
５８加工手段稼働部
６０制御装置
Ｗウェーハ

Claims

被加工物に加工を施す加工装置であって、
該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該被加工物に加工を施す加工手段と、
加工が実施される前の該被加工物の重量を測定する重量測定手段と、
該重量測定手段で測定された該重量を該被加工物の比重と面積とで除して該被加工物の厚みを算出する厚み算出部と、
該厚み算出部で算出された該厚みに基づいて該被加工物を加工する加工条件を選定する加工条件選定部と、
該加工条件選定部で選定された該加工条件に基づいて少なくとも該加工手段を稼働させる加工手段稼働部と、を有する制御手段と、
を備えることを特徴とする加工装置。