JP6061691B2 - レーザー加工方法、及び、レーザー加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー加工方法及びレーザー加工装置に関する。

従来、ＩＣ、ＬＳＩ等が形成された半導体ウェーハや、ＬＥＤが形成されたサファイアウェーハの分割予定ラインをレーザー加工装置によってレーザービームを照射し、表面に溝を形成することで個々のデバイスに分割する加工工程が知られている。分割されたデバイスは、携帯電話、ＰＣ、ＬＥＤライト等の電気機器に利用されている。

このようなレーザー加工装置を用いた加工工程において、半導体ウェーハやサファイアウェーハにレーザービームを照射すると、デブリと呼ばれる微細なデブリが発生、飛散することが知られており、このデブリがデバイスの表面に堆積すると、デバイスの品質を低下させてしまうことが知られている。

このデブリの対策として、デバイスの表面に保護膜を予め塗布してからレーザー加工を施し、保護膜とともに保護膜上に付着したデブリごと洗浄して除去する加工方法や、対物レンズの光軸に沿ってエアーを噴出する噴出口を備え、噴出口の周りからデブリを吸引してデブリがデバイスの表面に堆積するのを防止するレーザー加工装置が提案されている（例えば、特許文献１乃至３参照。）。

特開２００７−６９２４９号公報 特開２０１１−１８９４００号公報 特開２００６−０３２４１９号公報

上述のように、レーザー加工中においてデブリが発生するものであるが、この飛散したデブリがレーザービームを遮ることでレーザービームに悪影響を及ぼし、所望のレーザー加工が施されないといった課題が生じていた。

即ち、例えば、形成されるレーザー加工溝の幅が変動する現象が発生し、隣り合うデバイス間の非常にわずかな隙間に形成されるレーザー加工溝の幅が変動するといったことが考えられる。

このような場合に、レーザー加工溝がデバイスに至ってしまうと、レーザー加工溝によってデバイスを損傷してしまうことが懸念される。

そこで、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、レーザー加工によって発生するデブリによって、レーザービームが悪影響を受けないようにするための新規な技術を提供することである。

請求項１に記載の発明によると、チャックテーブルに保持された被加工物にレーザービームを照射して被加工物の表面にレーザー加工溝を形成するレーザー加工方法であって、レーザービーム照射手段から被加工物の表面に被加工物に対して吸収性を有する波長のレーザービームを照射しつつ被加工物とレーザービーム照射手段とを相対移動させて被加工物にレーザー加工溝を形成する際に、レーザービームの通過路を取り囲み被加工物の表面に対向する吸引口を通じてデブリを排出しながら、レーザー加工溝の延伸方向前方且つ吸引口の外側に配置された気体噴射ノズルから既に形成されたレーザー加工溝に向かってレーザービームと交差するように気体を噴出することを特徴とするレーザー加工方法が提供される。

請求項２に記載の発明によると、被加工物を保持するチャックテーブルと、チャックテーブルに保持された被加工物にレーザービームを照射するレーザービーム照射手段と、チャックテーブルをレーザービーム照射手段に対して移動させる加工送り手段と、を備えるレーザー加工装置であって、レーザービームの通過路を取り囲むとともに被加工物の表面に対向し、被加工物にレーザー加工溝を形成する際に被加工物から発生するデブリを排出するための吸引口と、被加工物にレーザー加工溝を形成する際に、レーザー加工溝の延伸方向前方から既に形成されたレーザー加工溝に向かってレーザービームと交差するように気体を噴出する気体噴出手段と、を備え、気体噴出手段は、吸引口の外側に配置され、加工送り手段がチャックテーブルを往復移動させる移動方向両側から気体を噴出する一対の気体噴出ノズルと、一対の気体噴出ノズルの近傍に配設され、気体供給源から供給される気体をチャックテーブルの移動方向に応じて選択的にいずれか一方の気体噴出ノズルへと供給する電磁弁と、を備えるレーザー加工装置が提供される。

本発明によると、レーザー加工溝の形成される方向であるレーザー加工溝の延伸方向前方（進行方向前方）から、既に形成されたレーザー加工溝に向かって、レーザービームと交差するように気体を吹き付けることで、レーザー加工によって発生するデブリ（ウェーハや保護膜が気化して発生する煙状等の粉塵）がレーザービームの周囲から素早く除去することができる。

これにより、デブリによるレーザービームの悪影響の発生が防がれ、レーザー加工溝の幅（加工幅）の変動などの不具合発生を防ぐことが可能となり、また、この不具合に起因するデバイス損傷といった不具合の誘発も防がれる。

さらに、チャックテーブルを往復移動させて往復加工を実施する装置構成の場合、どちらの方向に加工する場合でも同様に気体を吹き付けることができるよう一対の気体噴出ノズルを設けるとともに、さらに気体噴出ノズル近傍に電磁弁を設けることによって、瞬時に加工方向が入れ替わり高速にレーザー加工が実施される場合であっても、気体を噴出する気体噴出ノズルを瞬時に切替えて、気体を吹き付ける方向を加工方向に対して追従させることが可能な加工装置を実現することができる。

本実施形態のレーザー加工装置の全体構成の斜視図である。 被加工物について示す斜視図である。 レーザービーム照射ユニットの構成について説明する側面図である。 レーザービーム照射ユニットの構成について説明する斜視図である。 レーザー加工溝の延伸方向前方からの気体の噴出について説明する図である。

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、本発明の一実施形態としてのレーザー加工装置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。

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の分割予定ラインＳ１と第２の分割予定ラインＳ２とが直交するように形成されており、第１の分割予定ラインＳ１と第２の分割予定ライン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。本実施形態では、デバイスＤの表面（ウェーハＷの表面）が図示せぬ保護膜によって保護されるようになっている。なお、被加工物は、半導体ウェーハＷ（シリコンウェーハ）に限定されるものではなく、サファイアウェーハ、光デバイスウェーハ等を含むものである。

図２に示すように、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に搬入する搬出入手段１０が配設されている。

ウェーハカセット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手段１４が配設されている。

３０は保護膜被覆装置であり、この保護膜被覆装置３０は加工後のウェーハを洗浄する洗浄装置を兼用する。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が配設されている。

仮置き領域１２に搬出されたウェーハＷは、搬送手段１６により吸着されて保護膜被覆装置３０に搬送される。保護膜被覆装置３０では、ウェーハＷの加工面に保護膜が被覆される。この保護膜は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）等の水溶性樹脂を塗布することで形成される。

加工面に保護膜が被覆されたウェーハＷは、搬送手段３２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、複数の固定手段（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。

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分割予定ラインを検出するアライメント手段２０が配設されている。

チャックテーブル１８は、図示せぬ加工送り手段によってＸ軸方向に移動させるように構成されており、アライメント手段２０やレーザービーム照射ユニット２４の下方において、ウェーハＷがＸ軸方向に移動するようになっている。また、チャックテーブル１８は、図示せぬＹ軸送り移動手段によってＹ軸方向に移動可能に構成され、ウェーハＷがＹ軸方向に移動するようになっている。

アライメント手段２０は、ウェーハＷ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ー加工すべき分割予定ライン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。

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中には周知のレーザービーム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。

図３は、レーザービーム照射ユニット２４の構成について説明する側面図、図４は同じく斜視図である。ウェーハＷはダイシングテープＴを介してフレームＦに固定されており、フレームＦが複数の固定手段（クランプ）１９に固定されている。ウェーハＷは、チャックテーブル１８により吸引保持される。

ウェーハＷを保持したチャックテーブル１８は、図示せぬ駆動装置によって矢印Ｘ１方向に加工送りされる。ウェーハＷには、レーザービーム照射ユニット２４の下方を通過する過程でレーザービームＬＢが照射され、ウェーハＷ上に分割予定ラインに沿った線状のレーザー加工溝Ｋが形成される。このような加工は、レーザーアブレーション加工として知られているものである。

また、矢印Ｘ１に加工送りをして或る分割予定ラインのレーザー加工がなされた後、チャックテーブル１８がＹ軸方向（図１参照）にインデックス送りされて次の分割予定ラインに対する位置決めがなされる。そして、チャックテーブル１８は、図示せぬ駆動装置によって矢印Ｘ２方向に加工送りされる。

以上のようにして、矢印Ｘ１，Ｘ２の両方向にチャックテーブル１８が加工送りされることで、ウェーハＷが往復加工されるようになっている。なお、図３では、矢印Ｘ１方向にチャックテーブル１８が加工送りされる様子が示されている。

レーザービーム照射ユニット２４では、ハウジング４１内に配設された集光レンズ４２からレーザービームＬＢがウェーハＷに照射されるように構成されている。

ハウジング４１の下部には吸引ブロック４３が設けられている。吸引ブロック４３には、上下方向に貫通するレーザービーム通過路４３ａが形成されており、レーザービーム通過路４３ａを通じてレーザービームＬＢがウェーハＷに照射される。

吸引ブロック４３の下面には、レーザービーム通過路４３ａを取り囲むように吸引口４３ｂがウェーハＷの表面に対向するように形成されている。この吸引口４３ｂは、ハウジング内部空間４３ｃに連通される。

ハウジング内部空間４３ｃは、排気路４４（図４参照）に連通されている。この排気路４４は、図示せぬ排気用吸引源に接続されており、ハウジング内部空間４３ｃの空気が、排気路４４を通じて排気されるようになっている。

以上の構成において、レーザー加工（レーザーアブレーション加工）によって、ウェーハＷや保護膜が気化して発生するデブリ５（粉塵）は吸引口４３ｂからハウジング内部空間４３ｃ内へと吸い込まれて、排気路４４を通じてハウジング内部空間４３ｃの外部へと排出される。

さらに、図３乃至図５に示すように、吸引ブロック４３には、レーザービーム通過路４３ａを挟んで加工送り方向（矢印Ｘ１，Ｘ２方向）に対向する一対の気体噴出ノズル５１，５２が設けられている。これにより、図示せぬ加工送り手段がチャックテーブル１８を往復移動させる移動方向（Ｘ軸方向）両側から気体Ａを噴出するように構成される。

気体噴出ノズル５１，５２は、気体噴出手段として機能するものであって、それぞれ気体供給経路５４，５５、電磁弁５３、及び、一次側気体供給経路５６を通じて図示せぬ気体供給源に接続されており、気体噴出ノズル５１，５２の先端からは、気体Ａが噴出されるようになっている。

気体噴出ノズル５１，５２は、吸引口４３ｂの外側に配置され、吸引口４３ｂからのデブリ５の吸引が気体噴出ノズル５１，５２によって妨げられないようにすることが好ましい。

気体噴出ノズル５１，５２の先端は、レーザービーム通過路４３ａの中心４３ｄの方向であって、ウェーハＷに対して斜め上方から気体Ａが当てられる方向に向けられている。なお、気体Ａは、ウェーハＷの表面に吹き当てることを目的とするものではなく、あくまでもレーザービームＬＢよりも下流側へデブリ５を移動させることを目的として噴出されるものである。

さらに、図３乃至図５に示されるように、気体噴出ノズル５１の先端は、レーザー加工溝Ｋの延伸方向前方から既に形成されたレーザー加工溝Ｋに向かってレーザービームＬＢと交差するように気体Ａを噴出する方向に向けられている。

また、図３及び図５に示される状況では、ウェーハＷ（チャックテーブル１８）が矢印Ｘ１方向に加工送りされており、この加工送りの方向と反対側の矢印Ｘ２方向が、レーザー加工溝Ｋの延伸方向となる。

そして、この延伸方向の前方、つまりは、矢印Ｘ２方向に気体噴出ノズル５１が配置され、この気体噴出ノズル５１から既に形成されたレーザー加工溝Ｋに向かって気体Ａが噴出される。

さらに、この噴出される気体Ａは、レーザービームＬＢと交差するように噴出されるようになっている。例えば、レーザービームＬＢの集光点Ｓよりも上方のレーザービームＬＢに向かって気体Ａを噴出させることで、気体ＡをレーザービームＬＢと交差させることができる。

以上のようにして、気体Ａが噴出されることによって、レーザー加工によって生じたデブリ５は、加工送り方向（矢印Ｘ１方向）においてレーザービームＬＢよりも下流側へと流されることになり、デブリ５がレーザービームＬＢに干渉してしまうことを防ぐことができる。

そして、噴出された気体に流されたデブリ及びそれ以外のデブリ５は、吸引口４３ｂから吸引され、さらに、排気路４４を通じて外部へと排出される。

また、上述したように、ウェーハＷは往復加工されるものであり、矢印Ｘ１方向にチャックテーブル１８が加工送りされ或る分割予定ラインについてのレーザー加工が実施される際には、気体噴出ノズル５１から気体Ａが噴出され、矢印Ｘ２方向にチャックテーブル１８が加工送りされ次の分割予定ラインについてのレーザー加工が実施される際には、気体噴出ノズル５２から気体Ａが噴出されるようになっている。

そして、この二本の気体噴出ノズル５１，５２からの気体Ａの噴出の切替えは、気体供給経路５４，５５が接続される電磁弁５３を制御することによって行うことができる。なお、電磁弁５３の制御は、図示せぬ制御装置によって、チャックテーブル１８の加工送り方向の切替えに連動させることにより行うことができる。

また、電磁弁５３は、気体噴出ノズル５１，５２の近傍に設けることとして、気体Ａの供給経路の距離を短くすることで、気体Ａの噴出方向の切替わりを高速で行えることとすることが好ましい。これにより、気体Ａの噴出方向の切替のレスポンスが良好なものとなり、チャックテーブル１８の加工送り方向が高速で切替わることに追従できるようになる。

なお、気体噴出ノズル５１，５２から噴出される気体Ａとしては、乾燥空気などが考えられるが、特に限定されるものではない。また、気圧としては、レーザービームＬＢに対するデブリ５の干渉を防ぎつつ、デブリ５が播き散らかされずに、吸引口４３ｂから吸引されるような適切な圧力に設定されることが好ましい。

以上のようにして、本発明を実施することができる。
即ち、チャックテーブル１８に保持された被加工物であるウェーハＷにレーザービームＬＢを照射してウェーハＷの表面にレーザー加工溝Ｋを形成するレーザー加工方法であって、レーザービーム照射ユニット（レーザービーム照射手段）２４からウェーハＷの表面にウェーハＷに対して吸収性を有する波長のレーザービームＬＢを照射しつつウェーハＷとレーザービーム照射ユニット２４とを相対移動させてウェーハＷにレーザー加工溝Ｋを形成する際に、レーザー加工溝Ｋの延伸方向前方から既に形成されたレーザー加工溝Ｋに向かってレーザービームＬＢと交差するように気体Ａを噴出する、レーザー加工方法とするものである。

これにより、デブリ５によるレーザービームＬＢの悪影響の発生が防がれ、レーザー加工溝Ｋの幅（加工幅）の変動などの不具合発生を防ぐことが可能となり、また、この不具合に起因するデバイス損傷といった不具合の誘発も防がれる。

また、被加工物としてのウェーハＷを保持するチャックテーブル１８と、チャックテーブル１８に保持されたウェーハＷにレーザービームＬＢを照射するレーザービーム照射ユニット（レーザービーム照射手段）２４と、チャックテーブル１８をレーザービーム照射ユニット２４に対して移動させる加工送り手段とを備えるレーザー加工装置２において、ウェーハＷにレーザー加工溝Ｋを形成する際に、レーザー加工溝Ｋの延伸方向前方から既に形成されたレーザー加工溝Ｋに向かってレーザービームＬＢと交差するように気体を噴出する気体噴出手段を備え、気体噴出手段は、加工送り手段がチャックテーブル１８を往復移動させる移動方向両側から気体を噴出する一対の気体噴出ノズル５１，５２と、一対の気体噴出ノズル５１，５２の近傍に配設され、気体供給源から供給される気体をチャックテーブル１８の移動方向に応じて気体を選択的にいずれか一方の気体噴出ノズル５１，５２へと供給する電磁弁５３と、を備えたレーザー加工装置２とするものである。

これにより、瞬時に加工方向（Ｘ１方向、Ｘ２方向）が入れ替わり高速にレーザー加工が実施される場合であっても、気体Ａを噴出する気体噴出ノズル５１，５２を瞬時に切替えて、気体Ａを吹き付ける方向を加工方向に対して追従させることが可能な加工装置を実現することができる。

２ レーザー加工装置
５ デブリ
１８ チャックテーブル
２４ レーザービーム照射ユニット
４３ 吸引ブロック
４３ａ レーザービーム通過路
４３ｂ 吸引口
４４ 排気路
５１ 気体噴出ノズル
５２ 気体噴出ノズル
５３ 電磁弁
Ｋ レーザー加工溝
ＬＢ レーザービーム

Claims (2)

1. チャックテーブルに保持された被加工物にレーザービームを照射して該被加工物の表面にレーザー加工溝を形成するレーザー加工方法であって、
   レーザービーム照射手段から被加工物の表面に該被加工物に対して吸収性を有する波長のレーザービームを照射しつつ該被加工物と該レーザービーム照射手段とを相対移動させて該被加工物にレーザー加工溝を形成する際に、該レーザービームの通過路を取り囲み該被加工物の表面に対向する吸引口を通じてデブリを排出しながら、該レーザー加工溝の延伸方向前方且つ該吸引口の外側に配置された気体噴射ノズルから既に形成されたレーザー加工溝に向かって該レーザービームと交差するように気体を噴出することを特徴とするレーザー加工方法。
2. 被加工物を保持する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にレーザービームを照射するレーザービーム照射手段と、該チャックテーブルを該レーザービーム照射手段に対して移動させる加工送り手段と、を備えるレーザー加工装置であって、
   該レーザービームの通過路を取り囲むとともに該被加工物の表面に対向し、該被加工物にレーザー加工溝を形成する際に該被加工物から発生するデブリを排出するための吸引口と、
   該被加工物にレーザー加工溝を形成する際に、該レーザー加工溝の延伸方向前方から既に形成されたレーザー加工溝に向かって該レーザービームと交差するように気体を噴出する気体噴出手段と、を備え、
   該気体噴出手段は、
   該吸引口の外側に配置され、該加工送り手段が該チャックテーブルを往復移動させる移動方向両側から該気体を噴出する一対の気体噴出ノズルと、
   該一対の気体噴出ノズルの近傍に配設され、気体供給源から供給される気体を該チャックテーブルの移動方向に応じて選択的にいずれか一方の気体噴出ノズルへと供給する電磁弁と、を備えるレーザー加工装置。

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