JP6101569B2

JP6101569B2 - レーザー加工装置

Info

Publication number: JP6101569B2
Application number: JP2013115142A
Authority: JP
Inventors: 智裕遠藤; 龍吾大庭
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-05-31
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2033-05-31
Also published as: JP2014233727A

Description

本発明は、被加工物にレーザー光線を照射することにより被加工物を加工するレーザー加工装置に関する。

半導体ウェーハなどの被加工物を分割する方法として、赤外光領域（例えば１０６４ｎｍ）の波長のレーザー光線を、分割すべき領域（例えばストリート）の内部に集光点を合わせて照射することにより、ストリートに沿って改質層を連続的に形成し、その後、ストリートに沿って外力を加えることで、ストリートによって区画された個々のチップに分割する方法が試みられている（例えば、特許文献１参照）。この方法においては、被加工物の内部の所定位置に改質層を形成するために、ウェーハの表面を基準位置として、集光器をウェーハの表面に対して垂直方向に移動させ、レーザー光線の集光点を、当該基準位置から厚み方向に所定距離離間させることで、改質層を形成する位置を調整している。

特開２００２−１９２３６７号公報

しかし、レーザー加工装置には、発振器や集光レンズに個体差があるため、複数のレーザー加工装置で集光器の移動量を同じにしても、加工深さが同じになるとは限らない。例えば、レーザー光線発振器が発振するレーザー光線のビーム径には発振器の個体差により数μｍ〜数十μｍの誤差がある。また集光レンズの凸面形状の誤差により、集光レンズの収差にも違いが生じる。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、レーザー加工装置の個体差に関わらず、改質層を所望の深さに形成できるようにすることを目的とする。

本発明に係るレーザー加工装置は、被加工物を保持するチャックテーブルと、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を発振するレーザー光線発振器と、該レーザー光線を集光して該チャックテーブルに保持された被加工物の内部に集光させる集光レンズを有する集光器とを備えるレーザー光線照射手段と、該レーザー光線の集光点位置が被加工物の表面に対して垂直方向であるＺ軸方向に移動するように、少なくとも該集光器を該チャックテーブルに対して垂直方向に相対移動させる集光点位置調整手段と、制御手段と、該レーザー光線の該集光点位置を被加工物の表面に位置付けたときの該集光器の位置であるＺ軸基準位置から該チャックテーブル方向に該集光器を順次移動させることによりレーザー光線の被加工物の内部への照射によって加工された領域の該表面からの距離を実測した複数の実測値と、該実測値に対応する該集光器の順次移動させた複数の移動値との相関関係データを記憶する記憶手段と、所望の被加工物の表面からの加工位置情報を入力する入力手段と、を備え、該入力手段により所望の被加工物の加工位置情報が入力されると、該制御手段は、該記憶手段の所望加工位置に該当する該実測値の該相関関係データに基づいて、該集光器を位置付けるように該集光点位置調整手段を制御する。

本発明に係るレーザー加工装置によれば、記憶手段が記憶した相関関係データに基づいて、加工位置が、入力手段が入力した所望値になるよう、制御手段が集光点位置調整手段を制御するので、被加工領域を所望の深さに形成することができる。

レーザー加工装置を示す斜視図。加工深さを示す断面図。複数の改質層が形成された被加工物を示す断面図。移動量と加工深さとの相関関係を示すグラフ。

図１に示すレーザー加工装置１０は、本体１１と、ウェーハなどの被加工物を保持するチャックテーブル１２と、チャックテーブル１２を±Ｙ方向に移動させるＹ方向送り手段１３と、チャックテーブル１２及びＹ方向送り手段１３を±Ｘ方向に移動させるＸ方向送り手段１４と、チャックテーブル１２が保持した被加工物に対してレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段１５と、レーザー光線照射手段１５をチャックテーブル１２に対して±Ｚ方向に移動させる集光点位置調整手段１６と、レーザー加工装置１０全体を制御する制御手段１８と、制御手段１８が参照するデータを記憶する記憶手段１９と、制御手段１８に対するデータの入力に使用される入力手段２０と、チャックテーブル１２が保持した被加工物を撮影する撮像手段２１とを備えている。

Ｙ方向送り手段１３は、Ｙ軸方向にのびるボールネジ１３０と、ボールネジ１３０の一端に接続されたモータ１３１と、ボールネジ１３０と平行にのびる一対のガイドレール１３２と、移動基台１３３とを備えている。一対のガイドレール１３２には移動基台１３３の一方の面が摺接し、移動基台１３３の中央部に形成されたナット（不図示）にボールネジ１３０が螺合している。そして、モータ１３１によって駆動されてボールネジ１３０が回動することにより、移動基台１３３がガイドレール１３２にガイドされて±Ｙ方向に移動し、チャックテーブル１２を±Ｙ方向に移動させることができる。

Ｘ方向移動手段１４は、±Ｘ方向にのびるボールネジ１４０と、ボールネジ１４０の一端に接続されたモータ１４１と、ボールネジ１４０と平行にのびる一対のガイドレール１４２と、移動基台１４３とを備えている。一対のガイドレール１４２には移動基台１４３の一方の面が摺接し、移動基台１４３の中央部に形成されたナット（不図示）にボールネジ１４０が螺合している。そして、モータ１４１によって駆動されてボールネジ１４０が回動することにより、移動基台１４３がガイドレール１４２にガイドされて±Ｘ方向に移動し、チャックテーブル１２を±Ｘ方向に移動させることができる。

チャックテーブル１２は、多孔質材料で形成され、表面の保持面に被加工物が載置され、吸引源（不図示）で吸引することにより、被加工物を保持する。チャックテーブル１２は、Ｙ方向送り手段１３の移動基台１３３に対して回転可能に取り付けられている。

集光点位置調整手段１６は、±Ｚ方向にのびるボールネジ１６０と、ボールネジ１６０の一端に接続されたモータ１６１と、ボールネジ１６０と平行にのびる一対のガイドレール１６２と、移動基台１６３とを備えている。一対のガイドレール１６２には移動基台１６３の側面が摺接し、移動基台１６３に形成されたナット（不図示）にボールネジ１６０が螺合している。そして、モータ１６１によって駆動されてボールネジ１６０が回動することにより、移動基台１６３がガイドレール１６２にガイドされて±Ｚ方向に移動し、移動基台１６３に支持されたレーザー光線照射手段１５及び撮像手段２１を±Ｚ方向に移動させることができる。

レーザー光線照射手段１５は、被加工物に対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザー光線を発振するレーザー光線発振器１５１と、レーザー光線発振器１５１が発振したレーザー光線を集光する集光器１５２とを有する。レーザー光線照射手段１５は、集光点位置調整手段１６の移動基台１６３に固定されている。

制御手段１８は、例えばコンピュータであり、集光点位置調整手段１６などを制御する制御信号を出力する。集光点位置調整手段１６に対する制御信号は、レーザー光線照射手段１５を±Ｚ方向に移動させる移動量を指示するものである。集光点位置調整手段１６は、制御手段１８から出力された制御信号に従って、レーザー光線照射手段１５を±Ｚ方向に移動させる。

図２に示す被加工物３０は、所定の厚さ３８を有する板状に形成されている。一方、集光器１５２は、レーザー光線発振器１５１が放射したレーザー光線１５９を集光する集光レンズ１５３を有している。

図２に示すように、被加工物３０は、チャックテーブル１２に保持される。そして、集光器１５２を−Ｚ方向に移動させ、レーザー光線の照射を開始し、被加工物３０の内部の所定位置に集光点１５８を位置づけてレーザー光線を集光する。このようにしてレーザー光線の照射を開始するとともに、Ｘ方向移動手段１４がチャックテーブル１２をＸ方向に移動させることにより、Ｘ方向に連続的に改質層３１を形成する。この改質層３１は、被加工物３０が半導体ウェーハである場合は、ストリートに沿ってその内部に形成される。

図２に示すように、加工深さ３９は、被加工物３０の表面３０ａを基準として、改質層３１が形成された領域（被加工領域）の下端３１０までの距離である。図１に示した集光点位置調整手段１６がレーザー光線照射手段１５を±Ｚ方向に移動させることにより、チャックテーブル１２が保持した被加工物３０の表面３０ａから、集光レンズ１５３が被加工物３０の内部にレーザー光線１５９を集光する集光点１５８までの距離を調整する。これにより、加工深さ３９を調整することができる。

あるレーザー加工装置１０（装置Ａ）において、チャックテーブル１２の方向に集光器１５２を順次移動させてレーザー光線を被加工物の内部に照射し改質層３１を形成した場合における、制御手段１８が集光点位置調整手段１６に指示した集光器１５２の±Ｚ方向の移動量と、実際の加工深さ３９の実測値との関係を、図４の丸印で示す。一方、四角印は、別のレーザー加工装置１０（装置Ｂ）において、制御手段１８が指示した集光器１５２の±Ｚ方向の移動量と、実際の加工深さ３９との関係を表している。

このように、レーザー加工装置１０には、発振器や集光レンズに個体差があるため、制御手段１８が集光点位置調整手段１６に支持された集光器１５２の移動量が各レーザー加工装置で同じであっても、加工深さ３９が同じになるとは限らない。例えば、レーザー光線発振器１５１が発振するレーザー光線１５９のビーム径には発振器の固体差により数μｍ〜数十μｍ程度の誤差がある。また、集光レンズ１５３の凸面形状の誤差により、集光レンズ１５３の収差にも違いが生じる。これらの影響により、集光器１５２の移動量を同じにしてもレーザー加工装置１０ごとに加工深さ３９が異なる。

そこで、本発明では、レーザー加工装置ごとに集光器１５２の移動量と実際の加工深さの相関関係データ（図４の１９１a,１９１ｂ）をそれぞれの記憶手段に記憶しておき、相関関係データに基づき加工を行うようにする。
次いで、相関関係データの求め方を説明する。テスト用の被加工物３０（例えばサファイア）を実際に加工し、加工された被加工物３０の断面を顕微鏡で観察し、改質層３１が形成された範囲を測定することにより、それぞれの集光器１５２の移動量における加工深さ３９を実測する。

例えば、図２に示すように、チャックテーブル１２が保持した被加工物３０にレーザー光線１５９を照射する。図１に示した集光点位置調整手段１６がレーザー光線照射手段１５を±Ｚ方向に移動させ、被加工物３０の表面３０ａにレーザー光線１５９が集光された時に、その時点の集光器１５２の位置を、レーザー光線の集光点位置を被加工物３０の表面３０ａに位置づけた位置であるＺ軸基準位置として記憶手段１９に記憶する。

次に、集光器１５２を−Ｚ方向に移動させてＺ軸基準位置から−Ｚ方向にＺａだけ下降させた位置に位置づけ、レーザー光線の照射を行いながらチャックテーブル１２をＸ方向に移動させることで、図３に示すように、改質層３１ａを形成する。このときの集光器１５２のＺ方向の位置Ｚａは、上記Ｚ軸基準位置からのＺ方向の移動値である。
次に、集光器１５２を＋Ｚ方向に所定量上昇させてＺ軸基準位置から−Ｚ方向にＺｂだけ下方に位置づけ、レーザー光線の照射を行いながらチャックテーブル１２をＸ方向に移動させることで、図３に示すように、改質層３１ａよりも高い位置に改質層３１ｂを形成する。このときの集光器１５２のＺ方向の位置Ｚｂも、上記Ｚ軸基準位置からのＺ方向の移動値である。
このようにして、集光器１５２を＋Ｚ方向に順次移動させ、チャックテーブル１２をＸ方向に移動させながらレーザー光線を照射することで、図３に示すように、深さの異なる位置に複数の改質層３１ａ〜３１ｅが形成される。必要に応じてＹ方向送り手段１３がチャックテーブル１２を±Ｙ方向にも移動させる。

その後、被加工物３０に外力を加えることにより改質層３１に沿って被加工物３０を分割し、その断面を顕微鏡で観察し、加工深さ３９をそれぞれ実測する。実測された加工深さ３９の実測値は、集光器１５２のＺ軸基準位置から順次移動させた複数の移動値（レーザー光線照射手段１５の±Ｚ方向の移動量）と対応づけられる。例えば、図４に示すように、集光器１５２の移動値Ｚａと改質層３１ａの加工深さＨａとが対応付けられ、集光器１５２の移動値Ｚｂと改質層３１ａの加工深さＨｂとが対応付けられる。

制御手段１８は、Ｚ軸基準位置を基準とする集光器１５２の移動値と図３に示した改質層３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅの加工深さ３９の実測値との関係から、図４に示すように、移動値ｘと加工深さｙとの関係を表す回帰直線である相関関係データ１９１ａ，１９１ｂを求める。なお、加工深さ３９は、被加工物３０の屈折率などによって変化するので、記憶手段１９は、被加工物３０の種類ごとに同様に回帰直線を求め、相関関係データを記憶する。

このようにして求めた相関関係データを利用して実製品である被加工物３０を加工する場合、まず、レーザー加工装置１０の操作者が、被加工物３０の表面３０ａからの所望の加工位置を、入力手段２０から入力する。制御手段１８は、記憶手段１９が記憶した相関関係データの中から、そのレーザー加工装置１０におけるその被加工物３０の種類に応じた相関関係データを抽出する。なお、被加工物３０の種類は、入力手段２０から入力する構成であってもよいし、被加工物３０の種類を判定する判定手段をレーザー加工装置１０に設け、例えば、撮像手段２１が被加工物３０の種類を示すマークを撮影し、撮影した画像を判定手段が解析するなどして、被加工物３０の種類を判定するようにしてもよい。

制御手段１８は、抽出した相関関係データに基づいて、加工深さ３９が入力手段２０が入力した加工深さの所望値になる集光器１５２の移動量を求める。例えば、制御手段１８は、加工深さの所望値がＨ１である場合は、その加工深さＨ１に対応する集光器１５２の移動量Ｚ１を相関関係データから求める。そして、集光点位置調整手段１６がレーザー光線照射手段１５を±Ｚ方向に移動させて、集光器１５２をＺ軸基準位置に位置づけた後、集光器１５２を、移動値Ｚ１の分だけ基準位置から−Ｚ方向に移動させて、レーザー光線照射手段１５が被加工物３０にレーザー光線を照射する。これにより、加工深さ３９を所望値Ｈ１（μｍ）にすることができ、改質層３１を所望の位置に形成することができる。

以上のように、記憶手段１９は、レーザー加工装置１０についての実測値に基づく相関関係データを記憶するので、レーザー加工装置１０の個体差に対応して改質層３１を所望の位置に形成することができ、改質層３１が形成される位置がばらつくのを防ぐことができる。

また、レーザー加工装置１０の操作者が加工深さ３９の所望値を入力手段２０に入力するだけで、加工深さ３９を任意に設定することができるので、容易に加工条件を設定することができる。

以上説明した実施形態は、一例であり、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、集光点位置調整手段１６は、集光器１５２とチャックテーブル１２とを相対移動させることにより、加工深さ３９を調整するものであればよい。したがって、レーザー光線照射手段１５全体を±Ｚ方向に移動させるのではなく、集光器１５２だけを±Ｚ方向に移動させる構成であってもよいし、集光器１５２を移動させるのではなく、チャックテーブル１２を±Ｚ方向に移動させる構成であってもよい。

１０：レーザー加工装置
１１：本体１２：チャックテーブル
１３：Ｙ方向送り手段
１３０：ボールネジ１３１：モータ１３２：ガイドレール１３３：移動基台
１４：Ｘ方向送り手段
１４０：ボールネジ１４１：モータ１４２：ガイドレール１４３：移動基台
１５：レーザー光線照射手段
１５１：レーザー光線発振器１５２：集光器１５３：集光レンズ１５８：集光点
１５９：レーザー光線
１６：集光点位置調整手段
１６０：ボールネジ１６１：モータ１６２：ガイドレール１６３：移動基台
１８：制御手段
１９：記憶手段１９１ａ、１９１ｂ：相関関係データ
２０：入力手段２１：撮像手段
３０：被加工物３１：改質層３９：加工深さ

Claims

被加工物を保持するチャックテーブルと、
被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を発振するレーザー光線発振器と、該レーザー光線を集光して該チャックテーブルに保持された被加工物の内部に集光させる集光レンズを有する集光器とを備えるレーザー光線照射手段と、
該レーザー光線の集光点位置が被加工物の表面に対して垂直方向であるＺ軸方向に移動するように、少なくとも該集光器を該チャックテーブルに対して垂直方向に相対移動させる集光点位置調整手段と、
制御手段と、
該レーザー光線の該集光点位置を被加工物の表面に位置付けたときの該集光器の位置であるＺ軸基準位置から該チャックテーブル方向に該集光器を順次移動させることによりレーザー光線の被加工物の内部への照射によって加工された領域の該表面からの距離を実測した複数の実測値と、該実測値に対応する該集光器の順次移動させた複数の移動値との相関関係データを記憶する記憶手段と、
所望の被加工物の表面からの加工位置情報を入力する入力手段と、
を備え、
該入力手段により所望の被加工物の加工位置情報が入力されると、該制御手段は、該記憶手段の所望加工位置に該当する該実測値の該相関関係データに基づいて、該集光器を位置付けるように該集光点位置調整手段を制御する、
レーザー加工装置。