JP6137798B2 - レーザー加工装置及び保護膜被覆方法 - Google Patents
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Description
本発明は、レーザー加工装置及び該レーザー加工装置を用いた保護膜被覆方法に関する。
ＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたシリコンウエーハ、サファイアウエーハ等のウエーハは、加工装置によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の各種電子機器に広く利用されている。
ウエーハの分割には、ダイサーと呼ばれる切削装置を用いたダイシング方法が広く採用されている。ダイシング方法では、ダイアモンド等の砥粒を金属や樹脂で固めて厚さ３０μｍ程度とした切削ブレードを、３００００ｒｐｍ程度の高速で回転させつつウエーハへと切り込ませることでウエーハを切削し、個々のデバイスへと分割する。
一方、近年では、ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームをウエーハに照射することでレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿ってブレーキング装置でウエーハを割断して個々のデバイスへと分割する方法が提案されている（例えば、特開平１０−３０５４２０号公報参照）。
レーザー加工装置によるレーザー加工溝の形成は、ダイサーによるダイシング方法に比べて加工速度を早くすることができるとともに、サファイアやＳｉＣ等の硬度の高い素材からなるウエーハであっても比較的容易に加工することができる。また、加工溝を例えば１０μｍ以下等の狭い幅とすることができるので、ダイシング方法で加工する場合に対してウエーハ１枚当たりのデバイス取り量を増やすことができる。
ところが、ウエーハにパルスレーザビームを照射すると、パルスレーザビームが照射された領域に熱エネルギーが集中してデブリが発生する。このデブリがデバイス表面に付着するとデバイスの品質を低下させるという問題が生じる。
そこで、例えば特開２００７−２０１１７８号公報には、このようなデブリによる問題を解消するために、ウエーハの加工面に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して保護膜を被覆し、この保護膜を通してウエーハにパルスレーザビームを照射するようにしたレーザー加工装置が提案されている。
従来の保護膜被覆装置では、被加工物を保持した保持テーブルを回転させながら保護膜液を被加工物上に供給し、遠心力により保護膜液を広げて被加工物全面に保護膜液を塗付するスピンコート法が一般的である。しかし、従来のスピンコート法では、およそ９０％以上もの保護膜液が廃棄されており、非経済的であるという問題がある。
また、従来のスピンコート法を採用した保護膜被覆装置では、スピンコートで飛散した大量の保護膜液が非常に細い糸状の屑となり、保護膜被覆装置内部に堆積し、清掃に時間がかかるとともに完全に糸状の屑を除去することが難しかった。
更に、糸状の屑は大気中で容易に浮遊し易く、清掃中に飛散して被加工物上に付着し被加工物を汚染したり、保護膜被覆装置内外を汚染する恐れがあるという問題があった。
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、廃棄する保護膜液の量を抑えた経済的な保護膜被覆装置を備えたレーザー加工装置及び保護膜被覆方法を提供することである。
請求項１記載の発明によると、被加工物を保持する加工テーブルと、該加工テーブルに保持された被加工物にレーザー加工を施すレーザー加工手段と、複数の被加工物を収容可能なカセットが載置されるカセット載置台と、該カセット載置台に載置されたカセットから被加工物を少なくとも該加工テーブルまで搬送する搬送手段と、を備えたレーザー加工装置であって、被加工物を保持する保持面を有する保持テーブルと、該保持テーブルに保持された被加工物の表面に保護膜を形成する水溶性樹脂からなる保護膜液を吐出するスリット状の吐出口を有する保護膜液吐出ヘッドと、該保護膜液吐出ヘッドを該保持テーブルの該保持面に対して接近離反可能に移動させる第１移動手段と、該保護膜液吐出ヘッドを該保持テーブルの該保持面と平行な方向に直線移動させる第２移動手段と、該保持面の中心を通り該保持面に直交する回転軸で前記保持テーブルを回転させる駆動手段と、を具備し、前記保護膜液吐出ヘッドは前記搬送手段に付設され、前記第１移動手段と前記第２移動手段とは該搬送手段で兼用されることを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
請求項３記載の発明によると、請求項１又は請求項２に記載のレーザー加工装置を用いた保護膜の被覆方法であって、前記保持テーブルで被加工物を保持する保持ステップと、該保持テーブルに保持された被加工物の上面から所定の高さに該保護膜液吐出ヘッドを位置付ける位置付けステップと、該位置付けステップを実施した後、該保持テーブルを第１の速度で回転させつつ該保護膜液吐出ヘッドを該保持テーブル上で直線移動させながら該保護膜液吐出ヘッドから保護膜液を被加工物上に吐出して、被加工物の上面を所定厚みの保護膜液で渦巻状に被覆する被覆ステップと、該被覆ステップを実施した後、該保持テーブルを該第１の速度より速い第２の速度で回転させて該保護膜液を平坦化するとともに乾燥させて保護膜を形成する保護膜形成ステップと、を含むことを特徴とする保護膜被覆方法が提供される。
請求項１記載のレーザー加工装置によると、スリット状の保護膜液吐出口を有する保護膜液吐出ヘッドから保護膜液を吐出して被加工物に保護膜を被覆することが可能となるため、廃棄する保護膜液の量を抑えることが可能となる。
請求項３記載の発明によると、被加工物を保持した保持テーブルを回転させるとともに保護膜液吐出ヘッドを直線移動させながらスリット状の保護膜液吐出口から保護膜液を吐出して被加工物の上面に供給するため、被加工物上に渦巻状に保護膜液を塗付することができ、廃棄する保護膜液の量を抑えることが可能となる。
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を参照すると、本発明実施形態に係るレーザー加工装置２の斜視図が示されている。４はレーザー加工装置２の外装カバーであり、この外装カバー４内に図２に示す加工領域１４が配設されている。
外装カバー４の前面４ａにはタッチパネル式の表示モニタ６が配設されている。この表示モニタ６により、オペレータが装置の操作指令を入力するとともに、装置の稼働状況が表示モニタ６上に表示される。
８は内部に複数枚のウエーハを収容したカセットを載置するカセット載置台であり、上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に構成されている。図３に示すように、半導体ウエーハ又は光デバイスウエーハ等のウエーハ１１は、その表面に格子状に形成された複数の分割予定ライン１３によって複数の領域が区画されており、区画された各領域にデバイス１５が形成されている。
ウエーハ１１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の外周縁部が環状フレームＦに貼着されてウエーハユニット１７が構成される。これにより、ウエーハ１１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、この状態でカセット内に収容される。
カセット載置台８に隣接して、カセット８内から取り出したウエーハユニット１７を仮置きする仮置き領域１０が設けられている。図２の配置図に最もよく示されるように、カセット載置台８のＹ軸方向の反対側には、仮置き領域１０に隣接して保護膜被覆領域１２が配設されている。また、加工領域１４が仮置き領域１０のＸ軸方向の延長線上に配設されている。保護膜被覆領域１２では、レーザー加工後のウエーハ１１を洗浄する洗浄工程も実施する。
カセット載置台８に隣接して、カセット載置台８上に載置されたカセットに対してウエーハユニット１７を出し入れする搬出入ユニット（搬出入手段）１６が配設されている。
搬出入ユニット１６は、支持部材１８の先端に取り付けられたクランプ１７を有している。このクランプ１７で図３に示す環状フレームＦをクランプしてウエーハユニット１７をカセットから搬出したりカセットに搬入したりする。
支持部材１８はブロック２０に固定されており、ブロック２０内にはボールねじ２４に螺合するナットが内蔵されている。ボールねじ２４の一端はパルスモーター２６に連結されており、ボールねじ２４とパルスモーター２６とで搬出入ユニット１６をＹ軸方向に移動する搬出入ユニット移動機構２８を構成する。
搬出入ユニット移動機構２８のパルスモーター２６を駆動すると、ボールねじ２４が回転され、これに応じてブロック２０がＹ軸方向に移動し、ブロック２０に支持部材１８を介して連結されたクランプ１７がＹ軸方向に移動する。
クランプ１７に環状フレームＦがクランプされてカセット中から引き出されたウエーハユニット１７は仮置き領域１０に配設された一対のセンタリングガイド３０上に載置され、センタリングガイド３０が互いに近づく方向に移動することにより、ウエーハユニット１７のセンタリングが実施される。
仮置き領域１０の下方にはホームポジションに位置付けられた加工テーブル３２が配設されている。加工テーブル３２には環状フレームＦをクランプする複数のクランプ３４が配設されている。
図１に示された加工テーブル３２はホームポジションに位置付けられた状態であり、加工テーブル３２は、図２に示すように、Ｘ軸方向に移動されて加工領域１４に位置付けられるとともに、加工領域１４においてレーザー加工中のウエーハ１１を割出し送りするために、Ｙ軸方向にも移動可能である。
外装カバー４の側面４ｂの下部には開口３６が形成されており、加工テーブル３２に保持されたウエーハ１１はこの開口３６を介して図１に示したホームポジションと加工領域１４との間で移動される。
３８はＹ軸方向及びＺ軸方向に移動可能なアッパーアームであり、アッパーアーム３８の下端にはＨ形状のプレート部材４０が固定されており、プレート部材４０には真空吸引により環状フレームＦを吸引保持する４個の吸着パッド４２が取り付けられている。
保護膜被覆領域１２には回転可能な保持テーブル（スピンナテーブル）４４が配設されている。特に図示しないが、保持テーブル４４の周囲には環状フレームＦをクランプする複数のクランプが取り付けられている。
アッパーアーム３８の下端部側面には保護膜液吐出ヘッド４６が配設されている。保護膜液吐出ヘッド４６はＺ軸移動部材４８に固定されており、ボールねじ５２とパルスモーター５４とからなる保護膜液吐出ヘッド移動機構５６により、保護膜液吐出ヘッド４６はアッパーアーム３８に固定された一対のガイド５０に沿って上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能である。
アッパーアーム３８は図示しない移動機構によりＺ軸方向に移動可能にＹ軸移動部材５８に取り付けられている。移動機構としては、例えばボールねじとパルスモーターとの組み合わせやエアシリンダー等が採用可能である。
Ｙ軸移動部材５８はナットを内蔵しており、このナットがＹ軸方向に伸長するボールねじ６０に螺合している。ボールねじ６０の一端にはパルスモーター６２が連結されており、ボールねじ６０とパルスモーター６２とでアッパーアーム３８のＹ軸移動機構６４を構成する。パルスモーター６２を駆動するとボールねじ６０が回転し、Ｙ軸移動部材５８が外装カバー４の側面４ｂに固定された一対のガイド６６に沿ってＹ軸方向に移動される。
６８はロワーアームであり、ロワーアーム６８の下端にはＨ形状のプレート部材７０が固定されており、Ｈ形状のプレート部材７０には真空吸引により環状フレームＦを吸引保持する４個の吸着パッド７２が配設されている。
ロワーアーム６８は図示しない移動機構によりＹ軸移動部材７４に上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に取り付けられている。移動機構としては、ボールねじとパルスモーターとの組み合わせやエアシリンダー等が採用可能である。
Ｙ軸移動部材７４には図示しないナットが内蔵されており、このナットはＹ軸方向に伸長するボールねじ７６に螺合している。ボールねじ７６の一端にはパルスモーター７８が連結されており、ボールねじ７６とパルスモーター７８とでロワーアーム６８のＹ軸移動機構８０を構成する。
Ｙ軸移動機構８０のパルスモーター７８を駆動するとボールねじ７６が回転し、Ｙ軸移動部材７４に連結されたロワーアーム６８が外装カバー４の側面４ｂに取り付けられた一対のガイド８２に沿ってＹ軸方向に移動される。
外装カバー４に覆われた加工領域１４には、図４に示すように、ベース８４にコラム８６が立設されており、コラム８６にレーザービーム照射ユニット９０が取り付けられている。レーザービーム照射ユニット９０はケーシング８８内に収容された図５に示すレーザービーム発生ユニット９２と、ケーシング８８の先端に取り付けられた集光器（加工ヘッド）９４から構成される。集光器９４に隣接してケーシング８８の先端には撮像ユニット９６が取り付けられている。
図５に示すように、レーザービーム発生ユニット９２は、ＹＡＧレーザー発振器又はＹＶＯ４レーザー発振器等のレーザー発振器９８と、繰り返し周波数設定手段１００と、パルス幅調整手段１０２と、パワー調整手段１０４とを含んでいる。特に図示しないがレーザー発振器９８はブルースター窓を有しており、レーザー発振器９８から出射するレーザービームは直線偏光のレーザービームである。
図６に示すように、保護膜液吐出ヘッド４６には保護膜液を吐出するスリット状の吐出口１０６が形成されている。スリット状の吐出口１０６は図６において紙面に垂直方向に伸長している。吐出口１０６は保護膜液供給源１１０に接続されている。保護膜液としては、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）等の水溶性樹脂を採用可能である。
保護膜液吐出ヘッド４６は更に、矢印Ｙ１で示された保護膜液塗付方向の先頭側でスリット状吐出口１０６に隣接して形成された、吸引源１１２に接続された吸引口１０８を有している。吸引口１０８も紙面に垂直方向に伸長するスリット状に形成されている。
吸引口１０８からエアを吸引することで、ウエーハ１１上に被覆される保護膜液１１４に気体が混入されることを防止する。矢印Ｙ２は保護膜液塗付時のウエーハ１１の移動方向である。
本明細書では、クランプ１７を有する搬出入ユニット１６、アッパーアーム３８及びその移動機構６４、ロワーアーム６８及びその移動機構８０を合わせて搬送手段と称することにする。よって、上述した実施形態では、搬送手段に保護膜液吐出ヘッド４６が付設されている。
従って、本発明では、保護膜液吐出ヘッド４６はアッパーアーム３８に付設される形態ばかりでなく、保護膜液吐出ヘッド４８はロワーアーム６８又は搬出入ユニット１６に付設される形態であっても良い。
以下、上述したレーザー加工装置２の作用について説明する。まず、クランプ１７がカセット中から一枚目のウエーハユニット１７を仮置き領域１０まで引出し、センタリングガイド３０でウエーハユニット１７をセンタリングする。
次いで、アッパーアーム３８がウエーハユニット１７を吸着し、Ｙ軸方向に移動して保護膜被覆領域１２に配設された保持テーブル４４へウエーハユニット１７を搬送する。保持テーブル４４でダイシングテープＴを介してウエーハ１１を吸引保持するとともに、図示しないクランプで環状フレームＦをクランプして固定する。
次いで、図７に示すように、保護膜液吐出ヘッド４６をウエーハ１１の外周側から中心に向かって移動させるとともに、保持テーブル４４を回転させながら、スリット状吐出口１０６から保護膜液を供給してウエーハ１１表面に保護膜液１１４を渦巻状に塗付する。
保護膜液塗付時に保持テーブル４４の回転速度を、例えば保護膜液吐出ヘッド４６が外周側に位置するときの２ｒｐｍから内周側に位置するときの２５ｒｐｍまで上昇させることで、保護膜液塗付点における塗付速度を一定にするのが好ましい。
保護膜液１１４の塗付終了後、保持テーブル４４を例えば３０００ｒｐｍで約３０秒間回転させて保護膜液１１４を平坦化するとともに乾燥させてウエーハ１１の表面に保護膜を被覆する。
ウエーハ１１表面に保護膜を被覆後、アッパーアーム３８がウエーハユニット１７を吸着してホームポジションに位置付けられている加工テーブル３２までウエーハユニット１７を搬送する。加工テーブル３２でダイシングテープＴを介してウエーハ１１を吸引保持するとともに、クランプ３４で環状フレームＦをクランプして固定する。
次いで、加工テーブル１０をＸ軸方向に移動して加工領域１４に位置付け、撮像ユニット９６によるアライメントを実施した後、集光器９４からウエーハ１１に対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）レーザービームを分割予定ライン１３に沿って照射して、アブレーションによりレーザー加工溝を形成する。
一枚目のウエーハ１１にレーザー加工中、クランプ１７が二枚目のウエーハユニット１７をカセットから仮置き領域１０まで引き出して、センタリングガイド３０でセンタリングを実施する。
センタリング実施後、アッパーアーム３８が二枚目のウエーハユニット１７を保持テーブル４４まで搬送し、二枚目のウエーハ１１に保護膜を被覆する。保護膜被覆後、アッパーアーム３８が二枚目のウエーハユニット１７を吸着し、ウエーハユニット１７が保持テーブル４４から離間した状態で一枚目のウエーハ１１の加工終了まで保持しておく。
一枚目のウエーハ１１の加工が終了すると、加工テーブル１０をＸ軸方向に移動して図１に示されているホームポジションに位置付ける。ロワーアーム６８が加工テーブル３２上の一枚目のウエーハユニット１７を吸着し、Ｙ軸方向に移動して保持テーブル４４まで加工が終了した一枚目のウエーハユニット１７を搬送して、加工終了後のウエーハ１１の洗浄を実施する。
アッパーアーム３８で保持していた二枚目のウエーハユニット１７を加工テーブル３２まで搬送し、加工テーブル３２上に載置する。次いで、加工テーブル３２をＸ軸方向に加工領域１４まで搬送して、二枚目のウエーハ１１にレーザー加工を実施する。
一枚目のウエーハ１１を洗浄中、且つ二枚目のウエーハ１１を加工中にクランプ１７が三枚目のウエーハユニット１７をカセットから仮置き領域１０まで引き出して、センタリングガイド３０でセンタリングを実施する。センタリング実施後、アッパーアーム３８が三枚目のウエーハユニット１７を吸引保持する。
洗浄が終了した一枚目のウエーハユニット１７をロワーアーム６８が保持テーブル４４からセンタリングガイド３０上に搬送し、搬出入ユニット１６のクランプ１７が加工が終了した一枚目のウエーハユニット１７をカセット中へ収容する。
以下このようなシーケンスで搬出入ユニット１６、アッパーアーム３８及びロワーアーム６８が作動し、ウエーハ１１上に保護膜を形成した後、レーザービームのアブレーション加工によりウエーハ１１にレーザー加工溝を形成する。
本実施形態では、搬送手段を搬出入ユニット１６、アッパーアーム３８及びロワーアーム６８から構成しているため、加工待ち時間を殆どとらずに、カセット中から次々とウエーハユニット１７を引き出して、ウエーハ１１上に保護膜を被覆した後レーザー加工を実施することができる。
本実施形態によると、保護膜吐出ヘッド４６のスリット状の吐出口１０６から保護膜液を吐出してウエーハ１１上に渦巻状に保護膜液を塗付することが可能となるため、廃棄する保護膜液の量を抑えることが可能となる。
また、搬送手段を搬出入ユニット１６、アッパーアーム３８及びロワーアーム６８から構成したため、待ち時間を取ることなく効率よく複数枚のウエーハ１１にレーザー加工を実施することができる。
上述した実施形態では、被加工物として半導体ウエーハ又は光デバイスウエーハ等のウエーハを採用した例について説明したが、被加工物はこれに限定されるものではなく、表面にパターン又は微細構造物を有する他の板状被加工物にも本発明は適用可能である。
８ カセット載置台
１０ 仮置き領域
１２ 保護膜被覆領域
１４ 加工領域
１６ 搬出入ユニット
１７ クランプ
３０ センタリングガイド
３２ 加工テーブル
３８ アッパーアーム
４４ 保持テーブル
４６ 保護膜液吐出ヘッド
６８ ロアアーム
９０ レーザービーム照射ユニット
９４ 集光器（レーザーヘッド）
１０６ スリット状吐出口
１０８ 吸引口
１０ 仮置き領域
１２ 保護膜被覆領域
１４ 加工領域
１６ 搬出入ユニット
１７ クランプ
３０ センタリングガイド
３２ 加工テーブル
３８ アッパーアーム
４４ 保持テーブル
４６ 保護膜液吐出ヘッド
６８ ロアアーム
９０ レーザービーム照射ユニット
９４ 集光器（レーザーヘッド）
１０６ スリット状吐出口
１０８ 吸引口
Claims (3)
- 被加工物を保持する加工テーブルと、該加工テーブルに保持された被加工物にレーザー加工を施すレーザー加工手段と、複数の被加工物を収容可能なカセットが載置されるカセット載置台と、該カセット載置台に載置されたカセットから被加工物を少なくとも該加工テーブルまで搬送する搬送手段と、を備えたレーザー加工装置であって、
被加工物を保持する保持面を有する保持テーブルと、
該保持テーブルに保持された被加工物の表面に保護膜を形成する水溶性樹脂からなる保護膜液を吐出するスリット状の吐出口を有する保護膜液吐出ヘッドと、
該保護膜液吐出ヘッドを該保持テーブルの該保持面に対して接近離反可能に移動させる第１移動手段と、
該保護膜液吐出ヘッドを該保持テーブルの該保持面と平行な方向に直線移動させる第２移動手段と、
該保持面の中心を通り該保持面に直交する回転軸で前記保持テーブルを回転させる駆動手段と、を具備し、
前記保護膜液吐出ヘッドは前記搬送手段に付設され、
前記第１移動手段と前記第２移動手段とは該搬送手段で兼用されることを特徴とするレーザー加工装置。 - 前記保護膜液吐出ヘッドは、保護膜液塗付方向の先頭側で前記スリット状吐出口に隣接して形成された吸引口を有する請求項１記載のレーザー加工装置。
- 請求項１又は請求項２に記載のレーザー加工装置を用いた保護膜の被覆方法であって、
前記保持テーブルで被加工物を保持する保持ステップと、
該保持テーブルに保持された被加工物の上面から所定の高さに該保護膜液吐出ヘッドを位置付ける位置付けステップと、
該位置付けステップを実施した後、該保持テーブルを第１の速度で回転させつつ該保護膜液吐出ヘッドを該保持テーブル上で直線移動させながら該保護膜液吐出ヘッドから保護膜液を被加工物上に吐出して、被加工物の上面を所定厚みの保護膜液で渦巻状に被覆する被覆ステップと、
該被覆ステップを実施した後、該保持テーブルを該第１の速度より速い第２の速度で回転させて該保護膜液を平坦化するとともに乾燥させて保護膜を形成する保護膜形成ステップと、
を含むことを特徴とする保護膜被覆方法。
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