JP6196059B2 - レーザー加工装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物にレーザー加工を施すレーザー加工装置に関する。
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。また、サファイヤ基板の表面にフォトダイオード等の受光素子やレーザーダイオード等の発光素子等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々のフォトダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。
上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに形成されたストリートに沿ってパルスレーザー光線を照射することによりレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿って破断する方法が提案されている。
しかるに、被加工物であるシリコンやサファイヤ等のウエーハのストリートに沿ってレーザー光線を照射すると、シリコンやサファイヤ等が溶融し、融解屑即ちデブリ（debris)が飛散してウエーハの矩形領域に形成されたデバイスの表面に付着してデバイスの品質を低下させるという問題がある。また、上述したように飛散したデブリ等の粉塵がレーザー光線を照射する集光器に組み込まれた集光レンズに付着してレーザー光線の照射を妨げるという問題がある。
上記問題を解決するために、被加工物にレーザー光線照射手段の集光器からレーザー光線が照射されることによって生成されるデブリ等の粉塵を収集して排出する粉塵排出手段を備えたレーザー加工装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００７−６９２４９号公報
而して、上記特許文献１に開示されたレーザー加工装置においては、被加工物に集光器からレーザー光線が照射されることによって生成されるデブリ等の粉塵を粉塵排出手段によって吸引すると、集光器から照射されるレーザー光線の光路に沿って粉塵が渦巻状に舞い上がり、集光器から照射されるレーザー光線の光路を妨げて加工異常を招くという問題がある。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、被加工物に集光器からレーザー光線が照射されることによって生成されるデブリ等の粉塵を、集光器から照射されるレーザー光線の光路を妨げることなく排出することができるレーザー加工装置を提供することである。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持するための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光線を照射して被加工物を加工するための集光器を備えたレーザー光線照射手段と、被加工物に該集光器からレーザー光線が照射されることによって生成される粉塵を排出する粉塵排出手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該粉塵排出手段は、該集光器の下側に配設される吸塵器と、該吸塵器に接続した吸引手段とを具備し、
該吸塵器は、該集光器から照射されるレーザー光線の通過を許容する開口を備えた矩形状の天壁と、該天壁の両側辺からそれぞれ垂下して形成された第１の側壁および第２の側壁とによってコの字状に形成されており、
該吸引手段は、該吸塵器における該天壁と該第１の側壁および該第２の側壁の両端によってそれぞれ形成される矩形状開口の一方に一端が接続され他端が吸引源に接続された吸引ダクトを備え、
該吸塵器における該天壁と該第１の側壁および該第２の側壁の両端によってそれぞれ形成される矩形状開口の他方にはエアー供給手段が配設され、該エアー供給手段に配設されたエアー拡散フィルターからエアーが供給され、該エアー拡散フィルターから供給されるエアーは被加工物の上面を該上面と平行に通過させられ該吸塵器の矩形状開口の一方側の吸引ダクトにて吸引されるように構成される、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
本発明によるレーザー加工装置においては、被加工物に集光器からレーザー光線が照射されることによって生成される粉塵を排出する粉塵排出手段を備えており、該粉塵排出手段は、集光器の下側に配設される吸塵器と、該吸塵器に接続した吸引手段とを具備し、吸塵器は集光器から照射されるレーザー光線の通過を許容する開口を備えた矩形状の天壁と、該天壁の両側辺からそれぞれ垂下して形成された第１の側壁および第２の側壁とによってコの字状に形成されており、吸引手段は、吸塵器における天壁と第１の側壁および第２の側壁の両端によってそれぞれ形成される矩形状開口の一方に一端が接続され他端が吸引源に接続された吸引ダクトを備え、該吸塵器における該天壁と該第１の側壁および該第２の側壁の両端によってそれぞれ形成される矩形状開口の他方にはエアー供給手段が配設され、該エアー供給手段に配設されたエアー拡散フィルターからエアーが供給され、該エアー拡散フィルターから供給されるエアーは被加工物の上面を該上面と平行に通過させられ該吸塵器の矩形状開口の一方側の吸引ダクトにて吸引されるように構成されているので、吸塵器内のエアーは吸引ダクト側に吸引される。従って、被加工物にパルスレーザー光線を照射することによって発生した粉塵は、吸引ダクト側に吸引される気流に乗って吸引ダクト側に排出される。このように、レーザー光線を照射することによって発生した粉塵は渦巻状にならず、吸塵器内を流れる気流に乗って吸引ダクト側に排出されるので、集光器から照射されるレーザー光線の光路を妨げることがなく、加工異常を招くという問題が解消する。
本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図。 図１に示すレーザー加工装置の集光器に装備される粉塵排出手段の要部斜視図。 図２に示す粉塵排出手段の分解斜視図。 図１に示すレーザー加工装置の集光器に装備される粉塵排出手段の断面図。 図１に示すレーザー加工装置によって実施するレーザー加工溝形成工程の説明図。 図４に示すレーザー加工溝形成工程を実施している状態における粉塵排出手段の断面図。
以下、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１には、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、基台２上に配設されたレーザー光線照射手段としてのレーザー光線照射ユニット４とを具備している。
上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上にＸ軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上にＸ軸方向に移動可能に配設された第１の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上にY軸方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持されたカバーテーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１の上面である保持面上に被加工物である例えば円板形状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル３６には、半導体ウエーハ等の被加工物を保護テープを介して支持する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。
上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面にＸ軸方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第１の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動せしめられる。
上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、Y軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動させるための割り出し送り手段３８を具備している。割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動せしめられる。
上記レーザー光線照射ユニット４は、上記基台２上に配設された支持部材４１と、該支持部材４１によって支持され実質上水平に延出するケーシング４２と、該ケーシング４２に配設されたレーザー光線照射手段５と、ケーシング４２の前端部に配設されレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段６を具備している。レーザー光線照射手段５は、ケーシング４２内に配設されたＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器等のレーザー光線発振手段（図示せず）と、ケーシング４２の先端に配設されレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光して上記チャックテーブル３６に保持された被加工物に照射する集光器５１を具備している。上記撮像手段６は、撮像素子（ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、チャックテーブル３６に保持された被加工物に集光器５１からレーザー光線が照射されることによって生成される粉塵を排出する粉塵排出手段７を具備している。この粉塵排出手段７について、図２乃至図４を参照して説明する。
図示の実施形態における粉塵排出手段７は、集光器５１の下側に配設される吸塵器７１と、該吸塵器７１に接続した吸引手段７２と、吸塵器７１にエアーを供給するエアー供給手段７３を具備している。吸塵器７１は、集光器５１から照射されるレーザー光線の通過を許容する開口７１１aを備えた矩形状の天壁７１１と、該天壁７１１の両側辺からそれぞれ垂下して形成された第１の側壁７１２および第２の側壁７１３とによってコの字状に形成されている。このように構成された吸塵器７１は、図２および図４に示すように天壁７１１と第１の側壁７１２および第２の側壁７１３の両端によってそれぞれ矩形状開口７１１b、７１１cが形成されるとともに、下側が開放されている。なお、吸塵器７１を構成する天壁７１１の一端には天壁７１１の厚み分の段差を上側に設けて連結部７１０は突出して形成され、この連結部７１０には２個のボルト挿通穴７１０aが設けられている。このように構成された吸塵器７１は、図示の実施形態においては第１の側壁７１２および第２の側壁７１３が矢印Ｘで示す加工送り方向（Ｘ軸方向）に沿って配設される。
粉塵排出手段７を構成する吸引手段７２は、吸塵器７１における天壁７１１と第１の側壁７１２および第２の側壁７１３の両端によってそれぞれ形成された矩形状開口７１１b、７１１cの一方（図示の実施形態においては矩形状開口７１１b）に一端が接続される吸引ダクト７２１を具備している。この吸引ダクト７２１は図３に示すように断面が矩形状の通路７２１aを備えており、一端部上壁には上記吸塵器７１を構成する連結部７１０に設けられた２個のボルト挿通穴７１０aに対応する位置に２個の雌ネジ穴７２１bが設けられている。このように構成された吸引ダクト７２１の一端を吸塵器７１における天壁７１１と第１の側壁７１２および第２の側壁７１３よって形成された一方の矩形状開口７１１bと接合し、吸塵器７１を構成する連結部７１０に設けられた２個のボルト挿通穴７１０aを挿通して配設された２個の締結ボルト７４を吸引ダクト７２１の一端部上壁に設けられた２個の雌ネジ穴７２１bに螺合することにより、吸引ダクト７２１の一端部に吸塵器７１が連結固定される。なお、図４に示すように吸塵器７１を構成する第１の側壁７１２および第２の側壁７１３(図４には第２の側壁７１３のみが示されている)の下端とチャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面との間隔は、０．５〜１．０ｍｍに設定されている。以上のように構成された吸引ダクト７２１の他端は、吸引源７２２に接続されている。
粉塵排出手段７を構成するエアー供給手段７３は、エアー供給ダクト７３１と、該エアー供給ダクト７３１の側面に装着された３個のエアー拡散フィルター７３２と、エアー供給ダクト７３１をエアー供給源７３４に接続する連通ダクト７３３とからなっている。エアー供給ダクト７３１は、フィルター装着部７３１aと取り付け部７３１bとからなるＬ字状に形成され、フィルター装着部７３１aの先端が閉塞されている。このように形成されたエアー供給ダクト７３１のフィルター装着部７３１aの側面に３個のエアー拡散フィルター７３２が装着される。そして、フィルター装着部７３１aの側面に装着された３個のエアー拡散フィルター７３２を吸塵器７１における天壁７１１と第１の側壁７１２および第２の側壁７１３よって形成された他方の矩形状開口７１１cに挿入した状態で、取り付け部７３１bが吸塵器７１を構成する第１の側壁７１２に取り付けられる。このようにして吸塵器７１の第１の側壁７１２に取り付けられたエアー供給ダクト７３１を構成する取り付け部７３１bの他端に連通ダクト７３３が接続される。
図示の実施形態における粉塵排出手段７は、吸引源７２２に接続された吸引ダクト７２１によって吸塵器７１内のエアーを１ｍ3／分の吸引量で吸引するとともに、エアー供給源７３４に連通ダクト７３３を介して接続されたエアー供給ダクト７３１および３個のエアー拡散フィルター７３２を通して吸塵器７１内に０．７ｍ3／分のエアーが供給される。
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上に被加工物としての半導体ウエーハ１０が載置され、図示しない吸引手段を作動することにより、半導体ウエーハ１０はチャックテーブル３６上に吸引保持される。なお、半導体ウエーハ１０は、表面に格子状のストリートが形成され、格子状のストリートによって区画された複数の領域にIC、LSI等のデバイスが形成されている。半導体ウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７によって撮像手段６の直下に位置付けられる。チャックテーブル３６が撮像手段６の直下に位置付けられると、撮像手段６および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ１０のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段６および図示しない制御手段は、半導体ウエーハ１０の所定方向に形成されているストリートに沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５の集光器５１との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。また、半導体ウエーハ１０に形成されている所定方向と直交する方向に形成されているストリートに対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。
以上のようにしてチャックテーブル３６上に保持された半導体ウエーハ１０に形成されているストリートを検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、図５の（a）で示すようにチャックテーブル３６をレーザー光線照射手段５の集光器５１が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定のストリートの一端(図５の（ａ）において左端)を集光器５１の直下に位置付ける。そして、集光器５１から照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ１０の表面（上面）付近に合わせる。次に、レーザー光線照射手段５の集光器５１から半導体ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６を図５の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、ストリートの他端（図５の（ｂ）において右端）が集光器５１の直下位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル３６の移動を停止する。この結果、図５の（ｂ）に示すように半導体ウエーハ１０には、ストリートに沿ってレーザー加工溝１０１が形成される（レーザー加工溝形成工程）。
なお、上記レーザー加工溝形成工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
レーザー光線の光源 ：ＹＶＯ４レーザーまたはＹＡＧレーザー
波長 ：３５５ｎｍ
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
平均出力 ：４W
集光スポット径 ：φ２０μｍ
加工送り速度 ：１５０ｍｍ／秒
上述したレーザー加工溝形成工程においては、半導体ウエーハ１０の表面に集光器５１からパルスレーザー光線を照射することにより、半導体ウエーハが溶融されデブリ等の粉塵が発生する。しかるに、図示の実施形態においては上述した粉塵排出手段７を備えており、図６に示すように吸塵器７１内のエアーが矢印Aで示すように吸引ダクト７２１側に１ｍ3／分の吸引量で吸引されるとともに、エアー供給ダクト７３１および３個のエアー拡散フィルター７３２を通して吸塵器７１内に０．７ｍ3／分のエアーが供給されるので、半導体ウエーハ１０にパルスレーザー光線を照射することによって発生した粉塵１１０は、上記矢印Aで示す気流に乗って吸引ダクト７２１側に排出される。このように、パルスレーザー光線を照射することによって発生した粉塵１１０は渦巻状にならず、吸塵器７１内を上記矢印Aで示す気流に乗って吸引ダクト７２１側に排出されるので、集光器５１から照射されるパルスレーザー光線の光路を妨げることがなく、加工異常を招くという問題が解消する。
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３１：案内レール
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３８：割り出し送り手段
４：レーザー光線照射ユニット
５：レーザー光線照射手段
５１：集光器
６：撮像手段
７：粉塵排出手段
７１：吸塵器
７２：吸引手段
７２１：吸引ダクト
７３：エアー供給手段
７３１：エアー供給ダクト
７３２：エアー拡散フィルター
１０：半導体ウエーハ

Claims (1)

  1. 被加工物を保持するための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光線を照射して被加工物を加工するための集光器を備えたレーザー光線照射手段と、被加工物に該集光器からレーザー光線が照射されることによって生成される粉塵を排出する粉塵排出手段と、を具備するレーザー加工装置において、
    該粉塵排出手段は、該集光器の下側に配設される吸塵器と、該吸塵器に接続した吸引手段とを具備し、
    該吸塵器は、該集光器から照射されるレーザー光線の通過を許容する開口を備えた矩形状の天壁と、該天壁の両側辺からそれぞれ垂下して形成された第１の側壁および第２の側壁とによってコの字状に形成されており、
    該吸引手段は、該吸塵器における該天壁と該第１の側壁および該第２の側壁の両端によってそれぞれ形成される矩形状開口の一方に一端が接続され他端が吸引源に接続された吸引ダクトを備え、
    該吸塵器における該天壁と該第１の側壁および該第２の側壁の両端によってそれぞれ形成される矩形状開口の他方にはエアー供給手段が配設され、該エアー供給手段に配設されたエアー拡散フィルターからエアーが供給され、該エアー拡散フィルターから供給されるエアーは被加工物の上面を該上面と平行に通過させられ該吸塵器の矩形状開口の一方側の吸引ダクトにて吸引されるように構成される、
    ことを特徴とするレーザー加工装置。
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