JP6388522B2

JP6388522B2 - レーザー加工装置

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Publication number: JP6388522B2
Application number: JP2014217949A
Authority: JP
Inventors: 関家　一馬; 一馬関家
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2014-10-27
Filing date: 2014-10-27
Publication date: 2018-09-12
Anticipated expiration: 2034-10-27
Also published as: JP2016086079A

Description

本発明は、分割の起点となる改質層をウェーハに形成するレーザー加工装置に関する。

表面側にＩＣ（Integrated Circuit）等のデバイスが形成されたウェーハを複数のチップへと分割するために、ウェーハの内部にレーザー光線を集光させて分割の起点となる改質層を形成するウェーハの加工方法が実用化されている（例えば、特許文献１参照）。この加工方法では、ウェーハの表面側をチャックテーブルで保持し、露出した裏面側からウェーハに吸収され難い波長のレーザー光線を照射する。

ところで、上述の加工方法でウェーハに改質層を形成すると、ウェーハの表面側にまで達するレーザー光線の抜け光によって、デバイスはダメージを受ける恐れがある。そこで、近年では、この抜け光によるデバイスのダメージを抑制するために、十分に短いパルス幅のレーザー光線を用いて抜け光の発生を抑えた加工方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−１９２３７０号公報特開２０１４−１０４４８４号公報

しかしながら、ウェーハに吸収され難い波長のレーザー光線を用いるという原理上、上述のような方法でも抜け光の発生を完全に防ぐことはできない。一方で、加工の際の抜け光の位置を特定できれば、デバイスへのダメージ対策は容易になると考えられるが、これまでのところ、チャックテーブルで保持された表面側に達する抜け光を適切に観察できるレーザー加工装置は存在しなかった。

本発明はかかる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、加工の際にウェーハを通り抜ける抜け光を適切に検出可能なレーザー加工装置を提供することである。

本発明によれば、ウェーハを保持面で保持するチャックテーブルと、ウェーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を該チャックテーブルに保持されたウェーハに照射してウェーハの内部に改質層を形成するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に移動させる移動手段と、を備え、該チャックテーブルは、該保持面を構成する支持プレートを備え、該支持プレートは、ウェーハを通って該支持プレート側へと抜ける該レーザー光線の抜け光を検出する抜け光検出手段を含み、該抜け光検出手段は、該保持面を構成し、該抜け光を受光した領域が発光又は発熱するシート状部材を備え、該チャックテーブルには、該シート状部材を該保持面と反対の面側から撮像する撮像手段が配置されていることを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

本発明に係るレーザー加工装置では、レーザー光線の抜け光を検出する抜け光検出手段を含むようにチャックテーブルを構成したので、加工の際にウェーハを通り抜ける抜け光を加工中に適切に検出できる。

レーザー加工装置の構成例を模式的に示す斜視図である。チャックテーブル等の構造を模式的に示す斜視図である。チャックテーブル等の構造を模式的に示す一部断面側面図である。抜け光が検出される様子を説明するための模式図である。変形例に係るレーザー加工装置のチャックテーブル等の構造を模式的に示す斜視図である。変形例に係るレーザー加工装置のチャックテーブル等の構造を模式的に示す一部断面側面図である。変形例に係るレーザー加工装置において抜け光が検出される様子を説明するための模式図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るレーザー加工装置の構成例を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、レーザー加工装置２は、各構成を支持する基台４を備えている。基台４は、直方体状の基部６と、基部６の後端に立設された壁部８とを含む。

基部６の上面には、ウェーハ１１を保持するチャックテーブル１０が配置されている。ウェーハ１１は、例えば、シリコン等の材料でなる円形の板状物であり、その表面（図１では下面）は、中央のデバイス領域と、デバイス領域を囲む外周余剰領域とに分けられる。

デバイス領域は、格子状に配列されたストリート（分割予定ライン）でさらに複数の領域に区画されており、各領域にはＩＣ等のデバイスが形成されている。ウェーハ１１の表面側には、デバイス等を保護する保護テープ１３が貼着されており、保護テープ１３の外周部分は、環状のフレーム１５に固定されている。つまり、ウェーハ１１は保護テープ１３を介してフレーム１５に支持されている。

チャックテーブル１０の上方には、上述したウェーハ１１に向けてレーザー光線を照射するレーザー加工ヘッド（レーザー光線照射手段）１２が設けられている。また、レーザー加工ヘッド１２と隣接する位置には、ウェーハ１１を撮像するカメラ１４が設置されている。

チャックテーブル１０の下方には、チャックテーブル１０をＹ軸方向（割り出し送り方向）に移動させるＹ軸移動機構（割り出し送り機構、移動手段）１６が設けられている。Ｙ軸移動機構１６は、基部６の上面に固定されＹ軸方向に平行な一対のＹ軸ガイドレール１８を備える。Ｙ軸ガイドレール１８には、Ｙ軸移動テーブル２０がスライド可能に設置されている。

Ｙ軸移動テーブル２０の裏面側（下面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｙ軸ガイドレール１８と平行なＹ軸ボールネジ２２が螺合されている。Ｙ軸ボールネジ２２の一端部には、Ｙ軸パルスモータ２４が連結されている。Ｙ軸パルスモータ２４でＹ軸ボールネジ２２を回転させれば、Ｙ軸移動テーブル２０は、Ｙ軸ガイドレール１８に沿ってＹ軸方向に移動する。

Ｙ軸移動テーブル２０の表面側（上面側）には、チャックテーブル１０をＹ軸方向と直交するＸ軸方向（加工送り方向）に移動させるＸ軸移動機構（加工送り機構、移動手段）２６が設けられている。Ｘ軸移動機構２６は、Ｙ軸移動テーブル２０の上面に固定されＸ軸方向に平行な一対のＸ軸ガイドレール２８を備える。Ｘ軸ガイドレール２８には、Ｘ軸移動テーブル３０がスライド可能に設置されている。

Ｘ軸移動テーブル３０の裏面側（下面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｘ軸ガイドレール２８と平行なＸ軸ボールネジ３２が螺合されている。Ｘ軸ボールネジ３２の一端部には、Ｘ軸パルスモータ３４が連結されている。Ｘ軸パルスモータ３４でＸ軸ボールネジ３２を回転させれば、Ｘ軸移動テーブル３０は、Ｘ軸ガイドレール２８に沿ってＸ軸方向に移動する。

Ｘ軸移動テーブル３０の表面側（上面側）には、支持台３６が設けられている。支持台３６の上部には、チャックテーブル１０が配置されている。チャックテーブル１０は、支持台３６の下方に設けられた回転機構（不図示）と連結されており、Ｚ軸の周りに回転する。

チャックテーブル１０の表面は、ウェーハ１１を保持する保持面１０ａとなっている。また、チャックテーブル１０の周囲には、ウェーハ１１を支持する環状のフレーム１５を四方から挟持固定する４個のクランプ３８が設けられている。

壁部８の上部前面には、前方に向かって伸びる支持アーム４０が設けられており、この支持アーム４０の先端部には、レーザー加工ヘッド１２及びカメラ１４が配置されている。レーザー加工ヘッド１２は、ウェーハ１１に吸収され難い波長（ウェーハ１１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発振器（不図示）と、発振されたレーザー光線を集光させる集光器（不図示）とを備えている。

このレーザー加工ヘッド１２は、チャックテーブル１０に保持されたウェーハ１１の内部で集光するようにレーザー光線を照射して、多光子吸収により改質された改質層を形成する。カメラ１４は、赤外線カメラであり、ウェーハ１１を上方から撮像してデバイスを検出する。撮像によって得られる画像は、ウェーハ１１とレーザー加工ヘッド１２との位置合わせ等に用いられる。

図２は、チャックテーブル１０等の構造を模式的に示す斜視図であり、図３は、チャックテーブル１０等の構造を模式的に示す一部断面側面図である。図２及び図３に示すように、チャックテーブル１０は、円盤状の枠体４２と、枠体４２の上面中央部に配置された支持プレート４４とを含む。支持プレート４４は、ウェーハ１１と同等以上の径に形成されている。

枠体４２の上面外周部には、ウェーハ１１の表面側に貼着された保護テープ１３を吸引するリング状の吸引溝４２ａが形成されている。この吸引溝４２ａは、枠体４２の内部に形成された吸引路４２ｂや、エアの流れを調整するバルブ４６等を通じて吸引源４８に接続されている。

図３に示すように、ウェーハ１１を支持プレート４４上に載置して、フレーム１５をクランプ３８で挟持固定した後に、ウェーハ１１とフレーム１５との間の保護テープ１３に吸引源４８の負圧を作用させることで、ウェーハ１１をチャックテーブル１０で保持できる。

枠体４２の中央には、凹部４２ｃが形成されている。支持プレート４４は、この凹部４２ｃの上端を塞ぐように配置されている。支持プレート４４は、例えば、ガラス等の材料でなる透明な支持板５０と、支持板５０上に配置されたシート状部材（抜け光検出手段）５２とで構成されている。シート状部材５２の上面は、ウェーハ１１を保持する保持面１０ａとなっている。

シート状部材５２は、レーザー加工ヘッド１２から照射され、ウェーハ１１を通り抜けたレーザー光線Ｌ１の抜け光を吸収して発光する発光層５２ａを含む。この発光層５２ａは、例えば、蛍光材料等で構成されている。発光層５２ａの上面には、発光層５２ａを抜け光やその他外力から保護する保護層５２ｂが設けられている。なお、この保護層５２ｂは省略されても良い。

支持プレート４４の下方には、シート状部材５２の全体を下方側（保持面１０ａと反対の面側）から撮像する下部カメラ（撮像手段）５４が配置されている。この下部カメラ５４は、発光層５２ａの発光（発光の波長）を検出できるように構成されており、制御装置５６と接続されている。制御装置５６は、下部カメラ５４で撮像された撮像画像に基づいて、抜け光で発光した領域の座標を検出する。

次に、本実施形態のレーザー加工装置２で抜け光が検出される様子を説明する。図４は、抜け光が検出される様子を説明するための模式図である。図４に示すように、チャックテーブル１０に保持されたウェーハ１１の裏面１１ｂ側からレーザー光線Ｌ１を照射すると、レーザー光線Ｌ１の集光点Ｐの近傍の領域は多光子吸収で改質される。

よって、Ｙ軸移動機構１６及びＸ軸移動機構２６でチャックテーブル１０及びレーザー加工ヘッド１２を相対的に移動しながらレーザー光線Ｌ１を照射すれば、ウェーハ１１の内部に線状の改質層１７を形成できる。このとき、例えば、改質層１７で反射、散乱されたレーザー光線Ｌ１の一部が抜け光Ｌ２となり、表面１１ａ側のデバイスに照射される可能性がある。

本実施形態のレーザー加工装置２では、このような抜け光Ｌ２の位置を特定できる。図４に示すように、抜け光Ｌ２が発光層５２ａの領域Ａに入射すると、領域Ａは抜け光Ｌ２を吸収して発光する。上述のように、下部カメラ５４は、発光層５２ａの発光の波長を検出できるように構成されているので、下部カメラ５４でシート状部材５２の全体を撮像すれば、制御装置５６で抜け光Ｌ２の位置（領域Ａ）を特定できる。

以上のように、本実施形態に係るレーザー加工装置２では、レーザー光線Ｌ１の抜け光Ｌ２を検出するシート状部材（抜け光検出手段）５２を含むようにチャックテーブル１０を構成したので、加工の際にウェーハ１１を通り抜ける抜け光Ｌ２を適切に検出できる。これにより、ウェーハ１１のデバイスへのダメージ対策が容易になる。

なお、本発明は上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態では、レーザー光線Ｌ１の抜け光Ｌ２を吸収して発光する発光層５２ａを含むシート状部材（抜け光検出手段）５２を用いているが、本発明のシート状部材はこれに限定されない。

例えば、レーザー光線Ｌ１の抜け光Ｌ２を吸収して発熱する発熱層を含むシート状部材（抜け光検出手段）を用いても良い。この場合には、下部カメラ（撮像手段）として、赤外線を検出できるサーモグラフィ（赤外線カメラ）を用いる。

また、上記実施形態では、シート状部材５２の全体を撮像できる下部カメラ（撮像手段）５４を用いているが、シート状部材５２の任意の領域（一部）を撮像するカメラ（撮像手段）を用いても良い。また、チャックテーブル１０に配置されるカメラ（撮像手段）は、一台でも良いし複数でも良い。

また、上記実施形態のレーザー加工装置２では、シート状部材（抜け光検出手段）５２と下部カメラ（撮像手段）５４とを用いて抜け光Ｌ２を検出しているが、本発明のレーザー加工装置はこれに限定されない。図５は、変形例に係るレーザー加工装置のチャックテーブル等の構造を模式的に示す斜視図であり、図６は、変形例に係るレーザー加工装置のチャックテーブル等の構造を模式的に示す一部断面側面図である。なお、変形例に係るレーザー加工装置のチャックテーブル以外の構造は、上記実施形態のレーザー加工装置２と同じで良い。

図５及び図６に示すように、変形例に係るチャックテーブル６０は、円盤状の枠体６２と、枠体６２の上面中央部に配置された支持プレート６４とを含む。支持プレート６４は、ウェーハ１１と同等以上の径に形成されている。

枠体６２の上面外周部には、ウェーハ１１に貼着された保護テープ１３を吸引するリング状の吸引溝６２ａが形成されている。この吸引溝６２ａは、枠体６２の内部に形成された吸引路６２ｂや、エアの流れを調整するバルブ６６等を通じて吸引源６８に接続されている。

図６に示すように、ウェーハ１１を支持プレート６４上に載置して、フレーム１５をクランプ３８で挟持固定した後に、ウェーハ１１とフレーム１５との間の保護テープ１３に吸引源６８の負圧を作用させることで、ウェーハ１１をチャックテーブル６０で保持できる。

枠体６２の中央には、凹部６２ｃが形成されている。支持プレート６４は、この凹部６２ｃに嵌合するように配置されている。支持プレート６４は、例えば、任意の材料でなる支持板７０と、支持板７０に敷設された複数の受光素子（抜け光検出手段）７２と、受光素子７２を保護する保護部材７４とで構成されている。

保護部材７４の上面は、ウェーハ１１を保持する保持面６０ａとなっている。なお、この保護部材７４は省略されても良い。その場合、受光素子７２の表面（上面）がウェーハ１１を保持する保持面となる。

各受光素子７２は、基材７２ａと受光部７２ｂとを含み、レーザー光線Ｌ１の抜け光Ｌ２が入射する位置を検出できる。また、各受光素子７２は、制御装置７６と接続されている。制御装置７６は、抜け光Ｌ２を受光した受光素子７２の全体の中での位置、及び当該受光素子７２内で抜け光Ｌ２が入射した位置に基づいて、抜け光Ｌ２が入射した領域Ａの座標を検出する。

次に、変形例に係るレーザー加工装置で抜け光Ｌ２が検出される様子を説明する。図７は、変形例に係るレーザー加工装置において抜け光Ｌ２が検出される様子を説明するための模式図である。

図７に示すように、抜け光Ｌ２が受光部７２ｂの領域Ａに入射すると、受光部７２ｂは領域Ａでの受光を検出する。各受光素子７２の配列は既知なので、制御装置５６は、抜け光を受光した受光素子７２の位置、及び当該受光素子７２中で抜け光Ｌ２が入射した位置に基づいて、全体の中での領域Ａの位置を特定できる。

このように、変形例に係るレーザー加工装置では、レーザー光線Ｌ１の抜け光Ｌ２を検出する複数の受光素子（抜け光検出手段）７２を含むようにチャックテーブル６０を構成したので、加工の際にウェーハ１１を通り抜ける抜け光Ｌ２を適切に検出できる。これにより、ウェーハ１１のデバイスへのダメージ対策が容易になる。

その他、上記実施形態に係る構成、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

２レーザー加工装置
４基台
６基部
８壁部
１０チャックテーブル
１０ａ保持面
１２レーザー加工ヘッド（レーザー光線照射手段）
１４カメラ
１６Ｙ軸移動機構（割り出し送り機構、移動手段）
１８Ｙ軸ガイドレール
２０Ｙ軸移動テーブル
２２Ｙ軸ボールネジ
２４Ｙ軸パルスモータ
２６Ｘ軸移動機構（加工送り機構、移動手段）
２８Ｘ軸ガイドレール
３０Ｘ軸移動テーブル
３２Ｘ軸ボールネジ
３４Ｘ軸パルスモータ
３６支持台
３８クランプ
４０支持アーム
４２枠体
４２ａ吸引溝
４２ｂ吸引路
４２ｃ凹部
４４支持プレート
４６バルブ
４８吸引源
５０支持板
５２シート状部材（抜け光検出手段）
５２ａ発光層
５２ｂ保護層
５４下部カメラ（撮像手段）
５６制御装置
６０チャックテーブル
６２枠体
６２ａ吸引溝
６２ｂ吸引路
６２ｃ凹部
６４支持プレート
６６バルブ
６８吸引源
７０支持板
７２受光素子（抜け光検出手段）
７４保護部材
７６制御装置
１１ウェーハ
１３保護テープ
１５フレーム
１７改質層
Ａ領域
Ｌ１レーザー光線
Ｌ２抜け光
Ｐ集光点

Claims

ウェーハを保持面で保持するチャックテーブルと、ウェーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を該チャックテーブルに保持されたウェーハに照射してウェーハの内部に改質層を形成するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に移動させる移動手段と、を備え、
該チャックテーブルは、該保持面を構成する支持プレートを備え、
該支持プレートは、ウェーハを通って該支持プレート側へと抜ける該レーザー光線の抜け光を検出する抜け光検出手段を含み、
該抜け光検出手段は、該保持面を構成し、該抜け光を受光した領域が発光又は発熱するシート状部材を備え、
該チャックテーブルには、該シート状部材を該保持面と反対の面側から撮像する撮像手段が配置されていることを特徴とするレーザー加工装置。