JP6739306B2

JP6739306B2 - レーザ加工装置

Info

Publication number: JP6739306B2
Application number: JP2016189433A
Authority: JP
Inventors: 智章遠藤; 俊悟吉井
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2020-08-12
Anticipated expiration: 2036-09-28
Also published as: JP2018051581A

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物にレーザ加工を施すレーザ加工装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが加工予定ラインによって区画され表面に形成された半導体ウエーハ等の被加工物は、被加工物にレーザビームを照射可能なレーザ加工装置によってアブレーション加工されて個々のデバイスに分割され、各種電子機器等に利用されている。

加工予定ライン上にＴＥＧ（ＴｅｓｔＥｌｅｍｅｎｔＧｒｏｕｐ：評価用素子）と称される金属部が形成されている被加工物をアブレーション加工すると、被加工物が溶融してデブリが発生するとともに、ＴＥＧを構成する金属部の破片が発生する。そして、この金属部の破片によって被加工物に照射されているレーザビームが散乱して被加工物の表面に焼けを生じさせ、被加工物を損傷させてしまうおそれがある。そして、被加工物に形成されているデバイスがＣＭＯＳ等の撮像素子である場合にこの問題は顕著に発生する。

上記問題を解決するために、レーザ加工時に発生するデブリ等を集塵して被加工物上から除去できる集塵ユニットを備えるレーザ加工装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−２０５１５９号公報

しかし、金属部の破片は、アブレーション加工で発生するデブリに比べて大きく重いため、被加工物にレーザビームが照射される領域である加工領域周りの空間を全体的に横から吸引している上記特許文献１に記載の集塵ユニットでは、加工領域の周囲から金属部の破片を十分に排出できないという問題がある。

したがって、加工予定ライン上にＴＥＧ等の金属部が形成された被加工物に対してレーザ加工装置によってアブレーション加工を施す場合おいては、加工中に発生したデブリと共に金属部の破片も加工領域周りから十分に除去することで、被加工物を損傷させるおそれを低減させるという課題がある。

上記課題を解決するための本発明は、レーザ加工装置であって、レーザ加工溝が形成される加工予定ラインが設定され少なくとも該加工予定ライン上に金属部が形成された被加工物を保持するチャックテーブルと、レーザビーム発振手段と、該レーザビーム発振手段で発振されたレーザビームを集光する集光レンズを有する加工ヘッドとを具備し、該チャックテーブルで保持された被加工物にアブレーション加工を施すレーザビーム照射手段と、該チャックテーブルと該レーザビーム照射手段とを加工送り方向に相対移動させる移動手段と、該集光レンズで集光されたレーザビームが被加工物に照射されることで発生するデブリを集塵する集塵手段と、を備え、該集塵手段は、該集光レンズで集光されたレーザビームの通過を許容する開口が形成された天井と、該天井から垂下した側壁と、を有し、該側壁には該加工送り方向に該開口を挟んで互いに対面するエア流入口と吸引源に接続された吸引口とを備える広域吸引部と、該広域吸引部内に配設され、吸引源に接続されるとともに該金属部の破片を吸引する局所吸引パイプと、を含むレーザ加工装置である。

本発明に係るレーザ加工装置は、集光レンズで集光されたレーザビームが被加工物に照射されることで発生するデブリを集塵する集塵手段、を備え、集塵手段は、集光レンズで集光されたレーザビームの通過を許容する開口が形成された天井と、天井から垂下した側壁とを有し、該側壁には加工送り方向に開口を挟み互いに対面するエア流入口と吸引源に接続された吸引口とを備える広域吸引部と、広域吸引部内に配設され、吸引源に接続されるとともに金属部の破片を吸引する局所吸引パイプと、を含むため、アブレーション加工等により発生したデブリを広域吸引部で吸引するとともに、発生した金属部の破片は局所吸引パイプで効率的に吸引除去することが可能となり、金属部の破片も加工領域周りから十分に除去し、被加工物を損傷させるおそれを低減することができる。

レーザ加工装置の一例を示す斜視図である。集塵手段の一例を示す分解斜視図である。集塵手段の一例を示す斜視図である。被加工物上にレーザビーム照射手段及び集塵手段が位置付けられた状態を示す断面図である。被加工物にレーザビーム照射手段からレーザビームを照射してレーザ加工溝を形成すると共に、被加工物から発生したシリコンデブリ及び金属部の破片を集塵手段で吸引している状態を示す断面図である。

図１に示すレーザ加工装置１は、チャックテーブル３０で保持された被加工物Ｗに、レーザビーム照射手段６によってアブレーション加工を施す装置である。被加工物Ｗは、例えば、シリコン基板からなる円形状の半導体ウエーハであり、被加工物Ｗの表面Ｗａには、加工予定ラインＳによって区画された格子状の領域に多数のＣＭＯＳ等のデバイスＤが形成されている。そして加工予定ラインＳ上には、銅等からなりデバイスＤの機能をテストするための薄膜状の金属部（ＴＥＧ）が部分的に複数配設されている。被加工物Ｗの裏面Ｗｂは、被加工物Ｗよりも大径の保護テープＴが貼着されており、保護テープＴにより保護されている。保護テープＴの粘着面の外周領域には円形の開口を備える環状フレームＦが貼着されており、被加工物Ｗは、保護テープＴを介して環状フレームＦによって支持され、環状フレームＦを介したハンドリングが可能な状態になっている。

レーザ加工装置１の基台１０の前方（−Ｙ方向側）には、加工送り方向であるＸ軸方向にチャックテーブル３０を往復移動させる移動手段２１が備えられている。移動手段２１は、Ｘ軸方向の軸心を有するボールネジ２１０と、ボールネジ２１０と平行に配設された一対のガイドレール２１１と、ボールネジ２１０を回動させるモータ２１２と、内部のナットがボールネジ２１０に螺合し底部がガイドレール２１１に摺接する可動板２１３とから構成される。そして、モータ２１２がボールネジ２１０を回動させると、これに伴い可動板２１３がガイドレール２１１にガイドされてＸ軸方向に移動し、可動板２１３上に配設されたチャックテーブル３０が可動板２１３の移動に伴いＸ軸方向に移動することで、チャックテーブル３０がレーザビーム照射手段６に対してＸ軸方向において相対的に移動する。なお、モータ２１２は、例えば、図示しない制御手段から供給されるパルス信号によりボールネジ２１０を回動させるパルスモータである。

被加工物Ｗを保持するチャックテーブル３０は、例えば、その外形が円形状であり、ポーラス部材等から構成され被加工物Ｗを吸着する吸着部３００と、吸着部３００を支持する枠体３０１とを備える。吸着部３００は図示しない吸引源に連通し、吸着部３００の露出面である保持面３００ａ上で被加工物Ｗを吸引保持する。チャックテーブル３０は、カバー３１によって周囲から囲まれ、チャックテーブル３０の底面側に配設された回転手段３２により駆動されて鉛直方向（Ｚ軸方向）の軸心周りに回転可能となっている。また、チャックテーブル３０の周囲には、被加工物Ｗを支持する環状フレームＦを固定する固定クランプ３３が、周方向に均等に４つ配設されている。

チャックテーブル３０は、加工送り手段２１によりＸ軸方向に往復移動が可能であるとともに、回転手段３２を介してチャックテーブル３０の下方に配設されたＹ軸方向移動手段２２により、Ｙ軸方向にも移動が可能となっている。Ｙ軸方向移動手段２２は、Ｙ軸方向の軸心を有するボールネジ２２０と、ボールネジ２２０と平行に配設された一対のガイドレール２２１と、ボールネジ２２０を回動させるモータ２２２と、内部のナットがボールネジ２２０に螺合し底部がガイドレール２２１に摺接する可動板２２３とから構成される。そして、モータ２２２がボールネジ２２０を回動させると、これに伴い可動板２２３がガイドレール２２１にガイドされてＹ軸方向に移動し、可動板２２３上に配設されたチャックテーブル３０が可動板２２３の移動に伴いＹ軸方向に移動する。なお、モータ２２２は、例えば、図示しない制御手段から供給されるパルス信号によりボールネジ２２０を回動させるパルスモータである。

基台１０の後方（＋Ｙ方向側）には、コラム１１が立設されており、コラム１１の−Ｙ方向側の側面にはレーザビーム照射手段６が配設されている。レーザビーム照射手段６は、例えば、基台１０に対して水平に配置された直方体状のハウジング６０を備えており、ハウジング６０内にはレーザビーム発振手段６１が配設されている。レーザビーム発振手段６１は、例えばＹＡＧレーザ発振器或いはＹＶＯ４レーザ発振器等から構成されており、被加工物Ｗに対して吸収性を有する所定波長のレーザビームを発振させることができる。ハウジング６０の先端部の下面側には、レーザビーム発振手段６１から発振されたレーザビームを集光するための集光レンズ６２ａを有する加工ヘッド６２が固定されている。加工ヘッド６２は、レーザビーム発振手段６１から−Ｙ軸方向に向かって発振されたレーザビームを、加工ヘッド６２の内部に備えた図示しないミラーにおいて反射させ、集光レンズ６２ａに入光させることで、レーザビームを被加工物Ｗに照射することができる。

ハウジング６０の先端部の下面の加工ヘッド６２の近傍には、被加工物Ｗの加工予定ラインＳを撮像するアライメント用カメラ１３が配設されており、アライメント用カメラ１３は、撮像した画像についての情報を図示しない制御手段に送ることができる。制御手段は、送られてきた画像情報に基づき、パターンマッチング等の画像処理によって被加工物Ｗの加工予定ラインＳを検出することができる。

図１に示すようにレーザ加工装置１は、集光レンズ６２ａで集光されたレーザビームが被加工物Ｗに照射されることで発生するデブリを集塵する集塵手段７を備えている。この集塵手段７について以下に図２、３を用いて説明する。

図２，３に示す集塵手段７は、図１に示す集光レンズ６２ａで集光されたレーザビームの通過を許容する開口７００ａが形成された天井７００を有する広域吸引部７０を備えている。例えば、外形が矩形状の天井７００の中央には、円形状の開口７００ａが厚み方向に貫通形成されており、天井７００のＹ軸方向の両辺からは矩形状の側壁７０１がそれぞれ垂下している。

広域吸引部７０の＋Ｘ方向側端には、天井７００と各側壁７０１とで断面がＵ字を逆さまにした形状となるエア流入口７０２が形成されている。エア流入口７０２のサイズは、例えば、縦１ｃｍ〜２ｃｍ×横５ｃｍ〜１０ｃｍに形成されている。また、図２に示すように、広域吸引部７０の−Ｘ方向側端には、天井７００と各側壁７０１とで断面がＵ字を逆さまにした形状となる吸引口７０３が形成されており、エア流入口７０２と吸引口７０３とは開口７００ａを挟み加工送り方向（Ｘ軸方向）に対面している。そして、広域吸引部７０は下側が開放された状態で２つの側壁７０１が加工送り方向に沿うようにして、図１に示す加工ヘッド６２の直下に配設される。また、広域吸引部７０が図２に示す吸引ダクト７３に連結されることで、吸引口７０３はコンプレッサ及び真空発生装置等から構成される吸引源７９に接続される。

図２に示すように、天井７００の上面の−Ｘ方向側の一端には、天井７００の厚み分の段差を上側に設けて矩形の連結部７００ｂが−Ｘ方向側に向かって水平に突出するように一体的に形成されており、この連結部７００ｂには２個のボルト挿通穴７００ｃが厚み方向に向かって貫通形成されている。

集塵手段７は、例えば、吸引口７０３に一端７３ａが接続される吸引ダクト７３を具備している。吸引ダクト７３は、断面が矩形状の通路７３１を備えており、一端７３ａの上面には、連結部７００ｂに設けられた２個のボルト挿通穴７００ｃに対応する位置に２個の雌ネジ穴７３２が設けられている。吸引ダクト７３の他端７３ｂは、吸引源７９に連通している。

集塵手段７は、被加工物Ｗにレーザビーム照射手段６によりアブレーション加工を施した際に発生する金属部の破片を吸引する局所吸引パイプ７５を備えている。例えば、吸引ダクト７３の上面には、局所吸引パイプ７５の管径よりも僅かに大きな直径を備え局所吸引パイプ７５が嵌挿される嵌挿孔７３ｃが貫通形成されている。図３に示すように、嵌挿孔７３ｃに嵌挿され通路７３１の内部に挿し込まれた局所吸引パイプ７５は、通路７３１の内部を＋Ｘ方向側に向かって延び、その先端７５ａが広域吸引部７０内に到達する。局所吸引パイプ７５の管径は、吸引ダクト７３の口径よりも小さく、例えば２ｍｍ〜５ｍｍとなっている。局所吸引パイプ７５の後端７５ｂ側は、ソレノイドバルブ７６を介して、吸引源７９に接続されている。ソレノイドバルブ７６は、局所吸引パイプ７５が吸引源７９に連通する状態と大気に開放された状態とを切り替える機能を有している。なお、局所吸引パイプ７５に接続されている吸引源は、吸引源７９とは別の吸引源であってもよい。

図２に示す局所吸引パイプ７５が通路７３１の内部に挿し込まれた状態の吸引ダクト７３の一端７３ａを広域吸引部７０の吸引口７０３と接合し、連結部７００ｂの下面を吸引ダクト７３の一端７３ａの上面に接触させ、ボルト挿通穴７００ｃと雌ネジ穴７３２とを重ね合わせて、ボルト７３２ａをボルト挿通穴７００ｃに通して雌ネジ穴７３２に螺合させることにより、図３に示すように吸引ダクト７３に広域吸引部７０を接続し、広域吸引部７０の内部に局所吸引パイプ７５を配設することができる。なお、集塵手段７は、Ｚ軸方向における高さ位置が調整可能となっている。

以下に、図１に示すレーザ加工装置１を用いて被加工物Ｗにアブレーション加工を施してレーザ加工溝を形成する場合の、レーザ加工装置１の動作について説明する。

まず、図１に示すレーザ加工装置１のチャックテーブル３０の保持面３００ａの中心と被加工物Ｗの中心とが略合致するように位置合わせを行い、被加工物Ｗを表面Ｗａ側を上側にしてチャックテーブル３０上に載置する。そして、チャックテーブル３０に接続された図示しない吸引源が作動し被加工物Ｗをチャックテーブル３０上に吸引保持する。また、各固定クランプ３３によって環状フレームＦが固定される。

次いで、移動手段２１により、チャックテーブル３０に保持された被加工物Ｗが−Ｘ方向（往方向）に送られるとともに、アライメント用カメラ１３により加工予定ラインＳが検出される。アライメント用カメラ１３によって撮像された加工予定ラインＳの画像についての情報は図示しない制御手段に送信され、制御手段がパターンマッチング等の画像処理を実行し、加工予定ラインＳの位置を検出する。そして、加工予定ラインＳの位置を検出した制御手段が、Ｙ軸方向移動手段２２のモータ２２２に対して所定量のパルス信号を供給することで、レーザビーム照射手段６がＹ軸方向に駆動され、図１に示すレーザビームを照射する加工予定ラインＳと加工ヘッド６２とのＹ軸方向における位置合わせがなされる。この位置合わせは、例えば、集光レンズ６１ａの中心の直下に加工予定ラインＳの中心線が位置するように行われる。

さらにチャックテーブル３０を−Ｘ方向に向かって加工送りするとともに、被加工物Ｗ上に位置付けられた加工ヘッド６２から照射されるレーザビームの集光点を、加工予定ラインＳに対応する被加工物Ｗの上面付近に位置付ける。加工ヘッド６２の中心は、加工ヘッド６２の下方に位置する広域吸引部７０の開口７００ａの中心と略合致している。また、例えば、図４に示すように、被加工物Ｗの上方に位置した状態の集塵手段７は、局所吸引パイプ７５の側面の下端と被加工物Ｗの表面ＷａとのＺ軸方向における距離が５ｍｍ以下（本実施形態においては、約２ｍｍ）となっており、局所吸引パイプ７５の先端７５ａが広域吸引部７０の開口７００ａの中心から僅かに−Ｘ方向側にずれた位置に位置付けられた状態となっている。なお、図４、５については、被加工物Ｗに貼着されている保護テープＴ及び、被加工物Ｗを支持する環状フレームＦについては、省略して示している。

次いで、レーザビーム発振手段６１から被加工物Ｗに対して吸収性を有する波長のレーザビームを発振させ、加工ヘッド６２の集光レンズ６２ａに入光し集光させる。集光レンズ６２ａで集光されたレーザビームは、広域吸引部７０の開口７００ａを通過して被加工物Ｗに対して照射される。レーザビームを被加工物Ｗに照射しつつ、チャックテーブル３０を−Ｘ方向に向かって所定の加工送り速度で移動させていき、加工予定ラインＳに沿ってアブレーション加工を施し図５に示すようにレーザ加工溝Ｍを形成していく。例えば、一本の加工予定ラインＳにレーザビームを照射し終えるＸ軸方向の所定の位置まで被加工物Ｗが−Ｘ方向に進行すると、レーザビームの照射を停止するとともに被加工物Ｗの−Ｘ方向（往方向）での加工送りを一度停止させ、レーザビーム照射手段６を＋Ｙ方向へ移動して、レーザビームが照射された加工予定ラインＳの隣に位置しレーザビームがまだ照射されていない加工予定ラインＳと加工ヘッド６２とのＹ軸方向における位置合わせを行う。次いで、移動手段２１が、被加工物Ｗを＋Ｘ方向（復方向）へ加工送りし、往方向でのレーザビームの照射と同様に加工予定ラインＳにレーザビームが照射されていく。順次同様のレーザビームの照射を行うことにより、Ｘ軸方向に延びる全ての加工予定ラインＳに沿ってレーザビームが照射され、加工予定ラインＳに沿ってレーザ加工溝Ｍが形成されていく。さらに、チャックテーブル３０を９０度回転させてから同様のレーザビームの照射を行うと、縦横全ての加工予定ラインＳに沿ってレーザ加工溝Ｍが形成される。

なお、上記レーザ加工溝Ｍの形成は、例えば以下の加工条件で行われる。
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

上述したレーザ加工溝Ｍの形成においては、被加工物Ｗの表面Ｗａに加工ヘッド６２からレーザビームを照射することにより被加工物Ｗが溶融され、図５に示すように、シリコン基板由来のシリコンデブリＧ１と金属部の破片Ｇ２とが発生する。シリコンのデブリＧ１の大きさは例えば０．５μｍ以下と小さいのに対して、金属部の破片Ｇ２の大きさは２０μｍ〜５０μｍ程度あり、その厚みも５μｍ程度とシリコンデブリＧ１より大きい。また、シリコンデブリＧ１は、金属部の破片Ｇ２よりも多く発生する。

上記シリコンデブリＧ１及び金属部の破片Ｇ２を被加工物Ｗ上から除去するために、アブレーション加工中においては、集塵手段７を作動させ、集塵手段７によりシリコンデブリＧ１及び金属部の破片Ｇ２を吸引除去する。すなわち、吸引源７９が吸引を行うことで、広域吸引部７０と吸引ダクト７３とから構成される流路に、吸引源７９へと向かう方向のエアの流れが発生する。また、ソレノイドバルブ７６を連通位置に切り替えることで、局所吸引パイプ７５とソレノイドバルブ７６とから構成される流路に、吸引源７９へと向かう方向のエアの流れが発生する。なお、広域吸引部７０には、エア流入口７０２が設けられているため、エア流入口７０２から広域吸引部７０内部に効率よく外気を取り込むことが可能となっている。

金属部の破片Ｇ２は、その発生個数がシリコンデブリＧ１の発生個数よりも少なく、また、シリコンデブリＧ１よりも大きく重いため、被加工物Ｗにレーザビームが照射される領域である加工領域周りにおいて発生した後、シリコンデブリＧ１に比べて広範囲に飛散はしない。そのため、金属部の破片Ｇ２は、発生した直後に、レーザビームの照射箇所に近い位置に位置付けられている局所吸引パイプ７５の先端７５ａから、局所吸引パイプ７５の内部に随時吸引されていく。また、局所吸引パイプ７５の管径は吸引ダクト７３の口径よりも小さいため、局所吸引パイプ７５の内部のエアの流速は、吸引ダクト７３内部のエアの流速よりも速くなる。そのため、大きく重い金属部の破片Ｇ２であっても、局所吸引パイプ７５によって素早く十分に吸引し、被加工物Ｗ上から除去していくことができる。したがって、発生した金属部の破片Ｇ２によって被加工物Ｗに照射されているレーザビームが散乱して被加工物Ｗの表面Ｗａに焼けを生じさせ、被加工物Ｗを損傷させてしまうおそれを低減させることができる。

シリコンデブリＧ１の発生個数は金属部の破片Ｇ２の発生個数はよりも多く、また、シリコンデブリＧ１は金属部の破片Ｇ２よりも小さく軽いため、被加工物Ｗにレーザビームが照射される領域である加工領域周りにおいて発生した後、被加工物Ｗ上に飛散する場合がある。しかし、飛散したシリコンデブリＧ１は、随時広域吸引部７０から吸引ダクト７３の内部に吸引されていく。したがって、被加工物Ｗ上からシリコンデブリＧ１も十分に吸引除去されていく。

なお、本発明に係るレーザ加工装置１は上記実施形態に限定されるものではなく、また、添付図面に図示されているレーザ加工装置１の各構成の形状等についても、これに限定されず、本発明の効果を発揮できる範囲内で適宜変更可能である。

１：レーザ加工装置１０：基台１１：コラム１３：アライメント用カメラ
２１：移動手段
２１０：ボールネジ２１１：ガイドレール２１２：モータ２１３：可動板
２２：Ｙ軸方向移動手段２２０：ボールネジ２２１：ガイドレール
２２２：モータ２２３：可動板
３０：チャックテーブル３００：吸着部３００ａ：保持面３０１：枠体
３１：カバー３２：回転手段３３：固定クランプ
６：レーザビーム照射手段６０：ハウジング６１：レーザビーム発振手段
６２：加工ヘッド６２ａ：集光レンズ
７：集塵装置
７０：広域吸引部７００：天井７００ａ：開口７００ｂ：連結部
７００ｃ：ボルト挿通穴７０１：側壁７０２：エア流入口７０３：吸引口
７３：吸引ダクト７３１：通路７３ａ：吸引ダクトの一端
７３ｂ：吸引ダクトの他端７３２：雌ネジ穴７３２ａ：ボルト
７５：局所吸引パイプ７５ａ：局所吸引パイプの先端７５ｂ：局所吸引パイプの後端
７６：ソレノイドバルブ
７９：吸引源
Ｗ：被加工物Ｗａ：被加工物の表面Ｗｂ：被加工物の裏面Ｓ：加工予定ライン
Ｄ：デバイスＴ：保護テープＦ：環状フレームＭ：レーザ加工溝
Ｇ１：シリコンデブリＧ２：金属部の破片

Claims

レーザ加工装置であって、
レーザ加工溝が形成される加工予定ラインが設定され少なくとも該加工予定ライン上に金属部が形成された被加工物を保持するチャックテーブルと、
レーザビーム発振手段と、該レーザビーム発振手段で発振されたレーザビームを集光する集光レンズを有する加工ヘッドとを具備し、該チャックテーブルで保持された被加工物にアブレーション加工を施すレーザビーム照射手段と、
該チャックテーブルと該レーザビーム照射手段とを加工送り方向に相対移動させる移動手段と、
該集光レンズで集光されたレーザビームが被加工物に照射されることで発生するデブリを集塵する集塵手段と、を備え、
該集塵手段は、
該集光レンズで集光されたレーザビームの通過を許容する開口が形成された天井と、該天井から垂下した側壁と、を有し、該側壁には該加工送り方向に該開口を挟んで互いに対面するエア流入口と吸引源に接続された吸引口とを備える広域吸引部と、
該広域吸引部内に配設され、吸引源に接続されるとともに該金属部の破片を吸引する局所吸引パイプと、を含むレーザ加工装置。