JP6755707B2 - レーザー加工装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ウエーハの分割予定ラインに分割起点となるレーザー加工を施すレーザー加工装置に関する。
ＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ、ＳＡＷデバイス、パワーデバイス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ウエーハは、レーザー加工装置によって個々のデバイスに分割され、携帯電話、パソコン、照明機器等の電気機器に利用される（例えば、特許文献１を参照。）。
レーザー加工装置は、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射する集光器を備えたレーザー光線照射手段と、該保持手段と該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、から概ね構成されていて、ウエーハの分割予定ラインに沿って高精度にレーザー光線を照射して分割加工を施すことができる。
また、レーザー加工装置は、上記特許文献１に開示されるが如く、被加工物に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射して表面にアブレーション加工を施すタイプのものと、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を被加工物の内部に位置付けて照射し改質層を形成するタイプ（例えば、特許文献２を参照。）のものと、に分けられる。
しかし、上記いずれのタイプにおいても、ウエーハを良好な品質で切断するためには、分割予定ラインに沿って複数回レーザー光線を照射しなければならず、生産性が悪いという問題がある。そこで、本出願人は、分割予定ラインの表面から裏面に至り、細孔と該細孔を囲繞する非晶質とからなるシールドトンネルを形成する技術を開発し、既に提案している（例えば、特許文献３を参照。）。
特開平１０−３０５４２０号公報 特許第３４０８８０５号公報 特開２０１４−２２１４８３号公報
上記特許文献３に開示された技術によれば、ウエーハの分割予定ラインの表面から裏面に至り、細孔と該細孔を囲繞する非晶質とからなるシールドトンネルを形成することが可能になり、分割起点となる脆弱部を形成することが可能になるものの、ウエーハの裏面からレーザー光線を照射してシールドトンネルを形成する際に、ウエーハの表面のデバイスが形成された層（Ｅｐｉ層）に、レーザー光線照射手段から照射されるレーザー光線の一部が到達し、表面側に形成されたデバイスにダメージを与え、デバイスの品質を低下させるという問題があることが判明した。
本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、ウエーハの分割予定ラインの表面から裏面に至り、細孔と該細孔を囲繞する非晶質とからなるシールドトンネルを形成するレーザー加工を施す際に、ウエーハに形成されているデバイスにダメージを与えることがないレーザー加工装置を提供することにある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、ウエーハを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたウエーハにレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該保持手段と該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、から少なくとも構成されるレーザー加工装置であって、該レーザー光線照射手段は、パルスレーザー光線を発振する発振器と、該発振器が発振したパルスレーザー光線を集光し該保持手段に保持されたウエーハに照射する集光器と、から少なくとも構成され、該発振器が発振するパルスレーザー光線は、複数のサブパルスからなるバーストパルスにより構成され、該発振器は、該バーストパルスを構成する該サブパルスが低エネルギーから高エネルギーに変化するように生成するものであり、該サブパルスが低エネルギーから高エネルギーに変化するバーストパルスからなるパルスレーザー光線の集光点がウエーハの内部に位置付けられて照射され細孔と該細孔を囲繞する非晶質とからなるシールドトンネルを該ウエーハの表面から裏面に至るまで形成するレーザー加工装置が提供される。
本発明のレーザー加工装置は、ウエーハを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたウエーハにレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該保持手段と該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、から少なくとも構成されるレーザー加工装置であって、該レーザー光線照射手段は、パルスレーザー光線を発振する発振器と、該発振器が発振したパルスレーザー光線を集光し該保持手段に保持されたウエーハに照射する集光器と、から少なくとも構成され、該発振器が発振するパルスレーザー光線は、複数のサブパルスからなるバーストパルスにより構成され、該発振器は、該バーストパルスを構成する該サブパルスが低エネルギーから高エネルギーに変化するように生成するものであり、該サブパルスが低エネルギーから高エネルギーに変化するバーストパルスからなるパルスレーザー光線の集光点がウエーハの内部に位置付けられて照射され細孔と該細孔を囲繞する非晶質とからなるシールドトンネルを該ウエーハの表面から裏面に至るまで形成するように構成されていることから、ウエーハに照射される１パルスあたりのエネルギーが、複数のサブパルスに分散され、レーザー光線により与えられるエネルギーの殆どがシールドトンネルの形成に使われ、漏れ光の発生が抑制されるのでウエーハに形成されているデバイスにダメージを与えることがなく、デバイスの品質が低下するという問題を解消することができる。
さらに本発明によれば、レーザー光線を照射する際に、該発振器は、バーストパルスを構成するサブパルスが低エネルギーから高エネルギーに変化するように生成するものであり、該サブパルスが低エネルギーから高エネルギーに変化するバーストパルスからなるパルスレーザー光線をウエーハに照射するものであるから、シールドトンネルがより徐々に形成されることになり、エネルギーの殆どがシールドトンネルの形成に有効に使用され、さらに漏れ光を減少させることができ、デバイスの品質を低下させるという問題をより解消させることができる。
本発明に基づき構成されるレーザー加工装置の全体斜視図。 図１のレーザー加工装置に配設されるレーザー光線照射手段の概略を示すブロック図。 図１のレーザー加工装置において加工されるウエーハをフレームに保持する工程を説明する説明図。 図１のレーザー加工装置においてウエーハをレーザー加工する工程を説明する説明図。
以下、本発明によるレーザー加工装置、及びその作用について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１には、本発明に基づいて構成されるレーザー加工を実施するためのレーザー加工装置４０の全体斜視図が示されている。図に示すレーザー加工装置４０は、基台４１と、ウエーハを保持する保持機構４２と、保持機構４２を移動させる移動手段４３と、保持機構４２に保持されるウエーハ１０にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段４４と、撮像手段４５と、後述するコンピュータにより構成される制御手段２０（図２を参照）を備え、該制御手段２０により各手段が制御されるように構成されている。
保持機構４２は、Ｘ方向において移動自在に基台４１に搭載された矩形状のＸ方向可動板５１と、Ｙ方向において移動自在にＸ方向可動板５１に搭載された矩形状のＹ方向可動板５３と、Ｙ方向可動板５３の上面に固定された円筒状の支柱５０と、支柱５０の上端に固定された矩形状のカバー板５２とを含む。カバー板５２にはＹ方向に延びる長穴５２ａが形成されている。長穴５２ａを通って上方に延びる円形状の被加工物を保持する保持手段としてのチャックテーブル５４の上面には、通気性のある多孔質材料から形成され実質上水平に延在する円形状の吸着チャック５６が配置されている。吸着チャック５６は、支柱５０を通る流路によって図示しない吸引手段に接続されている。チャックテーブル５４の周縁には、周方向に間隔をおいて複数個のクランプ５８が配置されている。なお、Ｘ方向は図１に矢印Ｘで示す方向であり、Ｙ方向は図１に矢印Ｙで示す方向であってＸ方向に直交する方向である。Ｘ方向、Ｙ方向で規定される平面は実質上水平である。
移動手段４３は、Ｘ方向移動手段６０と、Ｙ方向移動手段６５と、図示しない回転手段とを含む。Ｘ方向移動手段６０は、基台４１上においてＸ方向に延びるボールねじ６０ｂと、ボールねじ６０ｂの片端部に連結されたモータ６０ａとを有する。ボールねじ６０ｂの図示しないナット部は、Ｘ方向可動板５１の下面に固定されている。そしてＸ方向移動手段６０は、ボールねじ６０ｂによりモータ６０ａの回転運動を直線運動に変換してＸ方向可動板５１に伝達し、基台４１上の案内レール４３ａに沿ってＸ方向可動板５１をＸ方向において進退させる。Ｙ方向移動手段６５は、Ｘ方向可動板５１上においてＹ方向に延びるボールねじ６５ｂと、ボールねじ６５ｂの片端部に連結されたモータ６５ａとを有する。ボールねじ６５ｂの図示しないナット部は、Ｙ方向可動板５３の下面に固定されている。そして、Ｙ方向移動手段６５は、ボールねじ６５ｂによりモータ６５ａの回転運動を直線運動に変換し、Ｙ方向可動板５３に伝達し、Ｘ方向可動板５１上の案内レール５１ａに沿ってＹ方向可動板５３をＹ方向において進退させる。回転手段は、支柱５０に内蔵され支柱５０に対して吸着チャック５６を回転させる。
上述したように、本実施形態におけるレーザー加工装置４０は、制御手段２０を備えており、該制御手段２０は、コンピュータにより構成され、制御プログラムに従って演算処理する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）と、検出した検出値、演算結果等を一時的に格納するための読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、入力インターフェース、及び出力インターフェースとを備えている（詳細についての図示は省略）。該制御手段の入力インターフェースには、撮像手段４５からの画像信号の他、保持機構４２の図示しないＸ方向、Ｙ方向の位置検出手段からの信号等が入力される。また、該出力インターフェースからは、後述するレーザー光線照射手段４４、Ｘ方向移動手段６０、Ｙ方向移動手段６５等に向けて作動信号が送信される。
レーザー光線照射手段４４は、基台４１の上面から上方に延び、次いで実質上水平に延びる枠体４６に内蔵され、被加工物であるウエーハ１０の分割予定ラインに沿って細孔と該細孔を囲繞する非晶質とからなるシールドトンネルを形成するための構成を備える。より具体的には、図２（ａ）に示すように、本発明のレーザー光線照射手段４４は、レーザー光線発振器４４ｂと、該レーザー光線発振器４４ｂから出力されたパルスレーザー光線を反射させる反射板４４ｃと、反射板４４ｃにより光路を変更されたパルスレーザー光線を集光してウエーハ１０に照射する集光レンズ４４６を備えた集光器４４ａと、を備える。
該レーザー光線発振器４４ｂは、シード光（種光）となる低出力で高周波のパルスレーザー光線を発振するシーダ４４１と、シーダ４４１から発振された高周波のパルスレーザー光線が入射される音響光学変調器（Ａｃｏｕｓｔ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：以下、「ＡＯＭ」という。）４４２と、ＡＯＭ４４２の回析格子作用により間引かれたパルスレーザー光線を吸収するダンパー４４３と、ＡＯＭ４４２を透過した高周波パルスの出力をシールドトンネルの形成を可能ならしめるべく増幅する増幅器４４４と、を備えている。該ＡＯＭ４４２は、該入射パルスレーザー光線を回析格子の作用により所定の繰り返し周波数で所定のパルス数だけ間引き、複数の高周波パルス（本実施形態では５パルス、以下、「サブパルス」という。）を一単位とするパルス（以下、「バーストパルス」という。）により構成されるパルスレーザー光線を出力する。
ＡＯＭ４４２は、例えば、テルライト系ガラスからなる音響光学媒体を備え、該音響光学媒体には図示しない圧電素子が接着されている。該音響光学媒体は、圧電素子により超音波振動が伝達されると、光弾性効果による回析格子の作用を生じるものであり、ＡＯＭ４４２の圧電素子に対して、任意の超音波振動を生じさせるためのＡＯＭ制御手段４４５が接続されている。そして、ＡＯＭ制御手段４４５を制御することにより、ＡＯＭ４４２を透過するサブパルスを任意の数に形成することが可能になっている。また、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、ＡＯＭ４４２の作用に加え、増幅器４４４の作用により、１つのバーストパルス（ＢＰ）を構成する該５つのサブパルスの各々の出力（Ｐ）を、段階的に低エネルギーから高エネルギーに徐々に変化させるように増幅して出力するように設定されており、該バーストパルスを１つのパルスとする繰り返し周波数で、シールドトンネルを形成することが可能なパルスレーザー光線が出力される。上述したシーダ４４１、ＡＯＭ４４２、増幅器４４４は、レーザー加工装置４０に備えられた制御手段２０により適宜制御される。
本発明に基づいて構成されるレーザー加工装置４０の作用について、順を追って説明する。先ず、図３に示すように、例えば、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ３）を基板として含む被加工物としてのウエーハ１０を用意する。該ウエーハ１０の表面１０ａ側には、格子状に配列された複数の分割予定ライン１４によって複数の領域が区画され、この区画された領域にＳＡＷデバイス１２が形成されている。本実施形態においては、被加工物となるウエーハ１０の裏面１０ｂ側からウエーハ１０の内部に分割起点を形成するためのレーザー光線を照射すべく、ウエーハ１０の裏面１０ｂ側を上方に向けて環状のフレームＦの該開口部に位置付け、粘着テープＴに表面１０ａ側が貼着されると共に粘着テープＴの外周部は環状のフレームＦに装着されることにより一体化される。レーザー加工装置４０のチャックテーブル５４の吸着チャック５６上に、粘着テープＴ側を下に、すなわち表面１０ａ側を下にして該ウエーハ１０を載置し、クランプ５８によりその環状のフレームＦを保持すると共に、図示しない吸引手段を作動して負圧を吸着チャック５６に作用させてウエーハ１０を吸引保持する。
吸着チャック５６上にウエーハ１０を吸引保持したならば、Ｘ方向移動手段６０、Ｙ方向移動手段６５を作動して、チャックテーブル５４を移動してウエーハ１０を撮像手段４５の直下に位置付ける。チャックテーブル５４が撮像手段４５の直下に位置付けられると、撮像手段４５、および制御手段２０によって、ウエーハ１０のレーザー加工すべき領域を検出するアライメント工程を実行する。即ち、撮像手段４５、および制御手段２０は、ウエーハ１０の所定方向に形成されている分割予定ライン１２と、分割予定ライン１２に対応する位置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４４の集光器４４ａ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てレーザー光線照射位置のアライメントを行う。なお、該所定方向と直交する方向に形成される分割予定ライン１２に沿っても同様のアライメント工程を遂行する。
上述したアライメント工程を実行したならば、チャックテーブル５４を、集光器４４ａが位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の方向に形成された分割予定ライン１２の一端が集光器４４ａの直下になるように位置付ける。そして、図示しない集光点位置調整手段を作動して集光器４４ａを光軸方向に移動し、ウエーハ１０を構成するリチウムタンタレート基板の内部の所定位置に集光点を位置付ける。
上述した集光点の位置付けを行ったならば、図４（ａ）に示すように、レーザー光線照射手段４４を作動し、レーザー光線発振器４４ｂによりウエーハ１０内にシールドトンネル１００を形成するためのパルスレーザー光線を照射する。該パルスレーザー光線は、集光器４４ａにより集光されて、ウエーハ１０の分割予定ライン１２の一端部に照射される。レーザー光線の照射が開始されると、Ｘ方向移動手段６０を作動して、チャックテーブル５４を図４の矢印Ｘ１で示す方向に相対的に移動することにより、該レーザー光線が分割予定ライン１２に沿って照射される。これにより、分割予定ライン１２に沿って、表面から裏面に至り上下方向に延びる細孔１０２と、該細孔１０２をシールドする非晶質１０４とが形成されたシールドトンネル１００が連続的に形成される（図４（ｂ）を参照）。該レーザー光線照射手段４４と、チャックテーブル５４と、Ｘ方向移動手段６０と、Ｙ方向移動手段６５とを制御手段２０の制御プログラムに従って作動し、ウエーハ１０に形成された全ての分割予定ライン１２に沿って上記と同様なシールドトンネル１００が形成される。このようにして、シールドトンネルを形成する工程が完了したら、ウエーハ１０に外力を付与して個々のデバイス１４に分離する分離工程に搬送する。なお、当該分離工程については、本発明の要部を構成せず、また周知の分離手段を用いることができるため（例えば、上述した特許文献３の図８及びその説明を参照）、詳細な説明は省略する。
なお、上記シールドトンネルを形成する加工におけるレーザー加工条件は、例えば次のように設定されている。なお、下記の「パルスレーザー光線の波長」は、複数のサブパルスから構成されるバーストパルスを１パルスとするパルスレーザー光線の波長である。
パルスレーザー光線の波長 ：１０３０ｎｍ
シーダの発振周波数 ：１０ＭＨｚ
バーストパルスを構成するサブパルス数 ：５個
パルスレーザー光線の繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
増幅後の平均出力 ：３Ｗ
スポット径 ：φ１０μｍ
集光レンズの開口数／ウエーハの屈折率 ：０．０５〜０．２０
Ｘ方向加工送り速度 ：５００ｍｍ／秒
シールドトンネル寸法 ：φ１μｍの細孔、φ１０μｍの非晶質
本発明は、以上のように構成されていることにより、複数のサブパルスにより構成される一のバーストパルスによって、一つのシールドトンネルを形成するようになっているため、大きなエネルギーを１回のパルスによって与えてシールドトンネルを形成する場合に比べ、漏れ光等の作用によりＥｐｉ層に形成されたデバイスにダメージを与えることが抑制される。特に、上述した実施形態では、一のバーストパルスを構成する複数のサブパルスを、低エネルギーから高エネルギーに変化するように生成し、該バーストパルスからなるパルスレーザー光線がウエーハに照射されことによって、よりＥｐｉ層にダメージが与えられることが回避される。
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形例を含むことができる。上記実施形態では、被加工物となるウエーハの基板としてリチウムタンタレートを採用した例を示したが、これに限定されず、リチウムナイオベート、炭化珪素（ＳｉＣ）等、シールドトンネルを形成可能な材料であれば、いずれも採用することができる。また、シーダが発振した高周波パルスから複数のパルスを抜き出して、該複数のサブパルスから構成されるバーストパルスを生成する際に音響光学変調器ＡＯＭを使用したが、これに限定されるものではなく、シーダから発振される高周波のパルスから所定の繰り返し周波数でパルスを間引く手段として電気光学変調器（ＥＯＭ）、或いはレーザーシャッター等、周知の方法を採用することもできる。
１０：ウエーハ
１２：分割予定ライン
１４：デバイス
４０：レーザー加工装置
４４：レーザー光線照射手段
４４ｂ：レーザー光線発振器
４４１：シーダ
４４２：音響光学変調器（ＡＯＭ）
４４３：ダンパー
４４４：増幅器
４４５：ＡＯＭ制御手段
４４ａ：集光器
１００：シールドトンネル
ＢＰ：バーストパルス

Claims (1)

  1. ウエーハを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたウエーハにレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該保持手段と該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、から少なくとも構成されるレーザー加工装置であって、
    該レーザー光線照射手段は、パルスレーザー光線を発振する発振器と、該発振器が発振したパルスレーザー光線を集光し該保持手段に保持されたウエーハに照射する集光器と、
    から少なくとも構成され、
    該発振器が発振するパルスレーザー光線は、複数のサブパルスからなるバーストパルスにより構成され、該発振器は、該バーストパルスを構成する該サブパルスが低エネルギーから高エネルギーに変化するように生成するものであり、該サブパルスが低エネルギーから高エネルギーに変化するバーストパルスからなるパルスレーザー光線の集光点がウエーハの内部に位置付けられて照射され細孔と該細孔を囲繞する非晶質とからなるシールドトンネルを該ウエーハの表面から裏面に至るまで形成するレーザー加工装置。
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