JP7216607B2

JP7216607B2 - レーザー加工装置

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Publication number: JP7216607B2
Application number: JP2019087477A
Authority: JP
Inventors: 翼小幡
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2019-05-07
Filing date: 2019-05-07
Publication date: 2023-02-01
Anticipated expiration: 2039-05-07
Also published as: JP2020182961A

Description

本発明は、レーザー加工装置に関する。

ウェーハにレーザー光線を照射することによって、ウェーハをアブレーション加工して分割溝を形成するレーザー加工装置がある。分割溝に沿ってウェーハを分割することによって、チップが得られる。このようなレーザー加工装置では、チップを多く生産するために、分割溝の幅が狭くされる。

たとえば、特許文献１に開示されている技術では、所定の間隔の隙間（スリット）を用いて、スリットを通過した幅が狭くなったレーザー光線を照射させ、分割溝の幅を狭くしている。
すなわち、この文献の技術では、スリットは、分割溝に対応した幅を有しており、この幅が狭められている。このような幅の狭いスリットを透過したレーザー光線をウェーハに照射することによって、狭い幅の分割溝が形成される。

特開２０１０－１５８７１０号公報

しかしながら、従来、スリットの幅に関しては、予め決められた幅のスリットが形成された板（マスク部材）を用いていた。そのため、スリットの幅を変更する場合、板を交換する必要があり、板を交換後、スリットの幅の中心とレーザー光線の光軸中心とを一致させるために、スリットの位置調整を行う必要があり、スリットの幅を変更する事が困難である。

このように、従来、スリットの幅を変更して分割溝の幅を変更することは、レーザー加工装置の生産性を低下させる。

本発明の目的は、ウェーハをアブレーション加工する際、分割溝の幅を容易に変更することにある。
また、本発明の他の目的は、スリットを、スリットの中心とレーザー光線のガウシアン分布の中心（光軸の中心）とを一致させて形成させることにある。

本発明のレーザー加工装置（本加工装置）は、被加工物を保持する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をレーザー光線の照射によって加工するレーザー加工手段と、該チャックテーブルを該レーザー加工手段に対して相対的にＸ軸方向に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルを該レーザー加工手段に対して相対的に該Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向にインデックス送りするインデックス送り手段と、を備えるレーザー加工装置であって、該レーザー加工手段は、レーザー光線を発振するレーザー発振器と、該レーザー発振器から発振されたレーザー光線を集光する集光器と、該レーザー発振器と該集光器との間に配設され、レーザー光線の進行方向に垂直な方向であるＷ軸方向のエネルギー分布を、裾野部分が垂直なガウシアン分布に修正するエネルギー分布修正手段と、を備え、該エネルギー分布修正手段は、レーザー光線のＷ軸方向の一方側を遮光する第１板と、該第１板に対向し、レーザー光線のＷ軸方向の他方側を遮光する第２板と、該第１板および該第２板の少なくとも一方をＷ軸方向に移動させることにより、該第１板と該第２板との間によってスリットを形成するスリット形成手段と、該スリットを形成している状態の該第１板および該第２板を共にＷ軸方向に移動させるＷ軸方向移動手段と、該スリットおよび該集光器を通過したレーザー光線のエネルギー量を測定するパワーメータと、該スリットを形成している状態の該第１板および該第２板が、該Ｗ軸方向移動手段によって共にＷ軸方向に移動されているときに、該パワーメータによるレーザー光線のエネルギー量の測定値を取得し、この測定値が最大値になったときに、該スリットの中心とレーザー光線の光軸の中心とが一致したと認識する認識部と、該認識部によって該スリットの中心とレーザー光線の光軸の中心とが一致したと認識されたときに、該Ｗ軸方向移動手段の動作を停止する制御部と、を備える。

本加工装置では、スリット形成手段が第１板の位置を変更することによって、スリット幅を適切に設定する。さらに、認識部および制御部が、パワーメータの出力値に応じてＷ軸方向移動手段を制御することによって、スリットの中心とレーザー光線の光軸とが一致するような位置に、第１板および第２板を配置する。

これにより、本加工装置では、スリット幅、すなわち、レーザー光線によって被加工物に形成される分割溝の幅を変更しても、スリットの中心とレーザー光線の光軸の中心とを一致させて分割溝の形状を適切に維持することができる。したがって、被加工物をアブレーション加工する際、分割溝の幅を、容易かつ自在に変更することができる。

また、分割溝の幅を変更しても分割溝の形状を適切に維持することができるので、分割溝の深さを均一にすることができる。このため、被加工物の分割不良を抑制することもできる。

レーザー加工装置の構成を示す斜視図である。エネルギー分布修正手段の構成を示す説明図である。第１板および第２板を大きく開いた状態を示す説明図である。第１板と第２板との間によって、所定のスリット幅を有するスリットが形成された状態を示す説明図である。スリットを形成している第１板および第２板がＷ２方向に移動されている状態を示す説明図である。上記のスリットの中心がレーザー光線の光軸の中心に一致された状態を示す説明図である。

図１に示すレーザー加工装置１０は、レーザー光線によってアブレーション加工することによって、ウェーハ１に分割溝を形成するものである。
レーザー加工装置１０は、直方体状の基台１１、および、基台１１の一端に立設された立壁部１３を備えている。

基台１１の上面には、チャックテーブル４３を移動させるチャックテーブル移動機構１４が設けられている。チャックテーブル移動機構１４は、チャックテーブル４３を、Ｘ軸方向に加工送りするとともに、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向にインデックス送りする。

チャックテーブル移動機構１４は、チャックテーブル４３を備えたチャックテーブル部４０、チャックテーブル４３をインデックス送り方向に移動するインデックス送り手段２０、および、チャックテーブル４３を加工送り方向に移動する加工送り手段３０を備えている。

インデックス送り手段２０は、チャックテーブル４３を、レーザー加工手段１２に対して相対的に、Ｙ軸方向にインデックス送りする。
インデックス送り手段２０は、Ｙ軸方向に延びる一対のガイドレール２３、ガイドレール２３に載置されたＹ軸テーブル２４、ガイドレール２３と平行に延びるボールネジ２５、および、ボールネジ２５を回転させる駆動モータ２６を含んでいる。

一対のガイドレール２３は、Ｙ軸方向に平行に、基台１１の上面に配置されている。Ｙ軸テーブル２４は、一対のガイドレール２３上に、これらのガイドレール２３に沿ってスライド可能に設置されている。Ｙ軸テーブル２４上には、加工送り手段３０およびチャックテーブル部４０が載置されている。

ボールネジ２５は、Ｙ軸テーブル２４の下面側に設けられたナット部（図示せず）に螺合されている。駆動モータ２６は、ボールネジ２５の一端部に連結されており、ボールネジ２５を回転駆動する。ボールネジ２５が回転駆動されることで、Ｙ軸テーブル２４、加工送り手段３０およびチャックテーブル部４０が、ガイドレール２３に沿って、インデックス送り方向（Ｙ軸方向）に移動する。

加工送り手段３０は、チャックテーブル４３を、レーザー加工手段１２に対して相対的に、Ｘ軸方向に加工送りする。
加工送り手段３０は、Ｘ軸方向に延びる一対のガイドレール３１、ガイドレール３１上に載置されたＸ軸テーブル３２、ガイドレール３１と平行に延びるボールネジ３３、および、ボールネジ３３を回転させる駆動モータ３５を備えている。

一対のガイドレール３１は、Ｘ軸方向に平行に、Ｙ軸テーブル２４の上面に配置されている。Ｘ軸テーブル３２は、一対のガイドレール３１上に、これらのガイドレール３１に沿ってスライド可能に設置されている。Ｘ軸テーブル３２上には、チャックテーブル部４０およびパワーメータ８０が載置されている。

ボールネジ３３は、Ｘ軸テーブル３２の下面側に設けられたナット部（図示せず）に螺合されている。駆動モータ３５は、ボールネジ３３の一端部に連結されており、ボールネジ３３を回転駆動する。ボールネジ３３が回転駆動されることで、Ｘ軸テーブル３２およびチャックテーブル部４０が、ガイドレール３１に沿って、加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動する。

チャックテーブル部４０は、被加工物の一例としてのウェーハ１を保持するために用いられる。図１に示すように、ウェーハ１は、リングフレームＦ、粘着テープＴおよびウェーハ１を含むワークセットＷＳとして、チャックテーブル部４０に保持される。

チャックテーブル部４０は、ウェーハ１を保持するチャックテーブル４３、チャックテーブル４３の周囲に設けられたクランプ部４５、および、チャックテーブル４３を支持するθテーブル４７を有している。θテーブル４７は、Ｘ軸テーブル３２の上面に、ＸＹ平面内で回転可能に設けられている。チャックテーブル４３は、ウェーハ１を吸着保持するための部材である。チャックテーブル４３は、円板状に形成されており、θテーブル４７上に設けられている。

チャックテーブル４３の上面には、ポーラスセラミックス材を含む保持面が形成されている。この保持面は、吸引源（図示せず）に連通されている。チャックテーブル４３の周囲には、支持アームを含む４つのクランプ部４５が設けられている。４つのクランプ部４５は、エアアクチュエータ（図示せず）により駆動されることで、チャックテーブル４３に保持されているウェーハ１の周囲のリングフレームＦを、四方から挟持固定する。

レーザー加工装置１０の立壁部１３は、チャックテーブル移動機構１４の後方に立設されている。立壁部１３の前面に、レーザー加工手段１２が設けられている。

レーザー加工手段１２は、チャックテーブル４３に保持されたウェーハ１を、レーザー光線を照射することによって加工する。本実施形態では、レーザー加工手段１２は、ウェーハ１をレーザー光線によってアブレーション加工することによって、ウェーハ１に分割溝を形成する。
レーザー加工手段１２は、ウェーハ１にレーザー光線を照射する加工ヘッド１８、および、加工ヘッド１８を支持するアーム部１７を有している。

アーム部１７は、立壁部１３から、チャックテーブル移動機構１４の方向に突出している。加工ヘッド１８は、チャックテーブル移動機構１４におけるチャックテーブル部４０のチャックテーブル４３あるいはパワーメータ８０に対向するように、アーム部１７の先端に支持されている。

アーム部１７および加工ヘッド１８の内部には、レーザー加工手段１２の光学系が設けられている。

図２に示すように、レーザー加工手段１２は、アーム部１７内に、レーザー光線Ｌを発振するレーザー発振器６１、および、レーザー光線Ｌのエネルギー分布を修正するエネルギー分布修正器６２を備えている。

また、レーザー加工手段１２は、加工ヘッド１８内に、レーザー光線Ｌを反射する反射ミラー６５、および、レーザー光線Ｌを集光して出力する集光レンズ（集光器）６６を有している。

レーザー発振器６１は、たとえば固体レーザー光源である。レーザー発振器６１は、アーム部１７内において－Ｙ方向にレーザー光線を発振する。レーザー光線Ｌのエネルギー分布は、ガウシアン分布によって近似することができる。したがって、レーザー光線Ｌのエネルギーは、Ｗ軸方向の断面では、矢印Ａに示すような分布を有する。

ここで、Ｗ軸方向は、レーザー光線Ｌの進行方向に直交するとともに、加工送り方向であるＸ軸方向（図２の紙面に垂直な方向）に直交する方向である。したがって、Ｗ軸方向は、アーム部１７内ではＺ軸方向と一致し、加工ヘッド１８内ではＹ軸方向と一致する。

エネルギー分布修正器６２は、レーザー光線Ｌの一部を遮光することが可能なように構成されており、レーザー光線ＬにおけるＷ軸方向のエネルギー分布の修正に寄与する。

エネルギー分布修正器６２を経たレーザー光線Ｌは、加工ヘッド１８内の反射ミラー６５によって－Ｚ方向に反射され、集光レンズ６６に導かれる。集光レンズ６６は、レーザー光線Ｌを集光して、加工ヘッド１８の外部に向けて、－Ｚ方向に照射する。

集光レンズ６６によって集光されたレーザー光線Ｌは、図１に示したウェーハ１を加工する際には、チャックテーブル４３上のウェーハ１に照射される。
一方、レーザー光線Ｌにおけるエネルギー分布の修正時には、図２に示すように、レーザー光線Ｌは、パワーメータ８０に照射される。

以下に、レーザー加工装置１０におけるエネルギー分布修正手段について説明する。エネルギー分布修正手段は、レーザー光線ＬにおけるＷ軸方向のエネルギー分布を、矢印Ｂによって示すように、裾野部分が垂直なガウシアン分布に修正する。これにより、レーザー光線Ｌの幅（Ｗ軸方向の長さ）が設定される。

レーザー加工装置１０におけるエネルギー分布修正手段は、上述したアーム部１７および加工ヘッド１８に内蔵されたレーザー加工手段１２の光学系に加えて、図２に示す制御部５２、認識部５３およびパワーメータ８０を含む。

図２に示すように、レーザー加工手段１２のエネルギー分布修正器６２は、レーザー光線Ｌの＋Ｗ側に配された第１板６３を備えている。さらに、エネルギー分布修正器６２は、第１板６３に対向するようにレーザー光線Ｌの－Ｗ側に配された第２板６４を備えている。
また、エネルギー分布修正器６２は、第１板６３をＷ軸方向に移動させる第１移動機構６３１を備えている。第１移動機構６３１は、スリット形成手段の一例に相当する。

さらに、エネルギー分布修正器６２は、第１板６３と第２板６４とを、Ｗ軸方向に沿って一緒に移動させるＷ軸方向移動手段６７を備えている。すなわち、Ｗ軸方向移動手段６７は、第１板６３および第２板６４を、Ｗ軸方向に沿って、同じ方向に同じ距離だけ同時に移動させる。

そして、本実施形態では、第１板（上の刃）６３は、第１移動機構６３１あるいはＷ軸方向移動手段６７によって図２に示す第１方向としてのＷ１方向（＋Ｗ側から－Ｗ側へ向かう方向）に移動されることにより、レーザー光線ＬにおけるＷ軸方向の一方側（＋Ｗ側）を遮光することが可能となっている。

一方、第２板（下の刃）６４は、Ｗ軸方向移動手段６７によって図２に示す第２方向としてのＷ２方向（－Ｗ側から＋Ｗ側へ向かう方向）に移動されることにより、レーザー光線ＬにおけるＷ軸方向の他方側（－Ｗ側）を遮光することが可能となっている。

パワーメータ８０は、レーザー光線Ｌの進行方向における集光レンズ６６の下流に配置されている。パワーメータ８０は、集光レンズ６６によって集光されたレーザー光線Ｌの照射を受ける。これにより、パワーメータ８０は、照射されるレーザー光線Ｌのエネルギー量を測定する。

そして、エネルギー分布修正手段は、アブレーション加工によってウェーハ１に形成される切削溝の幅および形状を調整するために、レーザー光線Ｌのエネルギー分布修正を実施する。

すなわち、エネルギー分布修正手段は、第１板６３と第２板６４との間によって、レーザー光線Ｌを透過させるスリットＳを形成する。スリットＳを抜けたレーザー光線Ｌは、集光レンズ６６によって集光されて、外部に照射される。そして、外部に照射されるレーザー光線Ｌの幅（Ｗ軸方向の長さ）は、このスリットＳの幅に応じた値となる。さらに、レーザー光線Ｌの幅は、ウェーハ１に形成される分割溝の幅に対応する。

したがって、本実施形態にかかるエネルギー分布修正では、エネルギー分布修正手段は、スリットＳの幅を、作業者の望む適切な幅に設定する。

さらに、エネルギー分布修正手段は、スリットＳの中心（幅の中心）がレーザー光線Ｌの光軸の中心と一致するように、第１移動機構６３１、第２移動機構６４１およびＷ軸方向移動手段６７を制御する。
このようにスリットＳの中心がレーザー光線Ｌの光軸の中心と一致している場合、スリットＳを透過したレーザー光線Ｌのエネルギー分布は、垂直な裾野部分を有する適切なガウシアン分布となる。これにより、ウェーハ１に形成される切削溝の形状を、所望の形状とすることができる。

以下に、エネルギー分布修正手段によるエネルギー分布修正の動作について説明する。
図３に示すように、エネルギー分布修正では、まず、第１移動機構６３１およびＷ軸方向移動手段６７が、レーザー光線Ｌが第１板６３および第２板６４によって遮光されないように、第１板６３と第２板６４との間を大きく開く。さらに、加工ヘッド１８における集光レンズ６６の真下に、パワーメータ８０が配置される。

その後、レーザー発振器６１からレーザー光線Ｌが発振される。発振されたレーザー光線Ｌは、図２に示したエネルギー分布修正器６２、反射ミラー６５および集光レンズ６６を介して、パワーメータ８０に照射される。パワーメータ８０は、レーザー光線Ｌのエネルギー量を測定する。

なお、図３等では、説明を簡略化するために、集光レンズ６６によって集光されてパワーメータ８０に照射されるレーザー光線Ｌの幅を、スリットＳを抜けたレーザー光線Ｌの幅と同様としている。

次に、図４に示すように、第１移動機構６３１（図２参照）が、第１板６３をＷ１方向に移動させることにより、第１板６３と第２板６４との間によって、所定のスリット幅Ｄ０を有するスリットＳを形成する。この際、第２板６４は、たとえば、レーザー光線Ｌを遮光しない位置である開放位置にある。

さらに、図５に示すように、Ｗ軸方向移動手段６７（図２参照）が、スリットＳを形成している状態の第１板６３および第２板６４を、共に、Ｗ２方向に移動させる。このとき、パワーメータ８０は、スリットＳおよび集光器６０（図２参照）を通過したレーザー光線Ｌのエネルギー量を測定している。

認識部５３は、スリットＳを形成している状態の第１板６３および第２板６４が、Ｗ軸方向移動手段６７によって共にＷ２方向に移動されているときに、パワーメータ８０によるレーザー光線Ｌのエネルギー量の測定値を、継続的に取得する。そして、認識部５３は、パワーメータ８０の測定値が最大値になったときに、図６に示すように、スリットＳの中心とレーザー光線Ｌの光軸の中心Ｌ１とが一致したと認識する。
よって、レーザー光線Ｌの光軸の中心は、ガウシアン分布のエネルギーピークと一致している。

そして、このとき、すなわち、認識部５３によってスリットＳの中心とレーザー光線Ｌの光軸の中心Ｌ１とが一致したと認識されたときに、制御部５２が、Ｗ軸方向移動手段６７の動作を停止する。これにより、第１板６３および第２板６４が、スリットＳの中心とレーザー光線Ｌの光軸の中心Ｌ１とが一致するような位置に配置される。

以上のように、本実施形態では、第１移動機構６３１が第１板６３の位置を変更することによって、スリットＳのスリット幅Ｄ０を適切に設定する。さらに、認識部５３および制御部５２が、パワーメータ８０の出力値に応じてＷ軸方向移動手段６７を制御することによって、スリットＳの中心とレーザー光線Ｌの光軸の中心Ｌ１とが一致するような位置に、第１板６３および第２板６４を配置する。

これにより、本実施形態では、スリットＳのスリット幅Ｄ０、すなわち分割溝の幅を変更しても、スリットＳの中心とレーザー光線Ｌの光軸の中心Ｌ１とを一致させて、分割溝の形状を適切に維持することができる。したがって、本実施形態では、ウェーハ１をアブレーション加工する際、分割溝の幅を、容易かつ自在に変更することができる。

また、本実施形態では、分割溝の幅を変更しても分割溝の形状を適切に維持することができるので、分割溝の深さを均一にすることができる。このため、ウェーハ１の分割不良を抑制することもできる。

なお、上記のように、認識部５３は、Ｗ軸方向移動手段６７によって第１板６３および第２板６４がＷ２方向に移動されている際、パワーメータ８０の測定値が最大値になったときに、スリットＳの中心とレーザー光線Ｌの光軸の中心Ｌ１とが一致したと認識する。

この際、制御部５２は、パワーメータ８０の測定値が最大値となってから所定時間経過した後に、Ｗ軸方向移動手段６７の動作（第１板６３および第２板６４のＷ２方向への移動）を停止してもよい。この場合、第１板６３および第２板６４は、パワーメータ８０の測定値が最大値となる位置を、いったん通りすぎることになる。

その後、制御部５２は、Ｗ軸方向移動手段６７を制御して、第１板６３および第２板６４を、第２方向とは逆向きのＷ１方向に移動させる（引き返させる）。そして、認識部５３は、第１板６３および第２板６４がＷ１方向に移動されている際、パワーメータ８０の測定値が最大値になったときに、スリットＳの中心とレーザー光線Ｌの光軸の中心Ｌ１とが一致したと認識し、これに応じて、制御部５２が、Ｗ軸方向移動手段６７の動作を停止させる。
このような構成によっても、スリットＳの中心とレーザー光線Ｌの光軸の中心Ｌ１とを、容易に一致させることができる。

また、認識部５３は、パワーメータ８０の測定値の傾きを継続的に検出し、この傾きが０になったことに基づいて、パワーメータ８０の測定値が最大値となったと認識してもよい。

また、本実施形態では、スリット形成手段としての第１移動機構６３１が、第１板６３をＷ１方向に移動させることによって、第１板６３と第２板６４との間によって、スリット幅Ｄ０を有するスリットＳを形成している。これに限らず、スリット形成手段が、第２板６４をＷ２方向に移動させること、あるいは、第１板６３をＷ１方向に移動させるとともに、第２板６４をＷ２方向に移動させることによって、第１板６３と第２板６４との間によって、スリット幅Ｄ０を有するスリットＳを形成してもよい。

１：ウェーハ、Ｆ：リングフレーム、Ｔ：粘着テープ、Ｗ：ワークセット、
１０：レーザー加工装置、２０：インデックス送り手段、３０：加工送り手段、
４０：チャックテーブル部、４３：チャックテーブル、
１２：レーザー加工手段、１７：アーム部、１８：加工ヘッド、
６１：レーザー発振器、６２：エネルギー分布修正器、８０：パワーメータ、
６３：第１板、６４：第２板、６５：反射ミラー、６６：集光レンズ、
６７：Ｗ軸方向移動手段、６３１：第１移動機構、
５２：制御部、５３：認識部、
Ｌ：レーザービーム、Ｌ１：光軸の中心
Ｓ：スリット、Ｄ０：所定のスリット幅

Claims

被加工物を保持する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をレーザー光線の照射によって加工するレーザー加工手段と、該チャックテーブルを該レーザー加工手段に対して相対的にＸ軸方向に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルを該レーザー加工手段に対して相対的に該Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向にインデックス送りするインデックス送り手段と、を備えるレーザー加工装置であって、
該レーザー加工手段は、
レーザー光線を発振するレーザー発振器と、
該レーザー発振器から発振されたレーザー光線を集光する集光器と、
該レーザー発振器と該集光器との間に配設され、レーザー光線の進行方向に垂直な方向であるＷ軸方向のエネルギー分布を、裾野部分が垂直なガウシアン分布に修正するエネルギー分布修正手段と、を備え、
該エネルギー分布修正手段は、
レーザー光線のＷ軸方向の一方側を遮光する第１板と、
該第１板に対向し、レーザー光線のＷ軸方向の他方側を遮光する第２板と、
該第１板および該第２板の少なくとも一方をＷ軸方向に移動させることにより、該第１板と該第２板との間によってスリットを形成するスリット形成手段と、
該スリットを形成している状態の該第１板および該第２板を共にＷ軸方向に移動させるＷ軸方向移動手段と、
該スリットおよび該集光器を通過したレーザー光線のエネルギー量を測定するパワーメータと、
該スリットを形成している状態の該第１板および該第２板が、該Ｗ軸方向移動手段によって共にＷ軸方向に移動されているときに、該パワーメータによるレーザー光線のエネルギー量の測定値を取得し、この測定値が最大値になったときに、該スリットの中心とレーザー光線の光軸の中心とが一致したと認識する認識部と、
該認識部によって該スリットの中心とレーザー光線の光軸の中心とが一致したと認識されたときに、該Ｗ軸方向移動手段の動作を停止する制御部と、を備える、
レーザー加工装置。