KR20110089053A

KR20110089053A - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20110089053A
Application number: KR1020100124837A
Authority: KR
Inventors: 게이지 노마루
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2011-08-04
Also published as: JP5431989B2; CN102151986A; JP2011156551A; CN102151986B

Abstract

본 발명은 넓은 폭의 레이저 가공홈을 형성할 수 있고, 또한, 가공 라인을 따라 효과적인 가공을 실시할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
피가공물을 유지하는 척 테이블과, 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 척 테이블과 레이저 광선 조사 수단을 가공 이송 방향으로 상대 이동시키는 가공 이송 수단을 구비하는 레이저 가공 장치로서, 레이저 광선 조사 수단은 레이저 광선을 발진시키는 레이저 광선 발진 수단과, 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 레이저 광선을 집광하는 집광기를 구비하고, 집광기는, 레이저 광선 발진 수단에 의해 발진된 레이저 광선을 광학축에 대해 평행한 편광 성분과 수직인 편광 성분으로 위상차를 발생시키는 파장판과 파장판을 통과한 레이저 광선을 미리 정해진 분리 각도로 분리하는 복굴절형 빔 스플리터를 포함하는 분리기가 복수개 직렬로 배치된 레이저 광선 분리 수단과, 레이저 광선 분리 수단에 의해 분리된 복수의 레이저 광선을 집광하는 집광 렌즈에 의해 구성되며, 레이저 광선 분리 수단을 구성하는 각 복굴절형 빔 스플리터는 상이한 분리 각도로 설정된다.

Description

레이저 가공 장치{LASER-MACHINING APPARATUS}

본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피가공물의 표면에 형성된 스트리트를 따라 레이저 광선을 조사하여 레이저 가공홈을 형성하기에 적합한 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

반도체 디바이스 제조 공정에서는, 실리콘 등의 반도체 기판의 표면에 절연막과 기능막이 적층된 적층체에 의해 복수의 IC, LSI 등의 디바이스를 매트릭스 형상으로 형성한 반도체 웨이퍼가 형성된다. 이와 같이 형성된 반도체 웨이퍼는 상기 디바이스가 스트리트라고 불려지는 분할 예정 라인에 의해 구획되어 있고, 이 스트리트를 따라 분할함으로써 개개의 디바이스를 제조하고 있다.

이러한 반도체 웨이퍼의 스트리트를 따른 분할은 통상 다이서라고 불리는 절삭 장치에 의해 수행된다. 이 절삭 장치는 피가공물인 반도체 웨이퍼를 유지하는 척 테이블과, 이 척 테이블에 유지된 반도체 웨이퍼를 절삭하기 위한 절삭 수단과, 척 테이블과 절삭 수단을 상대적으로 이동시키는 이동 수단을 구비한다. 절삭 수단은 고속 회전하는 회전 스핀들과, 이 스핀들에 장착된 절삭 블레이드를 포함한다. 절삭 블레이드는 원반형의 베이스와, 이 베이스의 측면 외주부에 장착된 환형의 절삭날을 포함하고, 절삭날은 예컨대 입자 직경 3 ㎛ 정도의 다이아몬드 지립을 전기 주조에 의해 고정하여 형성되며, 두께가 예컨대 20 ㎛∼30 ㎛로 형성되어 있다.

최근에 와서는, IC, LSI 등의 디바이스의 처리 능력을 향상하기 위해, 실리콘 등의 반도체 기판의 표면에 SiOF, BSG(SiOB) 등의 무기물계의 막이나 폴리이미드계, 파릴렌계 등의 폴리머막인 유기물계의 막으로 이루어지는 저유전율 절연체 피막(Low-k막)과 회로를 형성하는 기능막이 적층된 적층체에 의해 반도체 칩을 형성시킨 형태의 반도체 웨이퍼가 실용화되어 있다.

또한, 반도체 웨이퍼의 스트리트에 테스트 엘리먼트 그룹(TEG)이라고 일컬어지는 금속 패턴을 부분적으로 배치하고, 반도체 웨이퍼를 분할하기 전에 금속 패턴을 통해 회로의 기능을 테스트하도록 구성된 반도체 웨이퍼도 실용화되어 있다.

전술한 Low-k막이나 테스트 엘리먼트 그룹(TEG)은 웨이퍼의 소재와 상이하기 때문에, 절삭 블레이드에 의해 동시에 절삭하는 것이 곤란하다. 즉, Low-k막은 운모처럼 매우 약하기 때문에, 절삭 블레이드에 의해 스트리트를 따라 절삭하면, Low-k막이 박리되고, 이 박리가 디바이스에까지 이르러 디바이스에 치명적인 손상을 준다는 문제가 있다. 또한, 테스트 엘리먼트 그룹(TEG)은 금속에 의해 형성되기 때문에, 절삭 블레이드에 의해 절삭하면 버어(burr)가 발생한다.

상기 문제를 해소하기 위해, 반도체 웨이퍼의 스트리트를 따라 펄스 레이저 광선을 조사함으로써 스트리트를 형성하는 Low-k막이나 스트리트에 배치된 테스트 엘리먼트 그룹(TEG)을 제거하고, 그 제거한 영역에 절삭 블레이드를 위치시켜 절삭하는 가공 방법이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).

또한, 웨이퍼의 스트리트를 따라 펄스 레이저 광선을 조사함으로써 스트리트를 따라 레이저 가공홈을 고정밀도로 형성하는 방법으로서, 펄스 레이저 광선의 집광 스폿을 타원형으로 형성하고, 이 타원형의 집광 스폿에서의 장축을 스트리트를 따라 위치시키며, 집광 스폿과 웨이퍼를 스트리트를 따라 상대적으로 가공 이송함으로써, 집광 스폿의 중첩률을 증대시키도록 한 레이저 가공 방법이 하기 특허문헌 2에 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2005-142398호 공보 일본 특허 공개 제2006-51517호 공보

그래서, 상기 특허문헌 1에 개시된 가공 방법과 같이 웨이퍼의 스트리트를 따라 펄스 레이저 광선을 조사함으로써 Low-k막이나 테스트 엘리먼트 그룹(TEG)을 제거하는 경우에는, 절삭 블레이드의 두께보다 넓은 폭의 레이저 가공홈을 형성할 필요가 있다. 이 때문에, 레이저 광선의 집광 스폿 직경이 10 ㎛ 정도인 경우, 스트리트를 따라 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 공정을 폭 방향으로 복수 회 실시해야 하므로 생산성이 나쁘다는 문제가 있다.

또한, 상기 특허문헌 2에 개시된 레이저 가공 방법과 같이 레이저 광선의 집광 스폿을 타원형으로 형성하여 실시함으로써 집광 스폿의 중첩률을 증대시킬 수 있으나, 타원형 집광 스폿의 장축 방향에서의 레이저 광선의 에너지 분포는 가우스 분포를 나타내기 때문에, 실질적으로 타원형 집광 스폿의 효과를 충분히 발휘할 수 없다.

본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 기술적 과제는 넓은 폭의 레이저 가공홈을 동시에 형성할 수 있고, 또한 가공 라인을 따라 효과적인 가공을 실시할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.

상기 주된 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따르면, 피가공물을 유지하는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 상기 척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 수단을 가공 이송 방향으로 상대 이동시키는 가공 이송 수단을 구비하는 레이저 가공 장치에 있어서,

상기 레이저 광선 조사 수단은, 레이저 광선을 발진시키는 레이저 광선 발진 수단과, 상기 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 레이저 광선을 집광하여 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기를 구비하고,

상기 집광기는, 상기 레이저 광선 발진 수단에 의해 발진된 레이저 광선을 광학축에 대해 평행한 편광 성분과 수직인 편광 성분으로 위상차를 발생시키는 파장판과, 상기 파장판을 통과한 레이저 광선을 미리 정해진 분리 각도로 분리하는 복굴절형 빔 스플리터를 포함하는 분리기가 복수개 직렬로 배치된 레이저 광선 분리 수단과, 상기 레이저 광선 분리 수단에 의해 분리된 복수의 레이저 광선을 집광하는 집광 렌즈에 의해 구성되며,

상기 레이저 광선 분리 수단을 구성하는 각 복굴절형 빔 스플리터는 상이한 분리 각도로 설정되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치가 제공된다.

상기 레이저 광선 분리 수단은 상기 분리기의 수 또는 간격을 변경함으로써 분리된 복수의 레이저 광선의 수 또는 스폿의 간격을 조정한다.

또한, 상기 레이저 광선 분리 수단은 복수의 레이저 광선의 집광 스폿을 가공 이송 방향에 대해 직행하는 방향으로 위치시키도록 구성된다.

또한, 상기 레이저 광선 분리 수단은 복수의 레이저 광선의 집광 스폿을 가공 이송 방향으로 위치시키도록 구성된다.

본 발명에 따른 레이저 가공 장치에 있어서, 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 레이저 광선을 집광하여 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기는, 레이저 광선 발진 수단에 의해 발진된 레이저 광선을 광학축에 대해 평행한 편광 성분과 수직인 편광 성분으로 위상차를 발생시키는 파장판과, 이 파장판을 통과한 레이저 광선을 미리 정해진 분리 각도로 분리하는 복굴절형 빔 스플리터를 포함하는 분리기가 복수개 직렬로 배치된 레이저 광선 분리 수단과, 이 레이저 광선 분리 수단에 의해 분리된 복수의 레이저 광선을 집광하는 집광 렌즈에 의해 구성되고, 레이저 광선 분리 수단을 구성하는 각 복굴절형 빔 스플리터는 상이한 분리 각도로 설정되기 때문에, 레이저 광선 분리 수단에 의해 분리된 복수의 광축을 가공 이송 방향 또는 가공 이송 방향과 직교하는 방향으로 위치시킬 수 있다. 따라서, 레이저 광선 분리 수단에 의해 분리된 복수의 광축을 가공 이송 방향 또는 가공 이송 방향과 직교하는 방향으로 위치시킴으로써 넓은 폭의 레이저 가공홈을 동시에 형성할 수 있고, 또한, 레이저 광선 분리 수단에 의해 분리된 복수의 광축을 가공 이송 방향으로 위치시킴으로써 집광 스폿의 중첩률이 증대하여 효과적인 레이저 가공을 실시할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 사시도.
도 2는 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치에 장비되는 레이저 광선 조사 수단을 구성하는 레이저 광선 발진 수단 및 집광기를 도시하는 블록도.
도 3은 도 2에 도시하는 집광기를 구성하는 레이저 광선 분리 수단에 의한 레이저 광선의 분리 상태를 도시하는 설명도.
도 4는 도 3에 도시하는 레이저 광선 분리 수단에 의해 분리된 레이저 광선의 집광 스폿의 배열의 일례를 도시하는 설명도.
도 5는 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치에 장비되는 집광기를 구성하는 레이저 광선 분리 수단의 다른 실시형태를 도시하는 사시도.
도 6은 도 5에 도시하는 레이저 광선 분리 수단의 분해 사시도.
도 7은 도 5 및 도 6에 도시하는 레이저 광선 분리 수단에 의한 레이저 광선의 분리 상태를 도시하는 설명도.
도 8은 도 5 및 도 6에 도시하는 레이저 광선 분리 수단을 구성하는 분리기의 일부를 제거한 경우에 레이저 광선의 분리 상태를 도시하는 설명도.
도 9는 피가공물로서의 반도체 웨이퍼의 사시도.
도 10은 도 9에 도시하는 반도체 웨이퍼의 일부 단면 확대도.
도 11은 도 9에 도시하는 반도체 웨이퍼가 환형의 프레임에 보호 테이프를 통해 지지된 상태를 도시하는 사시도.
도 12는 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치에 의해, 도 9에 도시하는 반도체 웨이퍼의 스트리트를 따라 레이저 가공홈을 형성하는 레이저 광선 조사 공정의 설명도.
도 13은 도 12에 도시하는 레이저 광선 조사 공정을 실시함으로써 반도체 웨이퍼에 형성된 레이저 가공홈의 확대 단면도.
도 14는 도 12에 도시하는 레이저 광선 조사 공정에 의해 형성된 레이저 가공홈을 따라 반도체 웨이퍼를 절단하는 절삭 공정의 설명도.
도 15는 도 14에 도시하는 절삭 공정에서의 레이저 가공홈과 절삭 블레이드의 관계를 도시하는 설명도.
도 16은 도 14에 도시하는 절삭 공정에서의 절삭 블레이드의 절삭 이송 위치를 도시하는 설명도.

이하, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 적합한 실시형태에 대해, 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에는, 본 발명에 따라 구성된 레이저 가공 장치의 사시도가 도시되어 있다. 도 1에 도시하는 레이저 가공 장치는, 정지 베이스(2)와, 이 정지 베이스(2)에 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 배치되며 피가공물을 유지하는 척 테이블 기구(3)와, 정지 베이스(2)에 X축 방향과 직교하는 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 배치된 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)와, 이 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)에 화살표 Z로 나타내는 초점 위치 조정 방향(Z축 방향)으로 이동 가능하게 배치된 레이저 광선 조사 유닛(5)을 구비한다.

상기 척 테이블 기구(3)는 정지 베이스(2) 상에 X축 방향을 따라 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과, 이 안내 레일(31, 31) 상에 X축 방향으로 이동 가능하게 배치된 제1 슬라이딩 블록(32)과, 이 제1 슬라이딩 블록(32) 상에 Y축 방향으로 이동 가능하게 배치된 제2 슬라이딩 블록(33)과, 이 제2 슬라이딩 블록(33) 상에 원통 부재(34)에 의해 지지된 지지 테이블(35)과, 피가공물 유지 수단으로서의 척 테이블(36)을 구비한다. 이 척 테이블(36)은 다공성 재료로 형성되며 피가공물 유지면(361)을 구비하고, 척 테이블(36) 상에 피가공물인 예컨대 원반형의 반도체 웨이퍼를 도시하지 않은 흡인 수단에 의해 유지하도록 구성된다. 또한, 척 테이블(36)은 원통 부재(34) 내에 배치된 도시하지 않은 펄스 모터에 의해 회전된다. 또한, 척 테이블(36)에는, 후술하는 반도체 웨이퍼를 지지하는 환형의 프레임을 고정하기 위한 클램프(362)가 장착된다.

상기 제1 슬라이딩 블록(32)은 그 하면에 상기 한 쌍의 안내 레일(31, 31)과 끼워 맞춰지는 한 쌍의 피안내홈(321, 321)이 마련되어 있고, 그 상면에 Y축 방향을 따라 평행하게 형성된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)이 마련되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 슬라이딩 블록(32)은 피안내홈(321, 321)이 한 쌍의 안내 레일(31, 31)에 끼워 맞춰짐으로써, 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 Y축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시하는 실시형태에서의 척 테이블 기구(3)는 제1 슬라이딩 블록(32)을 한 쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향으로 이동시키기 위한 가공 이송 수단(37)을 구비한다. 가공 이송 수단(37)은 상기 한 쌍의 안내 레일(31, 31) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(371)와, 이 수나사 로드(371)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(372) 등의 구동원을 포함한다. 수나사 로드(371)에 있어서, 그 일단은 상기 정지 베이스(2)에 고정된 베어링 블록(373)에 회전 가능하게 지지되고, 그 타단은 상기 펄스 모터(372)의 출력축에 전동 연결된다. 또, 수나사 로드(371)는 제1 슬라이딩 블록(32)의 중앙부 하면에 돌출되어 마련된 도시하지 않은 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합된다. 따라서, 펄스 모터(372)에 의해 수나사 로드(371)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 제1 슬라이딩 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라 X축 방향인 가공 이송 방향으로 이동한다.

상기 제2 슬라이딩 블록(33)은, 그 하면에 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 마련된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)과 끼워 맞춰지는 한 쌍의 피안내홈(331, 331)이 마련되어 있고, 이 피안내홈(331, 331)을 한 쌍의 안내 레일(322, 322)에 끼워 맞춤으로써, Y축 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시하는 실시형태에서의 척 테이블 기구(3)는 제2 슬라이딩 블록(33)을 제1 슬라이딩 블록(32)에 마련된 한 쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 구비한다. 제1 인덱싱 이송 수단(38)은 상기 한 쌍의 안내 레일(322, 322) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(381)와, 이 수나사 로드(381)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(382) 등의 구동원을 포함한다. 수나사 로드(381)에 있어서, 그 일단은 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 고정된 베어링 블록(383)에 회전 가능하게 지지되고, 그 타단은 상기 펄스 모터(382)의 출력축에 전동 연결된다. 또, 수나사 로드(381)는 제2 슬라이딩 블록(33)의 중앙부 하면에 돌출되어 마련된 도시하지 않은 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합된다. 따라서, 펄스 모터(382)에 의해 수나사 로드(381)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 제2 슬라이딩 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라 Y축 방향인 인덱싱 이송 방향으로 이동한다.

상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는 정지 베이스(2) 상에 Y축 방향을 따라 평행하게 배치된 한 쌍의 안내 레일(41, 41)과, 이 안내 레일(41, 41) 상에 Y축 방향으로 이동 가능하게 배치된 가동 지지 베이스(42)를 구비한다. 이 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41) 상에 이동 가능하게 배치된 이동 지지부(421)와, 상기 이동 지지부(421)에 부착된 장착부(422)를 포함한다. 장착부(422)는, 일측면에 Z축 방향으로 연장되는 한 쌍의 안내 레일(423, 423)이 평행하게 마련되어 있다. 도시하는 실시형태에서의 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는 가동 지지 베이스(42)를 한 쌍의 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향으로 이동시키기 위한 제2 인덱싱 이송 수단(43)을 구비한다. 제2 인덱싱 이송 수단(43)은 상기 한 쌍의 안내 레일(41, 41) 사이에 평행하게 배치된 수나사 로드(431)와, 이 수나사 로드(431)를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(432) 등의 구동원을 포함한다. 수나사 로드(431)에 있어서, 그 일단은 상기 정지 베이스(2)에 고정된 도시하지 않은 베어링 블록에 회전 가능하게 지지되고, 그 타단은 상기 펄스 모터(432)의 출력축에 전동 연결된다. 또, 수나사 로드(431)는 가동 지지 베이스(42)를 구성하는 이동 지지부(421)의 중앙부 하면에 돌출되어 마련된 도시하지 않은 암나사 블록에 형성된 암나사 구멍에 나사 결합된다. 이 때문에, 펄스 모터(432)에 의해 수나사 로드(431)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41)을 따라 Y축 방향인 인덱싱 이송 방향으로 이동한다.

도시하는 실시형태에서의 레이저 광선 조사 유닛(5)은 유닛 홀더(51)와, 이 유닛 홀더(51)에 부착된 레이저 광선 조사 수단(52)을 구비한다. 유닛 홀더(51)에는, 상기 장착부(422)에 마련된 한 쌍의 안내 레일(423, 423)에 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞춰지는 한 쌍의 피안내홈(511, 511)이 마련되어 있고, 이 피안내홈(511, 511)을 상기 안내 레일(423, 423)에 끼워 맞춤으로써, Z축 방향으로 이동 가능하게 지지된다.

도시하는 레이저 광선 조사 수단(52)은 상기 유닛 홀더(51)에 고정되어 실질상 수평으로 연장되는 원통 형상의 케이싱(521)을 포함한다. 케이싱(521) 내에는 도 2에 도시하는 바와 같이 펄스 레이저 광선 발진 수단(53)이 배치된다. 펄스 레이저 광선 발진 수단(53)은 YAG 레이저 발진기 또는 YVO4 레이저 발진기를 포함하는 펄스 레이저 광선 발진기(531)와, 이것에 부설된 반복 주파수 설정 수단(532)으로 구성된다. 펄스 레이저 광선 발진 수단(53)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선(LB)은 상기 케이싱(521)의 선단부에 장착된 집광기(6)로 유도된다.

도 2를 참조하여 설명을 계속하면, 도시하는 실시형태에서의 집광기(6)는 방향 변환 미러(61)와, 레이저 광선 분리 수단(62)과, 집광 렌즈(63)를 포함한다. 방향 변환 미러(61)는 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(53)으로부터 발진된 레이저 광선(LB)을 하방, 즉 레이저 광선 분리 수단(62)을 향해 방향 변환시킨다.

레이저 광선 분리 수단(62)은 도 2에 도시하는 실시형태에서는 직렬로 배치된 2개의 분리기(621, 622)를 구비한다. 이 2개의 분리기(621, 622)는 각각 파장판(621a, 622a)과 복굴절형 빔 스플리터(621b, 622b)를 포함한다. 파장판(621a, 622a)은 펄스 레이저 광선 발진 수단(53)에 의해 발진되고 방향 변환 미러(61)에 의해 방향 변환된 레이저 광선(LB)을 광학축에 대해 평행한 편광 성분과 수직인 편광 성분으로 위상차를 발생시킨다. 복굴절형 빔 스플리터(621b, 622b)는 울러스턴 편광자 등을 포함하고, 각각 파장판(621a, 622a)을 통과한 펄스 레이저 광선(LB)의 광학축에 대해 평행한 편광 성분과 수직인 편광 성분을 미리 정해진 분리 각도로 분리한다. 또, 분리기(621)를 구성하는 복굴절형 빔 스플리터(621b)와 분리기(622)를 구성하는 복굴절형 빔 스플리터(622b)의 분리 각도는 상이한 값으로 설정된다. 도시하는 실시형태에서는, 분리기(622)를 구성하는 복굴절형 빔 스플리터(622b)의 분리 각도는 분리기(621)를 구성하는 복굴절형 빔 스플리터(621b)의 분리 각도보다 작은 값으로 설정된다. 여기서, 레이저 광선 분리 수단(62)에 의해 펄스 레이저 광선(LB)을 복수의 광축으로 분리하는 상태에 대해, 도 3을 참조하여 설명한다. 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(53)에 의해 발진되고 방향 변환 미러(61)에 의해 방향 변환된 레이저 광선(LB)은 분리기(621)에 의해 큰 분리 각도로 LB1x, LB1y로 분리되고, 분리기(621)에 의해 2분리된 LB1x, LB1y는 분리기(622)에 의해 각각 비교적 작은 분리 각도로 LB2x, LB2y 및 LB2x, LB2y로 분리된다. 이와 같이 2개의 분리기(621, 622)를 이용함으로써, 펄스 레이저 광선 발진 수단(53)에 의해 발진된 레이저 광선(LB)은, 4개의 레이저 광선으로 분리될 수 있다. 따라서, 3개의 분리기를 이용하면 8개의 레이저 광선으로 분리될 수 있고, 4개의 분리기를 이용하면 16개의 레이저 광선으로 분리될 수 있으며, 5개의 분리기를 이용하면 32개의 레이저 광선으로 분리될 수 있다.

도 2를 참조하여 설명을 계속하면, 전술한 바와 같이 레이저 광선(LB)이 분리된 4개의 레이저 광선(LB2x, LB2y 및 LB2x, LB2y)은 집광 렌즈(63)에 의해 집광되어 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사된다. 이렇게 하여 피가공물(W)에 조사되는 4개의 레이저 광선(LB2x, LB2y 및 LB2x, LB2y)은, 도 2에 도시하는 실시형태에서는 각 집광 스폿(s)이 도 4에 도시하는 바와 같이 가공 이송 방향(X축 방향)에 대해 직교하는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 직선 형상으로 위치하게 되도록 분리기(621, 622)의 배치 방향이 설정된다.

다음으로, 레이저 광선 분리 수단(62)의 다른 실시형태에 대해, 도 5 및 도 6을 참조하여 설명한다.

도 5 및 도 6에 도시하는 레이저 광선 분리 수단(62)은 5개의 분리기(621, 622, 623, 624, 625)를 구비한다. 이 5개의 분리기(621, 622, 623, 624, 625)는 도 6에 도시하는 바와 같이 각각 파장판(621a, 622a, 623a, 624a, 625a)과, 복굴절형 빔 스플리터(621b, 622b, 623b, 624b, 625b)를 포함하고, 각각 수용 케이스(627)에 수용된다. 수용 케이스(627)는 직사각형 형상으로 형성되며 상벽 및 바닥벽에 각각 개구(627a)가 형성되어 있다[도 6에는 상벽에 형성된 개구(627a)만이 도시되어 있음]. 이 수용 케이스(627)에 수용된 각 분리기(621, 622, 623, 624, 625)를 구성하는 파장판(621a, 622a, 623a, 624a, 625a)은 수평면 상에서 회동 가능, 즉 통과하는 레이저 광선의 광축 주위로 회동 가능하게 구성된다. 또, 파장판(621a, 622a, 623a, 624a, 625a)을 회동시킴으로써, 레이저 광선(LB)의 광학축에 대해 평행한 편광 성분과 수직인 편광 성분의 비율을 변경할 수 있다. 또한, 각 분리기(621, 622, 623, 624, 625)를 구성하는 복굴절형 빔 스플리터(621b, 622b, 623b, 624b, 625b)는 각각 분리 각도가 상이한 값으로 설정된다. 도시하는 실시형태에서는, 복굴절형 빔 스플리터(621b)의 분리 각도가 가장 크고, 복굴절형 빔 스플리터(622b, 623b, 624b, 625b)의 분리 각도는 순차 작아지도록 설정된다. 이와 같이 구성된 각 분리기(621, 622, 623, 624, 625)는 분리기 유닛 케이스(628)에 수용된다. 분리기 유닛 케이스(628)는 상하 방향으로 긴 직육면체 형상으로 형성되어 있다. 이 분리기 유닛 케이스(628)는 상벽(628a) 및 바닥벽(628b)에 각각 개구(628c)가 형성되어 있다. 이와 같이 형성된 분리기 유닛 케이스(628)는, 상벽(628a)과 바닥벽(628b) 사이가 4개의 칸막이판(628d, 628e, 628f, 628g)에 의해 구획되어, 상기 분리기(621, 622, 623, 624, 625)를 수용하는 5개의 수용실(628h, 628i, 628j, 628k, 628m)을 구비한다. 또, 4개의 칸막이판(628d, 628e, 628f, 628g)에는, 각각 상벽(628a) 및 바닥벽(628b)에 형성된 개구(628c)와 동일한 직경의 개구(628c)가 형성되어 있다. 이와 같이 구성된 분리기 유닛 케이스(628)의 5개의 수용실(628h, 628i, 628j, 628k, 628m)에, 분리기(621, 622, 623, 624, 625)가 착탈 가능하게 직렬로 수용된다.

상기 도 5 및 도 6에 도시하는 레이저 광선 분리 수단(62)은 이상과 같이 구성되고, 레이저 광선을 복수의 광축으로 분리하는 상태에 대해, 도 7을 참조하여 설명한다.

5개의 분리기(621, 622, 623, 624, 625)는, 펄스 레이저 광선 발진 수단(53)에 의해 발진된 레이저 광선(LB)을 상기 도 2 및 도 3에 도시하는 분리기(621, 622)와 마찬가지로 각각 2분리하기 때문에, 최후의 분리기(625)에 의해 분리된 레이저 광선의 광축은 32개가 된다. 이와 같이 분리된 32개의 광축은 상기 가공 이송 방향(X축 방향)에 대해 직교하는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 직선 형상으로 위치하게 된다. 또, 분리된 복수의 광축을 가공 이송 방향(X축 방향)으로 직선 형상으로 위치시키기 위해서는, 분리기 유닛 케이스(628)의 각 수용실(628h, 628i, 628j, 628k, 628m)에 수납되는 각 분리기(621, 622, 623, 624, 625)를 도 5 및 도 6에 도시하는 상태에 대해 통과하는 레이저 광선의 광축 주위로 90도 회동시킨 상태로 수납하면 된다.

다음으로, 도 5 및 도 6에 도시하는 레이저 광선 분리 수단(62)에서의 분리기(622와 623)를 분리기 유닛 케이스(628)로부터 제거한 경우의 분리 상태에 대해, 도 8을 참조하여 설명한다.

분리기(622와 623)가 제거되고, 도 8에 도시하는 바와 같이 분리기(621과 624와 625)에 의해 분리된 레이저 광선은, 양측에 각각 4개의 광축이 위치하게 되고 중앙부에는 광축이 존재하지 않는 형태가 된다.

이상과 같이, 분리기의 수와 배치 상태를 변경함으로써, 복수의 광축에 따른 다양한 형태를 형성할 수 있다. 따라서, 분리기를 다양한 형태로 조합함으로써, 여러 가지 가공에 대응할 수 있다.

도 1로 되돌아가서 설명을 계속하면, 상기 레이저 광선 조사 수단(52)을 구성하는 케이싱(521)의 전단부에는, 상기 레이저 광선 조사 수단(52)에 의해 레이저 가공될 가공 영역을 검출하는 촬상 수단(7)이 배치된다. 이 촬상 수단(7)은 피가공물을 조명하는 조명 수단과, 이 조명 수단에 의해 조명된 영역을 포착하는 광학계와, 이 광학계에 의해 포착된 상(像)을 촬상하는 촬상 소자(CCD) 등을 구비하고, 촬상한 화상 신호를 도시하지 않은 제어 수단에 보낸다.

도시하는 실시형태에서의 레이저 광선 조사 유닛(5)은 유닛 홀더(51)를 한 쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라 Z축 방향으로 이동시키기 위한 이동 수단(8)을 구비한다. 이동 수단(8)은 한 쌍의 안내 레일(423, 423) 사이에 배치된 수나사 로드(도시하지 않음)와, 이 수나사 로드를 회전 구동시키기 위한 펄스 모터(82) 등의 구동원을 포함하고, 펄스 모터(82)에 의해 도시하지 않은 수나사 로드를 정회전 또는 역회전 구동시킴으로써, 유닛 홀더(51) 및 레이저 광선 조사 수단(52)을 한 쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라 초점 위치 조정 방향(Z축 방향)으로 이동시킨다. 또, 도시하는 실시형태에서는, 펄스 모터(82)를 정회전 구동시킴으로써 레이저 광선 조사 수단(52)을 상방으로 이동시키고, 펄스 모터(82)를 역회전 구동시킴으로써 레이저 광선 조사 수단(52)을 하방으로 이동시키게 된다.

도시하는 실시형태에서의 레이저 가공 장치는 이상과 같이 구성되며, 이하 그 작용에 대해 설명한다.

여기서, 상기 레이저 가공 장치에 의해 가공되는 피가공물로서의 반도체 웨이퍼에 대해, 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다.

도 9 및 도 10에 도시하는 반도체 웨이퍼(10)에 있어서, 실리콘 등의 반도체 기판(11)의 표면에 절연막과 회로를 형성하는 기능막이 적층된 적층체(12)에 의해 복수의 IC, LSI 등의 디바이스(13)가 매트릭스 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 각 디바이스(13)는 격자 형상으로 형성된 스트리트(14)에 의해 구획된다. 또, 도시하는 실시형태에서는, 적층체(12)를 형성하는 절연막은 SiO₂막, 또는 SiOF, BSG(SiOB) 등의 무기물계의 막이나 폴리이미드계, 파릴렌계 등의 폴리머막인 유기물계의 막을 포함하는 저유전률 절연체 피막(Low-k막)으로 이루어진다. 이와 같이 구성된 반도체 웨이퍼(10)를 스트리트(14)를 따라 분할하는 방법에 대해 설명한다.

전술한 반도체 웨이퍼(10)를 스트리트(14)를 따라 분할하기 위해서는, 반도체 웨이퍼(10)를 도 11에 도시하는 바와 같이 환형의 프레임(F)에 장착된 보호 테이프(T)의 표면에 접착한다. 이때, 반도체 웨이퍼(10)는 표면(10a)을 위로 하여 이면측이 보호 테이프(T)에 접착된다.

다음으로, 반도체 웨이퍼(10)의 스트리트(14)를 따라 레이저 광선을 조사하여, 스트리트 상의 적층체(12)를 제거하는 레이저 광선 조사 공정을 실시한다.

이 레이저 광선 조사 공정은 앞에서 설명한 도 1에 도시되는 레이저 가공 장치의 척 테이블(36) 상에 보호 테이프(T)를 통해 환형의 프레임(F)에 지지된 반도체 웨이퍼(10)를 얹어 놓고, 이 척 테이블(36) 상에 보호 테이프(T)를 통해 반도체 웨이퍼(10)를 흡착 유지한다. 따라서, 반도체 웨이퍼(10)는 표면(10a)을 상측으로 하여 유지된다. 또, 반도체 웨이퍼(10)를 보호 테이프(T)를 통해 지지하는 환형의 프레임(F)은 클램프(362)에 의해 고정된다.

전술한 바와 같이 반도체 웨이퍼(10)를 흡인 유지한 척 테이블(36)은 가공 이송 수단(37)에 의해 촬상 수단(7) 바로 아래에 위치하게 된다. 척 테이블(36)이 촬상 수단(6) 바로 아래에 위치하게 되면, 촬상 수단(7) 및 도시하지 않은 제어 수단에 의해 반도체 웨이퍼(10)의 레이저 가공해야 할 가공 영역을 검출하는 얼라인먼트 작업을 실행한다. 즉, 촬상 수단(7) 및 도시하지 않은 제어 수단은, 반도체 웨이퍼(10)의 미리 정해진 방향으로 형성되어 있는 스트리트(14)와, 스트리트(14)를 따라 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(6)와의 위치 맞춤을 수행하기 위한 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하여, 레이저 광선 조사 위치의 얼라인먼트를 수행한다. 또한, 반도체 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 상기 미리 정해진 방향에 대해 직교하는 방향으로 연장되는 스트리트(14)에 대해서도, 마찬가지로 레이저 광선 조사 위치의 얼라인먼트가 수행된다.

이상과 같이 하여 척 테이블(36) 상에 유지된 반도체 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 스트리트(14)를 검출하고, 레이저 광선 조사 위치의 얼라인먼트가 수행되었다면, 도 12의 (a)에 도시하는 바와 같이 척 테이블(36)을, 레이저 광선을 조사하는 집광기(6)가 위치하는 레이저 광선 조사 영역으로 이동시켜, 미리 정해진 스트리트(14)를 집광기(6) 바로 아래에 위치시킨다. 이때, 도 12의 (a)에 도시하는 바와 같이 반도체 웨이퍼(10)는 스트리트(14)의 일단[도 12의 (a)에서 좌단]이 집광기(6) 바로 아래에 위치하도록 위치 결정된다. 이 상태에서는, 도 12의 (b)에 도시하는 바와 같이 집광기(6)로부터 조사되는 상기 4개의 레이저 광선(LB2x, LB2y 및 LB2x, LB2y)의 각 집광 스폿(s)이 스트리트(14)의 폭 방향으로 위치하게 된다. 그리고, 4개의 레이저 광선(LB2x, LB2y 및 LB2x, LB2y)의 각 집광 스폿(s)이 스트리트(14)의 표면에 위치하도록, 이동 수단(8)을 작동하여 레이저 광선 조사 수단(52)의 높이 위치를 조정한다.

다음으로, 레이저 광선 조사 수단(52)을 작동하여 집광기(6)로부터 상기 4개의 레이저 광선(LB2x, LB2y 및 LB2x, LB2y)을 조사하면서 척 테이블(36)을 도 12의 (a)에 있어서 화살표 X1로 나타내는 방향으로 미리 정해진 가공 이송 속도로 이동시킨다(레이저 광선 조사 공정). 그리고, 도 12의 (c)에 도시하는 바와 같이 스트리트(14)의 타단[도 12의 (c)에서 우단]이 집광기(6) 바로 아래 위치에 도달하면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하고 척 테이블(36)의 이동을 정지한다.

또, 상기 레이저 광선 조사 공정에서의 가공 조건은 예컨대 다음과 같이 설정되어 있다.

레이저 광선의 광원 : YVO4 레이저 또는 YAG 레이저

파장 : 355 ㎚

출력 : 10 W

반복 주파수 : 100 ㎑

펄스폭 : 1 ㎱

집광 스폿 직경 : 8 ㎛

가공 이송 속도 : 10O ㎜/초

전술한 가공 조건에 있어서 집광 스폿 직경이 8 ㎛인 집광 스폿(s)을 도 12의 (b)에 도시하는 바와 같이 서로 접촉한 상태로 설정함으로써, 반도체 웨이퍼(10)의 스트리트(14)에는, 도 13에 도시하는 바와 같이 상기 4개의 레이저 광선(LB2x, LB2y 및 LB2x, LB2y)에 의해 폭(E)이 32 ㎛이고 적층체(12)보다 깊은 레이저 가공홈(101)이 동시에 형성된다. 이렇게 하여, 전술한 레이저 광선 조사 공정을 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 모든 스트리트(14)에 실시한다.

반도체 웨이퍼(10)에 형성된 모든 스트리트(14)에 전술한 레이저 광선 조사 공정을 실시했다면, 반도체 웨이퍼(10)를 스트리트(14)를 따라 절단하는 절삭 공정을 실시한다. 즉, 도 14에 도시하는 바와 같이 절삭 장치(16)의 척 테이블(161) 상에 레이저 광선 조사 공정이 실시된 반도체 웨이퍼(10)를 표면(10a)을 상측으로 하여 얹어 놓고, 도시하지 않은 흡인 수단에 의해 반도체 웨이퍼(10)를 척 테이블(161) 상에 유지한다. 다음으로, 반도체 웨이퍼(10)를 유지한 척 테이블(161)을 절삭 가공 영역의 절삭 개시 위치로 이동시킨다. 이때, 도 14에 도시하는 바와 같이 반도체 웨이퍼(10)는 절삭해야 할 스트리트(14)의 일단(도 14에서 좌단)이 절삭 블레이드(162) 바로 아래에서 미리 정해진 양만큼 우측에 위치하도록 위치 결정된다. 이때, 두께가 예컨대 20 ㎛인 절삭 블레이드(162)는, 도 15에 도시하는 바와 같이 레이저 가공홈(101)의 폭(E) 내에 위치하게 된다.

이렇게 하여 척 테이블(161) 즉 반도체 웨이퍼(10)가 절삭 가공 영역의 절삭 개시 위치에 위치하게 되면, 절삭 블레이드(162)를 도 14에서 2점 쇄선으로 나타내는 대기 위치로부터 하방으로 절삭 이송하고, 도 16에서 실선으로 나타내는 바와 같이 미리 정해진 절삭 이송 위치에 위치시킨다. 이 절삭 이송 위치는, 도 16에 도시하는 바와 같이 절삭 블레이드(162)의 하단이 반도체 웨이퍼(10)의 이면에 접착된 보호 테이프(T)에 이르는 위치에 설정된다.

다음으로, 도 14에 도시하는 바와 같이 절삭 블레이드(162)를 화살표 162a로 나타내는 방향으로 미리 정해진 회전 속도로 회전시키고, 척 테이블(161) 즉 반도체 웨이퍼(10)를 도 14에서 화살표 X1로 나타내는 방향으로 미리 정해진 절삭 이송 속도로 이동시킨다. 그리고, 척 테이블(161) 즉 반도체 웨이퍼(10)의 타단(도 14에서 우단)이 절삭 블레이드(162) 바로 아래에서 미리 정해진 양만큼 좌측에 위치하게 될 때, 척 테이블(161)의 이동을 정지한다. 이와 같이 척 테이블(161)을 절삭 이송함으로써, 반도체 웨이퍼(10)는 스트리트(14)를 따라 절단된다.

다음으로, 척 테이블(161) 즉 반도체 웨이퍼(10)를 지면에 수직인 방향(인덱싱 이송 방향)으로 스트리트(14)의 간격에 해당하는 양만큼 인덱싱 이송하고, 다음에 절삭해야 할 스트리트(14)를 절삭 블레이드(162)와 대응하는 위치에 위치시켜, 도 14에 도시하는 상태로 되돌린다. 그리고, 상기와 마찬가지로 절삭 공정을 실시한다.

또, 상기 절삭 공정은 예컨대 이하의 가공 조건으로 이루어진다.

절삭 블레이드 : 외부 직경 52 ㎜, 두께 20 ㎛

절삭 블레이드의 회전 속도 : 40000 rpm

절삭 이송 속도 : 50 ㎜/초

전술한 절삭 공정을 반도체 웨이퍼(10)에 형성된 모든 스트리트(14)에 실시한다. 이 결과, 반도체 웨이퍼(10)는 스트리트(14)를 따라 절단되어, 개개의 디바이스(13)로 분할된다.

전술한 실시형태에서는, 복수로 분리된 레이저 광선의 광축을 가공 이송 방향(X축 방향)에 대해 직교하는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 직선 형상으로 위치시켜 레이저 가공을 실시함으로써 미리 정해진 폭의 레이저 가공홈을 동시에 형성하는 예를 나타내었으나, 복수로 분리된 레이저 광선의 광축을 가공 이송 방향(X축 방향)으로 직선 형상으로 위치시켜 레이저 가공을 실시함으로써 집광 스폿의 중첩률을 증대시켜 효과적인 가공을 실시할 수 있다.

2: 정지 베이스 3: 척 테이블 기구
36: 척 테이블 37: 가공 이송 수단
38: 제1 인덱싱 이송 수단 4: 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구
43: 제2 인덱싱 이송 수단 5: 레이저 광선 조사 유닛
51: 유닛 홀더 52: 레이저 광선 조사 수단
53: 펄스 레이저 광선 발진 수단 6: 집광기
61: 방향 변환 미러 62: 레이저 광선 분리 수단
621, 622: 분리기 621a, 622a: 파장판
621b, 622b: 복굴절형 빔 스플리터 628: 분리기 유닛 케이스
7: 촬상 수단 10: 반도체 웨이퍼(피가공물)
16: 절삭 장치 161: 절삭 장치의 척 테이블
162: 절삭 블레이드

Claims

피가공물을 유지하는 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단과, 상기 척 테이블과 상기 레이저 광선 조사 수단을 가공 이송 방향으로 상대 이동시키는 가공 이송 수단을 구비하는 레이저 가공 장치에 있어서,
상기 레이저 광선 조사 수단은, 레이저 광선을 발진시키는 레이저 광선 발진 수단과, 상기 레이저 광선 발진 수단으로부터 발진된 레이저 광선을 집광하여 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기를 구비하고,
상기 집광기는, 상기 레이저 광선 발진 수단에 의해 발진된 레이저 광선을 광학축에 대해 평행한 편광 성분과 수직인 편광 성분으로 위상차를 발생시키는 파장판과, 상기 파장판을 통과한 레이저 광선을 미리 정해진 분리 각도로 분리하는 복굴절형 빔 스플리터를 포함하는 분리기가 복수개 직렬로 배치된 레이저 광선 분리 수단과, 상기 레이저 광선 분리 수단에 의해 분리된 복수의 레이저 광선을 집광하는 집광 렌즈에 의해 구성되며,
상기 레이저 광선 분리 수단을 구성하는 각 복굴절형 빔 스플리터는 상이한 분리 각도로 설정되는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 레이저 광선 분리 수단은 상기 분리기의 수 또는 간격을 변경함으로써 분리된 복수의 레이저 광선의 수 또는 스폿의 간격을 조정하는 것인 레이저 가공 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레이저 광선 분리 수단은 복수의 레이저 광선의 집광 스폿을 상기 가공 이송 방향에 대해 직교하는 방향으로 위치시키도록 구성되는 것인 레이저 가공 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레이저 광선 분리 수단은 복수의 레이저 광선의 집광 스폿을 상기 가공 이송 방향으로 위치시키도록 구성되는 것인 레이저 가공 장치.