KR20120096416A

KR20120096416A - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20120096416A
Application number: KR1020120012285A
Authority: KR
Inventors: 게이지 노마루
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2012-08-30
Also published as: JP2012170985A

Abstract

본 발명은 피가공물에 조사하는 레이저빔의 개수를 용이하게 변경할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.
피가공물을 유지하는 척테이블과, 이 척테이블에 유지된 피가공물에 레이저빔을 조사하는 레이저빔 조사 수단과, 이 척테이블과 이 레이저빔 조사 수단을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단과, 이 척테이블과 이 레이저빔 조사 수단을 상대적으로 인덱싱 이송하는 인덱싱 이송 수단을 구비한 레이저 가공 장치로서, 이 레이저빔 조사 수단은, 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생 수단과, 이 레이저빔 발생 수단이 발생시킨 레이저빔을 집광하여 피가공물에 조사하는 집광 렌즈와, 이 레이저빔 발생 수단과 이 집광 렌즈 사이의 광로에 배치되어, 이 레이저빔 발생 수단이 발생시킨 레이저빔을 복수의 레이저빔으로 분기하는 레이저빔 분기 수단을 포함하고, 이 레이저빔 분기 수단은, 레이저빔을 분기하는 분기수가 서로 다른 복수의 회절 광학 소자와, 이 복수의 회절 광학 소자 중 하나를 선택적으로 레이저빔의 광로에 위치시키는 위치 부여 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 가공 장치{LASER PROCESSING APPARATUS}

본 발명은, 레이저 가공 장치에 관한 것으로, 특히, 1개의 레이저빔을 선택적으로 원하는 수의 레이저빔으로 분기 가능한 레이저빔 분기 수단을 구비한 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

IC, LSI, LED 등의 복수의 디바이스가 분할 예정 라인(스트리트)에 의해 구획되어 표면에 형성된 실리콘 웨이퍼, 사파이어 웨이퍼 등의 웨이퍼는, 가공 장치에 의해서 각각의 디바이스로 분할되고, 분할된 디바이스는 휴대 전화, 퍼스널 컴퓨터 등의 각종 전기 기기에 널리 이용되고 있다.

웨이퍼의 분할에는, 다이싱 소(saw)라고 불리는 절삭 장치를 이용한 다이싱 방법이 널리 채용되고 있다. 다이싱 방법에서는, 다이아몬드 등의 지립을 금속이나 수지로 굳혀 두께 30 ㎛ 정도로 한 절삭 블레이드를, 30000 rpm 정도의 고속으로 회전시키면서 웨이퍼에 넣어 웨이퍼를 절삭하여, 웨이퍼를 각각의 디바이스로 분할한다.

한편, 최근에는, 웨이퍼에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 펄스 레이저빔을 웨이퍼의 분할 예정 라인을 따라 조사함으로써 레이저 가공 홈을 형성하고, 이 레이저 가공 홈을 따라 브레이킹 장치로 웨이퍼를 할단(割斷)하여 각각의 디바이스로 분할하는 방법이 제안되어 있다(예컨대, 일본 특허 공개 평성10-305420호 공보 참조).

레이저 가공 장치에 의한 레이저 가공 홈의 형성은, 다이싱 소에 의한 다이싱 방법과 비교해서 가공 속도를 빠르게 할 수 있고, 사파이어나 SiC 등의 경도가 높은 소재를 포함하는 웨이퍼라 하더라도 비교적 용이하게 가공할 수 있다. 또한, 가공 홈을 예컨대 10 ㎛ 이하 등의 좁은 폭으로 할 수 있기 때문에, 다이싱 방법으로 가공하는 경우에 비해 웨이퍼 1장당의 디바이스 취득량을 늘릴 수 있다.

가공해야 할 웨이퍼 중에는, 분할 예정 라인 상에 Low-k 막이라 지칭하는 저유전율 절연체막 또는 TEG(Test Element Group)라고 지칭하는 테스트용의 금속막이 적층되어 있는 웨이퍼가 있다.

이와 같은 웨이퍼를 가공하는 경우에는, 박리 또는 분할 불량을 방지하기 위해서 웨이퍼를 각각의 디바이스로 분할하기 전에, Low-k 막 또는 TEG로 2분할된 레이저빔을 조사하여 분할 예정 라인으로부터 제거하는 방법이 제안되어 있다(일본 특허 공표 제2010-534140호 공보).

또한, 폴리곤 미러를 이용하여 레이저빔을 복수의 레이저빔으로 분할하고, 분할된 레이저빔을 강재(鋼材) 표면에 조사함으로써 강재를 열처리하는 레이저 열처리 장치 및 방법이 일본 특허 공개 평성1-316415호 공보에 제안되어 있다.

특허문헌 1:일본 특허 공개 평성10-305420호 공보 특허문헌 2:일본 특허 공표 제2010-534140호 공보 특허문헌 3:일본 특허 공개 평성1-316415호 공보

종래의 레이저 가공 장치에서 피가공물에 조사하는 레이저빔의 개수를 변경하는 경우에는, 광학계를 교체해야 하고 시간이 걸린다는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 피가공물에 조사하는 레이저빔의 개수를 용이하게 변경할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 피가공물을 유지하는 척테이블과, 이 척테이블에 유지된 피가공물에 레이저빔을 조사하는 레이저빔 조사 수단과, 이 척테이블과 이 레이저빔 조사 수단을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단과, 이 척테이블과 이 레이저빔 조사 수단을 상대적으로 인덱싱 이송하는 인덱싱 이송 수단을 구비한 레이저 가공 장치로서, 이 레이저빔 조사 수단은, 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생 수단과, 이 레이저빔 발생 수단이 발생시킨 레이저빔을 집광하여 피가공물에 조사하는 집광 렌즈와, 이 레이저빔 발생 수단과 이 집광 렌즈 사이의 광로에 배치되어, 이 레이저빔 발생 수단이 발생시킨 레이저빔을 복수의 레이저빔으로 분기하는 레이저빔 분기 수단을 포함하고, 이 레이저빔 분기 수단은, 레이저빔을 분기하는 분기수가 서로 다른 복수의 회절 광학 소자와, 이 복수의 회절 광학 소자 중 하나를 선택적으로 레이저빔의 광로에 위치시키는 위치 부여 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치가 제공된다.

본 발명의 레이저 가공 장치는, 레이저빔을 분기하는 분기수가 서로 다른 복수의 회절 광학 소자와, 복수의 회절 광학 소자 중 하나를 선택적으로 레이저빔의 광로에 위치시키는 위치 부여 수단을 포함한 레이저빔 분기 수단을 구비하고 있기 때문에, 광학계를 교체하지 않고 피가공물에 조사하는 레이저빔의 개수를 용이하게 변경할 수 있다.

도 1은 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 레이저빔 발생 유닛 및 레이저 헤드의 블록도이다.
도 3은 제1 실시형태의 빔 스플리터의 사시도이다.
도 4는 블레이즈형 회절 광학 소자(DOE)의 모식도이다.
도 5는 제2 실시형태의 빔 스플리터의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 레이저 가공 장치에 의해 레이저 가공을 하고 있는 모습을 나타내는 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시형태의 레이저 가공 장치의 외관 사시도가 도시되어 있다. 레이저 가공 장치(2)는, 정지 베이스(4) 상에 X축 방향으로 이동 가능하게 탑재된 제1 슬라이드 블록(6)을 포함한다.

제1 슬라이드 블록(6)은, 볼나사(8) 및 펄스 모터(10)로 구성되는 가공 이송 수단(12)에 의해 한 쌍의 가이드 레일(14)을 따라서 가공 이송 방향, 즉 X축 방향으로 이동된다.

제1 슬라이드 블록(6) 상에는 제2 슬라이드 블록(16)이 Y축 방향으로 이동 가능하게 탑재되어 있다. 즉, 제2 슬라이드 블록(16)은 볼나사(18) 및 펄스 모터(20)로 구성되는 인덱싱 이송 수단(22)에 의해 한 쌍의 가이드 레일(24)을 따라서 인덱싱 방향, 즉 Y축 방향으로 이동된다.

제2 슬라이드 블록(16) 상에는 원통 지지 부재(26)를 개재하여 척테이블(28)이 탑재되어 있고, 척테이블(28)은 가공 이송 수단(12) 및 인덱싱 가공 이송 수단(22)에 의해 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동할 수 있다. 척테이블(28)에는, 척테이블(28)에 흡인 유지된 반도체 웨이퍼를 클램프하는 클램퍼(30)가 설치된다.

정지 베이스(4)에는 칼럼(32)이 세워져 설치되어 있고, 이 칼럼(32)에 레이저빔 조사 유닛(34)이 부착되어 있다. 레이저빔 조사 유닛(34)은, 케이싱(33) 내에 수용된 도 2에 나타내는 레이저빔 발생 유닛(35)과, 케이싱(33)의 선단에 부착된 레이저 헤드(37)를 포함한다.

레이저빔 발생 유닛(35)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, YAG 레이저 또는 YVO4 레이저를 발진하는 레이저 발진기(62)와, 반복 주파수 설정 수단(64)과, 펄스폭 조정 수단(66)과, 파워 조정 수단(68)을 포함한다. 특별히 도시하지는 않지만, 레이저 발진기(62)는 브루스터 창을 갖고 있고, 레이저 발진기(62)로부터 출사되는 레이저빔은 직선 편광의 레이저빔이다.

레이저 헤드(37)는, 파워 조정 수단(68)으로부터의 레이저빔(69)을 반사하는 미러(70)와, 레이저빔(69)을 복수의 레이저빔으로 분기하는 빔 스플리터(74)와, 집광 렌즈(72)를 포함하고 있고, 빔 스플리터(74)에 의해 복수개로 분기된 레이저빔이 집광 렌즈(72)로 집광되어 척테이블(28)에 유지된 웨이퍼(W)에 조사된다.

다시 도 1을 참조하면, 케이싱(33)의 선단부에는, 레이저 헤드(37)와 X축 방향으로 정렬하여 레이저 가공해야 할 가공 영역을 검출하는 촬상 수단(39)이 배치되어 있다. 촬상 수단(39)은, 가시광에 의해서 반도체 웨이퍼의 가공 영역을 촬상하는 통상의 CCD 등의 촬상 소자를 포함한다.

촬상 수단(39)은 또한, 반도체 웨이퍼에 적외선을 조사하는 적외선 조사 수단과, 적외선 조사 수단에 의해 조사된 적외선을 포착하는 광학계와, 이 광학계에 의해 포착된 적외선에 대응한 전기 신호를 출력하는 적외선 CCD 등의 적외선 촬상 소자로 구성된 적외선 촬상 수단을 포함하고 있고, 촬상된 화상 신호는 컨트롤러(제어 수단)(40)에 송신된다.

컨트롤러(40)는 컴퓨터에 의해 구성되어 있고, 제어 프로그램에 따라서 연산 처리하는 중앙 처리 장치(CPU)(42)와, 제어 프로그램 등을 저장하는 ROM(Read Only Memory)(44)와, 연산 결과 등을 저장하는 판독 기록이 가능한 RAM(Random Access Memory)(46)와, 카운터(48)와, 입력 인터페이스(50)와, 출력 인터페이스(52)를 구비하고 있다.

도면 부호 56은 안내 레일(14)을 따라 설치된 선형 스케일(54)과, 제1 슬라이드 블록(6)에 배치된 도시하지 않은 판독 헤드로 구성되는 가공 이송량 검출 수단이고, 가공 이송량 검출 수단(56)의 검출 신호는 컨트롤러(40)의 입력 인터페이스(50)에 입력된다.

도면 부호 60은 가이드 레일(24)을 따라 배치된 선형 스케일(58)과 제2 슬라이드 블록(16)에 배치된 도시하지 않은 판독 헤드로 구성되는 인덱싱 이송량 검출 수단이고, 인덱싱 이송량 검출 수단(60)의 검출 신호는 컨트롤러(40)의 입력 인터페이스(50)에 입력된다.

촬상 수단(39)으로 촬상한 화상 신호도 컨트롤러(40)의 입력 인터페이스(50)에 입력된다. 한편, 컨트롤러(40)의 출력 인터페이스(52)로부터 펄스 모터(10), 펄스 모터(20), 레이저빔 조사 유닛(34) 등에 제어 신호가 출력된다.

도 3을 참조하면, 본 발명 제1 실시형태의 빔 스플리터(74)의 사시도가 도시되어 있다. 빔 스플리터(74)는, 펄스 모터(76)의 출력축(78)에 탑재된 원판(80)을 포함한다. 원판(80)에는 복수개(본 실시형태에서는 7개)의 장착 구멍이 형성되어 있고, 각 장착 구멍 내에 회절 광학 소자(DOE:Diffractive Optical Element)(82a?82g)가 장착되어 있다.

도면 부호 82a는 레이저빔(69)을 2개로 분기하는 2분기 DOE이고, 도면 부호 82b는 레이저빔 (69)을 3개로 분기하는 3분기 DOE이다. 도면 부호 82c는 4개로 분기하는 4분기 DOE, 도면 부호 82d는 5개로 분기하는 5분기 DOE, 도면 부호 82e는 6개로 분기하는 6분기 DOE, 도면 부호 82f는 7개로 분기하는 7분기 DOE, 도면 부호 82g는 8개로 분기하는 8분기 DOE이다.

DOE(82a?82g)는 예컨대 도 4에 나타낸 바와 같은 블레이즈형 DOE(84)로 구성된다. 블레이즈형 DOE(회절 광학 소자)(84)는, 투명 플레이트(85)의 한면에 톱날형의 단면 구조(86)를 미세 가공하여 구성되어 있다. d1의 치수는 수십?수백 ㎛이다.

이 블레이즈형 DOE(84)에 의하면, 입사된 레이저빔은 0차 광, 1차 광, 2차 광으로 분기되고, 블레이즈형 DOE(84)로부터는 3개로 분기된 레이저빔이 출사된다.

도 3에 나타낸 제1 실시형태의 빔 스플리터(74)에 의하면, 펄스 모터(76)를 구동하여 원판(80)을 반시계 방향으로 회전시키는 것에 의해, 레이저빔(69)을 원하는 DOE(82a?82g)에 투과시킴으로써, 레이저빔(69)을 선택적으로 2분기, 3분기,…… 8분기할 수 있고, 분기된 레이저빔은 도 2에 나타내는 집광 렌즈(72)로 집광되어 척테이블(28)에 흡인 유지된 웨이퍼(W)에 조사된다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시형태의 빔 스플리터(74A)의 사시도가 도시되어 있다. 본 실시형태의 빔 스플리터(74A)는, 한 쌍의 가이드(88, 90)와, 가이드(88, 90)에 안내되어 화살표 A 방향으로 왕복 운동하는 직사각형 플레이트(92)를 포함한다.

직사각형 플레이트(92)에는 복수개(본 실시형태에서 6개)의 장착 구멍이 정렬되어 형성되어 있고, 각 장착 구멍 내에는 DOE(94a?94f)가 장착되어 있다. 본 실시형태의 DOE(94a?94f)도 예컨대 도 4에 나타낸 바과 같은 블레이즈형 DOE로 구성된다.

DOE(94a)는 레이저빔을 2분기하는 2분기 DOE이며, 도면 부호 94b는 3분기 DOE, 도면 부호 94c는 4분기 DOE, 도면 부호 94d는 5분기 DOE, 도면 부호 94e는 6분기 DOE, 도면 부호 94f는 7분기 DOE이다.

직사각형 플레이트(92)의 일측면에는 랙(96)이 형성되어 있다. 펄스 모터(100)의 출력축(102)에는 피니언(98)이 부착되어 있고, 피니언(98)은 가이드(88)에 형성한 개구(97)를 통해 랙(96)에 맞물려 있다.

본 실시형태의 빔 스플리터(74A)에서는, 펄스 모터(100)을 작동하여 피니언(98)을 회전시킴으로써, 랙(96)을 통해 직사각형 플레이트(92)가 화살표 A 방향으로 이동되고, 입사되는 레이저빔을 원하는 DOE(94a?94f)에 통과시켜, 레이저빔을 선택적으로 2분기, 3분기, ……7분기할 수 있다.

이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 레이저 가공 장치의 작용에 관해서 설명한다. 반도체 웨이퍼(W)는 점착 테이프인 다이싱 테이프(T)에 점착되고, 다이싱 테이프(T)의 외측 둘레부는 환형 프레임(F)에 점착되어 있다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼(W)는 다이싱 테이프(T)를 개재하여 환형 프레임(F)에 지지된 상태가 된다.

반도체 웨이퍼(W)의 표면에서는, 제1 스트리트(S1)와 제2 스트리트(S2)가 직교하여 형성되어 있고, 제1 스트리트(S1)와 제2 스트리트(S2)에 의해 구획된 각 영역에 디바이스(D)가 형성되어 있다. 각 스트리트(S1, S2)의 표면에 Low-k 막이라 지칭되는 저유전율 절연막이 피복되어 있다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 레이저 헤드(37)의 빔 스플리터(74, 74A)에 의해 3개로 분기된 레이저빔은 집광 렌즈(72)로 집광되어 반도체 웨이퍼(W)의 스트리트(S1)에 피복된 Low-k 막에 조사된다.

3개로 분기된 레이저빔의 빔 스폿을 스트리트(S1)의 폭방향으로 정렬하도록 조사하고, 가공 이송 수단(12)을 구동하여 척테이블(28)을 화살표 X1 방향으로 가공 이송함으로써, 스트리트(S1)에 피복된 Low-k 막을 효율적으로 제거할 수 있다.

또한, 레이저 가공 조건은 예컨대 이하와 같다.

광원 : YAG 레이저

파장 : 355 ㎚(YAG 레이저의 제3 고조파)

출력 : 3.0 W

반복 주파수 : 20 ㎑

집광 스폿 직경 : 1O.O ㎛

이송 속도 : 1OO ㎜/초

전술한 실시형태에서는, 빔 스플리터(74, 74A)를 미러(70)와 집광 렌즈(72) 사이에 배치한 예에 관해서 설명했지만, 빔 스플리터(74, 74A)를 파워 조정 수단(68)의 하류측이며 미러(70)의 상류측인 케이싱(33) 내에 배치하도록 해도 좋다.

W:반도체 웨이퍼 T : 점착 테이프(다이싱 테이프)
F:환형 프레임 D : 디바이스
2:레이저 가공 장치 28:척테이블
34:레이저빔 조사 유닛 35:레이저빔 발생 유닛
37:레이저 헤드 72:집광 렌즈
74, 74A:빔 스플리터 76, 100:펄스 모터
80:원판 82a?82g:DOE
84:블레이즈형 DOE 94a?94f:DOE
96:랙 98:피니언

Claims

피가공물을 유지하는 척테이블과, 상기 척테이블에 유지된 피가공물에 레이저빔을 조사하는 레이저빔 조사 수단과, 상기 척테이블과 상기 레이저빔 조사 수단을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단과, 상기 척테이블과 상기 레이저빔 조사 수단을 상대적으로 인덱싱 이송하는 인덱싱 이송 수단을 구비한 레이저 가공 장치로서,
상기 레이저빔 조사 수단은, 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생 수단과, 상기 레이저빔 발생 수단이 발생시킨 레이저빔을 집광하여 피가공물에 조사하는 집광 렌즈와, 상기 레이저빔 발생 수단과 상기 집광 렌즈 사이의 광로에 배치되어, 상기 레이저빔 발생 수단이 발생시킨 레이저빔을 복수의 레이저빔으로 분기하는 레이저빔 분기 수단을 포함하고,
상기 레이저빔 분기 수단은, 레이저빔을 분기하는 분기수가 서로 다른 복수의 회절 광학 소자와, 상기 복수의 회절 광학 소자 중 하나를 선택적으로 레이저빔의 광로에 위치시키는 위치 부여 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.