TWI743297B - 雷射加工裝置 - Google Patents

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Abstract

[課題]本發明的課題是提供一種雷射加工裝置，能夠將雷射光線的聚光點定位在晶棒內部並照射，並且從晶棒分離適當厚度的晶圓。[解決手段]雷射加工裝置2，其將能從晶棒60的端面對晶棒60具有穿透性的波長的雷射光線的聚光點定位在晶棒內部並照射，以形成剝離層，其包括：保持手段6，保持晶棒60並在與晶棒60的端面64平行的端面方向上移動；雷射光線照射手段10，具有在保持手段6所保持的晶棒60上之雷射光線照射的端面64的正交方向上移動聚光點的聚光器40；攝像手段12，檢測由保持手段6所保持的晶棒60的該端面方向的位置；以及高度檢測手段13，檢測晶棒60的端面64的高度。

Description

雷射加工裝置
本發明係關於一種雷射加工裝置，該雷射加工裝置使雷射光線的聚光點定位在晶棒內部並照射晶棒內部，從而形成用於將晶圓從晶棒分離的剝離層。
IC、LSI、和LED等的元件，乃在由矽（SiC）、藍寶石（Al2 O3 ）等作為素材之晶圓的表面積層功能層，並藉由分割預定線劃分而形成。然後，再藉由切削裝置和雷射加工裝置對晶圓的分割預定線進行加工，以分割成單獨的元件，並用於行動電話、個人電腦等電子設備。
功率元件、LED等是在由單晶SiC作為材料製成的晶圓的表面上積層功能層並藉由分割預定線劃分而形成。一般而言，已知形成該元件的晶圓是藉由用線鋸對晶棒切片而產生，再對被切下晶圓的正面和背面進行一般研磨及鏡面拋光加工（例如，參見專利文獻1）。
然而，如果用線鋸切割單晶SiC的晶棒並研磨其正面和背面來製成晶圓的話，70~80％的晶棒將被廢棄，因而存在不經濟的問題，特別是單晶SiC硬度較高，難以用線鋸切割，切割需要相當長的時間致生產率差，面臨需要高效製成晶圓的課題。因此，近年來已經提出了一種技術：將對單晶SiC具有穿透性的雷射光線的聚光點定位於晶棒內部並照射，以在預定切割表面上形成剝離層以分離晶圓（例如，參見專利文獻2）。 [習知技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2000-094221號公報
[專利文獻2]日本特開2013-049461號公報
為了將雷射光線的聚光點定位於晶棒的內部以形成剝離層，並有效率且正確地分離成為預定厚度的晶圓，必須考量晶棒的上側的端面高度；晶棒的端面高度隨著每次晶圓從晶棒的分離而變化，除了因分離的晶圓厚度，也因分離後研磨晶棒的表面而產生變化。當在尚未確定晶棒端面的高度的狀況下直接進行晶圓分離加工的話，雷射光線的聚光點應定位於從晶棒的端面起算的深度方向的哪個位置將變得不明確，應該被剝離的晶圓厚度將有偏差之虞。
因此，本發明的目的在於提供一種雷射加工裝置，其能夠將雷射光線的聚光點定位在晶棒的內部並照射，以將適當厚度的晶圓分離。
根據本發明，提供一種雷射加工裝置，其將能從晶棒的端面對晶棒具有穿透性的波長的雷射光線的聚光點定位在晶棒內部並照射在晶棒內部，以在晶棒內部形成剝離層，該雷射加工裝置包括：保持手段，保持晶棒並在與構成晶棒的上表面之端面平行的端面方向上移動；雷射光線照射手段，具有聚光器，聚光器在該保持手段所保持的晶棒上之雷射光線照射的該端面的正交方向上移動聚光點；攝像手段，檢測由該保持手段所保持的晶棒的該端面方向的位置；高度檢測手段，檢測晶棒的該端面的高度；以及聚光點位置定位手段，根據該高度檢測手段的檢測值，將該聚光器的聚光點定位在從晶棒的該端面起算與晶圓厚度相對應的位置處。
較佳地，該高度檢測手段包括：接觸端子；移動部，將該接觸端子移動直到其與該保持手段所保持的晶棒之上側的端面接觸；以及尺標，檢測接觸端子的位置。更佳地，該接觸端子與該攝像手段相鄰配設，該尺標以及該移動部是用於構成該攝像手段的尺標以及移動部。
根據本發明，可實現以正確的晶棒的端面高度為基準，將雷射光線的聚光點定位在期望的位置，以解決分離的晶圓的厚度出現偏差的問題。此外，高度檢測手段因為是由接觸端子、使接觸端子移動直到其與保持手段所保持的晶棒的端面接觸的移動部、以及檢測接觸端子的位置的尺標所構成，可以容易地構成高度檢測手段。進一步地，藉由將接觸端子與攝像手段相鄰配設，且使用該尺標以及該移動部作為構成攝像手段的尺標以及移動部，可將用於攝像手段的構成直接轉用，以抑制雷射加工裝置之高昂成本。
以下參見附圖並同時詳細描述根據本發明所構成的雷射加工裝置的實施例。
圖1所示的雷射加工裝置2包括：基台4、用於保持工件（workpiece）的保持手段6、用於使保持手段6在被保持的晶棒60的端面方向上移動的移動手段8、雷射光線照射手段10、攝像手段12、高度檢測手段13以及顯示手段14，以及控制各手段但未圖示的控制手段。
保持手段6配設有：矩形的X方向可動板20，在圖中箭頭X所示的X方向上可移動地安裝在基台4上；矩形的Y方向可動板22，在圖中箭頭Y所示的Y方向上可移動地安裝在X方向可動板20上；以及卡盤台（chuck table）24，藉由未圖示的旋轉驅動手段可旋轉地構成於Y方向可動板22上。另外，X方向是圖1中的箭頭X所示的方向，Y方向是箭頭Y所示的方向並且與X方向正交。由X方向和Y方向所定義的平面實質上是水平的。
移動手段8是用於使保持手段6在平行於由X方向和Y方向所定義的平面的方向上移動的手段，並且包括X方向移動手段26、Y方向移動手段28以及使卡盤台24以圖中箭頭24b所示的方向旋轉的未圖示的旋轉驅動手段。X方向移動手段26將馬達32的旋轉運動經由滾珠螺桿30轉換為直線運動，傳遞至X方向可動板20，並沿著基台4上的導軌4a、4a使X方向可動板20在X方向上前後移動。Y方向移動手段28將馬達36的旋轉運動經由滾珠螺桿34轉換為直線運動，傳遞至Y方向可動板22，並沿著X方向可動板20上的導軌20a、20a使Y方向可動板22在Y方向上前後移動。雖然省略了圖示，但是X方向移動手段26、Y方向移動手段28以及旋轉驅動手段分別配設有位置檢測手段，使卡盤台24的X方向的位置、Y方向的位置和圓周方向的旋轉位置被準確地檢測，並且根據來自未圖示的控制手段指示的訊號來驅動X方向移動手段26、Y方向移動手段28以及旋轉驅動手段，因而能夠以任意的位置以及角度定位卡盤台24。
雷射光線照射手段10包括：雷射光線振盪手段（未圖示），對脈衝雷射光線進行振盪，脈衝雷射光線內置於從基台4的上表面向上方延伸並實質上水平延伸的框體38中；聚光器40，配置於框體38的前端的下表面；聚光點位置定位手段（未圖示），調整聚光器40的聚光點的高度位置；輸出調整手段（未圖示），調整該雷射光線的輸出；以及設定手段（未圖示），用於設定該雷射光線的重複頻率，等手段。聚光器40內置聚光透鏡（未圖示），用於將從雷射光線振盪手段被振盪的雷射光線進行聚光。
攝像手段12在X方向上與配設於雷射光線照射手段10的聚光器40以一間隔安裝在框體38的前端角部（參見圖1）。如圖2所示，攝像手段12包括：物鏡12a，用於對保持於卡盤台24的晶棒60的端面方向的位置（即外形形狀）進行拍攝；攝像外殼12b，用於保持物鏡12a；攝像元件（CCD）12c，經由攝像外殼12b引導物鏡12a捕獲的光；以及移動部12d，藉由使攝像外殼12b在上下方向（圖中箭頭Z所示的Z方向）上移動，使物鏡12a以及攝像元件12c在Z方向上移動。
移動部12d包括移動部殼體121以及驅動馬達122，移動部殼體121內置有支撐攝像外殼12b同時使其在Z方向上移動的驅動機構（未圖示），驅動馬達122驅動內置在移動部殼體121中的驅動機構。另外，移動部殼體121上設置有用於檢測攝像外殼12b在Z方向上的移動量的尺標（scale）12e，在攝像外殼12b的外側表面上的與尺標12e相對的位置處，配設有藉由閱讀尺標12e的刻度來檢測攝像外殼12b的位置的檢測端子12f。在用攝像手段12對工件拍攝的情況下，藉由尺標12e以及檢測端子12f來測量攝像外殼12b的高度位置，同時使移動部12d動作，調整物鏡12a在Z方向上的位置來進行焦點位置的調整。其中，內置於移動部殼體121的驅動機構，可以與上述的X方向移動手段26以及Y方向移動手段28相同地，藉由導軌及滾珠螺桿手段等構成。
如圖2所示，高度檢測手段13可以與構成攝像手段12的攝像外殼12b一體地構成。從作為圖2（a）的A-A剖面的圖2（b）可以看出，高度檢測手段13由接觸端子13a、保持接觸端子13a的殼體13b、內置於殼體13b且向下按壓該接觸端子13a的彈簧13c、以及配設在殼體13b的內部空間的上端部的開關13d所構成，接觸端子13a與攝像手段12相鄰配設。
接觸端子13a在形成有前端部131的下方側從殼體13b的下端表面向下延伸，並且在位於殼體13b的內部空間內的部位形成接收該彈簧13c的按壓力的凸緣部132。另外，在殼體13b的內部空間的上端，在圖2（b）所示的穩定狀態下，開關13d相對於位於接觸端子13a的上方側的後端部133是相隔若干的間隙配設。當接觸端子13a在殼體13b內向上方移動並且開關13d與後端部133碰觸時，開關13d發出ON訊號並將ON訊號發送到未圖示的控制手段。
控制手段由電腦構成並且包括：根據控制程式進行演算處理的中央演算處理裝置（CPU）、儲存控制程式等的唯讀記憶體（ROM）、用於臨時儲存檢測到的檢測值以及演算結果等的可讀寫的隨機存取記憶體（RAM）、及輸入界面以及輸出界面（省略詳細圖示）。
本實施例的雷射加工裝置2大致如上所述構成，以下對使用該雷射加工裝置2的晶圓的生成方法以及高度檢測手段13的作用進行說明。
根據本發明的雷射加工裝置2所加工的晶棒60是六方晶單晶SiC，如圖2所示，晶棒60為大致圓筒狀，具有圓周表面62、圓形的上側的端面64以及的下側的端面66。在圓周表面62上形成有表示晶體方向（Crystal Orientation）的側視為矩形的第一定向平面68以及表示與晶棒60的C軸的傾斜方向垂直的方向的第二定向平面70。其中，為使第一定向平面和第二定向平面兩者容易被區別，使它們形成為不同的長度。
在本實施例的雷射加工裝置2中，在晶棒60被載置在卡盤台24上並開始加工之前，如圖3(a)所示，使用高度檢測手段13檢測卡盤台24的高度位置Z。更具體來說，首先，使高度檢測手段13與攝像手段12一起移動到接觸端子13a的前端部131位於卡盤台24上方的預定距離的待機位置。接下來，在攝像手段12和高度檢測手段13處於待機位置的狀態下，藉由使移動手段8動作，由此移動卡盤台24使卡盤台24的中心位於高度檢測手段13的接觸端子13a的前端部131的正下方。當卡盤台24的中心位於前端部131的正下方時，操作移動部12d的驅動馬達122使高度檢測手段13下降。此時，接觸端子13a的前端部131以低速度下降，以避免與卡盤台24急遽碰撞、破壞等。
如基於圖2(b)所說明般，接觸端子13a被配設在殼體內部的彈簧13c向下方側按壓，當接觸端子13a下降到達卡盤台24時，則接觸端子13a的下降停止。之後，開關13d僅以接觸端子13a的後端部133與開關13d之間設定的間隙的量下降，在到達後端部133時，從開關13d產生ON訊號。當ON訊號被發送到未圖示的控制手段時，立即向驅動馬達122發送停止訊號，驅動馬達122停止，並且高度檢測手段13的下降也停止。
當控制手段接收到來自開關13d的ON訊號並且使驅動馬達122停止時(參見圖3(a))，藉由檢測端子12f讀取尺標12e的刻度，並測量接觸端子13a的前端部131的位置。此時讀取的值(Z1)被傳送到控制手段並儲存作為卡盤台24的高度位置Z1。如上所述檢測並儲存卡盤台24的高度位置Z1時，驅動馬達122被驅動而使高度檢測手段13上升並將其移動到待機位置。
當如上所述檢測到卡盤台24的高度位置Z1並且將高度檢測手段13設定在待機位置時，卡盤台24的上表面24a與形成晶圓的晶棒60的下側的端面66之間置入黏接劑(例如環氧樹脂系黏接劑)，以使晶棒60的中心與卡盤台24的中心一致地載置在卡盤台24上。另外，本發明不限於此，卡盤台24的上表面24a也可以是由多孔質材料形成的大致水平延伸的圓形的吸附卡盤，與未圖示的吸附手段連接，使晶棒60可以被吸附固定。
當晶棒60被載置在卡盤台24上時，實施與上述檢測卡盤台24高度的動作相同的操作。即，如圖3（b）所示，使高度檢測手段13朝向載置在卡盤台24上的晶棒60下降，使接觸端子13a的前端部131接觸晶棒60的上方的端面64，以檢測接觸端子13a的前端部131的位置，即晶棒60的端面的高度位置（Z2 ），並以控制手段儲存。以這種方式，當檢測到卡盤台24的高度位置Z1 和晶棒60的端面的高度位置Z2 時，計算晶棒60的厚度（Z2 -Z1 ）。另外，尺標12e的基準位置（原點）相對於卡盤台24的高度設定為低於預定量，以使檢測端子12f檢測出的值不成為負值。
當檢測到卡盤台24的高度位置Z1 和晶棒60的高度位置Z2 時，實施對準（alignment）步驟，以進行晶棒60的加工位置與雷射光線照射手段10的聚光器40的位置對準。在對準步驟中，首先，使移動手段8動作，使卡盤台24移動到攝像手段12的下方，藉由攝像手段12從上方拍攝晶棒60的整體。此時，在藉由上述尺標12e和檢測端子12f檢測攝像手段12的高度位置的期間，藉由操作移動部12d的驅動馬達122，將攝像手段12定位在適於拍攝的位置。由攝像手段12拍攝的晶棒60的影像被顯示在顯示手段14上，基於該影像掌握晶棒60的端面形狀，並且檢測第一定向平面68、第二定向平面70的位置以及其方向。其中，如上所述，第一定向平面68和第二定向平面70被設定為具有不同的長度，並被設定為可易於彼此區分。然後，當檢測到第一定向平面68和第二定向平面70時，藉由操作移動手段8，使第二定向平面70在X方向上整合，同時進行晶棒60的加工開始位置與聚光器40的位置對齊。隨後，操作設置在雷射光線照射手段10中的未圖示的聚光點位置定位手段，以在Z方向上移動聚光器40，並且根據被剝離的晶圓的厚度將雷射光線的聚光點的位置調整到從晶棒60的端面起算64具有預定深度（例如100μm）的位置。此時，由於如上所述檢測到卡盤台24的高度位置Z1 和晶棒60的高度位置Z2 ，所以基於此設定聚光點位置。即，如圖4所示，聚光器40在Z方向上的位置被配置成使得聚光點定位於從卡盤台24的上表面起的[Z2 -Z1 -100μm]的位置處。
在如上所述實施對準步驟之後，實施形成剝離層的剝離層形成步驟。剝離層形成步驟，如圖4和圖5所示，是以後述方式實施：在藉由X方向移動手段26將卡盤台24以預定的加工進給速度在X方向（即，與第二定向平面70平行的方向）上移動期間，藉由將對單晶SiC具有穿透性的波長的雷射光線從聚光器40照射到晶棒60。更具體來說，進行強度降低部形成加工以在與晶棒60的端面64距離100μm的深度位置處形成直線狀的強度降低部74，並利用Y方向移動手段28將卡盤台24在Y方向上以預定量分度進給，從而在垂直於第二定向平面的方向上間隔地實施多次強度降低部形成加工。這種形成強度降低部形成加工可以例如在以下加工條件下實施。 光源 ：YAG脈衝雷射 雷射光線的波長 ：1064nm 重複頻率 ：80kHz 平均輸出 ：3.2W 脈衝寬度 ：3ns 聚光點直徑 ：10μm 聚光透鏡的數值孔徑（NA） ：0.65 分度量 ：500μm 加工進給速度 ：150mm/s 散焦 ：100μm
在實施上述的剝離層形成步驟後，實施晶圓剝離步驟，將由剝離層形成步驟中形成的剝離層作為邊界，分離厚度約100μm的晶圓。其中，雖然由於晶圓剝離步驟非本發明的主要部分，所以省略其細節，但是可以使吸附晶棒60的端面64側的吸附片緊密接觸地操作吸附手段進行吸附，藉由從吸附片側施加超音波振動使得在剝離層形成步驟中形成的剝離層發展，並且以剝離層作為界面將形成在晶棒60上端的晶圓分離。
實施該晶圓剝離步驟的結果，如果晶圓與晶棒60分離，則晶棒60的上表面被配設在基台4上的未圖示的研磨手段來進行研磨，由此再次處於可以從晶棒60製成晶圓的狀態。接下來，改如圖3（b）所示，使高度檢測手段13朝向載置在卡盤台24上的晶棒60下降，接觸端子13a的前端部131接觸晶棒60的端面64，以檢測晶棒60的端面64的新的高度位置（Z2 ）並儲存在控制手段中，並再次實施如上所述的至晶圓剝離步驟的步驟。藉由重複這些步驟，可以從晶棒60有效地生成多片晶圓，從而提高生產率。其中，由於即使從晶棒60剝離晶圓，卡盤台24的高度位置Z1 也不變化，所以不需要再次檢測高度位置Z1 。因此，卡盤台24的高度位置Z1 的檢測操作，例如，可以在當天的工作開始時，或雷射加工裝置2起動時實施並儲存。
本發明不限於上述實施方式，在本發明的技術範圍內，可以設想各種實施方式。例如，在本實施例中，高度檢測手段13雖然與攝像手段12相鄰地配置，但不限於此，高度檢測手段13也可以獨立於攝像手段12配置在框體38的前端部。另外，在上述實施例中，雖然藉由1點測量晶棒60的中心部的一點的高度位置來檢測晶棒60的端面64的高度位置Z2 ，但是本發明不限於此，亦可檢測多個點的高度位置並採用其平均值。
2‧‧‧雷射加工裝置4‧‧‧基台4a‧‧‧導軌6‧‧‧保持手段8‧‧‧移動手段10‧‧‧雷射光線照射手段12‧‧‧攝像手段12a‧‧‧物鏡12b‧‧‧攝像外殼12c‧‧‧攝像元件（CCD）12d‧‧‧移動部12e‧‧‧尺標12f‧‧‧檢測端子121‧‧‧移動部殼體122‧‧‧驅動馬達13‧‧‧高度檢測手段13a‧‧‧接觸端子13b‧‧‧殼體13c‧‧‧彈簧13d‧‧‧開關14‧‧‧顯示手段20‧‧‧X方向可動板20a‧‧‧導軌22‧‧‧Y方向可動板24‧‧‧卡盤台26‧‧‧X方向移動手段28‧‧‧Y方向移動手段38‧‧‧框體40‧‧‧聚光器60‧‧‧晶棒68‧‧‧第一定向平面70‧‧‧第二定向平面
圖1為基於本發明所構成的雷射加工裝置的整體立體圖。
圖2為用於說明圖1所示的雷射加工裝置的攝像手段以及高度檢測手段的說明圖。
圖3為用於說明圖2所示的高度檢測手段的動作的側視圖。
圖4為用於說明藉由雷射光線照射手段將聚光點定位在預定的深度的步驟的側視圖。
圖5為用於說明在圖1所示的雷射加工裝置中實施剝離層形成步驟的動作的立體圖。
12‧‧‧攝像手段
12a‧‧‧物鏡
12b‧‧‧攝像外殼
12c‧‧‧攝像元件(CCD)
12d‧‧‧移動部
12e‧‧‧尺標
12f‧‧‧檢測端子
121‧‧‧移動部殼體
122‧‧‧驅動馬達
13‧‧‧高度檢測手段
13a‧‧‧接觸端子
13b‧‧‧殼體
13c‧‧‧彈簧
13d‧‧‧開關
131‧‧‧前端部
132‧‧‧凸緣部
133‧‧‧後端部
24‧‧‧卡盤台
60‧‧‧晶棒
62‧‧‧圓周表面
64‧‧‧上側的端面
66‧‧‧下側的端面
68‧‧‧第一定向平面
70‧‧‧第二定向平面

Claims (2)

  1. 一種雷射加工裝置，其將能從晶棒的端面對晶棒具有穿透性的波長的雷射光線的聚光點定位在晶棒內部並照射在晶棒內部，以在晶棒內部形成剝離層，該雷射加工裝置包括：保持手段，保持晶棒並在與構成晶棒的上表面之端面平行的端面方向上移動；雷射光線照射手段，具有聚光器，該聚光器在該保持手段所保持的晶棒上之雷射光線照射的該端面的正交方向上移動聚光點；攝像手段，檢測由該保持手段所保持的晶棒的該端面方向的位置；高度檢測手段，檢測晶棒的該端面的高度；以及聚光點位置定位手段，根據該高度檢測手段的檢測值，將該聚光器的聚光點定位在從晶棒的該端面起算與晶圓厚度相對應的位置處；該高度檢測手段包括：接觸端子；移動部，將該接觸端子移動直到其與該保持手段所保持的晶棒之上側的端面接觸；以及尺標，檢測該接觸端子的位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雷射加工裝置，其中該接觸端子與該攝像手段相鄰配設，該尺標以及該移動部是用於構成該攝像手段的尺標以及移動部。
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