JP2014082418A

JP2014082418A - レーザー加工装置

Info

Publication number: JP2014082418A
Application number: JP2012230880A
Authority: JP
Inventors: Koichi Shigematsu; 重松　　孝一; Hiroshi Kitamura; 宏北村
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-10-18
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2014-05-08

Abstract

【課題】ウエーハの大口径化に対応して保持手段を大きくしても装置全体の大型化を抑制することができるレーザー加工装置を提供する。
【解決手段】被加工物を保持する被加工物保持手段と、被加工物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レーザー光線照射手段とを具備するレーザー加工装置であって、レーザー光線照射手段は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、レーザー光線発振手段が発振したレーザー光線を集光して被加工物保持手段に保持された被加工物に照射する集光器と、集光器をX軸方向に移動するX軸移動機構と、集光器をX軸方向と直交するY軸方向に移動するY軸移動機構とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物にレーザー加工を施すためのレーザー加工装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々のデバイスを製造している。また、サファイア基板や炭化珪素基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。

ウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法が試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの裏面側から内部に集光点を合わせてウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線をストリートに沿って照射し、ウエーハの内部にストリートに沿って改質層を連続的に形成し、この改質層が形成されることによって強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、ウエーハを個々のデバイスに分割するものである。（例えば、特許文献１参照。）

また、ウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を用い、ウエーハに形成されたストリートに沿ってパルスレーザー光線を照射することによりレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿って破断する方法が実用化されている。（例えば、特許文献２参照。）

上述したレーザー加工を施すレーザー加工装置は、被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物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レーザー光線照射手段と、被加工物保持手段を加工送り方向(X軸方向)に加工送りする加工送り手段および被加工物保持手段を加工送り方向と直交する割り出し送り方向(Y軸方向)に割り出し送りする割り出し送り手段を具備している。（例えば、特許文献３参照。）

特許第３４０８８０５号公報特開平１０−３０５４２０号公報特開２００９−２００１２７号公報

近年、半導体デバイス製造の生産性を向上させるために、ウエーハの径が３００mm、４５０mmと大口径化の傾向があり、ウエーハ等の被加工物を保持する被加工物保持手段もウエーハの大口径化に対応した大きさに構成される。このように被加工物保持手段の大型化に伴って保持手段の移動経路も長くなるため、レーザー加工装置自体が大型化して単価の高いクリーンルームを圧迫するという問題がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、ウエーハの大口径化に対応して保持手段を大きくしても装置全体の大型化を抑制することができるレーザー加工装置を提供することにある。

上記主たる技術的課題を解決するために、本発明によれば、被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物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レーザー光線照射手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該レーザー光線照射手段は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段が発振したレーザー光線を集光して該被加工物保持手段に保持された被加工物に照射する集光器と、該集光器をX軸方向に移動するX軸移動機構と、該集光器をX軸方向と直交するY軸方向に移動するY軸移動機構と、を具備している、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

上記被加工物保持手段は、被加工物を保持する保持面を備えた保持テーブルと、該保持テーブルを回転する回転駆動機構と、該保持テーブルをX軸方向およびY軸方向と直交するZ軸方向に移動するZ軸移動機構と備えている。
また、上記集光器はX軸移動機構によってX軸方向に移動せしめられる集光器装着部材に装着されており、該集光器装着部材には集光器とX軸方向の同一軸線上に被加工物保持手段の保持テーブルに保持された被加工物のレーザー加工すべき加工領域を検出するための撮像手段が装着される。

本発明によるレーザー加工装置おいては、レーザー光線照射手段は集光器をX軸方向に移動するX軸移動機構と、集光器をY軸方向に移動するY軸移動機構を具備しているので、被加工物保持手段の保持テーブルをX軸方向およびY軸方向に移動させる構成にする必要がない。従って、被加工物であるウエーハの大口径化に対応して被加工物保持手段の保持テーブルを大きくしても装置全体の大型化を抑制することができる。

本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図。図１に示すレーザー加工装置に装備される被加工物保持手段の構成部材を分解して示す斜視図。図１に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段を構成する集光器支持ユニットの斜視図。図３に示す集光器支持ユニットを構成するY軸方向案内部材と移動基台を分解した状態を示す斜視図。図３に示す集光器支持ユニットを構成する各部材を分解して示す斜視図。図１に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段のブロック構成図。図６に示すレーザー光線照射手段を構成する集光器によって照射されるレーザー光線の説明図。

以下、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。

図１には、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置は、静止基台２と、該静止基台２上に配設され被加工物を保持する被加工物保持手段３と、静止基台２に配設され被加工物保持手段３に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段としてレーザー光線照射ユニット４とを具備している。

上記被加工物保持手段３は、図２に示すように被加工物を保持する保持面３１１aを備えた保持テーブル３１と、該保持テーブル３１を回転する回転駆動機構３２と、保持テーブル３１を加工送り方向である矢印Xで示すX軸方向および割り出し送り方向である矢印Yで示すY軸方向と直交する焦点位置調整方向である矢印Zで示すZ軸方向（保持テーブル３１の保持面３１１aに垂直な方向）に移動するZ軸移動機構３３を備えている。保持テーブル３１は、多孔性材料から形成された吸着チャック３１１を具備しており、吸着チャック３１１の上面である保持面３１１a上に半導体ウエーハ等の被加工物を図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成された保持テーブル３１には、半導体ウエーハ等の被加工物を保護テープを介して支持する環状のフレームを固定するためのクランプ３４が配設されている。

上記回転駆動機構３２は、保持テーブル３１を回転可能に支持する円筒状の回転支持部材３２１と、該円筒状の回転支持部材３２１内に配設されたパルスモータ３２２とを具備しており、パルスモータ３２２を駆動することにより保持テーブル３１を回転せしめる。

上記Z軸移動機構３３は、上記保持テーブル３１および回転駆動機構３２を支持するテーブル支持部材３３１と、該テーブル支持部材３３１をZ軸方向（保持テーブル３１の保持面３１１aに垂直な方向）に移動可能に支持する案内支持部材３３２と、該案内支持部材３３２の上面に配設されテーブル支持部材３３１をZ軸方向に移動せしめる移動モータ３３３とからなっている。テーブル支持部材３３１は、正方形の天壁３３１aと、該天壁３３１aの４辺からそれぞれ垂下する４個の側壁３３１bからなっており、下方が開放されている。このように構成されたテーブル支持部材３３１の天壁３３１a上に上記回転支持部材３２１が配設される。上記案内支持部材３３２は、上記テーブル支持部材３３１を構成する４個の側壁３３１bの内面と対応する正方形状に形成され、４隅にテーブル支持部材３３１を構成する４個の側壁３３１bの内面を案内する案内部３３２aが上方に突出して設けられている。従って、案内支持部材３３２にテーブル支持部材３３１を上方から嵌合することにより、テーブル支持部材３３１は案内支持部材３３２の案内部３３２aに沿ってZ軸方向に移動可能に支持される。上記移動モータ３３３はパルスモータからなり、その駆動軸３３３aには雄ネジ３３３bが形成されている。この雄ネジ３３３bは、上記テーブル支持部材３３１を構成する天壁３３１aの中央部に設けられた図示しない雌ネジ穴と螺合するようになっている。従って、移動モータ３３３を一方向に回転することによりテーブル支持部材３３１が上昇し、移動モータ３３３を他方向に回転することによりテーブル支持部材３３１が下降せしめられる。このように構成されたZ軸移動機構３３は、案内支持部材３３２が図１に示すように静止基台２上に配設される。

上記レーザー光線照射ユニット４は、上記静止基台２上に配設された支持部材４１と、該支持部材４１によって支持され実質上水平に延出するケーシング４２と、該ケーシング４２に配設されたレーザー光線照射手段５と、レーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段４３を具備している。レーザー光線照射手段５は、パルスレーザー光線を発振するパルスレーザー光線発振手段５１と、該パルスレーザー光線発振手段５１が発振したパルスレーザー光線を集光して上記被加工物保持手段３の保持テーブル３１に保持された被加工物に照射する集光器５２と、該集光器５２をX軸方向（加工送り方向）およびY軸方向（割り出し送り方向）に移動可能に支持する集光器支持ユニット６を具備している。パルスレーザー光線発振手段５１は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器と、これに付設された繰り返し周波数設定手段とから構成されており、ケーシング４２内に配設されている。

上記集光器支持ユニット６について、図３乃至図５を参照して説明する。図示の実施形態における集光器支持ユニット６は、上記ケーシング４２の下面に装着されるY軸方向案内部材６１と、該Y軸方向案内部材６１によってY軸方向に移動可能に支持される移動基台６２を具備している。Y軸方向案内部材６１は、X軸方向の両側部にY軸方向に延びる案内溝６１１、６１２が設けられている。また、Y軸方向案内部材６１のY軸方向の一端中央部には、後述するY軸移動機構を構成する雄ネジロッドを回転可能に支持する支持穴６１３aを備えた軸受け部材６１３が下方に突出して設けられている。

移動基台６２は、図５に示すようにX軸方向に長い長方形状の基台本体６２１と、該基台本体６２１のX軸方向両端から上方に延びる被支持部６２２、６２３とからなっている。基台本体６２１には、X軸方向に沿って形成された案内穴６２１aが設けられている。上記被支持部６２２、６２３の上端にはそれぞれ外方に突出しY軸方向に延びる被案内レール６２２a、６２３aが設けられており、この被案内レール６２２a、６２３aを上記Y軸方向案内部材６１に設けられた案内溝６１１、６１２に係合することにより、図３に示すように移動基台６２はY軸方向案内部材６１にY軸方向に沿って移動可能に支持される。なお、移動基台６２を構成する一方の被支持部６２２には後述するY軸移動機構を構成する雄ネジロッドを回転可能に支持する支持穴６２２bが設けられており、他方の被支持部６２３には後述するY軸移動機構を構成する雄ネジロッドを回転駆動するモータを装着するための装着穴６２３bが設けられている。

上述したように構成された移動基台６２には、上記集光器５２を装着するための集光器装着部材６３および該集光器装着部材６３の上面に配設されたX軸方向移動ブロック６４がX軸方向に沿って移動可能に配設される。即ち、集光器装着部材６３の上面に配設されたX軸方向移動ブロック６４は、上記移動基台６２を構成する基台本体６２１に設けられた案内穴６２１aの幅と対応する幅を有しており、図４に示すように基台本体６２１の下側から案内穴６２１aに嵌合することにより案内穴６２１aにそってX軸方向に移動可能に配設される。また、X軸方向移動ブロック６４には、図５に示すようにX軸方向に貫通する雌ネジ穴６４１が設けられている。この雌ネジ穴６４１に後述するX軸移動機構を構成する雄ネジロッドが螺合せしめられる。

上記のようにX軸方向移動ブロック６４とともに移動基台６２の基台本体６２１にX軸方向に移動可能に配設された集光器装着部材６３の下面に、図４に示すように集光器５２が装着される。従って、集光器５２は集光器装着部材６３とともに移動基台６２の基台本体６２１にX軸方向に移動可能に配設されることになる。また、集光器装着部材６３の下面には、集光器５２とX軸方向の同一軸線上に上記被加工物保持手段３の保持テーブル３１上に保持された被加工物のレーザー加工すべき加工領域を検出するための撮像手段４３が装着される。

また、上記移動基台６２を構成する基台本体６２１の中央部上面には、Y軸方向移動ブロック６５が配設されている。このY軸方向移動ブロック６５は、図４および図５に示すようにY軸方向に貫通する雌ネジ穴６５１が設けられている。この雌ネジ穴６５１に後述するY軸移動機構を構成する雄ネジロッドが螺合せしめられる。

上記移動基台６２を構成する基台本体６２１の下面には、上記集光器５２とX軸方向の同一軸線上に上記パルスレーザー光線発振手段５１が発振したパルスレーザー光線を集光器５２に向けて反射せしめる反射手段５３が装着されている。なお、反射手段５３は、反射ミラーやプリズムを用いることができる。

図３乃至図５を参照して説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー光線照射手段５は、上記集光器５２が装着された集光器装着部材６３をX軸方向に移動するX軸移動機構６６と、集光器５２が装着された集光器装着部材６３および反射手段５３が配設された移動基台６２をY軸方向に移動するY軸移動機構６７を具備している。X軸移動機構６６は、上記移動基台６２を構成する基台本体６２１に設けられた案内穴６２１aに沿って配設され雄ネジロッド６６１と、該雄ネジロッド６６１の一端に連結されたパルスモータ６６２とからなっている。雄ネジロッド６６１は、X軸方向移動ブロック６４に設けられた雌ネジ穴６４１に螺合し、他端が上記移動基台６２を構成する一方の被支持部６２２に設けられた支持穴６２２bによって回転可能に支持される。雄ネジロッド６６１の一端に連結されたパルスモータ６６２は、上記移動基台６２を構成する他方の被支持部６２３に設けられた装着穴６２３bに嵌合することによって装着される。このように構成されたX軸移動機構６６は、パルスモータ６６２を一方向または他方向に回転駆動することにより、X軸方向移動ブロック６４が配設された集光器装着部材６３に装着されている集光器５２はX軸方向に移動せしめられる。

上記集光器５２をY軸方向に移動するY軸移動機構６７は、上記Y軸方向案内部材６１の下側中央部にY軸方向に沿って配設され雄ネジロッド６７１と、該雄ネジロッド６７１の一端に連結されたパルスモータ６７２とからなっている。雄ネジロッド６７１は、Y軸方向移動ブロック６５に設けられた雌ネジ穴６５１に螺合し、他端が上記Y軸方向案内部材６１のY軸方向の一端中央部に設けられた軸受け部材６１３に形成されている支持穴６１３aによって回転可能に支持される。雄ネジロッド６７１の一端に連結されたパルスモータ６７２は、Y軸方向案内部材６１の下面に装着される。このように構成されたY軸移動機構６７は、パルスモータ６７２を一方向または他方向に回転駆動することにより、Y軸方向移動ブロック６５が装着された移動基台６２に配設されている集光器装着部材６３に装着された集光器５２はY軸方向に移動せしめられる。

次に、レーザー光線照射手段５を構成するパルスレーザー光線発振手段５１と反射手段５３および集光器５２との関係について、図６および図７を参照して説明する。
図６に示すように集光器５２および撮像手段４３が装着された集光器装着部材６３は、上述したようにX軸移動機構６６によって矢印Xで示すX軸方向に移動可能に構成されている。また、上記集光器装着部材６３および反射手段５３が配設されている移動基台６２は、上述したようにY軸移動機構６７によって矢印Yで示すY軸方向に移動可能に構成されている。そして、パルスレーザー光線発振手段５１から発振されたパルスレーザー光線LBが、Y軸方向に沿って反射手段５３に照射するように構成されている。従って、反射手段５３が装着された移動基台６２がY軸方向に移動しても、パルスレーザー光線発振手段５１から発振されたパルスレーザー光線LBは常に反射手段５３の所定位置に導かれる。このように反射手段５３に導かれたパルスレーザー光線LBは、反射手段５３によってX軸方向に反射され集光器５２に導かれる。従って、集光器５２が配設された集光器装着部材６３がX軸方向に移動しても反射手段５３によってX軸方向に反射されたパルスレーザー光線LBは、常に集光器５２の所定位置に導かれる。即ち、図示の実施形態においては図７に示すように、反射手段５３によってX軸方向に反射されたパルスレーザー光線LBは、反射手段５３に対向して集光器５２に形成された開口５２aを通過して集光器５２を構成する方向変換ミラー５２１の所定位置に導かれる。方向変換ミラーに導かれたパルスレーザー光線LBは、図７において下方に向けて方向変換され、集光レンズ５２２によって集光され、上記保持テーブル３１に保持された被加工物Wに照射される。

以上のように、図示のレーザー加工装置においては、レーザー光線照射手段５は、集光器５２が装着された集光器装着部材６３をX軸方向に移動するX軸移動機構６６と、集光器５２が装着された集光器装着部材６３および反射手段５３が配設された移動基台６２をY軸方向に移動するY軸移動機構６７を具備しているので、被加工物保持手段３の保持テーブル３１をX軸方向（加工送り方向）およびY軸方向（割り出し送り方向）に移動させる構成にする必要がない。従って、被加工物であるウエーハの大口径化に対応して被加工物保持手段３の保持テーブル３１を大きくしても装置全体の大型化を抑制することができる。
また、図示のレーザー加工装置においては、被加工物保持手段３は、被加工物を保持する保持面を備えた保持テーブル３１をX軸方向（加工送り方向）およびY軸方向（割り出し送り方向）と直交するZ軸方向（焦点位置調整方向）に移動するZ軸移動機構３３を備えているので、集光器５２によるレーザー光線の集光点位置を調整するためにレーザー光線照射手段５をZ軸方向に移動調整するための集光点位置調整機構を装備する必要がない。
更に、図示のレーザー加工装置においては、集光器５２はX軸移動機構６６によってX軸方向に移動せしめられる集光器装着部材６３に装着されており、該集光器装着部材６３には集光器５２とX軸方向の同一軸線上に被加工物保持手段３の保持テーブル３１に保持された被加工物のレーザー加工すべき加工領域を検出するための撮像手段４３が装着されるので、保持テーブル３１に保持された被加工物のレーザー加工すべき加工領域とレーザー光線を照射する集光器５２との位置合わせを行うアライメント作業が容易となる。

２：静止基台
３：被加工物保持手段
３１：保持テーブル
３２：回転駆動機構
３３：Z軸移動機構
４：レーザー光線照射ユニット
４３：撮像手段
５：レーザー光線照射手段
５１：パルスレーザー光線発振手段
５２：集光器
５３：反射手段
６：集光器支持ユニット
６１：Y軸方向案内部材
６２：移動基台
６３：集光器装着部材
６４：X軸方向移動ブロック
６５：Y軸方向移動ブロック
６６：X軸移動機構
６７：Y軸移動機構

Claims

被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物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レーザー光線照射手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該レーザー光線照射手段は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段が発振したレーザー光線を集光して該被加工物保持手段に保持された被加工物に照射する集光器と、該集光器をX軸方向に移動するX軸移動機構と、該集光器をX軸方向と直交するY軸方向に移動するY軸移動機構と、を具備している、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
該被加工物保持手段は、被加工物を保持する保持面を備えた保持テーブルと、該保持テーブルを回転する回転駆動機構と、該保持テーブルをX軸方向およびY軸方向と直交するZ軸方向に移動するZ軸移動機構と備えている、請求項１記載のレーザー加工装置。
該集光器は該X軸移動機構によってX軸方向に移動せしめられる集光器装着部材に装着されており、該集光器装着部材には該集光器とX軸方向の同一軸線上に該被加工物保持手段の該保持テーブルに保持された被加工物のレーザー加工すべき加工領域を検出するための撮像手段が装着される、請求項１又は２記載のレーザー加工装置。