JP2012101230A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液柱内を導光されたレーザビームの照射によって発生するデブリが被加工物上に付着することを防止可能なレーザ加工装置を提供する。
【解決手段】被加工物１１上で加工が進行する方向の下流側から上流側に向かって被加工物にカバー液を供給して被加工物の上面を該カバー液で覆うカバー液供給手段３２を具備し、レーザビーム照射手段２４は、レーザビーム発生手段２５と加工ヘッド２８とを含み、加工ヘッドは、該レーザビーム発生手段から発生されたレーザビームを集光する集光レンズ５０と、被加工物に液体を噴射して、該集光レンズで集光されたレーザビームが導光される液柱を形成する液体噴射手段５２と、液柱を囲繞するとともに、被加工物の上面との間で僅かな隙間を形成して該カバー液の流れが該液柱に衝突するのを防止する防止壁７８とを備え、防止壁は該液柱を形成した液体が流出する開口を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段を備えたレーザ加工装置に関し、特に、液体噴射手段から噴射されて形成された液柱に導光されたレーザビームによってレーザ加工を施すレーザ加工装置に関する。

半導体デバイス製造プロセスにおいては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に形成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ダイシングすることにより、個々の半導体デバイスを製造している。

近年半導体ウエーハ等の被加工物を分割する方法として、被加工物に形成されたストリートに沿ってパルスレーザビームを照射することにより被加工物にレーザ加工溝を形成し、このレーザ加工溝に沿って機械的ブレーキング装置によって被加工物を割断する方法が提案されている（例えば、特開平１０−３０５４２１号公報参照）。

ところが、半導体ウエーハにレーザビームを照射するとデバイスが加熱されるため、デバイスの品質を低下させるという問題がある。そこで、レーザビームを照射することにより被加工物が加熱されることを防ぐレーザ加工方法として、被加工物に高圧の液体を噴射して液柱を形成するとともに、この液柱内を透過（導光）させたレーザビームを被加工物に照射して、所望の加工を施すレーザ加工装置が提案されている（例えば、特公平２−１６２１号公報、特開２００１―３２１９７７号公報、特開２００６−２５５７６９号公報参照）。

これらのレーザ加工装置では、集光されたレーザビームを糸状の液柱を介して被加工物まで導くので、集光レンズの焦点位置に関係なくレーザ加工をすることができる。更に、レーザ加工時に発生する熱が液体で冷却されるため、熱による被加工物の品質低下を防止できるというメリットがある。

特開平１０−３０５４２１号公報 特公平２−１６２１号公報 特開２００１―３２１９７７号公報 特開２００６−２５５７６９号公報

一方、被加工物にレーザビームを照射すると、照射された領域に熱エネルギーが集中してデブリと呼ばれる加工屑が発生する。発生したデブリの一部は液柱を形成した液体に取り込まれるが液体に取り込まれなかったデブリは被加工物上に固着する。また、デブリを含んだ液体が被加工物上に滞留した後、乾燥することでデブリは被加工物に固着し、加工後に被加工物を洗浄してもデブリを除去できないという問題がある。

また、被加工物に高圧の液体を噴射して液柱を形成するレーザ加工装置においては、液柱を形成した液が被加工物上に局所的に残存する。半導体ウエーハ等の交差する分割予定ラインをレーザ加工装置で切削加工する場合には、この残存した液によって液柱が乱されてレーザビームが屈折してしまうという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液柱内を導光されたレーザビームの照射によって発生するデブリが被加工物上に付着することを防止可能なレーザ加工装置を提供することである。

本発明によると、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段で保持された被加工物にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、該レーザビーム照射手段と該保持手段とを加工送り方向に相対移動させる加工送り手段と、を備えたレーザ加工装置であって、該レーザビーム照射手段から被加工物にレーザビームを照射しつつ該レーザビーム照射手段と該保持手段とを加工送り方向に相対移動させることで被加工物上で加工が進行する方向の下流側から上流側に向かって被加工物にカバー液を供給して被加工物の上面を該カバー液で覆うカバー液供給手段を具備し、該レーザビーム照射手段は、レーザビーム発生手段と加工ヘッドとを含み、該加工ヘッドは、該レーザビーム発生手段から発生されたレーザビームを集光する集光レンズと、該被加工物に液体を噴射して、該集光レンズで集光されたレーザビームが導光される液柱を形成する液体噴射手段と、該液柱の外周側に配設されて該液柱を囲繞するとともに、被加工物の上面との間で僅かな隙間を形成して該カバー液の流れが該液柱に衝突するのを防止する防止壁とを備え、該防止壁は該液柱を形成した液体が流出する該加工が進行する方向の上流側に形成された開口を有していることを特徴とするレーザ加工装置が提供される。

好ましくは、加工ヘッドは、防止壁の内周側の被加工物の上面を覆うカバー液の厚みを薄化するために、防止壁の内周側で液柱を囲繞してカバー液に気体を噴出する気体噴出手段を更に具備している。

本発明のレーザ加工装置によると、加工中の被加工物上面はカバー液で覆われているため、加工によって発生したデブリはカバー液に取り込まれ、カバー液とともに被加工物上面から除去される。従って、デブリが被加工物上面に付着することが防止される。

また、液柱を囲繞して配設された防止壁によって、カバー液が液柱に衝突することが防止されるため、カバー液によって液柱の流れが乱されることがなく、液柱によってレーザビームを加工点まで適正に導くことができる。

請求項２記載の発明によると、気体噴出手段によって噴出される気体により防止壁の内周側において被加工物の上面を覆うカバー液が薄化されるため、液柱がカバー液によって乱されてレーザビームが屈折することを防止できる。

本発明第１実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図である。 加工ヘッド部分の縦断面図である。 レーザビーム発生ユニットのブロック図である。 図２に示した加工ヘッドの要部拡大断面図である。 図２に示した実施形態のカバー液の流れを示す横断面図である。 図５の実施形態の変形例であり、防止壁の開口を大きく形成した場合のカバー液の流れを示す横断面図である。 本発明第２実施形態に係るレーザ加工装置の概略構成図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明第１実施形態に係るレーザ加工装置２の概略構成図を示している。レーザ加工装置２の前面側には、オペレータが加工条件等の装置に対する指示を入力するための操作手段４が設けられている。装置上部には、オペレータに対する案内画面や後述する撮像手段によって撮像された画像が表示されるＣＲＴ等の表示手段６が設けられている。

被加工物であるウエーハ１１は粘着シートであるダイシングテープＴに貼着され、ダイシングテープＴの外周縁部は環状フレームＦに貼着されている。これにより、ウエーハ１１はダイシングテープＴを介してフレームＦに支持された状態となり、図１に示したウエーハカセット８中にウエーハが複数枚（例えば２５枚）収容される。ウエーハカセット８は上下動可能なカセットエレベータ９上に載置される。

ウエーハカセット８の後方には、ウエーハカセット８から加工前のウエーハ１１を搬出するとともに、加工後のウエーハをウエーハカセット８に搬入する搬出入手段１０が配設されている。ウエーハカセット８と搬出入手段１０との間には、搬出入対象のウエーハが一時的に載置される領域である仮置き領域１２が設けられており、仮置き領域１２には、ウエーハ１１を一定の位置に位置合わせする位置合わせ手段１４が配設されている。

仮置き領域１２の近傍には、ウエーハ１１と一体となったフレームＦを吸着して搬送する旋回アームを有する搬送手段１６が配設されており、仮置き領域１２に搬出されたウエーハ１１は、搬送手段１６により吸着されてチャックテーブル１８上に搬送され、このチャックテーブル１８に吸引されるとともに、複数のクランプ１９によりフレームＦが固定されることでチャックテーブル１８上に保持される。

チャックテーブル１８は、回転可能且つＸ軸方向に往復動可能に構成されており、チャックテーブル１８のＸ軸方向の移動経路の上方には、ウエーハ１１のレーザ加工すべきストリートを検出するアライメント手段２０が配設されている。

アライメント手段２０は、ウエーハ１１の表面を撮像する撮像手段２２を備えており、撮像により取得した画像に基づき、パターンマッチング等の画像処理によってレーザ加工すべきストリートを検出することができる。撮像手段２２によって取得された画像は、表示手段６に表示される。

アライメント手段２０の左側には、チャックテーブル１８に保持されたウエーハ１１に対してレーザビームを照射するレーザビーム照射手段２４が配設されている。レーザビーム照射手段２４は、ケーシング２６中に収容された図３に示すレーザビーム発生ユニット２５と、加工ヘッド２８とから構成される。

レーザビーム照射手段２４はアライメント手段２０と一体的に構成されており、両者が連動してＹ軸方向及びＺ軸方向に移動する。アライメント手段２０のケーシング２１にはカバー液供給源３４に接続されたカバー液供給手段３２が配設されている。

本実施形態では、カバー液供給手段３２は、カバー液を供給する複数の細孔を有するパイプ状部材から構成されているが、カバー液供給手段３２は、被加工物全体の上面を覆うカバー液を被加工物へ供給できればよく、その形態はパイプ状部材に限定されない。

３１はレーザ加工の終了したウエーハ１１をスピンナ洗浄装置３０まで搬送する搬送手段であり、スピンナ洗浄装置３０では、加工後のウエーハ１１を洗浄するとともにエアノズルからエアを噴出させてウエーハ１１を乾燥する。

図２を参照すると、加工ヘッド２８の縦断面図が示されている。上述したように、レーザ加工装置のレーザビーム照射手段２４は、レーザビーム発生ユニット２５と、加工ヘッド２８とから構成される。

レーザビーム発生ユニット２５は、図３に示すように、ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザを発振するレーザ発振器３６と、繰り返し周波数設定手段３８と、パルス幅調整手段４０と、パワー調整手段４２とを含んでいる。

レーザビーム発生ユニット２５のパワー調整手段４２により所定パワーに調整されたパルスレーザビーム２７は、加工ヘッド２８のハウジング４４に形成されたビーム導入口４６から加工ヘッド２８内に導入される。

ハウジング４４内には、レーザビーム２７を反射するミラー４８と、レーザビーム２７を集光する集光レンズ５０が配設されている。ハウジング４４と一体的に液体噴射手段５２の液体室５６を画成する液体室ハウジング５８が形成されている。液体室ハウジング５８は、円筒状側壁６０と、該側壁６０の上面及び下面をそれぞれ閉塞する上壁６２及び下壁６４とから構成されている。

液体室ハウジング５８を構成する上壁６２には透明窓６８が配設されている。液体室ハウジング５６を構成する下壁６４の中心部には、噴射ノズル７０が形成されている。集光レンズ５０によって集光されるレーザビーム２７の集光点は噴射ノズル７０の上端部に位置づけられる。

円筒状側壁６０には液体室５６に連通する液体導入口６６が形成されており、液体導入口６６は高圧液供給源５４に接続されている。高圧液供給源５４から純水等の高圧液体が液体導入口６６を介して液体室５６内に供給されると、この高圧液体は噴射ノズル７０から噴射されて液柱７２を形成する。

液体室ハウジング５８の下端部には、パイプ支持ブロック７４が装着されている。パイプ支持ブロック７４の中心部７４ａには貫通穴７５が形成されており、この貫通穴７５中にパイプ７６が圧入されている。パイプ７６と噴射ノズル７０は整列しており、噴射ノズル７０から噴射されて形成された液柱７２がパイプ７６を通過するように位置づけられている。

図４の拡大断面図に最もよく示されるように、パイプ支持ブロック７４には環状防止壁７８と環状内周壁８０が固定されている。環状防止壁７８の下端とウエーハ１１の上面との間の間隙Ｇは０．１〜１ｍｍに設定されている。

図２に示したエア源８８からの圧縮エアがパイプ８６を介してパイプ支持ブロック７４に形成されたエア通路８４内に導入され、エア噴出口９０から図４に矢印９２で示すごとくエアブロウされる。

図２で矢印Ａはチャックテーブル１８の加工送り方向、矢印Ｂはレーザビームを照射しつつチャックテーブル１８をＡ方向に加工送りすることでウエーハ１１上において加工が進行する方向（レーザ加工溝が形成される方向）である。

カバー液供給手段３２は、加工ヘッド２８に対して矢印Ｂで示す加工が進行する方向の下流側に配置され、カバー液３３を供給してウエーハ１１の上面をカバー液３３で被覆する。

カバー液供給手段３２の配置位置は、加工ヘッド２８に対して加工が進行する方向の下流側であればよく、図７に示す第２実施形態に示すような位置にカバー液供給パイプ９６を配設してもよい。

図７に示すように、カバー液供給パイプ９６の加工が進行する方向の下流側にエアブロウパイプ９８等のエアブロウ手段を設けるのが好ましい。このことは、図２に示す第１実施形態でも同様であり、カバー液供給手段３２の加工が進行する方向の下流側にエアブロウ手段を設けるのが好ましい。このエアブロウ手段を設けることにより、カバー液３３の流れを効果的に形成することができる。

図５に示すように、環状防止壁７８は加工進行方向の上流側、即ち矢印９４で示すカバー液の流れの下流側に開口７９を有している。液柱７２を形成した液体は矢印Ｃに示すように環状防止壁７８の開口７９を通して排出される。

環状防止壁７８の代替実施形態として、図６に示すように環状防止壁７８Ａが加工進行方向上流側に形成された大きな開口７９Ａを有するようにしてもよい。この実施形態の場合には、カバー液の流れ９４Ａをある程度強くして加工進行方向下流側から上流側に流れたカバー液を環状防止壁７８Ａの開口７９Ａから環状防止壁７８Ａ内に侵入させないようにするのが好ましい。

以下、このように構成されたレーザ加工装置の作用について説明する。レーザビーム発生ユニット２５のパワー調整手段４２で所定パワーに調整されたレーザビーム２７は、加工ヘッド２８のビーム導入口４６から加工ヘッド２８内に導入され、ミラー４８で反射されて集光レンズ５０で液体噴射手段５２の液体室ハウジング５８に形成された噴射ノズル７０の上端部に集光される。

一方、高圧液供給源５４から供給された純水等の高圧液体が、液体噴射手段５２の液体室ハウジング５８に形成された液体導入口６６から液体室５６内に導入され、液体室ハウジング５８の下壁６４に形成された噴射ノズル７０から噴射されて液柱７２を形成し、液柱７２がレーザビーム２７を導光する。

この液柱７２は、パイプ支持ブロック７４の貫通穴７５に圧入されたパイプ７６内を通過してウエーハ１１の加工点１１ａに衝突して飛散する。集光レンズ５０で集光されたレーザビーム２７はパイプ７６内を通過する液柱７２に導光（案内）されて、そのビーム径が広がらずに加工点１１ａに照射されてウエーハ１１にレーザ加工溝を形成する。

一方、ウエーハ１１の上面はカバー液供給手段３２から供給されたカバー液３３で覆われているため、レーザ加工によって発生したデブリ（加工屑）はカバー液３３とともに図５の矢印Ａに示すように環状防止壁７８の開口７９を通してウエーハ１１の上面から除去される。従って、デブリがウエーハ１１上面に付着することが防止される。

また、液柱７２を囲繞して配設された環状防止壁７８によって、カバー液供給手段３２から供給されたカバー液３３が液柱７２に衝突することが防止されるため、カバー液３３によって液柱７２の流れが乱されることが防止される。

更に、環状防止壁７８の内周側において、エア噴出口９０から噴出されるエアブロウ９２によってウエーハ１１の上面を覆うカバー液３３が薄化されるため、液柱７２がカバー液３３によって乱されてレーザビーム２７が屈折することがなく、レーザビーム２７は適正な位置の加工点１１ａに照射されてウエーハ１１にレーザ加工溝を形成する。

ウエーハ１１としてシリコンウエーハを用い、以下の加工条件で実験を行った。

光源 ：ＬＤ励起Ｑスイッチ Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ
波長 ：５３２ｎｍ
平均出力 ：６．６Ｗ
繰り返し周波数 ：４０ｋＨｚ
ノズル直径 ：φ５０μｍ
液圧 ：２０ＭＰａ
パイプ出口とウエーハとの距離 ：０．４ｍｍ
パイプ内径 ：０．５ｍｍ
エア量 ：５Ｌ／ｍｉｎ

カバー液を供給しない時には、ウエーハ１１上に局所的に残存する液柱を形成した液によって液柱が乱されて、一部でレーザ加工溝が形成されない等の加工不良が生じた。本実施例のように、カバー液供給手段３２からカバー液３３を供給しながら、上記の加工条件で加工を行ったところ、良好なレーザ加工を行うことができた。

本実施形態は、カバー液供給手段３２からカバー液３３を供給し、環状防止壁７８でカバー液３３の加工点１１ａへの流入を制御する構成であるので、デブリを含むカバー液は液柱７２を形成した液とともに環状防止壁７８の開口７９を通して排出されるので、ウエーハ１１の汚れを最小に保つことができる。

また、ウエーハ１１はカバー液３３で常に覆われているので乾くことがなく、僅かに残ったデブリもウエーハ１１に固着することがないので、スピンナ洗浄装置３０で効率良く洗い流すことができた。

２ レーザ加工装置
１１ 半導体ウエーハ
１８ チャックテーブル
２５ レーザビーム発生ユニット
２８ 加工ヘッド
３２ カバー液供給手段
３３ カバー液
５２ 液体噴射手段
５４ 高圧液供給源
７０ 噴射ノズル
７２ 液柱
７４ パイプ支持ブロック
７６ パイプ
７８ 環状防止壁
８８ エア源
９０ エア噴出口

Claims (2)

1. 被加工物を保持する保持手段と、該保持手段で保持された被加工物にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、該レーザビーム照射手段と該保持手段とを加工送り方向に相対移動させる加工送り手段と、を備えたレーザ加工装置であって、
   該レーザビーム照射手段から被加工物にレーザビームを照射しつつ該レーザビーム照射手段と該保持手段とを加工送り方向に相対移動させることで、被加工物上で加工が進行する方向の下流側から上流側に向かって被加工物にカバー液を供給して被加工物の上面を該カバー液で覆うカバー液供給手段を具備し、
   該レーザビーム照射手段は、レーザビーム発生手段と加工ヘッドとを含み、
   該加工ヘッドは、該レーザビーム発生手段から発生されたレーザビームを集光する集光レンズと、
   該被加工物に液体を噴射して、該集光レンズで集光されたレーザビームが導光される液柱を形成する液体噴射手段と、
   該液柱の外周側に配設されて該液柱を囲繞するとともに、被加工物の上面との間で僅かな隙間を形成して該カバー液の流れが該液柱に衝突するのを防止する防止壁とを備え、
   該防止壁は該液柱を形成した液体が流出する該加工が進行する方向の上流側に形成された開口を有していることを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記加工ヘッドは、前記防止壁の内周側の被加工物の上面を覆うカバー液の厚みを薄化するために、該防止壁の内周側で前記液柱を囲繞して該カバー液に気体を噴出する気体噴出手段を更に具備した請求項１記載のレーザ加工装置。

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