JP2013121598A - 被加工物の切断方法及びレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被加工物表面にデブリが付着することを防止可能な被加工物の切断方法及び該切断方法を実施するのに適したレーザ加工装置を提供することである。
【解決手段】 交差する複数の切断予定ラインが表面に設定された被加工物にレーザビームを照射して被加工物を該切断予定ラインに沿って切断して個々のチップに分割する被加工物の切断方法であって、被加工物の該切断予定ラインの下方に所定の空間を設けた状態で被加工物を保持手段で保持する保持ステップと、該保持ステップを実施した後、被加工物の該切断予定ラインに沿って液体を噴出して液柱を形成するとともに、該液柱中にレーザビームを導光することで該切断予定ラインに沿って該レーザビームを被加工物に照射し、被加工物を該切断予定ラインに沿って切断して複数のチップを形成する切断ステップと、を具備したことを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、被加工物にレーザビームを照射して被加工物を複数のチップに切断する被加工物の切断方法及び被加工物を切断する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切断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板状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（ウォータージェットレーザ加工装置）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２０１１−４１９６２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２０１１−４１９６２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。

しかし、加工点に衝突した液柱が被加工物表面に飛散するのに伴って、液柱を形成する液体中に含まれる加工で発生したデブリが被加工物表面に付着するという問題がある。

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、被加工物表面にデブリが付着することを防止可能な被加工物の切断方法及び該切断方法を実施するのに適したレーザ加工装置を提供することである。

請求項１記載の発明によると、交差する複数の切断予定ラインが表面に設定された被加工物にレーザビームを照射して被加工物を該切断予定ラインに沿って切断して個々のチップに分割する被加工物の切断方法であって、被加工物の該切断予定ラインの下方に所定の空間を設けた状態で被加工物を保持手段で保持する保持ステップと、該保持ステップを実施した後、被加工物の該切断予定ラインに沿って液体を噴出して液柱を形成するとともに、該液柱中にレーザビームを導光することで該切断予定ラインに沿って該レーザビームを被加工物に照射し、被加工物を該切断予定ラインに沿って切断して複数のチップを形成する切断ステップと、を具備したことを特徴とする被加工物の切断方法が提供される。

請求項２記載の発明によると、交差する複数の切断予定ラインが表面に設定された被加工物を該切断予定ラインに沿って切断するレーザ加工装置であって、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に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、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、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、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、を有する加工ヘッドと、を含み、該保持手段は、被加工物の該切断予定ラインにそれぞれ対応し複数のチップ保持領域を区画する液柱逃げ溝と、該チップ保持領域にそれぞれ形成された吸引孔と、該吸引孔に連通して吸引源に接続される吸引路と、を有することを特徴とするレーザ加工装置が提供される。

本発明の切断方法では、切断予定ラインの下方に所定の空間を設けた状態で被加工物を保持する。その後、切断予定ラインに沿って液体を噴出し液柱を形成するとともに液柱中に導光されたレーザビームを被加工物に照射する。

液柱を形成した液体はレーザビームにより切断された被加工物の切断溝を介して被加工物の下方の空間に流出する。従って、液柱を形成した液体が被加工物表面に散乱することがないため、液体に取り込まれたデブリが被加工物表面に付着することが防止される。

更に、液柱を形成した液体が被加工物の下方の空間に流出することでデブリが被加工物の切断側面に付着する所謂リキャストの発生を防止できるため、より厚い被加工物でも切断が可能となる。

本発明実施形態に係るレーザ加工装置の斜視図である。 レーザビーム発生ユニットのブロック図である。 半導体ウエーハの表面側斜視図である。 半導体ウエーハをチャックテーブルで吸引保持した状態の断面図である。 レーザ加工中の加工ヘッド及びウエーハを保持したチャックテーブルの縦断面図である。

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を参照すると、本発明実施形態のレーザ加工装置の外観斜視図が示されている。レーザ加工装置２は、静止基台４上にＸ軸方向に移動可能に搭載された第１スライドブロック６を含んでいる。

第１スライドブロック６は、ボールねじ８及びパルスモータ１０から構成される加工送り機構１２により一対のガイドレール１４に沿って加工送り方向、即ちＸ軸方向に移動される。

第１スライドブロック６上には第２スライドブロック１６がＹ軸方向に移動可能に搭載されている。即ち、第２スライドブロック１６はボールねじ１８及びパルスモータ２０から構成される割り出し送り機構２２により一対のガイドレール２４に沿って割り出し送り方向、即ちＹ軸方向に移動される。

第２スライドブロック１６上には円筒支持部材２６を介してチャックテーブル２８が搭載されており、チャックテーブル２８は加工送り機構１２及び割り出し送り機構２２によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能であるとともに、円筒支持部材２６中に収容されたモータにより回転される。

チャックテーブル２８の表面には、図４及び図５に示すように、複数の吸引溝２３及び液柱逃げ溝２５が形成されている。３２はウォーターカバーであり、図示を省略した蛇腹がウォーターカバー３２に連結されて加工送り機構１２及び割り出し送り機構２２を水等の液体から保護する。

静止基台４にはコラム３４が立設されており、このコラム３４にレーザビーム照射機構（レーザビーム照射手段）３６が取り付けられている。レーザビーム照射機構３６は、ケーシング４０中に収容されたレーザビーム発生ユニット３８と、ケーシング４０の先端に取り付けられた加工ヘッド４２とから構成される。ケーシング４０の先端には加工ヘッド４２とＸ軸方向に整列して撮像ユニット５２が取り付けられている。

レーザビーム発生ユニット３８は、図２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４４と、繰り返し周波数設定手段４６と、パルス幅調整手段４８と、パワー調整手段５０とを含んでいる。特に図示しないが、レーザ発振器４４はブリュースター窓を有しており、レーザ発振器４４から出射されるレーザビームは直線偏光のレーザビームである。

図３を参照すると、被加工物の一種である半導体ウエーハ（以下単にウエーハと略称することがある）１１の表面側斜視図が示されている。ウエーハ１１は例えば厚さが７００μｍのシリコンウエーハからなっており、表面１１ａに複数のストリート（切断予定ライン）１３が格子状に形成されているとともに、複数のストリート１３によって区画された各領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。

このように構成された半導体ウエーハ１１は、デバイス１５が形成されているデバイス領域１７と、デバイス領域１７を囲繞する外周余剰領域１９をその表面の平担部に備えている。半導体ウエーハ１１の外周部には円弧状の面取り部１１ｅが形成されている。２１はシリコンウエーハの結晶方位を示すマークとしてのノッチである。

ウエーハ１１を切断予定ライン１３に沿って切断するには、図４に示すように、レーザ加工装置２のチャックテーブル２８でウエーハ１１を吸引保持する。チャックテーブル２８は、ウエーハ１１のデバイス１５に対応した複数のチップ保持領域２８ａを有しており、各チップ保持領域２８ａには吸引孔２３が形成されている。これらの吸引孔２３は吸引路２７を介して負圧吸引源５４に選択的に接続される。

チャックテーブル２８は更に、ウエーハ１１の切断予定ライン１３に対応し複数のチップ保持領域２８ａを区画する液柱逃げ溝２５を有している。ウエーハ１１の下方に設けた所定の空間である液柱逃げ溝２５の深さは３ｍｍ以上であるのが好ましい。

本発明の切断方法では、ウエーハ１１をチャックテーブル２８上に搭載するのにあたり、各切断予定ライン１３が液柱逃げ溝２５に対応するように位置決めして搭載する。この位置決めには、例えばチャックテーブル２８に設けられた位置決めピン等を使用する。

次に、図５を参照して、加工ヘッド４２の詳細構造及びウエーハ１１の切断方法について説明する。レーザビーム発生ユニット３８のパワー調整手段５０により所定パワーに調整されたパルスレーザビーム５５は、図５に示すように、加工ヘッド４２のハウジング５６に形成されたビーム導入口５８から加工ヘッド４２内に導入される。

ハウジング５６内には、レーザビームを反射するミラー６０と、レーザビームを集光する集光レンズ６２が配設されている。ハウジング５６と一体的に液体噴射手段６４の液体室６６を画成する液体室ハウジング６８が形成されている。液体室ハウジング６８は、円筒状側壁７０と、該側壁７０の上面及び下面をそれぞれ閉塞する上壁７２及び下壁７４とから構成される。

液体室ハウジング６８を構成する上壁７２には透明窓７８が配設されている。液体室ハウジング６８を構成する下壁７４の中心部には、噴射ノズル８０が形成されている。尚、噴射ノズル８０の下端である噴射口８０ａに、集光レンズ６２によって集光されるレーザビーム５５の集光点が位置づけられる。

円筒状側壁７２は液体室６６に連通する液体導入口７６が形成されており、液体導入口７６はポンプ８２を介して液体供給源８４に接続されている。液体供給源８４には純水等の液体が収容されており、ポンプ８２により所定圧力に加圧された液体が液体導入口７６を介して液体室６６内に供給される。液体室６６内に高圧液体が供給されると、この高圧液体は噴射ノズル８０の噴射口８０ａから噴射されて液柱８６を形成する。

液体室ハウジング６８の下端部には、ブロック８８が装着されている。ブロック８８の中心部には貫通穴８９が形成されており、この貫通穴８９中にパイプ９０が圧入されている。パイプ９０と噴射ノズル８０とは整列しており、噴射ノズル８０から噴射されて形成された液柱８６がパイプ９０を通過するように位置付けられている。

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３８のパワー調整手段５０で所定パワーに調整されたレーザビーム５５は、加工ヘッド４２のビーム導入口５８から加工ヘッド４２内に導入され、ミラー６０で反射されて集光レンズ６２で液体噴射手段６４の液体室ハウジング６８に形成された噴射ノズル８０の噴射口８０ａに集光される。

一方、ポンプ８２で高圧に加圧された純水等の高圧液体が、液体噴射手段６４の液体室ハウジング６８に形成された液体導入口７６から液体室６６内に供給され、液体室ハウジング６８の下壁７４に形成された噴射ノズル８０から噴射されて液柱８６を形成し、液柱８６がレーザビーム５５を導光する。

この液柱８６は、ブロック８８の貫通穴８９に圧入されたパイプ９０内を通過してウエーハ１１の加工点に衝突して飛散する。集光レンズ６２で集光されたレーザビーム５５はパイプ９０内を通過する液柱８６に導光（案内）されて、そのビーム径が広がらずに加工点に照射されてウエーハ１１を貫通するレーザ加工溝２９を形成する。液柱８６を形成した液体はウエーハ１１を貫通するレーザ加工溝２９を通してウエーハ１１の下方の空間である液柱逃げ溝２５内に流出する。

レーザ加工に伴いデブリ（加工屑）が発生するが、発生したデブリ８５は液柱８６を形成する液体８７中に取り込まれ、液柱逃げ溝２５中に流出される。本実施形態によると、液柱８６を形成した液体８７がウエーハ１１の表面１１ａ上に散乱することがないため、液体８７中に含まれるデブリ８５がウエーハ１１の表面１１ａに付着することが防止される。

更に、液柱８６を形成した液体８７がウエーハ１１の下方の空間である液柱逃げ溝２５中に流出することで、デブリ８５がウエーハ１１の切断側面に付着する所謂リキャストの発生が防止できるため、より厚い被加工物でも切断が可能となる。

尚、本実施形態の切断方法で使用したレーザ加工条件は例えば以下の通りである。

光源 ：ＬＤ励起Ｑスイッチ Ｎｄ：ＹＶＯ４パルスレーザ
波長 ：５３２ｎｍ（ＹＶＯ４レーザの第２高調波）
平均出力 ：６．６Ｗ
繰り返し周波数 ：４０ｋＨｚ
液圧 ：２０ＭＰａ

上述した実施形態では、被加工物として半導体ウエーハの切断方法について説明したが、被加工物は半導体ウエーハに限定されるものではなく、サファイア基板、ＳｉＣ基板等を有する光デバイスウエーハやセラミックス基板、樹脂基板等にも本発明の切断方法は同様に適用することができる。

２ レーザ加工装置
１１ 半導体ウエーハ
２３ 吸引孔
２５ 液柱逃げ溝
２８ チャックテーブル
３６ レーザビーム照射ユニット
３８ レーザビーム発生ユニット
４２ 加工ヘッド
６４ 液体噴射手段
８０ 噴射ノズル
８２ ポンプ
８４ 液体供給源
８６ 液柱
９０ パイプ

Claims (2)

1. 交差する複数の切断予定ラインが表面に設定された被加工物にレーザビームを照射して被加工物を該切断予定ラインに沿って切断して個々のチップに分割する被加工物の切断方法であって、
   被加工物の該切断予定ラインの下方に所定の空間を設けた状態で被加工物を保持手段で保持する保持ステップと、
   該保持ステップを実施した後、被加工物の該切断予定ラインに沿って液体を噴出して液柱を形成するとともに、該液柱中にレーザビームを導光することで該切断予定ラインに沿って該レーザビームを被加工物に照射し、被加工物を該切断予定ラインに沿って切断して複数のチップを形成する切断ステップと、
   を具備したことを特徴とする被加工物の切断方法。
2. 交差する複数の切断予定ラインが表面に設定された被加工物を該切断予定ラインに沿って切断するレーザ加工装置であって、
   被加工物を保持する保持手段と、
   該保持手段に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、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、
   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、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、を有する加工ヘッドと、を含み、
   該保持手段は、被加工物の該切断予定ラインにそれぞれ対応し複数のチップ保持領域を区画する液柱逃げ溝と、該チップ保持領域にそれぞれ形成された吸引孔と、該吸引孔に連通して吸引源に接続される吸引路と、を有することを特徴とするレーザ加工装置。

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