JP2013173160A - Laser beam machining method and laser beam machining apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を所定の分割予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成するレーザー加工方法およびレーザー加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing method and a laser processing apparatus for forming a laser processing groove on a workpiece such as a semiconductor wafer along a predetermined division line.
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半導体チップを製造している。また、サファイヤ基板の表面にフォトダイオード等の受光素子やレーザーダイオード等の発光素子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フォトダイオード、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。 In the semiconductor device manufacturing process, a plurality of regions are partitioned by dividing lines called streets arranged in a lattice pattern on the surface of a substantially wafer-shaped semiconductor wafer, and devices such as ICs, LSIs, etc. are partitioned in the partitioned regions. Form. Then, the semiconductor wafer is cut along the streets to divide the region in which the device is formed to manufacture individual semiconductor chips. In addition, optical device wafers in which light-receiving elements such as photodiodes and light-emitting elements such as laser diodes are stacked on the surface of the sapphire substrate are also divided into optical devices such as individual photodiodes and laser diodes by cutting along the streets. And widely used in electrical equipment.
上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の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、ウエーハをストリートに沿って分割する方法が提案されている。(例えば、特許文献1参照。)
As a method of dividing a wafer such as the semiconductor wafer or optical device wafer described above along the street, a laser processing groove is formed by irradiating a pulse laser beam along the street formed on the wafer, and the wafer is moved along the street. A method of dividing is proposed. (For example, refer to
また、IC、LSI等のデバイスの処理能力を向上するために、シリコン等の基板の表面にSiO2,SiO,SiN等のガラス質材料からなる低誘電率絶縁体被膜(Low−k膜)と回路を形成する機能膜が積層された積層体によってデバイスを形成せしめた形態の半導体ウエーハが実用化されている。Low−k膜はウエーハの素材と異なるため、切削ブレードによって同時に切削することが困難である。即ち、Low−k膜は雲母のように非常に脆いことから、切削ブレードによりストリートに沿って切削すると、Low−k膜が剥離し、この剥離が回路にまで達しデバイスに致命的な損傷を与えるという問題がある。このような問題を解消するために、半導体ウエーハに形成されたストリートに沿ってレーザー加工溝を形成して積層体を分断し、このレーザー加工溝に切削ブレードを位置付けて切削ブレードと半導体ウエーハを相対移動することにより、半導体ウエーハをストリートに沿って切断するウエーハの分割方法が下記特許文献2に開示されている。
In addition, in order to improve the processing capability of devices such as IC and LSI, a low dielectric constant insulator film (Low-k film) and circuit made of a glassy material such as SiO2, SiO, SiN on the surface of a substrate such as silicon Semiconductor wafers in a form in which a device is formed by a laminated body in which functional films forming the layers are laminated have been put into practical use. Since the Low-k film is different from the material of the wafer, it is difficult to cut simultaneously with the cutting blade. That is, the low-k film is very fragile like mica, so when the cutting blade cuts along the street, the low-k film peels off, and this peeling reaches the circuit, causing fatal damage to the device. There is a problem. In order to solve such a problem, a laser processing groove is formed along the street formed in the semiconductor wafer to divide the laminate, and the cutting blade is positioned in the laser processing groove so that the cutting blade and the semiconductor wafer are relative to each other.
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、ウエーハをストリートに沿って分割するには、パルスレーザー光線をストリートに沿って所定回数照射してレーザー加工溝を所定数形成することにより完全切断する。しかるに、ウエーハの厚みにバラツキがあると、パルスレーザー光線をストリートに沿って所定回数照射してもウエーハが完全に切断されなかったり、ウエーハが貼着されている保護テープ等の保護部材まで切断してしまうという問題がある。
また、シリコン等の基板の表面に積層された積層体をストリートに沿って分断するには、パルスレーザー光線をストリートに沿って所定回数照射してレーザー加工溝を所定数形成することにより分断する。しかるに、積層体の厚みにバラツキがあると、パルスレーザー光線をストリートに沿って所定回数照射しても積層体が完全に分断されなかったり、シリコン等の基板の深くまでレーザー加工溝を形成してしまうという問題がある。
In order to form a laser processing groove by irradiating a pulse laser beam along the street formed on the wafer and to divide the wafer along the street, the laser processing groove is formed by irradiating the pulse laser beam along the street a predetermined number of times. Complete cutting by forming a predetermined number. However, if there are variations in the thickness of the wafer, the wafer will not be completely cut even if it is irradiated with a pulsed laser beam along the street a predetermined number of times. There is a problem of end.
Further, in order to divide the laminated body laminated on the surface of a substrate such as silicon along the street, the pulsed laser beam is radiated a predetermined number of times along the street to form a predetermined number of laser processed grooves. However, if there is variation in the thickness of the laminated body, the laminated body will not be completely divided even if a pulsed laser beam is irradiated a predetermined number of times along the street, or a laser processing groove will be formed deep into the substrate such as silicon. There is a problem.
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、ウエーハ等の被加工物の厚みにバラツキがあっても、被加工物が貼着されている保護部材を切断することなく被加工物に形成された分割予定ラインに沿って完全切断することができ、また、基板に積層された積層体を確実に分断するレーザー加工溝が形成できるレーザー加工方法およびレーザー加工装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above facts, and its main technical problem is that the protective member to which the workpiece is adhered is cut even if the thickness of the workpiece such as a wafer varies. A laser processing method and a laser processing apparatus capable of forming a laser processing groove that can be completely cut along a predetermined division line formed on a workpiece without fail, and that reliably divides a laminate laminated on a substrate. Is to provide.
上記主たる技術的課題を解決するため、本発明によれば、被加工物にレーザー光線を複数回照射することにより被加工物にレーザー加工溝を形成するレーザー加工方法であって、
被加工物にレーザー光線が照射されることによって発生するプラズマの波長を検出し、第1の波長を有するプラズマ光だけが検出されたときにはレーザー光線の照射を継続し、第2の波長を有するプラズマ光が検出された場合には加工中のレーザー加工溝の終点までレーザー光線の照射を継続した後に停止する、
ことを特徴とするレーザー加工方法が提供される。
In order to solve the main technical problem, according to the present invention, a laser processing method for forming a laser processing groove on a workpiece by irradiating the workpiece with a laser beam multiple times,
The wavelength of the plasma generated by irradiating the workpiece with the laser beam is detected. When only the plasma light having the first wavelength is detected, the laser beam irradiation is continued, and the plasma light having the second wavelength is detected. If detected, stop laser beam irradiation until the end of the laser processing groove being processed,
A laser processing method is provided.
また、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パルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、被加工物保持手段とレーザー光線照射手段とを加工送り方向に相対的に移動せしめる加工送り手段と、を具備するレーザー加工装置であって、
該レーザー光線照射手段から被加工物にレーザー光線が照射されることによって発生するプラズマの波長を検出するプラズマ検出手段と、該プラズマ検出手段からの検出信号に基づいて該レーザー光線照射手段および該加工送り手段を制御する制御手段とを具備し、
該プラズマ検出手段は、プラズマ光を第1の経路と第2の経路に分岐するビームスプリッターと、該第1の経路に配設され第1の波長のプラズマ光のみを通過させる第1のバンドパスフィルターと、該第1のバンドパスフィルターを通過した光を受光して光強度信号を該制御手段に出力する第1のホトデテクターと、該第2の経路に配設され第2の波長のプラズマ光のみを通過させる第2のバンドパスフィルターと、該第2のバンドパスフィルターを通過した光を受光して光強度信号を該制御手段に出力する第2のホトデテクターと、を具備しており、
該制御手段は、該レーザー光線照射手段を作動して被加工物にレーザー光線を複数回照射し被加工物にレーザー加工溝を形成する際に、該第1のホトデテクターおよび該第2のホトデテクターから出力される光強度信号に基づいて、該第1のホトデテクターだけから光強度信号が出力されているときにはレーザー光線の照射を継続するように該レーザー光線照射手段を制御し、該第2のホトデテクターから光強度信号が出力された場合には加工中のレーザー加工溝の終点までレーザー光線の照射を継続した後に停止するように該レーザー光線照射手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
Further, according to the present invention, the workpiece holding means for holding the workpiece, the laser beam irradiation means for irradiating the workpiece held by the workpiece holding means with a pulsed laser beam, and the workpiece holding means And a processing feed means for moving the laser beam irradiation means relative to the processing feed direction, and a laser processing apparatus comprising:
Plasma detecting means for detecting the wavelength of plasma generated by irradiating a workpiece with a laser beam from the laser beam irradiating means, and the laser beam irradiating means and the processing feeding means based on a detection signal from the plasma detecting means. Control means for controlling,
The plasma detection means includes a beam splitter that branches the plasma light into a first path and a second path, and a first bandpass that is disposed in the first path and passes only the plasma light of the first wavelength. A filter, a first photodetector for receiving light that has passed through the first bandpass filter and outputting a light intensity signal to the control means, and plasma light having a second wavelength disposed in the second path A second band-pass filter that passes only the light, and a second photodetector that receives the light that has passed through the second band-pass filter and outputs a light intensity signal to the control means,
The control means is output from the first photo detector and the second photo detector when the laser beam irradiation means is operated to irradiate the workpiece with a laser beam a plurality of times to form a laser processing groove on the workpiece. When the light intensity signal is output only from the first photo detector, the laser beam irradiating means is controlled so as to continue the laser beam irradiation, and the light intensity signal is output from the second photo detector. If output, control the laser beam irradiation means to stop after continuing the laser beam irradiation to the end point of the laser processing groove being processed,
A laser processing apparatus is provided.
本発明による被加工物にレーザー光線を複数回照射することにより被加工物にレーザー加工溝を形成するレーザー加工方法は、被加工物にレーザー光線が照射されることによって発生するプラズマの波長を検出し、第1の波長を有するプラズマ光だけが検出されたときにはレーザー光線の照射を継続し、第2の波長を有するプラズマ光が検出された場合には加工中のレーザー加工溝の終点までレーザー光線の照射を継続した後に停止するので、被加工物を所定の分割予定ラインに沿って切断する場合には被加工物の厚みにバラツキがあっても、保護部材を切断することなく被加工物を分割予定ラインに沿って確実に完全切断することができる。また、基板の表面に積層された積層体を分割予定ラインに沿って分断する場合にも、本発明によれば第1の波長を有するプラズマ光だけが検出されたときにはレーザー光線の照射を継続し、第2の波長を有するプラズマ光が検出された場合には加工中のレーザー加工溝の終点までレーザー光線の照射を継続した後に停止するので、積層体の厚みにバラツキがあっても、積層体を確実に分断するレーザー加工溝が形成できる。 A laser processing method for forming a laser processing groove on a workpiece by irradiating the workpiece with a laser beam a plurality of times according to the present invention detects a wavelength of plasma generated by irradiating the workpiece with a laser beam, When only the plasma light having the first wavelength is detected, the laser beam irradiation is continued. When the plasma light having the second wavelength is detected, the laser beam irradiation is continued until the end point of the laser processing groove being processed. Therefore, if the workpiece is cut along a predetermined division line, even if the workpiece has a variation in thickness, the workpiece is cut into the division line without cutting the protective member. It is possible to cut completely along. In addition, even when the laminate laminated on the surface of the substrate is divided along the division line, according to the present invention, when only the plasma light having the first wavelength is detected, the laser beam irradiation is continued, When plasma light having the second wavelength is detected, the laser beam irradiation is continued until the end point of the laser processing groove being processed, and then the laser beam is stopped. A laser-processed groove can be formed that is divided into two.
また、本発明によるレーザー加工装置は、レーザー光線照射手段から被加工物にレーザー光線が照射されることによって発生するプラズマの波長を検出するプラズマ検出手段と、プラズマ検出手段からの検出信号に基づいてレーザー光線照射手段および加工送り手段を制御する制御手段とを具備し、プラズマ検出手段は、プラズマ光を第1の経路と第2の経路に分岐するビームスプリッターと、該第1の経路に配設され第1の波長のプラズマ光のみを通過させる第1のバンドパスフィルターと、該第1のバンドパスフィルターを通過した光を受光して光強度信号を該制御手段に出力する第1のホトデテクターと、第2の経路に配設され第2の波長のプラズマ光のみを通過させる第2のバンドパスフィルターと、該第2のバンドパスフィルターを通過した光を受光して光強度信号を該制御手段に出力する第2のホトデテクターと、を具備しており、制御手段は、レーザー光線照射手段を作動して被加工物にレーザー光線を複数回照射し被加工物にレーザー加工溝を形成する際に、第1のホトデテクターおよび第2のホトデテクターから出力される光強度信号に基づいて、第1のホトデテクターだけから光強度信号が出力されているときにはレーザー光線の照射を継続するようにレーザー光線照射手段を制御し、第2のホトデテクターから光強度信号が出力された場合には加工中のレーザー加工溝の終点までレーザー光線の照射を継続した後に停止するようにレーザー光線照射手段を制御するので、被加工物を所定の分割予定ラインに沿って切断する場合には被加工物の厚みにバラツキがあっても被加工物が貼着されている保護部材を切断することなく被加工物に形成された分割予定ラインに沿って完全切断することができ、また、基板に積層された積層体を分割予定ラインに沿って分断する場合には積層体にバラツキがあっても積層体を確実に分断するレーザー加工溝が形成できる。 In addition, the laser processing apparatus according to the present invention includes a plasma detection means for detecting a wavelength of plasma generated by irradiating a workpiece with a laser beam from the laser beam irradiation means, and a laser beam irradiation based on a detection signal from the plasma detection means. And a control means for controlling the processing feed means. The plasma detecting means is provided with a beam splitter for branching the plasma light into the first path and the second path, and the first path disposed in the first path. A first bandpass filter that passes only plasma light having a wavelength of 1; a first photodetector that receives the light that has passed through the first bandpass filter and outputs a light intensity signal to the control means; A second band-pass filter that is disposed in the path and passes only the plasma light of the second wavelength, and the second band-pass filter A second photodetector that receives the light that has passed and outputs a light intensity signal to the control means, and the control means activates the laser beam irradiation means to irradiate the workpiece with the laser beam a plurality of times. When the laser processing groove is formed on the workpiece, when the light intensity signal is output only from the first photodetector based on the light intensity signal output from the first photodetector and the second photodetector, the laser beam The laser beam irradiation means is controlled so as to continue the irradiation, and when the light intensity signal is output from the second photodetector, the laser beam irradiation is stopped after the laser beam irradiation is continued until the end point of the laser processing groove being processed. Since the method is controlled, the thickness of the workpiece varies when the workpiece is cut along a predetermined division line. Even if there is, it is possible to completely cut along the planned dividing line formed on the workpiece without cutting the protective member to which the workpiece is stuck, and also to divide the laminate laminated on the substrate In the case of dividing along a predetermined line, a laser-processed groove for reliably dividing the laminated body can be formed even if the laminated body has variations.
以下、本発明による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。 Hereinafter, a preferred embodiment of a laser processing apparatus according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
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1は、静止基台2と、該静止基台2に矢印Xで示す加工送り方向(X軸方向)に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構3と、静止基台2にX軸方向と直交する矢印Yで示す割り出し送り方向(Y軸方向)に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構4と、該レーザー光線照射ユニット支持機構4に矢印Zで示す集光点位置調整方向(Z軸方向)に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット5とを具備している。
FIG. 1 is a perspective view of a laser processing apparatus constructed according to the present invention. A
上記チャックテーブル機構3は、静止基台2上にX軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール31、31と、該案内レール31、31上にX軸方向に移動可能に配設された第1の滑動ブロック32と、該第1の滑動ブロック32上にY軸方向に移動可能に配設された第2の滑動ブロック33と、該第2の滑動ブロック33上に円筒部材34によって支持されたカバーテーブル35と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル36を具備している。このチャックテーブル36は多孔性材料から形成された吸着チャック361を具備しており、吸着チャック361上に被加工物である例えば円盤状の半導体ウエーハ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チャックテーブル36は、円筒部材34内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル36には、後述する環状のフレームを固定するためのクランプ362が配設されている。
The
上記第1の滑動ブロック32は、その下面に上記一対の案内レール31、31と嵌合する一対の被案内溝321、321が設けられているとともに、その上面にY軸方向に沿って平行に形成された一対の案内レール322、322が設けられている。このように構成された第1の滑動ブロック32は、被案内溝321、321が一対の案内レール31、31に嵌合することにより、一対の案内レール31、31に沿ってX軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構3は、第1の滑動ブロック32を一対の案内レール31、31に沿ってX軸方向に移動させるためのX軸方向移動手段(加工送り手段37)を具備している。この加工送り手段37は、上記一対の案内レール31と31の間に平行に配設された雄ネジロッド371と、該雄ネジロッド371を回転駆動するためのパルスモータ372等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド371は、その一端が上記静止基台2に固定された軸受ブロック373に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ372の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド371は、第1の滑動ブロック32の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ372によって雄ネジロッド371を正転および逆転駆動することにより、第1の滑動ブロック32は案内レール31、31に沿ってX軸方向に移動せしめられる。
The first sliding
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記チャックテーブル36の加工送り量即ちX軸方向位置を検出するためのX軸方向位置検出手段374を備えている。X軸方向位置検出手段374は、案内レール31に沿って配設されたリニアスケール374aと、第1の滑動ブロック32に配設され第1の滑動ブロック32とともにリニアスケール374aに沿って移動する読み取りヘッド374bとからなっている。このX軸方向位置検出手段374の読み取りヘッド374bは、図示の実施形態においては1μm毎に1パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル36の加工送り量即ちX軸方向の位置を検出する。なお、上記加工送り手段37の駆動源としてパルスモータ372を用いた場合には、パルスモータ372に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル36の加工送り量即ちX軸方向の位置を検出することもできる。また、上記加工送り手段37の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル36の加工送り量即ちX軸方向の位置を検出することもできる。
The laser processing apparatus in the illustrated embodiment includes X-axis direction position detecting means 374 for detecting the processing feed amount of the chuck table 36, that is, the X-axis direction position. The X-axis direction position detecting means 374 is a
上記第2の滑動ブロック33は、その下面に上記第1の滑動ブロック32の上面に設けられた一対の案内レール322、322と嵌合する一対の被案内溝331、331が設けられており、この被案内溝331、331を一対の案内レール322、322に嵌合することにより、Y軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構3は、第2の滑動ブロック33を第1の滑動ブロック32に設けられた一対の案内レール322、322に沿ってY軸方向に移動させるための第1のY軸方向移動手段(第1の割り出し送り手段38)を具備している。この第1の割り出し送り手段38は、上記一対の案内レール322と322の間に平行に配設された雄ネジロッド381と、該雄ネジロッド381を回転駆動するためのパルスモータ382等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド381は、その一端が上記第1の滑動ブロック32の上面に固定された軸受ブロック383に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ382の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド381は、第2の滑動ブロック33の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ382によって雄ネジロッド381を正転および逆転駆動することにより、第2の滑動ブロック33は案内レール322、322に沿ってY軸方向に移動せしめられる。
The second sliding
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記第2の滑動ブロック33の割り出し加工送り量即ちY軸方向位置を検出するためのY軸方向位置検出手段384を備えている。このY軸方向位置検出手段384は、案内レール322に沿って配設されたリニアスケール384aと、第2の滑動ブロック33に配設され第2の滑動ブロック33とともにリニアスケール384aに沿って移動する読み取りヘッド384bとからなっている。このY軸方向位置検出手段384の読み取りヘッド384bは、図示の実施形態においては1μm毎に1パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル36の割り出し送り量即ちY軸方向の位置を検出する。なお、上記第1の割り出し送り手段38の駆動源としてパルスモータ382を用いた場合には、パルスモータ382に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル36の割り出し送り量即ちY軸方向の位置を検出することもできる。また、上記第1の割り出し送り手段38の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル36の割り出し送り量即ちY軸方向の位置を検出することもできる。
The laser processing apparatus in the illustrated embodiment includes Y-axis direction position detecting means 384 for detecting the indexing processing feed amount of the second sliding
上記レーザー光線照射ユニット支持機構4は、静止基台2上にY軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール41、41と、該案内レール41、41上に矢印Yで示す方向に移動可能に配設された可動支持基台42を具備している。この可動支持基台42は、案内レール41、41上に移動可能に配設された移動支持部421と、該移動支持部421に取り付けられた装着部422とからなっている。装着部422は、一側面にZ軸方向に延びる一対の案内レール423、423が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構4は、可動支持基台42を一対の案内レール41、41に沿ってY軸方向に移動させるための第2のY軸方向移動手段(第2の割り出し送り手段43)を具備している。この第2の割り出し送り手段43は、上記一対の案内レール41、41の間に平行に配設された雄ネジロッド431と、該雄ネジロッド431を回転駆動するためのパルスモータ432等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド431は、その一端が上記静止基台2に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ432の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド431は、可動支持基台42を構成する移動支持部421の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ432によって雄ネジロッド431を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台42は案内レール41、41に沿ってY軸方向に移動せしめられる。
The laser beam irradiation
図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット5は、ユニットホルダ51と、該ユニットホルダ51に取り付けられたレーザー光線照射手段52を具備している。ユニットホルダ51は、上記装着部422に設けられた一対の案内レール423、423に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝511、511が設けられており、この被案内溝511、511を上記案内レール423、423に嵌合することにより、Z軸方向に移動可能に支持される。
The laser
図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット5は、ユニットホルダ51を一対の案内レール423、423に沿ってZ軸方向に移動させるためのZ軸方向移動手段(集光点位置調整手段53)を具備している。集光点位置調整手段53は、一対の案内レール423、423の間に配設された雄ネジロッド(図示せず)と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ532等の駆動源を含んでおり、パルスモータ532によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、ユニットホルダ51およびレーザー光線照射手段52を案内レール423、423に沿ってZ軸方向に移動せしめる。なお、図示の実施形態においてはパルスモータ532を正転駆動することによりレーザー光線照射手段52を上方に移動し、パルスモータ532を逆転駆動することによりレーザー光線照射手段52を下方に移動するようになっている。
The laser
図示のレーザー光線照射手段52は、上記ユニットホルダ51に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング521を含んでいる。このレーザー光線照射手段52について、図2を参照して説明する。
図示のレーザー光線照射手段52は、上記ケーシング521内に配設されたパルスレーザー光線発振手段522と、該パルスレーザー光線発振手段522によって発振されたパルスレーザー光線の出力を調整する出力調整手段523と、該出力調整手段523によって出力が調整されたパルスレーザー光線を上記チャックテーブル36の保持面に保持された被加工物Wに照射する集光器524を具備している。
The illustrated laser beam application means 52 includes a
The illustrated laser beam application means 52 includes a pulse laser beam oscillation means 522 disposed in the
上記パルスレーザー光線発振手段522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器522aと、パルスレーザー光線発振器522aが発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数を設定する繰り返し周波数設定手段522bとから構成されている。上記出力調整手段523は、パルスレーザー光線発振手段522から発振されたパルスレーザー光線の出力を所定の出力に調整する。これらパルスレーザー光線発振手段522のパルスレーザー光線発振器522a、繰り返し周波数設定手段522bおよび出力調整手段523は、図示しない後述する制御手段によって制御される。
The pulse laser beam oscillation means 522 includes a pulse
上記集光器524は、パルスレーザー光線発振手段522から発振され出力調整手段523によって出力が調整されたパルスレーザー光線をチャックテーブル36の保持面に向けて方向変換する方向変換ミラー524aと、該方向変換ミラー524aによって方向変換されたパルスレーザー光線を集光してチャックテーブル36に保持された被加工物Wに照射する集光レンズ524bを具備している。このように構成された集光器524は、図1に示すようにケーシング521の先端に装着される。
The
上記レーザー光線照射手段52を構成するケーシング521の先端部には、レーザー光線照射手段52によってレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段6が配設されている。この撮像手段6は、顕微鏡やCCDカメラ等の光学手段等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。
An
図2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加工装置1は、レーザー光線照射ユニット5を構成するレーザー光線照射手段52のケーシング521に取り付けられ、レーザー光線照射手段52から被加工物にレーザー光線が照射されることによって発生するプラズマを検出するプラズマ検出手段7を備えている。このプラズマ検出手段7は、レーザー光線照射手段52の集光器524から照射されるレーザー光線がチャックテーブル36に保持された被加工物Wに照射されることによって発生するプラズマを受光するプラズマ受光手段71と、該プラズマ受光手段71によって受光されたプラズマ光を第1の光路72aと第2の光路72bに分岐するビームスプリッター72と、第1の光路72aに配設され波長が第1の設定波長(後述する被加工物を形成する第1の物質が発する波長)の光のみを通過させる第1のバンドパスフィルター73と、該第1のバンドパスフィルター73を通過した光を受光して光強度信号を出力する第1のホトデテクター74と、第2の光路72bに配設された方向変換ミラー75と、該方向変換ミラー75によって方向変換されたプラズマ光の波長が第2の設定波長(後述する被加工物が貼着されている合成樹脂テープを形成する第2の物質が発する波長)の光のみを通過させる第2のバンドパスフィルター76と、該第2のバンドパスフィルター76を通過した光を受光して光強度信号を出力する第2のホトデテクター77とを具備している。上記プラズマ受光手段71は、集光レンズ711と、該集光レンズ711を収容するレンズケース712とからなり、レンズケース712が図1に示すようにレーザー光線照射手段52のケーシング521に取り付けられる。また、図1に示すようにレンズケース712には角度調整用ツマミ713が配設されており、集光レンズ711の設置角度を調整することができるようになっている。なお、上記第1のバンドパスフィルター73は、図示の実施形態においてはシリコン(Si)のプラズマ光の波長(251nm)のみを通過させるために波長が245〜255nmの範囲の光を通過させるようになっている。また、上記第2のバンドパスフィルター76は図示の実施形態においては合成樹脂テープを構成する物質である炭素(C)のプラズマ光の波長(371nm)のみを通過させるために波長が365〜375nmの範囲の光を通過させるようになっている。図示の実施形態におけるプラズマ検出手段7は以上のように構成されており、第1のバンドパスフィルター73を通過した光を受光した第1のホトデテクター74および第2のバンドパスフィルター76を通過した光を受光した第2のホトデテクター77は、それぞれ受光した光の強度に対応する電圧信号を後述する制御手段に出力する。
Continuing the description with reference to FIG. 2, the
図1に戻って説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、ケーシング521の前端部に配設され上記レーザー光線照射手段52によってレーザー加工すべき加工領域を撮像する撮像手段6を備えている。この撮像手段6は、顕微鏡やCCDカメラ等の光学手段等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。
Referring back to FIG. 1, the laser processing apparatus in the illustrated embodiment includes an
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、図3に示す制御手段8を具備している。制御手段8はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置(CPU)81と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ(ROM)82と、後述する制御マップや被加工物の設計値のデータや演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ(RAM)83と、カウンター84と、入力インターフェース85および出力インターフェース86とを備えている。制御手段8の入力インターフェース85には、上記X軸方向位置検出手段374、Y軸方向位置検出手段384、撮像手段6、プラズマ検出手段7の第1のホトデテクター74および第2のホトデテクター77等からの検出信号が入力される。そして、制御手段8の出力インターフェース86からは、上記パルスモータ372、パルスモータ382、パルスモータ432、パルスモータ532、レーザー光線照射手段52を構成するパルスレーザー光線発振手段522のパルスレーザー光線発振器522a、繰り返し周波数設定手段522bおよび出力調整手段523等に制御信号を出力する。
The laser processing apparatus in the illustrated embodiment includes the control means 8 shown in FIG. The control means 8 is constituted by a computer, and includes a central processing unit (CPU) 81 that performs arithmetic processing according to a control program, a read only memory (ROM) 82 that stores a control program and the like, and a control map and workpiece to be described later. A readable / writable random access memory (RAM) 83 that stores design value data, calculation results, and the like, a
図示の実施形態におけるレーザー加工装置1は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図4には、被加工物としての半導体ウエーハの斜視図が示されている。図4に示す半導体ウエーハ10はシリコンウエーハからなり、表面10aに格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域にIC、LSI等のデバイス102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10を分割予定ラインに沿って加工するためには、図5の(a)および(b)に示すように半導体ウエーハ10の裏面10bを環状のフレームFに装着された保護部材としての保護テープTの表面に貼着する(ウエーハ支持工程)。なお、保護テープTは、ポリオレフィン等の合成樹脂シートによって形成されており、レーザー光線を照射することにより炭化し炭素(C)のプラズマ光(波長が371nm)を発する。
The
FIG. 4 shows a perspective view of a semiconductor wafer as a workpiece. A
上述したウエーハ支持工程を実施したならば、図1に示すレーザー加工装置のチャックテーブル36上に半導体ウエーハ10の保護テープT側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、保護テープTを介して半導体ウエーハ10をチャックテーブル36上に吸引保持する(ウエーハ保持工程)。従って、チャックテーブル36に保持された半導体ウエーハ10は、表面10aが上側となる。
When the wafer support process described above is performed, the protective tape T side of the
上述したようにチャックテーブル36上に半導体ウエーハ10を吸引保持したならば、制御手段8は加工送り手段37を作動してチャックテーブル36を撮像手段6の直下である撮像領域に位置付ける。次に、制御手段8は撮像手段6を作動してチャックテーブル36に保持された半導体ウエーハ10を撮像し、この撮像信号を入力してレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、制御手段8は、半導体ウエーハ10の所定方向に形成されている分割予定ライン101と、該分割予定ライン101に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段52の集光器524との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。また、撮像手段6と制御手段8は、半導体ウエーハ10に形成されている上記所定方向に対して直交する方向に延びる分割予定ライン101に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントを実行する。
As described above, when the
次に、チャックテーブル36を移動して図6の(a)で示すように所定の分割予定ライン101の一端(図において左端)を集光器524の直下に位置付ける。そして、制御手段8はレーザー光線照射手段52に制御信号を出力し、集光器524からシリコンウエーハに対して吸収性を有する波長(355nm)を有するパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル36を矢印X1で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる(レーザー加工工程)。そして、図6の(b)で示すように分割予定ライン101の他端(図6(b)において右端)が集光器524の直下位置(終点)に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル36の移動を停止する。この結果、半導体ウエーハ10には、図6の(b)に示すように所定の分割予定ライン101に沿ってレーザー加工溝110が形成される。
Next, the chuck table 36 is moved so that one end (the left end in the figure) of the
上記レーザー光線照射工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 :LD励起QスイッチNd:YVO4
波長 :355nm
平均出力 :2W
繰り返し周波数 :50kHz
パルス幅 :10ps
集光スポット径 :φ15μm
The processing conditions in the laser beam irradiation step are set as follows, for example.
Light source: LD excitation Q switch Nd: YVO4
Wavelength: 355nm
Average output: 2W
Repetition frequency: 50kHz
Pulse width: 10 ps
Condensing spot diameter: φ15μm
上記加工条件においては、上述したレーザー光線照射工程を1回実施すると、深さが20μm程度のレーザー加工溝が形成される。従って、半導体ウエーハ10の厚みが例えば120μmの場合には、上述したレーザー光線照射工程を6回実施することにより切断することができる。しかるに、半導体ウエーハ10の厚みにはバラツキがあり、レーザー光線照射工程を6回実施しても半導体ウエーハ10が完全に切断されなかったり、半導体ウエーハ10を支持する保護テープTまで切断してしまうという問題がある。
Under the above processing conditions, when the laser beam irradiation step described above is performed once, a laser processing groove having a depth of about 20 μm is formed. Therefore, when the thickness of the
そこで、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上述したレーザー光線照射工程を実施している際に、制御手段8はプラズマ検出手段7の第1のホトデテクター74および第2のホトデテクター77から光強度信号を入力している。即ち、シリコン(Si)ウエーハからなる半導体ウエーハ10にパルスレーザー光線を照射すると、波長が251nmのプラズマが発生する。この波長が251nmのプラズマは図2に示すようにプラズマ検出手段7を構成するプラズマ受光手段71の集光レンズ711によって集光され、第1のバンドパスフィルター73を通過して第1のホトデテクター74に達する。また、ポリオレフィン等の合成樹脂シートによって形成された保護テープTにパルスレーザー光線が照射されると、炭化し波長が371nmのプラズマが発生する。この波長が371nmのプラズマは図2に示すようにプラズマ検出手段7を構成するプラズマ受光手段71の集光レンズ711によって集光され、方向変換ミラー75を介し第2のバンドパスフィルター76を通過して第2のホトデテクター77に達する。このようにしてプラズマ検出手段7の第1のホトデテクター74および第2のホトデテクター77から光強度信号を入力する制御手段8は、第1のホトデテクター74および第2のホトデテクター77からの光強度信号に基づいて次のように制御する。
Therefore, in the laser processing apparatus in the illustrated embodiment, when the laser beam irradiation process described above is performed, the control unit 8 outputs the light intensity signal from the
図7の(a)は、シリコン(Si)ウエーハからなる半導体ウエーハ10に上述したパルスレーザー光線を照射したとき発生するプラズマの光強度を検出する第1のホトデテクター74の出力電圧を示している。図7の(a)において横軸は上記レーザー光線照射工程の実施回数を示し、縦軸は電圧値(V)を示している。そして、図7の(a)に示す実施形態においては、レーザー光線照射工程が5回までは電圧値が2.5V程度であり、レーザー光線照射工程が6回を超えると電圧値が急激に低下する。これは、上記レーザー光線照射工程が5回まではシリコン(Si)ウエーハからなる半導体ウエーハ10だけがレーザー加工されていることを意味している。
FIG. 7A shows the output voltage of the
図7の(b)には、ポリオレフィン等の合成樹脂シートによって形成された保護テープTにパルスレーザー光線を照射したとき発生するプラズマの光強度を検出する第2のホトデテクター77の出力電圧が示されている。図7の(b)において横軸は上記レーザー光線照射工程の実施回数を示し、縦軸は電圧値(V)を示している。図7の(b)に示す実施形態においては、上記レーザー光線照射工程が6回に達すると電圧値が上昇はじめる。これは、上記レーザー光線照射工程が6回になると、保護テープTがレーザー加工され始めたことを意味している。
FIG. 7B shows the output voltage of the
上述したようにプラズマ検出手段7の第1のホトデテクター74および第2のホトデテクター77から光強度信号を入力する制御手段8は、第1のホトデテクター74および第2のホトデテクター77からの光強度信号に基づいて、第1のホトデテクター74だけから光強度信号が出力されているときにはレーザー光線の照射を継続するようにレーザー光線照射手段52を制御し、第2のホトデテクター77から光強度信号が出力された場合には加工中の分割予定ライン101の終点までレーザー光線の照射を継続した後に停止するようにレーザー光線照射手段52を制御する。従って、図7の(a)および(b)に示す実施形態においては、分割予定ライン101に沿って上記レーザー光線照射工程を6回実施することになる。この結果、図8に示すように半導体ウエーハ10には分割予定ライン101に沿って完全切断するレーザー加工溝110が形成されるとともに、保護テープTが僅かにレーザー加工された状態となる。
As described above, the control means 8 for inputting the light intensity signals from the
以上のように、図示の実施形態におけるレーザー加工装置においては、プラズマ検出手段7の第1のホトデテクター74および第2のホトデテクター77から光強度信号を入力する制御手段8は、第1のホトデテクター74および第2のホトデテクター77から光強度信号に基づいて、第1のホトデテクター74だけから光強度信号が出力されているときにはレーザー光線の照射を継続するようにレーザー光線照射手段52を制御し、第2のホトデテクター77から光強度信号が出力された場合には加工中の分割予定ライン101の終点までレーザー光線の照射を継続した後に停止するようにレーザー光線照射手段52を制御するので、半導体ウエーハ10の厚みにバラツキがあっても、保護テープTを切断することなく半導体ウエーハ10を分割予定ライン101に沿って確実に完全切断することができる。
As described above, in the laser processing apparatus according to the illustrated embodiment, the control means 8 for inputting the light intensity signal from the
以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。上記実施形態においては、半導体ウエーハ10を分割予定ライン101に沿って切断する例を示したが、本発明は次のような加工に応用することができる。例えば、シリコン等の基板の表面に積層した低誘電率絶縁体被膜(Low−k膜)からなる積層体や、シリコン等の基板の裏面に積層した銅等の金属からなる積層体を所定の分割予定ラインに沿って分断するレーザー加工に適用することができる。
Although the present invention has been described based on the illustrated embodiment, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications are possible within the scope of the gist of the present invention. In the above-described embodiment, the example in which the
1:レーザー加工装置
2:静止基台
3:チャックテーブル機構
36:チャックテーブル
37:加工送り手段
374:X軸方向位置検出手段
38:第1の割り出し送り手段
384:Y軸方向位置検出手段
4:レーザー光線照射ユニット支持機構
42:可動支持基台
43:第2の割り出し送り手段
5:レーザー光線照射ユニット
52:レーザー光線照射手段
522:パルスレーザー光線発振手段
523:出力調整手段
524:集光器
6:撮像手段
7:プラズマ検出手段
71:プラズマ受光手段
72:ビームスプリッター
73:第1のバンドパスフィルター
74:第1のホトデテクター
75:方向変換ミラー
76:第2のバンドパスフィルター
77:第2のホトデテクター
8:制御手段
10:半導体ウエーハ
101:分割予定ライン
1: Laser processing device 2: Stationary base 3: Chuck table mechanism 36: Chuck table 37: Processing feed means 374: X-axis direction position detection means 38: First index feed means 384: Y-axis direction position detection means 4: Laser beam irradiation unit support mechanism 42: movable support base 43: second index feeding means 5: laser beam irradiation unit 52: laser beam irradiation means 522: pulse laser beam oscillation means 523: output adjustment means 524: condenser 6: imaging means 7 : Plasma detection means 71: Plasma light receiving means 72: Beam splitter 73: First band pass filter 74: First photo detector 75: Direction change mirror 76: Second band pass filter 77: Second photo detector 8: Control means 10: Semiconductor wafer 101: Planned split
Claims (2)
被加工物にレーザー光線が照射されることによって発生するプラズマの波長を検出し、第1の波長を有するプラズマ光だけが検出されたときにはレーザー光線の照射を継続し、第2の波長を有するプラズマ光が検出された場合には加工中のレーザー加工溝の終点までレーザー光線の照射を継続した後に停止する、
ことを特徴とするレーザー加工方法。 A laser processing method for forming a laser processing groove on a workpiece by irradiating the workpiece with a laser beam multiple times,
The wavelength of the plasma generated by irradiating the workpiece with the laser beam is detected. When only the plasma light having the first wavelength is detected, the laser beam irradiation is continued, and the plasma light having the second wavelength is detected. If detected, stop laser beam irradiation until the end of the laser processing groove being processed,
The laser processing method characterized by the above-mentioned.
該レーザー光線照射手段から被加工物にレーザー光線が照射されることによって発生するプラズマの波長を検出するプラズマ検出手段と、該プラズマ検出手段からの検出信号に基づいて該レーザー光線照射手段および該加工送り手段を制御する制御手段とを具備し、
該プラズマ検出手段は、プラズマ光を第1の経路と第2の経路に分岐するビームスプリッターと、該第1の経路に配設され第1の波長のプラズマ光のみを通過させる第1のバンドパスフィルターと、該第1のバンドパスフィルターを通過した光を受光して光強度信号を該制御手段に出力する第1のホトデテクターと、該第2の経路に配設され第2の波長のプラズマ光のみを通過させる第2のバンドパスフィルターと、該第2のバンドパスフィルターを通過した光を受光して光強度信号を該制御手段に出力する第2のホトデテクターと、を具備しており、
該制御手段は、該レーザー光線照射手段を作動して被加工物にレーザー光線を複数回照射し被加工物にレーザー加工溝を形成する際に、該第1のホトデテクターおよび該第2のホトデテクターから出力される光強度信号に基づいて、該第1のホトデテクターだけから光強度信号が出力されているときにはレーザー光線の照射を継続するように該レーザー光線照射手段を制御し、該第2のホトデテクターから光強度信号が出力された場合には加工中のレーザー加工溝の終点までレーザー光線の照射を継続した後に停止するように該レーザー光線照射手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。 A workpiece holding means for holding a workpiece, a laser beam irradiation means for irradiating a workpiece held by the workpiece holding means with a pulsed laser beam, and a workpiece holding means and a laser beam irradiation means are processed and fed. A laser processing apparatus comprising a processing feed means that moves relative to a direction,
Plasma detecting means for detecting the wavelength of plasma generated by irradiating a workpiece with a laser beam from the laser beam irradiating means, and the laser beam irradiating means and the processing feeding means based on a detection signal from the plasma detecting means. Control means for controlling,
The plasma detection means includes a beam splitter that branches the plasma light into a first path and a second path, and a first bandpass that is disposed in the first path and passes only the plasma light of the first wavelength. A filter, a first photodetector for receiving light that has passed through the first bandpass filter and outputting a light intensity signal to the control means, and plasma light having a second wavelength disposed in the second path A second band-pass filter that passes only the light, and a second photodetector that receives the light that has passed through the second band-pass filter and outputs a light intensity signal to the control means,
The control means is output from the first photo detector and the second photo detector when the laser beam irradiation means is operated to irradiate the workpiece with a laser beam a plurality of times to form a laser processing groove on the workpiece. When the light intensity signal is output only from the first photo detector, the laser beam irradiating means is controlled so as to continue the laser beam irradiation, and the light intensity signal is output from the second photo detector. If output, control the laser beam irradiation means to stop after continuing the laser beam irradiation to the end point of the laser processing groove being processed,
Laser processing equipment characterized by that.
Priority Applications (1)
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