JP2014161873A

JP2014161873A - レーザー加工装置

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Publication number: JP2014161873A
Application number: JP2013034368A
Authority: JP
Inventors: Sumio Masuchi; 純郎増地; Daigo Shimofusa; 大悟下房
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-02-25
Filing date: 2013-02-25
Publication date: 2014-09-08
Anticipated expiration: 2033-02-25
Also published as: JP6111090B2

Abstract

【課題】低いランニングコストで、レーザー加工によって発生するデブリが半導体ウエーハ等の板状ワークのパターン面に付着するのを防止する。
【解決手段】第２のレーザー照射装置３２は、加工テーブル２３に載置する板状ワーク９０の上面に平行に、かつ、該分割予定ラインに平行にレーザー光３２１を照射する。第２のレーザー照射装置３２は、第１のレーザー照射装置３１が照射したレーザー光３１１によって板状ワーク９０を切断加工することによって発生するデブリにレーザー光３２１を照射して、デブリを気化させる。板状ワークの表面を保護膜で覆う必要がないので、レーザー加工に関連するランニングコストを低減することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザー加工により板状ワークを加工するレーザー加工装置に関する。

半導体ウエーハ等の板状ワークをストリート（分割予定ライン）に沿って分割する方法として、レーザー加工による方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。レーザー加工方法では、半導体ウエーハの照射領域にレーザー光を集光して照射し、熱エネルギーを集中させ、照射領域のシリコンを溶融あるいは熱分解して気化させる。この過程では、デブリと呼ばれるものが発生する。そのデブリが半導体ウエーハのパターン面に付着すると、分割された半導体チップの品質に悪影響を及ぼすという問題が生じる。

その為、半導体ウエーハのパターン面に保護膜を形成して、レーザー加工する方法がある（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。また、レーザー加工領域へ流体を噴出し、それを吸引することにより、レーザー加工によって発生する異物を除去するレーザー加工装置もある（例えば、特許文献４参照）。

特開平６−１２０３３４号公報特開２００６−１９８４５０号公報特開２００８−６３７９号公報特開平１０−９９９７８号公報

半導体ウエーハのパターン面に保護膜を形成する方式では、保護膜を形成するための材料が必要であるため、レーザー加工前に保護膜を形成する工程が必要である上に、レーザー加工後に不要となった保護膜を除去する工程が必要である。加えて、除去した保護膜を廃棄する必要がある。これにより、レーザー加工に関連するランニングコストが高くなる。

また、レーザー加工領域へ流体を噴出し、それを吸引する方式では、発生したデブリを必ずしもすべて除去できず、半導体ウエーハのパターン面に付着する可能性がある。

本発明は、低いランニングコストで、レーザー加工によって発生するデブリが半導体ウエーハのパターン面に付着するのを防止することを目的とする。

本発明にかかるレーザー加工装置は、分割予定ラインを備える板状ワークが載置される加工テーブルと、該加工テーブルに載置された板状ワークの上方から該分割予定ラインに沿ってレーザー光を照射して板状ワークを切断加工する第１のレーザー照射装置と、を備えるレーザー加工装置であって、加工テーブルに載置される板状ワークの上面に平行に、かつ、該分割予定ラインに平行にレーザー光を照射する第２のレーザー照射装置を備え、該第２のレーザー照射装置は、該第１のレーザー照射装置が照射したレーザー光によって板状ワークを切断加工することによって発生するデブリにレーザー光を照射して、デブリを気化させる。

上記レーザー加工装置は、該第１のレーザー照射装置を囲繞して配設され、吸引口と排気口とを備え、該第２のレーザー照射装置が照射したレーザー光によって気化されたデブリを該吸引口から吸引し排気口から排気する吸引部を備える。

本発明にかかるレーザー加工装置によれば、第２のレーザー照射装置が照射したレーザー光がデブリを気化させるので、デブリが板状ワークに付着するのを防ぐことができる。したがって、板状ワークの表面を保護膜で覆う必要がないので、レーザー加工に関連するランニングコストを低減することができる。
また、第２のレーザー照射装置が分割予定ラインと平行にレーザー光を照射するので、飛散中のデブリだけでなく、飛散中に気化しきれずに残ったデブリにも、レーザー光を照射して、気化させることができる。

さらに、吸引部が、第１のレーザー照射装置を囲繞して配設され、気化されたデブリを吸引口から吸引するので、デブリが板状ワークに付着するのを防ぐことができる。吸引部が吸引するデブリが気化されているので、デブリが吸引部などに詰まるのを防ぐことができる。

レーザー加工装置の構成を示す斜視図。板状ワークを示す斜視図。レーザー加工装置の構造を示す正面視断面図。レーザー加工装置の作用を示す模式図。第２のレーザー照射装置が放射するレーザー光を示す斜視図。比較例１を示す正面視断面図。比較例２を示す正面視断面図。

図１に示すレーザー加工装置１０は、固定台１１を有しており、その上面１１１には、加工対象の板状ワークを保持する加工テーブル２３をＸ方向に送る第１の送り機構２１を備えている。

第１の送り機構２１は、移動台２１６を、固定台１１に対して、Ｘ方向の任意の位置に移動させる。第１の送り機構２１では、軸方向がＸ方向と平行な向きに配置されたねじ軸２１１を駆動部２１２（Ｘ軸モータ）が回転させると、移動台２１６が、固定台１１の上面１１１に固定されたガイド２１４に規制されて、固定台１１に対してＸ方向に移動する。

固定台１１の上面１１１には、板状ワークにレーザー加工を施す第１のレーザー照射装置３１をＹ方向（Ｘ方向と直交する水平方向）に送るための第２の送り機構２２を備えている。第２の送り機構２２では、軸方向がＹ方向と平行な向きに配置されたねじ軸２２１を駆動部２２２（Ｙ軸モータ）が回転させると、移動台２２６が、固定台１１の上面１１１に固定されたガイド２２４に規制されて、固定台１１に対してＹ方向に移動する。

移動台２２６には第１レーザー支持部１２が固定され、第１レーザー支持部１２は、第１のレーザー照射装置３１や撮像装置２４や吸引部４１を支持する。第１のレーザー照射装置３１は、例えば鉛直下方向へ向かってレーザー光３１１を放射する機能を有しており、集光レンズ（不図示）を備え、レーザー光３１１を焦点３１２に集光する。撮像装置２４は、例えば鉛直下方向を撮影することにより、レーザー加工すべき位置を検出する。吸引部４１は、例えば円錐台形状の中空の箱状である。吸引部４１は、第１のレーザー照射装置３１がレーザー光３１１を放射する部分を囲んでいる。吸引口４１１（図３参照）は、吸引部４１の下面に設けられた貫通穴であり、第１のレーザー照射装置３１がレーザー光３１１を放射する方向に位置する。レーザー光３１１は、吸引口４１１を通って、吸引部４１の外に放射される。排気口４１２は、吸引部４１の上面に設けられた貫通穴であり、吸引部４１内の気体を吸引する排気吸引源４２（真空ポンプなど）に接続されている。

移動台２２６には第２レーザー支持部１３が固定され、第２レーザー支持部１３は、第２のレーザー照射装置３２を支持する。第２のレーザー照射装置３２は、Ｘ方向へ向かって高出力のレーザー光３２１を平面帯状に放射する機能を有し、レーザー光３２１は、第１のレーザー照射装置３１が放射するレーザー光３１１と交わる。例えば、第２のレーザー照射装置３２は、互いに平行な複数本のレーザー光を放射する。また、第２のレーザー照射装置３２は、照射するレーザー光を高い周波数でわずかに左右に振ることにより、平面状の範囲をカバーする構成であってもよい。

加工テーブル２３は、移動台２１６に固定され、載置部２３１の上に載せられた板状ワークを保持する。加工テーブル２３は、例えばチャックテーブルであり、例えば図３に示す吸引源２３４を動作させると、載置部２３１に載せられた板状ワークが吸着されて保持される。加工テーブル２３は、載置部２３１の中心を通るＺ方向（ＸＹ平面に対して垂直な方向）の軸を中心として回転可能となっている。載置部２３１の周囲には、板状ワークを支持するフレームを固定するための保持固定部２３３が配設されている。

第１の送り機構２１の移動台２１６に加工テーブル２３が固定されているので、第１の送り機構２１は、加工テーブル２３をＸ方向の任意の位置に移動させることができる。また、第２の送り機構２２の移動台２２６に第１レーザー支持部１２が固定されているので、第２の送り機構２２は、レーザー光３１１の焦点３１２をＹ方向の任意の位置に移動させることができる。これにより、加工テーブル２３に保持される板状ワーク上における加工位置を、ＸＹ平面内で任意の位置に移動させることができる。

レーザー吸収板１４は、移動台２１６に固定され、第２のレーザー照射装置３２が放射したレーザー光３２１を吸収する。レーザー吸収板１４の幅は、載置部２３１の直径よりも長い。レーザー吸収板１４は、加工テーブル２３の上を通過したレーザー光３２１が当たるように、加工テーブル２３を挟んで、第２のレーザー照射装置３２とは反対側に配置されている。

図２に示す板状ワーク９０は半導体ウエーハであり、板状ワーク９０の表面には、複数のデバイス９２が形成されている。板状ワーク９０を複数の分割予定ライン９３ａ，９３ｂに沿って分割することにより、それぞれのデバイス９２が分離される。縦方向に設けられた複数の分割予定ライン９３ａは、互いに平行である。横方向に設けられた複数の分割予定ライン９３ｂは、互いに平行であり、分割予定ライン９３ａと直交している。

板状ワーク９０の裏面（デバイス９２が形成されている面とは反対側の面）にはテープ８２の粘着面が貼着され、当該粘着面の外周部には、中央が開口しリング状に形成されたフレーム８１が貼着される。テープ８２は、フレーム８１の開口を塞ぐよう、フレーム８１に貼り付けられており、板状ワーク９０の裏面をテープ８２に貼り付けることにより、板状ワーク９０は、テープ８２を介して、フレーム８１に支持される。

図３に示すように、フレーム８１に支持された板状ワーク９０は、加工テーブル２３に載せられ、例えば分割予定ライン９３ａが、第１の送り機構２１が加工テーブル２３を移動させる方向（Ｘ方向）と平行に配置される。

吸引部４１の下面は、加工テーブル２３に載せられた板状ワーク９０の表面になるべく近い位置に配置されている。すなわち、加工テーブル２３の載置部２３１の上面と、吸引部４１の下面との間の距離は、板状ワーク９０の厚みとテープ８２の厚みとを合わせた全体の厚みよりも、わずかに長い。

第２のレーザー照射装置３２は、載置部２３１の上面と平行にレーザー光３２１を放射する。したがって、レーザー光３２１の放射方向は、載置部２３１に載せられた板状ワーク９０の表面に対して平行である。レーザー光３２１は、板状ワーク９０の表面と、吸引部４１の下面との間の隙間を通り、レーザー吸収板１４に到達する。

フレーム８１に支持された板状ワーク９０が加工テーブル２３に載せられると、保持固定部２３３が板状ワーク９０を支持するフレーム８１を押さえて固定するとともに、吸引源２３４が動作し、板状ワーク９０を加工テーブル２３に吸着して保持する。

次に、駆動部２１２，２２２が、板状ワーク９０を撮影できる位置に移動台２１６，２２６をそれぞれ移動させる。移動台２１６の移動に伴って、加工テーブル２３やレーザー吸収板１４がＸ方向に移動し、移動台２２６の移動に伴って、レーザー照射装置３１，３２及び撮像装置２４がＹ方向に移動する。撮像装置２４は板状ワーク９０を撮影し、加工すべき分割予定ライン９３ａを検出する。

加工すべき一本の分割予定ライン９３ａの一方の端（あるいは、その延長線上）に、レーザー光３１１の焦点３１２（加工位置）が位置するよう、駆動部２１２，２２２が移動台２１６，２２６を移動させる。そして、排気吸引源４２が動作して吸引部４１が吸引口４１１からの吸引を開始し、第２のレーザー照射装置３２がレーザー光３１１の放射を開始し、第１のレーザー照射装置３１がレーザー光３２１の放射を開始する。

駆動部２１２が移動台２１６をＸ方向（加工送り方向）に移動させる。これにより、レーザー光３１１の焦点３１２が分割予定ライン９３ａ上を移動し、板状ワーク９０に対する加工が行われる。レーザー光３１１の焦点３１２が分割予定ライン９３ａのもう一方の端（あるいは、その延長線上）に達したら、駆動部２１２が動作を停止して加工テーブル２３が停止し、第１のレーザー照射装置３１がレーザー光３１１の放射を停止し、第２のレーザー照射装置３２がレーザー光３２１の放射を停止する。このようにして、１本の分割予定ライン９３ａの加工が行われる。

次に、次の分割予定ライン９３ａ（あるいは、その延長線上）にレーザー光３１１の焦点３１２がくるよう、駆動部２２２が移動台２２６をＹ方向に移動させ、二本目の分割予定ライン９３ａの加工をする。これを繰り返すことにより、すべての分割予定ライン９３ａの加工をする。

分割予定ライン９３ａの加工がすべて終わったのち、分割予定ライン９３ｂがＸ方向と平行になるよう、加工テーブル２３を９０度回転させ、同様に分割予定ライン９３ｂの加工をする。

第２のレーザー照射装置３２がＹ方向に移動する一方、レーザー吸収板１４はＹ方向に移動しない移動台２１６に固定されているので、レーザー光３２１がレーザー吸収板１４に吸収される位置は、加工する分割予定ライン９３の位置によって変化する。これにより、レーザー吸収板１４の同じ位置にレーザー光３２１が吸収され続けることによるレーザー吸収板１４の劣化を防ぐことができる。

図４に示すように、レーザー光３１１の焦点３１２に配置された板状ワーク９０に、第１のレーザー照射装置３１が放射したレーザー光３１１が照射されることにより、板状ワーク９０が加工され、その過程で、デブリ９６が発生する。デブリ９６は、レーザー光３１１の焦点３１２において熱せられた板状ワーク９０が気化することで発生した蒸気が空中で液化あるいは固化したものや、焦点３１２で板状ワーク９０が急激に気化することで発生する爆発により、焦点３１２の周囲の板状ワーク９０が吹き飛ばされたものである。デブリ９６は、レーザー光３１１の焦点３１２から上方向に飛散する。

第２のレーザー照射装置３２が放射したレーザー光３２１は、板状ワーク９０の表面から距離３２３だけ離れ、板状ワーク９０の表面に対して平行に放射される。レーザー光３２１が、第１のレーザー照射装置３１が放射するレーザー光３１１と交わり、レーザー光３１１の焦点３１２のすぐ上を通る。レーザー光３１１の焦点３１２から上方向に飛散したデブリ９６にレーザー光３２１が当たると、デブリ９６が熱せられる。レーザー光３２１は高出力であり、デブリ９６は非常に小さいので、デブリ９６は、温度が急激に上昇し、気化する。気化したデブリ９６は、吸引口４１１から吸引される空気とともに吸引部４１に吸い込まれ、排気口４１２から排出される。

これにより、デブリ９６が板状ワーク９０の表面に付着するのを防ぐことができるので、板状ワーク９０の表面に保護膜を設ける必要がない。このため、保護膜を形成する工程や除去する工程がなくなり、レーザー加工に関連するランニングコストを低くすることができる。また、保護膜の着脱がないため、生産性が向上する。
なお、レーザー光３２１は、板状ワーク９０の横方向から、表面に対して平行に放射されるので、高出力のレーザー光３２１が板状ワーク９０に照射されることはない。

図５に示すように、第２のレーザー照射装置３２が放射するレーザー光３２１は、Ｙ方向に幅３２２がある平面帯状の範囲に照射される。図４に示したデブリ９６は、レーザー光３１１の焦点３１２から上方向に飛散する。したがって、デブリ９６が飛散する範囲は、焦点３１２を中心とする略円状であるため、飛散したデブリ９６を確実に気化させるためには、レーザー光３２１の幅３２２を、デブリの飛散範囲の直径よりも大きくすることが望ましい。

また、板状ワーク９０の表面とレーザー光３２１との間の距離３２３は、なるべく小さいほうがよく、板状ワーク９０に当たらないぎりぎりの位置にレーザー光３２１を放射することが望ましい。そうすれば、デブリ９６が気化しきれずに残り、板状ワーク９０に付着した場合でも、付着したデブリ９６にレーザー光３２１が当たるので、付着したデブリ９６を気化させることができる。

板状ワーク９０上における加工位置は、分割予定ライン９３ａ、９３ｂに沿って、Ｘ方向に移動する。すなわち、レーザー光３１１の焦点３１２は、板状ワーク９０上をＸ方向に移動していく。レーザー光３２１の放射方向は、Ｘ方向と平行なので、レーザー光３２１は、現在加工中の加工位置から飛散しているデブリ９６だけでなく、既に加工が終わった位置に残されたデブリ９６にも照射される。これにより、飛散中に気化しきれずに残ったデブリ９６を気化し、除去することができる。

比較例１．
図６に示すように、レーザー加工装置が、第２のレーザー照射装置３２及び吸引部４１を有さない場合、デブリ９６が板状ワーク９０の表面に付着して、デバイス９２に悪影響を与える。これを防ぐために、板状ワーク９０の表面を保護膜で覆うと、レーザー加工装置のランニングコストが高くなる。

これに対し、本実施の形態のレーザー加工装置１０は、保護膜を設ける必要がないので、レーザー加工のランニングコストを低減することができる。

比較例２．
図７に示すように、レーザー加工装置が、吸引部４１を有しているが、第２のレーザー照射装置３２を有さない場合、吸引部４１がデブリ９６を吸引するので、板状ワーク９０にデブリ９６が付着するのを抑えることができる。しかし、デブリ９６が気化されていないので、デブリ９６の粒子径が大きい場合、デブリ９６が重くなるため、必ずしも吸引部４１に吸引されるとは限らず、板状ワーク９０の表面に付着する可能性がある。また、デブリ９６が板状ワーク９０にひとたび付着すると、それを取り除くことができない。また、デブリ９６が液体あるいは固体のまま、吸引部４１に吸引されることにより、吸引部４１や排気吸引源４２、あるいは、吸引部４１と排気吸引源４２とを接続する配管などの中に、デブリ９６が詰まる可能性がある。

これに対し、本実施の形態のレーザー加工装置１０は、レーザー光３２１をデブリ９６に照射して気化させてから吸引部４１に吸い込むので、デブリ９６を効率よく吸引することができ、デブリ９６が板状ワーク９０の表面に付着するのを防ぐことができる。また、飛散中に気化されずに残ったデブリ９６が板状ワーク９０の表面に付着した場合でも、付着したデブリ９６を気化して、取り除くことができる。さらに、デブリ９６が気化されているので、吸引部４１などにデブリ９６が詰まるのを防ぐことができる。これにより、レーザー加工装置１０のメンテナンスコストを削減することができる。

以上説明したレーザー加工装置１０は、一例であり、本発明はこれに限られるものではない。例えば、第１のレーザー照射装置３１、吸引部４１及び撮像装置２４が移動せず、加工テーブル２３及びレーザー吸収板１４が移動台２１６の移動に伴ってＸ方向だけでなくＹ方向にも移動する構成とし、第２のレーザー照射装置３２が移動台２１６の移動に伴ってＸ方向に移動するが、Ｙ方向の位置は固定されている構成としてもよい。また、加工テーブル２３を固定し、レーザー照射装置３１，３２をＸ方向及びＹ方向に動かすことにより、板状ワーク９０上での加工位置を移動させる構成であってもよい。さらに、加工テーブル２３とレーザー照射装置３１，３２との両方をＸ方向及びＹ方向に動かす構成であってもよい。

また、第２のレーザー照射装置３２がレーザー光３２１を放射する方向は、加工送り方向と厳密に平行である必要はなく、気化されずに残ったデブリ９６にレーザー光３２１が当たる範囲内であればよい。

１０レーザー加工装置、１１固定台、１１１上面、
１２第１レーザー支持部、１３第２レーザー支持部、１４レーザー吸収板、
２１第１の送り機構、２２第２の送り機構、
２１１，２２１ねじ軸、２１２，２２２駆動部、
２１４，２２４ガイド、２１６，２２６移動台、２２第２の送り機構、
２３加工テーブル、２３１載置部、２３３保持固定部、２３４吸引源、
２４撮像装置、
３１第１のレーザー照射装置、３１１，３２１レーザー光、３１２焦点、
３２第２のレーザー照射装置、３２２幅、３２３距離、
４１吸引部、４１１吸引口、４１２排気口、４２排気吸引源、
８１フレーム、８２テープ、
９０板状ワーク、９２デバイス、９３ａ、９３ｂ分割予定ライン、９６デブリ

Claims

分割予定ラインを備える板状ワークが載置される加工テーブルと、該加工テーブルに載置された板状ワークの上方から該分割予定ラインに沿ってレーザー光を照射して板状ワークを切断加工する第１のレーザー照射装置と、を備えるレーザー加工装置であって、
加工テーブルに載置される板状ワークの上面に平行に、かつ、該分割予定ラインに平行にレーザー光を照射する第２のレーザー照射装置を備え、
該第２のレーザー照射装置は、該第１のレーザー照射装置が照射したレーザー光によって板状ワークを切断加工することによって発生するデブリにレーザー光を照射して、該デブリを気化させる
ことを特徴とするレーザー加工装置。
前記第１のレーザー照射装置を囲繞して配設され、吸引口と排気口とを備え、前記第２のレーザー照射装置が照射したレーザー光によって気化されたデブリを該吸引口から吸引し該排気口から排気する吸引部を備えた
ことを特徴とする請求項１記載のレーザー加工装置。