JP2014236157A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエーハを破損させることなく保持手段からウエーハユニットの状態で搬送することができる搬送機構を備えたレーザー加工装置を提供する。
【解決手段】ウエーハを収容する環状のフレームに粘着テープを粘着して粘着テープにウエーハを貼着したウエーハユニットを保持する保持手段と、ウエーハユニットのウエーハに対してレーザー光線を照射してウエーハの内部に改質層を形成するレーザー光線照射手段と、ウエーハユニットを該保持手段から搬送する搬送機構とを具備し、搬送機構は、環状のフレームを吸引保持するフレーム保持手段と、ウエーハの全面を吸引保持するウエーハ保持手段と、該フレーム保持手段とウエーハ保持手段を支持して移動せしめる移動手段とから構成され、内部に改質層が形成されたウエーハを該ウエーハ保持手段によって吸引保持するとともに環状のフレームをフレーム保持手段によって吸引保持してウエーハユニットを搬送する。
【選択図】図５

Description

本発明は、環状の支持フレームに装着された粘着テープに貼着された半導体ウエーハ等のウエーハを搬送するための搬送機構を備えた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デバイスを製造している。

上述した半導体ウエーハの分割予定ライン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位置付け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、ウエーハの一方の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照射し、ウエーハの内部に分割予定ライン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、ウエーハを改質層が形成された分割予定ラインに沿って分割するものである。このように、半導体ウエーハをダイシング装置によって分割する場合、分割された半導体チップがバラバラにならないように予め半導体ウエーハは粘着テープを介して環状のフレームに支持されている。環状のフレームは、ウエーハを収容する開口部と粘着テープが貼着されるテープ貼着部とを備えており、開口部に位置する粘着テープにウエーハを貼着して支持する。このようにして粘着テープを介して環状のフレームに支持されたウエーハは、チャックテーブル上において改質層が形成された後に搬送機構によって次工程に搬送される。

上述したようにウエーハの一方の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照射し、ウエーハの内部に分割予定ラインに沿って改質層を形成するレーザー加工装置は、ウエーハを収容する開口部を備えた環状のフレームに粘着テープを粘着して該開口部の粘着テープにウエーハを貼着したウエーハユニットを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたウエーハユニットのウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射してウエーハの内部に改質層を形成するレーザー光線照射手段と、該保持手段に保持された状態で内部に改質層が形成されたウエーハを粘着テープを介して支持した環状のフレームを吸引保持してウエーハユニットを該保持手段から搬送する搬送機構と、を具備している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２０１１７８公報

而して、ウエーハの内部に改質層が形成された後に、環状のフレームを吸引保持して搬送する際に、粘着テープの撓みに起因してウエーハを湾曲する力が作用するため、ウエーハの厚みが薄いとウエーハが破損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、保持手段に保持された状態で内部に改質層が形成されたウエーハを破損させることなく保持手段からウエーハユニットの状態で搬送することができる搬送機構を備えたレーザー加工装置を提供することである。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、ウエーハを収容する開口部を備えた環状のフレームに粘着テープを粘着して該開口部の粘着テープにウエーハを貼着したウエーハユニットを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたウエーハユニットのウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射してウエーハの内部に改質層を形成するレーザー光線照射手段と、該保持手段に保持されたウエーハユニットを該保持手段から搬送する搬送機構と、を具備するレーザー加工装置において、
該搬送機構は、該環状のフレームを吸引保持するフレーム保持手段と、ウエーハの全面を吸引保持するウエーハ保持手段と、該フレーム保持手段と該ウエーハ保持手段を支持して移動せしめる移動手段とから構成されており、内部に改質層が形成されたウエーハを該ウエーハ保持手段によって吸引保持するとともに該環状のフレームを該フレーム保持手段によって吸引保持してウエーハユニットを該保持手段から搬送する、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

本発明によるレーザー加工装置においては、ウエーハユニットを該保持手段から搬送する搬送機構は、環状のフレームを吸引保持するフレーム保持手段と、ウエーハの全面を吸引保持するウエーハ保持手段と、フレーム保持手段とウエーハ保持手段を支持して移動せしめる移動手段とから構成されており、内部に改質層が形成されたウエーハをウエーハ保持手段によって吸引保持するとともに環状のフレームをフレーム保持手段によって吸引保持してウエーハユニットを保持手段から搬送するので、ウエーハに負荷がかからないため、ウエーハの内部に改質層が形成されていても破損することはない。

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搬送機構としての第２の搬送機構の斜視図。 図２に示す第２の搬送機構の要部断面図。 図２に示す第２の搬送機構の使用状態を示す断面図。 図１に示すレーザー加工装置に装備される搬送機構としての第１の搬送機構の斜視図。 図１に示すレーザー加工装置によって実施する改質層形成工程の説明図。

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、略直方体状の装置ハウジング２を具備している。この装置ハウジング２内には、被加工物を保持する保持手段としてのチャックテーブル３が切削送り方向である矢印Ｘで示す方向に移動可能に配設されている。チャックテーブル３は、吸着チャック支持台３１と、該吸着チャック支持台３１上に装着された吸着チャック３２を具備しており、該吸着チャック３２の上面である保持面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。また、チャックテーブル３は、図示しない回転機構によって回動可能に構成されている。このように構成されたチャックテーブル３の吸着チャック支持台３１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３４が配設されている。

図示のレーザー加工装置は、レーザー光線照射手段４を備えている。レーザー光線照射手段４は、レーザー光線発振手段４１と、該レーザー光線発振手段４１によって発振されたレーザー光線を集光する集光器４２を具備している。なお、レーザー光線発振手段４１は、後述する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発振する。

図示のレーザー加工装置は、上記チャックテーブル３の吸着チャック３２上に保持された被加工物の表面を撮像し、上記レーザー光線照射手段４の集光器４２から照射されるレーザー光線によって加工すべき領域を検出する撮像手段５を具備している。この撮像手段５は可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。また、図示のレーザー加工機１は、撮像手段５によって撮像された画像等を表示する表示手段６を具備している。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、ウエーハとしての半導体ウエーハ８と環状のフレーム９および粘着テープ１０からなるウエーハユニット１００をストックするカセット７を具備している。環状のフレーム９は、ステンレス鋼等の金属材によって形成されており、半導体ウエーハを収容する開口部９１と粘着テープ１０が貼着されるテープ貼着部９２（図１の状態における裏面に形成されている）を備えている。粘着テープ１０は上面に粘着層を備え上記開口部９１を覆うようにテープ貼着部９２に装着されており、この粘着テープ１０の上面に半導体ウエーハ８の表面が貼着される。なお、半導体ウエーハ８は、表面に格子状に配列された複数のストリート８１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８２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８は、上記粘着テープ１０の上面に表面が貼着される。従って、粘着テープ１０の上面に貼着された半導体ウエーハ８は裏面が上側となる。このように半導体ウエーハ８と環状のフレーム９および粘着テープ１０からなるウエーハユニット１００は、上記カセット７に収容される。また、カセット７は、カセット載置部７０において図示しない昇降手段によって上下に移動可能に配設されたカセットテーブル７１上に載置される。

図示の実施形態における切削装置は、カセット７に収容されたウエーハユニット１００を仮置手段１１に搬出する被加工物搬出手段１２と、該被加工物搬出手段１２によって仮置手段１１に搬出されたウエーハユニット１００を上記チャックテーブル３上に搬送する第１の搬送機構１３と、チャックテーブル３上において半導体ウエーハ８にレーザー加工が施されたウエーハユニット１００を洗浄する洗浄手段１４と、チャックテーブル３上において半導体ウエーハ８にレーザー加工が施されたウエーハユニット１００を洗浄手段１４へ搬送する第２の搬送機構１５を具備している。

次に、第２の搬送機構１５について、図２および図３を参照して説明する。
図示の実施形態における第２の搬送機構１５は、作動アーム１５１を備えている。この作動アーム１５１は、その一端部が図示しない従来から用いられている往復移動手段に連結されている。作動アーム１５１の他端部には、吸引保持機構２０が装着されている。吸引保持機構２０は、H型状の支持部材２１と、該支持部材２１に配設され上記環状のフレーム９を吸引保持するフレーム保持手段２２と、上記粘着テープ１０を介して環状のフレーム９に支持された半導体ウエーハ８の全面を吸引保持するウエーハ保持手段２３を具備している。支持部材２１の中央支持部２１１の上面には、バキューム分配器１５２が配設されている。このバキューム分配器１５２は、フレキシブルパイプ１５３を介して図示しない吸引手段に接続されており、吸引源と適宜連通するようになっている。支持部材２１に配設されたバキューム分配器１５２と上記作動アーム１５１との間には昇降手段１５４が配設されている。この昇降手段１５４は、例えばエアピストン等からなっている。

上記支持部材２１に配設されたフレーム保持手段２２は、上記H型状の支持部材２１の両側支持部２１２、２１２に装着された4個の吸引パッド２２１、２２１、２２１、２２１とからなっている。この４個の吸引パッド２２１、２２１、２２１、２２１は、それぞれ両側支持部２１２、２１２に上下方向に摺動可能に配設された支持ロッド２１３、２１３、２１３、２１３の下端に取付けられており、それぞれ両側支持部２１２、２１２の下面との間に配設されたコイルばね２１４、２１４、２１４、２１４によって下方に押圧すべく付勢されている。このようにしてH型状の支持部材２１装着されたこの4個の吸引パッド２２１、２２１、２２１、２２１は、フレキシブルパイプ２２２、２２２、２２２、２２２を介して上記バキューム分配器１５２に連通されている。

上記ウエーハ保持手段２３は、上記支持部材２１を構成する中央支持部２１１に設けられた取付部２１１ａおよび２１１ｂに上下方向に摺動可能に配設された支持ロッド２１５、２１５、２１５の下端に取付けられており、取付部２１１ａおよび２１１ｂの下面との間に配設されたコイルばね２１６、２１６、２１６によって下方に押圧すべく付勢されている（図３参照）。ウエーハ保持手段２３は、図３に示すように基台２３１と該基台２３１に装着されたパッド２３２とからなっている。基台２３１は下方が開放された円形状の凹部２３１aを備えており、この円形状の凹部２３１aにポーラスなセラミックス部材によって円盤状に形成されたパッド２３２が嵌合されている。このようにして基台２３１の凹部２３１aに嵌合されたパッド２３２の下面は、ウエーハを吸引保持する吸着面として機能する。なお、基台２３１には凹部２３１aに連通する吸引通路２３１bが設けられており、この吸引通路２３１bがフレキシブルパイプ２３３を介して上記バキューム分配器１５２に連通されている。このように構成されたウエーハ保持手段２３は、基台２３１の上面が上述した支持ロッド２１５、２１５、２１５の下端に取付けられる。

第２の搬送機構１５は以上のように構成され、半導体ウエーハ８と環状のフレーム９および粘着テープ１０からなるウエーハユニット１００を図４に示すように吸引保持する。即ち、図４に示すように第２の搬送機構１５の吸引保持機構２０を構成するフレーム保持手段２２の吸引パッド２２１を環状のフレーム９の上面に接触させるとともに、ウエーハ保持手段２３のパッド２３２の下面を半導体ウエーハ８の上面に接触させる。そして、図示しない吸引手段を作動し、フレーム保持手段２２の吸引パッド２２１およびウエーハ保持手段２３のパッド２３２に負圧を作用せしめることにより、吸引パッド２２１によって環状のフレーム９を吸引保持するとともに、パッド２３２によって半導体ウエーハ８の上面全面を吸引保持する。

次に、上記第１の搬送機構１３について、図５を参照して説明する。
図示の実施形態における第１の搬送機構１３は、Ｌ字状の作動アーム１３１を備えている。このＬ字状の作動アーム１３１は、その一端部が昇降手段１３２に連結されている。昇降手段１３２は例えばエアピストン等からなっており、作動アーム１３１を図５において矢印１３０ａで示すように上下方向に作動せしめる。また、作動アーム１３１の一端部と連結した昇降手段１３２は、正転・逆転可能な電動モータを含む移動手段１３３に連結されている。従って、移動手段１３３を正転方向または逆転方向に駆動することにより、作動アーム１３１は昇降手段１３２を中心として図５において矢印１３０ｂで示す方向に揺動せしめられる。

上記作動アーム１３１の他端部には、吸引保持機構２０が装着されている。吸引保持機構２０は、上記第２の搬送機構１５の吸引保持機構２０と同様にH型状の支持部材２１と、該支持部材２１に配設され上記環状のフレーム9を吸引保持するフレーム保持手段２２と、上記粘着テープ１０を介して環状のフレーム９に支持された半導体ウエーハ８の全面を吸引保持するウエーハ保持手段２３を具備している。支持部材２１の中央支持部２１１の上面にバキューム分配器１５２が配設され、このバキューム分配器１５２が上記作動アーム１３１に取り付けられている。なお、第１の搬送機構１３を構成するフレーム保持手段２２およびウエーハ保持手段２３は上記図２乃至３に示す第２の搬送機構１５のフレーム保持手段２２およびウエーハ保持手段２３と実質的に同一の構成であり、従って、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。

本発明に従って構成されたレーザー加工装置は以上のように構成されており、以下その作動を図１に基づいて説明する。
カセット７の所定位置に収容された半導体ウエーハ８と環状のフレーム９および粘着テープ１０からなるウエーハユニット１００は、図示しない昇降手段によってカセットテーブル７１が上下動することにより搬出位置に位置付けられる。次に、被加工物搬出手段１２が進退作動して搬出位置に位置付けられたウエーハユニット１００を仮置手段１１に搬出する。仮置手段１１に搬出されたウエーハユニット１００は、第１の搬送機構１３を構成する昇降手段１３２、移動手段１３３および図示しない吸引手段を作動することによってフレーム保持手段２２およびウエーハ保持手段２３により吸引保持される。即ち、第１の搬送機構１３を構成するフレーム保持手段２２によって環状のフレーム９が吸引保持されるとともに、ウエーハ保持手段２３によって半導体ウエーハ８の上面全面が吸引保持される。このようにして、第１の搬送機構１３を構成するフレーム保持手段２２およびウエーハ保持手段２３によって吸引保持されたウエーハユニット１００は、上記チャックテーブル３を構成する吸着チャック３２の保持面上に搬送される。

上記第１の搬送機構１３によってチャックテーブル３の吸着チャック３２上に搬送されたウエーハユニット１００は、第１の搬送機構１３を構成するフレーム保持手段２２およびウエーハ保持手段２３による吸引保持が解除される。そして、図示しない吸引手段が作動することにより吸着チャック３２の保持面に半導体ウエーハ８が粘着テープ１０を介して吸引保持されるとともに、クランプ３４によって環状のフレーム９が固定される。このようにしてウエーハユニット１００を保持したチャックテーブル３は、撮像機構５の直下まで移動せしめられる。

チャックテーブル３が撮像機構５の直下に位置付けられると、撮像手段５および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ８の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、撮像手段５および図示しない制御手段は、半導体ウエーハ８の所定方向に形成されているストリート８１と、該ストリート８１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４の集光器４２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（アライメント工程）。また、半導体ウエーハ８に上記所定方向と直交する方向に形成されたストリート８１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が遂行される。このとき、半導体ウエーハ８のストリート８１が形成されている表面は下側に位置しているが、撮像手段５が上述したように赤外線照明手段と赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成された撮像手段を備えているので、半導体ウエーハ８の裏面から透かしてストリート８１を撮像することができる。

上述したアライメント工程を実施したならば、図６で示すようにチャックテーブル３をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段４の集光器４２が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定のストリート８１を集光器４２の直下に位置付ける。このとき、図６の（ａ）で示すように半導体ウエーハ８は、ストリート８１の一端(図６の（ａ）において左端)が集光器４２の直下に位置するように位置付けられる。次に、集光器４２から照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ８の厚み方向中間部に位置付ける。そして、集光器４２から半導体ウエーハ８に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３を図６の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の送り速度で移動せしめる（改質層形成工程）。そして、図６の（ｂ）で示すようにレーザー光線照射手段４の集光器４２の照射位置にストリート８１の他端(図６の（ａ）において右端)が達したら、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３の移動を停止する。この結果、半導体ウエーハ８の内部にはストリート８１に沿って改質層３３が形成される。

上記改質層形成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。
波長 ：１０６４ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数 ：８０ｋＨｚ
平均出力 ：０．２Ｗ
加工送り速度 ：１８０ｍｍ／秒

上述したように所定のストリート８１に沿って上記改質層形成工程を実施したら、チャックテーブル３を矢印Ｙで示す方向に半導体ウエーハ８に形成されたストリート８１の間隔だけ割り出し移動し（割り出し工程）、上記改質層形成工程を遂行する。このようにして所定方向に形成された全てのストリート８１に沿って上記改質層形成工程を実施したならば、チャックテーブル３を９０度回動せしめて、上記所定方向に形成されたストリート８１に対して直交する方向に形成されたストリート８１に沿って上記改質層形成工程を実行する。

上述したように改質層形成工程を実施したならば、ウエーハユニット１００を保持したチャックテーブル３は、最初にウエーハユニット１００を保持した位置に戻され、ここで半導体ウエーハ８の吸引保持を解除する。そして、クランプ３４による環状のフレーム９の固定も解除する。

次に、チャックテーブル３上において半導体ウエーハ８の吸引保持が解除されるとともに、クランプ３４による環状のフレーム９の固定が解除されたウエーハユニット１００は、第２の搬送機構１５の吸引保持機構２０を構成するフレーム保持手段２２およびウエーハ保持手段２３によって吸引保持される。即ち、第２の搬送機構１５を構成する昇降手段１５４および図示しない往復移動機構を作動することにより図４に示すようにフレーム保持手段２２の吸引パッド２２１を環状のフレーム９の上面に接触させるとともに、ウエーハ保持手段２３のパッド２３２を半導体ウエーハ８の上面に接触させる。そして、図示しない吸引手段を作動し、フレーム保持手段２２の吸引パッド２２１およびウエーハ保持手段２３のパッド２３２に負圧を作用せしめることにより、吸引パッド２２１によって環状のフレーム９を吸引保持するとともに、パッド２３２の下面によって半導体ウエーハ８の上面全面を吸引保持する。このようにしてフレーム保持手段２２の吸引パッド２２１およびウエーハ保持手段２３のパッド２３２に吸引保持されたウエーハユニット１００は、上記洗浄手段１４に搬送される。

上述したように、第２の搬送機構１５によってウエーハユニット１００をチャックテーブル３から洗浄手段１４に搬送する際には、フレーム保持手段２２の吸引パッド２２１によって環状のフレーム９を吸引保持するとともに、ウエーハ保持手段２３のパッド２３２によって半導体ウエーハ８の上面全面を吸引保持するので、半導体ウエーハ８に負荷がかからないため、半導体ウエーハ８の内部にストリート８１に沿って改質層が形成されていても破損することはない。

上記のようにして洗浄手段１４に搬送されたウエーハユニット１００は、洗浄手段１４によって洗浄される。洗浄手段１４によって洗浄されたウエーハユニット１００は、上記第１の搬送機構１３によって上記仮置手段１１に搬送される。このとき、ウエーハユニット１００は、第１の搬送機構１３の吸引保持機構２０を構成するフレーム保持手段２２およびウエーハ保持手段２３によって吸引保持される。即ち、上述した第２の搬送機構１５と同様にフレーム保持手段２２の吸引パッド２２１によって環状のフレーム９を吸引保持するとともに、ウエーハ保持手段２３のパッド２３２によって半導体ウエーハ８の上面全面を吸引保持される。従って、半導体ウエーハ８に負荷がかからないため、半導体ウエーハ８の内部にストリート８１に沿って改質層が形成されていても破損することはない。このようにして、仮置手段１１に搬送されウエーハユニット１００８は、被加工物搬出手段１２によってカセット７の所定位置に収納される。

２：装置ハウジング
３：チャックテーブル
４：レーザー光線照射手段
４１：レーザー光線発振手段
４２：集光器
５：撮像手段
６：表示手段
７：カセット
７１：カセットテーブル
８：半導体ウエーハ
９：環状のフレーム
１０：粘着テープ
１００：ウエーハユニット
１１：仮置手段
１２：被加工物搬出手段
１３：第１の搬送機構
１３１：作動アーム
１３２：昇降手段
１３３：移動手段
１４：洗浄手段
１５：第２の搬送機構
１５１：作動アーム
１５２：バキューム分配器
１５４：昇降手段
２０：吸引保持機構
２１：支持部材
２２：フレーム保持手段
２３：ウエーハ保持手段

Claims (1)

1. ウエーハを収容する開口部を備えた環状のフレームに粘着テープを粘着して該開口部の粘着テープにウエーハを貼着したウエーハユニットを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたウエーハユニットのウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射してウエーハの内部に改質層を形成するレーザー光線照射手段と、該保持手段に保持されたウエーハユニットを該保持手段から搬送する搬送機構と、を具備するレーザー加工装置において、
   該搬送機構は、該環状のフレームを吸引保持するフレーム保持手段と、ウエーハの全面を吸引保持するウエーハ保持手段と、該フレーム保持手段と該ウエーハ保持手段を支持して移動せしめる移動手段とから構成されており、内部に改質層が形成されたウエーハを該ウエーハ保持手段によって吸引保持するとともに該環状のフレームを該フレーム保持手段によって吸引保持してウエーハユニットを該保持手段から搬送する、
   ことを特徴とするレーザー加工装置。

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