JP6271161B2

JP6271161B2 - レーザー加工装置

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Publication number: JP6271161B2
Application number: JP2013121551A
Authority: JP
Inventors: 賢史小林; 信守生越
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-06-10
Filing date: 2013-06-10
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2033-06-10
Also published as: JP2014237167A

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物にレーザー加工を施すための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デバイスを製造している。また、光デバイス製造工程においては、略円板形状であるサファイア基板、炭化珪素基板、窒化ガリウム基板等の表面にn型半導体層およびp型半導体層からなる発光層が積層され格子状に形成された複数のストリートによって区画された複数の領域に発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスを形成して光デバイスウエーハを構成する。そして、光デバイスウエーハをストリートに沿って分割することにより個々の光デバイスを製造している。

上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等をストリート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波長の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、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線をウエーハの一方の面側から内部に集光点を位置付けてストリートに沿って照射することによりウエーハの内部にストリート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、ウエーハを分割する技術である（例えば、特許文献１参照）。

また、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等をストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線をストリートに沿って照射することによりストリートに沿ってレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝が形成されたストリートに沿って外力を加えることにより、ウエーハを分割する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第３４０８８０５号公報特開平１０−３０５４２０号公報

上述したレーザー加工においては、ウエーハ等の被加工物に照射するパルスレーザー光線の繰り返し周波数、平均出力、加工送り速度が適宜調整され、被加工物に適した加工が施される。
しかるに、パルスレーザー光線の平均出力が適正に調整されていてもパルスレーザー光線の１パルス当たりのエネルギーや繰り返し周波数等のレーザーパラメータにバラツキが生ずるとレーザー加工が不安定となり所望の加工ができないという問題がある。

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、被加工物に照射する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手段が発振したパルスレーザー光線のレーザーパラメータを確認する機能を備えたレーザー加工装置を提供することである。

上記主たる技術的課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該レーザー光線照射手段を制御する制御手段と、該制御手段からの表示信号に基づいて表示する表示手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該レーザー光線照射手段は、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手段と、該パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光して該チャックテーブルに保持された被加工物に照射する集光器と、該パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線のレーザーパラメータを検出し検出したレーザーパラメータを該制御手段に送るパラメータ検出手段を具備し、
該制御手段は、レーザーパラメータを記憶するメモリを備えており、該パラメータ検出手段からのレーザーパラメータを入力したときは、該レーザーパラメータを該メモリに格納する機能を有すると共に、該レーザーパラメータを該表示手段に表示せしめるものであり、
該レーザーパラメータは、１パルス当たりのエネルギー、繰り返し周波数、パルス幅を含むことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

上記パラメータ検出手段は、パルスレーザー光線発振手段から集光器に至るレーザー光線の経路から分岐した分岐光を受光する受光手段によって構成される。この受光手段は、フォトセンサー、２分割フォトセンサー、４分割フォトセンサー、ビームプロファイラのいずれかを含んでいる。

本発明によるレーザー加工装置においては、レーザー光線照射手段は、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手段と、パルスレーザー光線発振手段から発振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に保持された被加工物に照射する集光器と、パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線のレーザーパラメータを検出し検出したレーザーパラメータを制御手段に送るパラメータ検出手段を具備し、制御手段は、レーザーパラメータを記憶するメモリを備えており、パラメータ検出手段からのレーザーパラメータを入力したときは、レーザーパラメータをメモリに格納する機能を有すると共に、該レーザーパラメータを表示手段に表示せしめるものであり、レーザーパラメータは、１パルス当たりのエネルギー、繰り返し周波数、パルス幅を含むので、レーザー加工品質に重要な影響を及ぼすデータが示された場合には、パルスレーザー光線発振手段の修理または交換作業を実施する。従って、パルスレーザー光線発振手段から発振されるパルスレーザー光線の１パルス当たりのエネルギー、繰り返し周波数やパルス幅等のレーザーパラメータにバラツキが生ずることによる不安定な加工を未然に防止することができる。

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レーザー光線照射手段のブロック構成図。図１に示すレーザー加工装置に装備される制御手段のブロック構成図。図１に示すレーザー加工装置に装備される表示手段に表示されるパルスレーザー光線のレーザーパラメータを示す説明図。

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被加工物保持手段としてのチャックテーブル３が加工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を具備している。この該吸着チャック３２はポーラスセラミックスによって形成され、表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載置し、図示しない吸引手段を作動することによって吸引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とともに、図示しない加工送り手段によって矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられ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。このレーザー光線照射手段４は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング４１の先端に装着された集光器４２からパルスレーザー光線を照射する。このレーザー光線照射手段４について、図２を参照して更に詳細に説明する。図２に示すレーザー光線照射手段４は、上記ケーシング４１内に配設されたパルスレーザー光線発振手段４３および出力調整手段４４と、上記ケーシング４１の先端に装着された集光器４２を具備している。上記パルスレーザー光線発振手段４３は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器４３１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段４３２とから構成されている。出力調整手段４４は、パルスレーザー光線発振手段４３から発振されたパルスレーザー光線の出力を所定の値に調整する。集光器４２は、出力調整手段４４によって所定の出力に調整されたパルスレーザー光線を下方に向けて方向変換する方向変換ミラー４２１と、該方向変換ミラー４２１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３に保持された被加工物Wに照射する集光レンズ４２２とからなっている。

図示の実施形態におけるレーザー光線照射手段４は、上記方向変換ミラー４２１に導かれたパルスレーザー光線の方向変換ミラー４２１からの分岐光としての洩れ光を受光する受光手段４５を具備している。この受光手段４５は、フォトセンサー、２分割フォトセンサー、４分割フォトセンサー、ビーム径やビーム形状を検出するビームプロファイラを用いることができ、パルスレーザー光線発振手段４３から発振されたパルスレーザー光線のレーザーパラメータを検出するパラメータ検出手段として機能する。このようにパラメータ検出手段として機能する受光手段４５は、レーザーパラメータ信号を増幅器４６に送る。そして、増幅器４６は受光手段４５から送られたレーザーパラメータ信号を増幅して後述する制御手段に送る。

図１に戻って説明を続けると、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後述する制御手段に送る。

図示のレーザー加工装置は、被加工物である半導体ウエーハを収容するカセットが載置されるカセット載置部６ａを備えている。カセット載置部６ａには図示しない昇降手段によって上下に移動可能にカセットテーブル６が配設されており、このカセットテーブル６上にカセット７が載置される。カセット７に収容される半導体ウエーハ１０は、環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに貼着されており、ダイシングテープTを介して環状のフレームFに支持された状態で上記カセット７に収容される。なお、半導体ウエーハ１０は、表面に格子状に配列された複数のストリート１０１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は、環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに貼着される。このように半導体ウエーハ１０は、環状のフレームFにダイシングテープTを介して支持された状態でカセット７に収容される。

図示のレーザー加工装置は、上記カセット７に収納された加工前の半導体ウエーハ１０を仮置き部８ａに配設された仮置き手段８に搬出するとともに加工後の半導体ウエーハ１０をカセット７に搬入する被加工物搬出・搬入手段９と、仮置き手段８に搬出された加工前の半導体ウエーハ１０を上記チャックテーブル３上に搬送する第１の被加工物搬送手段１１と、チャックテーブル３上でレーザー加工された半導体ウエーハ１０を洗浄手段１２に搬送する第２の被加工物搬送手段１３を具備している。また、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記撮像手段５によって撮像された画像等を表示する表示手段１４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、図３に示す制御手段を具備している。図３に示す制御手段２０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を実行する中央処理装置（ＣＰＵ）２０１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）２０２と、中央処理装置（ＣＰＵ）２０１による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）２０３と、入力インターフェース２０４および出力インターフェース２０５とを備えている。このように構成された制御手段２０の入力インターフェース２０４には、パラメータ検出手段として機能する上記受光手段４５から送られたレーザーパラメータ信号を増幅する増幅器４６、撮像手段５等から検出信号が入力される。そして、制御手段２０の出力インターフェース２０５からは、上記パルスレーザー光線発振手段４３を構成するパルスレーザー光線発振器４３１および繰り返し周波数設定手段４３２、出力調整手段４４、表示手段１４等に制御信号を出力する。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は以上のように構成されており、以下その作用について主に図１を参照して簡単に説明する。
制御手段２０は、カセットテーブル６の図示しない昇降手段を作動してカセットテーブル６上に載置されたカセット７の所定位置に収容されている半導体ウエーハ１０（環状のフレームFにダイシングテープTを介して支持されている）を搬出位置に位置付ける。そして、制御手段２０は、被加工物搬出・搬入手段９を作動してカセットテーブル６上において搬出位置に位置付けられた半導体ウエーハ１０を仮置き手段８上に搬出する。次に、制御手段２０は、第１の被加工物搬送手段１１を作動して仮置き手段８に搬出された半導体ウエーハ１０を図１に示す被加工物着脱位置に位置付けられているチャックテーブル３上に搬送する。チャックテーブル３上に半導体ウエーハ１０が載置されたならば、制御手段２０は図示しない吸引手段が作動して半導体ウエーハ１０をチャックテーブル３上に吸引保持する。また、半導体ウエーハ１０をダイシングテープTを介して支持する環状のフレームFは、上記クランプ３４によって固定される。このようにしてチャックテーブル３上に半導体ウエーハ１０を保持したならば、制御手段２０は図示しない加工送り手段を作動して半導体ウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３を撮像手段５の直下まで移動せしめる。次に、制御手段２０は、撮像手段５によってチャックテーブル３に吸引保持された半導体ウエーハ１０を撮像せしめ、その撮像信号に基いて半導体ウエーハ１０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。

以上のようにしてチャックテーブル３上に保持された半導体ウエーハ１０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が行われたならば、制御手段２０は、所定の加工プログラムに従ってレーザー加工工程を実行する。即ち、制御手段２０は、図示しない加工送り手段を作動してチャックテーブル３を集光器４２が位置するレーザー光線照射領域に移動し、レーザー光線照射手段４のパルスレーザー光線発振手段４３を構成するパルスレーザー光線発振器４３１および繰り返し周波数設定手段４３２、出力調整手段４４を制御するとともに図示しない加工送り手段を作動してチャックテーブル３に保持された半導体ウエーハ１０に所定のレーザー加工を施す。

上述したレーザー加工工程を実施したならば、制御手段２０は図示しない加工送り手段を作動して加工後の半導体ウエーハ１０を保持しているチャックテーブル３を最初に半導体ウエーハ１０を吸引保持した被加工物着脱位置に戻し、ここで半導体ウエーハ１０の吸引保持を解除する。そして、制御手段２０は、第２の被加工物搬送手段１３を作動してチャックテーブル３上の加工後の半導体ウエーハ１０を洗浄手段１２に搬送する。次に、制御手段２０は、洗浄手段１２を作動してレーザー加工された半導体ウエーハ１０を洗浄し乾燥する。

上述したように加工後の半導体ウエーハ１０に対して洗浄および乾燥作業を実施したならば、制御手段２０は第１の被加工物搬送手段１１を作動して洗浄された半導体ウエーハ１０を仮置き手段８に搬送する。次に、制御手段２０は、被加工物搬出・搬入手段９を作動して仮置き手段８に搬送された半導体ウエーハ１０をカセット７の所定位置に収納せしめる。

上述した加工プログラムに従ってレーザー加工工程を実施し被加工物に所望の加工を施すには、定期的にレーザー光線照射手段４の集光器４２から照射されるパルスレーザー光線の１パルス当たりのエネルギー、繰り返し周波数、パルス幅等のレーザーパラメータのバラツキを確認しておくことが重要である。
図示の実施形態におけるレーザー加工装置においては、例えば１００時間稼働する毎に、レーザー光線照射手段４の集光器４２から照射されるパルスレーザー光線の１パルス当たりのエネルギー、繰り返し周波数、パルス幅等のレーザーパラメータを確認することができる。即ち、制御手段２０は、レーザー光線照射手段４のパルスレーザー光線発振手段４３を構成する例えばパルス幅が１０nsのレーザーを発振するパルスレーザー光線発振器４３１を作動するとともに繰り返し周波数設定手段４３２を制御して繰り返し周波数を例えば１０kHzに制御する。そして、制御手段２０は、出力調整手段４４を制御してパルスレーザー光線発振手段４３から発振されるパルスレーザー光線の平均出力を例えば１Ｗに制御する。このようにして制御されたパルスレーザー光線は集光器４２の方向変換ミラー４２１に達しチャックテーブル３に保持された被加工物Wに向けて方向変換されるが、該方向変換ミラー４２１から分岐した出力の1％程の漏れ光が受光手段４５によって受光される。このようにしてパルスレーザー光線の洩れ光を受光した受光手段４５は、レーザーパラメータ信号（例えば、パルスレーザー光線の１パルス当たりのエネルギー、繰り返し周波数、パルス幅）を増幅器４６に送る。増幅器４６は受光手段４５から送られたレーザーパラメータ信号（例えば、パルスレーザー光線の１パルス当たりのエネルギー）を増幅して制御手段２０に送る。

上述したようにレーザーパラメータ信号（例えば、パルスレーザー光線の１パルス当たりのエネルギー、繰り返し周波数、パルス幅）を入力した制御手段２０は、このレーザーパラメータデータをランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３に格納するとともに、図４に示すようにレーザーパラメータ（パルスレーザー光線の１パルス当たりのエネルギー、繰り返し周波数、パルス幅）を表示手段１４に表示する。なお、図４において横軸は、パルスレーザー光線が発振される時間で、図示に実施形態においては繰り返し周波数が１０kHzであるため、０．１ms（１s／１０kHz）間隔でパルスレーザー光線が発振されることになる。また、図４において縦軸は、パルスレーザー光線の１パルス当たりのエネルギーが０．１mJ（１W／１０kHz)を基準として示されている。このように、表示手段１４に表示されたレーザーパラメータ（パルスレーザー光線の１パルス当たりのエネルギー、繰り返し周波数、パルス幅、パルス抜け）を確認することにより、図４に示すパルス抜けのようにレーザー加工品質に重要な影響を及ぼすデータが示された場合には、パルスレーザー光線発振器４３１および繰り返し周波数設定手段４３２を含むパルスレーザー光線発振手段４３の修理または交換作業を実施する。従って、パルスレーザー光線発振手段４３から発振されるパルスレーザー光線の１パルス当たりのエネルギー、繰り返し周波数やパルス幅等のレーザーパラメータにバラツキが生ずることによる不安定な加工を未然に防止することができる。なお、レーザーパラメータ（パルスレーザー光線の１パルス当たりのエネルギー、繰り返し周波数、パルス幅）はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３に格納されているので、必要に応じて確認することができる。
なお、上述した実施形態においては、レーザーパラメータとしてパルスレーザー光線の１パルス当たりのエネルギー、繰り返し周波数、パルス幅を検出する例を示したが、ビーム形、ビーム位置を含むことが望ましい。

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
４２：集光器
４２１：方向変換ミラー
４２２：集光レンズ
４３：パルスレーザー光線発振手段
４３１：パルスレーザー光線発振器
４３２：繰り返し周波数設定手段
４４：出力調整手段
４５：受光手段
４６：増幅器
５：撮像手段
６：カセットテーブル
７：カセット
８：仮置き手段
９：被加工物搬出・搬入手段
１０：半導体ウエーハ
１１：第１の被加工物搬送手段
１２：洗浄手段
１３：第２の被加工物搬送手段
１４：表示手段
２０：制御手段
Ｆ：環状のフレーム
Ｔ：ダイシングテープ

Claims

被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該レーザー光線照射手段を制御する制御手段と、該制御手段からの表示信号に基づいて表示する表示手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該レーザー光線照射手段は、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手段と、該パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光して該チャックテーブルに保持された被加工物に照射する集光器と、該パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線のレーザーパラメータを検出し検出したレーザーパラメータを該制御手段に送るパラメータ検出手段を具備し、
該制御手段は、レーザーパラメータを記憶するメモリを備えており、該パラメータ検出手段からのレーザーパラメータを入力したときは、該レーザーパラメータを該メモリに格納する機能を有すると共に、該レーザーパラメータを該表示手段に表示せしめるものであり、
該レーザーパラメータは、１パルス当たりのエネルギー、繰り返し周波数、パルス幅を含むことを特徴とするレーザー加工装置。
該パラメータ検出手段は、該パルスレーザー光線発振手段から該集光器に至るレーザー光線の経路から分岐した分岐光を受光する受光手段によって構成される請求項１記載のレーザー加工装置。
該受光手段は、フォトセンサー、２分割フォトセンサー、４分割フォトセンサー、ビームプロファイラのいずれかを含む、請求項２記載のレーザー加工装置。