(57)【要約】加工機は、被加工物を保持するための被加工物保持手段（２８）と、被加工物保持手段（２８）に保持された被加工物にレーザビームを照射して被加工物を加工するためのレーザビーム加工手段（６４）と、被加工物保持手段に保持された被保持物とこれに照射されるレーザビームとを相対的に移動せしめる移動手段とを具備する。被加工物にレーザビームが照射される加工領域からデブリを吸引する吸引手段（８４）が配設されている。吸引手段（８４）は、中央フード（８６）、中央フードを通して吸引する中央吸引源（９２）、外側フード（８８）、及び外側フードを通して吸引する外側吸引源（９６）を含み、中央吸引源の吸引源は外側吸引源の吸引力よりも大きい。
2003095140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を保持するための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レーザビームを照射して被加工物を加工するためのレーザビーム加工手段と、該被加工物保持手段に保持された被加工物とこれに照射されるレーザビームとを相対的に移動せしめる移動手段とを具備する加工機において、
被加工物にレーザビームが照射される加工領域から吸引する吸引手段が配設されている、ことを特徴とする加工機。
【請求項２】
該吸引手段は中央フード、該中央フードを通して吸引する中央吸引源、外側フード、及び該外側フードを通して吸引する外側吸引源を含み、該中央吸引源の吸引力は該外側吸引源の吸引力よりも大きい、請求項１記載の加工機。
【請求項３】
該レーザビーム加工手段は該被加工物保持手段に保持された被加工物に対向して位置するレーザビーム照射ヘッドを含み、該中央フードは該レーザビーム照射ヘッドを囲繞し、該外側フードは該中央フードを囲繞している、請求項２記載の加工機。
【請求項４】
該レーザビーム照射ヘッドは、該被加工物保持手段に保持されている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、該レーザビーム照射手段を囲繞する不活性ガス噴射ノズルとを含んでいる、請求項３記載の加工機。
【請求項５】
該レーザビーム加工手段は該被加工物保持手段に保持されている被加工物に対向して位置するレーザビーム照射ヘッドを含み、該中央フードは該レーザビーム照射ヘッドの片側に位置する中央吸引開口を有し、該外側フードは該中央吸引開口の両側に位置する外側吸引開口を有する、請求項２記載の加工機。
【請求項６】
該中央吸引開口及び外側吸引開口は該レーザビーム照射ヘッドの周囲を円弧状に延在している、請求項５記載の加工機。
【発明の詳細な説明】
技術分野
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加工する加工機、更に詳しくは、それに限定されるものではないが、半導体ウエーハの表面に積層されている低誘電率絶縁体を所定ラインに沿って除去するのに適した加工機に関する。
背景技術
当業者には周知の如く、半導体チップの製造においては、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によって複数個の矩形領域を規定し、かかる矩形領域の各々に半導体回路を形成する。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って矩形領域を個々に分離して半導体チップにせしめている。ストリートに沿った切断には、通常、ダイサーと称されている加工機が使用されている。かかる加工機は、被加工物即ち半導体ウエーハを保持する被加工物保持手段と、被加工物保持手段に保持された半導体ウエーハを切断するための切断手段と、被加工物保持手段と切断手段を相対的に移動せしめる移動手段とを具備している。切断手段は、回転自在に装着されたスピンドル、スピンドルに装着された切断刃及びスピンドルを回転せしめる回転駆動源を含んでいる。切断刃は、ダイヤモンドブレードと称されている、ダイヤモンド粒子をニッケル鍍金で或いはレジンボンドの如き適宜のボンドで結合することによって形成することができる薄肉円板形状のものが好都合に使用されている。
而して、近時においては、シリコンウエーハの如き半導体ウエーハ本体の表面に低誘電率絶縁体を積層せしめた形態の半導体ウエーハも実用に供されている。低誘電率絶縁体としては、ＳｉＯ２膜（誘電率ｋ＝約４．１）よりも誘電率が低い（例えばｋ＝２．５乃至３．６程度）材料、例えばＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）、Ｈ含有ポリシロキサン（ＨＳＱ）等の無機物系の膜、ポリイミド系、パリレン系、ポリテトラフルオロエチレン系等のポリマー膜である有機物系の膜、及びメチル含有ポリシロキサン等のポーラスシリカ膜を挙げることができる。かような半導体ウエーハをダイサーと称されている上記加工機で切断する、即ちダイヤモンドブレードと称されている切断刃を作用せしめて切断すると、低誘電率絶縁体が著しく脆いことに起因して、ストリートに隣接した領域においても表面層即ち低誘電率絶縁体層が半導体ウエーハ本体から剥離され離脱されてしまうという許容し得ない自体が発生する傾向がある。そこで、ダイサーと称される上記加工機で半導体ウエーハを切断するのに先立って、ストリートにレーザビームを照射して低誘電率絶縁体を除去することが試みられている。
然るに、被加工物である半導体ウエーハにレーザビームを照射して低誘電率絶縁体を除去すると、レーザビームの照射によって生成された低誘電率絶縁体の融解屑即ちデブリ（ｄｅｂｒｉｓ）が飛散して半導体ウエーハの矩形領域の表面に付着し、半導体回路を汚染してしまう傾向があることが判明した。
発明の開示
従って、本発明の主たる目的は、レーザビームの照射によって生成されたデブリが被加工物の表面に飛散して付着することが効果的に抑制乃至回避される、新規且つ改良された加工機を提供することである。
本発明者は、鋭意研究の結果、被加工物にレーザビームが照射される加工領域から吸引する吸引手段を配設すれば、生成されたデブリが飛散して被加工物の表面に付着することが効果的に抑制乃至回避されることを見出した。
即ち、本発明によれば、上記主たる目的を達成する加工機として、被加工物を保持するための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レーザビームを照射して被加工物を加工するためのレーザビーム加工手段と、該被加工物保持手段に保持された被加工物とこれに照射されるレーザビームとを相対的に移動せしめる移動手段とを具備する加工機において、
被加工物にレーザビームが照射される加工領域から吸引する吸引手段が配設されている、ことを特徴とする加工機が提供される。
好ましくは、該吸引手段は中央フード、該中央フードを通して吸引する中央吸引源、外側フード、及び該外側フードを通して吸引する外側吸引源を含み、該中央吸引源の吸引力は該外側吸引源の吸引力よりも大きい。該レーザビーム加工手段は該被加工物保持手段に保持された被加工物に対向して位置するレーザビーム照射ヘッドを含み、該中央フードは該レーザビーム照射ヘッドを囲繞し、該外側フードは該中央フードを囲繞しているのが好適である。該レーザビーム照射ヘッドは、該被加工物保持手段に保持されているレーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、該レーザビーム照射手段を囲繞する不活性ガス噴射ノズルとを含んでいるのが好ましい。或いは、該レーザビーム加工手段は該被加工物保持手段に保持されている被加工物に対向して位置するレーザビーム照射ヘッドを含み、該中央フードは該レーザビーム照射ヘッドの片側に位置する吸引開口を有し、該外側フードは該中央フードの該吸引開口の両側に位置する吸引開口を有することもできる。該中央吸引開口及び外側吸引開口は該レーザビーム照射ヘッドの周囲を円弧状に延在しているのが好適である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明に従って構成された加工機の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
図１には、本発明に従って構成された加工機の好適実施形態の主要部が図示されている。図示の加工機は支持基板２を有し、この支持基板２上にはＸ軸方向に延びる一対の案内レール４が配設されている。かかる案内レール４上には第一の滑動ブロック６がＸ軸方向に移動自在に装着されている。一対の案内レール４間にはＸ軸方向に延びるねじ軸８が回転自在に装着されており、かかるねじ軸８にはパルスモータ１０の出力軸が連結されている。第一の滑動ブロック６は下方に垂下する垂下部（図示していない）を有し、かかる垂下部にはＸ軸方向に貫通する雌ねじ孔が形成されており、かかる雌ねじ孔にねじ軸８が螺合せしめられている。従って、パルスモータ１０が正転せしめられると第一の滑動ブロック６が矢印１２で示す方向に移動せしめられ、パルスモータ１０が逆転せしめられると第一の滑動ブロック６が矢印１４で示す方向に移動せしめられる。後の説明から明らかになるとおり、パルスモータ１０及びこれによって回転せしめられるねじ軸８は（レーザビーム加工手段に対して相対的に）被加工物を移動せしめる移動手段を構成する。
第一の滑動ブロック６上にはＹ軸方向に延びる一対の案内レール１６が配設されており、かかる案内レール１６上には第二の滑動ブロック１８がＹ軸方向に移動自在に装着されている。一対の案内レール１６間にはＹ軸方向に延びるねじ軸２０が回転自在に装着されており、かかるねじ軸２０にはパルスモータ２２の出力軸が連結されている。第二の滑動ブロックにはＹ軸方向に貫通する雌ねじ孔が形成されており、かかる雌ねじ孔にねじ軸２０が螺合されている。従って、パルスモータ２２が正転せしめられると第二の滑動ブロック１８が矢印２４で示す方向に移動せしめられ、パルスモータ２２が逆転せしめられると第一の滑動ブロック１８が矢印２６で示す方向に移動せしめられる。第二の滑動ブロック１８には、円筒部材２５を介して支持テーブル２７が固定されていると共に、保持手段２８が装着されている。保持手段２８は実質上鉛直に延びる中心軸線を中心として回転自在に装着されており、円筒部材２５内には保持手段２８を回転せしめるためのパルスモータ（図示していない）が配設されている。図示の実施形態における保持手段２８は、多孔性材料から形成されたチャック板３０と一対の把持手段３２とから構成されている。
図２には被加工物である半導体ウエーハ３４が図示されている。かかる半導体ウエーハ３４はシリコンウエーハの如き半導体ウエーハ本体の表面に低誘電率絶縁体を積層せしめた形態であり、その表面上にはストリート３６が格子状に配設されており、ストリート３６によって複数個の矩形領域３８が区画されている。矩形領域３８の各々には半導体回路が形成されている。図示の実施形態においては、半導体ウエーハ３４は装着テープ４０を介してフレーム４２に装着されている。適宜の金属或いは合成樹脂から形成することができるフレーム４２は中央部に比較的大きな円形開口４４を有し、半導体ウエーハ３４は開口４４内に位置せしめられている。装着テープ４０はフレーム４２及び半導体ウエーハ３４の下面側においてフレーム４２の開口４４を跨いで延在せしめられており、フレーム４２の下面及び半導体ウエーハ３４の下面に貼着されている。半導体ウエーハ３４に加工を施す際には、上記保持手段２８におけるチャック板３０上に半導体ウエーハ３４を位置せしめてチャック板３０を真空源（図示していない）に連通せしめ、かくしてチャック板３０上に半導体ウエーハ３４を真空吸着する。保持手段２８の一対の把持手段３２はフレーム４２を把持する。保持手段２８自体並びに装着テープ４０を介してフレーム４２に装着された半導体ウエーハ３４自体は当業者には周知の形態でよく、従ってこれらについての詳細な説明は本明細書においては省略する。
再び図１を参照して説明を続けると、上記支持基板２上にはＹ軸方向に延びる一対の案内レール４４も配設されており、かかる一対の案内レール４４上には第三の滑動ブロック４６がＹ軸方向に移動自在に装着されている。一対の案内レール４４間にはＹ軸方向に延びるねじ軸４７が回転自在に装着されており、かかるねじ軸４７にはパルスモータ４８の出力軸が連結されている。第三の滑動ブロック４６は略Ｌ字形状であり、水平基部５０とこの水平基部５０から上方に延びる直立部５２とを有する。水平基部５０には下方に垂下する垂下部（図示していない）が形成されており、かかる垂下部にはＹ軸方向に貫通する雌ねじ孔が形成されており、かかる雌ねじ孔にねじ軸４７が螺合せしめられている。従って、パルスモータ４８が正転せしめられると第三の滑動ブロック４６が矢印２４で示す方向に移動せしめられ、パルスモータ４８が逆転せしめられると第三の滑動ブロック４６が矢印２６で示す方向に移動せしめられる。
第三の滑動ブロック４６の直立部５２の片側面にはＺ軸方向に延びる一対の案内レール５４（図１にはその一方のみを図示している）が配設されており、かかる一対の案内レール５４には第四の滑動ブロック５６がＺ軸方向に移動自在に装着されている。第三の滑動ブロック４６の片側面上にはＺ軸方向に延びるねじ軸（図示していない）が回転自在に装着されており、かかるねじ軸にはパルスモータ５８の出力軸が連結されている。第四の滑動ブロック５６には直立部５２に向けて突出せしめられた突出部（図示していない）が形成されており、かかる突出部にはＺ軸方向に貫通する雌ねじ孔が形成されており、かかる雌ねじ孔に上記ねじ軸が螺合せしめられている。従って、パルスモータ５８が正転せしめられると第四の滑動ブロック５６が矢印６０で示す方向に移動即ち上昇せしめられ、パルスモータ５８が逆転せしめられると第四の滑動ブロック５６が矢印６２で示す方向に移動即ち下降せしめられる。
第四の滑動ブロック５６には全体を番号６４で示すレーザビーム加工手段が装着されている。図示のレーザビーム加工手段６４は、第四の滑動ブロック５６に固定され実質上水平に前方（即ち矢印２６で示す方向）に延出する円筒形状のケーシング６６を含んでいる。図１と共に図３を参照して説明を続けると、ケーシング６６内にはレーザビーム発振手段６８とレーザビーム変調手段７０とが配設されている。レーザビーム発振手段６８はＹＡＧレーザ発振器或いはＹＶＯ４レーザ発振器であるのが好都合である。レーザビーム変調手段７０は繰り返し周波数設定手段７２、レーザビームパルス幅設定手段７４、及びレーザビーム波長設定手段７６を含んでいる。レーザビーム変調手段７０を構成する繰り返し周波数設定手段７２、レーザビームパルス幅設定手段７４及びレーザビーム波長設定手段７６は当業者には周知の形態のものでよく、それ故にこれらの構成についての詳細な説明は本明細書においては省略する。上記ケーシング６６の先端には、レーザビーム照射ヘッド７８が装着されている。
レーザビーム発振手段６８が発振するレーザビームはレーザビーム変調手段７０を介してレーザビーム照射手段７８に到達する。レーザビーム変調手段７０における繰り返し周波数設定手段７２は、レーザビームを所定繰り返し周波数のパルスレーザビームにせしめ、レーザビームパルス幅設定手段７４はパスルレーザビームのパルス幅を所定幅に設定し、そしてレーザビーム波長設定手段はパスルレーザビームの波長を所定値に設定する。パスルレーザビームのパスル幅は１０００ｐｓ（ピコ秒）以下、特に１乃至５００ｐｓ、であるのが好ましい。パスル幅が過大になると、レーザビームが照射される半導体ウエーハ３４が相当高温に加熱されて溶融されてしまう傾向がある。繰り返し周波数は０．０１乃至１００ＫＨＺ程度であるのが好適である。パルスレーザビームの波長は２００乃至６００ｎｍ程度であるのが好適である。
図１と共に図４を参照して説明を続けると、上記ケーシング６６の先端に固定されたレーザビーム照射ヘッド７８は、保持手段２８上に保持されている被加工物即ち半導体ウエーハ３４に対向して位置せしめられる。かかるレーザビーム照射ヘッド７８は、被加工物である半導体ウエーハ３６にレーザビームを照射するためのレーザビーム照射手段８０と共に、レーザビーム照射手段８０を囲繞する不活性ガス噴射ノズル８２を含んでいる。噴射ノズル８２はレーザビーム照射手段８０を同心状に囲繞する円筒形状の主部とレーザビーム照射手段８０の先端を越えて延びる先細形状の先端部とを有する。噴射ノズル８２には、適宜の送給管（図示していない）を通して窒素ガスの如き適宜の不活性ガスが送給され、かかる不活性ガスが被加工物である半導体ウエーハ３４に向けて噴射される。
本発明に従って構成された加工機においては、保持手段２８上に保持された被加工物にレーザビームが照射される加工領域から、即ち保持手段２８に保持されている被加工物即ち半導体ウエーハ３４の表面上から吸引する吸引手段８４が配設されていることが重要である。図示の実施形態における吸引手段８４は中央フード８６と外側フード８８とを有する。中央フード８６はレーザビーム照射ヘッド７８を囲繞する略円筒形状であり、その下面は開口されその上面は閉じられている。外側フード８８は中央フード８６の下部を囲繞する略円筒形状であり、その下面は開口されその上面は閉じられている。外側フード８８の上面を閉じている上面壁の中央部には円形開口が形成されており、中央フード８６はかかる円形開口を貫通して延在せしめられている。中央フード８６には吸引管９０が付設されており、かかる吸引管９０は真空ポンプでよい中央吸引源９２に接続されている。同様に、外側フード８８にも吸引管９４が付設されており、かかる吸引管９４には真空ポンプでよい外側吸引源９６が接続されている。中央吸引源９２の吸引力は外側吸引源９６の吸引力よりも大きく、従って加工領域の中央部は比較的大きな吸引力で吸引され、加工領域の周縁部は比較的小さい吸引力で吸引されるのが好適である。中央フード８６を通して作用する比較的大きな吸引力で融解した直後のデブリの大半を吸引し、残余のデブリは外側フード８８を通して作用する吸引力で吸引し、かくして吸引源９２及び９６の吸引作用を不必要に強力なものにせしめることなく効果的に使用することができる。
上述したとおりの加工機においては、レーザビーム変調手段７０によって所要とおりに変調されてレーザビーム照射手段８０に到達したレーザビームが、上記保持手段２８上に保持されている半導体ウエーハ３４に照射される。更に詳述すると、図示の実施形態においては、適宜のアライメント手段（図示していない）によって保持手段２８上に保持されている半導体ウエーハ３４のストリート３６の位置が充分精密に検出され、レーザビーム照射手段８０から下方に照射されるレーザビームが特定のストリート３６に到達するようにレーザビーム照射手段８０に対して保持手段２８が位置付けられる。そして、レーザビーム照射手段８０から半導体ウエーハ３４に向けてパルスレーザビームを照射しながら、保持手段２８、従ってこれに保持されている半導体ウエーハ３４が例えば矢印１２で示す方向に所定速度で移動せしめられ、かくして特定のストリート３６に沿ってパルスレーザビームが照射され、特定のストリート３６の表面に積層されていた低誘電率絶縁体が除去される。図５に図示する如く、半導体ウエーハ３４のストリート３６上に照射されるパルスレーザビームのスポット径ｄは５乃至１００μｍ程度であるのが好ましい。そして、半導体ウエーハ３４の移動速度は１乃至１０００ｍｍ／秒程度であり、ストリート３６に照射されるパルスレーザビームのスポットのオーバラップ数が２乃至５程度になる、即ちストリート３６には２乃至５回繰り返してパルスレーザビームが照射されるのが好適である。パスルレーザビームのスポットのオーバラップ数が過少であると低誘電率絶縁体の除去が不十分になり、逆にオーバラップ数が過多になると半導体ウエーハ３４が過剰に加熱されてしまう傾向がある。
半導体ウエーハ３４を矢印１２で示す方向に移動せしめて特定のストリート３６における低誘電率絶縁体の除去が終了すると、保持手段２８、従って半導体ウエーハ３４を矢印２６（又は２４）で示す方向にストリート３６の間隔だけ割り出し移動せしめ、しかる後にパルスレーザビームを照射しながら保持手段２８、従って半導体ウエーハ３４を矢印１４で示す方向に移動せしめ、かくして次のストリート３６上の低誘電率絶縁体を除去する。かようにして特定方向に延在する全てのストリート３６上の低誘電率絶縁体を除去した後においては、保持手段２８、従って半導体ウエーハ３４を９０度回転せしめる。そして、上記特定方向に対して垂直に延びるストリート３６上の低誘電率絶縁体を同様にして除去する。図示の実施形態においては、半導体ウエーハ３４のストリート３６にパルスレーザビームを照射する際に、保持手段２８に保持された半導体ウエーハ３４を移動せしめているが、これに代えて所望ならがレーザビーム照射手段８０を移動せしめることもできる。また、保持手段２８に保持された半導体ウエーハ３４を割り出し移動せしめることに代えて、レーザビーム照射手段８０を割り出し移動せしめることもできる。しかしながら、レーザビーム照射手段８０を移動せしめる場合には、振動等に起因して精度が劣化する虞があるので、レーザビーム照射手段８０は静止せしめて、保持手段２８、従ってこれに保持された半導体ウエーハ３４を適宜に移動せしめるのが好ましい。
図示の実施形態においては、上述したとおりにして半導体ウエーハ３４のストリート３６に沿ってレーザビームを照射して低誘電率絶縁体を除去する際には、噴射ノズル８２から半導体ウエーハ３４の表面に向けて不活性ガスが噴射される。更に、中央フード８６及び外側フード８８を通して加工領域即ち半導体ウエーハ３４の表面上が吸引される。従って、レーザビームを照射することによって生成される低誘電率絶縁体の融解屑即ちデブリは、レーザビームのエネルギによって弾き飛ばされ、そしてまた不活性ガスの噴射によって半導体ウエーハ３４の表面から吹き飛ばされ、中央フード８６或いは外側フード８８を通して吸引される。かくして、デブリが半導体ウエーハ３４の矩形領域３８上の表面に付着して半導体回路を汚染してしまうことが効果的に防止乃至抑制される。
図６及び図７は、レーザビーム照射ヘッド及び吸引手段の変形例を図示している。図６及び図７に図示するレーザビーム照射ヘッド１７８は、保持手段１２８上に保持されている被加工物（図示していない）に対向して位置せしめられるレーザビーム照射手段１８０を含んでいるが、不活性ガス噴射ノズル（図４に図示する不活性ガス噴射ノズル８２を参照されたい）を備えていない。吸引手段１８４は中央フード１８６と外側フード１８８とを含んでいる。中央フード１８６はレーザビーム照射ヘッド１７８の片側に位置する中央吸引開口１８７を有し、外側フード１８８は中央吸引開口１８７の両側に位置する外側吸引開口１８９を有する。図７を参照することによって明確に理解される如く、中央吸引開口１８７及びその両側に位置する外側吸引開口１８９はレーザビーム照射ヘッド１７８の周囲を円弧状に連続して延びている。中央フード１８６には真空ポンプでよい中央吸引源１９２が接続されており、外側フード１８８には真空ポンプでよい外側吸引源１９６が接続されている。中央吸引源１９２の吸引力は外側吸引源１９６の吸引力よりも大きく、従って加工領域の中央部は比較的大きな吸引力で吸引され、加工領域の周縁部は比較的小さい吸引力で吸引されるのが好適である。
半導体ウエーハ３４の表面に積層されている低誘電率絶縁体の除去に関連せしめて本発明の加工機の好適実施形態について詳細に説明したが、本発明の加工機は、低誘電率絶縁体の除去に続いて半導体ウエーハ３４の本体をストリート３６に沿って切断する、或いは表面に低誘電率絶縁体が施されていない半導体ウエーハ３４をストリート３６に沿って切断するためにも、好適に使用することができる。
以上、添付図面を参照して本発明に従って構成された加工機の好適実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能であることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に従って構成された加工機の好適実施形態における主要構成要素を示す斜面図。
図２は、被加工物である半導体ウエーハの一例を示す斜面図。
図３は、図１の加工機におけるレーザビーム加工手段の構成を簡略に示す線図。
図４は、図１の加工機におけるレーザビーム照射ヘッド及び吸引手段を示す縦断面図。
図５は、図１の加工機において半導体ウエーハを加工する際にストリートに照射されるパルスレーザビームを模式的に示す簡略線図。
図６は、レーザビーム照射ヘッド及び吸引手段の変形例を示す側面図。
図７は、図６のレーザビーム照射ヘッド及び吸引手段の横断面図。
【図１】
2003095140.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2003095140.tif 000006
【図５】
2003095140.tif 000007
【図６】
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【図７】
2003095140.tif 000009
【国際調査報告】
2003095140.tif 000010
2003095140.tif 000011