(57)【要約】【課題】ポリビニルアルコール(PVA)等の液状樹脂を用いることなく、デバイスの品質を低下させずにレーザー加工することができるレーザー加工装置を提供する。【解決手段】被加工物を保持するための被加工物保持手段と、被加工物保持手段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を具備し、レーザー光線照射手段はレーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光する集光レンズを備えた集光器とを具備しているレーザー加工装置であって、集光器のレーザー光線照射方向下流側端部には集光レンズを保護するカバーガラスが配設されており、集光器のレーザー光線照射方向下流側には被加工物保持手段に保持された被加工物の上面とカバーガラスとの間で水の層を形成する水層形成手段が配設されている。【選択図】図５
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【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ー光線を照射するレーザー光線照射手段とを具備し、該レーザー光線照射手段はレーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光する集光レンズを備えた集光器とを具備しているレーザー加工装置であって、
該集光器のレーザー光線照射方向下流側端部には集光レンズを保護するカバーガラスが配設されており、該集光器のレーザー光線照射方向下流側には該被加工物保持手段に保持された被加工物の上面と該カバーガラスとの間で水の層を形成する水層形成手段が配設されている、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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レーザー加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、半導体ウエーハを分割予定ライン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、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分割予定ライン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。
【０００３】
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、ウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザー光線をウエーハに形成された分割予定ラインに沿って照射してアブレーション加工することによりレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿って破断する方法が提案されている。
【０００４】
レーザー加工は切削加工に比して加工速度を速くすることができるとともに、サファイヤのように硬度の高い素材からなるウエーハであっても比較的容易に加工することができる。しかしながら、ウエーハのストリートに沿ってレーザー光線を照射すると、照射された領域に熱エネルギーが集中してデブリが発生し、このデブリがデバイスの表面に付着してデバイスの品質を低下させるという新たな問題が生じる。
【０００５】
上記デブリによる問題を解消するために、ウエーハの加工面にポリビニルアルコール(PVA)等の液状樹脂からなる保護膜を被覆し、保護膜を通してウエーハにレーザー光線を照射するようにしたレーザー加工装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１８８４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
而して、ポリビニルアルコール(PVA)等の液状樹脂は、比較的高価であるとともに、被覆した後に乾燥させる工程が必要となり生産性が悪いという問題がある。
また、レーザー光線の照射によって形成されたレーザー加工溝の両側にはレーザー光線を照射することにより発生するデブリ等の溶融物が轍のような盛り上がりとなって形成され、デバイスの品質を低下させるという問題がある。
【０００８】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、ポリビニルアルコール(PVA)等の液状樹脂を用いることなく、デバイスの品質を低下させずにレーザー加工することができるレーザー加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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ー光線を照射するレーザー光線照射手段とを具備し、該レーザー光線照射手段はレーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光する集光レンズを備えた集光器とを具備しているレーザー加工装置であって、
該集光器のレーザー光線照射方向下流側端部には集光レンズを保護するカバーガラスが配設されており、該集光器のレーザー光線照射方向下流側には該被加工物保持手段に保持された被加工物の上面と該カバーガラスとの間で水の層を形成する水層形成手段が配設されている、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるレーザー加工装置においては、被加工物保持手段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を構成する集光器のレーザー光線照射方向下流側には、被加工物保持手段に保持された被加工物の上面との間で水の層を形成する水層形成手段が配設されているので、集光器からレーザー光線を照射することにより発生するデブリとなる溶融物は水の層に浮遊して被加工物としてのウエーハのデバイスの上面に付着することはない。また、被加工物としてのウエーハの分割予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成する際に、レーザー光線を照射することにより発生するデブリとなる溶融物がレーザー加工溝の両側に堆積する前に水の層によってデブリとなる溶融物が冷却されて飛散するので、デブリとなる溶融物がレーザー加工溝の両側に轍のような盛り上がりとなって形成されることがなく、デバイスの品質を低下させるという問題が解消される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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２】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および水層形成手段の要部断面図。
【図３】被加工物としての半導体ウエーハが環状のフレームに装着されたダイシングテープの表面に貼着された状態の斜視図。
【図４】図１に示すレーザー加工装置によって実施するレーザー加工溝形成工程の説明図。
【図５】図４に示すレーザー加工溝形成工程を実施している状態における水層形成手段の断面図。
【図６】図１に示すレーザー加工装置を構成する水層形成手段の他の実施形態を示す要部断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明によるウエーハの加工方法および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。
【００１３】
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、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、基台２上に配設されたレーザー光線照射手段としてのレーザー光線照射ユニット４とを具備している。
【００１４】
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支持テーブル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の上面である保持面上に被加工物である例えば円形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、半導体ウエーハ等の被加工物を保護テープを介して支持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。
【００１５】
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加工送り手段３７を具備している。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。
【００１６】
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割り出し送り手段３８を具備している。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。
【００１７】
上記レーザー光線照射ユニット４は、上記基台２上に配設された支持部材４１と、該支持部材４１によって支持され実質上水平に延出するケーシング４２と、該ケーシング４２に配設されたレーザー光線照射手段５と、該レーザー光線照射手段５を構成する後述する集光器５３のレーザー光線照射方向下流側に配設されチャックテーブル３６に保持された被加工物の上面との間で水の層を形成する水層形成手段６と、ケーシング４２の前端部に配設されレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段７を具備している。なお、撮像手段７は、被加工物を照明する照明手段と、該照明手段によって照明された領域を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた像を撮像する撮像素子（ＣＣＤ）等を備え、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
【００１８】
上記レーザー光線照射手段５および水層形成手段６について、図２を参照して説明する。
図２に示すレーザー光線照射手段５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５１と、該パルスレーザー光線発振手段５１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５２と、ケーシング４２の先端に配設されパルスレーザー光線発振手段５１から発振され出力調整手段５２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に保持された被加工物に照射する集光器５３を具備している。上記パルスレーザー光線発振手段５１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５１１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段５１２とから構成されている。
【００１９】
図示の実施形態における集光器５３は、筒状の集光器ハウジング５３１を具備しており、この集光器ハウジング５３１内には、上記パルスレーザー光線発振手段５１から発振され出力調整手段５２によって出力が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５３２と、該方向変換ミラー５３２によって下方に向け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５３３が配設されている。なお、図示の実施形態における集光器５３は、集光器ハウジング５３１の下端即ちレーザー光線照射方向下流側端部に集光レンズ５３３を保護するカバーガラス５３４が配設されている。
【００２０】
上述した集光器５３を構成する集光器ハウジング５３１の下側即ちレーザー光線照射方向下流側に配設された水層形成手段６は、チャックテーブル３６に保持された被加工物Wに向けて水を噴出する水噴出ハウジング６１を具備している。水噴出ハウジング６１は、チャックテーブル３６の上面である保持面と平行に設けられた底壁６１１と、該底壁６１１の外周から上方に立設して形成された側壁６１２と、該側壁６１２の上端と集光器ハウジング５３１の下端部とを接続する上壁６１３とからなており、集光器ハウジング５３１の下端部とによって水室６１０を形成している。この水噴出ハウジング６１を構成する底壁６１１の中央部には、集光器５３によって集光されたレーザー光線を通過させるとともに水室６１０に供給された水を噴出するための噴出口６１１aが設けられている。なお、底壁６１１の直径は図示の実施形態においては５０ｍｍに設定されており、噴出口６１１aの直径は図示の実施形態においてはφ５mmに設定されている。また、水噴出ハウジング６１を構成する側壁６１２には水室６１０に開口する水導入口６１２aが形成されており、該水導入口６１２aが水供給手段６２に接続されている。この水供給手段６２の水供給量は、１〜５リットル／分に設定されている。なお、水噴出ハウジング６１を構成する上壁６１３には、排出口６１３aが形成されている。
【００２１】
図示の実施形態における水層形成手段６は以上のように構成されており、レーザー光線照射手段５を作動してチャックテーブル３６に保持された被加工物Wにレーザー加工を施す際には、上記水噴出ハウジング６１を構成する底壁６１１の下面から被加工物Wの上面までの間隔が０.１〜０.５mmの範囲で実施されるようになっている。また、上記集光器ハウジング５３１の下端に配設されたカバーガラス５３４からチャックテーブル３６に保持された被加工物Wの上面までの間隔は、１０mm程度に設定されている。
【００２２】
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説明する。
図３には、上述したレーザー加工装置によって加工される被加工物としての半導体ウエーハ１０が環状のフレームFに装着されたダイシングテープTの表面に貼着された状態の斜視図が示されている。半導体ウエーハ１０は、表面１０aに格子状の分割予定ライン１０１が形成され、格子状の分割予定ライン１０１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に分割予定ライン１０１に沿ってレーザー加工溝を形成するには、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のダイシングテープ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、半導体ウエーハ１０はダイシングテープTを介してチャックテーブル３６上に吸引保持する（ウエーハ保持工程）。なお、半導体ウエーハ１０をダイシングテープTを介して環状のフレームFは、チャックテーブル３６に配設されたクランプ３６２によって固定される。
【００２３】
上述したウエーハ保持工程を実施したならば、加工送り手段３７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３６を撮像手段７の直下に位置付ける。チャックテーブル３６が撮像手段７の直下に位置付けられると、撮像手段７および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ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。即ち、撮像手段７および図示しない制御手段は、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５の集光器５３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、半導体ウエーハ１０に形成されている所定方向と直交する方向に形成されている分割予定ライン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が遂行される。
【００２４】
以上のようにしてチャックテーブル３６上に保持された半導体ウエーハ１０に形成されている分割予定ラインを検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、図４の（ａ）で示すようにチャックテーブル３６をレーザー光線照射手段５５の集光器５３が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分割予定ラインの一端(図４の（ａ）において左端)を集光器５３の直下に位置付ける。そして、集光器５３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１０の表面（上面）付近に合わせる。次に、レーザー光線照射手段５の集光器５３から半導体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照射しつつチャックテーブル３６を図４の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、分割予定ライン１０１の他端（図４の（ｂ）において右端）が集光器５３の直下位置に達したら、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、図４の（ｂ）および図４の（ｃ）に示すように半導体ウエーハ１０には、分割予定ライン１０１に沿ってレーザー加工溝１１０が形成される（レーザー加工溝形成工程）。
【００２５】
なお、上記レーザー加工溝形成工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
〈加工条件：１〉
レーザー光線の光源  ：ＹＶＯ４レーザーまたはＹＡＧレーザー
波長                ：３５５ｎｍ
繰り返し周波数      ：５０ｋＨｚ
平均出力            ：３W
集光スポット径      ：φ５μｍ
加工送り速度        ：１００ｍｍ／秒
【００２６】
上述したレーザー加工溝形成工程においては、半導体ウエーハ１０の表面１０aに集光器５３からパルスレーザー光線を照射することにより、半導体ウエーハが溶融されデブリとなる溶融物が発生する。しかるに、図示の実施形態においては上述した水層形成手段６を備えており、図５に示すように水供給手段６２が作動して１〜５リットル／分の水が水導入口６１２aから水室６１０に供給される。この水室６１０に供給された水は、噴出口６１１aからチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０の表面１０aに向けて噴出されるので、半導体ウエーハ１０の表面１０aとカバーガラス５３４との間で水の層６０が形成される。この結果、半導体ウエーハ１０の表面１０aに集光器５３からパルスレーザー光線を照射することにより発生するデブリとなる溶融物は水の層６０に浮遊して半導体ウエーハ１０のデバイスの表面(上面）に付着することはない。また、上述したように分割予定ライン１０１に沿ってレーザー加工溝１１０を形成する際に、パルスレーザー光線を照射することにより発生するデブリとなる溶融物がレーザー加工溝１１０の両側に堆積する前に水の層によってデブリとなる溶融物が冷却されて飛散するので、デブリとなる溶融物がレーザー加工溝１１０の両側に轍のような盛り上がりとなって形成されることがなく、デバイスの品質を低下させるという問題が解消される。
【００２７】
次に、上記集光器５３および水層形成手段６の他の実施形態について、図６を参照して説明する。
図６に示す実施形態における集光器５３および水層形成手段６は、集光器５３を構成する集光器ハウジング５３１に配設される集光レンズ５３３aを下面が平面に形成され上側が凸状レンズによって形成したものである。このように形成された集光レンズ５３３aを集光器ハウジング５３１の下端即ちレーザー光線照射方向下流側端部に配設することにより、上記図２に示す実施形態におけるカバーガラス５３４の機能を兼ねることができる。
【符号の説明】
【００２８】
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
４：レーザー光線照射ユニット
５：レーザー光線照射手段
５１：パルスレーザー光線発振手段
５２：出力調整手段
５３：集光器
５３１：集光器ハウジング
５３３：集光レンズ
５３３a：集光レンズ
５３４：カバーガラス
６：水層形成手段
６１：水噴出ハウジング
６１０：水室
６２：水供給手段
７：撮像手段
１０：半導体ウエーハ
F：環状のフレーム
T：ダイシングテープ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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