説明

レーザー加工装置

【課題】被加工物の厚み方向に複数の変質層を同時に形成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チャックテーブルと、チャックテーブルに保持された被加工物に該被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、チャックテーブルとレーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段とを具備するレーザー加工装置であって、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が発振したレーザー光線を集光せしめる集光レンズと、レーザー光線発振手段と集光レンズとの間に配設された多焦点回折光学素子とを備え、レーザー光線発振手段が発振したレーザー光線を多焦点回折光学素子によって複数の拡散角に分離し、複数の拡散角に分離されたレーザー光線を集光レンズによって集光することにより光軸上に複数の集光点を形成する。

【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対して透過性を有するレーザー光線を照射し、被加工物の内部に変質層を形成する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、シリコン基板、サファイア基板、炭化珪素基板、リチウムタンタレート基板、ガラス基板或いは石英基板の如き適宜の基板を含むウエーハの表面に格子状に形成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、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。ウエーハを分割するための方法としては、レーザー光線を利用する種々の様式が提案されている。
【0003】
半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、その被加工物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合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、被加工物の一方の面側から内部に集光点を合わせて被加工物に対して透過性を有する例えば波長が1064nmのパルスレーザー光線を照射し、被加工物の内部にストリートに沿って変質層を連続的に形成し、この変質層が形成されることによって強度が低下した分割予定ラインに沿って外力を加えることにより、被加工物を分割するものである。(例えば、特許文献1参照。)
【0004】
しかるに、ウエーハに外力を加えてストリートに沿って精密に破断せしめるためには、ウエーハの内部にストリートに沿って形成される変質層の厚み、即ちウエーハの厚み方向における変質層の割合を大きくすることが必要である。上述したレーザー加工方法によって形成される変質層の厚みはパルスレーザー光線の集光点近傍において30〜50μmであるため、変質層の厚みを増大せしめるためにはウエーハの内部に変質層を積層して形成する必要がある。ウエーハの内部に変質層を積層して形成するには、パルスレーザー光線の集光点の位置をウエーハの厚み方向に変位せしめて、パルスレーザー光線とウエーハとをストリートに沿って繰り返し相対的に移動させることが必要であり、特にウエーハの厚みが厚い(例えば600μm)場合、ウエーハを精密に破断するのに必要な厚みの変質層を形成するために長時間を要する。
【0005】
上記問題解消するため、レーザー光線発振手段が発振するレーザー光線を常光と異常光に分離する複屈折レンズを備え、該複屈折レンズによって分離された常光と異常光を集光レンズで集光せしめて常光の集光点と異常光の集光点との2個の集光点を形成し、2個の集光点を被加工物の厚み方向にずらせて位置付けることにより、2層の変質層を同時に形成するレーザー加工装置が提案されている。(例えば、特許文献2参照。)
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特許第3408805号
【特許文献2】特開2007−931号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上記特許文献2に開示されたレーザー加工装置によれば、被加工物の厚み方向に2層の変質層を同時に形成することができるが、3層以上の変質層を同時に形成することはできないため、被加工物の厚みが厚い場合にはレーザー光線をストリートに沿って繰り返し照射する必要があり、生産性の面で必ずしも満足し得るものではない。
【0008】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、被加工物の厚み方向に複数の変質層を同時に形成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に、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該被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、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、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が発振したレーザー光線を集光せしめる集光レンズと、該レーザー光線発振手段と該集光レンズとの間に配設された多焦点回折光学素子とを備え、該レーザー光線発振手段が発振したレーザー光線を該多焦点回折光学素子によって複数の拡散角に分離し、該複数の拡散角に分離されたレーザー光線を該集光レンズによって集光することにより光軸上に複数の集光点を形成する、
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】
本発明のレーザー加工装置においては、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が、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が発振したレーザー光線を集光せしめる集光レンズと、該レーザー光線発振手段と該集光レンズとの間に配設された多焦点回折光学素子とを備え、該レーザー光線発振手段が発振したレーザー光線を該多焦点回折光学素子によって複数の拡散角に分離し、該複数の拡散角に分離されたレーザー光線を該集光レンズによって集光することにより光軸上に複数の集光点を形成するので、被加工物の厚み方向に複数の変質層を同時に形成することができる。
【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の概略構成図。
【図3】図2に示すレーザー光線照射手段を構成する多焦点回折光学素子の機能を説明するための説明図。
【図4】被加工物としての半導体ウエーハの斜視図。
【図5】図4に示す半導体ウエーハを環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着した状態を示す斜視図。
【図6】図1に示すレーザー加工装置を用いて図4に示す半導体ウエーハに変質層を形成する変質層形成工程の説明図。
【発明を実施するための形態】
【0012】
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。
【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、静止基台2に加工送り方向(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レーザー光線照射ユニット支持機構4と、該レーザー光線照射ユニット支持機構4に後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直な矢印Zで示す集光点位置調整方向(Z軸方向)に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット5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上に矢印Xで示す加工送り方向(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一の滑動ブロック32と、該第1の滑動ブロック32上に矢印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カバーテーブル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、被加工物保持面としての吸着チャック361上に被加工物である例えば円板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、後述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ボール螺子機構からなる加工送り手段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ボール螺子機構からなる第1の割り出し送り手段38を具備している。第1の割り出し送り手段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支持機構4は、静止基台2上に矢印Yで示す割り出し送り方向(Y軸方向)に沿って平行に配設された一対の案内レール41、41と、該案内レール41、41上にY軸方向に移動可能に配設された可動支持基台42を具備している。この可動支持基台42は、案内レール41、41上に移動可能に配設された移動支持部421と、該移動支持部421に取り付けられた装着部422とからなっている。装着部422は、一側面に矢印Zで示す集光点位置調整方向(Z軸方向)に延びる一対の案内レール423、423が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構4は、可動支持基台42を一対の案内レール41、41に沿ってY軸方向に移動させるためのボール螺子機構からなる第2の割り出し送り手段43を具備している。第2の割り出し送り手段43は、上記一対の案内レール41、41の間に平行に配設された雄ネジロッド431と、該雄ネジロッド431を回転駆動するためのパルスモータ432等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド431は、その一端が上記静止基台2に固定された図示しない軸受ブロック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432の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド431は、可動支持基台42を構成する移動支持部421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雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ432によって雄ネジロッド431を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台42は案内レール41、41に沿ってY軸方向に移動せしめられる。
【0018】
図示の実施形態のおけるレーザー光線照射ユニット5は、ユニットホルダ51と、該ユニットホルダ51に取り付けられたレーザー光線照射手段6を具備している。ユニットホルダ51は、上記装着部422に設けられた一対の案内レール423、423に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝511が設けられており、この被案内溝511を上記案内レール423、423に嵌合することにより、矢印Zで示す集光点位置調整方向(Z軸方向)に移動可能に支持される。
【0019】
図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット5は、ユニットホルダ51を一対の案内レール423、423に沿って上記チャックテーブル36の被加工物保持面に垂直な方向であるZ軸方向に移動させるための集光点位置調整手段53を具備している。集光点位置調整手段53は、上記加工送り手段37や第1の割り出し送り手段38および第2の割り出し送り手段43と同様にボール螺子機構からなっている。この集光点位置調整手段53は、一対の案内レール423、423の間に配設された雄ネジロッド(図示せず)と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ532等の駆動源を含んでおり、パルスモータ532によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、ユニットホルダ51およびレーザー光線照射手段6を案内レール423、423に沿って矢印Zで示す集光点位置調整方向に移動せしめる。なお、図示の実施形態においてはパルスモータ532を正転駆動することによりレーザー光線照射手段6を上方に移動し、パルスモータ532を逆転駆動することによりレーザー光線照射手段6を下方に移動するようになっている。
【0020】
図示のレーザー光線照射手段6は、上記ユニットホルダ51に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング61を具備している。この円筒形状のケーシング61の前端部には、上記レーザー光線照射手段6によってレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段7が配設されている。この撮像手段7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。
【0021】
図示の実施形態におけるレーザー光線照射手段6は、図2に示すように上記ケーシング61内に配設されパルスレーザー光線LBを発振するパルスレーザー光線発振手段62と、該パルスレーザー光線発振手段62によって発振されたパルスレーザー光線を集光して上記チャックテーブル36に保持された被加工物Wに照射する集光器63とを具備している。上記パルスレーザー光線発振手段62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621と、これに付設された繰り返し周波数設定手段622とから構成されている。パルスレーザー光線発振器621は、繰り返し周波数設定手段622によって設定された所定周波数のパルスレーザー光線LBを発振する。繰り返し周波数設定手段622は、パルスレーザー光線発振器621が発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数を設定する。
【0022】
上記集光器63は、ケーシング61の先端に装着されており、上記パルスレーザー光線発振手段62によって発振されたパルスレーザー光線LBを下方に向けて方向変換する方向変換ミラー631と、該方向変換ミラー631によって方向変換された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632と、方向変換ミラー631と集光レンズ632との間に配設された多焦点回折光学素子(DOE:Diffractive Optic Element)633とを具備している。多焦点回折光学素子633は、図2および図3に示すように上記パルスレーザー光線発振手段62によって発振され方向変換ミラー631によって方向変換されたパルスレーザー光線を複数(図2および図3に示す実施形態においては3個)の拡散角LB1、LB2、LB3に分離して集光レンズ632に入光せしめる。集光レンズ632は、複数(図2に示す実施形態においては3個)の拡散角に分離されたパルスレーザー光線を集光することにより光軸上に複数(図2に示す実施形態においては3個)の集光点Pa、Pb、Pcを形成する。
【0023】
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4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の斜視図が示されている。図4に示す半導体ウエーハ10は、例えば厚みが600μmのシリコン基板の表面10aに格子状に形成された複数のストリート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。このように形成された半導体ウエーハ10の内部にストリート101に沿って変質層を形成するには、図5に示すように環状のフレームFに装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなる保護テープTの表面に表面10a側を貼着する(保護テープ貼着工程)。従って、保護テープTの表面に貼着された半導体ウエーハ10は、裏面10bが上側となる。
【0024】
上述したレーザー加工装置を用いて、上記半導体ウエーハ10の内部にストリート101に沿って変質層を形成するには、上述した図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が貼着された保護テープT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、保護テープTを介して半導体ウエーハ10をチャックテーブル36上に吸引保持する(ウエーハ保持工程)。従って、チャックテーブル36に吸引保持された半導体ウエーハ10は、裏面10bが上側となる。そして、半導体ウエーハ10が貼着されている保護テープTを装着した環状のフレーム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。このようにして、半導体ウエーハ10を吸引保持したチャックテーブル36は、加工送り手段37によって撮像手段7の直下に位置付けられる。
【0025】
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ストリート101と、該ストリート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6の集光器63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10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。このとき、半導体ウエーハ10におけるストリート101が形成されている表面10aは下側に位置しているが、撮像手段7が上述したように赤外線CCDからなる撮像素子を備えているので、裏面10bから透かしてストリート101を撮像することができる。
【0026】
以上のようにしてチャックテーブル36上に吸引保持された半導体ウエーハ10の表面10aに形成されているストリート101を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントを実施したならば、加工送り手段37および第1の割り出し送り手段38を作動して図6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6の集光器63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101の一端(図6の(a)において左端)をレーザー光線照射手段6の集光器63の直下に位置付ける。次に、集光点位置調整手段53を作動して図6の(a)に示すように集光器63から照射されるパルスレーザー光線の3個の集光点Pa、Pb、Pcを半導体ウエーハ10の内部の所定位置に位置けるように調整する。次に、レーザー光線照射手段6のパルスレーザー光線発振手段62を作動し、集光器63からシリコン基板によって形成された半導体ウエーハ10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36を図6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、図6の(b)で示すようにレーザー光線照射手段6の集光器63の照射位置がストリート101の他端(図6の(b)において右端)の位置に達したら、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、半導体ウエーハ10の内部には、図6の(b)に示すようにストリート101に沿って3層からなる変質層S1、S2、S3が同時に形成される(変質層形成工程)。
【0027】
なお、上記変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。
光源 :LD励起QスイッチNd:YAGパルスレーザー
波長 :1064nm
平均出力 :1.0W
繰り返し周波数 :100kHz
集光スポット径 :φ1〜1.5μm
加工送り速度 :100mm/秒
【0028】
上述した変質層形成工程を、半導体ウエーハ10の所定方向に形成された全てのストリート101に沿って実施する。次に、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90度回動した位置に位置付ける。そして、半導体ウエーハ10の上記所定方向と直交する方向に形成された全てのストリート101に沿って上記変質層形成工程を実施する。
【0029】
以上のようにして、全てのストリート101に沿って変質層形成工程が実施され内部にストリート101に沿って変質層S1、S2、S3が形成された半導体ウエーハ10は、ストリート101に沿って外力を付与し、変質層S1、S2、S3が形成されたストリート101に沿って破断するウエーハ分割工程に搬送される。
【0030】
以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。例えば、上述した実施形態においては、多焦点回折光学素子633はパルスレーザー光線を3個の拡散角に分離する機能を備えたものを用いた例を示したが、4個以上の拡散角に分離する機能を備えたものを用いることにより、4層以上の変質層を同時に形成することができる。
【符号の説明】
【0031】
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
38:第1の割り出し送り手段
4:レーザー光線照射ユニット支持機構
42:可動支持基台
43:第2の割り出し送り手段
5:レーザー光線照射ユニット
53:集光点位置調整手段
6:レーザー光線照射手段
62:パルスレーザー光線発振手段
63:集光器
631:方向変換ミラー
632:集光レンズ
633:多焦点回折光学素子
7:撮像手段

【特許請求の範囲】
【請求項1】
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該被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、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、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が発振したレーザー光線を集光せしめる集光レンズと、該レーザー光線発振手段と該集光レンズとの間に配設された多焦点回折光学素子とを備え、該レーザー光線発振手段が発振したレーザー光線を該多焦点回折光学素子によって複数の拡散角に分離し、該複数の拡散角に分離されたレーザー光線を該集光レンズによって集光することにより光軸上に複数の集光点を形成する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。

【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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