JP2009517219A - ４５度ビーム分割配向を使用するセットビーム分割を伴うｘ＆ｙ二次元切削方向加工の装置および方法 - Google Patents

Abstract

平面ワークピース上に一対の平行切削を刻むためのＸ＆Ｙ二次元切削装置であって、ワークピース平面がＸ軸およびＹ軸を有する装置において、第１のビームおよび第２のビームを含む少なくとも２つのビームを発生させるレーザ装置であって、その第１のビームおよび第２のビームがワークピース上に衝突点をそれぞれ有し、その第１および第２の衝突点がワークピースのＸおよびＹ軸に対して対角線上に配置されるレーザ装置と、ワークピースに対する衝突点、および衝突点に対するワークピースのうちの少なくとも１つを移動させるための少なくとも１つのアクチュエータとを含む装置。

Description

本発明は、半導体ウェハの加工に関する。より詳細には、本発明は、第１のビームおよび第２のビームを使用して平面ワークピース上に一対の平行切削を刻むための装置および方法に関し、この第１のビームおよび第２のビームは、それぞれワークピース上に衝突点を有し、この場合の第１および第２の衝突点は、ワークピースによって画定されたＸおよびＹ軸に対して対角線上に配置される。

マイクロエレクトロニクス産業では、シート状の半導体材料は、通常はダイシングソーを使用して１枚１枚のウェハに切断される。

ダイシングソーを使用すると、熱的および／または機械的に誘因されたクラック、ならびにあるいは冷却剤の使用、組織効果、および熱伝導性の低下による、隣接した層の間の接着力の低下、機械的強度の低下、湿気の吸収、および／または時間依存挙動を含むいくつかの問題が起こり得る。これらの起こり得る問題の中で、熱的および／または機械的に誘因されたクラック、ならびに／あるいは接着力の低下および湿気の吸収は重大である。大きな張力およびせん断応力が切削ゾーンに伝わり、このことが、クラックの発生および／または接着力の低下につながり、ひいては隣接する層の間の剥離を引き起こす恐れがある。さらに、切断中の冷却剤の使用が、湿気の吸収および時間依存挙動を引き起こす恐れがある。

機械的に誘因された剥離に伴う潜在的な問題を軽減するための１つのアプローチは、ソーの速度を下げることである。しかしこれによって、処理能力および生産性が低下する。加えて、湿気の吸収に関連する潜在的な問題は依然として残っている。
別のアプローチは、単一ビームを発生させるレーザ装置を使用して、切断する範囲内にソーよりも広い溝を切削または刻むことである。ビームは、例えば低誘電性（ｌｏｗ−ｋ）の金属の層を通って刻み、シリコン部で止まる。レーザでの刻みに続いて、ソーを使用してシリコン部を通って切断し、ウェハを１枚にする。レーザによって取り除かれた範囲は、クラック止めとしての役目を果たし、これらのクラックがウェハの中に決して広まらないようにし、ウェハ上に含まれた完成した集積回路の電気的性能に潜在的に影響する。単一レーザビームを使用することの欠点は、ｌｏｗ−ｋの金属の層にかなり広い溝を切削する必要があることである。

さらに別のアプローチは、少なくとも２つのビームを発生させるレーザ装置を使用して刻んで２つ溝を作成することである。２つの溝は、切断する範囲のそれぞれの側部に１つずつ作成される。これによって、広い溝を切削するという潜在的な問題がなくなる。この種のシステムの動作が、図６に一般的に示されている。図６は、平面ワークピース２００を示している。一対のレーザビームが、衝突点２０２および２０４でワークピース２００に衝突する。衝突点２０２および２０４は、ワークピース２００のＸ軸２０６に直交している。Ｘ軸２０６に沿ってワークピース２００またはレーザビームのいずれかを移動させることによって、一対の平行な溝をワークピース２００上に刻むことができる。

しかし、Ｙ軸２０８に沿って平行な溝を刻みたい場合、複数のビームを使用して平行な溝を切削すると、ワークピース２００および／または衝突点２０２、２０４を再配向する処理時間がさらに必要になる。この種の再配向により、処理時間が増大する。

平面ワークピースがＸ軸およびＹ軸に対して配向されているときにその平面ワークピース上に一対の平行切削を刻むためのＸ＆Ｙ二次元切削装置。この装置は、第１のビームおよび第２のビームを含む少なくとも２つのビームを発生させるレーザ装置を含む。第１のビームおよび第２のビームは、第１および第２の衝突点でワークピースに衝突する。第１および第２の衝突点は、ワークピースのＸおよびＹ軸に対して対角線上に配置される。少なくとも１つのアクチュエータは、レーザ装置またはワークピースのいずれかを移動させて、ワークピース上に平行切削を刻む。

本明細書の説明では、添付の図面を参照し、それらの図面では、同様の参照番号は、複数の図面にわたって同様の部品を指している。

Ｘ＆Ｙ二次元切削装置１０が、図１に示されている。装置１０は、平面ワークピース２００上に一対の平行切削１２、１４を刻むために使用される。好ましい一実施形態では、平面ワークピース２００は半導体ウェハである。平面ワークピース２００は、Ｘ軸２０およびＹ軸２２に沿って配向される。図示されているように、平面ワークピース２００は、ステージ２３上に配置することができる。装置１０は、第１のビーム２６および第２のビーム２８を含む少なくとも２つのビームを発生させるレーザ装置２４を有する。第１および第２のビーム２６および２８は、それらのレーザビーム２６および２８をワークピース２００に導くための位置決め光学部２９を通過することができる。第１のビーム２６および第２のビーム２８それぞれは、平面ワークピース２００上にそれぞれ衝突点３０、３２を有し、第１および第２の衝突点３０、３２は、平面ワークピース２００のＸおよびＹ軸２０、２２に対して対角線上に配置される。この好ましい実施形態では、装置１０は、また、ステージ２３を、したがって平面ワークピース２００をＸ軸２０に対して移動させるための第１のアクチュエータ３４を含む。平面ワークピース２００をＸ軸２０に沿って移動させると、一対の平行切削が、Ｘ軸２０の方向に作成される。この好ましい実施形態はまた、平面ワークピース２００をＹ軸２２に対して移動させるための第２のアクチュエータ３６を含む。

レーザ装置２４は、レーザ３８を含む。レーザ３８は、ダイオード励起レーザであること、ならびに高速焦点調節および／または高分解能焦点調節が可能であることが好ましい。レーザ３８の出力は、光学部４０を通過し、この光学部４０は、レーザ３８の出力を第１のビーム２６および第２のビーム２８に分割する。第１および第２のビーム２６および２８は、位置決め光学部２９によって平面ワークピース２００上へ方向を変更されて、衝突点３０、３２で平面ワークピース２００上に衝突する。光学部４０および位置決め光学部２９はそれぞれ、例えば１つまたは複数のレンズおよび／またはミラーを含むことができる。

レーザ装置２４は、第１のビーム２６を制御する第１のシャッタ４２と、第２のビーム２８を制御する第２のシャッタ４４とを含む。レーザ装置２４は、また、シャッタ４２および４４を動作させるためのコントローラ４６を含む。シャッタ４２および４４は、レーザ装置２４に配置されることが好ましいが、シャッタを位置決め光学部２９に配置することもできるということを理解されたい。

図３を参照すると、シャッタ４２および４４の動作を介して、平面ワークピース２００のＸ軸２０、Ｙ軸２２、および／または端部５４に対して、第１のビーム２６によって作成された切削１２の第１の端部４６と、第２のビーム２８によって作成された切削１４の第１の端部４８との位置合わせ、および／または第１のビーム２６によって作成された切削１２の第２の端部５０と、第２のビーム２８によって作成された切削１４の第２の端部５２との位置合わせが、図１および図３に示されているように実行されている。シャッタ４２および４４の制御によって、Ｘ軸２０、Ｙ軸２２、またはワークピース端部５４に対して所望のまたは必要な位置で切削１２、１４をこのように開始させたり終了させたりすることができる。

図２に見られるように、位置決め光学部２９は、第１の衝突点３０を、平面ワークピース２００のＸおよびＹ軸２０、２２に関して第２の衝突点３２に対して４５度の角度６０で対角線上に位置決めする。結果として、衝突点２０、２６のＸ軸２０に沿った間隔６２は、Ｙ軸２２に沿った間隔６４に概ね等しくなる。
Ｘ軸に沿った間隔６２は、Ｙ軸に沿った間隔６４に概ね等しいため、平面ワークピース２００、レーザビーム２６、２８、光学部４０、および／または位置決め光学部２９を再配向する必要なく、概ね等しい間隔を有する概ね平行な切削１２、１４をＸ軸２０および／またはＹ軸２２に沿って作成することができる。したがってソー切削ゾーン６６（陰影部）は、図３に示されているように切削１２、１４によって画定される。

図１の実施例では、第１のアクチュエータ３４は、Ｙ軸２２に沿ってステージ２３を移動させて、Ｙ軸２２に沿って平行切削を刻む。第２のアクチュエータ３６は、Ｘ軸２０に沿って位置決め光学部２９を移動させて、Ｘ軸２０に沿って平行切削を刻む。本明細書では、アクチュエータ３４、３６を駆動するモータは、リニアモータ、ブラシレスリニアモータ、検流計、可動磁石検流計、この種の任意の好適な作動機構、またはそれらの任意の組合せとすることができることを意図している。

第２の好ましい構成のＸ＆Ｙ二次元切削装置１０Ａが、図４に示されている。第２の好ましい実施形態では、レーザ装置２４Ａは、アクチュエータ３６Ａに取り付けられる。この構成では、アクチュエータ３６Ａは、位置決め光学部２９Ａに加えてレーザ装置２４Ａ全体を移動させる。
ここで図５を参照すると、図１の装置１０を使用するＸ＆Ｙ二次元切削方向加工についての工程が示されている。この工程は、ステップ１００で、第１および第２の衝突点でワークピースに衝突するように第１のビームおよび第２のビームを導くことを含む。その第１および第２の衝突点は、ワークピースのＸおよびＹ軸に対して対角線上に配置される。ステップ１００で、平面ワークピース２００に対する第１のビーム２６および第２のビーム２８の移動、および／または第１のビーム２６および第２のビーム２８に対する平面ワークピース２００の移動が行われる。ステップ１０４で、第１のビーム１４の切削１２を制御する。ステップ１０６で、第２のビームの切削１４を制御する。

本実施例によると、ステップ１０４は、第２のビーム２８の切削１４の第１の端部４８に対して第１のビーム２６の切削１２の第１の端部４６を位置合わせすること、および／または第２のビーム２８の切削１４の第２の端部５２に対して第１のビーム２６の切削１２の第２の端部５０を位置合わせすることを含む。さらに本実施例によると、ステップ１０６は、切削１２の第１の端部４６に対して切削１４の第１の端部４８を位置合わせすること、および／または切削１２の第２の端部４８に対して切削１４の第２の端部５０を位置合わせすることを含む。

ステップ１０８での回答が、さらなる切削１２、１４が望ましいまたは必要であるという場合、工程は、ステップ１００に戻って繰り返す。さらなる切削１２、１４が望ましくないまたは必要ではない場合、工程は、ステップ１１０で終了する。
本発明について、現在最も実用的で好ましい実施形態であると考えられるものに関連して説明したが、本発明は、開示された実施形態に限定されるものではなく、その一方で添付の特許請求項の主旨および範囲内に含まれる様々な修正形態および均等な構成を包含することを意図するものであり、この範囲には、法律の下で許可されるようなすべてのこの種の修正形態および均等の構成を包含するように最も広い解釈が与えられるべきであるということを理解されたい。

本明細書に記載の実施形態によるＸ＆Ｙ二次元切削装置の概略斜視図である。 本明細書に記載のワークピース上の一対のレーザ衝突点を示すワークピースの簡略化した平面図である。 ワークピース上に平行に刻まれた切削を示すワークピースの簡略化した平面図である。 本明細書に記載のアクチュエータに関連するレーザ装置を有するＸ＆Ｙ二次元切削装置の構成の簡略化した斜視図である。 図１の装置を使用して実行可能な工程のブロックダイアグラムである。 従来技術によるワークピース上のビームの位置決めを示すワークピースの簡略化した平面図である。

Claims (15)

1. 平面ワークピース上に一対の平行切削を刻むためのＸ＆Ｙ二次元切削装置であって、前記ワークピースの平面がＸ軸およびＹ軸に対して配向されている装置において、
   第１のビームおよび第２のビームを含む少なくとも２つのビームを発生させるレーザ装置であって、前記第１のビームおよび前記第２のビームは第１および第２の衝突点で前記ワークピースに衝突し、前記第１および第２の衝突点は前記ワークピースの前記ＸおよびＹ軸に対して対角線上に配置されるレーザ装置と、
   前記第１および第２の衝突点を移動させて一対の平行切削を刻むように作動する少なくとも１つのアクチュエータと
   を備えることを特徴とする装置。
2. 前記レーザ装置が、
   前記第１のビームを制御するための第１のシャッタと、
   前記第２のビームを制御するための第２のシャッタと
   を備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記第１のビームによって作成された切削の第１の端部と、前記第２のビームによって作成された切削の第１の端部との位置合わせ、および前記第１のビームによって作成された前記切削の第２の端部と、前記第２のビームによって作成された前記切削の第２の端部との位置合わせのうちの少なくとも１つを行うためのコントローラをさらに備えることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 前記アクチュエータが前記ワークピースを移動させることを特徴とする請求項１記載の装置。
5. 前記レーザビームの方向を前記ワークピースに変更するための位置決め光学部と、前記位置決め光学部を移動させるための第２のアクチュエータとをさらに備えることを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 前記レーザ装置が、少なくとも１つのダイオード励起レーザを備えることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 平面ワークピース上に一対の平行切削を刻むための第１のビームおよび第２のビームを含む少なくとも２つのビームを発生させるレーザ装置のためのＸ＆Ｙ二次元切削装置であって、前記ワークピースの平面がＸ軸およびＹ軸を有する装置において、
   第１および第２の衝突点で前記ワークピースに衝突するように前記第１のビームおよび前記第２のビームを導くための位置決め光学部であって、前記第１および第２の衝突点は前記ワークピースの前記ＸおよびＹ軸に対して対角線上に配置される位置決め光学部と、
   前記第１および第２の衝突点を移動させて一対の平行切削を刻むように作動する少なくとも１つのアクチュエータと
   を備えることを特徴とする装置。
8. 前記第１のビームを制御するための第１のシャッタと、
   前記第２のビームを制御するための第２のシャッタと
   をさらに備えることを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 前記第１のビームによって作られた切削の第１の端部と、前記第２のビームによって作られた切削の第１の端部との位置合わせ、および前記第１のビームによって作られた前記切削の第２の端部と、前記第２のビームによって作られた前記切削の第２の端部との位置合わせのうちの少なくとも１つを行うために前記第１および第２のシャッタを動作させるためのコントローラをさらに備えることを特徴とする請求項７記載の装置。
10. 前記衝突点を位置決めするためのミラーおよびレンズのうちの少なくとも１つをさらに備えることを特徴とする請求項７記載の装置。
11. 前記レーザ装置が前記少なくとも１つのアクチュエータから離れて配置されることを特徴とする請求項７記載の装置。
12. 前記レーザ装置が前記少なくとも１つのアクチュエータの少なくとも１つに取り付け可能であることを特徴とする請求項７記載の装置。
13. 少なくとも第１のビームおよび第２のビームを発生させるレーザ装置を使用して、Ｘ軸およびＹ軸に沿って配向された平面ワークピース上に一対の平行切削を刻むための方法であって、
    第１および第２の衝突点で前記ワークピースに衝突するように前記第１のビームおよび前記第２のビームを導くステップであって、前記第１および第２の衝突ポイントは前記ワークピースの前記ＸおよびＹ軸に対して対角線上に配置されるステップと、
    前記ワークピースに対する前記衝突点、および前記衝突点に対する前記ワークピースのうちの少なくとも１つを移動させるステップと、
    前記第１のビームの切削を制御するステップと、
    前記第２のビームの切削を制御するステップと
    を含むことを特徴とする方法。
14. 前記第１のビームの切削を制御する前記ステップが、前記第１のビームの前記切削の第１の端部と、前記第２のビームの前記切削の第１の端部との位置合わせ、および前記第１のビームの前記切削の第２の端部と、前記第２のビームの前記切削の第２の端部との位置合わせのうちの少なくとも１つを行うステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
15. 前記第２のビームの切削を制御する前記ステップが、前記第１のビームの前記切削の第１の端部に対する前記第２のビームの前記切削の第１の端部の位置合わせ、および前記第１のビームの前記切削の第２の端部に対する前記第２のビームの前記切削の第２の端部の位置合わせのうちの少なくとも１つを行うステップを含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。

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