JP5274966B2 - 加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエーハを加工する加工装置に関し、特に、加工装置のアライメント撮像部の機構に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円盤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（切断予定ライン）によって複数の領域が区画され、区画された各領域にＩＣ，ＬＳＩ等のデバイスが形成されている半導体ウエーハを、ストリートに沿って切断することによってデバイス毎に分割して個々の半導体チップを製造している。

半導体ウエーハのストリートに沿った切断は、通常ダイサーと称されている切削装置によって行われる。切削装置によるダイシング方法の他に、半導体ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザを用いるレーザダイシング方法も開発されている。

このレーザダイシング方法では、半導体ウエーハ等の被加工物（ワーク）に対して透過性を有する波長のパルスレーザを被加工物の内部に集光点を合わせてストリートに沿って照射することで被加工物内部に変質層を形成し、変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で個々のチップに分割する（例えば、特許第３４０８８０５号公報、特開平１０−３０５４２０号公報参照）。

これらの加工装置を用いて被加工物を加工する際には、被加工物の表面（回路パターンが形成されている面）を上向きにしてチャックテーブル上に被加工物を載置し、チャックテーブルの上方に配設された可視光カメラ等の撮像手段を含むアライメント手段でストリートを検出してアライメントを実施し、切削ブレード又はレーザ照射ヘッドをストリートに位置付けることで加工を実施している。

ところが、被加工物の表面を下向きに裏面を上向きにしてチャックテーブル上に被加工物を載置して加工を施す場合がある。例えば、サファイア基板上に発光デバイスを形成したＬＥＤチップ等をレーザで加工する際には、発光デバイス層の特性を劣化させる恐れがあるため、デバイスが形成されていない裏面側からレーザビームを入射させることが好ましい。

また、表面に微細な構造物が形成された一部のＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムズ）では、ブレードダイシングによる加工中の切削水が表面の構造物を破損させる恐れがあるため、構造物側を保持テープに貼着して裏面側から加工する場合がある。

さらに、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像デバイス等、デバイス上に切削屑が付着することでデバイス不良となってしまう被加工物をブレードダイシングする場合においても、同様に表面を保持テープに貼着して裏面側から加工する場合がある。

そこで、このように回路パターンやストリートの形成面を下向きに保持して裏面側から加工する場合でも、アライメントを実施可能とする方法としてＩＲカメラを用いる方法が提案されている（特開平６−２３２２５５号公報及び特開平１０−３１２９７９号公報）。
特許第３４０８８０５号公報 特開平１０−３０５４２０号公報 特開平６−２３２２５５号公報 特開平１０−３１２９７９号公報

ところが、アライメントパターンのある層の上にメタル層のように光を透過しない層を有する被加工物を加工する場合や、裏面にメタル層を有する被加工物を裏面から加工する場合は、メタル層側からＩＲカメラで撮像してもアライメントパターン又はストリートを検出することはできず、アライメントを実施することは不可能である。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加工手段と撮像対象物の間に光を透過しない層が存在する被加工物を表面を下向きにチャックテーブル上に載置して裏面側から加工する場合においても、被加工物の構造や材質に影響されることなくアライメントを実施可能な加工装置を提供することである。

本発明によると、ベースを有する加工装置であって、被加工物を吸引保持する透明体から形成された保持パッドを有する保持テーブルと、該保持テーブルに保持された被加工物を加工する加工手段と、前記保持テーブルと前記加工手段とを該保持テーブルの表面に平行なＸ軸方向及び該Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向に相対的に送る加工送り手段と、前記保持テーブルに保持された被加工物を、前記透明保持パッドを通して撮像する該保持パッドより下方位置となるように前記ベースに取り付けられた撮像手段と、前記保持テーブルを回転可能に支持する前記加工送り手段上に搭載された支持ボックスと、を具備し、前記保持テーブルは、前記保持パッドと、該保持パッドを支持する環状支持部材を含み、前記支持ボックスは、前記保持テーブルの前記環状支持部材が回転可能に嵌合される開口を有する上板と、前記加工送り手段上に載置される下板と、該支持ボックス外周の少なくとも一部に撮像手段進入開口部を画成するように前記上板と前記下板とを連結する連結板とを含み、前記保持パッドは、複数の吸引路を有する吸引路形成領域と、吸引路の形成されていない吸引路非形成領域とを有し、被加工物を撮像する際には、前記保持テーブルが前記加工送り手段によって移動されることで、前記撮像手段が該撮像手段進入開口部を通して前記支持ボックス中に進入して前記保持テーブルの直下に位置付けられ、該吸引路非形成領域を通して前記撮像手段で被加工物の撮像を行うことを特徴とする加工装置が提供される。

好ましくは、保持パッドは、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、サファイア、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウムから成る群から選択される物質から構成される。好ましくは、保持パッドの吸引路非形成領域は十字形状をしている。

本発明によると、被加工物の構造や材質に影響されることなく全ての被加工物についてアライメントを実施可能な加工装置を提供することができる。撮像手段はべ−ス上に取り付けられており、分割予定ライン検出時のみ保持テーブルが加工送り手段によって撮像手段上に位置付けられるため、煩雑な構造を必要とせず、装置のコンパクト化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は、チャックテーブル（保持テーブル）の下からウエーハを撮像する本発明の撮像手段（第１撮像手段）を具備したレーザ加工装置の概略構成図を示している。

レーザ加工装置２は、静止基台４上にＸ軸方向に移動可能に搭載された第１スライドブロック６を含んでいる。第１スライドブロック６は、ボールネジ８及びパスルモータ１０から構成されるＸ軸送り手段１２より一対のガイドレール１４に沿ってＸ軸方向に移動される。

第１スライドブロック６上には支持ボックス１６がＹ軸方向に移動可能に搭載されている。支持ボックス１６はボールネジ１８及びパルスモータ２０から構成されるＹ軸送り手段（割り出し送り手段）２２により一対のガイドレール２４に沿ってＹ軸方向に移動される。

支持ボックス１６上にはチャックテーブル２８が回転可能に搭載されている。図２に最もよく示されるように、支持ボックス１６は概略Ｕ形状に形成されており、上板１６ａと、ガイドレール２４上に搭載される下板１６ｂと、上板１６ａ及び下板１６ｂを連結する連結板１６ｃを含んでいる。上板１６ａにはチャックテーブル２８の後述する嵌合凸部が回転可能に装着される円形開口１７が形成されている。

チャックテーブル２８は環状支持部材６２と、保持パッド７４とを含んでいる。環状支持部材６２は、嵌合凸部６４と、嵌合凸部６４より大径のベルト巻回部６６と、嵌合凸部６４と概略同一径の環状収容部６８を含んでいる。

環状収容部６８は保持パッド７４の外形と概略同一の内径６８ａ（図４参照）を有しており、環状収容部６８の内側底部には保持パッド７４を支持する環状支持部７０が形成されている。

保持パッド７４は、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、サファイア、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム等の透明物質から形成されており、その表面（保持面）７４ａに開口する多数の細孔７６を有している。

図４を参照すると明らかなように、各細孔７６は吸引溝７８に連通しており、環状支持部材６２の環状支持部７０には保持パッド７４の吸引溝７８に連通する連通路７２が形成されている。連通路７２は真空吸引源８０に接続されている。

保持パッド７４を環状支持部材６２の環状支持部７０上に搭載し、環状支持部材６２の嵌合凸部６４を支持ボックス１６の円形開口１７中に嵌合すると、図３に示すようにチャックテーブル２８が支持ボックス１６に回転可能に搭載された状態となる。

支持ボックス１６の連結板１６ｃにはモーター２６が取り付けられており、モーター２６の出力軸に連結されたプーリー２７と環状支持部材６２のベルト巻回部６６とに渡りベルト３０が巻回されている。モーター２６を駆動すると、ベルト３０を介してチャックテーブル２８が回転される。

モーター２６は例えばパルスモータから構成され、アライメント遂行時にモーター２６を所定パルスで駆動すると、チャックテーブル２８が所定量回転（θ回転）されて、図１に示したウエーハ１の分割予定ライン（ストリート）３のアライメントを行うことができる。

支持ボックス１６の上板１６ａには、複数（本実施形態では４個）のフレーム支持台２９が形成されており、これらのフレーム支持台２９で後で説明する環状フレームを支持する。

再び図１を参照すると、Ｘ軸送り手段１２及びＹ軸送り手段２２により加工送り手段２３を構成する。よって、チャックテーブル２８は、加工送り手段２３によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。

静止基台４にはコラム３２が立設されており、このコラム３２にはレーザビーム発振手段３４を収容したケーシング３５が取り付けられている。レーザビーム発振手段３４から発振されたレーザビームは、ケーシング３５の先端に取り付けられた集光器（レーザ照射ヘッド）３６の対物レンズによって集光されて、チャックテーブル２８に保持されている半導体ウエーハ等の被加工物（ワーク）に照射される。

ケーシング３５の先端部には、集光器３６とＸ軸方向に整列してレーザビームによりレーザ加工すべき加工領域を検出する第２撮像手段３８が配設されている。第２撮像手段３８は、可視光によって撮像する通常のＣＣＤ等の撮像素子の他に、ワークに赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、この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赤外線ＣＣＤ等の撮像素子から構成される赤外線撮像手段を含んでおり、撮像した画像はコントローラ４０に送信される。

コントローラ４０はコンピュータによって構成されており、制御プログラムによって演算処理をする中央処理装置（ＣＰＵ）４２と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）４４と、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）４６と、カウンタ４８と、入力インタフェース５０と、出力インタフェース５２とを備えている。

５６は案内レール１４に沿って配設されたリニアスケール５４と、第１スライドブロック６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出手段であり、加工送り量検出手段５６の検出信号はコントローラ４０の入力インタフェース５０に入力される。

６０はガイドレール２４に沿って配設されたリニアスケール５８と、第２スライドブロック１６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出手段であり、割り出し送り量検出手段６０の検出信号はコントローラ４０の入力インタフェース５０に入力される。

第２撮像手段３８で撮像した画像信号はコントローラ４０の入力インタフェース５０に入力される。一方、コントローラ５０の出力インタフェース５２からはパルスモータ１０、パルスモータ２０、レーザビーム発振手段３４等に制御信号が出力される。

レーザ加工装置２のベース４の所定箇所には、チャックテーブル２８に保持された半導体ウエーハ等の被加工物を透明保持パッド７４の下側から撮像する撮像手段（第１撮像手段）８２が取り付けられている。

図５に示すように、撮像手段８２は低倍率カメラ８６及び高倍率カメラ８８を有するカメラユニット８４を含んでいる。カメラユニット８４の側面にはカメラユニット８４での撮像時に撮像箇所を照明するための２個の照明装置９０，９２が取り付けられている。

カメラユニット８４は支持プレート９４により支持され、支持プレート９４の基端部はＺ軸移動ブロック９８に固定されている。レーザ加工装置２のベース４にはコラム９６が立設されており、ボール螺子１００及びパルスモータ１０２から構成されるＺ軸移動手段１０４により、撮像手段８２を構成するカメラユニット８４は一対のガイドレール１０６に沿ってＺ軸方向（上下方向）に移動される。

図６を参照すると、レーザ加工装置２による加工対象である半導体ウエーハ１の表面側斜視図が示されている。ウエーハ１の表面１ａには格子状に形成されたストリート（分割予定ライン）より区画された各領域にデバイス５が形成されている。各デバイス５にはアライメント時に検出対象となるターゲットパターン７が形成されている。

図１に示したレーザ加工装置２による加工では、ウエーハ１はその表面１ａ側を下にしてダイシングテープ（粘着テープ）Ｔに貼着され、ダイシングテープＴの外周部は図７に示すように環状フレームＦに貼着される。よって、半導体ウエーハ１はその裏面１ｂを上にして図７の状態でチャックテーブル２８上に搭載される。

図８を参照すると、ダイシングテープＴを介して環状フレームＦに搭載された他の種類の半導体ウエーハ１Ａの裏面側斜視図が示されている。半導体ウエーハ１Ａの裏面にはメタル層９が形成されている。よって、このような半導体ウエーハ１Ａのターゲットパターン７の撮像は第２撮像手段３８がＩＲカメラを含んでいても不可能である。

しかし、第１撮像手段８２はチャックテーブル２８より下側に配設されていて、チャックテーブル２８の透明保持パッド７４を介して半導体ウエーハ１Ａを撮像するため、裏面にメタル層９を有する半導体ウエーハ１Ａでもターゲットパターン７を容易に撮像することができる。

本発明の加工装置の加工対象となる被加工物（ワーク）は、図６乃至図８に示した半導体ウエーハ等に限定されるものではなく、チップ実装用としてのウエーハの裏面に設けられるＤＡＦ（ダイ・アタッチ・フィルム）等の粘着部材、或いは半導体製品のパッケージ、セラミック、ガラス系又はシリコン系の基板、各種電子部品、各種ドライバ、更には、ミクロンオーダーの精度が要求される各種加工材料を挙げることができる。

図９を参照すると、支持ボックス及びチャックテーブル部分の一部断面側面図が示されている。支持ボックス１６は概略Ｕ形状をしているため、上板１６ａと下板１６ｂを連結する連結板１６ｃの反対側に撮像手段進入開口部１９が画成されている。この図では、加工送り手段２３は概略的に示されている。

図１０は図９のＡ部分の拡大一部断面図であり、半導体ウエーハ１はその表面１ａを下側にしてダイシングテープＴに貼着され、環状フレームＦがフレーム載置台２９上に載置されている。

上述したように、チャックテーブル２８の保持パッド７４はガラス等の透明物質から形成されており、複数の細孔７６及び吸引溝７８を有している。吸引溝７８は環状支持部材６２に形成された連通路７２を介して真空吸引源８０に接続されている（図４参照）。

図１１に示すように、保持パッド７４は、細孔又は吸引溝等の複数の吸引路が形成された吸引路形成領域７４ａと、吸引路の形成されていない十字形状の吸引路非形成領域７４ｂと、吸引路の形成されていない外周領域７４ｃとを有している。第１撮像手段８２によるターゲットパターンの撮像は、ターゲットパターンをクリアに捕らえるために、吸引路非形成領域７４ｂを通して行うのが好ましい。

図１２を参照すると、他の実施形態の保持パッド７４Ａの縦断面図が示されている。保持パッド７４Ａはガラス等の透明物質から形成されており、複数の横方向吸引溝７５と横方向吸引溝７５に直交する複数の縦方向吸引溝７７を有している。７９は連通路７２に接続する吸引溝である。

以下、第１撮像手段８２を利用したアライメント作業について説明する。図９に示すように、フレーム載置台２９上に環状フレームＦを載置し、真空吸引源８０を作動してチャックテーブル２８の保持パッド７４により半導体ウエーハ１を吸引保持する。

この状態で、Ｘ軸送り手段１２及びＹ軸送り手段２２を駆動して、図９に示すように第１撮像手段８２を撮像手段進入開口部１９を通して支持ボックス１６内に進入させ、第１撮像手段８２を半導体ウエーハ１の直下に位置付ける。

第１撮像手段８２が切削加工すべきストリートを検出するアライメントの際のパターンマッチングに用いる画像は、切削加工前に予め取得しておく必要がある。そこで、チャックテーブル２８に保持された半導体ウエーハ１の直下に第１撮像手段８２が位置付けられると、照明装置９０又は９２が点灯されて半導体ウエーハ１を下から照明し、低倍率カメラ８６又は高倍率カメラ８８で透明保持パッド７４を通して半導体ウエーハ１の表面を撮像し、撮像した画像を図示しないＬＣＤ等のディスプレイに表示させる。

レーザ加工装置２のオペレータは、図示しない操作パネルを操作することにより、Ｘ軸送り手段１２又はＹ軸送り手段２２を駆動して、パターンマッチングのターゲットとなるターゲットパターン７を探索する。

オペレータがターゲットパターン７を決定すると、そのターゲットパターンを含む画像がレーザ加工装置２のコントローラ４０に備えたＲＡＭ４６に記録される。また、そのターゲットパターン７とストリート３の中心線との距離を座標値等によって求め、その値もＲＡＭ４６に記憶させておく。また、隣り合うストリートとストリートとの間隔（ストリートピッチ）を座標値等によって求め、ストリートピッチの値についてもコントローラ４０のＲＡＭ４６に記憶させておく。

半導体ウエーハ１のストリート３に沿った切断の際には、記憶させたターゲットパターンの画像と実際に第１撮像手段８２により撮像されて取得した画像とのパターンマッチングを実施する。このパターンマッチングは、Ｘ軸方向に伸長する同一ストリート３に沿った互いに離間したＡ点及びＢ点の二点で実施する。

Ａ点でのパターンマッチングが完了すると、チャックテーブル２８をＸ軸方向に移動させてＡ点とＸ軸方向に相当離れたＢ点でのパターンマッチングを行う。この時、Ａ点からＢ点まで一気に移動してパターンマッチングを行うのではなく、Ｂ点への移動途中の複数箇所で必要に応じてパターンマッチングを実施して、Ｙ軸方向のずれを補正すべくモーター２６を駆動してチャックテーブル２８を僅かに回転させてθ補正を行って、最終的にＢ点でのパターンマッチングを実施する。

Ａ点及びＢ点でのパターンマッチングが完了すると、二つのターゲットパターン７を結んだ直線はストリート３と平行となったことになり、ターゲットパターン７とストリート３の中心線の距離分だけチャックテーブル２８をＹ軸方向に移動させることにより、切削しようとするストリート３と集光器（レーザ照射ヘッド）３６との位置合わせを行い、アライメントが完了する。

第１撮像手段８２を支持ボックス１６内に進入させる際に、支持ボックス１６の連結板１６ｃに第１撮像手段８２が接触するのを防止するために、例えば株式会社東京センサ製のテープスイッチを連結板１６ｃの内面に貼付するのが好ましい。このテープスイッチは、導通によって接触を検知する接触防止機構を構成する。

本発明の加工装置は図１に示したレーザ加工装置２に限定されるものではなく、図１３に示したような切削装置（ダイシング装置）１１０にも本発明の第１撮像手段８２を同様に適用可能である。

切削装置１１０のベース４には垂直コラム１１２が立設されており、この垂直コラム１１２に切削ユニット（切削手段）１１４がＺ軸方向に移動可能に搭載されている。即ち、切削ユニット１１４のハウジング１１６は、ボール螺子１２０及びパルスモータ１２２から構成されるＺ軸送り手段１２４により一対のガイドレール１２６に沿ってＺ軸方向に移動される。

ハウジング１１６中には図示しないスピンドル及びスピンドルを回転駆動するモーターが収容されており、スピンドルの先端には切削ブレード１１８が着脱可能に装着されている。本実施形態の他の構成は、図１に示したレーザ加工装置２と同様であるのでその説明を省略する。

本発明第１実施形態のレーザ加工装置の概略斜視図である。 支持ボックス及びチャックテーブル部分の分解斜視図である。 支持ボックス上に搭載されたチャックテーブルの斜視図である。 チャックテーブルの分解断面図である。 第１撮像手段及びその支持構造の斜視図である。 半導体ウエーハの表面側斜視図である。 ダイシングテープを介して環状フレームに搭載された半導体ウエーハの裏面側斜視図である。 ダイシングテープを介して環状フレームに搭載された裏面にメタル層を有する半導体ウエーハの裏面側斜視図である。 支持ボックス上に搭載されたチャックテーブルの一部断面側面図である。 図９のＡ部分の一部断面拡大図である。 保持パッドの平面図である。 保持パッドの他の実施形態の縦断面図である。 本発明第２実施形態の切削装置の概略斜視図である。

符号の説明

１ 半導体ウエーハ
２ レーザ加工装置
５ デバイス
７ ターゲットパターン
９ メタル層
１２ Ｘ軸送り手段
１６ 支持ボックス
２２ Ｙ軸送り手段
２３ 加工送り手段
２６ モータ
２８ チャックテーブル
３４ レーザビーム発振手段
３６ 集光器（レーザー照射ヘッド）
３８ 第２撮像手段
６２ 環状支持部材
７４ 保持パッド
８２ 第１撮像手段
８４ カメラユニット
１１０ 切削装置
１１８ 切削ブレード

Claims (6)

1. ベースを有する加工装置であって、
   被加工物を吸引保持する透明体から形成された保持パッドを有する保持テーブルと、
   該保持テーブルに保持された被加工物を加工する加工手段と、
   前記保持テーブルと前記加工手段とを該保持テーブルの表面に平行なＸ軸方向及び該Ｘ軸方向に垂直なＹ軸方向に相対的に送る加工送り手段と、
   前記保持テーブルに保持された被加工物を、前記透明保持パッドを通して撮像する該保持パッドより下方位置となるように前記ベースに取り付けられた撮像手段と、
   前記保持テーブルを回転可能に支持する前記加工送り手段上に搭載された支持ボックスと、を具備し、
   前記保持テーブルは、前記保持パッドと、該保持パッドを支持する環状支持部材を含み、
   前記支持ボックスは、前記保持テーブルの前記環状支持部材が回転可能に嵌合される開口を有する上板と、前記加工送り手段上に載置される下板と、該支持ボックス外周の少なくとも一部に撮像手段進入開口部を画成するように前記上板と前記下板とを連結する連結板とを含み、
   前記保持パッドは、複数の吸引路を有する吸引路形成領域と、吸引路の形成されていない吸引路非形成領域とを有し、
   被加工物を撮像する際には、前記保持テーブルが前記加工送り手段によって移動されることで、前記撮像手段が該撮像手段進入開口部を通して前記支持ボックス中に進入して前記保持テーブルの直下に位置付けられ、該吸引路非形成領域を通して前記撮像手段で被加工物の撮像を行うことを特徴とする加工装置。
2. 前記撮像手段を、前記保持パッドに対して垂直な方向に移動させる撮像送り手段を更に具備した請求項１記載の加工装置。
3. 前記保持パッドの前記吸引路非形成領域は十字形状である請求項１又は２記載の加工装置。
4. 前記保持テーブルに保持された被加工物を、前記保持パッドの上方から撮像する第２撮像手段を更に具備した請求項１〜３の何れかに記載の加工装置。
5. 前記保持パッドは、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、サファイア、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化マグネシウムから成る群から選択される物質から構成される請求項１〜４の何れかに記載の加工装置。
6. 前記加工手段はレーザ照射ヘッド又は切削ブレードの何れかを含む請求項１〜５の何れかに記載の加工装置。

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