JP6196884B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、板状ワークをレーザ加工するレーザ加工装置に関し、特に、半導体ウェーハ等の板状ワークにおける分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射して加工するレーザ加工装置に関する。

表面に複数のデバイスが形成された板状ワークとなるウェーハは、表面を区画する分割予定ラインに沿って分割されることで、個々のデバイスチップに分割される。このようなウェーハを分割する装置としては、例えば、特許文献１及び２に開示された切削装置が知られている。

特許文献１の切削装置は、ウェーハを保持するチャックテーブルと、ウェーハを分割予定ラインに沿って切削する回転ブレードとを備えている。また、切削装置は、基台上にそれぞれ設置される加工送り手段及び割り出し送り手段を備えている。

チャックテーブルでは、格子状に形成される分割予定ラインをＸ方向及びＹ方向に平行とした状態でウェーハが保持される。加工送り手段は、チャックテーブルをＸ方向に加工送りし、この加工送り中に回転する回転ブレードをウェーハに接触させることで、Ｘ方向に延びる分割予定ラインに沿って加工ラインが形成される。割り出し送り手段は、回転ブレードをＹ方向に割り出し送り可能に設けられ、加工ラインが形成される毎に分割予定ラインの間隔分だけ回転ブレードを割り出し送りする。これにより、ウェーハにおいて、Ｙ方向に並ぶ複数の分割予定ラインに加工ラインが順次形成される。

ここで、加工ラインの形成にあっては、分割予定ラインの位置に一致するよう加工位置の精度を高めることが求められる。そこで、特許文献２の切削装置では、回転ブレードに対してＸ方向に並ぶ位置にＣＣＤカメラからなる撮像手段を設けている。撮像手段は、回転ブレードによって形成された加工ラインと分割予定ラインとを撮像し、その撮像結果から、加工ライン及び分割予定ラインのＹ方向における差（離間距離）を測定する。そして、測定した差に応じた移動量、割り出し送り手段によってＹ方向に回転ブレードを移動することで、分割予定ラインに対して加工ラインが一致するように補正される。

特開２００１−３０８０３４号公報 特許第２５０１９７０号公報

しかしながら、特許文献１及び２の切削装置では、割り出し送り手段を構成する送りねじやスライダ等に歪みが生じて割り出し送り方向が傾いたり曲がったりし、回転ブレードの加工送り方向に対して割り出し送り方向が直交しなくなる場合がある。このため、分割予定ラインと加工ラインとが一致するように補正しても、かかる補正後の切削加工で加工ラインが分割予定ラインから離脱し、ウェーハへの加工精度が低下するという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、割り出し送り手段による割り出し送り方向の角度が変化しても、加工精度が低下することを抑制することができるレーザ加工装置を提供することを目的とする。

本発明のレーザ加工装置は、分割予定ラインを備えた板状ワーク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板状ワークの分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射するレーザ発振器を備えたレーザ加工手段と、レーザ発振器から加工送り方向に離間して配設され、チャックテーブルに保持された板状ワークの分割予定ラインをレーザ発振器でレーザ加工した加工ラインを撮像する撮像カメラと、チャックテーブルを加工送り方向となるＸ方向に加工送りする加工送り手段と、加工送り手段を下方から支持し、割り出し送り方向となるＹ方向に割り出し送りする割り出し送り手段と、を備えるレーザ加工装置であって、割り出し送り手段による割り出し送りでチャックテーブル及び加工送り手段の移動方向がＹ方向に対して角度変化した場合、割り出し送り手段の移動範囲において、割り出し送り手段による複数の割り出し停止位置それぞれに対して撮像カメラで撮像し、撮像カメラの撮像結果から、複数の割り出し停止位置でレーザ発振器が板状ワークをレーザ加工した被加工点と、分割予定ラインとのＹ方向における差を認識する認識部と、複数の割り出し停止位置それぞれに対し認識部が認識するＹ方向における差を補正値として記憶する記憶部と、記憶部に記憶される補正値に基づいてそれぞれの割り出し停止位置での加工ラインの位置を補正するよう割り出し送り手段の駆動を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、複数の割り出し停止位置それぞれの補正値を求め、それぞれの割り出し停止位置で加工ラインの位置を補正する制御を行うので、割り出し送り方向が変化しても、複数の分割予定ラインに対して加工ラインを一致させることができる。これにより、板状ワークの加工精度を良好に維持することができ、ひいては、加工された製品の品質等を高めることができる。しかも、割り出し送り手段が加工送り手段を下方から支持するので、それぞれが異なる位置に設置される場合に比べ、割り出し送りと加工送りとの相対角度を容易に維持することができ、これによっても、加工精度向上を図ることができる。

また、本発明の上記レーザ加工装置において、記憶部が割り出し送り手段による所定の割り出し停止位置に対する補正値を記憶していない場合、記憶部が記憶する複数の補正値の中から、所定の割り出し停止位置に最も近い２つの補正値と直線補間法とを用いて、所定の割り出し停止位置での補正値を算出する算出部を備えているとよい。この構成では、補正値を求めた割り出し送り停止位置に対し、レーザ加工する割り出し送り停止位置の本数や位置が異なっていても、各割り出し送り停止位置に対して補正値をそれぞれ求めて加工ラインの形成位置を補正することができる。

本発明によれば、それぞれの割り出し停止位置で加工ラインの軌跡を補正する制御を行うので、割り出し送り手段による割り出し送り方向の角度が変化しても、加工精度が低下することを抑制することができる。

本実施の形態に係るレーザ加工装置の概略斜視図である。 本実施の形態に係るレーザ加工装置の平面図である。 ウェーハの平面図である。 チャックテーブルの移動方向が角度変化した場合の説明用平面図である。 チャックテーブルの移動方向が角度変化した場合の説明用平面図である。 図５の視野内を拡大した説明図である。

以下、本実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係るレーザ加工装置の概略斜視図である。図２は、本実施の形態に係るレーザ加工装置の平面図である。図１及び図２に示すように、レーザ加工装置１は、レーザ光線を照射するレーザ加工手段２と、板状ワークとしてのウェーハＷを保持したチャックテーブル３とを相対移動させて、ウェーハＷを加工するように構成されている。

レーザ加工装置１は、直方体状の基台４を有している。基台４の上面には、チャックテーブル３をＸ方向及びＹ方向に移動するチャックテーブル移動機構５が設けられている。チャックテーブル移動機構５の後方には、立壁部４１が立設されている。立壁部４１の前面からはアーム部４２が突出しており、アーム部４２にはチャックテーブル３に対向するようにレーザ加工手段２及び撮像カメラ６が支持されている。

チャックテーブル移動機構５は、基台４の上面に配設された割り出し送り手段５１と、割り出し送り手段５１の上部に配設された加工送り手段５２とを備えている。加工送り手段５２は、割り出し送り手段５１に下方から支持されている。

割り出し送り手段５１は、基台４の上面に配置されたＹ方向に平行な一対のガイドレール５１ａと、一対のガイドレール５１ａにスライド可能に設置されたＹ軸テーブル５１ｂとを有している。Ｙ軸テーブル５１ｂの下面側には、図示しないナット部が形成され、このナット部にボールネジ５１ｃが螺合されている。ボールネジ５１ｃの一端部には、駆動モータ５１ｄが連結されている。Ｙ軸テーブル５１ｂ、加工送り手段５２及びチャックテーブル３は、駆動モータ５１ｄが回転駆動されることで、割り出し送り方向となるＹ方向に割り出し送りされる。

加工送り手段５２は、Ｙ軸テーブル５１ｂの上面に配置されたＸ方向に平行な一対のガイドレール５２ａと、一対のガイドレール５２ａにスライド可能に設置されたＸ軸テーブル５２ｂとを有している。Ｘ軸テーブル５２ｂ上部には、チャックテーブル３が設けられている。Ｘ軸テーブル５２ｂの下面側には、図示しないナット部が形成され、このナット部にボールネジ５２ｃが螺合されている。ボールネジ５２ｃの一端部には、駆動モータ５２ｄが連結されている。Ｘ軸テーブル５２ｂ及びチャックテーブル３は、駆動モータ５２ｄが回転駆動されることで、加工送り方向となるＸ方向に加工送りされる。

チャックテーブル３は、円板状に形成されており、θテーブル３１を介してＸ軸テーブル５２ｂの上面に回転可能に設けられている。チャックテーブル３の上面には、ポーラスセラミックス材により吸着面が形成されている。チャックテーブル３の周囲には、一対の支持アームを介して４つのクランプ部３２が設けられている。４つのクランプ部３２がエアアクチュエータ（不図示）により駆動されることで、ウェーハＷの周囲のリングフレームＦが四方から挟持固定される。

図３は、ウェーハＷの平面図である。図３に示すように、ウェーハＷは、略円板状に形成されている。ウェーハＷの表面（上面）は、複数の交差する分割予定ラインＳＴによって複数の領域に区画され、この区画された各領域にそれぞれデバイスＤが形成されている。また、図１に戻り、ウェーハＷは、デバイスＤが形成された面を上向きにして、環状のリングフレームＦに張られた粘着シートＳに貼着されている。

レーザ加工手段２は、アーム部４２の先端に設けられたレーザ発振器２１を有している。レーザ発振器２１は、レーザビームを下向きに照射し、チャックテーブル３上に保持されたウェーハＷの分割予定ラインＳＴ（図３参照）をレーザ加工する。レーザ発振器２１によるレーザビームの照射中に、チャックテーブル３をＸ方向に加工送りすることで、分割予定ラインＳＴに所定深さの溝状をなす加工ラインＬ（図３参照）が形成される。

撮像カメラ６は、顕微鏡によって所定倍率に拡大して投影されたウェーハＷの表面領域を視野Ｖ（図４参照）内において撮像可能なＣＣＤカメラ等により構成される。撮像カメラ６は、分割予定ラインＳＴと、加工ラインＬとを撮像し、撮像結果を制御手段７に出力する。

制御手段７は、レーザ加工装置１の各部を統括制御する。制御手段７は、各種処理を実行するプロセッサや、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶媒体を含んで構成される。制御手段７は、たとえば、撮像カメラ６から出力された撮像結果を入力し、その撮像結果に応じ、割り出し送り手段５１及び加工送り手段５２の駆動する方向や駆動量を制御する。

制御手段７の認識部７１において、撮像カメラ６の撮像結果から分割予定ラインＳＴと、加工ラインＬ上となる被加工点とのＹ方向における差（離間距離）を認識する。認識部７１では、撮像結果が複数となる場合、各撮像結果それぞれに対して差を認識する。制御手段７の記憶部７２において、認識部７１が認識するＹ方向における差を補正値として記憶し、差が複数となる場合、各差それぞれに対して補正値を記憶する。制御手段７の制御部７３において、記憶部７２に記憶される補正値に基づいて加工ラインＬの軌跡を補正するよう割り出し送り手段５１の駆動を制御する。制御手段７の算出部７４において、直線補間法の関数式に、記憶部７２に記憶された所定の補正値を代入して所定位置での補正値を算出する。

ここで、本実施の形態のようなレーザ加工装置１にあっては、チャックテーブル３及び加工送り手段５１の移動方向がＹ方向に対して角度変化する歪みが、製品毎に固有に生じる場合がある。具体例としては、図４及び図５に示す状態となる。図４及び図５は、チャックテーブルの移動方向が角度変化した場合の説明用平面図である。なお、図４及び図５では、説明の便宜上、分割予定ラインＳＴを２本の点線で図示し、デバイスＤを省略する。また、符号Ｖで示す円は、撮像カメラ６の視野Ｖであり、符号Ｐで示す点は、レーザ発振器２１のレーザビームの照射位置Ｐである。図４及び図５において、ガイドレール５１ａが図４及び図５に示す矢印Ａ１方向に曲がった状態となり、これに沿って割り出し送り方向も曲がってＹ方向と平行にならない状態となる。この状態では、ウェーハＷに対して複数の加工ラインＬを形成すると、ぞれぞれの加工ラインＬと加工ラインＬが形成された分割予定ラインＳＴとのＹ方向における相対位置が変化することとなる。例えば、図４の位置では、分割予定ラインＳＴの幅方向中心位置に加工ラインＬが形成されるものの、図５の位置では、分割予定ラインＳＴの幅方向中心位置から図５中上方にずれた位置に加工ラインＬが形成される。そこで、本実施の形態では、レーザ加工装置１の出荷時や設置時等において、製品用のウェーハＷに対する加工を行う前に以下に述べる準備工程が行われる。

準備工程は、先ず、図１に示すように、粘着シートＳを介してフレームＦにダミーのウェーハＷが装着されるものとする。ウェーハＷの粘着シートＳ側がチャックテーブル３によって保持され、フレームＦがクランプ部３２に保持される。

ウェーハＷが保持された後、チャックテーブル３がＸ方向及びＹ方向に移動され、撮像カメラ６の直下にウェーハＷが位置付けられる。次いで、撮像カメラ６によってウェーハＷの表面が撮像され、複数の分割予定ラインＳＴのうち少なくとも１本が検出される。そして、撮像カメラ６で検出された分割予定ラインＳＴがＸ方向と平行となるように、θテーブル３１を介してチャックテーブル３が回転される。その後、検出された分割予定ラインＳＴにおけるＸ方向の任意の位置において、分割予定ラインＳＴの幅方向中心位置が、レーザ発振器２１から照射されるレーザビームの照射位置と一致するようにチャックテーブル３が位置付けられる。

次に、レーザ発振器２１からレーザビームを照射しながら、チャックテーブル３がＸ方向に相対移動されることで、Ｘ方向に平行な分割予定ラインＳＴに沿って加工ラインＬがレーザ加工される。このレーザ加工中、Ｘ方向の任意の位置で撮像カメラ６によってウェーハＷ表面を撮像するよう制御手段７の認識部７１で制御される。認識部７１では、撮像カメラ６の視野Ｖの画像が撮像結果として入力される。また、認識部７１では、図５及び図６に示すように、視野Ｖ内での加工ラインＬの任意の被加工点Ｌ１に対し、分割予定ラインＳＴの幅方向（Ｙ方向）両側の形成縁までの距離ｙ１、ｙ２が画像処理等によって求められる。そして、被加工点Ｌ１と、分割予定ラインＳＴの幅方向中心位置ｃとのＹ方向における差をｄとした場合、ｄ＝（ｙ１−ｙ２）／２とする演算を行い、差ｄが認識される。この差ｄは、記憶部７２に出力され、記憶部７２において補正値ｈとして記憶される。

加工ラインＬを１本形成する毎に、分割予定ラインＳＴのＹ方向のピッチ間隔分、ウェーハＷが割り出し送り方向となるＹ方向に移動して停止される。この停止位置は、割り出し送り手段５１の割り出し停止位置とされる。その後、上記と同様の動作を繰り返すことで、Ｘ方向と平行な分割予定ラインＳＴ全てに加工ラインＬが順次加工される。この加工において、割り出し送り手段５１の移動範囲となる全ての加工ラインＬが撮像カメラ６によって撮像され、認識部７１で認識された複数箇所の差ｄが、記憶部７２において補正値ｈとしてそれぞれ記憶される。記憶部７２で記憶される各補正値ｈのデータは、割り出し停止位置となる分割予定ラインＳＴのＹ方向の位置に対応して関連付けられた状態で記憶される。以上により準備工程が完了する。

続いて、準備工程完了後における製品用のウェーハＷのレーザ加工方法について説明する。この加工方法においては、先ず、上記準備工程と同様に、製品用のウェーハＷをチャックテーブル３に保持させる。そして、分割予定ラインＳＴの幅方向中心位置に対しレーザビームの照射位置が一致するようにチャックテーブル３が位置付けられる。この位置付けにおいて、制御部７３によって割り出し送り手段５１の駆動が制御され、対応する分割予定ラインＳＴのＹ方向の位置（割り出し停止位置）に関連付けて記憶部７２に記憶された補正値ｈ分、チャックテーブル３のＹ方向の位置が変位される。これにより、準備工程での加工ラインＬのＹ方向の差ｄが補正され、Ｘ方向に平行な分割予定ラインＳＴの幅方向中心位置に加工ラインＬが一致するようにレーザ加工される。

加工ラインＬを１本形成する毎に、分割予定ラインＳＴのＹ方向のピッチ間隔分、ウェーハＷが割り出し送り方向となるＹ方向に移動して停止される。このようにして、Ｘ方向と平行な分割予定ラインＳＴ全てに加工ラインＬが形成された後、θテーブル３１を介してチャックテーブル３が９０°回転される。すると、格子状の分割予定ラインＳＴのうち、加工ラインＬが未形成の分割予定ラインＳＴがＸ方向と平行とされる。この状態から前述と同様にＸ方向と平行な分割予定ラインＳＴ全てに加工ラインＬが形成され、格子状の分割予定ラインＳＴ全てにおいて加工ラインＬが形成される。

なお、準備工程で用いたウェーハＷとは分割予定ラインＳＴの本数が変更となったウェーハＷを加工する場合、割り出し停止位置となる分割予定ラインＳＴのうち、補正値ｈが関連付けて記憶されていない分割予定ラインＳＴ（以下、「補正値なしラインＳＴ」と称する）が存在することとなる。この場合、算出部７４において、記憶部７２が記憶する複数の補正値ｈの中から、補正値なしラインＳＴにＹ方向で最も近い２つの補正値ｈを検索する。そして、検索された補正値ｈを直線補間法の関数式に代入し、補正値なしラインＳＴの補正値ｈが算出される。

以上のように、本実施の形態に係るレーザ加工装置によれば、割り出し停止位置となる分割予定ラインＳＴそれぞれで加工ラインＬのＹ方向の位置を補正するよう制御することができる。これにより、割り出し送り手段５１の割り出し送り方向が曲がってしまい、Ｙ方向に対して角度変化しても、全ての分割予定ラインＳＴそれぞれに対して加工ラインＬが一致するようレーザ加工することができる。この結果、ウェーハＷに対する加工精度を良好に保つことができ、デバイスＤの品質向上を図ることができる。しかも、割り出し送り手段５１が加工送り手段５２を下方から支持するので、それぞれが基台４の異なる位置に設置される場合に比べ、割り出し送りと加工送りとの相対角度を維持し易くなり、レーザ加工の精度向上に寄与することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記実施の形態の加工対象は、半導体製品のパッケージ、セラミック、ガラス、サファイヤ、シリコン系の基板、各種電気部品やミクロンオーダーの精度が要求される各種加工材料等の板状ワークとしてもよい。

また、割り出し送り方向がＹ方向と平行にならない状態としては、図４及び図５に示す矢印Ａ１方向に曲がる状態の他、矢印Ａ２のようにＳ字状に曲がったりする状態でも、上記実施の形態の要領によって加工ラインＬの軌跡を補正できる。

以上説明したように、本発明は、割り出し送り手段による割り出し送り方向の角度が変化しても、加工精度が低下することを抑制することができるという効果を有し、特に、ウェーハに対して加工ラインをレーザ加工する装置に有用である。

１ レーザ加工装置
２ レーザ加工手段
３ チャックテーブル
６ 撮像カメラ
２１ レーザ発振器
５１ 割り出し送り手段
５２ 加工送り手段
７１ 認識部
７２ 記憶部
７３ 制御部
７４ 算出部
Ｌ 加工ライン
Ｌ１ 被加工点
ＳＴ 分割予定ライン
Ｗ ウェーハ（板状ワーク）

Claims (2)

1. 分割予定ラインを備えた板状ワーク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板状ワークの該分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射するレーザ発振器を備えたレーザ加工手段と、
   該レーザ発振器から加工送り方向に離間して配設され、該チャックテーブルに保持された板状ワークの該分割予定ラインをレーザ発振器でレーザ加工した加工ラインを撮像する撮像カメラと、
   該チャックテーブルを加工送り方向となるＸ方向に加工送りする加工送り手段と、
   該加工送り手段を下方から支持し、割り出し送り方向となるＹ方向に割り出し送りする割り出し送り手段と、を備えるレーザ加工装置であって、
   該割り出し送り手段による割り出し送りで該チャックテーブル及び該加工送り手段の移動方向がＹ方向に対して角度変化した場合、該割り出し送り手段の移動範囲において、該割り出し送り手段による複数の割り出し停止位置それぞれに対して該撮像カメラで撮像し、該撮像カメラの撮像結果から、該複数の割り出し停止位置で該レーザ発振器が板状ワークをレーザ加工した被加工点と、該分割予定ラインとのＹ方向における差を認識する認識部と、
   該複数の割り出し停止位置それぞれに対し該認識部が認識するＹ方向における差を補正値として記憶する記憶部と、
   該記憶部に記憶される該補正値に基づいてそれぞれの該割り出し停止位置での該加工ラインの位置を補正するよう該割り出し送り手段の駆動を制御する制御部と、
   を、備えたレーザ加工装置。
2. 該記憶部が該割り出し送り手段による所定の割り出し停止位置に対する該補正値を記憶していない場合、該記憶部が記憶する複数の該補正値の中から、該所定の割り出し停止位置に最も近い２つの該補正値と直線補間法とを用いて、該所定の割り出し停止位置での該補正値を算出する算出部を備えた請求項１記載のレーザ加工装置。

Images