JP5894384B2 - 加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加工物の形状を認識する機能を有する加工装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画されて表面に形成されたウェーハは、ダイシングされて個々のデバイスにダイシングされ、各種電子機器等に利用されている。半導体ウェーハのダイシングには、一般的に切削ブレードが用いられる。

一方、ＬＥＤ等の光デバイスが複数形成された光デバイスウェーハは、サファイアの如くモース硬度の高い基板の表面にエピタキシャル成長によってｎ型半導体、ｐ型半導体が積層され、分割予定ラインによって区画された領域に光デバイスが形成される。このようにして形成された光デバイスウェーハは、切削ブレードによる切削が困難であることから、レーザー光の照射によって分割予定ラインが加工されて個々の光デバイスに分割され、照明機器、液晶テレビのバックライト等の各種電気機器に利用されている（例えば特許文献１参照）。

ウェーハに対する切削やレーザー光の照射によりウェーハを分割する加工装置においては、加工すべき領域を検出したり、加工すべき領域を検出するにあたって対象領域を特定したりするために、ウェーハの形状を認識する形状認識手段を備えており、認識したウェーハの形状に基づき、加工位置の高精度なアライメントを実施し、適正な加工を行っている（例えば特許文献２参照）。

特開平１０−３０５４２０号公報 特許第３１７３０５２号公報

しかし、この形状認識手段は、ウェーハを保持した保持手段を停止させた状態で、ＣＣＤカメラを用いてウェーハ全体を撮像する構成であるため、形状認識のために多くの時間を要し、デバイスの生産効率が低いという問題がある。

また、ウェーハがシリコン等の不透明な材料で構成されている場合は、拡散反射光を利用したスキャニングによってウェーハの形状を認識することができるが、例えばサファイア基板のような透明な材料により形成されるウェーハの場合は、拡散反射光をとらえにくいため、ウェーハの形状を認識できないという問題がある。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、ウェーハの加工を行う加工装置において、ウェーハの形状を円滑に認識して生産効率を良好にするとともに、透明なウェーハについても形状を認識できるようにすることを課題とする。

本発明は、被加工物を保持する保持手段と、保持手段に保持された被加工物に加工を施す加工手段と、保持手段に保持された被加工物を撮像し加工すべき領域を検出するアライメント手段とを少なくとも備え、被加工物が加工手段による作用を受ける領域である作用領域と被加工物の保持手段に対する着脱が行われる領域である着脱領域との間で保持手段が移動可能に構成された加工装置に関し、着脱領域から作用領域までの被加工物の移動経路に配設されたスキャナと、スキャナからの情報により保持手段に保持された被加工物の形状を認識する形状認識手段とを備え、アライメント手段は、被加工物の着脱領域から作用領域への移動経路におけるスキャナよりも下流側に、スキャナに隣接して配設され、スキャナは、ライン照明と、ライン照明の反射光をとらえるラインセンサとを備え、ライン照明から照射される光の入射角は、被加工物の上面で全反射する角度に設定され、全反射した光の経路にラインセンサが配置され、被加工物が着脱領域から作用領域へ移動している間に形状認識手段によって被加工物の形状を認識し、その後、被加工物の加工すべき領域を検出する。

加工手段としては、レーザー光線を発振するレーザー発振器と、レーザー発振器が発振したレーザー光線を保持手段に保持された被加工物に集光する集光器とを少なくとも備えたレーザー加工手段が一例として挙げられる。

本発明では、着脱領域から作用領域までの被加工物の移動経路にスキャナを配設したため、保持手段に保持された被加工物が着脱領域から作用領域まで移動している間にスキャナ及び形状認識手段によって被加工物の形状が認識される。したがって、被加工物の形状認識のために保持手段の動きを停止させる必要がないため、デバイスの生産性を向上させることができる。

また、ライン照明から照射される光の入射角は、被加工物の上面で全反射する角度に設定され、全反射した光の経路にラインセンサが配置されるため、例えばサファイアのような透明なウェーハについても、確実に形状を認識することができる。

レーザー加工装置の一例を示す斜視図である。 スキャナの構成を示す模式図である。 ウェーハがテープに貼着されフレームに支持された状態を示す斜視図である。 ウェーハの形状を認識する際のウェーハの動きを示す斜視図である。 ウェーハの形状を認識する状態を示す説明図である。

図１に示すレーザー加工装置１は、本発明の加工装置の一種であり、保持手段２に保持された被加工物に対して加工手段３によってレーザー加工が施されるように構成されている。

保持手段２は、被加工物を吸着する吸着部２０を備えている。吸着部２０は、例えばポーラスセラミックス等の多孔質部材により形成され、上面が平坦に形成されている。また、吸着部２０の外周側には、図１のように被加工物ＷがテープＴに貼着されるとともにテープＴの周縁部にリング状のフレームＦが貼着される場合において、フレームＦを固定するための固定部２１が配設されている。

レーザー加工装置１は、保持手段２に対する被加工物の着脱が行われる領域である着脱領域Ａと、被加工物が加工手段３による作用を受ける領域である作用領域Ｂとで構成され、保持手段２は、着脱領域Ａと作用領域Ｂとの間をＸ軸方向に移動可能に構成されている。

着脱領域Ａには、被加工物を複数収容するカセット４と、カセット４からの被加工物の搬出及びカセット４への被加工物の搬入を行う搬出入手段５とを備えている。カセット４の後方には、カセット４から搬出した被加工物及びカセット４に搬入する被加工物が一時的に載置される領域である仮置き領域６が位置しており、仮置き領域６の近傍には、保持手段２と仮置き領域６との間で被加工物を搬送する第一の搬送手段７ａを備えている。

着脱領域Ａの後方側には、加工後の被加工物を洗浄する洗浄手段８が配設されている。また、洗浄手段８の上方には、保持手段２と洗浄手段８との間で被加工物を搬送する第二の搬送手段７ｂが配設されている。

作用領域Ｂには加工手段３が配設されている。加工手段３は、レーザー光線を下方に出射する照射ヘッド３０を備えており、照射ヘッド３０の下端には集光器３１を備えている。加工手段３には、レーザー光線を発振するレーザー発振器３２を備えており、レーザー発振器３２において発振されたレーザー光線が照射ヘッド３０に送られ、そのレーザー光線が集光器３１によって被加工物に集光される構成となっている。加工手段３は、Ｙ軸方向に移動可能となっている。

保持手段２の着脱領域Ａから作用領域Ｂまでの移動経路の上方には、保持手段２に保持された被加工物を撮像して加工すべき領域を検出するアライメント手段９が配設されている。アライメント手段９は、撮像部９０を備えている。

保持手段２の着脱領域Ａから作用領域Ｂまでの移動経路の上方であって、撮像部９０よりも着脱領域Ａに近い側には、スキャナ１０が配設されている。スキャナ１０には、スキャナ１０から出力される情報を読み込み保持手段２に保持された被加工物の形状を認識する形状認識手段１１が電気的に接続されている。形状認識手段１１には、ＣＰＵ、メモリ等を備えている。また、スキャナ１０から取り込んだ画像や、撮像部９０が取得した画像は、ディスプレイ１２に表示させることができる。

図２に示すように、スキャナ１０は、ＬＥＤ等の照明機器がＹ軸方向に整列して構成され保持手段２に保持された被加工物に対してライン状に光を照射するライン照明１００と、撮像素子がライン照明１００と平行に整列して構成され被加工物における反射光をとらえるラインセンサ１０１とを備えている。

ラインセンサ１０１は、ライン照明１００のＸ軸方向の延長上に位置している。ライン照明１００から出射される入射光１０２ａの入射角α及び被加工物において反射するその反射光１０２ｂの反射角βは、可変となっており、ラインセンサ１０１は、ライン照明１００から照射された光の被加工物における反射光をとらえることができる位置に配設される。

図３に示すウェーハＷは、レーザー加工装置１を使用して加工される被加工物の一例であり、透明なサファイア基板の表面Ｗ１に縦横に形成された分割予定ラインＬによって区画された領域に光デバイスＤが形成された光デバイスウェーハである。このウェーハＷの裏面Ｗ２にはテープＴが貼着される。テープＴの周縁部にはリング状のフレームＦが貼着され、ウェーハＷがテープＴを介してフレームＦに支持された状態となる。ウェーハＷは、ほぼ円形に形成され、外周の一部にはノッチＮが形成されている。

こうしてフレームＦと一体化されたウェーハＷは、図１に示したカセット４に複数収容される。そして、搬出入手段５によってフレームＦが引き出されることによりウェーハＷが仮置き領域６に載置され、その後、第一の搬送手段７ａによって、着脱領域Ａに位置する保持手段２に搬送され、ウェーハＷが吸着部２０に吸引保持されるとともに、フレームＦが固定部２１によって固定される。

次に、図４に示すように、保持手段２が作用領域Ｂ側に（矢印Ｃ方向に）移動し、ウェーハＷをスキャナ１０の下方に位置づけてゆっくりと通過させる。図５に示すように、スキャナ１０を構成するライン照明１００からは、半導体ウェーハＷの表面Ｗ１に向けて入射光１０２ａが照射される。このとき、入射角αは、ウェーハＷの材質に固有の屈折率に応じ、入射光１０２ａがウェーハＷの表面Ｗ１において全反射するように設定される。そして、全反射した反射光１０２ｂの経路にラインセンサ１０１が配置される。

このようにして、ウェーハＷをＸ軸方向に移動させながら、ライン照明１００からの入射光１０２ａをウェーハＷの表面Ｗ１において全反射させ、ラインセンサ１０１が順次反射光１０２ｂをとらえて走査を行うと、Ｙ軸方向のラインごとにその画素情報が形状認識手段１１に転送される。形状認識手段１１では、ラインごとに画素の色を認識することにより、ウェーハＷと保持手段２との境界部分の座標を求め、その座標情報に基づきウェーハＷの形状を明確に認識することができる。例えば図５において、ラインセンサ１０１のＸ座標がＸ１の時の走査においては、ウェーハＷの輪郭のＹ座標はＹ４とＹ１６であることが認識される。同様に、保持手段２をＸ軸方向に移動させながら順次ウェーハＷの輪郭の座標情報を取得していくことにより、ウェーハＷの形状を形状認識手段１１が認識することができる。

図５の例では、ウェーハＷのＸ軸方向の一方の端部のＸ座標がＸ０、他方の端部のＸ座標がＸｎであり、ウェーハＷのＹ軸方向の一方の端部のＹ座標がＹ０、他方の端部のＹ座標がＹｎである。したがって、ウェーハＷは、Ｘ座標がＸ０〜Ｘｎ、Ｙ座標が０〜Ｙｎの範囲に存在するものであることが認識される。また、ウェーハＷの輪郭を構成する各座標から、ウェーハＷがほぼ円形に形成され、ノッチＮが形成されている位置も認識される。

このように、レーザー加工装置１は、着脱領域Ａから作用領域Ｂまでの被加工物の移動経路にスキャナ１０を配設したため、保持手段２に保持されたウェーハＷが着脱領域Ａから作用領域Ｂに移動している間にウェーハＷの形状を認識することができる。したがって、形状認識のために保持手段２の動きを停止させる必要がないため、生産性を向上させることができる。

また、スキャナ１０は、ライン照明１００から出射された光をウェーハＷの表面Ｗ１で全反射させ、反射光をラインセンサ１０１によってとらえられるように構成したため、例えばサファイアやガラスといった透明な材料によって形成されたウェーハについても、確実に形状を認識することができる。

ウェーハＷの形状が認識されると、ウェーハＷを保持した保持手段２は、そのまま停止することなくＸ軸方向に移動し、図１に示した撮像部９０の直下にウェーハＷが位置づけされる。そして、形状認識手段１１によって存在する領域が明確となったウェーハＷは、撮像部９０によって撮像され、パターンマッチング等の画像処理を経てアライメント手段９によって加工すべき分割予定ラインＬ（図３参照）が検出される。撮像部９０は、スキャナ１０よりもウェーハＷの移動方向下流側に配設されており、形状認識手段１１によってウェーハＷが存在する領域が予め認識されているため、分割予定ラインＬの検出を円滑に行うことができる。

そして、検出された分割予定ラインＬのＸ軸方向の延長線上に集光器３１が位置づけされ、その状態でウェーハＷを保持した保持手段２がさらにＸ軸方向に移動するとともに、集光器３１からレーザー光線が照射され、例えばウェーハＷの内部にレーザー光線が集光され、当該内部に改質層が形成される。

また、保持手段２をＸ軸方向に往復移動させながら、隣り合う分割予定ラインＬの間隔ずつ加工手段３をＹ軸方向に割り出し送りして分割予定ラインＬに順次レーザー照射を行うと、同方向のすべての分割予定ラインＬに沿って改質層が形成される。さらに、保持手段２を９０度回転させてから同様にレーザー照射を行うと、すべての分割予定ラインＬに沿って縦横に改質層が形成される。なお、ウェーハＷの表面Ｗ１に溝を形成するアブレーション加工を行う場合は、表面Ｗ１にレーザー光線を集光する。

このようにして分割予定ラインＬに沿って内部に改質層が形成されたウェーハＷに対し、面方向に拡張させる外力を加えると、分割予定ラインＬが破断され、個々の光デバイスに分割される。

上記実施形態では、被加工物の例として透明なサファイアウェーハを挙げたが、透明でない被加工物の加工にも本発明を利用することができる。

また、加工装置としてレーザー加工装置を例に挙げて説明したが、これには限定されない。例えば、他の加工装置としては、高速回転する切削ブレードを被加工物に切り込ませて切削を行う切削装置などもある。

Ｗ：ウェーハ
Ｗ１：表面 Ｌ：分割予定ライン Ｄ：デバイス
Ｗ２：裏面
Ｔ：テープ Ｆ：フレーム
１：レーザー加工装置
Ａ：着脱領域 Ｂ：作用領域
２：保持手段 ２０：吸着部 ２１：固定部
３：加工手段
３０：照射ヘッド ３１：集光器 ３２：レーザー発振器
４：カセット ５：搬出入手段 ６：仮置き領域
７ａ：第一の搬送手段 ７ｂ：第二の搬送手段
８：洗浄手段
９：アライメント手段 ９０：撮像部
１０：スキャナ １００：ライン照明 １０１：ラインセンサ
１０２ａ：入射光 １０２ｂ：反射光
１１：形状認識手段

Claims (2)

1. 被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に加工を施す加工手段と、該保持手段に保持された被加工物を撮像し加工すべき領域を検出するアライメント手段とを少なくとも備え、被加工物が該加工手段による作用を受ける領域である作用領域と被加工物の該保持手段に対する着脱が行われる領域である着脱領域との間で該保持手段が移動可能に構成された加工装置であって、
   該着脱領域から該作用領域までの被加工物の移動経路に配設されたスキャナと、該スキャナからの情報により該保持手段に保持された被加工物の形状を認識する形状認識手段と、を備え、
   該アライメント手段は、被加工物の該着脱領域から該作用領域への移動経路における該スキャナよりも下流側に、該スキャナに隣接して配設され、
   該スキャナは、ライン照明と、該ライン照明の反射光をとらえるラインセンサとを備え、該ライン照明から照射される光の入射角は、被加工物の上面で全反射する角度に設定され、該全反射した光の経路に該ラインセンサが配置され、
   被加工物が該着脱領域から該作用領域へ移動している間に該形状認識手段によって被加工物の形状を認識し、その後、該アライメント手段によって被加工物の加工すべき領域を検出する加工装置。
2. 前記加工手段は、レーザー光線を発振するレーザー発振器と、該レーザー発振器が発振したレーザー光線を該保持手段に保持された被加工物に集光する集光器と、
   を少なくとも備えたレーザー加工手段である
   請求項１に記載の加工装置。

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