JP2006347168A - レーザによって脆性材料の平坦な加工物を複数回割断するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザによって脆性材料の平坦な加工物を複数回割断するための装置を提供する。
【解決手段】本発明による装置によって時間を節約する態様で、特に交互の方向において同一の向きの割断線に沿って、レーザ放射線によって熱機械的応力を誘発することによって、脆性材料の平坦な加工物を割断することができ、該装置は２つの冷却剤ノズル６．１、６．２を有し、２つの冷却剤ノズル６．１、６．２は冷却剤を加工物に選択的に向け、レーザビームを整形するために光学手段１０と連結されることが好ましく、レーザヘッド１の軸７を中心にして回転可能であるように取り付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、国際公開第９６／２００６２号パンフレットから公知であるように、熱機械的応力を誘発することによってレーザによって脆性材料を割断するための装置に関する。

材料を除去するのではなく、熱応力を誘発することによって材料が分割されるレーザによる方法は、材料の軟化温度未満の限定された局所的な加熱の原理に基づいているため、圧縮応力が材料に生じ、次に、方向の決められた冷却剤噴射による急激な冷却が行われ、それによって引張応力が生成される。材料に生じる応力は、亀裂破断を生じるという結果になる。

上述したタイプのレーザによる方法の他に、特許文献１にも、そのような方法を実行するための装置が開示されている。この装置は、レーザおよびレーザの光軸に沿って配置される集束システムを有する放射部分と、放射部分に対して変位可能であり、冷却剤を切断領域に持ち込む機構と、切断対象の材料を固定するための手段と、加工物に対してレーザおよび冷却剤を変位させるための手段と、制御デバイスと、を備える。

その他の多くの文献は、割断処理の品質および速度を改善するために、ビームスポットにおけるビーム密度分布またはビームスポット形状が最適化される方法に関する。これに対応して、方法を実行するために用いられる装置は、異なるビーム整形素子およびビーム案内素子によってのみ実質的に識別される。そのような装置は、基本的には以下の共通の特徴を有する。
・基本的には制御可能な放射線出力および放射線持続時間を有するレーザ放射線源。レーザに応じて、放出ビーム束は特に異なる波長および放射線出力に加えて、異なるビーム断面形状および異なるビーム密度分布を有することができる。
・加工物表面の方向にレーザビーム束を集束するために光学手段が設けられるレーザヘッド。場合によっては、これらの光学手段はまた、ビーム整形およびビーム案内またはビーム密度分布の変更のために用いることができる。
・割断線に沿ったレーザヘッドおよび加工物の相対的な移動のための手段。
・調整可能な距離または一定の距離で、移動方向におけるレーザノズルの背後に配置される冷却剤ノズルを備えた冷却剤デバイス。
・特に、レーザヘッドおよびレーザヘッドに連結される冷却剤ノズルを割断線の方向において位置決めする制御デバイス。

この種の装置の設計では、これらの装置は産業条件下で常時運転において正確かつ高速処理速度で運転しなければならないことを優先すべきである。

所与の処理速度で、すなわち割断切断を実行するための所与の時間周期で、方法の効率を向上させるために、休止時間を可能な限り短く保たなければならない。休止時間は、保守管理、設定および始動位置における工具および加工物の位置決めのための非運転期間である。

加工物に行われることになっている割断切断が一回限りである場合には、新たな加工物のために割断される加工物を交換するために必要な休止時間はまた、工具を始動位置に戻すためにも用いることができる。

加工物を複数の個別部品に切断するために、複数の始動位置を設定しなければならない場合、たとえば、ウェーハディスクを複数のチップに割断する場合には、休止時間は特に長い。これに関して、ウェーハディスクはｘ方向において等しい幅の複数の個別のストリップに切断され、次に、ｙ方向において等しい長さの複数のチップに切断される。

割断切断ごとに、工具、すなわち、冷却剤ノズルを備えたレーザヘッドおよび加工物が共に新たな始動位置に戻さなければならない。この目的のために、静止している加工物の上方で冷却剤ノズルに固定連結されるレーザヘッドが、前の割断切断の始動縁部まで戻り、ストリップの幅だけ（前送り移動）ずらして、ウェーハディスクがこれに対応して静止しているレーザヘッドの下に位置決めされるか、または割断切断が前の切断の終了縁部で始動され、ここで、必要なことはスリップの幅だけ相対的にずらすことであるが、冷却ノズルが切断方向におけるレーザヘッドの背後に配置されるように、レーザヘッドに対して冷却ノズルを再度位置決めすることが必要である。

割断切断が同一の始動縁部から進むように実行される場合には、休止時間は長く、割断切断の開始位置にレーザヘッドを位置決めするための必要な時間を実質的に含む。

割断切断が交互の側から実行される場合には、長い休止時間は実質的に、それぞれの場合において冷却剤ノズルがレーザヘッドの背後に配置されるように、レーザヘッドに対して冷却剤ノズルを再度位置決めするために必要な時間から生じる。

国際公開第９６／２００６２号パンフレット

本発明の目的は、可能な限り最短の休止時間で交互の方向において加工物の上で等しく向けられる割断切断を行うのに特に適した装置を提供することである。

本目的は、請求項１に記載の装置によって達成される。有利な構成については、従属項に記載される。

本発明の実施形態の実施例は、図面を参照して以下にさらに詳細に説明される。

一般的な装置に類似して、本発明による装置は、レーザビーム２を加工物３に向けるレーザヘッド１と、加工物に冷却剤噴射を行うための手段と、加工物に対してレーザヘッドを移動するための手段と、処理の進路を制御するための制御デバイス４と、を実質的に備える。

従来技術によって公知の一般的な装置とは対照的に、レーザヘッド１に対して冷却剤噴射を配置するための手段の構成ならびに装置、および、レーザヘッド１と加工物３との間の相対的な移動を行うための手段の構成は、本発明では特に重要である。

割断切断の終了と次の割断切断の開始との間の休止時間を可能な限り短く保つために、該装置では、様々な措置が実行される。

相対的な移動を行うための手段は、移動の並進成分が加工物の直線変位によって、たとえば、制御デバイス４とｘ−ｙテーブル５との間の制御線で図１に概略的に示される回転に対して固定されるｘ−ｙテーブル５によって実現され、もしあれば、移動の回転成分が静止レーザヘッド１を中心とした冷却剤ノズル６．１および６．２の回転によって実現されるように構成される。割断切断の向きが変更される場合には、この回転移動が必要である。方向の１回の変更は、９０°だけ回転することによって実行され、たとえば、ｘ方向における割断切断によって加工物を個別のストリップに割断した後で、これらのストリップはｙ方向における割断切断によって個別のチップに分割されることになっている。自在な形の切断を実行するために、割断切断を行いながら、冷却剤ノズルを連続的に回転することができる。割断移動方向のみを変更する場合には、処理を実行するときのそれぞれの場合において、冷却剤がレーザビーム２の後に加工物３に当たるようにするために必要とされる回転移動の必要性をなくすために、２つの冷却剤ノズル６．１および６．２がレーザヘッド１に関連付けられ、レーザヘッド１で互いに対して１８０°だけずれるように、レーザヘッド１から等しい調整可能な距離で、かつレーザヘッド１に対して同一の傾きで配置される。

特に複数の割断切断が、時間に対してきわめて効率的な態様で、交互の方向における一方の向きで加工物３に実行されることになっている場合には、これは結果として時間の多大な節約を生じる。

レーザヘッド１は、２つの冷却剤ノズル６．１、６．２と共に、工具ヘッドとして以下の説明において表される。２つの冷却剤ノズル６．１、６．２の軸および放出するレーザビーム２の軸と一致する軸７は、平面（工具ヘッドの加工平面）にある。図１に示される概略図において、加工平面は、図平面にある。これに対応して、この図では、ｘ軸に沿った切断の向きに当てはまる。冷却剤供給路８．１または８．２は、方向が概略図における座標系の原点に近づくか、または原点から遠ざかるかに応じて、冷却剤供給源９に連結される。

加工物において実行させるべきそれぞれの次の割断切断に対して加工平面を向けるために、すなわち、加工平面が割断切断の線を通って適用されるように向けるために、本発明による装置の工具ヘッドを異なる態様で設計することができる。

第１の有利な構成において、既に述べたように、冷却剤ノズル６．１、６．２は、レーザヘッド１を中心として回転可能である。この目的のために、レーザヘッドの軸７を中心として回転可能であり、２つの冷却剤ノズル６．１、６．２が固着されるホルダが、レーザヘッド１に配置される。制御デバイス４と冷却剤ノズル６．１との間の制御線で図１に概略的に示されるホルダを回転することによって、加工平面はそれ相応にレーザヘッド１の軸７を中心として回転される。次の割断切断が異なる割断方向に行われる場合には、加工平面の回転が必要である。このことは、たとえば、ディスクを完全に割断することによって生成されるストリップが、９０°のずれで適用される割断切断によって一般に実行される個別のチップに切断されることになっている場合に当てはまる。連続回転を可能にするために、加工平面はまた、割断中に任意の所望の割断方向に向けることもできる。

しかし、一般に、割断切断は２つの向き、たとえば、ｘ方向およびｙ方向に限り適用されることから、２つの相対的な位置の間に限り、レーザヘッド１に対して冷却剤ノズル６．１、６．２を旋回することが必要である。この目的のために、レーザヘッド１に対して２つの位置に限り、冷却剤ノズル６．１、６．２を高速かつ高精度で向けることができるように、係合連結を設けることが好都合である。

同じ向きであるが、交互の方向に割断切断を実行するために、冷却剤ノズル６．１、６．２は交互に作動され、それぞれの方向に対してたどる冷却剤ノズル６．１または６．２が冷却剤噴射を割断線に向けるようになっている。冷却用の処理変数は、同一の流体特性を有し、レーザヘッド１に対して同一の装置を有する同一の冷却剤ノズルを選択することによって、略同一となる。先導する冷却剤ノズル６．１または６．２はまた、マーキング剤の噴射または割断線からの不純物の吹き飛ばしのために機能することができる。

しかし、専らレーザヘッド１の軸７を中心にして加工平面を回転することによって、工具ヘッドが加工物３に対して向けられる場合には、他の処理変数が異なる割断方向における割断切断に関して同一でない場合が起こりうる。このことは、ビームスポットの幾何構成またはビームスポットにおけるビーム密度分布が軸７に対して回転対称でない場合にも当てはまる。このことは、割断切断に対する冷却剤ノズル６．１、６．２の軸およびレーザヘッド１の軸によって決定されるように、加工平面に向けることがこの場合には十分でないことを意味する。さらに正確に言えば、ビームスポットの相対的な位置はまた、割断切断の方向に対しても向けられなければならないことを意味する。これは、レーザビーム２を整形するための光学手段１０がまた、軸７を中心として回転可能であるように構成されるという点で可能である。これは、制御デバイス４と光学手段１０との間の制御線で、図１に概略的に示される。

従来技術に関連する導入部において、レーザによって熱機械的応力を誘発することによって脆性材料を割断するための従来技術から公知の方法は、ビームスポットの幾何構成およびビームスポットにおけるビーム密度分布に関して異なることが多いため、異なる材料および材料厚さに対して、最適な切断品質および処理速度を達成しなければならないことは上述した。

レーザヘッド１に設けられ、レーザビーム２を集束するためにも機能する光学手段１０の選択および装置は、ビームスポットの幾何構成およびビーム密度分布に関する決定因子となる。たとえば、ビームスポットの幾何構成は、円柱レンズ、アキシコンまたは回折素子によって左右されることができ、割断線に対するそれらの回転位置は割断線の向きに対するビームスポットの位置に関する決定因子となる。

したがって、異なる割断線の向きに関して同一のビームスポット変数を達成するために、光学手段１０および冷却剤ノズル６．１、６．２は、軸７を中心にして同一の角度だけ回転されなければならない。

したがって、レーザヘッド１において冷却剤ノズル６．１、６．２と連結される光学手段１０が回転可能であるように取り付けられる場合には好都合である。光学手段１０の軸方向の変位を制御することによって、異なる厚さおよび異なる材料変数の加工物３に関して、レーザビーム２を最適化することができる。

図示していない第２の実施形態の実施例において、レーザヘッド１は、冷却剤ノズル６．１、６．２を固着するのではなく、その軸７を中心にして１８０°回転可能であるように取り付け、レーザヘッド１を中心として回転可能であるようにし、レーザヘッド１の光学手段１０をその軸７を中心として回転可能であるようにしている。冷却剤ノズル６．１、６．２および光学手段１０は、レーザヘッド１に固定連結される。この場合の欠点は、図１にミラー１１として示されるレーザビームに連結するために設けられる装置もまた、レーザビーム２を放出するレーザ１２に対して回転するため、レーザビームに連結するために、別の措置を講じなければならないことである。

本発明の分野の当業者は、本発明が前述の説明に例として記載された実施形態の形の詳細に限定されるわけではなく、本発明は添付の特許請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱することなく、他の特定の形で具体化可能であることを認識するであろう。

本発明による装置の概略図を示す。

符号の説明

１ レーザヘッド
２ レーザビーム
３ 加工物
４ 制御デバイス
５ ｘ−ｙテーブル
６．１ 冷却材ノズル
６．２ 冷却剤ノズル
７ 軸
８．１ 冷却材供給路
８．２ 冷却剤供給路
９ 冷却剤供給源
１０ 光学手段
１１ ミラー
１２ レーザ

Claims (8)

1. レーザによって熱機械的応力を誘発することによって、同一の方向に向けられた割断線に沿って、脆性材料の平坦な加工物を複数回割断するための装置であって、レーザビーム（２）を加工物（３）に向けるレーザヘッド（１）と、割断線に沿って前記レーザヘッド（１）と前記加工物（３）との間で、向きの決定、位置決めおよび相対的な移動を行うための手段と、前記割断線に沿って前記加工物（３）に冷却剤噴射を行うための手段と、前記処理の進路を制御するための制御デバイス（４）と、を備えた装置において、
   前記冷却剤噴射を行うための前記手段は、前記レーザビームの前記ビーム方向を決定する前記レーザヘッド（１）の軸（７）と共に、前記冷却剤噴射の方向を決定するその軸が、前記割断線を通って適用される平面（加工平面）にある２つの冷却剤ノズル（６．１、６．２）を備えており、前記冷却剤ノズル（６．１、６．２）の前記軸は、前記レーザヘッド（１）の前記軸から同一の距離で、前記レーザヘッド（１）の前記軸に対して同一の傾きで、互いに対して１８０°のずれで配置されることと、前記制御デバイス（４）は、異なる方向における切断を実行するために、一方の冷却剤ノズルまたは他方の冷却剤ノズル（６．１、６．２）によって選択的に前記加工物（３）に冷却剤噴射を向けることができるように設計されることを特徴とする装置。
2. 前記レーザヘッド（１）と前記加工物（３）との間で、向きの決定、位置決めおよび相対的な移動を行うための前記手段は、異なる方向における切断を実行するために、ｘ−ｙ方向に駆動され、前記加工物（３）が前記相対的な移動の並進成分を実行するために固定されるｘ−ｙテーブル（５）と、前記相対的な移動の回転成分を実行するために前記加工平面の回転のための手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記加工平面を回転するための前記手段は、前記レーザヘッド（１）およびその前記軸（７）を中心として回転可能であり、前記冷却剤ノズル（６．１、６．２）が固着されるホルダを備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記レーザヘッド（１）に設けられるビーム整形のための光学手段（１０）が、前記軸（７）を中心として回転可能であるように、前記冷却剤ノズル（６．１、６．２）と組み合わせて取り付けられることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記加工平面を所定の位置の間で前後に旋回可能にするために、係合素子が前記ホルダに設けられることを特徴とする請求項３に記載の装置。
6. 前記レーザヘッド（１）の前記加工平面を回転するための前記手段は、前記レーザヘッド（１）の前記軸（７）を中心として回転可能であるように取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 冷却剤噴射を前記加工物（３）に向けない前記冷却剤ノズル（６．１、６．２）は、マーキング剤の噴射を前記加工物（３）に向けることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 冷却剤噴射を前記加工物（３）に向けない前記冷却剤ノズル（６．１、６．２）は、前記割断線の領域における不純物を吹き飛ばすために、前記加工物にガス噴射を向けることを特徴とする請求項１に記載の装置。
   

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