JP2010253521A

JP2010253521A - Laser beam machining apparatus

Info

Publication number: JP2010253521A
Application number: JP2009108073A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ikegami; 浩池上; Shohei Nagatomo; 正平長友
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd; Institute of National Colleges of Technologies Japan
Current assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd; Institute of National Colleges of Technologies Japan
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2010-11-11

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam machining apparatus capable of performing microfabrication with high precision. <P>SOLUTION: The laser beam machining apparatus includes: a pure water feeding nozzle 14 that feeds pure water to the surface of a wafer 1 held on an X-Y-θ table 12; an air feeding nozzle 15 for feeding air to the surface of the pure water supplied to the surface of the wafer 1; a synthetic quarts plate 16 arranged in the upper part of the air feeding nozzle 15; a water drip sucking nozzle 17; and a laser beam irradiation mechanism 20 for irradiating the wafer 1 with a laser beam L. Then, by jetting an air flow in the pure water flowing direction from a slit on the pure water flowing side of the air feeding nozzle 15, the film thickness of the pure water flow can be made extremely small. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、加工対象物に対してレーザービームを照射することにより加工対象物を加工するレーザー加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus that processes a processing object by irradiating the processing object with a laser beam.

近年、微細加工を行う場合にレーザー加工技術が注目されている。例えば、半導体ウエハをチップに分割する場合に、レーザービームを利用したレーザー加工が採用されている。しかしながら、レーザー加工時においては、一般的に、デブリと呼称される加工屑が発生し、このデブリが加工領域周辺に付着するという問題が生ずる。また、レーザービームを利用して加工対象物を加工したときには、レーザービームに起因する熱ストレスにより、加工対象物が損傷を受けるという問題も生ずる。 In recent years, laser processing technology has attracted attention when performing fine processing. For example, when a semiconductor wafer is divided into chips, laser processing using a laser beam is employed. However, at the time of laser processing, generally, processing debris called debris is generated, and this debris adheres to the periphery of the processing region. In addition, when a workpiece is machined using a laser beam, there is a problem that the workpiece is damaged by thermal stress caused by the laser beam.

このため、特許文献１には、加工対象物の表面にその垂線方向から液体を勢い良く噴出することで液体ビームを形成し、この液体ビームをレーザービームガイドとする状態で加工対象物にレーザービームを照射する加工装置が開示されている。 For this reason, in Patent Document 1, a liquid beam is formed by ejecting liquid from the perpendicular direction to the surface of the workpiece, and the laser beam is applied to the workpiece in a state where the liquid beam is used as a laser beam guide. Is disclosed.

特許第３６８０８６４号公報Japanese Patent No. 3680864

上述した特許文献１に記載の加工装置は、液体ビーム内部をレーザー光が全反射を繰り返すことによりレーザービームを加工対象物に誘導するものであることから、加工用のレーザービームを一定以上絞り込むことが難しく、微細加工が困難であるという問題が生ずる。 The above-described processing apparatus described in Patent Document 1 guides a laser beam to an object to be processed by repeating total reflection of the laser beam inside the liquid beam. Is difficult, and the problem that microfabrication is difficult arises.

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、微細加工を高精度に実行することが可能なレーザー加工装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus capable of performing fine processing with high accuracy.

請求項１に記載の発明は、加工対象物を支持する支持部材と、前記支持部材に支持された加工対象物の表面に液体を供給する液体供給手段と、前記加工対象物の表面に供給された液体の表面に気体を供給する気体供給手段と、前記液体が供給された加工対象物に対してレーザービームを照射するレーザービーム照射手段と、前記支持部材を前記レーザービーム照射手段に対して相対的に移動させる移動手段とを備えたことを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, a support member that supports a workpiece, a liquid supply unit that supplies a liquid to a surface of the workpiece supported by the support member, and a surface of the workpiece. Gas supply means for supplying a gas to the surface of the liquid, laser beam irradiation means for irradiating the workpiece to which the liquid is supplied with a laser beam, and the support member relative to the laser beam irradiation means. And a moving means for moving the head.

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記液体供給手段は、前記加工対象物の表面に層状の液体流を形成するものであり、前記気体供給手段は、前記液体供給手段により形成された層状の液体流と同じ方向に気体を供給することにより、液体流の層厚を小さくする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the liquid supply means forms a layered liquid flow on the surface of the workpiece, and the gas supply means is the liquid. By supplying gas in the same direction as the laminar liquid flow formed by the supply means, the layer thickness of the liquid flow is reduced.

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記気体供給手段は、レーザービームの入射側にレーザービームの入射孔が形成されるとともに、層状の液体側に液体流の流れ方向を向くスリットが形成された管状部材を備えている。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the gas supply means is configured such that a laser beam incident hole is formed on the laser beam incident side and a liquid flow flows on the layered liquid side. A tubular member having a slit facing the direction is provided.

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記気体供給手段における入射孔の上部に、レーザービームを透過させる透光性部材を配設している。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, a translucent member that transmits a laser beam is disposed above the incident hole in the gas supply means.

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明において、前記液体供給手段から供給された液体に対して前記気体供給手段から供給気体を供給することで生ずる水滴を吸引する水滴吸引手段を備えている。 The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the supply gas is supplied from the gas supply means to the liquid supplied from the liquid supply means. A water droplet suction means for sucking water droplets is provided.

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明において、前記レーザービーム照射手段から照射されるレーザービームはパルス状であって、前記レーザービームの照射スポット直径をＤ、前記レーザービームの繰り返し周波数をｆとしたとき、前記液体の加工領域における平均流速がＤ×ｆ以上である。 According to a sixth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fifth aspects, the laser beam emitted from the laser beam irradiating means is pulsed, and an irradiation spot diameter of the laser beam. Where D is the repetition frequency of the laser beam and f is the average flow velocity in the liquid processing region.

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記気体供給手段から供給された気体の平均流速が２×Ｄ×ｆ以上である。 The invention according to claim 7 is the invention according to claim 6, wherein an average flow velocity of the gas supplied from the gas supply means is 2 × D × f or more.

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明において、前記加工対象物表面の加工領域における液体流の厚さが１００μｍ以下である。 The invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 5, wherein the thickness of the liquid flow in the processing region on the surface of the processing object is 100 μm or less.

請求項１に記載の発明によれば、加工対象物の表面に液体と気体を供給することによりデブリの付着や熱ストレスの損傷を防止しつつも、微細加工を高精度に実行することが可能となる。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to perform micromachining with high accuracy while supplying liquid and gas to the surface of the workpiece to prevent adhesion of debris and damage from thermal stress. It becomes.

請求項２に記載の発明によれば、液体流の層厚を小さくすることにより、加工時に液体中で発生した気泡を瞬時に気体中に放出することができる。このため、気泡によるレーザービームの散乱により加工領域の周辺でレーザー照射損傷が生ずることを有効に防止することが可能となる。 According to the second aspect of the invention, by reducing the layer thickness of the liquid flow, bubbles generated in the liquid during processing can be instantaneously released into the gas. For this reason, it is possible to effectively prevent laser irradiation damage from occurring around the processing region due to scattering of the laser beam by the bubbles.

請求項３に記載の発明によれば、液体の表面に供給される気体の気流の乱れを抑制することで層状の液体流の表面の乱れを低減させることができる。このため、レーザービームの流体の表面における光学散乱を防止することができ、加工精度を向上させることが可能となる。 According to the third aspect of the present invention, the turbulence of the surface of the layered liquid flow can be reduced by suppressing the turbulence of the gas flow supplied to the surface of the liquid. For this reason, the optical scattering on the surface of the fluid of the laser beam can be prevented, and the processing accuracy can be improved.

請求項４に記載の発明によれば、管状部材の入射孔から噴出する気体による気流の乱れを抑制することで層状の液体流の表面の乱れをさらに低減させることができる。このため、レーザービームの流体の表面における光学散乱をより高度に防止することができ、加工精度をさらに向上させることが可能となる。 According to the fourth aspect of the present invention, the turbulence of the surface of the layered liquid flow can be further reduced by suppressing the turbulence of the air flow caused by the gas ejected from the incident hole of the tubular member. For this reason, optical scattering on the surface of the fluid of the laser beam can be prevented to a higher degree, and the processing accuracy can be further improved.

請求項５に記載の発明によれば、水滴を吸引除去することで、水滴に起因するレーザー加工形状の悪化を抑制することが可能となる。 According to invention of Claim 5, it becomes possible to suppress the deterioration of the laser processing shape resulting from a water drop by suction-removing a water drop.

請求項６および請求項７に記載の発明によれば、レーザービームの照射により液体中に発生する気泡に起因して加工対象物の表面に液体が除去された領域が発生しても、次のレーザービームの照射までにこの領域を除去することが可能となる。 According to the invention described in claim 6 and claim 7, even if a region where the liquid is removed is generated on the surface of the processing object due to bubbles generated in the liquid by laser beam irradiation, This region can be removed before the laser beam irradiation.

請求項８に記載の発明によれば、加工時に液体中で発生した気泡を瞬時に気体中に放出することができる。このため、気泡によるレーザービームの散乱により加工領域の周辺でレーザー照射損傷が生ずることを有効に防止することが可能となる。 According to the eighth aspect of the present invention, bubbles generated in the liquid during processing can be instantaneously released into the gas. For this reason, it is possible to effectively prevent laser irradiation damage from occurring around the processing region due to scattering of the laser beam by the bubbles.

この発明に係るレーザー加工装置の概要図である。It is a schematic diagram of the laser processing apparatus concerning this invention. 純水供給ノズル１４および空気供給ノズル１５と、合成石英板１６およびウエハ１との配置関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an arrangement relationship between a pure water supply nozzle and an air supply nozzle, a synthetic quartz plate, and a wafer. 空気供給ノズル１５の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the air supply nozzle. レーザー加工時の気泡４２の発生と放出の様子を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the mode of generation | occurrence | production and discharge | release of the bubble 42 at the time of laser processing.

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係るレーザー加工装置の概要図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of a laser processing apparatus according to the present invention.

このレーザー加工装置は、加工対象物としてのシリコンウエハ（以下、単に「ウエハ」という）１に対してレーザービームＬを利用して加工を行うものであり、チャンバー１１内に配置されたＸ−Ｙ−θテーブル１２と、このＸ−Ｙ−θテーブル１２により支持されたウエハ１の表面に純水を供給する純水供給ノズル１４と、ウエハ１の表面に供給された純水の表面に空気を供給する空気供給ノズル１５と、この空気供給ノズル１５の上方に配設された合成石英板１６と、水滴吸引ノズル１７と、レーザービーム照射機構２０とを備える。 This laser processing apparatus performs processing using a laser beam L on a silicon wafer (hereinafter simply referred to as “wafer”) 1 as an object to be processed. -Θ table 12, pure water supply nozzle 14 for supplying pure water to the surface of wafer 1 supported by XY-θ table 12, and air on the surface of pure water supplied to the surface of wafer 1. An air supply nozzle 15 to be supplied, a synthetic quartz plate 16 disposed above the air supply nozzle 15, a water droplet suction nozzle 17, and a laser beam irradiation mechanism 20 are provided.

また、レーザービーム照射機構２０は、レーザービームを照射するレーザー光源２１と、レーザー光源２１から照射されたレーザービームを拡張するビームエキスパンダ２２と、ビームエキスパンダ２２により拡張されたレーザービームをウエハ１へ向けて反射するハーフミラー２３と、集光レンズ２４と、ハーフミラー２３を介してウエハ１を撮像することにより、ウエハ１の位置決めと観察を行うＣＣＤカメラ２５とを備える。 The laser beam irradiation mechanism 20 includes a laser light source 21 that irradiates a laser beam, a beam expander 22 that expands the laser beam irradiated from the laser light source 21, and a laser beam expanded by the beam expander 22. And a CCD camera 25 that positions and observes the wafer 1 by imaging the wafer 1 through the half mirror 23.

レーザー光源２１としては、ＱスイッチＮｄ:ＹＡＧ第三高周波を使用する。このときの波長は例えば３５５ｎｍであり、パルス幅は１２ｎｓｅｃである。また、繰り返し周波数は１５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの範囲で調整可能であり、１パルスあたりの照射エネルギー密度はウエハ１の表面で１〜１０Ｊ／ｃｍ²、レーザービームの照射スポット直径はビームエキスパンダ２２により３０μｍ〜６０μｍの範囲で調整可能である。なお、このレーザー光源２１としては、ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧ基本波、ＱスイッチＮｄ：ＹＡＧ第二高周波、ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ₄基本波、ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ₄第二高周波、ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ₄第三高調波等のパルス発振するその他のレーザー光源も使用可能である。 As the laser light source 21, a Q switch Nd: YAG third high frequency is used. The wavelength at this time is 355 nm, for example, and the pulse width is 12 nsec. The repetition frequency can be adjusted in the range of 15 kHz to 50 kHz, the irradiation energy density per pulse is 1 to 10 J / cm ^{2 on} the surface of the wafer 1, and the irradiation spot diameter of the laser beam is 30 μm to 30 μm by the beam expander 22. Adjustment is possible in the range of 60 μm. The laser light source 21 includes a Q switch Nd: YAG fundamental wave, a Q switch Nd: YAG second high frequency, a Q switch Nd: YVO ₄ fundamental wave, a Q switch Nd: YVO ₄ second high frequency, and a Q switch Nd: YVO. ₄ Other laser light sources that oscillate pulses such as third harmonics can also be used.

また、集光レンズの焦点距離を選択することで、レーザービームの照射スポット直径は、１０μｍ以下にすることも可能である。 In addition, by selecting the focal length of the condensing lens, the irradiation spot diameter of the laser beam can be 10 μm or less.

このレーザー加工装置においては、Ｘ−Ｙ−θテーブル１２により支持されたウエハ１と合成石英板１６との間の領域に、純水供給ノズル１４および空気供給ノズル１５から、純水と空気が供給される。ウエハ１に供給された純水は、チャンバー１１により回収され、排出管１８を介して外部に排出される。また、そのときに発生する水滴は、水滴吸引ノズル１７により吸引除去される。 In this laser processing apparatus, pure water and air are supplied from a pure water supply nozzle 14 and an air supply nozzle 15 to a region between the wafer 1 supported by the XY-θ table 12 and the synthetic quartz plate 16. Is done. The pure water supplied to the wafer 1 is collected by the chamber 11 and discharged to the outside through the discharge pipe 18. Further, water droplets generated at that time are sucked and removed by the water droplet suction nozzle 17.

図２は、上述した純水供給ノズル１４および空気供給ノズル１５と、合成石英板１６およびウエハ１との配置関係を示す図である。なお、図２（ａ）はその側面概要を示し、図２（ｂ）はその縦断面概要を示している。また、図３は、空気供給ノズル１５の形状を示す図である。なお、図３（ａ）は空気供給ノズル１５を合成石英板１６とともに示す平面図であり、図３（ｂ）は空気供給ノズル１５の斜視図である。 FIG. 2 is a diagram showing the positional relationship among the pure water supply nozzle 14 and the air supply nozzle 15 described above, the synthetic quartz plate 16 and the wafer 1. 2A shows the outline of the side surface, and FIG. 2B shows the outline of the longitudinal section. FIG. 3 is a diagram showing the shape of the air supply nozzle 15. 3A is a plan view showing the air supply nozzle 15 together with the synthetic quartz plate 16, and FIG. 3B is a perspective view of the air supply nozzle 15.

図２（ａ）に示すように、Ｘ−Ｙ−θテーブル１２により支持されたウエハ１の表面と近接する位置には、ウエハ１の表面に対して斜め上方から小さい角度をもって純水を供給するための、上述した純水供給ノズル１４が配設されている。この純水供給ノズル１４からウエハ１の表面に小さい角度をもって供給された純水は、ウエハ１の表面に層状の純水流３１を形成する。一方、純水供給ノズル１４の上方には、上述した空気供給ノズル１５が配設されている。この空気供給ノズル１５は、ウエハ１の表面に供給された層状の純水流３１の表面に対して、この純水流３１の方向と同じ方向に空気を供給することにより、純水流３１の層厚を薄くするためのものである。 As shown in FIG. 2A, pure water is supplied to a position close to the surface of the wafer 1 supported by the XY-θ table 12 at a small angle with respect to the surface of the wafer 1 from obliquely above. For this purpose, the above-described pure water supply nozzle 14 is provided. The pure water supplied from the pure water supply nozzle 14 to the surface of the wafer 1 with a small angle forms a layered pure water flow 31 on the surface of the wafer 1. On the other hand, the air supply nozzle 15 described above is disposed above the pure water supply nozzle 14. The air supply nozzle 15 supplies the air in the same direction as the direction of the pure water flow 31 to the surface of the layered pure water flow 31 supplied to the surface of the wafer 1, thereby reducing the layer thickness of the pure water flow 31. For thinning.

この空気供給ノズル１５は、図２（ｂ）および図３に示すように、レーザービームＬの入射側にレーザービームＬの入射孔としてのスリット３２が形成されるとともに、純水流３１側にスリット３３が形成された、その断面が略楕円状の管状部材から構成される。スリット３２、３３は、その長手方向が純水流３１の流れ方向となっている。そして、空気供給ノズル１５におけるレーザービームＬの入射側のスリット３２は、合成石英板１６と当接している。 As shown in FIGS. 2B and 3, the air supply nozzle 15 has a slit 32 as an incident hole for the laser beam L formed on the incident side of the laser beam L, and a slit 33 on the pure water flow 31 side. Is formed from a tubular member having a substantially elliptical cross section. The longitudinal direction of the slits 32 and 33 is the flow direction of the pure water flow 31. The slit 32 on the incident side of the laser beam L in the air supply nozzle 15 is in contact with the synthetic quartz plate 16.

次に、このような構成を有するレーザー加工装置によりウエハ１をレーザー加工する加工動作について説明する。 Next, a processing operation for laser processing the wafer 1 using the laser processing apparatus having such a configuration will be described.

最初に、ウエハ１をＸ−Ｙ−θテーブル１２により支持させる。このＸ−Ｙ−θテーブル１２は、そこに支持したウエハ１を、Ｘ方向、Ｙ方向およびθ方向に移動させることが可能となっている。この状態において、純水供給ノズル１４より純水を噴出させるとともに、空気供給ノズル１５から高圧の空気を噴出させる。このときには、純水供給ノズル１４から噴出する純水の平均流速は、例えば、１ｍ／ｓｅｃであり、空気供給ノズル１５から噴出する空気の平均流速は、例えば、１５ｍ／ｓｅｃである。 First, the wafer 1 is supported by the XY-θ table 12. The XY-θ table 12 can move the wafer 1 supported thereon in the X, Y, and θ directions. In this state, pure water is ejected from the pure water supply nozzle 14 and high-pressure air is ejected from the air supply nozzle 15. At this time, the average flow velocity of pure water ejected from the pure water supply nozzle 14 is 1 m / sec, for example, and the average flow velocity of air ejected from the air supply nozzle 15 is 15 m / sec, for example.

純水供給ノズル１４から噴出された純水はウエハ１の表面で層状の純水流３１となる。そして、この純水流３１の上部に、空気供給ノズル１５内を通過する空気流４１が純水流３１と同方向に向けて形成される。この空気流４１は、純水流３１を薄くする作用を奏し、この空気流４１の作用により純水流３１の層厚が小さくなる。特に、この実施形態においては、空気供給ノズル１５における純水流３１側のスリット３３から、純水流３１が流れる方向に空気流４１が噴出されることから、純水流３１の膜厚を極めて小さいものとすることが可能となる。 The pure water ejected from the pure water supply nozzle 14 becomes a layered pure water flow 31 on the surface of the wafer 1. An air flow 41 passing through the air supply nozzle 15 is formed on the pure water flow 31 in the same direction as the pure water flow 31. The air flow 41 has an effect of thinning the pure water flow 31, and the layer thickness of the pure water flow 31 is reduced by the action of the air flow 41. In particular, in this embodiment, since the air flow 41 is ejected from the slit 33 on the pure water flow 31 side in the air supply nozzle 15 in the direction in which the pure water flow 31 flows, the film thickness of the pure water flow 31 is extremely small. It becomes possible to do.

例えば、空気供給ノズル１５から噴出される空気の平均流速が１５ｍ／ｓｅｃであり、空気供給ノズル１５の高さが１００μｍ〜５００μｍ、空気供給ノズル１５における純水流３１側のスリット３３の幅を５００μｍとした場合、空気供給ノズル１５から生ずる空気流４１の作用により、純水流３１の層厚を１００μｍ以下とすることができる。 For example, the average flow velocity of air ejected from the air supply nozzle 15 is 15 m / sec, the height of the air supply nozzle 15 is 100 μm to 500 μm, and the width of the slit 33 on the pure water flow 31 side in the air supply nozzle 15 is 500 μm. In this case, the layer thickness of the pure water flow 31 can be reduced to 100 μm or less by the action of the air flow 41 generated from the air supply nozzle 15.

そして、空気流４１が純水流３１の表面を純水流３１と平行に流れ、かつ、空気流４１の流速が純水流３１の流速より大幅に速いことから、純水流３１の速度向上が達成され、レーザービームＬによる加工領域においては、純水流３１の流速は、６〜８ｍ／ｓｅｃ程度となる。すなわち、レーザービームＬによるウエハ１の加工領域においては、純水流３１の流速は空気流４１の流速の約１／２倍となることになる。 And since the air flow 41 flows on the surface of the pure water flow 31 in parallel with the pure water flow 31 and the flow velocity of the air flow 41 is significantly faster than the flow velocity of the pure water flow 31, the speed improvement of the pure water flow 31 is achieved. In the processing region by the laser beam L, the flow rate of the pure water flow 31 is about 6 to 8 m / sec. That is, in the processing region of the wafer 1 by the laser beam L, the flow rate of the pure water flow 31 is about ½ times the flow rate of the air flow 41.

この状態において、レーザービームＬを、合成石英板１６および空気供給ノズル１５のスリット３２、３３を介してウエハ１の表面に照射する。このときには、レーザービームＬの絞り限界は、純水によっては殆ど制限を受けないことから、数μｍ程度までの微細加工が可能となる。そして、レーザー加工時に生ずるデブリが加工領域周辺に付着するという問題と、レーザービームＬに起因する熱ストレスの問題を、純水流３１の作用により解消することが可能となる。 In this state, the surface of the wafer 1 is irradiated with the laser beam L through the synthetic quartz plate 16 and the slits 32 and 33 of the air supply nozzle 15. At this time, the aperture limit of the laser beam L is hardly limited by pure water, so that fine processing up to about several μm is possible. The problem that debris generated during laser processing adheres to the periphery of the processing region and the problem of thermal stress caused by the laser beam L can be solved by the action of the pure water flow 31.

ところで、このようにウエハ１に対して純水を供給しながらレーザービームＬを照射してレーザー加工を実行したときには、レーザービームＬの照射直後に、純水中に気泡が発生することを本発明者は見いだした。パルス状のレーザービームＬを照射してこのような気泡が発生し、この気泡４２が次のパルス状のレーザービームＬが照射される前に純水中から除去されなかった場合には、この気泡による光学散乱の影響で、加工領域周辺で散乱したレーザービームに起因するレーザー照射損傷が形成されることになる。しかしながら、この発明に係るレーザー加工装置においては、純水流３１の厚さを小さく制御することで、気泡の影響を防止している。 By the way, when laser processing is executed by irradiating the laser beam L while supplying pure water to the wafer 1 in this way, bubbles are generated in the pure water immediately after the laser beam L irradiation. Found. When such a bubble is generated by irradiating the pulsed laser beam L and the bubble 42 is not removed from the pure water before the next pulsed laser beam L is irradiated, the bubble is generated. Due to the optical scattering caused by the laser beam, laser irradiation damage caused by the laser beam scattered around the processing region is formed. However, in the laser processing apparatus according to the present invention, the influence of bubbles is prevented by controlling the thickness of the pure water flow 31 to be small.

図４は、レーザー加工時の気泡４２の発生と放出の様子を模式的に示す説明図である。 FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing the generation and release of bubbles 42 during laser processing.

図４（ａ）に示すように、ウエハ１にパルス状のレーザービームＬを照射したときには、ウエハ１が加工されるときに気泡４２が発生する。このままの状態で、次のパルス状のレーザービームＬが照射された場合には、この気泡４２により光学散乱が生ずる。しかしながら、この発明においては、純水流３１の層厚が十分小さいことから、図４（ｂ）に示すように、この気泡４２は純水流３１を突き破って外部に放出される。従って、散乱レーザービームに起因するレーザー照射損傷を有効に防止することが可能となる。 As shown in FIG. 4A, when the wafer 1 is irradiated with a pulsed laser beam L, bubbles 42 are generated when the wafer 1 is processed. In this state, when the next pulsed laser beam L is irradiated, the bubbles 42 cause optical scattering. However, in the present invention, since the layer thickness of the pure water flow 31 is sufficiently small, as shown in FIG. 4B, the bubbles 42 break through the pure water flow 31 and are discharged to the outside. Therefore, it is possible to effectively prevent laser irradiation damage caused by the scattered laser beam.

このときの純水流３１の層厚は、例えば、１００μｍ以下であることが好ましい。すなわち、この純水流３１の層厚を、純水中で発生する気泡４２の大きさより小さくすれば、この気泡４２を速やかに外部に放出することが可能となる。ここで、レーザービームＬの照射スポット直径をレーザー加工に最適な３０μｍ〜６０μｍ程度に設定した場合には、気泡４２の大きさが１００μｍ以上となる。このため、純水流３１の層厚を１００μｍ以下とすることにより、純水中で発生する気泡４２を速やかに外部に放出することが可能となる。 The layer thickness of the pure water stream 31 at this time is preferably 100 μm or less, for example. That is, if the layer thickness of the pure water flow 31 is made smaller than the size of the bubbles 42 generated in the pure water, the bubbles 42 can be quickly discharged to the outside. Here, when the irradiation spot diameter of the laser beam L is set to about 30 μm to 60 μm, which is optimal for laser processing, the size of the bubble 42 is 100 μm or more. For this reason, by setting the layer thickness of the pure water flow 31 to 100 μm or less, the bubbles 42 generated in the pure water can be quickly discharged to the outside.

このように、本願発明においては、空気流４１の作用により純水流３１の層厚を小さくすることで、気泡４２を速やかに放出させて光学散乱の影響を防止している。しかしながら、図４（ｂ）に示すように、気泡４２が放出された直後に次のパルス状のレーザービームＬが照射された場合には、純水流３１が存在しないウエハ１の表面にレーザービームＬが照射されることになり、従来のレーザー加工の場合と同様、デブリの発生や熱によるストレスの問題が生ずる。 As described above, in the present invention, by reducing the layer thickness of the pure water flow 31 by the action of the air flow 41, the bubbles 42 are quickly released to prevent the influence of optical scattering. However, as shown in FIG. 4B, when the next pulsed laser beam L is irradiated immediately after the bubble 42 is emitted, the laser beam L is applied to the surface of the wafer 1 where the pure water flow 31 does not exist. As in the case of conventional laser processing, the problem of generation of debris and stress due to heat occurs.

パルス状のレーザービームＬを使用したときに、レーザービームＬが照射されることにより発生した気泡４２により純水が除去された領域が、次のパルス状のレーザービームＬが照射される前に加工領域から除去されるためには、純水流３１の流速をＦＷ、ウエハ１に照射されるレーザービームの照射スポット直径をＤ、レーザービームＬの繰り返し周波数をｆとしたときに、純水流３１の加工領域における平均流速ＦＷを、Ｄ×ｆ以上とする必要がある。純水流３１の流速ＦＷとレーザービームの照射スポット直径ＤとレーザービームＬの繰り返し周波数ｆとの関係をこのように設定することにより、レーザービームＬの照射で発生した気泡４２により純水が除去された領域が、次のパルス状のレーザービームＬが照射される前に加工領域から退出することになる。 When the pulsed laser beam L is used, the region where pure water is removed by the bubbles 42 generated by the irradiation of the laser beam L is processed before the next pulsed laser beam L is irradiated. In order to remove from the region, the pure water stream 31 is processed when the flow velocity of the pure water stream 31 is FW, the irradiation spot diameter of the laser beam irradiated on the wafer 1 is D, and the repetition frequency of the laser beam L is f. The average flow velocity FW in the region needs to be not less than D × f. By setting the relationship between the flow velocity FW of the pure water flow 31, the irradiation spot diameter D of the laser beam, and the repetition frequency f of the laser beam L in this way, the pure water is removed by the bubbles 42 generated by the irradiation of the laser beam L. The region exits from the processing region before the next pulsed laser beam L is irradiated.

なお、上述したように、レーザービームＬによるウエハ１の加工領域においては、空気流４１の流速は純水流３１の流速の約２倍となることが判明している。このため、空気流４１の流速をＦＧとしたときには、空気流４１の加工領域における平均流速ＦＧを、２×Ｄ×ｆ以上とすることが好ましい。空気流４１の流速ＦＧとレーザービームの照射スポット直径ＤとレーザービームＬの繰り返し周波数ｆとの関係をこのように設定した場合においても、レーザービームＬの照射で発生した気泡４２による純水が除去された領域を、次のパルス状のレーザービームＬが照射される前に加工領域から退出させることができる。 As described above, in the processing region of the wafer 1 by the laser beam L, it has been found that the flow velocity of the air flow 41 is about twice that of the pure water flow 31. For this reason, when the flow velocity of the air flow 41 is FG, the average flow velocity FG in the processing region of the air flow 41 is preferably 2 × D × f or more. Even when the relationship between the flow velocity FG of the air flow 41, the irradiation spot diameter D of the laser beam, and the repetition frequency f of the laser beam L is set in this way, pure water due to the bubbles 42 generated by the irradiation of the laser beam L is removed. The formed region can be withdrawn from the processing region before the next pulsed laser beam L is irradiated.

本発明者の実験によると、レーザービームＬの照射スポット直径Ｄを６０μｍとし、レーザービームＬの繰り返し周波数ｆを３０ｋＨｚとしたときに、空気流４１の加工領域における平均流速ＦＧを、上記の条件から外れる３．５ｍ／ｓｅｃ以下とすると、デブリによる汚染の発生が確認される。このときの純水流３１の平均流速は１．７５ｍ／ｓｅｃであり、純水流３１の層厚は１００μｍであった。なお、このときには、加工領域周辺においてレーザー照射損傷は観測されていないことから、レーザービームＬの照射により発生する気泡４２の問題は解消されていることが確認できる。 According to the experiment of the present inventor, when the irradiation spot diameter D of the laser beam L is 60 μm and the repetition frequency f of the laser beam L is 30 kHz, the average flow velocity FG in the processing region of the air flow 41 is determined from the above conditions. If it is 3.5 m / sec or less, the occurrence of contamination due to debris is confirmed. The average flow velocity of the pure water stream 31 at this time was 1.75 m / sec, and the layer thickness of the pure water stream 31 was 100 μm. At this time, no laser irradiation damage has been observed around the processing region, so it can be confirmed that the problem of the bubbles 42 generated by the irradiation of the laser beam L has been solved.

この発明に係るレーザー加工装置においては、レーザービームＬの入射側に入射孔としてのスリット３２が形成されるとともに、純水流３１側にスリット３３が形成された、その断面が略楕円状の管状部材からなる空気供給ノズル１５を使用して、純水流３１の表面に空気流４１を供給している。このため、空気供給ノズル１５におけるスリット３３から噴出される空気流４１における気流の乱れが抑制される。これにより、純水流３１の表面の乱れを低減することができ、純水流３１の表面におけるレーザービームＬの光散乱が抑制されることから、微細加工を行うことができ、加工精度を向上させることが可能となる。 In the laser processing apparatus according to the present invention, a slit 32 as an incident hole is formed on the incident side of the laser beam L, and a slit 33 is formed on the pure water flow 31 side. The air flow 41 is supplied to the surface of the pure water flow 31 using the air supply nozzle 15 composed of For this reason, the turbulence of the airflow in the airflow 41 ejected from the slit 33 in the air supply nozzle 15 is suppressed. Thereby, the disturbance of the surface of the pure water stream 31 can be reduced, and the light scattering of the laser beam L on the surface of the pure water stream 31 is suppressed, so that fine processing can be performed and the processing accuracy is improved. Is possible.

また、このとき、空気供給ノズル１５におけるレーザービームＬの入射側のスリット３２と当接する位置に、合成石英板１６が配設されている。このため、スリット３２から空気が噴出されることにより生ずる空気流４１の気流の乱れが抑制される。これにより、気体供給ノズル１５内で発生する空気流４１の気流の乱れを低減することができ、純水流３１の表面におけるレーザービームＬの光散乱が抑制されることから、微細加工を行うことができ、加工精度を向上させることが可能となる。 At this time, the synthetic quartz plate 16 is disposed at a position where the air supply nozzle 15 contacts the slit 32 on the incident side of the laser beam L. For this reason, the turbulence of the airflow 41 generated by the air being ejected from the slit 32 is suppressed. Thereby, the turbulence of the air flow 41 generated in the gas supply nozzle 15 can be reduced, and the light scattering of the laser beam L on the surface of the pure water flow 31 is suppressed. It is possible to improve the processing accuracy.

ただし、空気供給ノズル１５におけるレーザービームＬの入射側のスリット３２にかえて、十分小さなレーザービーム通過孔を使用することにより、この合成石英板１６を省略することも可能である。すなわち、このスリット３２にかわるレーザービームＬの通過孔として、例えば、その直径が１ｍｍ程度の円形の孔を使用した場合には、空気供給ノズル１５内の空気の流速を保ったまま、気体供給ノズル１５内で発生する空気流４１の気流の乱れを低減することができ、純水流３１の表面におけるレーザービームＬの光散乱を抑制して、加工精度を向上させることが可能となる。 However, the synthetic quartz plate 16 can be omitted by using a sufficiently small laser beam passage hole instead of the slit 32 on the incident side of the laser beam L in the air supply nozzle 15. That is, for example, when a circular hole having a diameter of about 1 mm is used as a passage hole for the laser beam L in place of the slit 32, the gas supply nozzle is maintained while maintaining the air flow velocity in the air supply nozzle 15. Therefore, the turbulence of the airflow 41 generated in the airflow 15 can be reduced, the light scattering of the laser beam L on the surface of the pure water flow 31 can be suppressed, and the processing accuracy can be improved.

なお、上述したレーザー加工装置によりレーザー加工を継続して実行した場合においては、純水流３１に対して空気供給ノズル１５から空気流４１を供給したときに、純水による極めて小さな水滴が発生する。この水滴が合成石英板１６や集光レンズ２４に付着した場合には、この水滴によりレーザービームＬが散乱し、レーザービームＬによる加工形状が悪化するという問題を生ずる。 When laser processing is continuously performed by the laser processing apparatus described above, when the air flow 41 is supplied from the air supply nozzle 15 to the pure water flow 31, extremely small water droplets are generated by the pure water. When the water droplets adhere to the synthetic quartz plate 16 or the condenser lens 24, the laser beam L is scattered by the water droplets, resulting in a problem that the processing shape by the laser beam L is deteriorated.

このため、このレーザー加工装置においては、上述したように、純水流３１から発生する水滴を、水滴吸引ノズル１７により吸引除去する構成を採用している。この水滴吸引ノズル１７は、純水流３１の下流側に配設された円錐状の形状を有する。そして、この水滴吸引ノズル１７は、その吸引力が例えば３００ｌ／ｓｅｃのロータリポンプと接続されている。このため、この水滴吸引ノズル１７により、純水流３１から発生する水滴を有効に吸引除去することが可能となる。 For this reason, in this laser processing apparatus, as described above, a configuration in which water droplets generated from the pure water flow 31 are sucked and removed by the water droplet suction nozzle 17 is adopted. The water droplet suction nozzle 17 has a conical shape disposed on the downstream side of the pure water flow 31. The water droplet suction nozzle 17 is connected to a rotary pump whose suction force is 300 l / sec, for example. For this reason, the water droplet suction nozzle 17 can effectively suction and remove water droplets generated from the pure water flow 31.

上述した実施形態においては、液体として純水を使用しているが、この液体としてはレーザービームＬに対して透明な液体であれば、純水以外を使用してもよい。例えば、この液体としてエタノールやメタノールを使用し、レーザー光源２１としてＱスイッチＮｄ:ＹＡＧ第二高周波を使用してＳｉウエハを加工した場合には、加工領域周辺での酸化を抑止する効果を期待することができる。 In the above-described embodiment, pure water is used as the liquid. However, any liquid other than pure water may be used as the liquid as long as the liquid is transparent to the laser beam L. For example, when ethanol or methanol is used as the liquid and a Si wafer is processed using the Q switch Nd: YAG second high frequency as the laser light source 21, an effect of suppressing oxidation around the processing region is expected. be able to.

また、上述した実施形態においては、気体として空気を使用しているが、窒素、酸素、アルゴン、ヘリウム等の他の気体を使用してもよい。 In the above-described embodiment, air is used as the gas, but other gases such as nitrogen, oxygen, argon, helium may be used.

１シリコンウエハ
１１チャンバー
１２Ｘ−Ｙ−θテーブル
１４純水供給ノズル
１５空気供給ノズル
１６合成石英板
１７水滴吸引ノズル
２０レーザービーム照射機構
２１レーザー光源
２２ビームエキスパンダ
２３ハーフミラー
２４集光レンズ
２５ＣＣＤカメラ
３１純水流
３２スリット
３３スリット
４１空気流
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon wafer 11 Chamber 12 XY-theta table 14 Pure water supply nozzle 15 Air supply nozzle 16 Synthetic quartz board 17 Water droplet suction nozzle 20 Laser beam irradiation mechanism 21 Laser light source 22 Beam expander 23 Half mirror 24 Condensing lens 25 CCD Camera 31 Pure water flow 32 Slit 33 Slit 41 Air flow

Claims

A support member for supporting the workpiece;
Liquid supply means for supplying a liquid to the surface of the workpiece supported by the support member;
Gas supply means for supplying gas to the surface of the liquid supplied to the surface of the workpiece;
A laser beam irradiating means for irradiating a laser beam onto a workpiece to which the liquid is supplied;
Moving means for moving the support member relative to the laser beam irradiation means;
A laser processing apparatus comprising:

In the laser processing apparatus of Claim 1,
The liquid supply means forms a laminar liquid flow on the surface of the workpiece,
The laser processing apparatus in which the gas supply means reduces the layer thickness of the liquid flow by supplying gas in the same direction as the laminar liquid flow formed by the liquid supply means.

In the laser processing apparatus of Claim 2,
The gas supply means is a laser processing apparatus comprising a tubular member in which an incident hole for a laser beam is formed on the incident side of the laser beam, and a slit in the laminar liquid side is formed to face the flow direction of the liquid flow.

In the laser processing apparatus of Claim 3,
A laser processing apparatus in which a translucent member that transmits a laser beam is disposed above an incident hole in the gas supply means.

In the laser processing apparatus in any one of Claims 1 thru | or 4,
The laser processing apparatus provided with the water droplet suction means which attracts | sucks the water droplet produced by supplying supply gas from the said gas supply means with respect to the liquid supplied from the said liquid supply means.

In the laser processing apparatus in any one of Claims 1 thru | or 5,
The laser beam emitted from the laser beam irradiation means is pulsed,
A laser processing apparatus in which an average flow velocity in a processing region of the liquid is D × f or more, where D is an irradiation spot diameter of the laser beam and f is a repetition frequency of the laser beam.

In the laser processing apparatus of Claim 6,
The laser processing apparatus whose average flow velocity of the gas supplied from the gas supply means is 2 × D × f or more.

In the laser processing apparatus in any one of Claims 1 thru | or 5,
A laser processing apparatus in which a thickness of a liquid flow in a processing region on the surface of the processing object is 100 μm or less.