JP2011092966A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】噴射ノズルから噴射される液柱に沿って照射されるレーザー光線が飛散した水滴によって屈折することを抑制すること。
【解決手段】加工ヘッド７は、集光レンズ７３によって集光されたレーザー光線ＬＢの光軸に沿って液体を噴射する噴射ノズル７４８を備えた液柱形成機構７４と、液柱形成機構７４の下側に配設され、噴射ノズル７４８から噴射される液柱７０が通過する貫通孔７５２ａを有するポーラス部材７５２と、を有し、ポーラス部材７５２に連通した水滴吸引機構７８によってポーラス部材７５２の下面に付着した水滴７９をポーラス部材７５２内に吸引する。
【選択図】図２

Description

本発明は、噴射ノズルから噴射された液柱に沿ってレーザー光線を照射して被加工物にレーザー加工を施すレーザー加工装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状の半導体ウェーハは、その表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって、複数の領域に区画され、このストリートによって区画された領域にＩＣ，ＬＳＩ等のデバイスが形成される。そして、ストリートに沿って半導体ウェーハを切断することによってデバイスが形成された領域を分割することにより、個々の半導体デバイスが製造される。

ところで、近年、半導体ウェーハ等の板状の被加工物を分割する方法の一つとして、被加工物の表面に形成されたストリートに沿ってレーザー光線を照射することによってレーザー加工溝を形成し、レーザー加工溝に沿ってメカニカルブレーキング装置を当接させることによって、板状の被加工物を割断する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ところが、半導体ウェーハの表面にレーザー加工溝を形成する場合、加工屑であるデブリが発生し、デブリがデバイスの表面に付着することによって、デバイスの品質が低下することがある。従って、半導体ウェーハの表面にレーザー加工溝を形成する場合には、半導体ウェーハの表面に予め保護被膜を被覆し、この保護被膜を通してレーザー光線を照射する必要がある。

しかしながら、保護被膜を被覆することによってデブリの発生を抑制する場合、半導体ウェーハの表面に保護被膜を被覆する工程を追加しなければならないために、デバイスの生産性が低下する。また、半導体ウェーハにレーザー光線を照射するとデバイスが加熱されるために、熱によってデバイスの品質が低下するという問題もある。

このような背景から、デバイスの生産性を低下させることなく、デブリの影響を解消すると共に半導体ウェーハの加熱を防ぐレーザー加工方法として、噴射ノズルから糸状の液柱を噴射し、この液柱に沿ってレーザー光線を照射するようにしたレーザー加工方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

このレーザー加工方法によれば、噴射ノズルから噴射された液体によってデブリが洗い流されるので、デブリがデバイスの表面に付着することによってデバイスの品質が低下することを防止できる。また、デブリの発生を抑制するために半導体ウェーハの表面に保護被膜を被覆する必要がないので、デバイスの生産性が低下することを抑制できる。また、レーザー加工時に発生する熱が噴射ノズルから噴射された液体によって冷却されるので、熱によってデバイスの品質が低下することを防止できる。

特開平１０−３０５４２１号公報 特開２００６−２５５７６９号公報

しかしながら、噴射ノズルから糸状の液柱を噴射し、この液柱に沿ってレーザー光線を照射する場合、液柱が半導体ウェーハの表面に衝突して飛散し、飛散した水滴が噴射ノズルの下面に付着し、付着した水滴が液柱の近傍で成長することによって、水滴が液柱に接触することがある。そして、水滴が液柱に接触した場合には、液柱が乱れることによって、レーザー光線が屈折し、半導体ウェーハの所定位置にレーザー光線を正確に照射することができなくなる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、噴射ノズルから噴射される液柱に沿って照射されるレーザー光線が飛散した水滴によって屈折することを抑制可能なレーザー加工装置を提供することにある。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るレーザー加工装置は、被加工物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被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、チャックテーブルとレーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、を具備し、レーザー光線照射手段は、レーザー光線発振器と、レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線を集光する集光レンズを備えた加工ヘッドと、を具備するレーザー加工装置において、加工ヘッドは、集光レンズによって集光されたレーザー光線の光軸に沿って液体を噴射する噴射ノズルを備えた液柱形成機構と、液柱形成機構の下側に配設され、噴射ノズルから噴射される液柱が通過する貫通孔を有するポーラス部材と、を有し、ポーラス部材に連通した水滴吸引機構からの吸引によってポーラス部材の下面に付着した水滴をポーラス部材内に吸引することを特徴とする。

本発明に係るレーザー加工装置によれば、ポーラス部材の下面に付着した水滴はポーラス部材に連通した水滴吸引機構によってポーラス部材内に吸引されるので、噴射ノズルから噴射される液柱に沿って照射されるレーザー光線が飛散した水滴によって屈折することを抑制できる。

図１は、本発明の一実施形態であるレーザー加工装置の全体構成を示す斜視図である。 図２は、図１に示すレーザー加工装置に装備される加工ヘッドの構成を示す断面図である。 図３は、図２に示す水滴吸引部の構成を示す上面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態であるレーザー加工装置の構成について説明する。

〔レーザー加工装置の全体構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態であるレーザー加工装置の全体構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態であるレーザー加工装置の全体構成を示す斜視図である。図１に示すように、本発明の一実施形態であるレーザー加工装置１は、静止基台２と、矢印Ｘで示す加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動可能に静止基台２に配設され被加工物Ｗを保持するチャックテーブル機構３と、Ｘ軸方向と直交する矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動可能に静止基台２に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構４と、矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Ｚ軸方向）に移動可能にレーザー光線照射ユニット支持機構４に配設されたレーザー光線照射ユニット５と、を具備する。

被加工物Ｗは、特に限定されないが、例えばシリコンウェーハやＧａＡｓウェーハ等の半導体ウェーハ、チップ実装用として半導体ウェーハの裏面に設けられるＤＡＦ（Die Attach Film）等の粘着部材、半導体製品のパッケージ部材、セラミックス，ガラス，サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）等の無機材料基板、ＬＣＤドライバー等の各種電子部品、ミクロンオーダーの加工位置精度が要求される各種加工材料等を例示することができる。

チャックテーブル機構３は、Ｘ軸方向に沿って平行に静止基台２上に配設された一対の案内レール３１，３１と、Ｘ軸方向に移動可能に一対の案内レール３１，３１上に配設された第１の滑動ブロック３２と、Ｙ軸方向に移動可能に第１の滑動ブロック３２上に配設された第２の滑動ブロック３３と、円筒部材３４によって第２の滑動ブロック３３上に支持されたカバーテーブル３５と、被加工物Ｗを保持するチャックテーブル３６と、を具備する。

チャックテーブル３６は、多孔性材料によって形成された吸着チャック３６１を具備し、図示しない吸引手段によって被加工物Ｗを吸着チャック３６１上に保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転される。チャックテーブル３６には、保護テープを介してウェーハを支持する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。

第１の滑動ブロック３２の下面には、一対の案内レール３１，３１と嵌合する一対の被案内溝３２１，３２１が設けられている。また、第１の滑動ブロック３２の上面には、Ｙ軸方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２，３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１，３２１が一対の案内レール３１，３１に嵌合することによって、一対の案内レール３１，３１に沿ってＸ軸方向に移動可能に構成されている。

チャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１，３１に沿ってＸ軸方向に移動させるための加工送り手段３７を具備する。加工送り手段３７は、一対の案内レール３１，３１間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１の一端は、静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されている。雄ネジロッド３７１の他端は、パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。

雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。これにより、第１の滑動ブロック３２は、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転及び逆転駆動することによって、一対の案内レール３１，３１に沿ってＸ軸方向に移動する。

第２の滑動ブロック３３の下面には、第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２，３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１，３３１が設けられている。第２の滑動ブロック３３は、一対の被案内溝３３１，３３１を一対の案内レール３２２，３２２に嵌合させることにより、Ｙ軸方向に移動可能に構成されている。

チャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２，３２２に沿って第２の滑動ブロック３３をＹ軸方向に移動させるための第１の割り出し送り手段３８を具備する。第１の割り出し送り手段３８は、一対の案内レール３２２，３２２間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１の一端は、第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されている。雄ネジロッド３８１の他端は、パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。

雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。これにより、第２の滑動ブロック３３は、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転及び逆転駆動することによって、一対の案内レール３２２，３２２に沿ってＹ軸方向に移動する。

レーザー光線照射ユニット支持機構４は、Ｙ軸方向に沿って平行に静止基台２上に配設された一対の案内レール４１，４１と、Ｙ軸方向に移動可能に一対の案内レール４１，４１上に配設された可動支持基台４２と、を具備する。可動支持基台４２は、一対の案内レール４１，４１上を移動可能に配設された移動支持部４２１と、移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２と、を具備する。装着部４２２の一側面には、Ｚ軸方向に延びる一対の案内レール４２３，４２３が平行に設けられている。

レーザー光線照射ユニット支持機構４は、一対の案内レール４１，４１に沿って可動支持基台４２をＹ軸方向に移動させるための第２の割り出し送り手段４３を具備する。第２の割り出し送り手段４３は、一対の案内レール４１，４１間に平行に配設された雄ネジロッド４３１と、雄ネジロッド４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド４３１の一端は、静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されている。雄ネジロッド４３１の他端は、パルスモータ４３２の出力軸に伝動連結されている。

雄ネジロッド４３１は、図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。図示しない雌ネジブロックは、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられている。これにより、可動支持基台４２は、パルスモータ４３２によって雄ネジロッド４３１を正転及び逆転駆動することによって、一対の案内レール４１，４１に沿ってＹ軸方向に移動する。

レーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、ユニットホルダ５１に取り付けられたレーザー光線照射手段５２と、を具備する。ユニットホルダ５１は、装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３，４２３に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝５１１，５１１を具備する。ユニットホルダ５１は、被案内溝５１１，５１１を一対の案内レール４２３，４２３に嵌合することにより、Ｚ軸方向に移動可能に支持される。

レーザー光線照射ユニット５は、一対の案内レール４２３，４２３に沿ってユニットホルダ５１をＺ軸方向に移動させるための移動手段５３を具備する。移動手段５３は、一対の案内レール４２３，４２３間に配設された図示しない雄ネジロッドと、図示しない雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ５３２等の駆動源を有する。ユニットホルダ５１とレーザー光線照射手段５２とは、パルスモータ５３２によって図示しない雄ネジロッドを正転及び逆転駆動することにより、一対の案内レール４２３，４２３に沿ってＺ軸方向に移動される。

本実施形態では、レーザー光線照射手段５２は、パルスモータ５３２を正転駆動した場合、上方に移動し、パルスモータ５３２を逆転駆動した場合には、下方に移動するようになっている。

レーザー光線照射手段５２は、ユニットホルダ５１に固定された実質上水平に延出する円筒形状のケーシング５２１と、ケーシング５２１内に配設されたパルスレーザー光線発振手段６と、ケーシング５２１の先端に装着されたパルスレーザー光線発振手段６から発振されたレーザー光線を集光する加工ヘッド７と、を備える。パルスレーザー光線発振手段６は、ＹＡＧレーザー発信器又はＹＶＯ４レーザー発振器により構成されるパルスレーザー光線発振器６１と、パルスレーザー光線発振器６１に付設された繰り返し周波数設定手段６２と、を備える。このように構成されたパルスレーザー光線発振手段６は、例えば波長５３２ｎｍ，繰り返し周波数４０ｋＨｚ，平均出力１０Ｗのパルスレーザー光線を発振する。

このような構成を有するレーザー加工装置１では、被加工物Ｗは、環状のフレームＦに装着されたダイジングテープＴの表面に貼着された状態でチャックテーブル３６の吸着チャック３６１上に搬送され、吸着チャック３６１に吸引保持される。このようにして被加工物Ｗを吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７の作動によって一対の案内レール３１，３１に沿って移動し、撮像手段１１の直下に位置付けられる。

チャックテーブル３６が撮像手段１１の直下に位置付けられると、撮像手段１１及び図示しない制御手段によって被加工物Ｗの所定方向に形成されているストリートと、加工ヘッド７との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、加工領域のアライメントを実行する。また、被加工物Ｗに形成されている所定方向に対して直交する方向に延びるストリートに対しても、同様に加工領域のアライメントが実行される。

以上のようにして、チャックテーブル３６上に保持されている被加工物Ｗに形成されているストリートを検出し、加工領域のアライメントが実行されると、被加工物Ｗを保持したチャックテーブル３６をレーザー光線照射手段５２の加工領域に移動する。そして、被加工物Ｗに形成された所定のストリートを加工ヘッド７の直下に位置付ける。そして、レーザー光線照射手段５２と加工送り手段３７を作動させることにより、チャックテーブル３６に保持された被加工物Ｗを所定のストリートに沿ってレーザー加工する。

〔加工ヘッドの構成〕
次に、図２及び図３を参照して、加工ヘッド７の構成について説明する。

図２は、加工ヘッド７の構成を示す断面図である。図２に示すように、加工ヘッド７は、ヘッドハウジング７１と、ヘッドハウジング７１内に配設され、パルスレーザー光線発振手段６から発振されたレーザー光線を下方に向けて方向変換する方向変換ミラー７２と、方向変換ミラー７２によって方向変換されたレーザー光線を集光する集光レンズ７３と、を備える。また、ヘッドハウジング７１の下側には液柱形成機構７４が配設され、液柱形成機構７４の下側には水滴吸引部７５が配設されている。

液柱形成機構７４は、液体室７４１と外気導入室７４２とを形成する液体室形成ハウジング７４０を備える。液体室形成ハウジング７４０は、円筒状の側壁７４３と、側壁７４３の上面及び下面をそれぞれ閉塞する上壁７４４及び下壁７４５と、液体室７４１と外気導入室７４２とを区画する仕切壁７４６と、を備える。上壁７４４には、透明板７４７が配設されている。仕切壁７４６の中心部には、液体を噴出する噴射ノズル７４８が形成されている。なお、噴射ノズル７４８の噴射口７４８ａは、レーザー光線の光軸上に形成されている。

液体室形成ハウジング７４０を構成する側壁７４３には、液体室７４１に開口する液体導入口７４１ａが形成され、液体導入口７４１ａは液体供給手段７６に接続されている。液体供給手段７６は、水等の液体供給源７６１と、液体供給源７６１と液体室形成ハウジング７４０を構成する側壁７４３に設けられた液体導入口７４１ａとを接続する配管７６２と、配管７６２中に配設された電磁開閉弁７６３とを備える。電磁開閉弁７６３は、オフされている状態では液体供給源７６１と液体導入口７４１ａとの連通を遮断し、オンされている状態では液体供給源７６１と液体導入口７４１ａとを連通するように構成されている。

このように構成された液体供給手段７６は、例えば１３Ｍｐａの圧力を有する液体を液体室７４１に供給する。液体供給手段７６によって液体室７４１に供給された液体は、噴射ノズル７４８の噴射口７４８ａから液柱となって外気導入室７４２を介して被加工物Ｗに向けて噴射される。なお、本実施形態では、液柱７０の直径は、φ０．０５ｍｍに設定されている。

外気導入室７４２は、噴射ノズル７４８から噴射される液柱７０が通過する挿通路７４９を備える。液体室形成ハウジング７４０を構成する側壁７４３には、外気導入室７４２に外気を導入する外気導入口７４２ａが形成されている。液体室７４１と水滴吸引部７５との間に外気導入室７４２を形成することによって、液体室７４１と水滴吸引部７５との間に負圧が発生することにより生じる液柱７０への悪影響を防止することができる。

図３は、水滴吸引部７５の構成を示す上面図である。図３に示すように、水滴吸引部７５は、円筒形状の筒部７５１と、筒部７５１によって支持された円板形状のポーラス部材７５２と、筒部７５１の上面に形成された吸引通路７５３と、を具備する。ポーラス部材７５２は、その中心部に貫通孔７５２ａを備える。吸引通路７５３は、互いに等角度の位置に設けられ、水滴吸引機構７８に連通している。水滴吸引部７５は、図２に示すように、ポーラス部材７５２の挿通路７４９を貫通孔７５２ａに挿通した状態で液体室形成ハウジング７４０の下壁７４５に装着される。

水滴吸引機構７８は、図２に示すように、吸引源７８１と、吸引源７８１と吸引通路７５３とを接続する配管７８２と、配管７８２中に配設された電磁開閉弁７８３と、を備える。電磁開閉弁７８３は、オフされている状態では吸引源７８１と吸引通路７５３との連通を遮断し、オンされている状態では吸引源７８１と吸引通路７５３とを連通するように構成されている。従って、電磁開閉弁７８３がオンされ、吸引源７８１と吸引通路７５３が連通すると、ポーラス部材７５２の下面と上面との間に負圧が作用する。

〔加工ヘッドの作用〕
次に、図２を参照して、加工ヘッド７の作用について説明する。

この加工ヘッド７では、液体供給手段７６の電磁開閉弁７６３がオンされると、液体供給源７６１から配管７６２を介して液体室７４１に高圧液体が供給される。液体室７４１に供給された高圧液体は、噴射ノズル７４８の噴射口７４８ａから液柱７０となって噴出される。液柱７０は、外気導入室７４２と挿通路７４９を通ってチャックテーブル３６に保持される被加工物Ｗに向けて噴射される。一方、レーザー光発振手段６から発振されたレーザー光線ＬＢは、方向変換ミラー７２によって集光レンズ７３に導かれ、集光レンズ７３によって集光されつつ透明板７４７を通して液柱７０に沿って照射される。従って、レーザー光線ＬＢのスポットは液柱７０の直径となる。

上述したレーザー光線照射時には、水滴吸引機構７８の電磁開閉弁７８３がオンされる。この結果、吸引源７８１と吸引通路７５３が連通し、ポーラス部材７５２の下面と上面との間に負圧が作用する。上述したレーザー光線照射時には、液柱７０は、チャックテーブル３６に保持された被加工物Ｗの表面に衝突して飛散し、飛散した水滴７９がポーラス部材７５２の下面に付着し、付着して水滴７９が液柱７０の近傍で成長することによって液柱７０に水滴７９が接触すると、液柱７０が乱れてレーザー光線ＬＢが屈折し、所定位置にレーザー光線ＬＢを照射することができない。

ところが、本実施形態のレーザー加工装置１では、上述の通り、ポーラス部材７５２の下面と上面との間に負圧を作用させることができる。この結果、ポーラス部材７５２の下面に付着した水滴７９はポーラス部材７５２内に吸引され、ポーラス部材７５２の下面に付着した水滴７９が除去されるので、液柱７０に水滴７９が接触することにより、液柱７０が乱れてレーザー光線ＬＢが屈折し、所定位置にレーザー光線ＬＢを照射することができなくなることを防止できる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、上記実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち上記実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例、及び運用技術等は、全て本発明の範疇に含まれる。

１ レーザー加工装置
７ 加工ヘッド
３６ チャックテーブル
３７ 加工送り手段
５３ レーザー光線照射手段
６１ パルスレーザー光線発振器
７３ 集光レンズ
７０ 液柱
７４ 液柱形成機構
７５ 水滴吸引部
７８ 水滴吸引機構
７９ 水滴
７４８ 噴射ノズル
７５２ ポーラス部材
７５２ａ 貫通孔
ＬＢ レーザー光線
Ｗ 被加工物

Claims (1)

1. 被加工物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被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、を具備し、
   該レーザー光線照射手段は、レーザー光線発振器と、該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線を集光する集光レンズを備えた加工ヘッドと、を具備するレーザー加工装置において、
   該加工ヘッドは、
   該集光レンズによって集光されたレーザー光線の光軸に沿って液体を噴射する噴射ノズルを備えた液柱形成機構と、
   該液柱形成機構の下側に配設され、該噴射ノズルから噴射される液柱が通過する貫通孔を有するポーラス部材と、を有し、
   該ポーラス部材に連通した水滴吸引機構によって該ポーラス部材の下面に付着した水滴を該ポーラス部材内に吸引すること
   を特徴とするレーザー加工装置。

Images