JP2012071322A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー発振器から発振されるレーザー光線を集光レンズによって集光することなく集光器に伝送することができる光伝送手段を備えたレーザー加工装置を提供する。
【解決手段】レーザー光線照射手段がレーザー光線を発振するレーザー発振器６２と、レーザー発振器が発振したレーザー光線を集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射する集光器６４と、レーザー発振器が発振したレーザー光線を集光器に導く光伝送手段６５とを具備しているレーザー加工装置であって、光伝送手段は、可撓性を有し両端が開口されたフレキシブルチューブ６５１と、フレキシブルチューブに充填されレーザー光線を伝送する液体６５２と、フレキシブルチューブの一端部を閉塞し液体を封止する透明部材によって形成された第１の栓６５３と、フレキシブルチューブの他端部を閉塞し液体を封止する透明部材によって形成された第２の栓６５４とからなっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、被加工物にレーザー光線を照射して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、略円板形状である半導体ウエーハ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が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。また、サファイヤ基板の表面にフォトダイオード等の受光素子やレーザーダイオード等の発光素子等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々のフォトダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。

上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに形成されたストリートに沿ってパルスレーザー光線を照射することによりレーザー加工溝または内部に変質層を形成し、このレーザー加工溝または変質層に沿って破断する方法が提案されている。このようにウエーハ等の被加工物にレーザー加工を施す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、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を具備している。このレーザー光線照射手段は、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集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射する集光器と、レーザー発振器が発振したレーザー光線を集光器に導く光伝送手段とから構成されている。

上述したレーザー発振器から発振されたレーザー光線を集光器に導く光伝送手段は、一般にレンズとミラーからなる光学系からなっている。しかるに、レンズとミラーからなる光学系は設置場所によっては設計上の自由度が少ないという問題がある。このような問題を解消するために、光ファイバーを用いた光伝送手段が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）

特開平５−２７７７７５号公報

上述した光伝送手段としての光ファイバーは、ガラスで形成されており、柔軟性を持たせるために直径が２５μm程度の細さに形成されている。しかるに、レーザー発振器から発振されるレーザー光線は直径が２〜３mmであるため、レーザー発振器から発振されたレーザー光線を集光レンズによって集光し光ファイバーの端面の中心に位置付ける必要があるので、光伝送手段は必ずしも簡単な構成とはならない。また、レーザー発振器から発振されたレーザー光線を集光レンズによって集光して光ファイバーの端面の中心に位置付けるので、光ファイバーの端面が照射されるレーザー光線によって早期に劣化するという問題もある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、レーザー発振器から発振されるレーザー光線を集光レンズによって集光することなく集光器に伝送することができる光伝送手段を備えたレーザー加工装置を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するために、本発明によれば、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を備え、該レーザー光線照射手段が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集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射する集光器と、該レーザー発振器が発振したレーザー光線を集光器に導く光伝送手段とを具備しているレーザー加工装置において、
該光伝送手段は、可撓性を有し両端が開口されたフレキシブルチューブと、該フレキシブルチューブに充填されレーザー光線を伝送する液体と、該フレキシブルチューブの一端部を閉塞し該液体を封止する透明部材によって形成された第１の栓と、該フレキシブルチューブの他端部を閉塞し該液体を封止する透明部材によって形成された第２の栓と、からなっている、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

上記光伝送手段を構成するフレキシブルチューブはフッ素系樹脂によって形成され、液体は純水であり、第１の栓および第２の栓は石英によって形成されている。
また、上記光伝送手段を構成するフレキシブルチューブの開口の直径は、上記レーザー発振器が発振するレーザー光線の直径以上に設定されている。

本発明によるレーザー加工装置においては、レーザー光線照射手段を構成する光伝送手段が、可撓性を有し両端が開口されたフレキシブルチューブと、フレキシブルチューブに充填されレーザー光線を伝送する液体と、該フレキシブルチューブの一端部を閉塞し液体を封止する透明部材によって形成された第１の栓と、フレキシブルチューブの他端部を閉塞し液体を封止する透明部材によって形成された第２の栓とからなっており、レーザー光線を伝送する媒体が液体であるため、液体が充填されるフレキシブルチューブは、その内径（開口の直径に対応）をパルスレーザー光線発振器が発振するパルスレーザー光線の直径に対応した値に形成することが容易である。従って、パルスレーザー光線発振器が発振したパルスレーザー光線を集光することなく光伝送手段を構成する第１の栓または第２の栓の端面に直接入光することができるので、集光レンズが不要となるとともに、第１の栓または第２の栓の端面が照射されるレーザー光線のパワー密度が低いので早期に劣化するという問題も解消される。

本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図。 図１に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段の構成を簡略に示すブロック図。

以下、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１には、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２に加工送り方向（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）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構４と、該レーザー光線ユニット支持機構４に後述するチャックテーブルの保持面に対して垂直な矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット５とを具備している。

上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上に矢印Ｘで示す加工送り方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上に矢印Ｘで示す加工送り方向に（X軸方向）移動可能に配設された第一の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持されたカバーテーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、被加工物保持面としての吸着チャック３６１上に被加工物である例えば円板状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって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せしめられる。なお、チャックテーブル３６には、後述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。

上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面に矢印Ｙで示す割り出し送り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り、一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけ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に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動させるためのボール螺子機構からなる加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド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は、その一端が上記静止基台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おり、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、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。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第一の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動せしめられる。

上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第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が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第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に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動させるためのボール螺子機構からなる第１の割り出し送り手段３８を具備している。第１の割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド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は、その一端が上記第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おり、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、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。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動せしめられる。

上記レーザー光線照射ユニット支持機構４は、静止基台２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上に矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一側面に矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（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。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動させるためのボール螺子機構からなる第２の割り出し送り手段４３を具備している。第２の割り出し送り手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロッド４３１と、該雄ネジロッド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は、その一端が上記静止基台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おり、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド４３１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た図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロッド４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動せしめられる。

図示の実施形態のおけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられたレーザー光線照射手段６を具備している。ユニットホルダ５１は、上記装着部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が設けられており、この被案内溝５１１、５１１を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動可能に支持される。

図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１を一対の案内レール４２３、４２３に沿って上記チャックテーブル３６被加工物保持面に垂直な方向である矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動させるための集光点位置調整手段５３を具備している。集光点位置調整手段５３は、上記加工送り手段３７や第１の割り出し送り手段３８および第２の割り出し送り手段４３と同様にボール螺子機構からなっている。この第１の集光点位置調整手段５３は、一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロッド（図示せず）と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ５３２等の駆動源を含んでおり、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および逆転駆動することにより、ユニットホルダ５１およびレーザビーム照射手段５２を案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動せしめる。なお、図示の実施形態においてはパルスモータ５３２を正転駆動することによりレーザー光線照射手段６を上方に移動し、パルスモータ５３２を逆転駆動することによりレーザー光線照射手段６を下方に移動するようになっている。

図示のレーザー光線照射手段６は、上記ユニットホルダ５１に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング６１を具備している。この円筒形状のケーシング６１の前端部には、上記レーザー光線照射手段６によってレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段７が配設されている。この撮像手段７は撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。

図示の実施形態におけるレーザー光線照射手段６は、図２に示すように上記ケーシング６１内に配設されパルスレーザー光線LBを発振するパルスレーザー光線発振器６２と、該パルスレーザー光線発振器６２によって発振されたパルスレーザー光線の出力を調整する出力調整手段６３と、ケーシング６１の先端に配設されパルスレーザー光線発振器６２によって発振されたパルスレーザー光線を集光して上記チャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する集光器６４と、パルスレーザー光線発振器６２によって発振され出力調整手段６３によって出力が調整されたパルスレーザー光線を集光器６４に伝送する光伝送手段６５と、を具備している。

上記パルスレーザー光線発振器６２は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなっている。なお、パルスレーザー光線発振器６２は発振するパルスレーザー光線LBの直径は、図示の実施形態においては３．５mmに設定されている。上記出力調整手段６３は、波長板６３１とビームスプリッター６３２および遮光ボックス６３３とからなっており、波長板６３１を回動することによりビームスプリッター６３２から光伝送手段６５側と遮光ボックス６３３側に送るパルスレーザー光線の割合を調整するようになっている。上記集光器６４は、図示の実施形態においては、光伝送手段６５から出光されるパルスレーザー光線を図２において下方に方向変換する方向変換ミラー６４１と、該方向変換ミラー６４１によって方向変換されたパルスレーザー光線を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する集光レンズ６４２とからなっている。

次に、上記光伝送手段６５について説明する。
図２に示す実施形態における光伝送手段６５は、可撓性を有するフレキシブルチューブ６５１と、該フレキシブルチューブ６５１に充填されレーザー光線を伝送する液体６５２と、フレキシブルチューブ６５１の一端部を閉塞し液体６５２を封止する透明部材によって形成された第１の栓６５３と、フレキシブルチューブ６５１の他端部を閉塞し液体６５２を封止する透明部材によって形成された第２の栓６５４とからなっている。フレキシブルチューブ６５１は、液体６５２の光屈折率より小さい光屈折率を有するフッ素系樹脂によって形成されており、両端が開口されそれぞれ開口６５１a、６５１bが形成されている。この開口６５１a、６５１bの直径は、上記パルスレーザー光線発振器６２が発振するレーザー光線LBの直径以上（図示の実施形態においては４．５mm）に設定されている。このように形成されたフレキシブルチューブ６５１に充填される液体６５２は、図示の実施形態においては純水が用いられる。また、フレキシブルチューブ６５１の一端部を閉塞し液体６５２を封止する第１の栓６５３およびフレキシブルチューブ６５１の他端部を閉塞し液体６５２を封止する第２の栓６５４は、石英によって円柱状に形成されている。この第１の栓６５３および第２の栓６５４は、直径がフレキシブルチューブ６５１の開口６５１a、６５１bの直径より僅かに大きい値に設定されており、それぞれ開口６５１a、６５１bから圧入して装着される。

図２に示す実施形態におけるレーザー光線照射手段６は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
パルスレーザー光線発振器６２から発振されたパルスレーザー光線LBは、出力調整手段６３によって所定の出力に調整されて光伝送手段６５を構成する第１の栓６５３の端面から入光し、フレキシブルチューブ６５１に充填された純水からなる液体６５２を通して第２の栓６５４の端面から集光器６４の方向変換ミラー６４１に向けて出光される。方向変換ミラー６４１に向けて出力されたパルスレーザー光線LBは、方向変換ミラー６４１によって集光レンズ６４２に向けて方向変換され、集光レンズ６４２によって集光されてチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射される。

上述したレーザー光線照射手段６を構成する光伝送手段６５は、レーザー光線を伝送する媒体が液体６５２であるため、液体６５２が充填されるフレキシブルチューブ６５１は、その内径（開口６５１a、６５１bの直径に対応）をパルスレーザー光線発振器６２が発振するパルスレーザー光線LBの直径に対応した値に形成することが容易である。従って、パルスレーザー光線発振器６２が発振したパルスレーザー光線LBを集光することなく光伝送手段６５を構成する第１の栓６５３の端面に直接入光することができるので、集光レンズが不要となるとともに、第１の栓６５３の端面が照射されるレーザー光線のパワー密度が低いので早期に劣化するという問題も解消される。

以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。例えば、図示の実施形態においては光伝送手段６５を構成する第２の栓６５４の端面から出光されたパルスレーザー光線LBを集光器６４の方向変換ミラー６４１に導くように構成した例を示したが、方向変換ミラー６４１を除去して光伝送手段６５を構成する第２の栓６５４の端面から出光されたパルスレーザー光線LBを直接集光レンズ６４２に導くように構成してもよい。

２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３１：案内レール
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３８：第１の割り出し送り手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４１：案内レール
４２：可動支持基台
４３：第２の割り出し送り手段
５：レーザー光線照射ユニット
６：レーザー光線照射手段
６２：パルスレーザー光線発振器
６３：出力調整手段
６４：集光器
６５：光伝送手段
６５１：フレキシブルチューブ
６５２：レーザー光線を伝送する液体（純水）
６５３：第１の栓
６５４：第２の栓

Claims (3)

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を備え、該レーザー光線照射手段が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集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射する集光器と、該レーザー発振器が発振したレーザー光線を集光器に導く光伝送手段とを具備しているレーザー加工装置において、
   該光伝送手段は、可撓性を有し両端が開口されたフレキシブルチューブと、該フレキシブルチューブに充填されレーザー光線を伝送する液体と、該フレキシブルチューブの一端部を閉塞し該液体を封止する透明部材によって形成された第１の栓と、該フレキシブルチューブの他端部を閉塞し該液体を封止する透明部材によって形成された第２の栓と、からなっている、
   ことを特徴とするレーザー加工装置。
2. 該光伝送手段を構成する該フレキシブルチューブはフッ素系樹脂によって形成され、該液体は純水であり、該第１の栓および該第２の栓は石英によって形成されている、請求項１記載のレーザー加工装置。
3. 該光伝送手段を構成する該フレキシブルチューブの開口の直径は、該レーザー発振器が発振するレーザー光線の直径以上に設定されている、請求項１又は２記載のレーザー加工装置。

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