JP2012161799A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー加工装置における加工の生産性を向上させる。
【解決手段】保持手段に保持された被加工物Ｗとレーザー照射手段とを相対的に加工送り及び割り出し送りしてレーザー加工を行うレーザー加工装置において、保持手段とレーザー照射手段のレーザー照射ヘッド３１とを相対的に加工送りして被加工物Ｗにレーザー光線を照射して加工を行うステップと、加工が終了しレーザー光線が被加工物Ｗを越えた際に加工送りを停止させるステップと、加工送りの停止に要する減速の時間を利用して割り出し送りを行うステップとを実施する制御手段を備える。加工送りの減速の時間を利用して次のレーザー加工を開始できる状態とするため、実質的に割り出し送りに要する時間を０にすることができ、レーザー加工の生産性を改善することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、被加工物を保持した保持手段とレーザー光線を照射するレーザー照射手段とを相対移動させることにより、被加工物のレーザー加工を行うレーザー加工装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ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表面に形成されたウェーハは、分割予定ラインにレーザー光線が照射されてグルービング加工または内部加工が施された後、分割予定ラインに沿って破断することにより、個々のデバイスに分割され、各種電子機器等に利用されている（例えば特許文献１，２参照）。

レーザー光線をウェーハに照射してレーザー加工を行うレーザー加工装置は、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レーザー光線を照射して加工を施すレーザー照射手段とを備え、保持手段とレーザー照射手段とを加工送り方向（Ｘ軸方向）及び割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に相対的に移動させることにより、ウェーハの分割予定ラインに所望の加工を施し個々のデバイスに分割することができる（例えば特許文献３参照）。

レーザー加工装置では、保持手段とレーザー照射手段との相対的な加工送りの往復移動をさせる際に、往路及び復路の双方においてレーザー照射を行うことが可能であり、切削ブレードの回転方向との関係で片方向の移動時にしか加工を行うことができない切削装置を使用する場合よりも、加工効率が高いという利点がある。

特開平１０−３０５４２０号公報 特許第３４０８８０５号公報 特開２０１０−２８４６７１号公報

しかし、１本の分割予定ラインにレーザー光線を照射しその分割予定ラインの加工が終了してから加工送りを減速させて停止させようとしても、加工送りが完全に停止するまでの間にはオーバーランがあるため、その分、余分な時間がかかる。また、加工送りが停止した後、次に加工しようとする分割予定ラインに切削ブレードの位置をあわせるための割り出し送りにも時間がかかる。例えば、オーバーランには１秒ほどの時間がかかり、割り出し送りには０．５秒ほどの時間がかかる場合は、１本の分割予定ラインの加工を行うに当たり、加工時間以外に１．５秒ほどの余分な時間を要している。したがって、例えば３００本の分割予定ラインを有するウェーハについては、加工時間以外に４５０秒の時間が必要となり、更なる生産性の向上が望まれている。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、レーザー加工装置において、更なる生産性の向上を図ることを課題としている。

本発明は、被加工物にレーザー光線を照射して加工を施すレーザー加工装置に関し、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レーザー光線を照射して加工を施すレーザー照射手段と、保持手段とレーザー照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、保持手段とレーザー照射手段とを相対的に割り出し送りする割り出し送り手段とを含み、加工送り手段を作動させて保持手段とレーザー照射手段とを相対的に加工送りして保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射して加工を行うステップと、加工が終了しレーザー光線が被加工物を越えた際に加工送り手段を作動させて加工送りを停止させるステップと、加工送りの停止に要する減速の時間を利用して割り出し送り手段を作動させて割り出し送りを行うステップとを実施する制御手段とから構成される。

本発明では、制御手段が、１本の分割予定ラインについてレーザー加工が終わってから加工送りが完全に停止するまでの減速の時間に当該減速と並行して割り出し送りを行い、減速の時間を利用して次の分割予定ラインに対するレーザー加工を開始できる状態とするため、実質的に割り出し送りに要する時間を０にすることができ、レーザー加工の生産性を改善することができる。

レーザー加工装置の一例を示す斜視図である。 被加工物の一例を示す平面図である。 被加工物の分割予定ラインにレーザー加工を施す状態を示す斜視図である。 照射ヘッドと被加工物との相対的な位置関係の変化を示す平面図である。

１ レーザー加工装置の構成
図１に示すレーザー加工装置１は、保持手段２に保持された被加工物（ワーク）Ｗに対してレーザー照射手段３からレーザー光線を照射してワークＷに加工を施す装置である。

保持手段２は、ワークＷを吸引保持する保持面２０と、図示のようにテープ１００を介してワークＷを支持するフレーム１０１を固定する固定部２１とから構成されている。固定部２１は、フレーム１０１を上方から押圧する押さえ部２１０を備えている。

保持手段２は、加工送り手段４によって加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動可能に支持されているとともに、割り出し送り手段５によってＸ軸方向に対して水平方向に直交する割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動可能に支持されている。加工送り手段４及び割り出し送り手段５は、制御手段６によって制御される。

加工送り手段４は、平板状の基台５３上に配設され、Ｘ軸方向の軸心を有するボールネジ４０と、ボールネジ４０と平行に配設された一対のガイドレール４１と、ボールネジ４０の一端に連結されたモータ４２と、図示しない内部のナットがボールネジ４０に螺合すると共に下部がガイドレール４１に摺接するスライド部４３とから構成されている。この加工送り手段４は、制御手段６による制御の下でモータ４２に駆動されてボールネジ４０が回動するのに伴い、スライド部４３がガイドレール４１上をＸ軸方向に摺動して保持手段２をＸ軸方向に移動させる構成となっている。

保持手段２及び加工送り手段４は、割り出し送り手段５によってＹ軸方向に移動可能に支持されている。割り出し送り手段５は、Ｙ軸方向の軸心を有するボールネジ５０と、ボールネジ５０に平行に配設された一対のガイドレール５１と、ボールネジ５０の一端に連結されたモータ５２と、図示しない内部のナットがボールネジ５０に螺合すると共に下部がガイドレール５１に摺接する基台５３とから構成されている。この割り出し送り手段５は、制御手段６による制御の下でモータ５２に駆動されてボールネジ５０が回動するのに伴い、基台５３がガイドレール５１上をＹ軸方向に摺動して保持手段２及び加工送り手段４をＸ軸方向に移動させる構成となっている。

レーザー照射手段３は、壁部１０に固定された基台３０と、基台３０の先端部に固定された照射ヘッド３１とを備えている。照射ヘッド３１は、鉛直方向の光軸を有するレーザー光線を照射する機能を有している。

なお、図１のレーザー加工装置１では、加工送り手段４及び割り出し送り手段５が保持手段２をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させ、レーザー照射手段３が移動しない構成としているが、保持手段２とレーザー照射手段３とが相対的にＸ軸方向に加工送りされＹ軸方向に割り出し送りされる構成であれば、図１の例には限定されない、例えば、保持手段２がＸ軸方向に移動し、レーザー照射手段３がＹ軸方向に移動する構成としてもよいし、保持手段２が移動せず、レーザー照射手段３がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動する構成としてもよい。

２ レーザー加工の制御
図２に示すワークＷの表面Ｗ１には、横方向の分割予定ラインＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，・・・及び縦方向の分割予定ラインＬ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，・・・によって区画されて複数のデバイス１０２が形成されている。なお、以下においては、分割予定ラインのことを単にラインと称する。

Ｘ−Ｙ座標系における各分割予定ラインの両端の座標は、制御手段６によってあらかじめ認識されている。例えば、ラインＬ１１の端部Ａ，Ｂの座標はそれぞれ（ｘ１，ｙ１），（ｘ２，ｙ１）、ラインＬ１２の端部Ｃ，Ｄの座標はそれぞれ（ｘ３，ｙ２），（ｘ４，ｙ２）、ラインＬ１３の端部Ｅ，Ｆの座標はそれぞれ（ｘ５，ｙ３），（ｘ６，ｙ３）で表される。制御手段６は、これらの座標情報に基づき、図３に示すように、保持手段２に保持されたワークＷをＸ１方向及びＸ２方向に往復移動させながら、各ラインにレーザー光線３１０を照射していく。

かかるレーザー加工では、ワークＷの表面にレーザー光線を集光して溝を形成するアブレーション加工や、ワークＷの内部にレーザー光線を集光して内部に改質層を形成する内部加工が可能である。

アブレーション加工では、例えば以下の条件にて加工を行う。
（ア） レーザーの種類 ：ＹＡＧ、ＹＶＯ４
（イ） 波長 ：３５５４［ｎｍ］
（ウ） 集光スポット ：φ１［μｍ］
（エ） 出力 ：５［Ｗ］
（オ） 繰り返し周波数 ：１００［ｋＨｚ］
（カ） スキャン速度 ：１００［ｍｍ／ｓ］

一方、内部加工では、例えば以下の条件にて加工を行う。
（ク） レーザーの種類 ：ＹＡＧ、ＹＶＯ４
（ケ） 波長 ：１０６４［ｎｍ］
（コ） 集光スポット ：φ１［μｍ］
（サ） 出力 ：１［Ｗ］
（シ） 繰り返し周波数 ：１００［ｋＨｚ］
（ス） スキャン速度 ：４００［ｍｍ／ｓ］

以下では、ワークＷをレーザー加工する際のワークＷと照射ヘッド３１との相対移動の制御について説明する。以下に説明する処理は、アブレーション加工及び内部加工の双方に適用可能である。

（１）第１ステップ
例えばラインＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３、・・・の順にレーザー加工を行う場合は、図１に示した割り出し送り手段５を作動させて、ラインＬ１１のＹ座標ｙ１と照射ヘッド３１のＹ座標とを一致させ、ラインＬ１１の延長線上に照射ヘッド３１が位置する状態とする。

次に、制御手段６による制御の下で加工送り手段４を作動させて保持手段２をＸ軸方向に移動させることにより、図４に示すように保持手段２とレーザー照射手段３とを相対的にＸ１方向に加工送りし、端部Ａの直上の位置である照射ヘッド位置３１ａに照射ヘッド３１が位置した時点でレーザー光線の照射を開始し、端部Ａを加工始点として加工を行う。加工中は、加工送りの速度を一定とし、端部Ｂの直上の位置である照射ヘッド位置３１ｂに照射ヘッド３１が移動するまでレーザー光線の照射を続ける。

（２）第２ステップ
ラインＬ１１の加工が終了し照射ヘッド３１がワークＷを越えた時点で照射ヘッド３１からのレーザー光線の照射を止め、制御手段６による制御の下で加工送り手段４を作動させて加工送りを停止させる。保持手段２は加工送り手段４によって減速されるが、照射ヘッド位置３１ｂの下方を過ぎてから完全に停止するまでには時間がかかる。例えば、減速を始めてから完全に停止するまでには１秒ほどかかる。

（３）第３ステップ
加工送りの停止に要する減速の時間を利用し、その間に割り出し送り手段５を作動させ、図４に示すように、保持手段２とレーザー照射手段３とを相対的に割り出し送りし、照射ヘッド３１をラインＬ１２の上方に位置づける。すなわち、割り出し送りと加工送りとが並行して行われる。例えばこの割り出し送りに０．５秒かかるとすると、図４に示すように、照射ヘッド３１は、その０．５秒で照射ヘッド位置３１ｃに達し、その後、残りの０．５秒で加工送りによって照射ヘッド位置３１ｄまで移動する。照射ヘッド位置３１ｄは、ラインＬ１２を加工する際の加工送りの助走開始位置となる。

通常は、加工送りの減速に要する時間は割り出し送りに要する時間よりも長いため、次のラインの加工のための割り出し送りを加工送りの減速中に完了することができ、実質的に割り出し送りに要する時間を０にすることができる。

次に、第１ステップに戻り、加工送り手段４を作動させてラインＬ１２をレーザー加工する。このとき、加工送り手段４は、保持手段２をＸ２方向、すなわちラインＬ１１の加工時とは逆の方向に移動させる。そして、端部Ｃの直上の位置に照射ヘッド３１が位置した時点でレーザー光線の照射を開始し、端部Ｄの直上の位置である照射ヘッド位置３１ｅに達するまでの間、レーザー加工を行う。

次に、第２ステップにおいて照射ヘッド３１がワークＷを越えた時点で照射ヘッド３１からのレーザー光線の照射を止め、制御手段６による制御の下で加工送り手段４を作動させて加工送りを停止させる。保持手段２の減速の間に、第３ステップにより、割り出し送りと加工送りとが並行して行われ、照射ヘッド３１が照射ヘッド位置３１ｆに移動し、その後、残りの加工送り時間の間に照射ヘッド３１が照射ヘッド位置３１ｇまで移動する。そしてさらに第１ステップに戻り、照射ヘッド位置３１ｇを加工送りの助走開始位置として同様にラインＬ１３を加工する。以降においても第１〜３ステップを繰り返す

このようにして、第１〜３ステップを繰り返し、保持手段２を往復移動させながらすべてのラインについてレーザー加工を行う。横方向のラインの加工がすべて終了した後は、保持手段２を９０度回転させ、縦方向のラインについても第１〜３ステップを繰り返してレーザー加工を行う。

以上のように、制御手段６は、１本の分割予定ラインのレーザー加工終了時から加工送りが完全に停止するまでの減速の時間に当該減速と並行して割り出し送りを行い、減速の時間を利用して次の分割予定ラインに対するレーザー加工を開始できる状態とするため、実質的に割り出し送りに要する時間を０にすることができ、レーザー加工の生産性を改善することができる。加工送りの減速に１秒、割り出し送りに０．５秒かかっていた従来の制御においては、例えば３００本の分割予定ラインを有するワークの加工時は、加工に要する時間以外に４５０秒の時間が費やされていたが、この時間を３００秒に短縮することができ、更なる生産性の向上を図ることができる。

１：レーザー加工装置
２：保持手段 ２０：保持面 ２１：固定部
３：レーザー加工手段
３０：基台 ３１：照射ヘッド
４：加工送り手段
４０：ボールネジ ４１：ガイドレール ４２：モータ ４３：スライド部
５：割り出し送り手段
５０：ボールネジ ５１：ガイドレール ５２：モータ ５３：基台
６：制御手段
１０：壁部
Ｗ：ワーク Ｗ１：表面
Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ２１〜Ｌ２３：分割予定ライン Ａ〜Ｆ：端部
３１ａ〜３１ｆ：照射ヘッド位置
１００：テープ １０１：フレーム １０２：デバイス

Claims (1)

1. 被加工物にレーザー光線を照射して加工を施すレーザー加工装置であって、
   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レーザー光線を照射して加工を施すレーザー照射手段と、該保持手段と該レーザー照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、該保持手段と該レーザー照射手段とを相対的に割り出し送りする割り出し送り手段とを含み、
   該加工送り手段を作動させて該保持手段と該レーザー照射手段とを相対的に加工送りして該保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射して加工を行うステップと、該加工が終了し該レーザー光線が被加工物を越えた際に該加工送り手段を作動させて加工送りを停止させるステップと、該加工送りの停止に要する減速の時間を利用して該割り出し送り手段を作動させて割り出し送りを行うステップとを実施する制御手段と、
   から構成されたレーザー加工装置。

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