JP2013163216A - Laser beam machining device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ウエーハ等の被加工物の表面にレーザービームを照射してアブレーション加工によりレーザー加工溝を形成するレーザー加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus for irradiating a surface of a workpiece such as a wafer with a laser beam to form a laser processing groove by ablation processing.
半導体デバイス製造プロセスにおいては、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、この区画された各領域に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半導体ウエーハを分割して個々の半導体チップを製造している。 In a semiconductor device manufacturing process, a plurality of regions are partitioned by dividing lines called streets arranged in a lattice pattern on the surface of a substantially wafer-shaped semiconductor wafer, and ICs, LSIs, and the like are divided into the partitioned regions. Form the device. Each semiconductor chip is manufactured by dividing the semiconductor wafer by cutting the semiconductor wafer along the streets.
また、サファイア基板の表面に発光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)等の光デバイスが形成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光デバイスに分割され、分割された光デバイスは電気機器に広く利用されている。 In addition, an optical device wafer in which an optical device such as a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD) is formed on the surface of a sapphire substrate is also divided into individual optical devices by cutting along the street, and the divided light Devices are widely used in electrical equipment.
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ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザービームを照射することにより、アブレーション加工によりレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿って光デバイスウエーハを破断する方法が提案されている。 As a method of dividing a wafer such as a semiconductor wafer or an optical device wafer along the street, ablation processing is performed by irradiating a pulse laser beam having a wavelength that absorbs the wafer along the street formed on the wafer. There has been proposed a method of forming a laser processing groove and breaking the optical device wafer along the laser processing groove.
しかし、このレーザー加工工程において、半導体ウエーハや光デバイスウエーハにレーザービームを照射すると、シリコンやサファイアが溶融して溶融屑即ちデブリと呼ばれる微細な粉塵が発生し、この粉塵が飛散してウエーハに形成されたデバイスの表面に付着してデバイスの品質を低下させるという問題がある。更に、この飛散した粉塵がレーザービームを照射する集光器に組み込まれた集光用対物レンズに付着して、レーザービームの照射を妨げるという問題がある。 However, in this laser processing process, when a semiconductor wafer or optical device wafer is irradiated with a laser beam, silicon or sapphire melts to generate fine dust called molten debris, or debris, which is scattered and formed on the wafer. There is a problem that the quality of the device is deteriorated by adhering to the surface of the formed device. Furthermore, there is a problem in that the scattered dust adheres to a condenser objective lens incorporated in a condenser that irradiates a laser beam, thereby hindering the irradiation of the laser beam.
その対策として、例えば集光用対物レンズの光軸に沿ってエアを噴出する噴出口を備え、噴出口の周りからデブリを吸引してデブリがデバイスの表面に堆積するのを防止する粉塵排出手段を備えたレーザー加工装置が提案されている(特開2007−69249号公報参照)。 As a countermeasure, for example, a dust discharge means that includes a jet outlet that jets air along the optical axis of the condenser objective lens, and sucks debris from around the jet outlet to prevent debris from accumulating on the surface of the device. Has been proposed (see JP 2007-69249 A).
しかしながら、特許文献1に開示されたレーザー加工装置で実際にレーザー加工を実施すると、発生するデブリがレーザービームを取り巻くようにその周囲全体から吸引されるため、デブリの発生から吸引手段に吸引されるまでに、デブリがレーザービームを横断してしまうことになる。 However, when laser processing is actually performed with the laser processing apparatus disclosed in Patent Document 1, the generated debris is sucked from the entire periphery so as to surround the laser beam, and thus is sucked by the suction means from the generation of the debris. By now, debris will cross the laser beam.
その結果、レーザービームが安定的に被加工物に照射できず、形成されるレーザー加工溝の深さや幅が不安定になるという状況が発生していた。それによって、ウエーハを個々のデバイスに一様に分割できなくなるという問題があった。 As a result, there has been a situation in which the laser beam cannot be stably irradiated onto the workpiece, and the depth and width of the formed laser processing groove become unstable. As a result, there has been a problem that the wafer cannot be uniformly divided into individual devices.
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アブレーション加工により発生する粉塵がレーザービームの光路を横断することなく、粉塵を吸引して排気することが可能な粉塵排出ユニットを備えたレーザー加工装置を提供することである。 The present invention has been made in view of these points, and the object of the present invention is to allow dust generated by ablation to be sucked and exhausted without traversing the optical path of the laser beam. It is providing the laser processing apparatus provided with the dust discharge unit.
本発明によると、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の表面にレーザービームを照射してアブレーション加工によりレーザー加工溝を形成するための集光器を備えたレーザービーム照射手段と、該集光器の下端に配設され内部を通過するレーザービームのアブレーション加工によって加工点付近に生成される粉塵を吸引して排出する粉塵排出手段と、を備えたレーザー加工装置であって、該粉塵排出手段は、内部を通過するレーザービームの周囲に該集光器側から該加工点側へ流れる気流を発生させ、該集光器側に該粉塵が向かうのを防止する第1の部屋と、該第1の部屋の下端に連通し、該粉塵を吸引排気する第2の部屋とを具備し、該第1の部屋は、気体供給手段に連通する気体供給路に接続され、該第1の部屋の天井部にはレーザービームの透過を許容する透明部材から形成されたレーザービーム透過窓が配設されており、該第2の部屋は、被加工物の表面に向かって開口した底部開口と、吸引排気手段に連通する吸引排気路とを備え、該気体供給手段から供給される気体流量と該吸引排気手段が吸引する排気流量との比率は、1:10〜1:30の範囲内に調整され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。 According to the present invention, there is provided a chuck table for holding a workpiece, and a condenser for irradiating the surface of the workpiece held on the chuck table with a laser beam to form a laser processing groove by ablation processing. A laser beam irradiation means, and a dust discharge means for sucking and discharging dust generated near the processing point by ablation processing of the laser beam disposed at the lower end of the condenser and passing through the inside In the processing apparatus, the dust discharge means generates an airflow flowing from the collector side to the processing point side around the laser beam passing through the inside, and the dust is directed toward the collector side. A first supply chamber that communicates with a lower end of the first chamber, and a second chamber that sucks and exhausts the dust, and the first chamber communicates with a gas supply means. In Subsequently, a laser beam transmission window formed of a transparent member that allows transmission of the laser beam is disposed on the ceiling of the first room, and the second room is formed on the surface of the workpiece. And a suction exhaust passage communicating with the suction exhaust means, and the ratio of the gas flow rate supplied from the gas supply means and the exhaust flow rate suctioned by the suction exhaust means is 1:10 to 10. A laser processing apparatus characterized by being adjusted within a range of 1:30 is provided.
好ましくは、気体供給手段から供給される気体流量は100ml/分以下であり、吸引排気手段が吸引する排気流量は100ml/分以上である。好ましくは、粉塵排出手段の第2の部屋は、加工点から底部開口を介して吸引排気路へ向かう粉塵の流路をレーザービームを中心に加工溝の両側方向へ第1の流路と第2の流路に分岐させる流路分岐部を備えている。 Preferably, the gas flow rate supplied from the gas supply unit is 100 ml / min or less, and the exhaust flow rate sucked by the suction exhaust unit is 100 ml / min or more. Preferably, the second chamber of the dust discharging means includes a first flow path and a second flow path in the direction of both sides of the processing groove centering on the laser beam through the dust flow path from the processing point to the suction exhaust path through the bottom opening. A flow path branching section that branches into the flow path.
本発明のレーザー加工装置によると、粉塵排出手段の第1の部屋に気体供給手段から供給する気体流量と、第2の部屋から吸引排気手段が吸引する排気流量との比率を、1:10〜1:30の範囲内に調整したので、集光器側へ粉塵を向かわせることなく、レーザー加工により発生した粉塵を漏れなく吸引排気手段へスムーズに排気することができる。 According to the laser processing apparatus of the present invention, the ratio of the gas flow rate supplied from the gas supply unit to the first chamber of the dust discharge unit and the exhaust flow rate suctioned by the suction exhaust unit from the second chamber is 1:10 to 10. Since the adjustment is made within the range of 1:30, the dust generated by laser processing can be smoothly exhausted to the suction exhaust means without leaking without directing the dust to the collector side.
この比率の範囲外で気体の供給と排気を行うと、粉塵の吸引排気手段への流れに渦が発生する等して乱れるので、粉塵排出手段内や近傍に粉塵が付着して堆積したり、この堆積により更に排気の流れが乱れるという現象が起きてしまう。 If gas is supplied and exhausted outside the range of this ratio, turbulence will occur in the flow of dust to the suction and exhaust means, etc., so dust will adhere and accumulate in and near the dust discharge means, This accumulation causes a phenomenon that the flow of exhaust gas is further disturbed.
しかし、この比率で気体の供給と排気を実施すれば、加工状態を良好に保ちつつ、スムーズな排気により粉塵の粉塵排出手段への付着を大幅に低減することに成功し、粉塵排出手段の定期的な清掃の間隔を大幅に延長することができる。 However, if gas is supplied and exhausted at this ratio, it will succeed in significantly reducing the adhesion of dust to the dust discharge means by smooth exhaust while maintaining a good processing state. The effective cleaning interval can be greatly extended.
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図1を参照すると、本発明実施形態の粉塵排出ユニット64を具備したレーザー加工装置2の斜視図が示されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Referring to FIG. 1, a perspective view of a
レーザー加工装置2は、静止基台4上にX軸方向に移動可能に搭載された第1スライドブロック6を含んでいる。第1スライドブロック6は、ボールねじ8及びパルスモータ10から構成される加工送り手段12により一対のガイドレール14に沿って加工送り方向、すなわちX軸方向に移動される。
The
第1スライドブロック6上には第2スライドブロック16がY軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、第2スライドブロック16はボールねじ18及びパルスモータ20から構成される割り出し送り手段22により一対のガイドレール24に沿って割り出し方向、すなわちY軸方向に移動される。
A
第2スライドブロック16上には円筒支持部材26を介してチャックテーブル28が搭載されており、チャックテーブル28は加工送り手段12及び割り出し送り手段22によりX軸方向及びY軸方向に移動可能である。チャックテーブル28には、チャックテーブル28に吸引保持された半導体ウエーハをクランプするクランプ30が設けられている。
A chuck table 28 is mounted on the
静止基台4にはコラム32が立設されており、このコラム32にはレーザービーム照射ユニット34を収容するケーシング35が取り付けられている。レーザービーム照射ユニット34は、図2に示すように、YAGレーザー又はYVO4レーザーを発振するレーザー発振器66と、繰り返し周波数設定手段68と、パルス幅調整手段70と、パワー調整手段72とを含んでいる。
A
レーザービーム照射ユニット34のパワー調整手段72により所定パワーに調整されたパルスレーザービームは、ケーシング35の先端に取り付けられたレーザー加工ヘッド36によりチャックテーブル28に保持されている半導体ウエーハWに照射される。レーザー加工ヘッド36は、ミラー74及び集光用対物レンズ76を有する集光器62と、集光器62に連結された粉塵排出ユニット64とから構成される。
The pulse laser beam adjusted to a predetermined power by the power adjusting means 72 of the laser
ケーシング35の先端部には、レーザー加工ヘッド36とX軸方向に整列してレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像ユニット38が配設されている。撮像ユニット38は、可視光によってウエーハの加工領域を撮像する通常のCCD等の撮像素子を含んでいる。
An
撮像ユニット38は更に、半導体ウエーハに赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、この光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する赤外線CCD等の赤外線撮像素子から構成される赤外線撮像手段を含んでおり、撮像した画像信号はコントローラ(制御手段)40に送信される。
The
コントローラ40はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置(CPU)42と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ(ROM)44と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ(RAM)46と、カウンタ48と、入力インターフェイス50と、出力インターフェイス52とを備えている。
The
56は案内レール14に沿って配設されたリニアスケール54と、第1スライドブロック6に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出ユニットであり、加工送り量検出ユニット56の検出信号はコントローラ40の入力エンターフェイス50に入力される。
A machining feed
60はガイドレール24に沿って配設されたリニアスケール58と第2スライドブロック16に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出ユニットであり、割り出し送り量検出ユニット60の検出信号はコントローラ40の入力インターフェイス50に入力される。
撮像ユニット38で撮像した画像信号もコントローラ40の入力インターフェイス50に入力される。一方、コントローラ40の出力インターフェイス52からはパルスモータ10、パルスモータ20、レーザービーム照射ユニット34等に制御信号が出力される。
An image signal captured by the
次に、図3乃至図5を参照して、本発明実施形態に係る粉塵排出ユニット64について詳細に説明する。図3を参照すると、粉塵排出ユニット64の斜視図が示されている。
Next, the
レーザー加工ヘッド36は、図2に示されるように、ミラー74及び集光用対物レンズ76を有する集光器62と、集光器62に連結された粉塵排出ユニット64とから構成される。
As shown in FIG. 2, the
図4を参照すると、図5のIV−IV線断面図である粉塵排出ユニット64の縦断面図が示されている。図5は図4のV−V線断面図である。粉塵排出ユニット64は、集光器62に一体的に連結された例えばアルミニウムから形成されたケーシング80を具備している。ケーシング80の下端は蓋82により閉塞されている。
Referring to FIG. 4, there is shown a longitudinal sectional view of the
集光器62と粉塵排出ユニット64との間にはレーザービームを透過する例えばガラス等から形成されたレーザービーム透過窓84が配設されている。粉塵排出ユニット64は、内部を通過するレーザービーム77の周囲に集光器62側から流れる気流を発生させ、集光器62側に粉塵が向かうのを防ぐケーシング80により画成された第1の部屋86を備えている。
Between the
図3に最もよく示されるように、第1の部屋86に隣接してケーシング80の上面には圧縮空気等の気体供給源に接続される接続口100が開口しており、この接続口100は管路102を介して気体供給源に接続されている。
As best shown in FIG. 3, a
第1の部屋86の周囲には気体供給路104が形成されており、圧搾空気等の気体供給源から供給された気体は管路102、接続口100及び気体供給路104を介して第1の部屋86内に供給され、矢印105に示すようにレーザービーム77の周囲に集光器62側から加工点106側へ流れる気流を発生させる。この気流により、集光器62のレーザービーム透過窓84にレーザー加工により生じた粉塵が付着するのを防止する。
A
粉塵排出ユニット64は更に、第1の部屋86に天井部開口88を介して連通し、レーザー加工により生じた粉塵を吸引排気する横方向に長い第2の部屋96を備えている。第2の部屋96は天井部開口88を介して第1の部屋86に連通する上流部96aと、吸引排気路98に連通する下流部96bとから構成される。
The
第2の部屋96の上流部96aと下流部96bの間には、流路分岐部92が設けられており、この流路分岐部92によりレーザー加工により発生した粉塵107の流路が第1の流路94aと第2の流路94bとに分岐される。
Between the
よって、第2の部屋96の上流部96aと下流部96bとは、第1の流路94a及び第2の流路94bを介して連通されている。吸引排気路98は矢印Aで示す吸引排気手段へ接続されている。
Therefore, the
以下、このように構成された粉塵排出ユニット64の作用について説明する。レーザービーム照射ユニット34のレーザー発振器66からは例えば波長355nmのパルスレーザービームが発振され、パワー調整手段72により所定パワーに調整されたパルスレーザービームが集光器62のミラー74で反射され、更に集光用対物レンズ76によって集光されてチャックテーブル28に保持されている半導体ウエーハWに照射される。
Hereinafter, the operation of the
図4に示すように、集光用対物レンズ76によって集光されたレーザービーム77が半導体ウエーハWに照射され、アブレーション加工によりレーザー加工溝108を形成する。図4及び図5において、Tはダイシングテープであり、半導体ウエーハWはダイシングテープTに貼着されて、ダイシングテープTを介してチャックテーブル28により吸引保持されている。
As shown in FIG. 4, the
図4及び図5に示すように、半導体ウエーハWにレーザービームが照射されると、レーザー加工点106からデブリ等の粉塵107が発生する。粉塵排出ユニット64の吸引排気路98を吸引排気手段に接続することにより、レーザー加工により発生した粉塵107は、図5に最もよく示されるように、流路分岐部92により分岐された第1の流路94aと第2の流路94bを介して矢印95に示すように第2の部屋96の下流部96bに吸引され、更に吸引排気路98を介して吸引排気手段に吸引される。
As shown in FIGS. 4 and 5, when the semiconductor wafer W is irradiated with a laser beam,
このように、加工点106で発生した粉塵107の吸引は、レーザービーム77の光路の両脇且つ形成するレーザー加工溝108の両脇方向に配設された第1の流路94a及び第2の流路94bを介して行われるため、ウエーハWに照射されるレーザービーム77が粉塵107の流路を横断することがなくなり、その結果、レーザービーム77が粉塵107により妨げられることがなく、ウエーハWの表面に深さや幅が一定のレーザー加工溝108を形成することができる。
As described above, the suction of the
次に、上述したような構成を有する粉塵排出ユニット64で、気体供給源から気体供給路104を介して第1の部屋86に供給される圧縮空気等の気体流量と、吸引排気手段が第2の部屋96及び吸引排気路98を介して吸引する排気流量との比率について考察した。
Next, in the
気体供給源から供給される気体流量と吸引排気手段が吸引する排気流量との比率を1:2.5〜1:30に変化させて気体の供給と排気の良否判定を行い表1に示すような結果を得た。 As shown in Table 1, the ratio of the gas flow rate supplied from the gas supply source and the exhaust flow rate sucked by the suction / exhaust means is changed from 1: 2.5 to 1:30 to determine whether the gas is supplied and exhausted. Obtained a good result.
気体の供給と排気の良否判定は、図1でX軸方向及びY軸方向から見た気流の流れに大きな渦がないか、吸引排気路へ吸引される粉塵の流れが強いか、粉塵の流れがレーザービームを遮らないか、第1の部屋方向へ向かう粉塵の流れがないか、を判定基準として実施した。 The gas supply and exhaust quality determination is made according to whether the airflow seen from the X-axis direction and the Y-axis direction in FIG. 1 has a large vortex, the dust flow sucked into the suction exhaust passage is strong, or the dust flow Whether or not the laser beam was interrupted or whether there was no dust flow toward the first room was used as a criterion.
表1の判定結果で×は不良、△は多少問題あり、○は良、◎は最良をそれぞれ示している。表1から、気体供給源から供給される気体流量と吸引排気手段が吸引する排気流量との比率は、1:10〜1:30の範囲内が好ましいと判定される。好ましくは、気体供給源から供給される気体流量は100ml/分以下であり、吸引排気手段が吸引する排気流量は100ml/分以上である。 In the determination results of Table 1, “x” indicates a defect, “Δ” indicates a slight problem, “◯” indicates good, and “◎” indicates the best. From Table 1, it is determined that the ratio between the gas flow rate supplied from the gas supply source and the exhaust flow rate suctioned by the suction exhaust means is preferably in the range of 1:10 to 1:30. Preferably, the gas flow rate supplied from the gas supply source is 100 ml / min or less, and the exhaust flow rate sucked by the suction / exhaust means is 100 ml / min or more.
2 レーザー加工装置
28 チャックテーブル
34 レーザービーム照射ユニット
36 レーザー加工ヘッド
62 集光器
64 粉塵排出ユニット
80 ケーシング
86 第1の部屋
92 流路分岐部
94a 第1の流路
94b 第2の流路
96 第2の部屋
96a 上流部
96b 下流部
106 加工点
107 粉塵
108 レーザー加工溝
2
Claims (3)
該粉塵排出手段は、
内部を通過するレーザービームの周囲に該集光器側から該加工点側へ流れる気流を発生させ、該集光器側に該粉塵が向かうのを防止する第1の部屋と、
該第1の部屋の下端に連通し、該粉塵を吸引排気する第2の部屋とを具備し、
該第1の部屋は、気体供給手段に連通する気体供給路に接続され、該第1の部屋の天井部にはレーザービームの透過を許容する透明部材から形成されたレーザービーム透過窓が配設されており、
該第2の部屋は、被加工物の表面に向かって開口した底部開口と、吸引排気手段に連通する吸引排気路とを備え、
該気体供給手段から供給される気体流量と該吸引排気手段が吸引する排気流量との比率は、1:10〜1:30の範囲内に調整されていることを特徴とするレーザー加工装置。 Laser beam irradiation means comprising a chuck table for holding a workpiece, and a condenser for irradiating the surface of the workpiece held on the chuck table with a laser beam to form a laser processing groove by ablation processing And a dust discharging means that sucks and discharges dust generated near the processing point by ablation processing of a laser beam that is disposed at the lower end of the light collector and passes through the inside. ,
The dust discharging means is
A first chamber for generating an airflow flowing from the collector side to the processing point side around a laser beam passing through the interior, and preventing the dust from moving toward the collector side;
A second chamber that communicates with the lower end of the first chamber and sucks and exhausts the dust;
The first room is connected to a gas supply path that communicates with the gas supply means, and a laser beam transmission window formed of a transparent member that allows transmission of the laser beam is disposed on the ceiling of the first room. Has been
The second chamber includes a bottom opening that opens toward the surface of the workpiece, and a suction exhaust passage that communicates with the suction exhaust means.
A laser processing apparatus, wherein a ratio between a gas flow rate supplied from the gas supply unit and an exhaust flow rate suctioned by the suction / exhaust unit is adjusted within a range of 1:10 to 1:30.
前記吸引排気手段が吸引する排気流量は100ml/分以上である請求項1記載のレーザー加工装置。 The gas flow rate supplied from the gas supply means is 100 ml / min or less,
The laser processing apparatus according to claim 1, wherein an exhaust flow rate sucked by the suction exhaust unit is 100 ml / min or more.
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