JP2014113626A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被加工物表面にデブリが付着することを防止するとともにチャックテーブルの外周領域の損傷を防止可能なレーザー加工装置を提供することである。
【解決手段】 レーザー加工装置であって、板状の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板状の被加工物にレーザービームを照射する加工ヘッドを有するレーザービーム照射手段とを備えている。該チャックテーブルは、板状の被加工物を保持する被加工物保持部と、該被加工物保持部に保持された板状の被加工物を囲繞する外周部とから構成され、該被加工物保持部は、板状の被加工物の切断予定ラインにそれぞれ対応した複数のチップ保持領域を区画する液柱逃げ溝と、該チップ保持領域にそれぞれ形成された吸引孔と、該吸引孔に連通して吸引源に接続される吸引路と、を含み、該チャックテーブルの該外周部は、該加工ヘッドの液体噴射手段から噴射された液体が貯留される液溜め部を有することを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、被加工物にレーザービームを照射して被加工物を複数のチップに切断するレーザー加工装置に関する。

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形成されたストリートと呼ばれる切断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ダイシングすることにより、個々の半導体デバイスを製造している。

近年半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、被加工物に形成されたストリートに沿ってパルスレーザービームを照射することにより被加工物にレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿って機械的ブレーキング装置によって被加工物を割断する方法が提案されている（例えば、特開平１０−３０５４２１号公報参照）。

ところが、半導体ウエーハにレーザービームを照射するとデバイスが加熱されるため、デバイスの品質を低下させるという問題がある。そこで、レーザービームを照射することにより被加工物が加熱されることを防ぐレーザー加工方法として、被加工物に高圧の液体を噴射して液柱を形成するとともに、この液柱内を透過（導光）させたレーザービームを被加工物に照射して、所望の加工を施すレーザー加工装置（ウォータージェットレーザー加工装置）が提案されている（例えば、特公平２−１６２１号公報、特開２００１―３２１９７７号公報、特開２０１１−４１９６２号公報参照）。

これらのレーザー加工装置では、集光されたレーザービームを糸状の液柱を介して被加工物まで導くので、集光レンズの焦点位置に関係なくレーザー加工をすることができる。更に、レーザー加工時に発生する熱が液体で冷却されるため、熱による被加工物の品質低下を防止できるというメリットがある。

特開平１０−３０５４２１号公報 特公平２−１６２１号公報 特開２００１―３２１９７７号公報 特開２０１１−４１９６２号公報

一方、被加工物にレーザービームを照射すると、照射された領域に熱エネルギーが集中してデブリと呼ばれる加工屑が発生する。発生したデブリの一部は液柱を形成した液体に取り込まれる。

しかし、加工点に衝突した液柱が被加工物表面に飛散するのに伴って、液柱を形成する液体中に含まれる加工で発生したデブリが被加工物表面に付着するという問題がある。

この問題を解決するために、出願人は切断予定ラインの下方に所定の空間を設けた状態で被加工物を保持するチャックテーブルを先に出願した（特願２０１１−２７０１１２）。この先願発明により、デブリが被加工物表面に付着するという問題は改善された。

しかし、被加工物の外周で発生するレーザービームによるチャックテーブルの焼け（損傷）という問題は解決されないままであった。特に、ウォータージェットレーザーは、被加工物の材質に合わせて高いエネルギーのレーザービームを用いることも多いため、チャックテーブルの損傷の度合いは比較的甚大である。

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、被加工物表面にデブリが付着することを防止するとともにチャックテーブルの外周領域の損傷を防止可能なレーザー加工装置を提供することである。

本発明によると、交差する複数の切断予定ラインが表面に設定された板状の被加工物を該切断予定ラインに沿って切断するレーザー加工装置であって、板状の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板状の被加工物にレーザービームを照射するレーザービーム照射手段と、を具備し、該レーザービーム照射手段は、レーザービーム発生手段と、該レーザービーム発生手段から発生されたレーザービームを集光する集光レンズと、板状の被加工物に液体を噴射して該集光レンズで集光されたレーザービームが導光される液柱を形成する液体噴射手段と、を有する加工ヘッドと、を含み、該チャックテーブルは、板状の被加工物を保持する被加工物保持部と、該被加工物保持部に保持された板状の被加工物を囲繞する外周部とから構成され、該被加工物保持部は、板状の被加工物の該切断予定ラインにそれぞれ対応した複数のチップ保持領域を区画する液柱逃げ溝と、該チップ保持領域にそれぞれ形成された吸引孔と、該吸引孔に連通して吸引源に接続される吸引路と、を含み、該チャックテーブルの該外周部は、該液体噴射手段から噴射された液体が貯留される液溜め部を有することを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

好ましくは、前記液溜め部の底部は、前記被加工物保持部から前記チャックテーブルの外側に向かって低くなるように傾斜しており、傾斜した底部により該液溜め部に入射し該底部で反射する前記加工ヘッドからのレーザービーム及び液体の飛散方向を該被加工物保持部の外側へと誘導する。

本発明によると、被加工物を囲繞するチャックテーブルの外周部に被加工物保持部に形成した複数の液柱逃げ溝の両端が連通する液溜め部を設けたことにより、液溜め部に滞留した液体によってレーザービームが拡散されることでエネルギーも拡散され、チャックテーブルの被加工物保持部の外周がレーザービームによって損傷することを防止することができる。

液溜め部の底部をチャックテーブルの外側に向かって低くなるように傾斜させることで、レーザービームや液体の反射方向を被加工物保持部ではなくチャックテーブルの外側へと導くことが可能となり、デブリが被加工物表面やチャックテーブルの被加工物保持部に付着することを防止できる。

本発明実施形態に係るレーザー加工装置の斜視図である。 レーザービーム発生ユニットのブロック図である。 本発明実施形態に係るチャックテーブルの斜視図である。 図３に示したチャックテーブルの断面図である。 レーザー加工中の加工ヘッド及び板状の被加工物を保持したチャックテーブルの縦断面図である。 液溜め部にレーザービームが照射された状態の拡大断面図である。

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、本発明実施形態のレーザー加工装置の外観斜視図が示されている。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機構１２により一対のガイドレール１４に沿って加工送り方向、即ちＸ軸方向に移動される。

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。即ち、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機構２２により一対のガイドレール２４に沿って割り出し送り方向、即ちＹ軸方向に移動される。

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は加工送り機構１２及び割り出し送り機構２２によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能であるとともに、円筒支持部材２６中に収容されたモータにより回転される。

３２はウォーターカバーであり、図示を省略した蛇腹がウォーターカバー３２に連結されて加工送り機構１２及び割り出し送り機構２２を水等の液体から保護する。

静止基台４にはコラム３４が立設されており、このコラム３４にレーザービーム照射機構（レーザービーム照射手段）３６が取り付けられている。レーザービーム照射機構３６は、ケーシング４０中に収容されたレーザービーム発生ユニット３８と、ケーシング４０の先端に取り付けられた加工ヘッド４２とから構成される。ケーシング４０の先端には加工ヘッド４２とＸ軸方向に整列して撮像ユニット５２が取り付けられている。

レーザービーム発生ユニット３８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４４と、繰り返し周波数設定手段４６と、パルス幅調整手段４８と、パワー調整手段５０とを含んでいる。特に図示しないが、レーザー発振器４４はブリュースター窓を有しており、レーザー発振器４４から出射されるレーザービームは直線偏光のレーザービームである。

図３を参照すると、チャックテーブル２８の斜視図が示されている。図４はチャックテーブル２８の断面図である。チャックテーブル２８はＳＵＳ等の金属から形成された基台部２９と、同じくＳＵＳ等の金属から形成された円形の本体部３１とから構成される。本体部３１は複数のねじ３３により基台部２９に取り付けられている。基台部２９の上面と本体部３１の上面とは面一に形成されている。

本体部３１は、被加工物を保持する被加工物保持部３５と、被加工物保持部３５に保持された被加工物を囲繞する外周部３７とを含んでいる。図５を合わせて参照すると、被加工物保持部３５はセラミック基板等の被加工物１１のデバイス１５に対応した複数のチップ保持領域３９を有しており、各チップ保持領域には吸引孔４１が形成されている。これらの吸引孔４１は吸引路４７を介して負圧吸引源５４に選択的に接続される。

チャックテーブル２８の被加工物保持部３５は更に、被加工物１１の切断予定ライン１３に対応し複数のチップ保持領域３９を区画する液柱逃げ溝４３を有している。被加工物１１の下方に設けた所定の空間である液柱逃げ溝４３の深さは３ｍｍ以上であるのが好ましい。

本体部３１の被加工物保持部３５を囲繞する外周部３７には、被加工物保持部３５に隣接して被加工物保持部３５を囲むように液溜め部４５が形成されている。液溜め部４５は、格子状に形成された液柱逃げ溝４３の両端に連通している。液柱逃げ溝４３の底部４３ａは被加工物保持部３５からチャックテーブル２８の外側に向かって低くなるように傾斜している。

本発明のレーザー加工装置２で被加工物１１にレーザー加工を施す際には、被加工物１１の各切断予定ライン１３が液柱逃げ溝４３に対応するように被加工物１１をチャックテーブル２８上に位置決めして搭載する。この位置決めには、例えばチャックテーブル２８の本体部３１に設けられた位置決めピン等を使用する。

次に、図５を参照して、加工ヘッド４２の詳細構造及びレーザー加工装置２を使用した被加工物１１の切断方法について説明する。レーザービーム発生ユニット３８のパワー調整手段５０により所定パワーに調整されたパルスレーザービーム５５は、図５に示すように、加工ヘッド４２のハウジング５６に形成されたビーム導入口５８から加工ヘッド４２内に導入される。

ハウジング５６内には、レーザービームを反射するミラー６０と、レーザービームを集光する集光レンズ６２が配設されている。ハウジング５６と一体的に液体噴射手段６４の液体室６６を画成する液体室ハウジング６８が形成されている。液体室ハウジング６８は、円筒状側壁７０と、該側壁７０の上面及び下面をそれぞれ閉塞する上壁７２及び下壁７４とから構成される。

液体室ハウジング６８を構成する上壁７２には透明窓７８が配設されている。液体室ハウジング６８を構成する下壁７４の中心部には、噴射ノズル８０が形成されている。尚、噴射ノズル８０の下端である噴射口８０ａに、集光レンズ６２によって集光されるレーザービーム５５の集光点が位置づけられる。

円筒状側壁７２は液体室６６に連通する液体導入口７６が形成されており、液体導入口７６はポンプ８２を介して液体供給源８４に接続されている。液体供給源８４には純水等の液体が収容されており、ポンプ８２により所定圧力に加圧された液体が液体導入口７６を介して液体室６６内に供給される。液体室６６内に高圧液体が供給されると、この高圧液体は噴射ノズル８０の噴射口８０ａから噴射されて液柱８６を形成する。

液体室ハウジング６８の下端部には、ブロック８８が装着されている。ブロック８８の中心部には貫通穴８９が形成されており、この貫通穴８９中にパイプ９０が圧入されている。パイプ９０と噴射ノズル８０とは整列しており、噴射ノズル８０から噴射されて形成された液柱８６がパイプ９０を通過するように位置付けられている。

以下、このように構成されたレーザー加工装置２の作用について説明する。レーザービーム発生ユニット３８のパワー調整手段５０で所定パワーに調整されたレーザービーム５５は、加工ヘッド４２のビーム導入口５８から加工ヘッド４２内に導入され、ミラー６０で反射されて集光レンズ６２で液体噴射手段６４の液体室ハウジング６８に形成された噴射ノズル８０の噴射口８０ａに集光される。

一方、ポンプ８２で高圧に加圧された純水等の高圧液体が、液体噴射手段６４の液体室ハウジング６８に形成された液体導入口７６から液体室６６内に供給され、液体室ハウジング６８の下壁７４に形成された噴射ノズル８０から噴射されて液柱８６を形成し、液柱８６がレーザービーム５５を導光する。

この液柱８６は、ブロック８８の貫通穴８９に圧入されたパイプ９０内を通過して被加工物１１の加工点に衝突して飛散する。集光レンズ６２で集光されたレーザービーム５５はパイプ９０内を通過する液柱８６に導光（案内）されて、そのビーム径が広がらずに加工点に照射されて被加工物１１を貫通するレーザー加工溝１７を形成する。液柱８６を形成した液体は被加工物１１を貫通するレーザー加工溝１７を通して被加工物１１の下方の空間である液柱逃げ溝４３内に流出する。

レーザー加工に伴いデブリ（加工屑）が発生するが、発生したデブリ１９は液柱８６を形成する液体８５中に取り込まれ、液柱逃げ溝４３中に流出される。本実施形態によると、液柱８６を形成した液体８５が被加工物１１の表面上に散乱することがないため、液体８５中に含まれるデブリ１９が被加工物１１の表面に付着することが防止される。

更に、液柱８６を形成した液体８５が被加工物１１の下方の空間である液柱逃げ溝４３中に流出することで、デブリ１９が被加工物１１の切断側面に付着する所謂リキャストの発生が防止できるため、より厚い被加工物でも切断が可能となる。

被加工物１１にレーザー加工を施すには、被加工物１１を吸引保持したチャックテーブル２８を加工送り機構１２によりＸ軸方向に加工送りしながら被加工物１１にレーザービーム５５を照射するが、加工送り機構１２によるチャックテーブル２８の加工送りは直ちに停止できないため、レーザービーム５５を導光する液柱８６が被加工物１１の端部をオーバーランしてチャックテーブル２８に衝突する。

本実施形態では、底部４５ａが被加工物保持部３５からチャックテーブル２８の外側に向かって低くなるように傾斜した液溜め部４５を有しているため、液溜め部４５に滞留した液体８５によってレーザービーム５５が拡散され、その結果エネルギーも拡散される。従って、チャックテーブル２８の被加工物保持部３５の外周がレーザービームによって損傷することを防止できる。

図６に示すように、液溜め部４５の底部４５ａは被加工物保持部３５からチャックテーブル２８の外周に向かって低くなるように傾斜しているため、レーザービーム５５や液体８５の反射方向を被加工物保持部３５方向ではなく、チャックテーブル２８の外側へと導くことができるため、液体８５に取り込まれたデブリが被加工物１１の表面に付着することを防止できる。

尚、本実施形態のレーザー加工装置２による被加工物１１のレーザー加工条件は例えば以下の通りである。

光源 ：ＬＤ励起Ｑスイッチ Ｎｄ：ＹＶＯ４パルスレーザー
波長 ：５３２ｎｍ（ＹＶＯ４レーザーの第２高調波）
平均出力 ：６．６Ｗ
繰り返し周波数 ：４０ｋＨｚ
液圧 ：２０ＭＰａ

上述した実施形態では、被加工物１１が長方形状のセラミック基板等であるとして説明したが、被加工物は長方形状に限定されるものではなく、被加工物が円形である半導体ウエーハ、光デバイスウエーハ等にも本発明の原理を適用することができる。

被加工物が円形の場合には、チャックテーブル２８の被加工物保持部３５は円形に設計変更する必要があり、これに伴って液溜め部４５も円形の被加工物保持部３５を囲繞する円形にする必要がある。

２ レーザー加工装置
１１ 被加工物
１７ レーザー加工溝
２８ チャックテーブル
３５ 被加工物保持部
３６ レーザービーム照射ユニット
３７ 外周部
３８ レーザービーム発生ユニット
３９ チップ保持領域
４１ 吸引孔
４２ 加工ヘッド
４３ 液柱逃げ溝
４５ 液溜め部
６４ 液体噴射手段
８０ 噴射ノズル
８６ 液柱

Claims (2)

1. 交差する複数の切断予定ラインが表面に設定された板状の被加工物を該切断予定ラインに沿って切断するレーザー加工装置であって、
   板状の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板状の被加工物にレーザービームを照射するレーザービーム照射手段と、を具備し、
   該レーザービーム照射手段は、
   レーザービーム発生手段と、
   該レーザービーム発生手段から発生されたレーザービームを集光する集光レンズと、板状の被加工物に液体を噴射して該集光レンズで集光されたレーザービームが導光される液柱を形成する液体噴射手段と、を有する加工ヘッドと、を含み、
   該チャックテーブルは、板状の被加工物を保持する被加工物保持部と、該被加工物保持部に保持された板状の被加工物を囲繞する外周部とから構成され、
   該被加工物保持部は、板状の被加工物の該切断予定ラインにそれぞれ対応した複数のチップ保持領域を区画する液柱逃げ溝と、該チップ保持領域にそれぞれ形成された吸引孔と、該吸引孔に連通して吸引源に接続される吸引路と、を含み、
   該チャックテーブルの該外周部は、該液体噴射手段から噴射された液体が貯留される液溜め部を有することを特徴とするレーザー加工装置。
2. 前記液溜め部の底部は、前記被加工物保持部から前記チャックテーブルの外側に向かって低くなるように傾斜しており、傾斜した底部により該液溜め部に入射し該底部で反射する前記加工ヘッドからのレーザービーム及び液体の飛散方向を該被加工物保持部の外側へと誘導する請求項１記載のレーザー加工装置。

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