JP2014231062A - Laser processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被加工物にレーザー光線を照射することによって被加工物の内部に改質層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 that forms a modified layer inside a workpiece by irradiating the workpiece with a laser beam.
近年、半導体ウエーハ等の板状の被加工物を個々のデバイスに分割する方法として、被加工物に対して透過性を有する波長(例えば1064nm)のレーザー光線の集光点を分割予定ラインに対応する被加工物の内部に位置付け、レーザー光線を分割予定ラインに沿って照射することにより被加工物の内部に改質層を形成し、その後、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、下記の特許文献1参照)。この方法を用いることにより、レーザー加工の際に発生するデブリを飛散させることなく被加工物の内部に脆弱な改質層を形成することができる。 In recent years, as a method of dividing a plate-like workpiece such as a semiconductor wafer into individual devices, a condensing point of a laser beam having a wavelength (for example, 1064 nm) that is transmissive to the workpiece corresponds to a division planned line. A method is proposed in which a modified layer is formed in the workpiece by irradiating the workpiece with a laser beam along the planned dividing line, and then the workpiece is cleaved by a mechanical braking device. (For example, refer to Patent Document 1 below). By using this method, a fragile modified layer can be formed inside the workpiece without scattering debris generated during laser processing.
しかし、被加工物の外周には表面から裏面にかけて円弧状の面取り加工が施されているところ、被加工物の内部に位置付けたレーザー光線の集光点が面取り加工された領域に照射されると、レーザー光線は被加工物に対して完全な透過性は有していないため、面取り加工された部分がアブレーション加工されてデブリが発生し、集光器の対物レンズにそのデブリが付着し、対物レンズを汚染するという問題がある。また、分割予定ラインに対応する被加工物の表面にゴミ等の異物が付着していたり、被加工物の上面に膜が被覆されていたりする場合にも同様の問題が起こり得る。すなわち、レーザー光線により異物等が瞬間的に加熱されて燃焼することによってデブリが発生し、対物レンズにそのデブリが付着してしまうことがある。そのため、対物レンズを定期的に清掃する必要がある。 However, the outer periphery of the workpiece is subjected to arc-shaped chamfering from the front surface to the back surface, and when the condensing point of the laser beam positioned inside the workpiece is irradiated to the chamfered region, Since the laser beam is not completely transparent to the workpiece, the chamfered part is ablated and debris is generated, and the debris adheres to the objective lens of the condenser, and the objective lens is There is a problem of contamination. The same problem may occur when foreign matter such as dust adheres to the surface of the workpiece corresponding to the division line or the upper surface of the workpiece is covered with a film. That is, debris may be generated when a foreign substance or the like is instantaneously heated and burned by a laser beam, and the debris may adhere to the objective lens. Therefore, it is necessary to periodically clean the objective lens.
また、被加工物にはうねりがあり、その厚さにばらつきがあると、レーザー光線を被加工物に対し照射する際に、レーザー光線の当たる箇所毎に被加工物の厚さ方向の屈折位置がばらつくため、所定の深さで均一の改質層を形成することができない。そこで、被加工物の内部の所定深さにおいて均一の改質層を形成するため、下記の特許文献2には、レーザー光線を照射する領域の表面の高さ位置を検出する手段と、レーザー光線の集光点位置調整手段として機能するアクチュエータとを備えるレーザー加工装置が提案されている。このアクチュエータは、電圧が印加されることにより集光器の対物レンズを被加工物の上面に対して垂直な方向に微調整することができる。
In addition, if the workpiece has undulations and the thickness varies, the refractive position in the thickness direction of the workpiece varies at each location where the laser beam hits when the workpiece is irradiated with the laser beam. Therefore, a uniform modified layer cannot be formed at a predetermined depth. Therefore, in order to form a uniform modified layer at a predetermined depth inside the workpiece, the following
しかしながら、定期的に対物レンズを清掃する際に、上記したようなアクチュエータ(例えば、ピエゾ素子やボイスコイルモータ)に電圧をかけた状態のまま、集光器に余分な上下方向の力を加えてしまうと、過電圧や過電流が発生しアクチュエータの制御回路が破損することがある。また、ピエゾ素子の場合においては、電極間の絶縁体に負荷がかかってしまい、絶縁破壊を起こして電極間が短絡し故障するおそれがある。 However, when periodically cleaning the objective lens, an extra vertical force is applied to the condenser while the voltage is applied to the actuator as described above (for example, a piezo element or a voice coil motor). If this happens, an overvoltage or overcurrent may occur and the actuator control circuit may be damaged. Further, in the case of a piezo element, a load is applied to the insulator between the electrodes, which may cause a dielectric breakdown, causing a short circuit between the electrodes and failure.
本発明は、上記の事情にかんがみてなされたものであり、レーザー光線の集光点位置調整手段のアクチュエータに不具合を生じさせずに、集光器に装着された対物レンズを清掃することができるようにすることに発明の解決すべき課題を有している。 The present invention has been made in view of the above circumstances, so that the objective lens mounted on the condenser can be cleaned without causing a malfunction in the actuator of the laser beam condensing point position adjusting means. Therefore, the present invention has a problem to be solved.
本発明は、被加工物を保持する保持手段と、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を発振する発振器及び該発振器から発振された該レーザー光線を該保持手段に保持された被加工物の内部に集光させるための対物レンズを有する集光器を備えるレーザー光線照射手段と、被加工物のレーザー光線照射領域の表面変位を測定する測定手段と、該測定手段の測定結果に基づきレーザー光線の集光点位置を被加工物に対して垂直方向に調整する集光点位置調整手段と、を備えるレーザー加工装置であって、該集光点位置調整手段は、該集光器を支持するとともに該集光器を被加工物に対して垂直方向に移動させるアクチュエータと、該測定手段の測定結果に基づいて該アクチュエータへの印加電圧を制御して該レーザー光線の集光点位置を調整する制御手段と、を備え、該制御手段は、該集光器のメンテナンス作業を行うメンテナンスモードにおいて該集光点位置調整手段の該アクチュエータへの通電を遮断することを特徴とする。 The present invention relates to a holding means for holding a workpiece, an oscillator that oscillates a laser beam having a wavelength that is transmissive to the workpiece, and a workpiece that holds the laser beam oscillated from the oscillator in the holding means. A laser beam irradiating means having a condenser having an objective lens for condensing inside the object, a measuring means for measuring the surface displacement of the laser beam irradiation area of the workpiece, and a laser beam based on the measurement result of the measuring means. A focusing point position adjusting unit that adjusts the focusing point position in a direction perpendicular to the workpiece, the focusing point position adjusting unit supporting the collector An actuator for moving the condenser in a direction perpendicular to the workpiece; and a focusing point of the laser beam by controlling a voltage applied to the actuator based on a measurement result of the measuring means And a control means for adjusting the location, and control means, characterized by interrupting the power supply to the actuator of said population point position adjusting means in the maintenance mode for performing maintenance of the condenser unit.
本発明にかかるレーザー加工装置は、レーザー光線の集光点位置を被加工物に対して垂直方向に調整する集光点位置調整手段を備え、集光器の対物レンズの清掃等を行うメンテナンスモードに移行すると、集光点位置調整手段を構成する制御手段の制御によりアクチュエータへの通電が自動的に遮断されるため、対物レンズの清掃時等に対物レンズとともに集光器を上下に動かしてもアクチュエータに過電圧や過電流が生じることはなく、アクチュエータに不具合が生じることはない。また、アクチュエータがピエゾ素子により構成されている場合は、電極間の絶縁体に負荷がかからないため、絶縁破壊を起こすことがなくアクチュエータが破損することがない。
したがって、アクチュエータを破損させることなく対物レンズの定期的なメンテナンスを安全に行うことができるため、デブリが対物レンズへ付着することによる被加工物に対する加工不良が生じず、良好な加工精度を維持することができる。
The laser processing apparatus according to the present invention includes a condensing point position adjusting unit that adjusts a condensing point position of a laser beam in a direction perpendicular to the workpiece, and is in a maintenance mode for cleaning an objective lens of the concentrator. Since the power supply to the actuator is automatically cut off by the control of the control means constituting the condensing point position adjusting means, the actuator can be moved up and down with the objective lens when cleaning the objective lens. No overvoltage or overcurrent occurs in the actuator, and no malfunction occurs in the actuator. Further, when the actuator is constituted by a piezo element, no load is applied to the insulator between the electrodes, so that dielectric breakdown does not occur and the actuator is not damaged.
Therefore, the periodic maintenance of the objective lens can be safely performed without damaging the actuator, so that the processing defect due to the debris adhering to the objective lens does not occur and the good processing accuracy is maintained. be able to.
図1に示すレーザー加工装置1は、基台2を有し、基台2のY軸方向後部側には、Z軸方向にのびる側壁3が立設されている。レーザー加工装置1は、被加工物を保持し回転可能な保持手段10を備えている。
A laser processing apparatus 1 shown in FIG. 1 has a
図1に示すように、保持手段10の下方には、X軸方向送り手段20が配設されている。X軸方向送り手段20は、X軸方向にのびるボールネジ21と、ボールネジ21の一端に接続されたモータ22と、ボールネジ21と平行にのびる一対のガイドレール23と、保持手段10を支持する移動基台24とを備えている。一対のガイドレール23には、移動基台24の一方の面が摺接するとともに、移動基台24の中央部に形成されたナットにボールネジ21が螺合している。そして、モータ22によって駆動されてボールネジ21が回動することにより、移動基台24がガイドレール23にガイドされてX軸方向に移動し、保持手段10を同方向に移動させることができる。
As shown in FIG. 1, an X-axis
基台2の上面には、X軸方向送り手段20と直交する方向にY軸方向送り手段30が配設されている。Y軸方向送り手段30は、Y軸方向にのびるボールネジ31と、ボールネジ31の一端に接続されたモータ32と、ボールネジ31と平行に配設された一対のガイドレール33と、ガイドレール33に配設された移動基台34と、を備えている。一対のガイドレール33には、移動基台34の一方の面が摺接するとともに、移動基台34の中央部に形成されたナットにボールネジ31が螺合している。そして、モータ32によって駆動されてボールネジ31が回動することにより、移動基台34がガイドレール33にガイドされてY軸方向に移動し、移動基台34の上にX軸方向送り手段20を介して配設された保持手段10を同方向に移動させることができる。
On the upper surface of the
図1に示すように、側壁3の前方においては、被加工物に対しレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段40が配設されている。図2に示すレーザー光線照射手段40は、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線を発振する発振器41を備えており、発振器41には発振源42を備え、発振源42から発振されるレーザー光線の光路上には偏向ミラー44が配置されている。偏向ミラー44は、発振源42から発振されたレーザー光線43を被加工物に対して垂直方向に偏向させることができる。
As shown in FIG. 1, laser beam irradiation means 40 for irradiating a workpiece with a laser beam is disposed in front of the side wall 3. The laser beam irradiation means 40 shown in FIG. 2 includes an
発振器41の下端部には、レーザー光線を集光する集光器45が配設されている。集光器45の先端部には、レーザー光線を被加工物の内部の所定位置に集光させるための対物レンズ46が配設されている。
At the lower end of the
図1に示すように、レーザー光線照射手段40の発振器41に隣接して、被加工物の上面の凹凸などの表面変位を測定する測定手段50が配設されている。測定手段50は、少なくとも測定光を投光する投光部と測定光の反射光を受光する受光部とを備えている。そして、測定手段50は、投光部から投光された測定光の反射光の光量を受光部により測定し、その測定値によりレーザー光線照射領域における被加工物の表面高さ位置を測定することができる。
As shown in FIG. 1, a
レーザー加工装置1には、測定手段50の測定結果に基づいてレーザー光線の集光点位置を調整する集光点位置調整手段60を備えている。図2に示すように、集光点位置調整手段60は、集光器45を下方から支持するとともに集光器45を被加工物に対して垂直方向に移動させるアクチュエータ61と、測定手段50の測定結果に基づいてアクチュエータ61への印加電圧を制御してレーザー光線の集光点位置を調整する制御手段62とを備えている。
The laser processing apparatus 1 includes a condensing point
アクチュエータ61は、電圧の印加によって保持手段10の保持面に対して垂直方向に伸縮するピエゾ素子により構成されている。このピエゾ素子に印加する電圧を調整することによって集光器45を上下方向に移動させ、対物レンズ46の位置を微調整することができる。なお、アクチュエータ61の構成としては、ピエゾ素子に限定されるものではなく、例えば、直線的な移動を可能にするボイスコイルモータなどにより構成してもよい。すなわち、アクチュエータ61は、印加電圧の大きさや極性を調整することにより変形したり移動したりする素子によって構成されている。一方、かかるアクチュエータ61は、アクチュエータ自身に何らかの力が加わって変形したり移動したりした場合には起電力が発生し、これによってアクチュエータ61の制御回路に過電圧や過電流が生じるおそれがある。
The
制御手段62は、少なくともCPUとメモリ等の記憶素子とを備えたコンピュータである。一方、図2に示すように、制御手段62には、レーザー光線照射手段40の集光器45のメンテナンス作業を行うメンテナンスモードと通常の動作モードとを切り替えるためのスイッチ70が接続されている。メンテナンスモードとは、例えばレーザー光線照射手段40及び集光点位置調整手段60の稼働を停止し、集光器45を清掃することができる状態を指す。作業者がスイッチ70を押してメンテナンスモードに切り替えると、制御手段62はアクチュエータ61への電圧印加(通電)を自動的に遮断する構成となっている。
The control means 62 is a computer provided with at least a CPU and a storage element such as a memory. On the other hand, as shown in FIG. 2, the
次に、レーザー加工装置1の動作例について説明する。図2に示す被加工物Wは、レーザー加工が行われる被加工物の一例であり、特に限定されるものではない。まず、被加工物Wを保持手段10に搬送する。その後、X軸方向送り手段20が作動し、被加工物Wを保持した保持手段10をX軸方向に移動させ、測定手段50の下方に移動させる。
Next, an operation example of the laser processing apparatus 1 will be described. The workpiece W shown in FIG. 2 is an example of a workpiece to be laser processed, and is not particularly limited. First, the workpiece W is conveyed to the holding means 10. Thereafter, the X-axis
保持手段10が測定手段50の下方を移動しながら、測定手段50は、保持手段10に保持された被加工物Wに向けて測定光を投光し、レーザー光線の照射領域における被加工物Wの表面W1の厚さ方向の変位を測定する。そして、測定手段50による被加工物Wの表面変位の測定後、その測定値を制御手段62に備えた記憶素子に記憶させる。例えば、被加工物が半導体ウェーハである場合は、形成されたデバイスを区画するすべて又は一部のストリートに沿って、その表面変位を測定して制御手段62に記憶させる。
While the holding
次に、X軸方向送り手段20が保持手段10をさらにX軸方向に移動させながら、レーザー光線照射手段40から下方に向けてレーザー光線43を照射し、被加工物Wの内部に改質層を形成する。このとき、集光点位置調整手段60は、被加工物Wの内部の所定深さに改質層を形成するために、被加工物Wに照射するレーザー光線の集光点位置を調整して被加工物Wの内部に合わせる。具体的には、図2に示す制御手段62は、測定手段50によって測定された測定値に基づき、アクチュエータ61への印加電圧を制御する。例えば、被加工物Wの表面W1が凸状に形成されている部分にレーザー光線を照射する場合は、印加電圧を大きくしてアクチュエータ61を膨張させることによりレーザー光線照射手段40を上方に引き上げる。これにより、アクチュエータ61に支持されている集光器45が、被加工物Wの表面変位に追随して垂直方向に移動するため、対物レンズ46を介したレーザー光線の集光点位置を被加工物Wの内部の所定深さに位置付けるように微調整することができる。
Next, while the X-axis
このように、レーザー光線の集光点位置を調整しながら、図2に示すレーザー光線照射手段40は、被加工物Wの分割予定ラインに沿ってレーザー光線43を照射し、被加工物Wの内部に分割起点となる改質層を形成する。なお、レーザー光線43は、被加工物Wの内部に達するために透過性を有していればよく、例えば、1064nmの波長を有するYAGレーザーを使用することができる。
In this way, while adjusting the condensing point position of the laser beam, the laser beam irradiation means 40 shown in FIG. 2 irradiates the
被加工物Wに対してレーザー光線43を照射すると、デブリが発生し、集光器45の対物レンズ46に付着することがあるため、デブリ除去等のために集光器45のメンテナンス作業を定期的に行う。したがって、作業者は、定期的にスイッチ70を押してメンテナンスモードに移行し、デブリ除去等のメンテナンス作業を実施する。
When the workpiece W is irradiated with the
メンテナンスモードへの移行により、制御手段62がアクチュエータ61への通電を自動的に遮断するため、メンテナンスモードにおいて、例えば集光器45の対物レンズ46の清掃等を行うことにより集光器45を上下に動かしても、アクチュエータ61の制御回路に過電圧や過電流が生じることはない。また、アクチュエータ61がピエゾ素子により構成されている場合は、電極間の絶縁体に負荷がかからないため、絶縁破壊を起こすことがなくアクチュエータ61が破損することがない。こうして集光器45の清掃をした後は、レーザー加工を再開することができる。
Since the control means 62 automatically cuts off the power to the
以上のように、集光器45の対物レンズ46の清掃等を行うメンテナンスモードでは、集光点位置調整手段60を構成する制御手段62の制御によりアクチュエータ61への通電が自動的に遮断されるため、対物レンズ46の清掃時等に対物レンズ46とともに集光器45を上下に動かしてもアクチュエータ61に過電圧や過電流が生じることはなく、アクチュエータ61に不具合が生じることはない。また、アクチュエータ61がピエゾ素子により構成されている場合は、電極間の絶縁体に負荷がかからないため、絶縁破壊を起こすことがなくアクチュエータ61が破損することがない。
したがって、レーザー加工装置1では、アクチュエータ61を破損させることなく対物レンズ46の定期的なメンテナンスを安全に行うことができるため、デブリが対物レンズ46へ付着することによる被加工物に対する加工不良が生じず、良好な加工精度を維持することができる。
As described above, in the maintenance mode in which the
Therefore, in the laser processing apparatus 1, the periodic maintenance of the
1:レーザー加工装置 2:基台 3:側壁 10:保持手段
20:X軸方向送り手段 21:ボールネジ 22:モータ 23:ガイドレール
24:移動基台 30:Y軸方向送り手段 31:ボールネジ 32:モータ
33:ガイドレール 34:移動基台
40:レーザー光線照射手段 41:発振器 42:発振源 43:レーザー光線
44:偏向ミラー 45:集光器 46:対物レンズ 50:測定手段
60:集光点位置調整手段 61:アクチュエータ 62:制御手段
70:スイッチ W:被加工物
1: Laser processing device 2: Base 3: Side wall 10: Holding means 20: X-axis direction feeding means 21: Ball screw 22: Motor 23: Guide rail 24: Moving base 30: Y-axis direction feeding means 31: Ball screw 32: Motor 33: Guide rail 34: Moving base 40: Laser beam irradiation means 41: Oscillator 42: Oscillation source 43: Laser beam 44: Deflection mirror 45: Condenser 46: Objective lens 50: Measuring means 60: Focusing point position adjusting means 61: Actuator 62: Control means 70: Switch W: Workpiece
Claims (1)
該集光点位置調整手段は、該集光器を支持するとともに該集光器を被加工物に対して垂直方向に移動させるアクチュエータと、
該測定手段の測定結果に基づいて該アクチュエータへの印加電圧を制御して該レーザー光線の集光点位置を調整する制御手段と、を備え、
該制御手段は、該集光器のメンテナンス作業を行うメンテナンスモードにおいて該集光点位置調整手段の該アクチュエータへの通電を遮断することを特徴とするレーザー加工装置。 Holding means for holding the workpiece, an oscillator for oscillating a laser beam having a wavelength that is transmissive to the workpiece, and the laser beam oscillated from the oscillator inside the workpiece held by the holding means Laser beam irradiation means comprising a condenser having an objective lens for condensing, measurement means for measuring the surface displacement of the laser beam irradiation area of the workpiece, and the focal point position of the laser beam based on the measurement results of the measurement means A laser beam focusing device that adjusts the vertical position with respect to the workpiece, and a laser processing device comprising:
The condensing point position adjusting means includes an actuator that supports the concentrator and moves the concentrator in a direction perpendicular to the workpiece;
Control means for adjusting the condensing point position of the laser beam by controlling the voltage applied to the actuator based on the measurement result of the measuring means,
The laser processing apparatus characterized in that the control means cuts off the power supply to the actuator of the focusing point position adjusting means in a maintenance mode for performing maintenance work of the condenser.
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