JP2016132017A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工効率を更に高めたレーザー加工装置を提供する。
【解決手段】被加工物（１１）を保持する保持手段（６）と、レーザー光線（Ｌ）を照射するレーザー照射手段（３０）と、保持手段とレーザー照射手段とを加工送り方向に相対的に移動させる加工送り手段（８）と、保持手段とレーザー照射手段とを割り出し送り方向に相対的に移動させる割り出し送り手段（８）と、各部の動きを制御する制御手段（４４）と、を備え、制御手段は、保持手段に対してレーザー照射手段を停止させる停止ステップに要する時間をｔａ、レーザー光線の照射位置を次の分割予定ラインに合わせる割り出しステップに要する時間をｔｂとして、ｔｂ＞ｔａである場合、停止ステップと割り出しステップとを同時に開始し、停止ステップが終了した後の割り出しステップの残りの時間（ｔｂ−ｔａ）を利用して、保持手段に対してレーザー照射手段を加速させる開始ステップを実施する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の被加工物を加工するレーザー加工装置に関する。

分割予定ラインで区画された各領域にＩＣ等のデバイスが形成された半導体ウェーハは、例えば、レーザー加工装置で加工され、各デバイスに対応する複数のデバイスチップへと分割される。レーザー加工装置は、一般に、半導体ウェーハ等の被加工物を吸引保持するチャックテーブルと、レーザー光線を照射するレーザー照射ユニットとを備えている。

このレーザー加工装置で被加工物を加工するには、レーザー照射ユニットとチャックテーブルとを分割予定ラインに対して平行な方向に相対移動（以下、加工送りとも呼ぶ）させながら、レーザー照射ユニットからレーザー光線を照射する。これにより、チャックテーブルに吸引保持された被加工物の分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射し、被加工物を加工できる。

ところで、上述のようなレーザー加工装置の加工効率を高めるために、分割予定ラインに対して平行な方向にレーザー照射ユニットとチャックテーブルとを往復移動させながら被加工物を加工する加工方法が実用化されている。

この加工方法では、例えば、往路での加工が終了した後に、レーザー照射ユニットとチャックテーブルとの相対移動（加工送り）を停止させる。次に、分割予定ラインに対して垂直な方向にレーザー照射ユニットとチャックテーブルとを相対移動（以下、割り出し送りとも呼ぶ）させて、復路で加工すべき分割予定ラインの延長線上にレーザー光線の照射位置を合せる。その後、復路での加工を開始する。

また、加工送りの停止に要する時間、及び割り出し送りに要する時間に着目した新たな技術も提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、加工送りの停止と割り出し送りとを並列に実施して、割り出し送りに要する時間を実質的にゼロとすることで、次の加工の開始までに要する時間を短縮して加工効率を高めている。

特開２０１２−１６１７９９号公報

近年では、デバイスチップの生産性を高めるために、被加工物の大型化が進められている。被加工物が大型化すると、加工すべき分割予定ラインの数も増えるので、レーザー加工装置には、更なる加工効率の向上が求められている。

本発明はかかる問題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、加工効率を更に高めたレーザー加工装置を提供することである。

本発明によれば、レーザー光線を照射して被加工物を加工する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する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加工送り方向に相対的に移動させる加工送り手段と、該保持手段と該レーザー照射手段とを割り出し送り方向に相対的に移動させる割り出し送り手段と、各部の動きを制御する制御手段と、を備え、該制御手段は、該保持手段に対して該レーザー照射手段を該加工送り方向に平行な第１の向きに所定の速さで移動させながら、該レーザー照射手段からレーザー光線を照射して、該保持手段に保持された被加工物を任意の分割予定ラインに沿って被加工物の端部まで加工する加工ステップと、該加工ステップの後、該保持手段に対して該レーザー照射手段を停止させる停止ステップと、該保持手段と該レーザー照射手段とを該割り出し送り方向に相対的に移動させて、該レーザー光線の照射位置を次に加工する分割予定ラインの延長線上に合わせる割り出しステップと、該停止ステップの後、該保持手段に対して該レーザー照射手段を該第１の向きとは反対の第２の向きに加速させて、該レーザー光線が被加工物の端部に達する前に該所定の速さに到達させる開始ステップと、を実施する際に、該停止ステップに要する時間をｔａ、該割り出しステップに要する時間をｔｂとして、ｔｂ＞ｔａである場合、該加工ステップの後に該停止ステップと該割り出しステップとを同時に開始し、該停止ステップが終了した後の該割り出しステップの残りの時間（ｔｂ−ｔａ）を利用して該開始ステップを実施することを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

本発明に係るレーザー加工装置では、停止ステップに要する時間よりも割り出しステップに要する時間の方が長くなる場合に、停止ステップと割り出しステップとを同時に開始し、停止ステップが終了した後の割り出しステップの残りの時間を利用して開始ステップを実施するので、停止ステップに要する時間を実質的にゼロとし、開始ステップに要する時間を実質的に短縮できる。

すなわち、本発明に係るレーザー加工装置では、停止ステップと割り出しステップとを並列に実施し、且つ、割り出しステップと開始ステップとを並列に実施するので、次の加工までに要する時間を短縮して加工効率を更に高めることができる。

レーザー加工装置を模式的に示す図である。 被加工物が加工される様子を模式的に示す斜視図である。 図３（Ａ）、図３（Ｂ）、及び図３（Ｃ）は、割り出しステップと開始ステップとを並列に実施する場合のレーザー光線の軌跡の例を模式的に示す平面図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るレーザー加工装置を模式的に示す図である。図１に示すように、本実施形態のレーザー加工装置２は、各構造が搭載される直方体状の基台４を備えている。

基台４の上面には、チャックテーブル（保持手段）６をＸ軸方向（加工送り方向）及びＹ軸方向（割り出し送り方向）に移動させる水平移動機構（加工送り手段、割り出し送り手段）８が設けられている。水平移動機構８は、基台４の上面に固定されＹ軸方向に平行な一対のＹ軸ガイドレール１０を備えている。

Ｙ軸ガイドレール１０には、Ｙ軸移動テーブル１２がスライド可能に設置されている。Ｙ軸移動テーブル１２の裏面側（下面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｙ軸ガイドレール１０と平行なＹ軸ボールネジ１４が螺合されている。

Ｙ軸ボールネジ１４の一端部には、Ｙ軸パルスモータ１６が連結されている。Ｙ軸パルスモータ１６でＹ軸ボールネジ１４を回転させることにより、Ｙ軸移動テーブル１２はＹ軸ガイドレール１０に沿ってＹ軸方向に移動する。

Ｙ軸移動テーブル１２の表面（上面）には、Ｘ軸方向に平行な一対のＸ軸ガイドレール１８が固定されている。Ｘ軸ガイドレール１８には、Ｘ軸移動テーブル２０がスライド可能に設置されている。Ｘ軸移動テーブル２０の裏面側（下面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｘ軸ガイドレール１８と平行なＸ軸ボールネジ２２が螺合されている。

Ｘ軸ボールネジ２２の一端部には、Ｘ軸パルスモータ２４が連結されている。Ｘ軸パルスモータ２４でＸ軸ボールネジ２２を回転させることにより、Ｘ軸移動テーブル２０はＸ軸ガイドレール１８に沿ってＸ軸方向に移動する。

Ｘ軸移動テーブル２０の表面側（上面側）には、被加工物１１（図２参照）を吸引保持するチャックテーブル６が配置されている。被加工物１１は、例えば、円盤状の半導体ウェーハやサファイア基板等であり、表面１１ａ側は、中央のデバイス領域と、デバイス領域を囲む外周余剰領域とに分けられている。

デバイス領域は、格子状に配列された分割予定ライン（ストリート）でさらに複数の領域に区画されており、各領域にはＩＣ等のデバイス１３が形成されている。被加工物１１の裏面１１ｂ側には、粘着テープ１５が貼着されており、粘着テープ１５の外周部分には、環状のフレーム１７が固定されている。

図１に示すように、チャックテーブル６の表面（上面）は、被加工物１１を吸引保持する保持面６ａとなっている。この保持面６ａは、チャックテーブル６の内部に形成された流路（不図示）を通じて吸引源（不図示）と接続されている。

チャックテーブル６の下方には、回転機構（不図示）が設けられており、チャックテーブル６は、この回転機構によってＺ軸の周りに回転する。また、チャックテーブル６の周囲には、環状のフレーム１７を四方から挟持固定する４個のクランプ２６が設けられている。

水平移動機構８の後方には、正面視で略Ｌ字状の支持構造２８が設置されている。支持構造２８の一方側の側面には、レーザー照射ユニット（レーザー照射手段）３０をＺ軸方向（鉛直方向）に移動させる鉛直移動機構３２が設けられている。鉛直移動機構３２は、支持構造２８の一方側の側面に固定されＺ軸方向に平行なＺ軸ガイドレール３４を備えている。

Ｚ軸ガイドレール３４には、支持ブロック３６がスライド可能に設置されている。支持ブロック３６の裏面側（支持構造２８側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｚ軸ガイドレール３４と平行なＺ軸ボールネジ（不図示）が螺合されている。

Ｚ軸ボールネジの一端部には、Ｚ軸パルスモータ３８が連結されている。Ｚ軸パルスモータ３８でＺ軸ボールネジを回転させることにより、支持ブロック３６は、Ｚ軸ガイドレール３４に沿ってＺ軸方向に移動する。支持ブロック３６には、レーザー照射ユニット３０を支持する支持アーム４０が固定されている。

支持アーム４０には、レーザー光線Ｌ（図２参照）を下方に照射するレーザー照射ユニット３０が設けられている。レーザー照射ユニット３０は、集光器（不図示）を備えており、レーザー発振器（不図示）でパルス発振されるレーザー光線Ｌを、チャックテーブル６に吸引保持された被加工物１１に照射する。

レーザー照射ユニット３０と隣接する位置には、被加工物１１の表面１１ａ側を撮像するカメラ４２が設置されている。カメラ４２で撮像された画像は、例えば、被加工物１１に対するレーザー照射ユニット３０の位置等を調整する際に使用される。

チャックテーブル６、水平移動機構８、レーザー照射ユニット３０、鉛直移動機構３２、カメラ４２等の各構成要素は、制御装置（制御手段）４４に接続されている。制御装置４４は、被加工物１１が適切に加工されるように各構成要素の動作を制御する。

図２は、本実施形態のレーザー加工装置２で被加工物１１が加工される様子を模式的に示す斜視図である。制御装置４４は、レーザー光線Ｌの照射位置を加工対象の分割予定ラインの延長線上に位置付けた後に、後述する加工ステップ、停止ステップ、割り出しステップ、開始ステップを繰り返して被加工物１１を加工する。

なお、本実施形態のレーザー加工装置２では、チャックテーブル６側をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させるが、本発明のレーザー加工装置は、チャックテーブル６とレーザー照射ユニット３０とを相対的に移動できるように構成されていれば良い。具体的には、例えば、レーザー照射ユニット３０側をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させることも可能である。そのため、以下の説明では、チャックテーブル６とレーザー照射ユニット３０との相対的な動きのみについて言及する。

加工ステップでは、チャックテーブル６に対してレーザー照射ユニット３０をＸ軸方向に平行な第１の向き（例えば、向きＸ１）に任意の速さｖで移動させながら、レーザー照射ユニット３０からレーザー光線Ｌを照射する。速さｖは、例えば、被加工物１１の材質や厚さ、レーザー光線Ｌの波長、パワー密度、繰り返し周波数等の条件に応じて設定される。これにより、図２に示すように、加工対象の分割予定ラインに沿って分割の起点となる起点領域１９を形成できる。

起点領域１９は、被加工物１１に吸収され易い波長のレーザー光線を用いて形成される加工溝でも良いし、被加工物１１に吸収され難い波長のレーザー光線を用いて形成される改質領域でも良い。加工対象の分割予定ラインに沿って被加工物１１が端部まで加工されると、加工ステップは終了する。

加工ステップの後には、チャックテーブル６に対してレーザー照射ユニット３０を停止させる停止ステップを実施する。また、チャックテーブル６とレーザー照射ユニット３０とをＹ軸方向に相対的に移動させて、レーザー光線Ｌの照射位置を次に加工すべき分割予定ラインの延長線上に合わせる割り出しステップを実施する。

さらに、停止ステップの後には、チャックテーブル６に対してレーザー照射ユニット３０を第１の向きとは反対の第２の向き（例えば、向きＸ２）に所定の速さｖまで加速させる開始ステップを実施する。この開始ステップでは、レーザー光線Ｌ（レーザー光線Ｌの照射位置）が被加工物１１の端部に達する前に、チャックテーブル６に対してレーザー照射ユニット３０を所定の速さｖまで加速させる。

開始ステップの後には、再び加工ステップが実施される。なお、この加工ステップでは、チャックテーブル６に対してレーザー照射ユニット３０を第２の向き（例えば、向きＸ２）に速さｖで移動させながら、レーザー照射ユニット３０からレーザー光線Ｌを照射する。

このように、チャックテーブル６に対してレーザー照射ユニット３０を往復移動させながら被加工物１１を加工することで、往路のみ、又は復路のみで加工する場合と比べて加工効率を高めることができる。

また、制御装置４４は、上述した停止ステップ、割り出しステップ、開始ステップを実施する際に、停止ステップと割り出しステップとを並列に実施する。更に、所定の条件を満たす場合、制御装置４４は、割り出しステップと開始ステップとを並列に実施する。

具体的には、停止ステップに要する時間をｔａ、割り出しステップに要する時間をｔｂとして、ｔｂ＞ｔａを満たす場合、制御装置４４は、割り出しステップと開始ステップとを並列に実施する。図３（Ａ）、図３（Ｂ）、及び図３（Ｃ）は、割り出しステップと開始ステップとを並列に実施する場合のレーザー光線Ｌの軌跡の例を模式的に示す平面図である。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）、及び図３（Ｃ）に示すように、レーザー光線Ｌの軌跡Ｔ上の点Ｐ１で加工ステップが終了すると、停止ステップ及び割り出しステップが同時に開始される。ｔｂ＞ｔａを満たしている場合、割り出しステップより先に停止ステップが終了するので、停止ステップが終了した直後の割り出しステップの残りの時間は、ｔｂ−ｔａである。

ここで、開始ステップに要する時間をｔｃとすると、ｔｂ−ｔａ＞ｔｃを満たす場合の軌跡Ｔは、図３（Ａ）のようになる。すなわち、停止ステップが点Ｐ２で終了し、その後の任意の点Ｐ３で開始ステップが開始される。すなわち、点Ｐ２と点Ｐ３との間では、割り出しステップのみが実施される。

例えば、割り出しステップの残りの時間がｔｃに等しくなるタイミングで開始ステップを開始すると、図３（Ａ）に示すように、割り出しステップは点Ｐ４で終了し、同時に、点Ｐ５で開始ステップが終了する。このように、加工効率を高める観点からは、割り出しステップの残りの時間がｔｃより短くならないタイミングで開始ステップを開始することが好ましい。

一方で、ｔｂ−ｔａ＝ｔｃを満たす場合の軌跡Ｔは、図３（Ｂ）のようになる。すなわち、停止ステップが点Ｐ２で終了し、同時に、点Ｐ３で開始ステップが開始される。また、割り出しステップは点Ｐ４で終了し、同時に、点Ｐ５で開始ステップが終了する。

さらに、ｔｂ−ｔａ＜ｔｃを満たす場合の軌跡Ｔは、図３（Ｃ）のようになる。この場合にも、停止ステップが点Ｐ２で終了し、同時に、点Ｐ３で開始ステップが開始される。一方、ｔｂ−ｔａ＜ｔｃなので、割り出しステップは点Ｐ４で先に終了する。その後、点Ｐ５で開始ステップが終了する。

以上のように、本実施形態に係るレーザー加工装置２では、停止ステップに要する時間ｔａよりも、割り出しステップに要する時間ｔｂの方が長くなる場合に、停止ステップと割り出しステップとを同時に開始し、停止ステップが終了した後の割り出しステップの残りの時間（ｔｂ−ｔａ）を利用して開始ステップを実施するので、停止ステップに要する時間を実質的にゼロとし、開始ステップに要する時間を実質的に短縮できる。

すなわち、本実施形態に係るレーザー加工装置２では、停止ステップと割り出しステップとを並列に実施し、且つ、割り出しステップと開始ステップとを並列に実施するので、次の加工までに要する時間を短縮して加工効率を更に高めることができる。

なお、上記実施形態に係る構成、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

２ レーザー加工装置
４ 基台
６ チャックテーブル（保持手段）
６ａ 保持面
８ 水平移動機構（加工送り手段、割り出し送り手段）
１０ Ｙ軸ガイドレール
１２ Ｙ軸移動テーブル
１４ Ｙ軸ボールネジ
１６ Ｙ軸パルスモータ
１８ Ｘ軸ガイドレール
２０ Ｘ軸移動テーブル
２２ Ｘ軸ボールネジ
２４ Ｘ軸パルスモータ
２６ クランプ
２８ 支持構造
３０ レーザー照射ユニット（レーザー照射手段）
３２ 鉛直移動機構
３４ Ｚ軸ガイドレール
３６ 支持ブロック
３８ Ｚ軸パルスモータ
４０ 支持アーム
４２ カメラ
４４ 制御装置（制御手段）
Ｔ 軌跡
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５ 点

Claims (1)

1. レーザー光線を照射して被加工物を加工する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する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加工送り方向に相対的に移動させる加工送り手段と、
   該保持手段と該レーザー照射手段とを割り出し送り方向に相対的に移動させる割り出し送り手段と、
   各部の動きを制御する制御手段と、を備え、
   該制御手段は、
   該保持手段に対して該レーザー照射手段を該加工送り方向に平行な第１の向きに所定の速さで移動させながら、該レーザー照射手段からレーザー光線を照射して、該保持手段に保持された被加工物を任意の分割予定ラインに沿って被加工物の端部まで加工する加工ステップと、該加工ステップの後、該保持手段に対して該レーザー照射手段を停止させる停止ステップと、該保持手段と該レーザー照射手段とを該割り出し送り方向に相対的に移動させて、該レーザー光線の照射位置を次に加工する分割予定ラインの延長線上に合わせる割り出しステップと、該停止ステップの後、該保持手段に対して該レーザー照射手段を該第１の向きとは反対の第２の向きに加速させて、該レーザー光線が被加工物の端部に達する前に該所定の速さに到達させる開始ステップと、を実施する際に、
   該停止ステップに要する時間をｔａ、該割り出しステップに要する時間をｔｂとして、ｔｂ＞ｔａである場合、該加工ステップの後に該停止ステップと該割り出しステップとを同時に開始し、該停止ステップが終了した後の該割り出しステップの残りの時間（ｔｂ−ｔａ）を利用して該開始ステップを実施することを特徴とするレーザー加工装置。