JP2018094596A - レーザー加工装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ウエーハ等の板状の被加工物を効率よく加工することができるレーザー加工装置を提供する。【解決手段】複数の被加工物を収容するカセット７２ａ、７２ｂを載置するカセットテーブル７１と、搬出手段６と、搬出された該被加工物を仮置きする仮置手段５と、該仮置手段５からチャックテーブル３４まで被加工物を搬送する搬送手段８と、加工すべき領域を検出する撮像手段４３と、Ｘ軸方向移動手段３７と、Ｙ軸方向移動手段３６と、レーザー光線照射手段４と、含み、該Ｘ軸方向移動手段３７は、移動基台３３と、Ｘ軸案内レール３２２を備えたＸ軸テーブル３２と、該移動基台３３を移動する駆動源と、から構成され、該Ｙ軸方向移動手段３６は、Ｙ軸案内レール３１と、該Ｘ軸テーブル３２を移動する駆動源と、から構成され、該移動基台３３は、炭素繊維強化プラスチックで構成されているレーザー加工装置１が提供される。【選択図】図２

Description

本発明は、ウエーハ等の板状の被加工物を効率よく加工でき、生産性を向上させるレーザー加工装置に関する。
ＩＣ、ＬＳＩ等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エーハはレーザー加工装置によって分割予定ラインが加工され個々のデバイスに分割されてパソコン、携帯電話、テレビ等の電気機器に利用される。
レーザー加工装置としては、複数の被加工物を収容するカセットを載置するカセットテーブルと、該カセットテーブルに載置されたカセットからウエーハを搬出する搬出手段と、該搬出手段によって搬出されたウエーハを仮置きする仮置手段と、該仮置手段からチャックテーブルまでウエーハを搬送する搬送手段と、該チャックテーブルに保持されたウエーハを撮像し加工すべき領域を検出する撮像手段と、該チャックテーブルに保持されたウエーハにレーザー光線を照射する集光器を備えたレーザー光線照射手段と、から少なくとも構成されたものが知られており（例えば、特許文献１を参照。）、ウエーハを保持したチャックテーブルをレーザー光線照射手段に対して往復運動させることにより、ウエーハを高精度に加工することができる。
特開２００４−０２２９３６号公報
上述したレーザー加工装置によれば、被加工物であるウエーハに対し高精度に加工を実施することは可能であるものの、上記従来技術においては、ウエーハを支持するチャックテーブルが装着される移動基台がステンレス（比重７．９）で構成されており、レーザー光線照射手段に対して往復運動させる際の慣性力によってチャックテーブルの高速移動が制限され、効率よくウエーハを加工できないという問題がある。
本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、ウエーハを含む被加工物を効率よく加工することができるレーザー加工装置を提供することにある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、板状の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、複数の被加工物を収容するカセットを載置するカセットテーブルと、該カセットテーブルに載置されたカセットから被加工物を搬出する搬出手段と、該搬出手段によって搬出された該被加工物を仮置きする仮置手段と、該仮置手段からチャックテーブルまで被加工物を搬送する搬送手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の加工すべき領域を検出する撮像手段と、該チャックテーブルをＸ軸方向に加工送りするＸ軸方向移動手段と、該チャックテーブルをＸ軸方向と直交するＹ軸方向に割り出し送りするＹ軸方向移動手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザー光線を照射する集光器を備えたレーザー光線照射手段と、を少なくとも含み、該Ｘ軸方向移動手段は、該チャックテーブルを支持する移動基台と、該移動基台をＸ軸方向にガイドするＸ軸案内レールを備えたＸ軸テーブルと、該移動基台を移動する駆動源と、から構成され、該Ｙ軸方向移動手段は、該Ｘ軸テーブルをＹ軸方向にガイドするＹ軸案内レールと、該Ｘ軸テーブルを移動する駆動源と、から構成され、該移動基台は、炭素繊維強化プラスチックで構成されているレーザー加工装置が提供される。
本発明のレーザー加工装置は、複数の被加工物を収容するカセットを載置するカセットテーブルと、該カセットテーブルに載置されたカセットから被加工物を搬出する搬出手段と、該搬出手段によって搬出された該被加工物を仮置きする仮置手段と、該仮置手段からチャックテーブルまで被加工物を搬送する搬送手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の加工すべき領域を検出する撮像手段と、該チャックテーブルをＸ軸方向に加工送りするＸ軸方向移動手段と、該チャックテーブルをＸ軸方向と直交するＹ軸方向に割り出し送りするＹ軸方向移動手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザー光線を照射する集光器を備えたレーザー光線照射手段と、を少なくとも含み、該Ｘ軸移動手段は、該チャックテーブルを支持する移動基台と、該移動基台をＸ軸方向にガイドするＸ軸案内レールを備えたＸ軸テーブルと、該移動基台を移動する駆動源と、から構成され、該Ｙ軸方向移動手段は、該Ｘ軸テーブルをＹ軸方向にガイドするＹ軸案内レールと、該Ｘ軸テーブルを移動する駆動源と、から構成され、該移動基台は、炭素繊維強化プラスチックで構成されているため、従来のステンレスにより形成された移動基台に対して往復移動に伴う慣性力が１／４となり、例えば、装置の大きさに制限された範囲内で従来の移動基台を高速移動させようとした場合の移動速度が最大で１０００ｍｍ／秒であるのに対し、本発明における移動基台を採用した場合の移動速度は、２０００ｍｍ／秒、即ち２倍程度まで上昇させることが可能となり、効率よくレーザー加工を実施することが可能になる。
本発明に従って構成されたレーザー加工装置の全体斜視図である。 図１に示すレーザー加工装置の主要部を分解し説明するための説明図である。 図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル、移動基台を示す図である。 図１に示すレーザー加工装置における搬出機構の動作を説明するための説明図である。 図１に示すレーザー加工装置における外周検出部の動作を説明するための説明図である。 図５に示す外周検出部によって仮置テーブルにおけるウエーハのずれ量を算出する算出方法を説明するための説明図である。 図１に示すレーザー加工装置の搬送機構の動作を説明するための説明図である。 チャックテーブルに保持されたウエーハのノッチの位置を修正する動作を説明するための説明図である。 加工済みのウエーハを搬出機構によってチャックテーブルから搬出し、仮置テーブルにウエーハを保持させる動作を説明するための説明図である。 加工済みのウエーハを搬出機構によって加工済カセットに収容する動作を説明するための説明図である。
以下、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１には、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の一実施形態の斜視図が示されている。図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、静止基台２と、該静止基台２上に配設され、被加工物を保持する保持テーブル機構３と、該保持テーブル機構３に保持された被加工物に対しレーザー加工を施すレーザー光線照射手段４とを備えている。
図１に記載されたレーザー加工装置１の主要な構成要素をそれぞれ分解して示す図２を参照しながら説明を続けると、保持テーブル機構３は、静止基台２上に矢印Ｙで示すＹ軸方向に沿って平行に配設された一対のＹ軸案内レール３１、３１と、該Ｙ軸案内レール３１、３１上に矢印Ｙで示すＹ軸方向に移動可能に配設されたＸ軸テーブル３２と、該Ｘ軸テーブル３２の上面に矢印Ｘで示すＸ軸方向に沿って平行に配設された一対のＸ軸案内レール３２２、３２２と、該Ｘ軸案内レール３２２、３２２上に配設され矢印Ｘで示すＸ軸方向に移動可能に配設された移動基台３３と、該移動基台３３上に支持されるチャックテーブル３４と、該チャックテーブル３４の上面を形成し通気性を有するポーラスセラミックスから構成される吸着チャック３５と、該Ｘ軸テーブル３２をＹ軸案内レール３１、３１に沿ってＹ軸方向に移動させるためのＹ軸方向移動手段３６と、該移動基台３３をＸ軸案内レール３２２，３２２に沿ってＸ軸方向に移動させるためのＸ軸方向移動手段３７と、から構成されている。なお、吸着チャック３５は、図示しない吸引ポンプに接続されており、上面に載置される被加工物を吸引保持することが可能に構成されている。
該Ｙ軸方向移動手段３６は、２本のＹ軸案内レール３１、３１の間に配設されＹ軸方向に延在するＹ軸リニアレール３６１と、該Ｙ軸リニアレール３６１に移動可能に嵌挿されＸ軸テーブル３２の下面に装着されたＹ軸コイル可動子３６２とを備えている。該Ｙ軸リニアレール３６１は、例えば複数の円柱状の永久磁石のＮ極とＳ極とを交互に接合して軸状に構成し、この軸状に構成された複数の円柱状の永久磁石をステンレス鋼の非磁性材からなる円筒状のケースに配設して構成されている。このように構成されたＹ軸リニアレール３６１は、その両端部に図２に示すような支持部材３６３が装着され（図１、２では一方のみが図示されている。）、この支持部材３６３を介して支持基台２の上面に取り付けられる。Ｙ軸リニアレール３６１とＹ軸コイル可動子３６２とからなるＹ軸方向移動手段３６は、駆動源としての所謂リニアシャフトモータを構成しており、Ｙ軸コイル可動子３６２に電流が流れると磁力による吸引力、反発力を繰り返して推力が発生する。従って、Ｙ軸コイル可動子３６２に印加する電流の方向を変えることにより、Ｙ軸コイル可動子３６２がＹ軸リニアレール３６１に沿って移動する方向を変更することができる。このようにＹ軸方向に対する移動は、チャックテーブル３４の加工送り方向に直交する所謂割り出し送り方向に移動させるものであり、割り出し送り機構として作用する。
該Ｘ軸方向移動手段３７は、該移動基台３３をＸ軸方向に移動させる駆動源として、上記したＹ軸方向移動手段３６と略同様な構成を備えており、移動基台３３をＸ軸方向でガイドする２本のＸ軸案内レール３２２、３２２の間に配設されＸ軸方向に延在するＸ軸リニアレール３７１と、該Ｘ軸リニアレール３７１に移動可能に嵌挿され移動基台３３の下面に装着されたＸ軸コイル可動子３７２とからなっている。該Ｘ軸リニアレール３７１は、例えば、複数の円柱状の永久磁石のＮ極とＳ極とを交互に接合して軸状に構成し、この軸状に構成された複数の円柱状の永久磁石をステンレス鋼の非磁性材からなる円筒状のケースに配設して構成されている。このように構成されたＸ軸リニアレール３７１は、その両端部に図２に示すよう支持部材３７３、３７３が装着され、この支持部材３７３を介してＸ軸テーブル３２の上面に取り付けられる。Ｘ軸リニアレール３７１とＸ軸コイル可動子３７２とからなるＸ軸方向移動手段３７は、Ｙ軸方向移動手段３６と同様の所謂リニアシャフトモータを構成しており、Ｘ軸コイル可動子３７２に電流が流れると磁力による吸引力、反発力を繰り返して推力が発生する。従って、Ｘ軸コイル可動子３７２に印加する電流の方向を変えることにより、Ｘ軸コイル可動子３７２がＸ軸リニアレール３７１に沿って移動する方向を変更することができる。このようにＸ軸方向に対する移動は、チャックテーブル３４を所謂加工送り方向に移動させるものであり、加工送り機構として作用する。
図３を参照しながら、本発明に基づき構成される該移動基台３３及び該移動基台３３上に支持されるチャックテーブル３４について、より具体的に説明する。図では、移動基台３３に嵌挿されるチャックテーブル３４を移動基台３３から分離し、斜め下方から見た状態で記載している。該チャックテーブル３４は、軽量セラミックスで形成され、該移動基台３３は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）から構成されている。ＣＦＲＰは、母材にはエポキシ樹脂が採用され、炭素繊維に対して母材となるエポキシ樹脂を含浸して得られるプリプレグを加熱し硬化させて形成される。該形成工程（母材、炭素繊維の割合、硬化時間等）により若干の幅が生じるが、その比重は略１．５〜２．０程度で形成される。ＣＦＲＰは、ステンレス（比重：７．９）等の金属で形成されたものよりも極めて軽量な素材であり、高強度の素材である。
図３に示すように、該移動基台３３の上面中央には円形状の凹部３３１が形成され、該凹部３３１には有底の円筒部材３３２が回転可能に嵌挿されている。該円筒部材３３２の底部３３３には、吸気孔３３４、３３５が形成されており、中央に形成されている吸気孔３３４は、チャックテーブル３４の下面に形成された円形凸部３４ａが該円筒部材３３２に嵌挿された際に該円形凸部３４ａの中央に形成された通気孔３４ｂに接続される。さらに、該吸気孔３３５は、チャックテーブル３４が該円筒部材３３２に嵌挿された際にチャックテーブル３４を吸引保持すべく形成されている。そして、移動基台３３上に載置されるチャックテーブル３４は、円筒部材３３２の回転と共に図中矢印で示す方向に回転自在構成される。
図２に戻り説明を続けると、レーザー光線照射手段４は、一般的に知られている構成を採用することができ、レーザー光線発振器、出力調整用のアッテネータ、レーザー光線の照射方向を調整するガルバスキャナ、反射ミラー、集光器４ａに含まれる集光レンズ等により構成される（図示は省略する。）。撮像手段４３は、加工領域に移動させられたチャックテーブル３４に保持された被加工物の加工すべき領域を検出するものであり、撮像手段顕微鏡を構成する光学系と撮像素子（ＣＣＤ）を備え、撮像した画像信号を制御手段に送り、図示しない表示手段に表示することが可能に構成されている。なお、制御手段は、コンピュータにより構成され、制御プログラムに従って演算処理する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）と、検出した検出値、演算結果等を一時的に格納するための読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、入力インターフェース、及び出力インターフェースとを備えている（図示は省略する。）。
図１、２を参照しながら説明を続けると、静止基台２の上面であって、チャックテーブル３４が滑動可能に配設されたＸ軸テーブル３２に対してＹ軸方向の位置に仮置手段５が配設され、該仮置手段５は、回転可能な仮置テーブル５１と、該仮置テーブル５１に仮置きされる被加工物の外周を検出する外周検出部５２を有している。外周検出部５２には、図２に示すように、仮置テーブル５１の高さで横向きに開口する開口部５２ａが備えられ、該開口部５２ａの上方に発光素子、下方の該発光素子と対向する位置に受光素子を備えている（おって詳述する。）。さらに、該外周検出部５２は、静止基台２の内部に配設された駆動機構によって、図中矢印で示す方向、すなわち、仮置テーブル５１に対して近接、離反する方向に移動することが可能に構成されている。なお、仮置テーブル５１は透明の樹脂のプレートで構成されており、図示しない回転角度センサにより、仮置テーブル５１の回転角度が検出されるようになっている。
本実施形態のレーザー加工装置１では、図２に示すように、静止基台２上に配設された仮置手段５及び保持テーブル機構３が配設された領域に対してＸ軸方向に隣接した位置に、搬出手段６を備えている。該搬出手段６には、搬出機構載置台６０と、搬出機構６１と、該搬出機構６１をＹ軸方向に移動させる搬出機構移動手段６２とが備えられている。
該搬出機構６１は、搬出用移動基台６１１と、搬出用移動基台６１１に内蔵されるエアシリンダによって上下方向に進退する円筒部材６１２と、該円筒部材６１２の上端部に回動可能にその一端部が接続された平板状の第１のアーム部６１３ａと、該第１のアーム部６１３ａの他端部に回動可能にその一端部が接続される第２のアーム部６１３ｂと、第２のアーム部６１３ｂの他端部に、ロボットハンド６１４が接続されている。該ロボットハンド６１４の下面には、複数の吸引孔が形成されており（図示は省略する。）、該円筒部材６１２、第１、第２のアーム部６１３ａ、６１３ｂを介して吸引源に接続され、該吸引源の作動、非作動を制御することにより被加工物を吸着したり、離反したりすることが可能になっている。なお、上記したロボットハンド６１４は、第２のアーム部６１３ｂ側の他端部における支持部において、その上下を反転させる動作が可能であり、吸引孔を形成した面を上方に向けることもできる。
該搬出機構移動手段６２は、上述したＹ軸方向移動手段３６、Ｘ軸方向移動手段３７と概ね同一の構成からなるものであって、搬出機構載置台６０の上面にＹ軸方向に配設された２本の搬出用案内レール６２１、６２１を含み、この搬出用案内レール６２１、６２１の間にはＹ軸方向に延在するリニアレール６２２が配設され、該リニアレール６２２に移動可能に嵌挿され搬出機構６１の搬出用移動基台６１１の下面に装着されたコイル可動子６２３とからなっている。該リニアレール６２２は上述したＹ軸方向移動手段３６、Ｘ軸方向移動手段３７を構成するＹ軸リニアレール３６１、Ｘ軸リニアレール３７１と同様の構成であり、その両端部には図２に示すように支持部材６２４が装着され、この支持部材６２４を介して搬出機構載置台６０の上面に取り付けられる。リニアレール６２２とコイル可動子６２３とからなる搬出機構移動手段６２は、所謂リニアシャフトモータを構成しており、コイル可動子６２３に電流が流れると磁力による吸引力、反発力を繰り返して推力が発生する。従って、コイル可動子６２３に印加する電流の方向を変えることにより、コイル可動子６２３がリニアレール６２２に沿って移動する方向を変更することができる。
静止基台２上に配設されるＸ軸テーブル３２に沿うように、静止基台２に隣接してレーザー光線照射手段４を内蔵するハウジング４０が備えられる。ハウジング４０は、床面から垂直上方に延びる垂直壁部４１と、該垂直壁部４１の上端部から水平方向に延びる水平壁部４２から構成され、図１に示すように、該水平壁部４２の先端部の下面には、Ｘ軸方向に並んで搬送手段８、撮像手段４３、及びレーザー光線照射手段４の集光器４ａが配設される。
図に示すように、カセット載置機構７は、静止基台２のＸ軸方向において上記搬出手段６を間に挟むようにして配設されている。カセット載置機構７には、加工前の被加工物が収容される加工前カセット７２ａと、加工後の被加工物が収容される加工済みカセット７２ｂと、該加工前カセット７２ａ、加工済カセット７２ｂがＹ軸方向に並んで載置されるカセットテーブル７１とが備えられる。図に示すように、加工前カセット７２ａは、仮置手段５に近い位置に配設され、加工済みカセット７２ｂは、チャックテーブル３４の受け取り位置（図１に示すチャックテーブルが位置付けられている位置）に近い側に配設されていることが好ましい。なお、チャックテーブル３４の「受け取り位置」とは、チャックテーブル３４をＸ軸テーブル３２上でＸ軸方向に移動させ、チャックテーブル３４の中心が、仮置テーブル５１の中心からＹ軸方向に引いた線上で一致する位置である。
図１に示すように、上記したハウジング４０の水平壁部４２の下面には、該仮置テーブル５１上の被加工物を吸着し、受け取り位置にあるチャックテーブル３４上に搬送する搬送手段８が設けられる。図２では水平壁部４２から搬送手段８を分離して上方に示しており、当該図に基づいてより具体的に説明すると、搬送手段８は、周知のベルト機構を内蔵するケーシング８１と、該ケーシング８１の側壁において長手方向に開口する開口孔８２と、ケーシング８１に内蔵された該ベルト機構に支持され開口孔８２から外部に延びる搬送アーム８３と、該搬送アーム８３の先端部において下方に向けて進退可能に装着されたロッド８４と、該ロッド８４の先端部にて支持される吸着パッド８５を備えている。該吸着パッド８５は、下面側に図示しない吸引孔が複数形成されており、ロッド８４、搬送アーム８３を介して図示しない吸引源に接続され、吸着パッド８５の下面側で被加工物を吸着し、または離反させることができるようになっている。
本発明に従い構成されたレーザー加工装置１は、概ね以上のような構成を備えており、図４〜１０に基づいてその作用について説明する。なお図４〜１０では、ハウジング４０は説明の都合上省略されている。
本実施形態のレーザー加工装置１によってレーザー加工を実施するに当たり、オペレータは、カセット載置機構７のカセットテーブル７１上に、加工前の被加工物（本実施形態においては、シリコンのウエーハＷであるとする。）が収容された加工前カセット７２ａと、加工された後のウエーハＷを収容するために空の状態で用意される加工済カセット７２ｂとを載置する。なお、本実施形態におけるレーザー加工装置１は、ウエーハＷに対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射し、ウエーハＷの内部に改質層を形成するレーザー加工を行うものであり、加工前カセット７２ａには、デバイスが形成された表面側に保護テープが貼着され該表面側が上方を向いた状態で所定の間隔で収容されている。
オペレータによって、レーザー加工装置１に対し、レーザー加工の開始が指示されると、先ず、搬出機構移動手段６２を作動して、搬出機構６１の搬出用移動基台６１１を加工前カセット７２ａの前に位置付ける。搬出機構６１を加工前カセット７２ａの前に位置付けたならば、図４（ａ）に示すように、加工前カセット７２ａに収容されている加工前のウエーハＷを搬出すべく加工前カセット７２ａ内にロボットハンド６１４を進入させる。このとき、ロボットハンド６１４の吸気孔が形成された面は上方に向けられている。加工前カセット７２ａ内には、加工前の複数のウエーハＷが、水平な状態で上下に所定の間隔を開けて収容されており、該ロボットハンド６１４の吸引孔が形成された面を上方に向けた状態で所定のウエーハＷの下面側に進入させ、加工前のウエーハＷの裏面側を下方から吸引する。
加工前カセット７２ａ内においてロボットハンド６１４の吸引孔が形成された面によって加工前のウエーハＷの裏面を吸引したならば、第１のアーム６１３ａ、第２のアーム６１３ｂを適宜回動させることにより、加工前カセット７２ａから加工前のウエーハＷを取り出すと共に、図４（ｂ）に示すように、ロボットハンド６１４に吸引されたウエーハＷを仮置テーブル５１に向けて移動させる。この間に、ロボットハンド６１４の吸引孔が形成された面が下方側に、すなわちウエーハＷを保持した面側が下方に向くように回転される。そして、仮置テーブル５１上に移動させたならば、円筒部材６１２を下降させることにより仮置テーブル５１上にウエーハＷを当接させて、吸引源の作動を停止し吸引状態を解除する。なお、図４（ａ）に示すように、仮置テーブル５１側の中央にも吸引源に接続された吸引孔５１ａが設けされており、ロボットハンド６１４側の吸着状態の解除と同時に仮置テーブル５１側の吸引孔５１ａからの吸引を行えば、スムースに仮置テーブル５１に対してウエーハＷを吸引させることができる。このようにして仮置テーブル５１には加工前のウエーハＷが裏面側を上にして保持される。
加工前のウエーハＷを仮置テーブル５１上に吸引保持したならば、外周検出部５２を作動してウエーハＷの外周部、及びウエーハＷの結晶方位を示すノッチＮの位置を検出する外周検出工程を実施する。外周検出工程についてより具体的に説明する。図５（ａ）に示すように、外周検出部５２は、ウエーハＷを仮置テーブル５１に載置する際にウエーハＷに接触しないように、仮置テーブル５１から離れた退避位置に移動させられている。ウエーハＷが仮置きテーブル５１に載置された後、図５（ｂ）に示すように、図示しない駆動手段を作動させて、外周検出部５２を仮置テーブル５１側に移動させ、仮置テーブル５１の外周部を開口部５２ａに進入させる。このとき、図示しない制御手段には、加工対象となるウエーハＷの寸法（直径）が予め登録されており、図５（ｃ）に示すように、概ねウエーハＷの外周位置が開口部５２ａの中心になるように位置付けられる。図に示されているように、開口部５２ａの上方には図中左右方向に所定の長さを有する発光素子５２１が配設され、下方には、該発光素子５２１と対向する位置に受光素子５２２、例えばラインセンサが配設されている。該外周検出部５２の作用についてさらに説明する。
搬送手段８を用いて、仮置テーブル５１上にあるウエーハＷを、上述した受け取り位置にあるチャックテーブル３４上に搬送する場合、該ウエーハＷの中心位置が、チャックテーブル３４の中心を通るＹ軸線上で一致している必要がある。しかし、上述した搬出手段６によって加工前のウエーハＷが仮置テーブル５１上に載置される際に、ウエーハＷの中心位置を正確に仮置テーブル５１の中心位置と一致するように載置することは困難であり、仮置テーブル５１上のウエーハＷの中心位置がずれたまま、搬送手段８によって仮置テーブル５１からチャックテーブル３４に搬送した場合、チャックテーブル３４の中心とウエーハＷの中心がずれることになる。そこで、本実施形態では、この外周検出部５２を用いてウエーハＷの外周、及びウエーハＷの結晶方位を示すノッチＮの位置を検出し、仮置テーブル５１上に吸引保持されているウエーハＷの中心位置と、ノッチＮが位置する方向を把握する。以下にその検出方法について説明する。
図５（ｃ）に示した状態で、発光素子５２１、受光素子５２２を作動させると共に、仮置テーブル５１を図示しない駆動手段を用いて図５（ｂ）に示す方向に回転させる。上述したように、仮置テーブル５１は、透明のプレートにより構成され、回転位置が検出されていることから、発光素子５２１により照射された光がウエーハＷにより遮光される領域と、ウエーハＷが存在せず遮光されずに受光素子５２２に到達する領域が区別され、仮置テーブル５１の回転角度と対応させながら仮置テーブル５１上におけるウエーハＷの外縁形状が検出される。また、このようにウエーハの外縁形状が把握されることにより、ウエーハＷの結晶方位を示すノッチＮも検出することができる。
図６（ａ）、（ｂ）を参照しながら、仮置テーブル５１に対する位置ずれ量とその角度を算出する方法について説明する。図６（ａ）に示すように、上述した外周検出部５２により、ウエーハＷの回転角度に対応して外縁形状が検出されると、予め記憶されている仮置テーブル５１の外縁に対し最も近い距離の最小値ｄｍｉｎと、最も離れた距離の最大値ｄｍａｘとがその回転角度位置と共に把握される。また、該最小値ｄｍｉｎと該最大値ｄｍａｘとが得られる位置を結ぶ直線Ｌ１（一点鎖線で示す）が特定されると、該Ｌ１は必ずウエーハＷの中心Ｏ１と、予めその位置が特定されている仮置テーブル５１の中心Ｏ２を通ることから、以下の式（１）により、仮置テーブル５１の中心Ｏ２に対し、ウエーハＷの中心Ｏ１がｄｍｉｎ側にどの程度ずれているのかが把握される。

［ｄｍａｘ−ｄｍｉｎ]／２＝ずれ量 ・・・・・・・（１）
例えば、本実施形態における最大値ｄｍａｘが８ｍｍ、最小値ｄｍｉｎが２ｍｍであるとすると、上記式（１）に基づいてそのずれ量を計算すれば、ウエーハＷの中心Ｏ１は仮置テーブル５１の中心Ｏ２から最小値ｄｍｉｎ側に３ｍｍずれていることが把握される。また、外周検出部５２により直線Ｌ１が検出されると、該直線Ｌ１のＹ軸方向（点線Ｐで示す）に対する傾斜角度θ１が把握されると共に、ノッチＮの位置も把握されていることから、ウエーハＷの中心とノッチＮを結ぶ直線Ｌ２（二点鎖線で示す）と該直線Ｌ１とがなす角度θ２も把握される。上記ウエーハＷの位置、ずれ量、角度は図示しない制御手段のメモリに記憶される。
上述したように、仮置テーブル５１上におけるウエーハＷの位置のずれ量（３ｍｍ）と、その方向（θ１）が把握されたならば、図６（ｂ）に示すように、仮置テーブル５１をθ１だけ回転させて、直線Ｌ１と、Ｙ軸方向を示す直線Ｐとを一致させる。その結果、ウエーハＷの中心Ｏ１と、仮置テーブル５１の中心Ｏ２とがＹ軸方向において並び、ウエーハＷの中心Ｏ１が、仮置テーブル５１の中心Ｏ２に対してＹ軸方向に３ｍｍずれた状態となる。それと同時に、ノッチＮのＹ軸方向(直線Ｐ）に対する傾斜角度がθ２となることが把握される。
仮置テーブル５１をθ１だけ回転させたら、次に搬送手段８を用いて、ウエーハＷをチャックテーブル３４に搬送する搬送工程を実施する。図７（ａ）に示すように、搬送手段８の搬送アーム８３を図示しない駆動手段により作動し吸着パッド８５を仮置テーブル５１上に位置付け、ロッド８４を伸長させて降下させ、吸着パッド８５をウエーハＷに当接させて、図示しない吸引源を作動させることによって吸着パッド８５によりウエーハＷを吸着する。このとき、吸着パッド８５は、常にその中心が仮置テーブル５１の中心Ｏ２と一致するように設定されているので、ウエーハＷの中心Ｏ１は、吸着パッド８５の中心に対してＹ軸方向に３ｍｍずれた状態で吸着パッド８５に吸着される。
吸着パッド８５にウエーハＷが吸着されたならば、ロッド８４を短縮させて吸着パッド８５を上昇させ、図７（ｂ）に示すように、そのまま搬送アーム８３をＹ軸方向に移動させる。このとき、チャックテーブル３４は、その中心が仮置テーブル５１の中心Ｏ２とＹ軸方向で並ぶ位置、すなわち受け取り位置に位置付けられており、搬送アーム８３をＹ軸方向に規定量だけ移動させることにより吸着パッド８５の中心と、受け取り位置にあるチャックテーブル３４の中心とを一致させることが可能になっている。ここで、上述したように、吸着パッド８５に吸着されたウエーハＷは、Ｙ軸方向に３ｍｍずれて吸着されていることが把握され制御手段に記憶されているため、搬送アーム８３によるウエーハＷの搬送時に、その３ｍｍだけ移動量が補正される。すなわち、該規定量よりも３ｍｍ少ない距離が搬送アーム８３の移動距離となる。そして、図７（ｂ）に示すように、規定量に対し補正された距離だけ搬送アーム８３を移動させると、平面視でウエーハＷとチャックテーブル３４の中心が一致した位置に位置付けられて、ロッド８４を伸長して吸着パッド８５を降下させることにより、チャックテーブル３４上に中心が一致した状態でウエーハＷが載置される。ウエーハＷがチャックテーブル３４上に載置されたならば、吸着パッド８５側の吸引手段の作動を停止すると共に、チャックテーブル３４の保持面を形成する吸着チャック３５に作用する吸引手段を作動させてウエーハＷを吸引保持する。なお、ウエーハＷは、このときデバイスが形成された表面側が図示しない保護テープを介してチャックテーブル３４上に載置される。
図８（ａ）に示すように、上述した搬送手段８によれば、ウエーハＷの中心Ｏ１がチャックテーブル３４の中心Ｏ３に正確に位置付けられ、載置される。しかし、この状態では、ウエーハＷのノッチＮの位置が、予め規定された点線Ｐで示す方向に対して直線Ｌ２で示すように角度θ２だけずれている。このθ２は上述したように、仮置テーブル５２に載置された状態で外周検出部５２によって検出され、制御手段のメモリに記憶されている。よって、制御手段に記憶されたθ２の値を参照しながら、図８（ｂ）に示すように、チャックテーブル３４をθ２だけノッチＮを規定の位置に移動させる。これにより、ノッチＮの位置が修正され、ウエーハＷの結晶方位が、レーザー加工に適した所定の方向に位置付けられる。
上述した工程を経ることにより、チャックテーブル３４上にウエーハＷが正しく載置され、チャックテーブル３４を図１で示す撮像手段４３、レーザー光線照射手段４の集光器４ａの下方位置に移動させることによりレーザー加工工程を実行することができる。該レーザー加工工程を実施するに際しては、先ず撮像手段４３により、加工対象となるウエーハＷの加工領域を撮像して、集光器４ａと該加工領域との位置合わせを行う所謂アライメントを実行する。そして、該アライメントによって得られた位置情報に基づき、上述したＹ軸方向移動手段３６、Ｘ軸方向移動手段３７を作動させることにより集光器４ａとウエーハＷの加工領域を相対的に移動させながらパルスレーザー光線を照射してレーザー加工を実施する。なお、本実施形態の撮像手段４３は、例えば、シリコンからなるウエーハＷの裏面側からアライメントを可能にすべく、ウエーハＷの裏面側からシリコンを透過する赤外線を照射する光源と、該赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されている。
例えば、本実施形態におけるレーザー加工条件は、以下のような加工条件を選択することができる。
レーザー光線の波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ：１０ｋＨｚ
平均出力 ：１．０Ｗ
加工送り速度 ：２０００ｍｍ／秒
これにより、ウエーハＷを分割する分割予定ラインに沿ってウエーハＷの内部に改質層を形成する。ここで、本発明に基づいてＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）により形成された移動基台３３を用いた場合の作用効果について、従来のステンレスにより形成された移動基台の場合と比較して具体的に説明する。
先ず、本発明の移動基台３３と、従来の移動基台とを比較するに当たり、本実施形態におけるレーザー加工装置１を用いることとし、移動基台以外は、同様の構成とする。レーザー加工装置１においてレーザー加工を施す場合、Ｘ軸案内レール３２２、３２２上に載置される移動基台３３は、該受け取り位置から所定の距離で加速し、加工領域では等速運動が行われる。従来の移動基台の重量をｍとすると、本発明の移動基台はそのｍ／４となる。従来の移動基台において所定距離で等速に達するための加速度をａ１、本発明の移動基台が所定距離で等速に達するための加速度をａ２とする。同じレーザー加工装置であるから、本発明の移動基台３３を移動させる慣性力Ｆ１と従来の移動基台を移動させる慣性力Ｆ２とが同一であるとすると、
Ｆ１＝ａ１・ｍ＝Ｆ２＝ａ２・（ｍ／４）
であるから、
ａ１＝ａ２／４ ・・・・（１）
である。
両移動基台が等速に達する所定距離は同じであるから、従来の移動基台が等速に達する時間をｔ１、本発明の移動基台３３が等速に達する時間をｔ２とすると、
である。当該式により、
（ａ１／２）・ｔ１ ２＝（ａ２／２）・ｔ２ ２
が導かれ、式（１）をこの式に導入することにより、
ｔ２＝ｔ１／２ ・・・・（２）
となる。
そして、上記所定距離において達することができる速度を、従来の移動基台でＶ１、本発明の移動基台３３でＶ２であるとすると、
Ｖ１＝ａ１・ｔ１ ・・・・（３）
Ｖ２＝ａ２・ｔ２ ・・・・（４）
であり、式（１）〜（４）から
Ｖ２＝２ａ１・ｔ１ ・・・・（５）
が導かれる。従来の移動基台が達成できる速度Ｖ１が１０００ｍｍ／ｓｅｃとすると、
式（３）から、
ａ１・ｔ１＝１０００［ｍｍ／ｓｅｃ］

であるから、
Ｖ２＝２０００［ｍｍ／ｓｅｃ］
とすることができるのである。
なお、本実施形態におけるレーザー加工の工程については、周知の技術であり、本発明の要部を構成しないため、詳細については省略する。
本実施形態のレーザー加工装置１においては、上記のような構成を備えていることにより、搬送手段８を用いてチャックテーブル３４にウエーハＷを搬送した後、レーザー加工を実施している間に、図７（ｂ）に示すように、搬出手段６を作動して、加工前カセット７２ａから加工前の新たなウエーハＷを搬出し、仮置テーブル５１に載置し保持させることができる。すなわち、仮置テーブル５１からウエーハＷが搬送された後は、すぐに搬出手段６を作動させて、図４（ａ）、（ｂ）で示したような動作をさせ、新たなウエーハＷを仮置テーブル５１上に載置し、吸引保持させることができるのである。そして、先にチェックテーブル３４に搬送されたウエーハＷがレーザー加工されている間に、外周検出部５２を作動させて仮置テーブル５１上に保持された新たなウエーハＷの位置のずれ量、その方向、及びノッチＮの位置を検出し、適宜仮置テーブル５１を回転させることにより、そのずれ方向を修正しておくことができる。
先にチャックテーブル３４に搬送されレーザー加工が実施されたウエーハＷは、チャックテーブル３４と共にチャックテーブル３４の受け取り位置に移動させられる。図９に示すように、該受け取り位置にチャックテーブル３４が移動させられたならば、搬出手段６の搬出機構６１が、搬出機構移動手段６２の作動により搬出用案内レール６２１、６２１上を移動させられて該受け取り位置近傍に位置付けられる。搬出機構６１が該受け取り位置近傍に移動させられたならば、図に示されているように円筒部材６１２、第１のアーム６１３ａ、第２のアーム６１３ｂ、ロボットハンド６１４を作動させて、チャックテーブル３４上の加工済みウエーハＷをロボットハンド６１４の下面側で吸着する。
該ロボットハンド６１４を作動させて加工済みのウエーハＷを吸着したならば、さらに、第１のアーム６１３ａ、第２のアーム６１３ｂ、円筒部材６１２を作動させて、図１０に示すように、加工済カセット７２ｂの所定の位置に該加工済みウエーハＷを収容する。なお、加工済ウエーハＷは、チャックテーブル３４において吸着された後、ロボットハンド６１４が回転し、デバイスが形成された表面側が上方にされており、裏面側を下方にしてカセット７２ｂに収容される。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、加工前カセット７２ａにおいて加工前ウエーハＷの裏面側を上方にして収容しておき、ロボットハンド６１４により上方からウエーハＷの裏面側を吸着して搬出すると共に、チャックテーブル３４上の加工済ウエーハＷをロボットハンド６１４で吸着した後、ロボットハンド６１４を回転させずに、裏面側を上方に向けたまま加工済カセット７２ｂに収容するようにしても良い。
搬出機構６１によりチャックテーブル３４からウエーハＷを搬出した後は、搬送手段８を作動させて、仮置テーブル５１上に保持されている次の加工対象となるウエーハＷをチャックテーブル３４に搬送し、図７に基づき説明したように、ノッチＮの方向を修正し、レーザー加工工程を実施することができる。すなわち、本発明に基づき構成された上記レーザー加工装置においては、加工後のウエーハＷが加工前のウエーハＷが搬送される経路を通らずに、直接加工済カセット７２ｂに収容されるようになっている。よって、加工前にウエーハＷの経路と重複することがなく、効率よくウエーハＷを加工することが可能となるのである。
本発明は、上述した実施形態に限定されず、種々の変形例を想定することができる。例えば、本実施形態では、仮置手段５の仮置テーブル５１を透明のプレートによって形成し、外周検出部５２に配設した発光素子５２１、受光素子５２２によってウエーハＷの外周位置を検出したが、これに限定されるものではない。仮置テーブル５１が透明なプレートでない場合は、外周検出部５２の開口部５２ａの上方に下方に向けてレーザー光線を照射して、反射したレーザー光線を受信することにより仮置テーブル上の凹凸を検出し外周位置を検出したり、他にも周知の超音波、赤外線により仮置テーブル上の凹凸を検出することで外周位置を検出したり、さらには、画像認識処理等の手段により外径形状を認識するようにしてもよい。
本実施形態では、加工済カセット７２ａと、加工前カセット７２ｂとを用意したが、本発明はこれに限定されず、カセットを１つのみ用意し、加工済みのウエーハＷを加工前に収容していたカセットの所定の位置に戻すようにしてもよい。
本実施形態では、ウエーハＷに対し透過性を有する波長のレーザー光線を照射して、内部に改質層を形成するレーザー加工を実施する場合について説明したが、これに限定されず、ウエーハＷに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射して、所謂アブレーション加工を施すレーザー加工装置に適用することもできる。本発明は、そのレーザー加工の種別に係わりなく適用することができる。
本実施形態では、Ｙ軸方向移動手段３６、Ｘ軸方向移動手段３７、搬出機構移動手段６２について、所謂リニアシャフトモータによって駆動する例を説明したが、本発明はこれに限定されず、所謂ボールねじをモータによって回転し、モータの回転運動を直線運動に変換する機構を用いて上述した移動手段の駆動源とすることもできる。
本実施形態では、外周検出部５２に開口部５２ａを設け、外周検出部５２を仮置テーブル５１方向に移動可能に構成し、仮置テーブル５１に載置されたウエーハＷの外周を挟むように構成したが、レーザー加工装置１において加工されるウエーハＷには種々のサイズが想定され、ウエーハＷの外周位置が一定しないことから、該開口部５２ａによって上下に挟む位置を、加工対象となるウエーハＷの寸法に合わせて適宜移動させるようにしてもよい。また、必要に応じて、該外周検出部５２を交換してウエーハＷの寸法違いに対応することも可能である。
１：レーザー加工装置
２：静止基台
３：保持テーブル機構
３１、３１：Ｙ軸案内レール
３２：Ｘ軸テーブル
３２２：Ｘ軸案内レール
３３：移動基台
３４：チャックテーブル
３５：吸着チャック
３６：Ｙ軸方向移動手段
３６１：Ｙ軸リニアレール
３６２：Ｙ軸コイル可動子
３７：Ｘ軸方向移動手段
３７１：Ｘ軸リニアレール
４：レーザー光線照射手段
４３：撮像手段
５：仮置手段
５１：仮置テーブル
５１ａ：吸引孔
５２：外周検出部
５２ａ：開口部
６：搬出手段
６０：搬出機構載置台
６１：搬出機構
６１１：搬出用移動基台
６１２：円筒部材
６１３ａ：第１のアーム
６１３ｂ：第２のアーム
６１４：ロボットハンド
６２：搬出機構移動手段
６２１：搬出用案内レール
６２２：リニアレール
６２３：コイル可動子
７：カセット載置機構
７１：カセットテーブル
７２ａ：加工前カセット
７２ｂ：加工済カセット
８：搬送手段
８１：ケーシング
８２：開口孔
８３：搬送アーム
８４：ロッド
８５：吸着パッド

Claims (1)

  1. 板状の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、
    複数の被加工物を収容するカセットを載置するカセットテーブルと、
    該カセットテーブルに載置されたカセットから被加工物を搬出する搬出手段と、
    該搬出手段によって搬出された該被加工物を仮置きする仮置手段と、
    該仮置手段からチャックテーブルまで被加工物を搬送する搬送手段と、
    該チャックテーブルに保持された被加工物の加工すべき領域を検出する撮像手段と、
    該チャックテーブルをＸ軸方向に加工送りするＸ軸方向移動手段と、
    該チャックテーブルをＸ軸方向と直交するＹ軸方向に割り出し送りするＹ軸方向移動手段と、
    該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザー光線を照射する集光器を備えたレーザー光線照射手段と、を少なくとも含み、
    該Ｘ軸方向移動手段は、該チャックテーブルを支持する移動基台と、該移動基台をＸ軸方向にガイドするＸ軸案内レールを備えたＸ軸テーブルと、該移動基台を移動する駆動源と、から構成され、
    該Ｙ軸方向移動手段は、該Ｘ軸テーブルをＹ軸方向にガイドするＹ軸案内レールと、該Ｘ軸テーブルを移動する駆動源と、から構成され、
    該移動基台は、炭素繊維強化プラスチックで構成されているレーザー加工装置。
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