JP2022183748A - レーザー加工装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】走査光学系による騒音を抑制することができるレーザー加工装置を提供すること。【解決手段】レーザー加工装置は、レーザービーム照射ユニット２０が、レーザービーム２１を出射するレーザー発振器２２と、レーザー発振器２２から出射されたレーザービーム２１を集光して保持テーブル１０に保持された被加工物１００に照射する集光器２６と、レーザー発振器２２と集光器２６との間の光路上に配設され、レーザービーム２１を走査して集光器２６へと導くスキャンミラー３１を含むスキャンユニット３０と、を備える。スキャンミラー３１は、チャンバー３３の内部に配設される。チャンバー３３は、レーザー発振器２２から出射されたレーザービーム２１を透過しスキャンミラー３１へと導く第一の窓部３４と、スキャンミラー３１により走査されたレーザービーム２１を集光器２６へと透過する第二の窓部３５と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、レーザー加工装置に関する。
表面にＬｏｗ－ｋ膜等の機能層が積層された半導体ウェーハを分割してチップ化する方法として、レーザービームを照射して積層された機能層を除去した後、切削ブレードによる切削加工によって分割する加工方法が提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、この方法は、レーザービームの照射により生じたデブリ等の溶融物が十分に排出されずに加工溝内に埋め戻ることを防止するため、レーザービームを幾度も照射して十分な幅の加工溝を形成する必要があり、生産性が悪いという問題があった。
この問題を解決するために、レーザー発振器と集光器との間にレーザービームを走査する走査光学系を配置し、レーザービームを走査しながら照射することで、溶融物の埋め戻りを防止しつつ効率的な加工を施すことが可能なレーザー加工装置が開発されている（特許文献２参照）。
特開２００５－０６４２３１号公報 特開２０１６－０６８１４９号公報
ところが、上述の走査光学系を高速稼動すると大きな音が発生するため、オペレータが装置周辺で作業を続けるのが困難であるという課題があった。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、走査光学系による騒音を抑制することができるレーザー加工装置を提供することである。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーザー加工装置は、被加工物を保持する保持テーブルと、該保持テーブルに保持された被加工物に対してパルス状のレーザービームを集光照射して加工を施すレーザービーム照射ユニットと、該保持テーブルと該レーザービームの集光点とを相対的に移動させる移動ユニットと、を備えたレーザー加工装置であって、該レーザービーム照射ユニットは、レーザービームを出射するレーザー発振器と、該レーザー発振器から出射されたレーザービームを集光して該保持テーブルに保持された被加工物に照射する集光器と、該レーザー発振器と該集光器との間の光路上に配設され、該レーザービームを走査して該集光器へと導くスキャンミラーを含むスキャンユニットと、を備え、該スキャンミラーは、チャンバーの内部に配設され、該チャンバーは、該レーザー発振器から出射されたレーザービームを透過し該スキャンミラーへと導く第一の窓部と、該スキャンミラーにより走査されたレーザービームを該集光器へと透過する第二の窓部と、を有することを特徴とする。
また、本発明のレーザー加工装置において、該チャンバーは、該チャンバーの内部を減圧可能な吸引源に連通してもよい。
また、本発明のレーザー加工装置は、該チャンバーの内部を冷却可能な冷却ユニットを更に備えてもよい。
本願発明は、走査光学系による騒音を抑制することができる。
図１は、実施形態に係るレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。 図２は、図１に示すレーザー加工装置のレーザービーム照射ユニットの概略構成を説明する説明図である。 図３は、変形例に係るレーザービーム照射ユニットのスキャンユニットの周辺を拡大して示す説明図である。
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。更に、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換または変更を行うことができる。
〔実施形態〕
まず、本発明の実施形態に係るレーザー加工装置１の構成について図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係るレーザー加工装置１の構成例を示す斜視図である。以下の説明において、Ｘ軸方向は、水平面における一方向である。Ｙ軸方向は、水平面において、Ｘ軸方向に直交する方向である。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交する方向である。実施形態のレーザー加工装置１は、加工送り方向がＸ軸方向であり、割り出し送り方向がＹ軸方向である。
図１に示すように、レーザー加工装置１は、保持テーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０と、移動ユニット４０と、表示ユニット５０と、制御ユニット６０と、を備える。実施形態に係るレーザー加工装置１は、保持テーブル１０に保持された被加工物１００に対して、レーザービーム照射ユニット２０によってパルス状のレーザービーム２１を照射することにより、被加工物１００を加工する装置である。レーザー加工装置１による被加工物１００の加工は、例えば、被加工物１００の表面に溝を形成する溝加工、または分割予定ラインに沿って被加工物１００を切断する切断加工等である。
被加工物１００は、実施形態において、シリコン（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、またはリチウムタンタレート（ＬｉＴａ３）等を基板１０１とする円板状の半導体デバイスウェーハ、光デバイスウェーハ等のウェーハである。なお、被加工物１００は実施形態に限定されず、本発明では円板状でなくともよい。
被加工物１００は、基板１０１の表面１０２に格子状に設定された分割予定ライン１０３と、分割予定ライン１０３によって区画された領域に形成されたデバイス１０４と、を有している。デバイス１０４は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）、またはＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサである。被加工物１００は、例えば、環状のフレーム１１０が貼着されかつ被加工物１００の外径よりも大径な貼着テープ１１１が被加工物１００の裏面１０５に貼着されて、フレーム１１０の開口内に支持される。
保持テーブル１０は、被加工物１００を保持面１１で保持する。保持面１１は、ポーラスセラミック等から形成された円板形状である。保持面１１は、実施形態において、水平方向と平行な平面である。保持面１１は、例えば、真空吸引経路を介して真空吸引源と接続している。保持テーブル１０は、保持面１１上に載置された被加工物１００を吸引保持する。保持テーブル１０の周囲には、被加工物１００を支持するフレーム１１０を挟持するクランプ部１２が複数配置されている。
保持テーブル１０は、回転ユニット１３によりＺ軸方向と平行な軸心回りに回転される。回転ユニット１３は、Ｘ軸方向移動プレート１４に支持される。回転ユニット１３および保持テーブル１０は、Ｘ軸方向移動プレート１４を介して、移動ユニット４０のＸ軸方向移動ユニット４１によりＸ軸方向に移動される。回転ユニット１３および保持テーブル１０は、Ｘ軸方向移動プレート１４、Ｘ軸方向移動ユニット４１およびＹ軸方向移動プレート１５を介して、移動ユニット４０のＹ軸方向移動ユニット４２によりＹ軸方向に移動される。
レーザービーム照射ユニット２０は、保持テーブル１０に保持された被加工物１００に対して、被加工物１００を加工するための所定の波長を有するパルス状のレーザービーム２１を照射するユニットである。実施形態において、レーザービーム照射ユニット２０の一部は、装置本体２から立設した立設部３に基端部が取り付けられた支持柱４の先端に支持されている。レーザービーム照射ユニット２０の詳細な構成については、後述にて説明する。
移動ユニット４０は、保持テーブル１０とレーザービーム照射ユニット２０から照射されるレーザービーム２１の集光点（例えば、図３の集光点２１１）とを相対的に移動させるユニットである。移動ユニット４０は、Ｘ軸方向移動ユニット４１と、Ｙ軸方向移動ユニット４２と、を含む。
Ｘ軸方向移動ユニット４１は、保持テーブル１０とレーザービーム照射ユニット２０から照射されるレーザービーム２１の集光点（例えば、図３の集光点２１１）とを加工送り方向であるＸ軸方向に相対的に移動させるユニットである。Ｘ軸方向移動ユニット４１は、実施形態において、保持テーブル１０をＸ軸方向に移動させる。Ｘ軸方向移動ユニット４１は、実施形態において、レーザー加工装置１の装置本体２上に設置されている。Ｘ軸方向移動ユニット４１は、Ｘ軸方向移動プレート１４をＸ軸方向に移動自在に支持する。
Ｙ軸方向移動ユニット４２は、保持テーブル１０と、レーザービーム照射ユニット２０から照射されるレーザービーム２１の集光点（例えば、図３の集光点２１１）とを割り出し送り方向であるＹ軸方向に相対的に移動させるユニットである。Ｙ軸方向移動ユニット４２は、実施形態において、保持テーブル１０をＹ軸方向に移動させる。Ｙ軸方向移動ユニット４２は、実施形態において、レーザー加工装置１の装置本体２上に設置されている。Ｙ軸方向移動ユニット４２は、Ｙ軸方向移動プレート１５をＹ軸方向に移動自在に支持する。
Ｘ軸方向移動ユニット４１およびＹ軸方向移動ユニット４２はそれぞれ、例えば、周知のボールねじと、周知のパルスモータと、周知のガイドレールと、を含む。ボールねじは、軸心回りに回転自在に設けられる。パルスモータは、ボールねじを軸心回りに回転させる。Ｘ軸方向移動ユニット４１のガイドレールは、Ｙ軸方向移動プレート１５に固定して設けられ、Ｘ軸方向移動プレート１４をＸ軸方向に移動自在に支持する。Ｙ軸方向移動ユニット４２のガイドレールは、装置本体２に固定して設けられ、Ｙ軸方向移動プレート１５をＹ軸方向に移動自在に支持する。
表示ユニット５０は、液晶表示装置等により構成される表示部である。表示ユニット５０は、例えば、加工条件の設定画面、図示しない撮像ユニットが撮像した被加工物１００の状態、加工動作の状態等を、表示面５１に表示させる。表示ユニット５０の表示面５１がタッチパネルを含む場合、表示ユニット５０は、入力部を含んでもよい。入力部は、オペレータが加工内容情報を登録する等の各種操作を受付可能である。入力部は、キーボード等の外部入力装置であってもよい。表示ユニット５０は、表示面５１に表示される情報や画像が入力部等からの操作により切り換えられる。表示ユニット５０は、報知装置を含んでもよい。報知装置は、音および光の少なくとも一方を発してレーザー加工装置１のオペレータに予め定められた報知情報を報知する。報知装置は、スピーカーまたは発光装置等の外部報知装置であってもよい。
制御ユニット６０は、レーザー加工装置１の上述した各構成要素をそれぞれ制御して、被加工物１００に対する加工動作をレーザー加工装置１に実行させる。制御ユニット６０は、演算手段としての演算処理装置と、記憶手段としての記憶装置と、通信手段としての入出力インターフェース装置と、を含むコンピュータである。演算処理装置は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のマイクロプロセッサを含む。記憶装置は、ＲＯＭ（Read Only Memory）またはＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを有する。演算処理装置は、記憶装置に格納された所定のプログラムに基づいて各種の演算を行う。演算処理装置は、演算結果に従って、入出力インターフェース装置を介して各種制御信号を上述した各構成要素に出力し、レーザー加工装置１の制御を行う。
次に、レーザービーム照射ユニット２０の構成について詳細に説明する。図２は、図１に示すレーザー加工装置１のレーザービーム照射ユニット２０の概略構成を説明する説明図である。図２に示すように、レーザービーム照射ユニット２０は、レーザー発振器２２と、音響光学素子（Acousto-Optic Deflector：ＡＯＤ）２３と、ミラー２４、２５と、集光器２６と、スキャンユニット３０と、チャンバー３３と、を有する。
レーザー発振器２２は、被加工物１００を加工するための所定の波長を有するレーザービーム２１を出射する。実施形態において、レーザービーム照射ユニット２０が照射するレーザービーム２１は、被加工物１００に対して吸収性を有する波長のレーザービームである。
音響光学素子２３は、所定の高周波が印加されることにより、レーザー発振器２２から出射されたレーザービーム２１の光軸を所定の方向（実施形態では、Ｙ軸方向）に偏向し、走査する。音響光学素子２３は、印加される高周波の周波数に対応して、レーザービーム２１の光軸を偏向する角度を調整する。これにより、レーザービーム２１は、Ｙ軸方向に走査される。
ミラー２４、２５は、実施形態において、音響光学素子２３とスキャンユニット３０との間の光路上に設けられる。ミラー２４、２５は、レーザー発振器２２から出射され、音響光学素子２３によって偏光されたレーザービーム２１を、スキャンユニット３０へ伝搬する。
集光器２６には、スキャンユニット３０によって走査されたレーザービーム２１が入射する。集光器２６は、レーザー発振器２２から出射されたレーザービーム２１を集光して保持テーブル１０に保持された被加工物１００に照射する。集光器２６は、実施形態において、ｆθレンズである。集光器２６は、複数枚のレンズを組み合わせた組みレンズである。
スキャンユニット３０は、レーザー発振器２２と集光器２６との間の光路上に配設され、レーザービーム２１を走査して集光器２６へと導くユニットである。スキャンユニット３０は、実施形態ではポリゴンスキャナを含むが、本発明ではレゾナントスキャナを含んでもよい。スキャンユニット３０は、スキャンミラー３１と、スキャンモータ３２と、を含む。
スキャンミラー３１は、割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に平行な軸心回りに回転可能または揺動可能に設けられる。スキャンミラー３１は、実施形態において、軸心回りに回転する多角柱体（実施形態では、八角柱体）の側面にそれぞれ設けられる。スキャンミラー３１の軸心は、図示せぬミラーホルダに保持されている。集光器２６の前側焦点は、スキャンユニット３０においてミラー２５側からレーザービーム２１が入射するスキャンミラー３１上に位置付けられる。スキャンモータ３２は、スキャンミラー３１を軸心回りに回転または揺動させるための回転駆動力を出力する。
実施形態において、スキャンユニット３０には、音響光学素子２３によって偏光されたレーザービーム２１が入射する。スキャンユニット３０は、レーザービーム２１を、スキャンミラー３１で集光器２６に向かってＸＺ平面と平行な方向に反射させるとともに、スキャンミラー３１をＹ軸方向に平行な軸心回りに回転させることによって、レーザービーム２１をＸ軸方向に走査させる。
チャンバー３３は、スキャンミラー３１を内部に配設する。チャンバー３３は、第一の窓部３４と、第二の窓部３５と、を有する。第一の窓部３４および第二の窓部３５は、チャンバー３３の内部と周囲の環境とを分離する壁部において、レーザービーム２１を透過するように配置される。第一の窓部３４は、レーザー発振器２２から出射されたレーザービーム２１を透過してスキャンミラー３１へと導く。第二の窓部３５は、スキャンミラー３１により走査されたレーザービーム２１を、集光器２６へと透過する。
〔変形例〕
次に、変形例に係るレーザービーム照射ユニット２０－１の構成について図面に基づいて説明する。なお、変形例のレーザービーム照射ユニット２０－１について、実施形態のレーザービーム照射ユニット２０と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。図３は、変形例に係るレーザービーム照射ユニット２０－１のスキャンユニット３０の周辺を拡大して示す説明図である。
変形例のレーザービーム照射ユニット２０－１は、実施形態のレーザービーム照射ユニット２０と比較して、チャンバー３３の代わりに、チャンバー３３－１を有する。チャンバー３３－１は、実施形態のチャンバー３３と同様に、スキャンミラー３１を内部に配設する。また、チャンバー３３－１は、スキャンユニット３０のスキャンモータ３２を内部に配設しない。
チャンバー３３は、第一の窓部３４と、第二の窓部３５－１と、を有する。第一の窓部３４および第二の窓部３５－１は、チャンバー３３の内部と周囲の環境とを分離する壁部において、レーザービーム２１を透過するように配置される。第一の窓部３４は、レーザー発振器２２から出射されたレーザービーム２１を透過してスキャンミラー３１へと導く。
変形例の第二の窓部３５－１は、スキャンミラー３１により走査されたレーザービーム２１を集光して保持テーブル１０に保持された被加工物１００に照射する集光器２６として設けられる。第二の窓部３５－１は、チャンバー３３－１に固定して設けられる。集光器２６は、チャンバー３３の内部と周囲の環境とを分離する壁部において、レーザービーム２１を透過する窓状に配置される。すなわち、変形例のチャンバー３３－１は、集光器２６のレンズホルダとしての機能を有する。これにより、集光器２６は、スキャンミラー３１に対する距離および位置が固定された状態でユニット化されている。
また、変形例のチャンバー３３－１は、吸引源３６に連通する。吸引源３６は、チャンバー３３－１の内部を減圧可能である。チャンバー３３－１は、例えば、大気圧の１／１０倍程度に減圧される。チャンバー３３－１は、内部を減圧することによって、スキャンミラー３１が回転する際の空気抵抗を小さくすることができるため、騒音の発生を抑制することができる。また、チャンバー３３－１は、内部を減圧することによって、内部で発生した音の音漏れを抑制することができる。
また、変形例のチャンバー３３－１は、冷却ユニット３７を更に備える。冷却ユニット３７は、チャンバー３３－１の内部を冷却可能である。冷却ユニット３７は、例えば、冷却部が、スキャンミラー３１の軸心方向において、スキャンミラー３１を挟み込むように配置される。冷却ユニット３７は、冷却源３８に接続し、例えば、冷却源３８から供給される冷却水によって、チャンバー３３－１の内部を水冷する。
以上説明したように、実施形態および変形例に係るレーザー加工装置は、高速稼働するスキャンミラー３１をチャンバー３３、３３－１の内部に配設することで、騒音を抑制することができる。
更に、変形例に係るレーザー加工装置は、チャンバー３３－１の内部を減圧することで、スキャンミラー３１の高速回転による騒音の発生を抑制するとともに、音漏れを抑制することができる。また、チャンバー３３－１の内部を冷却することで、スキャンミラー３１の高速稼動により生じた熱による熱負荷を低減することができるため、加工位置がシフトしてしまう等の加工不良の発生を抑制することができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。すなわち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
１ レーザー加工装置
１０ 保持テーブル
２０、２０－１ レーザービーム照射ユニット
２１ レーザービーム
２１１ 集光点
２２ レーザー発振器
２６ 集光器
３０ スキャンユニット
３１ スキャンミラー
３３、３３－１ チャンバー
３４ 第一の窓部
３５、３５－１ 第二の窓部
３６ 吸引源
３７ 冷却ユニット
４０ 移動ユニット
１００ 被加工物

Claims (3)

  1. 被加工物を保持する保持テーブルと、
    該保持テーブルに保持された被加工物に対してパルス状のレーザービームを集光照射して加工を施すレーザービーム照射ユニットと、
    該保持テーブルと該レーザービームの集光点とを相対的に移動させる移動ユニットと、
    を備えたレーザー加工装置であって、
    該レーザービーム照射ユニットは、
    レーザービームを出射するレーザー発振器と、
    該レーザー発振器から出射されたレーザービームを集光して該保持テーブルに保持された被加工物に照射する集光器と、
    該レーザー発振器と該集光器との間の光路上に配設され、該レーザービームを走査して該集光器へと導くスキャンミラーを含むスキャンユニットと、
    を備え、
    該スキャンミラーは、チャンバーの内部に配設され、
    該チャンバーは、
    該レーザー発振器から出射されたレーザービームを透過し該スキャンミラーへと導く第一の窓部と、
    該スキャンミラーにより走査されたレーザービームを該集光器へと透過する第二の窓部と、
    を有することを特徴とする、
    レーザー加工装置。
  2. 該チャンバーは、該チャンバーの内部を減圧可能な吸引源に連通することを特徴とする、
    請求項１に記載のレーザー加工装置。
  3. 該チャンバーの内部を冷却可能な冷却ユニットを更に備えることを特徴とする、
    請求項１または２に記載のレーザー加工装置。
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