JP5501099B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段を備えたレーザ加工装置に関し、特に、水柱生成手段から噴射されて形成された水柱に導光されたレーザビームによってレーザ加工を施すレーザ加工装置に関する。

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分割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ビームを照射することにより被加工物にレーザ加工溝を形成し、このレーザ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）。

レーザ加工装置を用いて半導体ウエーハのストリートに沿ってパルスレーザビームを照射することによりウエーハにレーザ加工溝を形成すると、ウエーハへのレーザビームの照射によりデブリが発生し、このデブリがデバイスの表面に付着してデバイスの品質を低下させるという問題がある。

従って、半導体ウエーハのストリートに沿ってレーザ加工溝を形成する際には、予め半導体ウエーハの表面に水溶性の保護被膜を被覆し、この保護被膜を通してレーザビームを照射するようにしているが、半導体ウエーハの表面に保護被膜を被覆する工程を追加しなければならず、生産性が悪い。また、半導体ウエーハにレーザ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もある。

そこで、レーザビームを照射することにより発生するデブリの影響を解消するとともに、被加工物の加熱を防ぐレーザ加工方法として、被加工物に高圧の水を噴射して水柱を形成するとともに、この水柱内を透過（導光）させたレーザビームを被加工物に照射して、所望の加工を施すレーザ加工装置が提案されている（例えば、特公平２−１６２１号公報、特許第３８７１２４０号公報、特開２００６−２５５７６９号公報参照）。

これらのレーザ加工装置では、レーザ加工時に発生する熱が水で冷却されるため、熱による被加工物の品質低下を防止でき、更にデブリの飛散を抑制できるとともに、レーザビームの焦点が糸状の水の柱に案内されるので、被加工物の表面にうねりがあっても均一な加工品質で被加工物の一種である半導体ウエーハを個々のデバイスに分割することができる。

特開平１０−３０５４２１号公報 特公平２−１６２１号公報 特許第３８７１２４０号公報 特開２００６−２５５７６９号公報

ところが、噴射口（水柱生成口）から噴射されて形成された水柱を利用した従来のレーザ加工装置では、レーザビームが水に照射されると微細な泡及び熱が発生してレーザビームを屈折させ、レーザビームが糸状の水柱に適正に導かれないという問題がある。

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、レーザビームの照射によって水の泡及び熱が生じても、レーザビームの光路に影響しないレーザ加工装置を提供することである。

本発明によると、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段で保持された被加工物にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段とを備えたレーザ加工装置であって、該レーザビーム照射手段は、レーザビーム発生手段と、加工ヘッドとを含み、該加工ヘッドは、該レーザビーム発生手段から発生されたレーザビームを集光する集光レンズと、該集光レンズによって集光されたレーザビームを被加工物に導く糸状の水の柱を生成する水柱生成手段とを含み、該水柱生成手段は、水源と、該水源に接続され水を送出するポンプと、該ポンプによって送り出された水を受け入れる流入口と、流入した水を貯水する天上部と底部と側部とから画成された貯水室と、該貯水室の該底部に形成され糸状の水の柱を生成して被加工物に噴射する水柱生成口と、該貯水室から水を流出し該水柱生成口を横切る水の流れを生成する流出口と、該貯水室の該天上部に形成され該集光レンズによって集光されたレーザビームを受け入れる透過窓と、を含むことを特徴とするレーザ加工装置が提供される。

好ましくは、流出口は絞り弁に接続され、絞り弁の単位時間当たりの流量と水柱生成口の単位時間当たりの流量とは実質的に同一に設定されている。

本発明は、糸状の水の柱を生成する水柱生成口を横切る水の流れを生成するように貯水室に流入口及び流出口を形成したので、レーザビームの照射によって貯水室内に微細な泡及び熱が発生しても、これらが流出口から排出されてレーザビームを屈折させることがなく、レーザビームを水の柱に適正に導くことができる。

レーザ加工装置の概略斜視図である。 レーザ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加工ヘッド部分の縦断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

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加工装置の外観斜視図が示されている。レーザ加工装置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手段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手段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は加工送り手段１２及び割り出し送り手段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。

チャックテーブル２８には、チャックテーブル２８に吸引保持された半導体ウエーハをクランプするクランプ３０が設けられている。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手段１２及び割り出し送り手段２２を水から保護する。

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にレーザビーム照射機構（レーザビーム照射手段）３６が取り付けられている。レーザビーム照射機構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手段５２が取り付けられている。

レーザビーム発生ユニット３８は、図２に示すように、ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザを発振するレーザ発振器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、レーザ発振器４４はブリュースター窓を有しており、レーザ発振器４４から出射されるレーザビームは直線偏光のレーザビームである。

レーザ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ビームは、図３に示すように、加工ヘッド４２のハウジング５４に形成されたビーム導入口５７から加工ヘッド４２内に導入される。

ハウジング５４内には、レーザビームを反射するミラー５６と、レーザビームを集光する集光レンズ５８が配設されている。ハウジング５４と一体的に水柱生成手段６０の貯水室（貯水チャンバー）７６を画成する貯水室ハウジング６２が形成されている。

水柱生成手段６０は、図１に示した水源８０と、水源８０に接続されて所定圧力に加圧された水を送出するポンプ８２と、貯水室７６を画成する貯水室ハウジング６２とから構成される。

貯水室ハウジング６２は、天上部（天上壁）６４と、底部（底壁）６６と、図４に示す側壁６８を有しており、貯水室７６を画成する。底部６６には糸状の水の柱７１を生成する水柱生成口（噴出口）７０が形成されており、天上部６４には集光レンズ５８によって集光されるレーザビームを受け入れる透過窓７２が形成されている。

貯水室ハウジング６２は更に、ポンプ８２により約３５ＭＰａに加圧されて送り出された水を受け入れる天上部６４の近傍に形成された流入口７４と、貯水室７６から水を流出し水柱生成口７０を横切る水の流れを生成する底部６６の近傍に形成された流出口７８を有している。流出口７８は、絞り弁８４を介してドレーン８６に連通されている。

貯水室７６は図４に示すように円筒形状をしており、その直径Ｄ１は１０〜２０ｍｍであり、高さＨ１は５〜１０ｍｍである。流入口７４の直径Ｄ２は１〜２ｍｍに設定され、流出口７８の直径Ｄ３も１〜２ｍｍに設定されている。水柱生成口７０はφ２０〜１５０μｍの寸法を有しており、絞り弁８４の内径もφ２０〜１５０μｍの寸法に設定されている。

以下、このように構成されたレーザ加工装置の作用について説明する。レーザ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ウエーハＷに対して吸収性を有する波長のレーザビーム５５は、加工ヘッド４２のビーム導入口５７から加工ヘッド４２内に導入され、ミラー５６で反射されて集光レンズ５８で貯水室ハウジング６２の底部６６に形成された水柱生成口７０の上端７０ａから下端７０ｂの間に集光される。

一方、ポンプ８２から供給された純水等の高圧水が、水柱生成手段６０の貯水室ハウジング６２に形成された流入口７４から貯水室７６内に導入され、貯水室７６の底部６６に形成された水柱生成口７０から噴射されて糸状の水柱７１を形成する。これと同時に、貯水室７６内の高圧の水は流出口７８から流出されて、絞り弁８４を介してドレーン８６に排出される。

絞り弁８４を通過する単位時間当たりの水量は、水柱生成口７０を通過する単位時間当たりの水量と実質的に同一に設定されている。本実施形態の貯水室ハウジング６２は、流入口７４が天上部６４近傍に形成され、流出口７８が底部６６の近傍に形成されているので、貯水室７６内に水柱生成口７０を斜めに横切る水の流れが生成される。

その結果、レーザビームの照射によって貯水室７６内に微細な泡及び熱が発生しても、これらの微細な泡及び熱が流出口７８から排出されるため、レーザビーム５５を屈折させることなくレーザビームを糸状の水柱７１に適正に導くことができる。

水柱７１は、ウエーハＷの加工点Ｓに衝突して飛散する。集光レンズ５８で集光されたレーザビーム５５は水柱７１に導光（案内）されて、そのビーム径が広がらずに加工点Ｓに照射されてウエーハＷのストリートに沿ってレーザ加工溝を形成する。

以上説明した本実施形態によると、水柱生成手段６０の貯水室ハウジング６２に、貯水室７６内に水柱生成口７０を斜めに横切る水の流れを生成するように流入口７４及び流出口７８を形成したので、レーザビーム５５の照射によって貯水室７６内に微細な泡及び熱が発生しても、これらが流出口７８から積極的に排出される。よって、貯水室７６内に発生された微細な泡及び熱がレーザビーム５５を屈折させることなく、レーザビーム５５を水柱７１に適正に導くことができる。

２ レーザ加工装置
２８ チャックテーブル
３６ レーザビーム照射機構
３８ レーザビーム発生ユニット
４２ 加工ヘッド
５８ 集光レンズ
６０ 水柱生成手段
６２ 貯水室ハウジング
７０ 水柱生成口
７１ 水柱
７２ 透過窓
７４ 流入口
７６ 貯水室
７８ 流出口
８０ 水源
８２ ポンプ
８４ 絞り弁

Claims (2)

1. 被加工物を保持する保持手段と、該保持手段で保持された被加工物にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段とを備えたレーザ加工装置であって、
   該レーザビーム照射手段は、レーザビーム発生手段と、加工ヘッドとを含み、
   該加工ヘッドは、該レーザビーム発生手段から発生されたレーザビームを集光する集光レンズと、該集光レンズによって集光されたレーザビームを被加工物に導く糸状の水の柱を生成する水柱生成手段とを含み、
   該水柱生成手段は、水源と、該水源に接続され水を送出するポンプと、該ポンプによって送り出された水を受け入れる流入口と、流入した水を貯水する天上部と底部と側部とから画成された貯水室と、該貯水室の該底部に形成され糸状の水の柱を生成して被加工物に噴射する水柱生成口と、該貯水室から水を流出し該水柱生成口を横切る水の流れを生成する流出口と、該貯水室の該天上部に形成され該集光レンズによって集光されたレーザビームを受け入れる透過窓と、
   を含むことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 該流出口は絞り弁に接続され、該絞り弁の単位時間当たりの流量と該水柱生成口の単位時間当たりの流量とは実質的に同一であることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。

Images