JP5872799B2

JP5872799B2 - レーザー加工装置

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Publication number: JP5872799B2
Application number: JP2011135131A
Authority: JP
Inventors: 健太呂飯塚
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2011-06-17
Publication date: 2016-03-01
Anticipated expiration: 2031-06-17
Also published as: JP2013000777A

Description

本発明は、被加工物の所定の領域にレーザー光線を照射して所定のレーザー加工を施すレーザー加工装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列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切断することにより回路が形成された領域を分割して個々のデバイスを製造している。また、サファイヤ基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。

このような半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハをストリートに沿って切断する加工装置としてレーザー加工装置が用いられている。このレーザー加工装置は、被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物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光線照射手段と、被加工物保持手段を加工送り方向（X軸方向）に加工送りする加工送り手段と、被加工物保持手段とレーザー光線照射手段とをX軸方向と直交する割り出し送り方向（Y軸方向）に相対的に割り出し送りする割り出し送り手段と、を具備している。（例えば、特許文献１参照。）

特開２００６−２６３７６３号公報

而して、生産性を向上させるために特に加工送り手段による被加工物保持手段の加工送り速度を速めて往復移動を行うと、装置全体に振動が発生して高精度の加工ができないという問題がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、加工送り手段による加工送りによって発生する振動を吸収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。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物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光線照射手段と、該被加工物保持手段と該レーザー光線照射手段とを加工送り方向（Ｘ軸方向）に相対的に加工送りする加工送り手段と、該被加工物保持手段と該レーザー光線照射手段とをＸ軸方向と直交する割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に相対的に割り出し送りする割り出し送り手段と、を具備しているレーザー加工装置において、
該被加工物保持手段と該レーザー光線照射手段と該加工送り手段と該割り出し送り手段は第１の基台に配設され、該第１の基台は、Ｘ軸方向の移動を許容するＸ軸方向移動許容ガイド手段を介して第２の基台上に配設されており、該第２の基台は、Ｙ軸方向の移動を許容するＹ軸方向移動許容ガイド手段を介して第３の基台上に配設されている、ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

上記第２の基台に対する第１の基台のＸ軸方向の移動量を検出するＸ軸方向移動量検出手段を備えている。
また、上記第３の基台に対する第２の基台のＹ軸方向の移動量を検出するＹ軸方向移動量検出手段を備えている。

本発明によるレーザー加工装置においては、被加工物保持手段とレーザー光線照射手段と加工送り手段と割り出し送り手段は第１の基台に配設されており、第１の基台がX軸方向の移動を許容するX軸方向移動許容ガイド手段を介して第２の基台に配設されているので、レーザー加工工程において被加工物保持手段を速い速度で加工送りすると、装置全体に加工送り方向の振動が発生するが、第１の基台が第２の基台に対して加工送り方向に移動することにより加工送り方向の振動が吸収される。従って、被加工物保持手段とレーザー光線照射手段との関係が維持され、高精度の加工が可能となる。

本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図。図１に示すレーザー加工装置の要部斜視図。図１に示すレーザー加工装置によって実施するレーザー加工工程の説明図。

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に示されたレーザー加工装置は、略直方体状の装置ハウジング１を具備している。この装置ハウジング１内には、図２に示す第１の基台２と、該第１の基台２上に配設された被加工物保持機構３およびレーザー光線照射としてのレーザー光線照射ユニット４と、上記第１の基台２を矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動可能に支持する第２の基台５と、該第２の基台５をX軸方向と直交する矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動可能に支持する第３の基台６が配設されている。

上記被加工物保持機構３は、第１の基台２上にX軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上にX軸方向に移動可能に配設された第一の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上にY軸方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持されたカバーテーブル３５と、被加工物を保持する被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、被加工物保持面としての吸着チャック３６１上に被加工物である例えば円板状のウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル３６には、後述する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。

上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面にY軸方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態における被加工物保持機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動させるためのボール螺子機構からなる加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第一の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿ってX軸方向に移動せしめられる。

上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、Y軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動させるためのボール螺子機構からなる割り出し送り手段３８を具備している。割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動せしめられる。

上記レーザー光線照射ユニット４は、上記第１の基台２上に配設された支持部材４１と、該支持部材４１によって支持され実質上水平に延出するケーシング４２と、該ケーシング４２内に配設されたＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器等のレーザー光線発振手段（図示せず）と、ケーシング４２の前端部に配設されレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光して下方に向けて照射する集光器４３を具備している。

上記レーザー光線照射ユニット４を構成するケーシング４２の前端部には、レーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段４５が配設されている。撮像手段４５は、顕微鏡やＣＣＤカメラ等の光学手段からなっており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。

上述したように被加工物保持機構３およびレーザー光線照射ユニット４が配設された第１の基台２は、第２の基台５に加工送り方向（X軸方向）の移動を許容するX軸方向移動許容ガイド手段５０を介して配設される。X軸方向移動許容ガイド手段５０は、図示の実施形態においては第２の基台５の上面にX軸方向に沿って平行に配設された２本のガイドレール５１、５１とからなっている。一方、第１の基台２の下面には上記２本のガイドレール５１、５１と嵌合する２条の被ガイド溝２１、２１が設けられており、該２条の被ガイド溝２１、２１を２本のガイドレール５１、５１に嵌合することにより、第１の基台２は２本のガイドレール５１、５１に沿って移動可能に支持される。

上記第２の基台５には、第１の基台２のX軸方向への所定量以上の移動を規制する第１の規制手段５５が配設されている。該第１の規制手段５５は、第２の基台５におけるX軸方向の両端にそれぞれ設けられた規制部材５５１、５５１と、該規制部材５５１、５５１にそれぞれ装着されたゴム等からなる緩衝部材５５２、５５２とからなっている。

また、上述したように第１の基台２がX軸方向の移動を許容する移動許容ガイド手段５０を介して配設され第２の基台５は、第３の基台６に割り出し送り方向（Y軸方向）の移動を許容するY軸方向移動許容ガイド手段６０を介して配設される。Y軸方向移動許容ガイド手段６０は、図示の実施形態においては第３の基台６の上面にY軸方向に沿って平行に配設された２本のガイドレール６１、６１と嵌合する２条の被ガイド溝５２、５２が設けられており、該２条の被ガイド溝５２、５２を２本のガイドレール６１、６１に嵌合することにより、第２の基台５は２本のガイドレール６１、６１に沿って移動可能に支持される。

上記第３の基台６には、第２の基台５のY軸方向への所定量以上の移動を規制する第２の規制手段６５が配設されている。該第２の規制手段６５は、第３の基台６におけるY軸方向の両端にそれぞれ設けられた規制部材６５１、６５１と、該規制部材６５１、６５１にそれぞれ装着されたゴム等からなる緩衝部材６５２、６５２とからなっている。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記第２の基台５に対する第１の基台２のX軸方向の移動量を検出するX軸方向移動量検出手段７１を備えている。このX軸方向移動量検出手段７１は、第２の基台５の上面にX軸方向に沿って配設されたリニアスケール７１１と、第１の基台２に配設されリニアスケール７１１に沿って移動する読み取りヘッド７１２とからなっている。このように構成されたX軸方向移動量検出手段７１の読み取りヘッド７１２は、検出信号を図示しない制御手段に送る。

また、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記第３の基台６に対する第２の基台５のY軸方向の移動量を検出するY軸方向移動量検出手段７２を備えている。このY軸方向移動量検出手段７２は、第３の基台６の上面にX軸方向に沿って配設されたリニアスケール７２１と、第２の基台５に配設されリニアスケール５２１に沿って移動する読み取りヘッド７２２とからなっている。このように構成されたY軸方向移動量検出手段７２の読み取りヘッド７２２は、検出信号を図示しない制御手段に送る。

図１に戻って説明を続けると、図示のレーザー加工装置は、被加工物であるウエーハを収容するカセットが載置されるカセット載置部１１ａを備えている。カセット載置部１１ａには図示しない昇降手段によって上下に移動可能にカセットテーブル１１が配設されており、このカセットテーブル１１上には、被加工物としてのウエーハ１０を収容するカセット１２が載置される。カセット１２に収容されるウエーハ１０は、表面に格子状のストリートが形成されており、この格子状のストリートによって区画された複数の矩形領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成されている。このように形成されたウエーハ１０は、環状の支持フレームFに装着されたダイシングテープTの表面に裏面が貼着された状態でカセット１２に収容される。

また、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、カセットテーブル１１上に載置されたカセット１２に収容されているウエーハ１０（環状のフレームFにダイシングテープTを介して支持されている状態）を仮置きテーブル１３に搬出する搬出・搬入手段１４と、仮置きテーブル１３に搬出されたウエーハ１０を上記チャックテーブル３６上に搬送する第１の搬送手段１５と、チャックテーブル３６上でレーザー加工されたウエーハ１０を洗浄する洗浄手段１６と、チャックテーブル３６上でレーザー加工されたウエーハ１０を洗浄手段１６へ搬送する第２の搬送手段１７を具備している。なお、上記カセットテーブル１１、仮置きテーブル１３、搬出・搬入手段１４、第１の搬送手段１５、洗浄手段１６、第２の搬送手段１７は、上記第３の基台６に配設されている。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
カセットテーブル１１上に載置されたカセット１２の所定位置に収容されているウエーハ１０（環状のフレームFにダイシングテープTを介して支持されている状態）は、図示しない昇降手段によってカセットテーブル１１が上下動することにより搬出位置に位置付けられる。次に、搬出・搬入手段１４が進退作動して搬出位置に位置付けられたウエーハ１０を仮置きテーブル１３上に搬出する。仮置きテーブル１３に搬出されたウエーハ１０は、第１の搬送手段１５の旋回動作によって上記チャックテーブル３６上に搬送される。

チャックテーブル３６上にウエーハ１０が載置されたならば、図示しない吸引手段が作動してウエーハ１０をチャックテーブル３６上に吸引保持する。また、ウエーハ１０をダイシングテープTを介して支持する環状のフレームFは、上記クランプ３６２によって固定される。このようにしてウエーハ１０を保持したチャックテーブル３６は、撮像手段４５の直下まで移動せしめられる。チャックテーブル３６が撮像手段４５の直下に位置付けられると、図示しない制御手段および撮像手段４５はウエーハ１０を撮像し、ウエーハ１０のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、図示しない制御手段および撮像手段４５は、ウエーハ１０の所定方向に形成されているストリートと、ストリートに沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射ユニット４の集光器４３との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。また、ウエーハ１０に形成されている上記所定方向に対して直交する方向に延びるストリートに対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントを実行する。

上述したようにチャックテーブル３６上に保持されているウエーハ１０に形成されているストリートを検出し、レーザー光線照射位置のアライメントを実施したならば、加工送り手段３７および割り出し送り手段３８を作動してチャックテーブル３６を図３の（ａ）で示すようにレーザー光線を照射するレーザー光線照射ユニット４の集光器４３が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定のストリートを集光器４３の直下に位置付ける。このとき、図３の（ａ）で示すようにウエーハ１０は、ストリートの一端(図３の（ａ）において左端)が集光器４３の直下に位置するように位置付けられる。次に、レーザー光線照射ユニット４の集光器４３からウエーハ１０に対して吸収性を有する波長レーザー光線を照射しつつ加工送り手段３７を作動してチャックテーブル３６を図３の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる（レーザー加工工程）。そして、図３の（ｂ）で示すようにストリートの他端（図３において右端）が集光器４３の直下位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル３６の移動を停止する。このレーザー加工工程においては、パルスレーザー光線の集光点Ｐを図３の(a)に示すようにウエーハ１０の上面付近に合わせる。

次に、割り出し送り手段３８を作動してチャックテーブル３６を紙面に垂直な割り出し送り方向（Y軸方向）にストリートの間隔だけ移動する（割り出し送り工程）。そして、レーザー光線照射ユニット４の集光器４３からパルスレーザー光線を照射しつつ加工送り手段３７を作動してチャックテーブル３６を図３の（ｂ）において矢印Ｘ２で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめ、図３の（b）に示す位置に達したらパルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル３６の移動を停止する（レーザー加工工程）。

上述したレーザー加工工程においてチャックテーブル３６を速い速度（例えば６００mm／秒）で加工送りすると、装置全体に加工送り方向（X軸方向）の振動が発生する。このとき、被加工物保持機構３およびレーザー光線照射ユニット４が配設された第１の基台２は、第２の基台５に加工送り方向（X軸方向）の移動を許容するX軸方向移動許容ガイド手段５０を介して配設されるので、第２の基台５の上面に配設された２本のガイドレール５１、５１に沿って移動することにより、加工送り方向（X軸方向）の振動が吸収される。従って、チャックテーブル３６とレーザー光線照射ユニット４との関係が維持され、高精度の加工が可能となる。

また、上記割り出し送り工程においてもチャックテーブル３６を速い速度（例えば１００mm／秒）で割り出し送りすると、装置全体に割り出し送り方向（Y軸方向）の振動が発生する。このとき、被加工物保持機構３およびレーザー光線照射ユニット４が配設された第１の基台２を支持している第２の基台５は、第３の基台６に割り出し送り方向（Y軸方向）の移動を許容するY軸方向移動許容ガイド手段６０を介して配設されるので、第３の基台６の上面に配設された２本のガイドレール６１、６１に沿って移動することにより、割り出し送り方向（Y軸方向）の振動が吸収される。

以上のようにレーザー加工工程および割り出し送り工程を順次実施することにより、ウエーハ１０の所定方向に形成された全てのストリートに沿ってレーザー加工を施したならば、チャックテーブル３６を９０度回動し、ウエーハ１０に形成されている上記所定方向に対して直交する方向に延びるストリートに沿って上記レーザー加工工程および割り出し送り工程を順次実施する。そして、ウエーハ１０に形成された全てのストリートに沿ってレーザー加工を施したならば、加工送り手段３７を作動してウエーハ１０を保持しているチャックテーブル３６を最初にウエーハ１０を吸引保持した位置に戻し、図示しない吸引手段によるウエーハ１０の吸引保持を解除する。そして、第２の搬送手段１７を作動して、チャックテーブル３６上のレーザー加工されたウエーハ１０を洗浄手段１６に搬送する。次に、洗浄手段１６を作動してレーザー加工されたウエーハ１０を洗浄し乾燥する。

上述したようにレーザー加工されたウエーハ１０の洗浄および乾燥作業を実施したならば、第１の搬送手段１５を作動して洗浄されたウエーハ１０を位置合わせ手段１３に搬送する。次に、搬出手段１４を作動して位置合わせ手段１３に搬送されたウエーハ１０をカセット１２の所定位置に収納せしめる。

上述したように被加工物保持機構３およびレーザー光線照射ユニット４が配設された第１の基台２が第２の基台５の上面に配設された２本のガイドレール５１、５１に沿って移動したり、第２の基台５が第３の基台６の上面に配設された２本のガイドレール６１、６１に沿って移動すると、被加工物保持機構３のチャックテーブル３６と第３の基台６に配設される上記第１の搬送手段１５および第２の搬送手段１７との位置関係が狂ってくる。この位置関係を補正するために、図示の実施形態においては仮置きテーブル１３に搬出された加工前のウエーハ１０をチャックテーブル３６に搬送する際および加工後のウエーハ１０をチャックテーブル３６から洗浄手段１６に搬送する際には、それぞれX軸方向移動量検出手段７１によって第２の基台５に対する第１の基台２のX軸方向の移動量を検出するとともに、Y軸方向移動量検出手段７２によって第３の基台６に対する第２の基台５のY軸方向の移動量を検出し、それぞれ検出信号を図示しない制御手段に送る。そして、図示しない制御手段は加工送り手段３７および割り出し送り手段３８を制御して上記位置関係を補正する。

なお、上述したように被加工物保持機構３のチャックテーブル３６と上記第１の搬送手段１５および第２の搬送手段１７との位置関係を補正し、第１の搬送手段１５および第２の搬送手段１７によってウエーハ１０をそれぞれ搬送した後には、制御手段は加工送り手段３７および割り出し送り手段３８を制御してレーザー光線照射ユニット４の集光器４３と被加工物を保持する被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６との位置関係を最初にセットした状態に戻す。

２：第１の基台
３：被加工物保持機構
３２：第１の滑動ブロック
３３：第２の滑動ブロック
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３８：割り出し送り手段
４：レーザー光線照射ユニット
４３：集光器
５：第２の基台
５０：X軸方向移動許容ガイド手段
５５：第１の規制手段
６：第３の基台
６０：Y軸方向移動許容ガイド手段
６５：第２の規制手段
７１：X軸方向移動量検出手段
７２：Y軸方向移動量検出手段
１０：ウエーハ
１１：カセットテーブル
１２：カセット
１３：仮置きテーブル
１４：搬出・搬入手段
１５：第１の搬送手段
１６：洗浄手段
１７：第２の搬送手段

Claims

被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物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光線照射手段と、該被加工物保持手段と該レーザー光線照射手段とを加工送り方向（Ｘ軸方向）に相対的に加工送りする加工送り手段と、該被加工物保持手段と該レーザー光線照射手段とをＸ軸方向と直交する割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に相対的に割り出し送りする割り出し送り手段と、を具備しているレーザー加工装置において、
該被加工物保持手段と該レーザー光線照射手段と該加工送り手段と該割り出し送り手段は第１の基台に配設され、
該第１の基台は、Ｘ軸方向の移動を許容するＸ軸方向移動許容ガイド手段を介して第２の基台上に配設されており、
該第２の基台は、Ｙ軸方向の移動を許容するＹ軸方向移動許容ガイド手段を介して第３の基台上に配設されている、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
該第２の基台に対する該第１の基台のＸ軸方向の移動量を検出するＸ軸方向移動量検出手段を備えている、請求項１記載のレーザー加工装置。
該第３の基台に対する該第２の基台のＹ軸方向の移動量を検出するＹ軸方向移動量検出手段を備えている、請求項１又は２記載のレーザー加工装置。