JP5943720B2 - レーザー加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハなどの被加工物にレーザー光線を照射してアブレーション加工を行うレーザー加工装置に関し、特に、アブレーション加工により生じるデブリを加工領域外に排出する排出手段を備えたレーザー加工装置に関する。

所定のパワー密度のレーザー光線を被加工物に照射すると、レーザー光線の持つエネルギーで被加工物の一部は削り取られる。アブレーションと呼ばれるこの現象を利用して、表面にデバイスの形成されたウェーハなどの被加工物をストリート（分割予定ライン）に沿って各チップに分割する分割方法が実用化されている。被加工物の表面側にレーザー光線を照射し、アブレーションにより裏面側に到達するような深さの溝を形成することで、被加工物をストリートに沿って分割することができる。

上述の分割方法において、被加工物の一部はアブレーションにより削り取られてデブリ（加工屑）となる。このデブリは、例えば、デバイス表面の電極パッドなどに付着すると、ボンディングの妨げとなり導通不良を引き起こす。そこで、被加工物の表面側にデブリの付着を防止する保護膜を形成し、保護膜を介して被加工物の表面側にレーザー光線を照射するレーザー加工方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、保護膜により被加工物の表面へのデブリの付着は抑制されるので、上述のようなチップの品質低下を防止できる。

特開２００４−１８８４７５号公報

被加工物の表面へのデブリの付着を抑制するため、デブリを含む粉塵を吸引して加工領域外に排出する粉塵排出装置を備えたレーザー加工装置も提案されている。このレーザー加工装置を用いれば、アブレーション加工で生じるデブリを被加工物の加工領域外に排出できるので、被加工物の表面へのデブリの付着を抑制してチップの品質低下を防止できる。一方、アブレーション加工で生じるデブリは極めて高温になるので、粉塵排出装置の配管などにデブリが付着すると着火してしまう恐れがある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、デブリを含む粉塵の付着による着火を防止可能なレーザー加工装置を提供することを目的とする。

本発明のレーザー加工装置は、被加工物を保持するチャックテーブルと、前記チャックテーブルに保持された被加工物の表面にレーザー光線を照射してアブレーション加工によりレーザー加工溝を形成するための集光器を備えたレーザー光線照射手段と、前記集光器のレーザー光線照射方向下流側の端部に配設された、前記集光器により前記被加工物に照射される前記レーザー光線によって加工点近傍に発生する粉塵を吸引して排出するための粉塵排出手段と、を備えたレーザー加工装置であって、前記粉塵排出手段に排出管を介して連結され排気に含まれる粉塵を液体により捕捉し排気のみをダクトに排出するための湿式粉塵処理装置を備え、前記湿式粉塵処理装置からダクトへ連通する配管は途中で分岐し、分岐配管は前記集光器近傍に連通し前記加工点近傍に湿式粉塵処理装置を通過した高湿の前記排気を供給する、ことを特徴とする。

この構成によれば、加工点近傍に発生する粉塵を吸引して排出するための粉塵排出手段と、排気に含まれる粉塵を液体により捕捉する湿式粉塵処理装置とを備え、湿式粉塵処理装置を通過した高湿の排気を、分岐配管を通じて還流させて加工点近傍に供給するように構成されているので、排出管等に高温のデブリが付着されることによる着火を防止できる。

また、本発明のレーザー加工装置において、前記分岐配管は前記粉塵排出手段において前記排出管の接続される吸引箇所以外の箇所に接続されていることが好ましい。この構成によれば、分岐配管から供給される高湿の排気を、加工点近傍に適切に供給できる。

本発明によれば、デブリを含む粉塵の付着による着火を防止可能なレーザー加工装置を提供できる。

本実施の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。 本実施の形態に係る粉塵排出装置の構造を示す断面模式図である。 本実施の形態に係る湿式粉塵処理装置の構造を示す断面模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の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１には、本実施の形態のレーザー加工装置１の加工対象となるウェーハＷを併せて示している。レーザー加工装置１は、チャックテーブル１５上に保持されるウェーハ（被加工物）Ｗにレーザー光線を照射して、ウェーハＷをアブレーション加工できるように構成されている。ここで、アブレーションとは、照射されるレーザー光線の持つエネルギーにより、原子、分子、クラスターなどが昇華されて照射対象の一部が削り取られる現象を言い、アブレーション加工とは、アブレーションを利用した加工方法をいう。

図１に示すように、ウェーハＷは、略円板状の外形形状を有している。ウェーハＷの裏面にはダイシングテープＴが貼着されており、ウェーハＷは、ダイシングテープＴを介して円環状のフレームＦに支持されている。ウェーハＷの表面は、格子状に配列されたストリートによって複数の領域に区画されている。ウェーハＷにおいて、ストリートで区画された各領域には、デバイスが形成されている。ウェーハＷは、各ストリートに沿ってレーザー光線を照射され、裏面側にまで到達するレーザー加工溝を形成されることで個々のチップに分割される。

レーザー加工装置１は、略直方体状の基台１１を有している。基台１１の上面には、チャックテーブル１５をＸ軸方向に割出送りすると共に、Ｙ軸方向に加工送りするテーブル移動機構１３が設けられている。テーブル移動機構１３の後方には、壁部１２が立設されている。壁部１２は、前方に突出するアーム部１２１を備えており、アーム部１２１にはチャックテーブル１５に対向するようにレーザー加工ユニット（レーザー光線照射手段）１４が支持されている。

テーブル移動機構１３は、基台１１の上面に設けられたＹ軸方向に平行な一対のガイドレール１３１と、ガイドレール１３１にスライド可能に設置されたＹ軸テーブル１３２とを有している。また、テーブル移動機構１３は、Ｙ軸テーブル１３２の上面に設けられたＸ軸方向に平行な一対のガイドレール１３５と、ガイドレール１３５にスライド可能に設置されたＸ軸テーブル１３６とを有している。

Ｘ軸テーブル１３６の上部には、チャックテーブル１５が設けられている。Ｙ軸テーブル１３２及びＸ軸テーブル１３６の下面側には、それぞれ不図示のナット部が設けられており、これらナット部にはボールネジ１３３，１３７が螺合されている。ボールネジ１３３，１３７の一端部には、それぞれ駆動モータ１３４，１３８が連結されている。駆動モータ１３４，１３８によりボールネジ１３３，１３７が回転駆動されることで、チャックテーブル１５は、ガイドレール１３１，１３５に沿ってＹ軸方向及びＸ軸方向に移動される。

チャックテーブル１５は、略円盤状に形成されており、Ｚ軸回りに回転可能なθテーブル１５１を介してＸ軸テーブル１３６の上部に設けられている。チャックテーブル１５の上面には、ポーラスセラミックス材による吸着面が形成されている。チャックテーブル１５の周囲には、支持アームを介して４つのクランプ部１５２が設けられている。このクランプ部１５２により、ウェーハＷの周囲のフレームＦは挟持固定される。

レーザー加工ユニット１４は、アーム部１２１の先端に集光器１４１を有している。集光器１４１内には、レーザー加工ユニット１４の光学系が設けられている。集光器１４１は、発振器（不図示）から発振されたレーザー光線を集光レンズで集光し、チャックテーブル１５に保持されるウェーハＷに向けて放射する。集光器１４１の下端部には、アブレーション加工によって生じるデブリなどの粉塵を吸引して加工領域外へと排出する粉塵排出装置１４２が設けられている。

次に、図２及び図３を参照して、レーザー加工装置１の備える粉塵排出装置１４２の詳細を説明する。図２は、本実施の形態のレーザー加工装置１が備える粉塵排出装置１４２の構造を示す断面模式図である。図３は、粉塵排出装置１４２に用いられる湿式粉塵処理装置１４５の構造を示す断面模式図である。

図２に示すように、粉塵排出装置１４２は、集光器１４１の下端部に装着される有底円筒形状の粉塵吸引部（粉塵排出手段）１４３と、吸引された粉塵を液体により捕捉して除去する湿式粉塵処理装置１４５とを備えている。デブリ等の粉塵を含む加工点近傍の空気は、粉塵排出装置１４２により吸引され、粉塵吸引部１４３から湿式粉塵処理装置１４５へと送られる。湿式粉塵処理装置１４５において粉塵が除去された空気は、下流側に設けられた排気用のダクト１４７を通じて排出される。粉塵が除去された空気の一部は、粉塵吸引部１４３に還流される。

粉塵吸引部１４３は、円筒状の側壁１４３ａと、側壁１４３ａの上部に設けられた上壁１４３ｂとを有している。上壁１４３ｂの中央部には、集光器１４１の下端部と嵌合する嵌合孔１４３ｃが形成されており、嵌合孔１４３ｃの周囲には、筒状の装着部１４３ｄが設けられている。嵌合孔１４３ｃ及び装着部１４３ｄにより、粉塵吸引部１４３は、集光器１４１においてレーザー光線の出口側（レーザー光線の照射方向において下流側）の位置に装着される。側壁１４３ａの下部には、開口１４３ｅが形成されている。集光器１４１から下方に向けて放射されたレーザー光線は、この開口１４３ｅ通じてウェーハＷに照射される。

粉塵吸引部１４３の側壁１４３ａには、気体の流路を構成する配管（排出管）１４４ａの上流側の端部が連結されている。この配管１４４ａと粉塵吸引部１４３との連結部は、集光器１４１の下方に存在する空気を吸引する吸引箇所１４３ｆとなる。つまり、集光器１４１の下方に配置されるウェーハＷから生じるデブリ等の粉塵は、空気と共に吸引箇所１４３ｆで吸引されて配管１４４ａの下流側に送られる。配管１４４ａの下流側の端部は、湿式粉塵処理装置１４５に連結されている。

図３に示すように、湿式粉塵処理装置１４５は、粉塵を捕捉するための液体Ｌが収容される処理槽２を備えている。処理槽２は、外形を構成する底壁２０１、側壁２０２、及び上壁２０３を有している。また、処理槽２は、内部を第１室２ａと第２室２ｂとに区画する仕切り壁２０４を有している。仕切り壁２０４の下部には、第１室２ａと第２室２ｂとを連通する連通孔が設けられており、この連通孔には、処理槽２の下部に収容される液体Ｌを整流するための整流手段２０５が配置されている。

第１室２ａにおいて、上壁２０３には、配管１４４ａの下流側の端部と連結される空気導入部２０３ａが設けられている。粉塵吸引部１４３から送られた粉塵を含む空気は、空気導入部２０３ａを通じて第１室２ａに供給される。また、上壁２０３には、処理槽２の内部に液体Ｌを供給する液体供給部２１のノズル２１３が設けられている。液体供給部２１は、液体Ｌを貯留するタンク２１１と、タンク２１１に貯留される液体Ｌを送出するポンプ２１２と、ポンプ２１２から送出された液体Ｌを第１室２ａ内において噴霧するノズル２１３とを有する。タンク２１１及びポンプ２１２は、処理槽２の外部に配置されている。液体供給部２１から第１室２ａに供給される液体Ｌは、例えば、水である。

第２室２ｂにおいて、底壁２０１には、整流手段２０５と対向するように攪拌板２０６が設けられている。攪拌板２０６は、整流手段２０５を通じて第２室２ｂに流入する液体Ｌを攪拌するための湾曲部２０６ａを有している。湾曲部２０６ａの下部には、液体Ｌの流れる通流孔２０６ｂが形成されている。また、底壁２０１には、粉塵分離室２ｂに収容される液体Ｌの液面の高さを維持するためのパイプ２０７が設けられている。このパイプ２０７は、底壁２０１から所定の高さ位置に開口２０７ａを有しており、開口２０７ａの高さ位置を超えるような液体Ｌを処理槽２から排出する。

また、第２室２ｂにおいて、上壁２０３には、攪拌板２０６とパイプ２０７との間の位置に、液面の高さを安定させるための安定板２０８が設けられている。この安定板２０８により、第２室２ｂは、上流側２ｃと下流側２ｄとに区画されている。安定板２０８の下端部は、底壁２０１とパイプ２０７の開口との間の高さ位置に位置付けられている。また、安定板２０８には、上流側２ｃと下流側２ｄとを連通する開口２０８ａが形成されている。下流側２ｄにおいて、上壁２０３には、気体流路を構成する配管１４４ｂ（図２参照）の上流側の端部と連結される空気排出部２０３ｂが設けられている。

配管１４４ｂの下流側の端部には、送風機１４６が連結されている。送風機１４６は、粉塵吸引部１４３から湿式粉塵処理装置１４５を通じて送風機１４６へと向かう空気の流れを形成する。これにより、ウェーハＷの加工点近傍で生じるデブリ等の粉塵を含む空気は、粉塵吸引部１４３で吸引されて湿式粉塵処理装置１４５へと送られる。湿式粉塵処理装置１４５において粉塵が除去された空気は、送風機１４６の下流側に連結される排気用のダクト１４７を通じてレーザー加工装置１の外部に排出される。

配管１４４ｂには、送風機１４６に至る途中の位置において流路を分岐する配管（分岐配管）１４４ｃが連結されている。配管１４４ｃの下流側の端部には、送風機１４８が連結されている。また、送風機１４８の下流側には、配管（分岐配管）１４４ｄを介して粉塵吸引部１４３が連結されている。送風機１４８は、湿式粉塵処理装置１４５から配管１４４ｃ，１４４ｄを通じて粉塵吸引部１４３へと向かう空気の流れを形成する。配管１４４ｄの下流側の端部は、粉塵吸引部１４３の上壁１４３ｂに連結されている。このため、湿式粉塵処理装置１４５において粉塵が除去された空気の一部は、粉塵吸引部１４３側に還流されて加工点近傍の領域に供給される。

次に、粉塵排出装置１４２の動作を説明する。チャックテーブル１５に保持されるウェーハＷにレーザー光線を照射すると、アブレーションによりレーザー加工溝が形成され、それと同時にデブリが発生する。送風機１４６，１４８によりウェーハＷの加工点近傍の空気を吸引させるような空気の流れをあらかじめ形成しておくことで、アブレーションによって生じたデブリ等の粉塵は、周辺の空気と共に粉塵吸引部１４３へと吸引される（図２の矢印ａ参照）。吸引箇所１４３ｆで吸引された空気は、配管１４４ａを通じて湿式粉塵処理装置１４５へと送られ、空気導入部２０３ａから処理槽２の第１室２ａへと流入される（図２及び図３の矢印ｂ参照）。

湿式粉塵処理装置１４５において、第１室２ａ内には、ノズル２１３から液体Ｌが噴霧されている。これにより、第１室２ａ内に流入された空気と霧状の液体Ｌとが混合されて、空気中の粉塵に霧状の液体Ｌが付着する。その結果、空気中の粉塵は霧状の液体Ｌと共に落下して、第１室２ａの底部に溜まる。第１室２ａの底部に溜まった液体Ｌは、整流手段２０５を通じて第２室２ｂに流入される。また、第１室２ａの空気も同様に第２室２ｂに流入される。

第２室２ｂに流入された液体Ｌは、攪拌板２０６の湾曲部２０６ａに沿って舞い上げられて、第２室２ｂに流入された空気と混合される。これにより、空気中に残存する粉塵に液体Ｌが付着し、粉塵は液体Ｌと共に落下する。このようにして粉塵の除去された空気は、開口２０８ａ及び空気排出部２０３ｂを通じて湿式粉塵処理装置１４５から排出される（図２及び図３の矢印ｃ参照）。湿式粉塵処理装置１４５から排出される空気は、上述のように処理槽２内で液体Ｌと混合されており、湿度は高められている。

粉塵の除去された空気は、湿式粉塵処理装置１４５から排出されると、空気排出部２０３ｂに接続される配管１４４ｂを通じて送風機１４６に流入される（図２の矢印ｄ参照）。送風機１４６に流入された空気は、ダクト１４７を通じて外部に排出される（図２の矢印ｅ参照）。また、粉塵の除去された空気の一部は、配管１４４ｂに連結される配管１４４ｃを通じて送風機１４８に流入される（図２の矢印ｆ参照）。送風機１４８に流入された空気は、配管１４４ｄを通じて粉塵吸引部１４３に供給される（図２の矢印ｇ参照）。

配管１４４ｄは、粉塵吸引部１４３の上壁１４３ｂに接続されている。このため、粉塵の除去された空気の一部は、粉塵吸引部１４３の下方においてチャックテーブル１５に保持されるウェーハＷの加工点近傍に吹き付けられる。粉塵吸引部１４３に供給される空気は、配管１４４ａ、湿式粉塵処理装置１４５、配管１４４ｂ，１４４ｃ，１４４ｄを流れる間に冷却されている。また、上述のように、粉塵吸引部１４３に供給される空気の湿度は高められている。このため、ウェーハＷの加工点近傍には、冷却された高湿の空気が供給される。

上述のようにウェーハＷの加工点近傍に供給される空気は、アブレーションによって生じたデブリ等の粉塵と共に、再び粉塵吸引部１４３へと吸引される（図２の矢印ａ）。ここで、ウェーハＷの加工点近傍には、湿式粉塵処理装置１４５を通じて湿度が高められた空気が供給されている。これにより、デブリの付着による配管１４４ａなどの着火を防止できる。また、デブリの付着による粉塵吸引部１４３や配管１４４ａなどの劣化を抑制できる。

このように、本実施の形態のレーザー加工装置１は、加工点近傍に発生する粉塵を吸引して排出するための粉塵吸引部（粉塵排出手段）１４３と、排気に含まれる粉塵を液体により捕捉する湿式粉塵処理装置１４５とを備え、湿式粉塵処理装置１４５を通過した高湿の排気を、配管（分岐配管）１４４ｃ，１４４ｄを通じて還流させて加工点近傍に供給するように構成されているので、配管（排出管）１４４ａ等にデブリが付着されることによる着火を防止できる。また、デブリの付着による粉塵吸引部１４３や配管１４４ａなどの劣化を抑制できる。

また、本実施の形態のレーザー加工装置１において、配管（分岐配管）１４４ｄは粉塵吸引部（粉塵排出手段）１４３において配管（排出管）１４４ａの接続される吸引箇所１４３ｆ以外の箇所に接続されているので、配管１４４ｄから供給される高湿の排気を、加工点近傍に適切に供給できる。

なお、本発明は、上記実施の形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、湿式粉塵処理装置の構成は、上記実施の形態において説明した湿式粉塵処理装置の構成に限定されず、適宜変更可能である。配管等へのデブリの付着による着火を防止するためには、少なくとも、排気の湿度が高くなるような構成の湿式粉塵処理装置を用いればよい。

その他、上記実施の形態に係る構成、方法などは、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。

本発明のレーザー加工装置は、ウェーハなどの被加工物にレーザー光線を照射して各チップに分割する際に有用である。

１ レーザー加工装置
１４ レーザー加工ユニット（レーザー光線照射手段）
１５ チャックテーブル
１４１ 集光器
１４２ 粉塵排出装置
１４３ 粉塵吸引部（粉塵排出手段）
１４３ａ 側壁
１４３ｂ 上壁
１４３ｃ 嵌合孔
１４３ｄ 装着部
１４３ｅ 開口
１４３ｆ 吸引箇所
１４４ａ 配管（排出管）
１４４ｂ 配管
１４４ｃ，１４４ｄ 配管（分岐配管）
１４５ 湿式粉塵処理装置
１４６，１４８ 送風機
１４７ ダクト
Ｆ フレーム
Ｌ 液体
Ｔ ダイシングテープ
Ｗ ウェーハ（被加工物）

Claims (2)

1. 被加工物を保持するチャックテーブルと、前記チャックテーブルに保持された被加工物の表面にレーザー光線を照射してアブレーション加工によりレーザー加工溝を形成するための集光器を備えたレーザー光線照射手段と、前記集光器のレーザー光線照射方向下流側の端部に配設された、前記集光器により前記被加工物に照射される前記レーザー光線によって加工点近傍に発生する粉塵を吸引して排出するための粉塵排出手段と、を備えたレーザー加工装置であって、
   前記粉塵排出手段に排出管を介して連結され排気に含まれる粉塵を液体により捕捉し排気のみをダクトに排出するための湿式粉塵処理装置を備え、
   前記湿式粉塵処理装置からダクトへ連通する配管は途中で分岐し、分岐配管は前記集光器近傍に連通し前記加工点近傍に湿式粉塵処理装置を通過した高湿の前記排気を供給する、ことを特徴とするレーザー加工装置。
2. 前記分岐配管は前記粉塵排出手段において前記排出管の接続される吸引箇所以外の箇所に接続されていること、を特徴とする請求項１記載のレーザー加工装置。

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