JP6516624B2

JP6516624B2 - レーザ加工装置

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Publication number: JP6516624B2
Application number: JP2015158860A
Authority: JP
Inventors: 俊悟吉井
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2015-08-11
Filing date: 2015-08-11
Publication date: 2019-05-22
Anticipated expiration: 2035-08-11
Also published as: US10315273B2; CN106466757A; US20170043432A1; CN106466757B; JP2017035714A

Description

本発明は、レーザ加工により生じたデブリを吸引する機能を有するレーザ加工装置に関する。

板状ワークに対して吸収性を有する波長のパルスレーザ光を照射して板状ワークの表面に加工溝を形成するアブレーション加工では、板状ワークが溶解してデブリが発生する。そこで、デブリが板状ワークの表面に付着するのを防ぐために、板状ワークの表面に保護膜を形成し、保護膜の上にデブリを堆積させ、加工後は保護膜とともにデブリを除去している。また、レーザ光が照射される加工点を吸引する吸引機構を設けることにより、分割ライン上の保護膜に付着するデブリを少なくする装置も提案されている（例えば、特許文献１，２及び３参照）。

特開２０１４−１２４６４８号公報特開２０１４−０３６９８７号公報特許第４９９３８８６号公報

しかし、アブレーション加工時におけるレーザ光の集光点は板状ワークの内部であり、板状ワークが加工されると共に、保護膜が焼かれることはないが溶解はするため、吸引機構がデブリを吸引すると共に溶解した保護膜をも吸引し、溶解した保護膜によって吸引機構の吸引能力を低下させ、十分にデブリを吸引することができなくなるという問題が発生している。また、デブリの吸引が不十分となることにより、保護膜上に残存したデブリによってレーザ光が遮光され、加工が不十分になるという問題もある。さらに、デブリの吸引が不十分となることにより、レーザ光を遮るようにレーザ光路上にデブリが留まり、加工が不十分になるという問題もある。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、レーザ加工装置において、デブリを十分に吸引するとともに、その吸引能力が低下しないようにすることを課題とする。

本発明は、チャックテーブルに保持された板状ワークの表面を保護する水溶性保護膜を透過させて板状ワークの表面にレーザ光を照射しアブレーション加工するレーザ加工装置であって、レーザ光を集光する集光器と、該集光器によって集光されたレーザ光を板状ワークに導くとともに板状ワークから飛散するデブリを吸引し排出する加工ノズルとを備え、該加工ノズルは、該集光器が集光したレーザ光を通過させ板状ワークに導くレーザ光通過口と、該レーザ光通過口を通過したレーザ光の照射によって板状ワークから飛散するデブリを吸引する吸引手段と、を備え、該吸引手段は、該レーザ光通過口が形成された上壁と該上壁から垂下する側壁と該上壁に対向しデブリを捕獲する開口を有する下壁とから構成されるデブリ捕獲チャンバと、該デブリ捕獲チャンバと吸引源とを連通させる吸引口と、該デブリ捕獲チャンバ内を洗浄する洗浄手段と、を備え、該洗浄手段は、該デブリ捕獲チャンバの該開口を封鎖するシャッタと、該開口が封鎖された該デブリ捕獲チャンバ内に洗浄水を供給する洗浄水供給口と、を備え、該シャッタが該デブリ捕獲チャンバの該開口を塞ぎ、該デブリ捕獲チャンバ内に該洗浄水供給口から洗浄水を供給し、供給した該洗浄水を該吸引口から吸引して該デブリ捕獲チャンバ内を洗浄することを特徴とする。

上記レーザ加工装置においては、洗浄手段に、レーザ光通過口を横断し吸引口に向かってエアを噴射しレーザ光通過口を洗浄する洗浄エア噴射口を含み、洗浄エア噴射口からエアを噴射してデブリ捕獲チャンバ内を洗浄することが好ましい。

本発明に係るレーザ加工装置は、デブリを吸引する吸引手段を備え、吸引手段には、デブリ捕獲チャンバと、デブリ捕獲チャンバ内を洗浄する洗浄手段と備えており、洗浄手段は、デブリ捕獲チャンバの開口を封鎖するシャッタと、開口が封鎖されたデブリ捕獲チャンバ内に洗浄水を供給する洗浄水供給口とを備え、シャッタがデブリ捕獲チャンバの開口を塞ぎ、吸引口から吸引し、デブリ捕獲チャンバ内に洗浄水供給口から洗浄水を供給し、供給した洗浄水を吸引口から吸引してデブリ捕獲チャンバ内を洗浄するため、吸引手段が保護膜上のデブリを十分に吸引するとともに、吸引したデブリがデブリ捕獲チャンバ内に残存するのを防ぐことにより、吸引手段の吸引能力の低下を防ぐことができる。

また、洗浄手段に、レーザ光通過口を横断し吸引口に向かってエアを噴射しレーザ光通過口を洗浄する洗浄エア噴射口を含むことにより、レーザ加工時にデブリが光路を塞ぐのを防ぐことができる。

レーザ加工装置の例を示す斜視図である。集光器及び加工ノズルの構造を示す断面図である。シャッタ及びシャッタ駆動部を取り外した状態における集光器及び加工ノズルを示す斜視図である。シャッタ及びシャッタ駆動部を示す斜視図である。

図１に示すレーザ加工装置１は、チャックテーブル２に保持された板状ワークＷをレーザ加工手段３によって加工する装置である。板状ワークＷは、裏面Ｗ２がテープＴに貼着され、テープＴにはリング状のフレームＦが貼着されており、板状ワークＷは、テープＴを介してフレームＦに支持される。板状ワークＷの表面Ｗ１には、分割予定ラインＬによって区画されてデバイスＤが形成されている。

レーザ加工装置１の前面側（−Ｙ方向側）には、フレームＦによって支持された板状ワークＷが複数収容されるカセット４０が載置されるカセット載置領域４が設けられている。カセット載置領域４は昇降可能となっている。カセット載置領域４の後方（＋Ｙ方向側）には、フレームＦによって支持された板状ワークＷが一時的に置かれる仮置き領域４１が設けられている。仮置き領域４１には、板状ワークＷを所定の位置に合わせる位置合わせ手段４２を備えている。また、仮置き領域４１の後方（＋Ｙ方向側）には、フレームＦに支持された板状ワークＷのカセット４０からの搬出及びカセット４０への搬入を行う搬出入手段４３が配設されている。

チャックテーブル２は、板状ワークＷを吸引保持する吸着部２０と、フレームＦを固定する固定部２１とを備えている。チャックテーブル２は、フレームＦに支持された板状ワークＷのチャックテーブル２に対する着脱が行われる着脱領域Ａと、レーザ加工が行われる加工領域Ｂとの間をＸ軸方向に移動可能であるとともに、Ｙ軸方向に移動可能となっている。

着脱領域Ａの＋Ｙ方向側には、レーザ加工前の板状ワークＷの表面に保護膜を形成する保護膜形成手段６が配設されている。保護膜形成手段６は、フレームＦに支持された板状ワークＷを保持して回転する保持部６０と、保持部６０に保持された板状ワークＷに液状樹脂を滴下する図示しないノズルとを備えている。

仮置き領域４１の近傍には、フレームに支持された板状ワークＷを仮置き領域４１と保護膜形成手段６との間で搬送する第１の搬送手段５が配設されている。

保護膜形成手段６の上方には、フレームＦに支持された板状ワークＷを保護膜形成手段６から着脱領域Ａに位置するチャックテーブル２に搬送する第２の搬送手段７が配設されている。第２の搬送手段７は、板状ワークＷを吸着する吸着部７０と、吸着部７０を昇降させる昇降部７１と、吸着部７０及び昇降部７１をＹ軸方向に移動させるアーム部７２とを備えている。

レーザ加工手段３は、レーザ光を発振する発振手段３０と、レーザ光に繰り返し周波数を設定する周波数設定手段３１と、レーザ光の出力を調整する出力調整手段３２と、レーザ光を集光する集光器８と、集光器８によって集光されたレーザ光を板状ワークＷに導くとともに板状ワークＷから飛散するデブリを吸引し排出する加工ノズル９とを備えている。

図２に示すように、集光器８は、レーザ光の光軸上に配設された集光レンズ８０と、集光レンズ８０の下方に設置されたカバーガラス８１とを備えている。また、カバーガラス８１の下方には、レーザ光を通すための空間８２が形成され、その側面側には、レーザ光の光路と直交する方向にエアを噴出する加工用エア供給部８３が形成されている。

加工ノズル９は、集光器８の空間８２に連通する空間９０と、集光器８が集光したレーザ光を通過させ板状ワークに導くレーザ光通過口９１と、レーザ光通過口９１を通過したレーザ光の照射によって板状ワークＷから飛散するデブリを吸引する吸引手段９２とを備えている。

吸引手段９２は、レーザ光通過口９１が形成された上壁９３０と上壁９３０から垂下する側壁９３１と上壁９３０に対向しデブリを捕獲する開口９３２ａを有する下壁９３２とから構成されるデブリ捕獲チャンバ９３と、デブリ捕獲チャンバ９３と吸引源９６とを連通させる吸引口９４と、デブリ捕獲チャンバ９３内を洗浄する洗浄手段９５とを備えている。吸引口９４は、吸引路９４０を介して吸引源９６と連通している。

洗浄手段９５は、デブリ捕獲チャンバ９３の開口９３２ａを封鎖するシャッタ９５０と、シャッタ９５０を駆動するシャッタ駆動部９５５と、開口９３２ａが封鎖されたデブリ捕獲チャンバ９３内に洗浄水を供給する洗浄水供給口９５１を備えている。

レーザ光通過口９１の側方には、レーザ光通過口９１に向けてエアを噴出する洗浄エア供給手段９７が配設されている。洗浄エア供給手段９７は、洗浄エア噴出口９７０からレーザ光通過口９１を横断し吸引口９４に向けてエアを噴出する。このエアは、レーザ光の通過方向に対して直交する方向に噴出される。

また、上壁９３０には、開口９３２ａに向けて洗浄水を噴出する洗浄水供給手段９８が配設されている。洗浄水供給手段９８は、洗浄水を噴出する洗浄水噴出口９８０を備えている。

シャッタ９５０は、断面がＬ字状に形成されており、シャッタ９５０の短辺側にピストン９５２が連結され、このピストン９５２は、シリンダ９５３によって駆動されてＸ軸方向に移動可能となっている。シリンダ９５３によって駆動されてシャッタ９５０の長辺部分がＸ軸方向に移動することにより、開口９３２ａを開閉可能となっている。シャッタ９５０の上面は、撥水性を有することが好ましい。

図３に示すように、下壁９３２の下面には、複数の磁石９３２ｂが埋め込まれている。複数の磁石９３２ｂは、開口９３２ａの外周側に、開口９３２ａを囲むようにして設けられている。なお、図３においては、シャッタ９５０、ピストン９５２及びシリンダ９５３の図示を省略している。

図４に示すように、シャッタ９５０は、シャッタ駆動部９５５によって駆動される。シャッタ駆動部９５５は、図３に示した加工ノズル９の側面９４１に取り付けられる。シャッタ駆動部９５５は、シャッタ９５０の基部に連結されたピストン９５２と、ピストン９５２をＸ軸方向に移動させるシリンダ９５３と、シャッタ９５０をガイドするガイドレール９５４とを備えている。シャッタ９５０は、磁性体材料からなり、下壁９３２に沿う平板状に形成されている。シャッタ９５０が図３に示した開口９３２ａを遮蔽した状態では、下壁９３２に設けられた磁石９３２ｂがシャッタ９５０を磁着するため、開口９３２ａが塞がれ、デブリ捕獲チャンバ９３の密閉性が増す。

以上説明したチャックテーブル２、レーザ加工手段３、カセット載置領域４、位置合わせ手段４２、搬出入手段４３、第１の搬送手段５、保護膜形成手段６、第２の搬送手段７、集光器８、加工ノズル９の動作は、図１に示した制御手段９９によって制御される。

図１に示したレーザ加工装置１を用いて板状ワークＷをレーザ加工するときは、フレームＦに支持された板状ワークＷがカセット４０に複数収容される。そして、搬出入手段４３によってフレームＦが挟持されてフレームＦとともに板状ワークＷが仮置き領域４１に搬出される。

仮置き領域４１において、位置合わせ手段４２によって板状ワークＷが一定の位置に位置合わせされた後、第1の搬送手段５によってフレームＦに支持された板状ワークＷが保護膜形成手段６の保持部６０に搬送される。そして、板状ワークＷの表面Ｗ１の上に液状樹脂が滴下され、保持部６０が回転することにより、表面Ｗ１の全面に、図２に示す水溶性保護膜Ｐが被覆される。

次に、図１に示す第２の搬送手段７の昇降部７１が降下し、吸着部７０によって板状ワークＷが吸着される。そして、昇降部７１が上昇し、アーム部７２が−Ｙ方向に移動することにより、着脱領域Ａに位置するチャックテーブル２の上方に板状ワーク２が移動し、昇降部７１が降下して板状ワークＷの吸着を解除することにより、板状ワークＷが吸着部２０の上に載置される。その後、吸着部２０に吸引力を作用させることにより板状ワークＷが吸着され、さらに固定部２１によってフレームＦが固定される。

次に、チャックテーブル２が−Ｘ方向に移動し、加工すべき分割予定ラインが検出され加工ノズルと検出された分割予定ラインとのＹ軸方向の位置合わせがなされる。そして、さらにチャックテーブル２が同方向に移動するとともに、集光器８が水溶性保護膜Ｐを透過させて板状ワークＷの表面Ｗ１にレーザ光を集光することにより、分割予定ラインに沿ってアブレーション加工が行われる。

かかるアブレーション加工時には、図２に示したシャッタ駆動部９５５がシャッタ９５０を−Ｘ方向に移動させることにより、開口９３２ａを開放しておく。集光レンズ８０に入射したレーザ光は、空間８２，９０、レーザ光通過口９１及び開口９３２ａを通って板状ワークＷの表面Ｗ１に集光される。レーザ光が表面Ｗ１に集光されると、板状ワークＷが溶融してデブリが発生し、その一部は開口９３２ａからデブリ捕獲チャンバ９３に進入する。また、水溶性保護膜Ｐが溶融することもある。

加工中は、吸引源９６を作動させておく。これにより、レーザ加工により生じたデブリは、吸引口９４及び吸引路９４０を介して加工ノズル９の外部に排出される。また、デブリが空間９０，８２を上昇することもありうるが、加工中は、空間８２の側面に備えた加工用エア供給部８３からエアを噴出することにより、デブリがカバーガラス８１に付着するのを防止する。このときのエアの噴出量は、例えば、１０リットル／分である。さらに、加工中は、洗浄エア供給手段９７が、レーザ光通過口９１を横断するように洗浄エアを噴出することにより、デブリがレーザ光の光路を塞ぐのを防ぐ。なお、加工用エア供給部８３からのエアの噴出は、空気中の微粒子から光学部品を保護するために、加工を行っていない待機中も常に行う。

板状ワークＷのアブレーション加工が終了すると、洗浄エア供給手段９７からの洗浄エアの噴出を止める。そして、加工用エア供給部８３からのエアの噴出量を例えば２５リットル／分に切り替え、レーザ光が出射されていないことを確認した後、シャッタ駆動部９５５のシリンダ９５３がピストン９５２を−Ｘ方向に駆動することによりシャッタ９５０を同方向に移動させ、開口９３２ａを封鎖する。そうすると、下壁９３２に備えた磁石９３２ｂによってシャッタ９５０がひきつけられ、デブリ捕獲チャンバ９３内が密閉される。

次に、洗浄エア供給手段９７からの洗浄エアの噴出を再開する。そして、洗浄手段９５及び洗浄水供給手段９８が、洗浄水供給口９５１、洗浄水噴出口９８０からそれぞれ洗浄水を噴出し、レーザ光通過口９１を含むデブリ捕獲チャンバ９３の内部を洗浄する。かかる洗浄は、例えば、板状ワークＷを所定枚数レーザ加工した後に、例えば６０秒程度行う。洗浄中は、シャッタ９５０によって開口９３２ａが封鎖されているため、洗浄水が装置内に飛散するのを防止することができる。なお、洗浄エア供給手段９７からの洗浄エアの噴出は、必須ではない。

洗浄時は、吸引手段９２によって洗浄に使用した洗浄水を吸引して外部に排出することができる。したがって、上壁９３０、側壁９３１、下壁９３２等に付着したデブリが付着したままになるのを防止することができ、また、吸引手段９２による吸引能力が低下するのを防ぐことができる。さらに、吸引口９４、吸引路９４０にデブリが付着していたとしても、吸引される洗浄水によってそのデブリも洗浄し除去することができる。

こうしてデブリ捕獲チャンバ９３の内部を洗浄した後に、洗浄手段９５及び洗浄水供給手段９８からの洗浄水の噴出を停止すると、洗浄エア供給手段９７から噴出されるエア及び吸引手段９２からの吸引によって、デブリ捕獲チャンバ９３内に付着していた洗浄水が除去される。シャッタ９５０の上面が撥水性を有していれば、シャッタ９５０を確実かつ速く乾燥させることができる。また、シャッタ９５０を確実に乾燥させることで、後にシャッタ９５０を開放したときに水滴が垂れるのを防止することができる。

次に、シャッタ駆動機構９５５がシャッタ９５０を−Ｘ方向に移動させて開口９３２ａを開放する。そして、開口９３２ａの開放によりデブリ捕獲チャンバ９３が開放された状態で、洗浄エア供給手段９７が洗浄エア噴出口からエアを噴出して乾燥を行う。

その後、加工用エア供給部８３からのエアの噴出量を例えば１０リットル／分に戻すことにより、デブリ捕獲チャンバ９３の洗浄及び乾燥作業を終了し、レーザ加工ができる状態に戻る。

以上のように、レーザ加工装置１では、シャッタ９５０がデブリ捕獲チャンバ９３の開口９３２ａを塞ぎ、吸引口９４から吸引を行い、デブリ捕獲チャンバ９３内に洗浄水を供給するとともにエアを供給し、供給した洗浄水とエアとを吸引口９４から吸引してデブリ捕獲チャンバ９３内を洗浄するため、吸引手段９２がデブリを十分に吸引するとともに、吸引したデブリがデブリ捕獲チャンバ９３内に残存するのを防ぐことができ、吸引手段９２の吸引能力の低下を防ぐことができるとともに、レーザ加工時にデブリが光路を塞ぐのを防ぐことができる。

さらに、制御手段９９による制御の下で、デブリ捕獲チャンバ９３を自動で洗浄することができるため、メンテナンスに要する工数を削減することができる。

１：レーザ加工装置
Ｗ：板状ワークＷ１：表面Ｗ２：裏面Ｌ：分割予定ラインＤ：デバイス
Ｔ：テープＦ：フレーム
２：チャックテーブル２０：吸着部固定部
３：レーザ加工手段３０：発振手段]３１：周波数設定手段３２：出力調整手段
４：カセット載置領域４０：カセット４１：仮置き領域４２：位置合わせ手段
４３：搬出入手段
５：第１の搬送手段
６：保護膜形成手段６０：保持部
７：第２の搬送手段７０：吸着部７１：昇降部７２：アーム部
８：集光器８０：集光レンズ８１：カバーガラス８２：空間
８３：加工用エア供給部
９：加工ノズル９０：空間９１：レーザ光通過９２：吸引手段
９３：デブリ捕獲チャンバ９３０：上壁９３１：側壁９３２：下壁
９３２ａ：開口９３２ｂ：磁石
９４：吸引口９４０：吸引路
９５：洗浄手段９５０：シャッタ９５１：洗浄水供給口
９５２：ピストン９５３：シリンダ９５４：ガイドレール９５５：シャッタ駆動部
９６：吸引源
９７：洗浄エア供給手段９７０：洗浄エア噴出口
９８：洗浄水供給手段９８０：洗浄水噴出口
９９：制御手段

Claims

チャックテーブルに保持された板状ワークの表面を保護する水溶性保護膜を透過させて板状ワークの表面にレーザ光を照射しアブレーション加工するレーザ加工装置であって、
レーザ光を集光する集光器と、該集光器によって集光されたレーザ光を板状ワークに導くとともに板状ワークから飛散するデブリを吸引し排出する加工ノズルとを備え、
該加工ノズルは、該集光器が集光したレーザ光を通過させ板状ワークに導くレーザ光通過口と、該レーザ光通過口を通過したレーザ光の照射によって板状ワークから飛散するデブリを吸引する吸引手段と、を備え、
該吸引手段は、該レーザ光通過口が形成された上壁と該上壁から垂下する側壁と該上壁に対向しデブリを捕獲する開口を有する下壁とから構成されるデブリ捕獲チャンバと、該デブリ捕獲チャンバと吸引源とを連通させる吸引口と、該デブリ捕獲チャンバ内を洗浄する洗浄手段と、を備え、
該洗浄手段は、該デブリ捕獲チャンバの該開口を封鎖するシャッタと、該開口が封鎖された該デブリ捕獲チャンバ内に洗浄水を供給する洗浄水供給口と、を備え、
該シャッタが該デブリ捕獲チャンバの該開口を塞ぎ、該デブリ捕獲チャンバ内に該洗浄水供給口から洗浄水を供給し、供給した該洗浄水を該吸引口から吸引して該デブリ捕獲チャンバ内を洗浄することを特徴とするレーザ加工装置。
前記洗浄手段に、
前記レーザ光通過口を横断し前記吸引口に向かってエアを噴射し該レーザ光通過口を洗浄する洗浄エア噴射口を含み、
該洗浄エア噴射口からエアを噴射して該デブリ捕獲チャンバ内を洗浄することを特徴とする
請求項１記載のレーザ加工装置。