JP7072846B2 - ハイブリッドレーザー加工装置 - Google Patents

Description

本発明はウェーハ等のワークに好適に穿孔加工や切断加工を施すことのできるハイブリッドレーザー加工装置に関する。

半導体ウェーハ等のワークに穿孔加工や切断加工を施す装置として、支持テーブルに保持したワークに、加工ヘッドからワークに向けて液体を液体ビームとして噴射すると共に、該液体ビーム中に導入したレーザービームを照射するハイブリッドレーザー加工装置が知られている（特許文献１：特開２００７－２２２８９７号公報）。
このハイブリッドレーザー加工装置は、液体ビーム内にレーザービームを導入してワークに照射するようにしているので、ワークの温度上昇を防ぎ、精度よく、穿孔加工や切断加工を行える利点がある。

ところで、上記特許文献１に示されるハイブリッドレーザー加工装置では、支持テーブルとして、多数の貫通孔を備えたハニカム状の支持テーブルを用いている。そして、この支持テーブルに、粘着シートに貼り付けたワークを該粘着シートを介して保持するようにしている。

特開２００７－２２２８９７号公報

特許文献１に示される装置における上記支持テーブルとしては、レーザー光が透過する材料のものを使用する必要がある。
例えば、支持テーブルとして、石英製のものとすることができるが、石英は高価であるという難点がある。
また、ハニカム状の支持テーブルを用いた場合、液体ビームが支持テーブルに触れると、液体（水）を跳ね上げ、一緒に小さな加工物を跳ね上げ、位置ずれが生じ、加工不良を招いたり、最悪、紛失したりする不具合がある。また液体が跳ね上げられることによって霧化し、視界不良、作業環境の悪化を招く不具合がある。

本発明は、上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、コストの低減化が図れ、また液体の跳ね上げ、霧化を防止し、精度よくワークの加工が行えるハイブリッドレーザー加工装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明に係るハイブリッドレーザー加工装置は、ワークを保持する保持台と、該保持台上に保持されたワークに向けて、液体ビームを噴射すると共に前記液体ビーム内に導入されたレーザービームを照射する加工ヘッドを有するハイブリッドレーザー加工装置において、前記保持台は、上面側が開口された有底容器の台本体と、該台本体の開口凹部内に収容され、上面に加工すべきワークが保持される、合成樹脂製であって、弾性を有し連続気孔のスポンジ状をなす台座部とを有することを特徴とする。

前記台座部が、比重が０．２～０．３３で、気孔径が０．２～０．４ｍｍのスポンジ状をなすと好適である。
また、前記台座部の厚さを５０～６０ｍｍとすることができる。
前記台座部をポリウレタン樹脂製とすると好適である。

前記台本体に２段の開口凹部を形成し、前記台座部を上段側の第１の開口凹部内に収容し、下段側の第２の開口凹部を、前記液体ビームとして噴出される液体が貯留される貯留槽に形成し、前記台本体の側壁の前記第２の開口凹部の底面よりも高い位置に液抜き孔を設けると好適である。
また、前記台本体の側壁に、前記台本体内の空気を吸引して、前記台座部の表面に負圧吸引力を形成する吸引機構を設けるようにすることができる。
前記台本体の開口凹部底面に設けた支持孔に、前記台座部を貫通してワークの外周の位置決めをする位置決めピンを抜き差し自在に嵌入すると好適である。

本発明によれば、次のような有利な作用効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、コストの低減化が図れ、また液体の跳ね上げ、霧化を防止し、精度よくワークの加工が行えるハイブリッドレーザー加工装置を提供することができる。

ハイブリッドレーザー加工装置の全体の概要を示す説明図である。 保持台の斜視図である。 保持台の断面図である。 ワークの加工例を示す説明図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１はハイブリッドレーザー加工装置１０の全体の概要を示す説明図、図２は保持台１２の斜視図、図３は保持台１２の断面図である。
ハイブリッドレーザー加工装置１０は、ワーク１４を保持する保持台１２と、該保持台１２上に保持したワーク１４に向けて、液体ビームを噴射すると共に液体ビーム内に導入されたレーザービームを照射する加工ヘッド１６を有する。

加工ヘッド１６は公知のものでよいので、以下簡単に説明する。
符号１８はレーザー発振器１８であり、レーザー発振器１８から放出されるレーザー光は集光レンズ２０で集光されてレーザービームとして加工ヘッド１６に入射される。
符号２２は液体供給装置であり、図示しない加圧ポンプを備え、高圧液体（水）を加工ヘッド１６に供給する。
加工ヘッド１６内には、液体供給装置２２から供給される液体を、例えば、ビーム径が５０μｍ程度の液体ビームに絞るノズル（図示せず）を備える。液体ビームのビーム径は、１０μｍ～７０μｍ程度の径に調整可能になっている。また液体ビームの圧力は、２０ＭＰａ～５０ＭＰａ程度が好適である。

加工ヘッド１６に入射されたレーザービームは、上記ノズルに導入され、液体ビーム内に導入される。
液体ビーム内に導入されたレーザービームは、液体ビームが恰も光ファイバーのような作用をすることから、液体ビーム外に漏出することなく、液体ビームと共に、ワーク１４に向けて照射、噴出される。
なお、レーザー光は特に限定されることはないが、ＹＡＧレーザー、グリーンレーザー等を好適に用いることができる。
加工ヘッド１６は、ＸＹ駆動装置（図示せず）により水平面内で任意の方向に移動可能となっている。

レーザー単独のドライレーザーの場合は、加工すべきワークにレーザー光の焦点を合わせる必要があるが、液体ビームにレーザービームが導入され、該液体ビームにレーザービームがガイドされるハイブリッド式のレーザー加工の場合は、レーザービームが拡散しにくいことから、焦点震度を気にする必要がなく、深いところまでレーザービームが届くので、精度のよい穿孔加工や切断加工が行える。また、ワークを液体により冷却しつつ加工することから、熱による歪が極力抑えられ、また切り口が盛り上がることなく、精度のよい加工が行える。

次に、保持台１２は、上面側が開口された有底筒状をなす有底容器の台本体２４と、該台本体２４の開口凹部内に収容され、上面に加工すべきワーク１４が保持される、合成樹脂製であって、弾性を有し連続気孔のスポンジ状をなす台座部２６とを有する。
保持台１２は支持台２８上に載置されている。
なお、加工ヘッド１６に替えて、支持台２８をＸＹ駆動装置に構成して、保持台１２側を水平面内で任意の方向に移動可能に構成してもよい。

台座部２６は、発泡ポリウレタン樹脂製のものを好適に用いることができる。あるいは台座部２６をＰＶＡ製のものとすることもできる。
台座部２６は、比重が０．２～０．３３で、気孔径が０．２～０．４ｍｍのスポンジ状とするのが好適である。このように、台座部２６を、比重が０．２～０．３３のスポンジ状とすることにより、柔軟性を有し、かつ弾性を有するものとすることができる。

また、台座部２６を、気孔径が０．２～０．４ｍｍの比較的大きな連続気孔のスポンジ状とすることによって、加工ヘッド１６から噴射される液体ビームを通過させることができ、また、加工ヘッドから照射されるレーザービームも透過させることができる。また、台座部２６は、その気孔内に水を保持することができ、これによりレーザービームが照射されても燃えてしまうことがない。
前記のように、液体ビームおよびレーザービームが比較的深いところまで届くことから、台座部２６の厚さは５０～６０ｍｍとすることが好ましい。

台本体２４には、２段の開口凹部が形成され、前記スポンジ状をなす台座部２６が上段側の第１の開口凹部３０ａ内に収容され、下段側の第２の開口凹部３０ｂが、液体ビームとして噴出される液体が貯留される貯留槽に形成されている。台本体２４の側壁の第２の開口凹部３０ｂの底面よりも高い位置に液抜き孔３２が形成されている。

液抜き孔３２が形成されていることによって、加工ヘッド１６から噴射される液体ビームの液体は、第２の開口凹部３０ｂ内に所要量貯留されるが、大部分の液体はワークの加工残渣と共に液抜き孔３２から外部へ自然排出される。
上記のように、台座部２６を厚さが５０～６０ｍｍ程度の厚いものにすること、および、貯留槽となる第２の開口凹部３０ｂ内に液体が所要量貯留されることにより、レーザービームが拡散、吸収され、レーザービームにより台本体２４が損傷されるのを防止できる。

台本体２４の側壁に、台本体２４内の空気を吸引して、台座部２６表面に負圧吸引力を形成する吸引機構（図示せず）が接続されている。符号３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄは、その吸引機構からの吸引パイプが接続される継手である。
吸引機構によって、台座部２６表面に均等に負圧吸引力が形成されるから、台座部２６上に載置されたワーク１４がその負圧吸引力によって台座部２６表面に良好に保持される。また、ワーク１４が、複数の個片に切断分離された場合にも、切断された各個片が台座部２６表面に吸引保持され、液体ビームにより跳ね飛ばされることはない。
なお、台座部２６自体が、保水機能を備えているので、ワーク１４は、台座部２６に保持される液体の表面張力によっても台座部２６上に保持可能であるので、上記吸引機構は必ずしも設けなくともよい。

符号３６は保持台１２の台座部２６上に保持されるワーク１４の位置決めをする位置決めピンである。
位置決めピン３６は、予め台座部２６の所要位置に設けられている貫通孔を貫通して、第２の開口凹部３０ｂの底面に設けられている支持孔（図示せず）にその下端部が抜き差し自在に嵌入されることにより、固定して使用される。
図２および図３には複数の位置決めピン３６が図示されているが、保持すべきワーク１４の大きさによって、適宜選択して用いられる。位置決めピン３６は、ワーク１４の外周（ノッチ部やオリエンテーションフラットも含む）に当接するように固定され、これにより、ワーク１４の位置決めをする。

台座部２６の周縁部および中心部には、貫通孔３８が設けられている。この各貫通孔３８内に位置して、頭部が台座部２６の表面に突出しない高さの支持ピン（図示せず）が第２の開口凹部３０ｂの底面に固定されている。
各支持ピンは一定の高さを有していて、ワーク１４を水平に支持するようになっている。すなわち、台座部２６上に載置されたワーク１４が、吸引機構により台座部２６に負圧吸引力が作用して、台座部２６に吸引され、台座部２６内に沈み込む際に、ワーク１４に当接して、ワーク１４を水平に維持するように作用する。
なお、台座部２６が所要の硬さを有している場合には、ワーク１４がほとんど台座部２６内に沈み込まず、台座部２６の表面によって水平に維持されるので、上記支持ピンは必ずしも設けなくともよい。

本実施の形態に係るハイブリッドレーザー加工装置１０は上記のように構成されている。
ワーク１４の加工は次のようにしてなされる。
まず、位置決めピン３６を用いて、ワーク１４を台座部２６の所定位置に位置決めして載置、保持する。
次いで、加工ヘッド１６より、台座部２６上に保持されているワーク１４に向けて、液体ビームを噴射すると共にレーザービームを照射する。

また、液体ビームの噴射とレーザービームの照射と同時に、加工ヘッド１６、もしくは支持台２８、従って保持台１２を、駆動装置（図示せず）により水平面内で任意の方向に移動することによって、ワーク１４に、所要の穿孔加工、あるいは切断加工を施すことができる。
この一連の動作は、制御部（図示せず）により、所要のプログラムに従って行うことができる。

上記のように、台座部２６を、比重が０．２～０．３３で、気孔径が０．２～０．４ｍｍのスポンジ状のものとすることにより、柔軟性を有し、かつ弾性を有するものとすることができ、これにより、液体ビームが跳ね返されることがなく、ワークの位置ずれを防止でき、ワークの精密な加工ができる。また液体ビームが跳ね返されることがないので、霧化を防止でき、視野が良好で、好適な作業環境とすることができる。

また、台座部２６を、気孔径が０．２～０．４ｍｍの比較的大きな連続気孔のスポンジ状とすることによって、加工ヘッド１６から噴射される液体ビームを通過させることができ、また、加工ヘッドから照射されるレーザービームも透過させることができ、ワーク１４に所要の加工を施すことができる。また、台座部２６は、その気孔内に水を保持することができ、これによりレーザービームが照射されても燃えてしまうことがない。
台座部２６は、合成樹脂製の安価なものとすることができ、コストの低減が図れる。

図４は、ワーク１４の切断加工例を示す。
大口径（例えば２００ｍｍ）ウェーハ１４ａから小口径（例えば１２．５ｍｍ：１／２インチ）のウェーハ１４ｂを多数切り出す加工を行った。
まず、大口径ウェーハ１４ａを保持台１２の台座部２６上に上記のように位置決めピン３６を用いて位置決めして保持した。また、吸引機構（図示せず）を作動して、大口径ウェーハ１４ａを、台座部２６の表面に吸着するようにした。
なお、４２はノッチ部である。

次いで、加工ヘッド１６より、台座部２６上に保持されている大口径ワーク１４ａに向けて、液体ビームを噴射すると共にレーザービームを照射し、またこれと同時に、加工ヘッド１６を、駆動装置（図示せず）により水平面内で任意の方向に移動することによって、大口径ワーク１４ａに、所要の加工を行った。

本実施の形態では、小口径ウェーハ１４ｂに切り出す前に、図４の破線で示すように、まず、大口径ウェーハ１４ａに、得るべき小口径ウェーハ１４ｂの所要位置となるように、直線溝状のオリフラ線（オリエンテーションフラット）４０の加工を行った。
図４における実線は切り出す小口径ウェーハ１４ｂの仮想位置を示している。
オリフラ線４０は、図４に示すように、大口径ウェーハ１４ａにおいて、小口径ウェーハ１４ｂの切出位置が特定の方向に列をなし、各列の各小口径ウェーハ１４ｂを横切るようにして、各列ごとに一括して形成した。すなわち、加工ヘッド１６を、列方向に走行させて、各列ごとにオリフラ線４０を一括して形成した。

オリフラ線４０を形成した後、加工ヘッド１６を駆動して、大口径ウェーハ１４ａから小口径ウェーハ１４ｂを切り出すようにした。小口径ウェーハ１４ｂは円形に切り出した。
小口径ウェーハ１４ｂは、個片に切断されるが、吸引機構によって台座部２６表面上に吸着保持されるので、切り出される個片が位置ずれすることなく保持され、これにより精度よく切断加工することができた。

１０ ハイブリッドレーザー加工装置、１２ 保持台、１４ ワーク、１６ 加工ヘッド、１８ レーザー発振器、２０ 集光レンズ、２２ 液体供給装置、２４ 台本体、２６ 台座部、２８ 支持台、３０ａ 第１の開口凹部、３０ｂ 第２の 開口凹部、３２ 液抜き孔、３４ａ～３４ｄ 継手、３６ 位置決めピン、３８ 貫通孔、４０ オリフラ線、４２ ノッチ部

Claims (7)

1. ワークを保持する保持台と、該保持台上に保持されたワークに向けて、液体ビームを噴射すると共に前記液体ビーム内に導入されたレーザービームを照射する加工ヘッドを有するハイブリッドレーザー加工装置において、
   前記保持台は、
   上面側が開口された有底容器の台本体と、
   該台本体の開口凹部内に収容され、上面に加工すべきワークが保持される、合成樹脂製であって、弾性を有し連続気孔のスポンジ状をなす台座部とを有し、
   前記台座部の厚さが５０～６０ｍｍであることを特徴とするハイブリッドレーザー加工装置。
2. ワークを保持する保持台と、該保持台上に保持されたワークに向けて、液体ビームを噴射すると共に前記液体ビーム内に導入されたレーザービームを照射する加工ヘッドを有するハイブリッドレーザー加工装置において、
   前記保持台は、
   上面側が開口された有底容器の台本体と、
   該台本体の開口凹部内に収容され、上面に加工すべきワークが保持される、合成樹脂製であって、弾性を有し連続気孔のスポンジ状をなす台座部とを有し、
   前記台本体の開口凹部底面に設けた支持孔に、前記台座部を貫通してワークの外周の位置決めをする位置決めピンを抜き差し自在に嵌入されていることを特徴とするハイブリッドレーザー加工装置。
3. ワークを保持する保持台と、該保持台上に保持されたワークに向けて、液体ビームを噴射すると共に前記液体ビーム内に導入されたレーザービームを照射する加工ヘッドを有するハイブリッドレーザー加工装置において、
   前記保持台は、
   上面側が開口された有底容器の台本体と、
   該台本体の開口凹部内に収容され、上面に加工すべきワークが保持される、合成樹脂製であって、弾性を有し連続気孔のスポンジ状をなす台座部とを有し、
   前記台座部の厚さが５０～６０ｍｍであり、
   前記台本体の開口凹部底面に設けた支持孔に、前記台座部を貫通してワークの外周の位置決めをする位置決めピンを抜き差し自在に嵌入されていることを特徴とするハイブリッドレーザー加工装置。
4. 前記台座部が、比重が０．２～０．３３で、気孔径が０．２～０．４ｍｍのスポンジ状をなすことを特徴とする請求項１～３いずれか１項記載のハイブリッドレーザー加工装置。
5. 前記台座部がポリウレタン樹脂製であることを特徴とする請求項１～４いずれか１項記載のハイブリッドレーザー加工装置。
6. 前記台本体に２段の開口凹部が形成され、前記台座部が上段側の第１の開口凹部内に収容され、下段側の第２の開口凹部が、前記液体ビームとして噴出される液体が貯留される貯留槽に形成され、前記台本体の側壁の前記第２の開口凹部の底面よりも高い位置に液抜き孔が形成されていることを特徴とする請求項１～５いずれか１項記載のハイブリッドレーザー加工装置。
7. 前記台本体の側壁に、前記台本体内の空気を吸引して、前記台座部の表面に負圧吸引力を形成する吸引機構を有することを特徴とする請求項１～６いずれか１項記載のハイブリッドレーザー加工装置。

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