KR102515688B1 - 레이저 가공 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 본 발명의 과제는, 판상의 피가공물에 대하여 레이저 광선을 조사하여 가공할 때에, 피가공물에 대한 레이저 광선의 조사가 방해받지 않는 레이저 가공 장치를 제공하는 것에 있다.
(해결 수단) 레이저 가공 장치의 유지 유닛 (30) 의 상부에 배치 형성된 액체 공급 기구 (40) 는, 유지 테이블 (32) 에 유지된 피가공물 (10) 의 상면과의 사이에 간극 (S) 을 형성하여 위치되는 원판상의 투명판 (42) 을 갖는 액체 챔버 (41) 와, 액체 챔버 (41) 의 일방으로부터 간극 (S) 에 액체 (W) 를 공급하는 액체 공급 노즐 (43) 과, 액체 챔버 (41) 의 타방으로부터 액체 (W) 를 배출하는 액체 배출 노즐 (44) 과, 원판상의 투명판 (42) 을 회전시켜 간극 (S) 에 공급되는 액체 (W) 에 유속을 생성하는 회전 기구 (M) 를 포함한다. 레이저 광선 조사 유닛 (6) 은, 레이저 광선 (LB) 을 출사하는 레이저 발진기 (82) 와, 레이저 발진기 (82) 로부터 출사된 레이저 광선 (LB) 을 집광하여 투명판 (42) 과 간극 (S) 에 공급된 액체 (W) 를 투과시켜서 유지 테이블 (32) 에 유지된 피가공물 (10) 에 조사하는 집광기 (86) 를 포함한다.

Description

레이저 가공 장치{LASER MACHINING APPARATUS}
본 발명은 판상의 피가공물에 레이저 광선을 조사하여 가공하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
IC, LSI 등의 복수의 디바이스가 분할 예정 라인에 의해 구획되어 표면에 형성된 웨이퍼는, 레이저 가공 장치에 의해 개개의 디바이스 칩으로 분할되고, 분할된 디바이스 칩은 휴대 전화, 퍼스널 컴퓨터, 조명 기기 등의 전기 기기에 이용된다.
레이저 가공 장치는, 피가공물에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을, 피가공물의 표면에 위치하게 하여 조사하는 어블레이션 가공에 의해 분할의 기점이 되는 홈을 형성하는 타입의 것 (예를 들어, 특허문헌 1 을 참조), 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을, 피가공물의 내부에 위치하게 하고 조사하여, 피가공물의 내부에 분할의 기점이 되는 개질층을 형성하는 타입의 것 (예를 들어, 특허문헌 2 를 참조), 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔의 집광점을, 피가공물의 내부에 위치하게 하고 조사하여, 피가공물의 표면에서부터 이면에 이르러, 분할의 기점이 되는 세공과 그 세공을 둘러싸는 비정질 영역으로 이루어지는 복수의 실드 터널을 형성하는 타입의 것 (예를 들어, 특허문헌 3 을 참조) 이 존재하며, 피가공물의 종류, 가공 정밀도 등에 따라서 레이저 가공 장치가 적절히 선택된다.
상기한 레이저 가공 장치 중에서 특히 어블레이션 가공을 실시하는 타입에 있어서는, 웨이퍼의 표면에 레이저 광선을 조사했을 때에 생기는 데브리 (레이저 가공 찌꺼기) 가, 웨이퍼에 형성된 디바이스의 표면으로 비산하여 부착되어, 디바이스의 품질을 저하시킬 우려가 있는 점에서, 레이저 가공을 실시하기 전에, 웨이퍼의 표면에, 가공에 사용하는 레이저 광선을 투과시키는 액상 수지를 피복하여 데브리의 부착을 방지하고, 레이저 가공을 실시한 후에, 그 액상 수지를 제거하는 것이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 4 를 참조).
일본 공개특허공보 평10-305420호 일본 특허공보 제3408805호 일본 공개특허공보 2014-221483호 일본 공개특허공보 2004-188475호
특허문헌 4 에 기재된 기술에 의하면, 액상 수지가 피복되어 있음으로써, 디바이스의 표면에 데브리가 부착되는 것을 방지할 수 있어, 가공 품질은 확보된다. 그러나, 액상 수지를 도포하는 공정, 가공 후에 액상 수지를 제거하는 공정이 필요하여, 생산성에 문제가 있다. 나아가, 액상 수지는 반복 이용할 수 없기 때문에, 비경제적이라는 문제도 있다.
또, 웨이퍼를 수몰시킨 상태로 레이저 광선을 조사하여 데브리를 물에 부유시킴으로써 웨이퍼의 표면에 부착되는 것을 방지하는 기술도 제안되어 있다. 그러나, 웨이퍼가 수몰된 상태로 웨이퍼에 대하여 레이저 광선을 조사하는 경우, 웨이퍼의 레이저 광선이 조사된 부위로부터 미세한 기포가 발생하기 때문에, 이 기포에 의해 레이저 광선의 진행이 방해받아, 원하는 가공을 할 수 없다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 판상의 피가공물에 대하여 레이저 광선을 조사하여 가공할 때에, 피가공물에 대한 레이저 광선의 조사가 방해받지 않는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 레이저 가공 장치로서, 판상의 피가공물을 유지하는 유지 테이블을 구비한 유지 유닛과, 그 유지 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하여 가공을 실시하는 레이저 광선 조사 유닛과, 그 유지 유닛의 상부에 배치 형성된 액체 공급 기구를 구비하고, 그 액체 공급 기구는, 그 유지 테이블에 유지된 피가공물의 상면과의 사이에 간극을 형성하여 위치되는 원판상의 투명판을 갖는 액체 챔버와, 그 액체 챔버의 일방으로부터 그 간극에 액체를 공급하는 액체 공급 노즐과, 그 액체 챔버의 타방으로부터 액체를 배출하는 액체 배출 노즐과, 그 원판상의 투명판을 회전시켜 그 간극에 공급되는 액체에 유속을 생성하는 회전 기구를 포함하고, 그 레이저 광선 조사 유닛은, 레이저 광선을 출사하는 레이저 발진기와, 그 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 광선을 집광하여 그 투명판과 그 간극에 공급된 액체를 투과시켜서 그 유지 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기를 포함하는 레이저 가공 장치가 제공된다.
바람직하게는, 그 레이저 광선 조사 유닛은, 그 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 광선을 분산시키는 분산 수단을 추가로 포함한다.
본 발명에 의하면, 피가공물에 대한 레이저 광선의 조사가 방해받지 않는 레이저 가공 장치가 제공된다. 또, 본 발명을, 어블레이션 가공을 실시하는 레이저 가공 장치에 적용한 경우에는, 웨이퍼의 표면에 액상 수지를 피복하지 않아도, 레이저 가공시에 발생하는 데브리가 디바이스에 부착되는 것을 억제할 수 있어, 디바이스의 가공 품질이 저하되는 것을 방지한다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2 는 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치의 액체 공급 기구를 구성하는 액체 챔버, 및 유지 유닛의 일부 분해 사시도이다.
도 3 은 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치의 액체 공급 기구, 및 유지 유닛의 사시도이다.
도 4 는 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치의 레이저 광선 조사 유닛의 사시도이다.
도 5 는 도 4 에 나타내는 레이저 광선 조사 유닛의 분해 사시도이다.
도 6 은 도 4 에 나타내는 레이저 광선 조사 유닛의 광학계의 개략을 나타내는 블록도이다.
도 7 은 도 5 에 나타내는 레이저 광선 조사 유닛에 의해 레이저 가공이 실시되는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 8 은 도 7 에 나타내는 레이저 가공이 실시되는 상태를 설명하기 위한 레이저 광선 조사 유닛의 측면도이다.
이하, 본 발명에 기초하는 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치에 대해, 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1 에는, 본 실시형태의 레이저 가공 장치 (2) 의 사시도가 나타나 있다. 레이저 가공 장치 (2) 는, 기대 (基臺) (21) 와, 기대 (21) 상에 배치되는 피가공물을 유지하는 유지 유닛 (30) 과, 기대 (21) 상의 유지 유닛 (30) 의 측방에 화살표 Z 로 나타내는 Z 방향으로 기립하여 형성되는 수직벽부 (221), 및 수직벽부 (221) 의 상단부에서부터 수평 방향으로 연장되는 수평벽부 (222) 로 이루어지는 프레임체 (22) 와, 유지 유닛 (30) 에 배치 형성되는 액체 공급 기구 (40) 와, 수평벽부 (222) 의 하면에 배치 형성되는 레이저 광선 조사 유닛 (6) 을 구비하고 있다.
도 2 는, 유지 유닛 (30), 액체 공급 기구 (40) 를 구성하는 액체 챔버 (41), 액체 공급 노즐 (43), 및 액체 배출 노즐 (44) 의 각 구성을 분해하여 나타내는 분해도이고, 각 구성에 대해, 이하에 설명한다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 유지 유닛 (30) 은, 기대 (21) 상에 고정되는 직방체상의 유지 기대 (31) 와, 유지 기대 (31) 의 상면 (31a) 에 배치 형성되는 원형의 유지 테이블 (32) 을 구비한다. 유지 테이블 (32) 은, 도시하지 않은 회동 (回動) 기구에 의해 회전하는 것이 가능하도록 구성되어 있다. 유지 테이블 (32) 의 중앙 영역은, 통기성을 갖는 재질, 예를 들어 포러스 세라믹스에 의해 구성되는 원형의 흡착 척 (32a) 으로 이루어진다. 흡착 척 (32a) 은, 도시하지 않은 흡인원에 접속되어, 흡착 척 (32a) 에 재치 (載置) 되는 판상의 피가공물을 흡인 유지한다.
유지 유닛 (30) 의 상부에는, 도면에 나타내는 액체 공급 기구 (40) 가 배치 형성된다. 즉, 유지 기대 (31) 의 상면 (31a) 에는, 액체 챔버 (41) 가 재치되어 고정된다. 액체 챔버 (41) 는, 프레임 기부 (41a) 와, 프레임 기부 (41a) 에 연결되는 コ 자상의 프레임 (41b) 과, 원판상의 투명판 (42) 으로 이루어진다. 프레임 기부 (41a) 는, 프레임 (41b) 에 대해, 투명판 (42) 의 두께만큼 두께 치수가 크게 형성되어 있다. 프레임 기부 (41a) 의 내측면 (411) 은, 평면에서 보아 투명판 (42) 의 원호를 따른 형상을 이루고 있으며, 투명판 (42) 이 위치됨으로써, 프레임 기부 (41a) 및 프레임 (41b) 에 의해 형성되는 공간 (41e) 의 상방을 폐색한다. 프레임 (41b) 가운데, 화살표 Y 로 나타내는 Y 축 방향으로 위치되어 대향하는 2 개의 측면 중 일방에는, 공간 (41e) 과 외부를 연통하는 액체 공급구 (41c) 가 배치 형성되고, 타방의 측면에는, 공간 (41e) 과 외부를 연통하는 액체 배출구 (41d) 가 배치 형성되어 있다. 액체 공급구 (41c) 및 액체 배출구 (41d) 는, 배치 형성된 각 측면에 있어서, 수평 방향으로 연장됨과 함께, 흡착 척 (32a) 의 직경보다 긴 치수로 형성된다.
프레임 (41b) 의 액체 공급구 (41c) 가 배치 형성된 측면에는, 액체 공급 노즐 (43) 이 연결된다. 또, 프레임 (41b) 의 액체 배출구 (41d) 가 배치 형성된 측면에는, 액체를 배출하기 위한 액체 배출 노즐 (44) 이 연결된다. 액체 공급 노즐 (43) 및 액체 배출 노즐 (44) 의 두께는, 상기한 프레임 (41b) 의 두께와 대략 동일해지도록 형성되어 있다.
액체 공급 노즐 (43) 에는, 액체가 공급되는 공급구 (43a) 와, 공급구 (43a) 로부터 공급된 액체가 통과하는 통로 (43b) 와, 통로 (43b) 를 통과한 액체가 배출되는 배출구 (43c) 가 구비된다. 도면에서 점선으로 나타내는 바와 같이, 공급구 (43a) 는, 액체 공급 노즐 (43) 의 하면에 배치 형성되고, 통로 (43b) 는, 액체 공급 노즐 (43) 내부에 형성되고, 배출구 (43c) 는, 액체 챔버 (41) 의 액체 공급구 (41c) 와 대향하는 위치에 액체 공급구 (41c) 와 동일 형상으로 형성된다. 액체 챔버 (41) 에 대해 액체 공급 노즐 (43) 을 연결함으로써, 액체 공급 노즐 (43) 의 배출구 (43c) 와, 액체 챔버 (41) 의 액체 공급구 (41c) 가 일치되어져, 액체 공급 노즐 (43) 의 공급구 (43a) 와 액체 챔버 (41) 의 공간 (41e) 이 연통된 상태가 된다.
액체 배출 노즐 (44) 은, 액체 공급 노즐 (43) 과 동일 형상으로 구성되고, 액체 배출 노즐 (44) 에는, 액체가 공급되는 공급구 (44c) 와, 공급구 (44c) 로부터 공급된 액체가 통과하는 통로 (44b) 와, 통로 (44b) 를 통과한 액체가 배출되는 배출구 (44a) 가 구비된다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 액체 배출 노즐 (44) 의 공급구 (44c) 는, 액체 챔버 (41) 의 액체 배출구 (41d) 와 대향하는 위치에, 액체 챔버 (41) 의 액체 배출구 (41d) 와 동일 형상으로 형성된다. 통로 (44b) 는 액체 배출 노즐 (44) 의 내부에 형성되고, 배출구 (44a) 는, 액체 챔버 (41) 의 하면에 배치 형성되어 있다. 액체 챔버 (41) 에 대해 액체 공급 노즐 (43), 및 액체 배출 노즐 (44) 을 연결함으로써, 액체 챔버 (41) 의 공간 (41e) 을 개재하여, 액체 공급 노즐 (43) 의 공급구 (43a) 와 액체 배출 노즐 (44) 의 배출구 (44a) 가 연통된 상태가 된다.
액체 챔버 (41) 의 하면 가장자리부에는, 전체 둘레에 걸쳐 패킹이 배치 형성되어 있고 (도시는 생략한다), 유지 기대 (31) 의 상면 (31a) 에 액체 챔버 (41) 를 재치하고, 투명판 (42) 에 의해 닫힌 상태로 함으로써, 유지 테이블 (32) 상에 대략 밀폐된 간극이 형성된다.
투명판 (42) 은, 상기한 바와 같이 원판상을 이루고 있고, 그 중심에 투명판 (42) 을 회전시키는 회전 기구 (모터 (M)) 의 회전축이 고정되어 있다. 모터 (M) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 프레임체 (22) 의 수평벽부 (222) 에 배치 형성되어 있다. 모터 (M) 가 회전함으로써, 투명판 (42) 이 액체 챔버 (41) 를 상방으로부터 폐색한 상태로, 투명판 (42) 이 화살표 R1 로 나타내는 방향으로 회전된다. 또한, 투명판 (42) 은, 피가공물을 유지 테이블 (32) 상에 재치하거나, 유지 테이블 (32) 로부터 꺼내거나 할 때에는, 모터 (M) 와 함께 바깥쪽으로 (도 1 에 화살표 A 로 나타내는 방향) 이동시켜 액체 챔버 (41) 상을 개방할 수 있도록 구성되어 있다. 투명판 (42) 은, 예를 들어, 유리판에 의해 형성된다.
또한, 도 3 을 참조하면서, 액체 공급 기구 (40), 및 액체 공급 기구 (40) 의 주변 구성에 대하여 설명한다. 도 3 에서는, 유지 테이블 (32) 에, 판상의 피가공물로서 디바이스가 표면에 형성된 웨이퍼 (10) 를 흡인 유지한 상태를 나타내고 있다. 도 3 의 상방에, 웨이퍼 (10) 및 투명판 (42) 의 일부를 확대한 개략 단면도로서 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 (10) 와 투명판 (42) 의 사이에는, 0.5 ㎜ ∼ 2.0 ㎜ 정도의 간극 (S) 이 형성된다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치 (2) 는, 액체 공급 기구 (40) 내에 액체가 항상 공급되도록, 액체 공급 펌프 (45), 여과 필터 (46), 및 액체 저류 탱크 (47) 를 구비하고 있다. 액체 저류 탱크 (47) 는, 여과 필터 (46) 에 배치 형성되어 있다. 액체 공급 펌프 (45) 와 액체 공급 노즐 (43) 은, 제 1 호스 (48a) 에 의해 접속되고, 액체 배출 노즐 (44) 과 여과 필터 (46) 는, 제 2 호스 (48b) 에 의해 접속되고, 여과 필터 (46) 와 액체 공급 펌프 (45) 는, 제 3 호스 (48c) 에 의해 접속된다. 각 호스 (48a ∼ 48c) 는, 수지제의 플렉시블 호스로 형성되어 있다.
상기한 구성에 의해, 액체 공급 펌프 (45) 로부터 토출된 액체 (W) 는, 제 1 호스 (48a), 및 액체 공급 노즐 (43) 을 통해서 액체 챔버 (41) 에 공급되고, 액체 챔버 (41) 에 공급된 액체 (W) 는, 액체 배출 노즐 (44) 을 통과하여 배출된다. 이 때, 투명판 (42) 은, 모터 (M) 에 의해 화살표 R1 로 나타내는 방향으로 회전된다. 모터 (M) 는, 액체 챔버 (41) 를 통과하는 액체 (W) 에 대해 투명판 (42) 을 회전시켜 유속을 생성하는 회전 기구를 구성한다. 그리고, 액체 배출 노즐 (44) 로부터 배출된 액체 (W) 는, 여과 필터 (46) 로 유도되어 여과되고, 액체 공급 펌프 (45) 로 되돌아간다. 본 실시형태의 액체 공급 기구 (40) 에 있어서는, 액체 챔버 (41) 의 프레임 기부 (41a) 및 프레임 (41b) 과, 유지 기대 (31) 의 상면 (31a) 과의 간극이나, 프레임 기부 (41a) 및 프레임 (41b) 과 투명판 (42) 과의 간극 등으로부터 서서히 액체 (W) 가 누출되는 것이 허용되는데, 누출된 액체 (W) 를 기대 (21) 상에서 회수하여, 여과 필터 (46) 로 환류시키도록 해도 된다. 또, 상기한 누출에 의해 액체 (W) 가 감소하는 경우에는, 액체 저류 탱크 (47) 로부터 적절히 보충하면 된다. 또한, 액체 저류 탱크 (47) 는, 여과 필터 (46) 에 직접 부착되어 있고, 여과 필터 (46) 로 유도된 액체 (W) 에 포함되는 기포를 배출하는 기능도 구비하고 있다.
이상과 같은 구성에 의해, 액체 (W) 는, 액체 공급 기구 (40), 액체 공급 펌프 (45), 여과 필터 (46), 및 액체 저류 탱크 (47) 에 있어서 순환된다. 액체 챔버 (41) 를 흐르는 액체 (W) 의 유속은, 투명판 (42) 을 회전시키는 속도나 액체 공급 펌프 (45) 의 압송 효율을 조정하거나, 액체 챔버 (41) 의 용적을 변경하거나, 액체 공급구 (41c), 및 액체 배출구 (41d) 의 개구 면적을 조정하거나 함으로써 조정할 수 있으며, 소정의 유속이 되도록 조정되고 있다.
다음으로, 도 1, 도 4 및 도 5 를 참조하면서, 레이저 광선 조사 유닛 (6) 에 대해 설명한다. 또한, 도 5 는, 도 4 에 나타내는 레이저 광선 조사 유닛 (6) 의 분해 사시도이다.
레이저 광선 조사 유닛 (6) 은, 프레임체 (22) 의 수평벽부 (222) 의 하면에 도시하지 않은 고정 수단에 의해 고정되는 안내판 (60) 과, 안내판 (60) 에 Y 축 방향에 있어서 자유롭게 이동할 수 있도록 지지된 Y 축 방향 가동 부재 (62) 와, Y 축 방향 가동 부재 (62) 를 Y 축 방향으로 이동시키는 Y 축 방향 이동 기구 (64) 를 포함한다. 안내판 (60) 의 X 축 방향 양단 하부에는, Y 축 방향으로 연장되는 1 쌍의 안내 레일 (60a) 이 형성되어 있다. 도 4, 및 도 5 에 나타내는 바와 같이, Y 축 방향 가동 부재 (62) 는, X 축 방향으로 간격을 두고 배치된 1 쌍의 피안내부 (66) 와, 피안내부 (66) 의 하단 사이에 가로질러서 걸쳐지고 X 축 방향으로 연장되는 장착부 (68) 를 갖는다. 각 피안내부 (66) 의 상부에는, Y 축 방향으로 연장되는 피안내 레일 (66a) 이 형성되어 있다. 피안내부 (66) 의 피안내 레일 (66a) 과 안내판 (60) 의 안내 레일 (60a) 이 걸어맞춰짐으로써, Y 축 방향 가동 부재 (62) 는, Y 축 방향으로 자유롭게 이동할 수 있도록 안내판 (60) 에 지지된다. 또, 장착부 (68) 의 Y 축 방향 양단 하부에는, X 축 방향으로 연장되는 1 쌍의 안내 레일 (68a) 이 형성되어 있다. Y 축 방향 이동 기구 (64) 는, 안내판 (60) 의 하방에 있어서 Y 축 방향으로 연장되는 볼 나사 (70) 와, 볼 나사 (70) 의 편단부 (片端部) 에 연결된 모터 (72) 를 갖는다. 볼 나사 (70) 의 도어형 형상의 너트부 (70a) 는, 장착부 (68) 의 상면에 고정되어 있다. 볼 나사 (70) 의 모터 (72) 가 연결되지 않는 다른 일방의 편단부는, 너트부 (70a) 에 나사 결합된 후, 안내판 (60) 의 전방 가장자리부에 형성된 지지편부 (60b) 에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지된다. 그리고, Y 축 방향 이동 기구 (64) 는, 볼 나사 (70) 에 의해 모터 (72) 의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 Y 축 방향 가동 부재 (62) 에 전달하고, 안내판 (60) 의 안내 레일 (60a) 을 따라서 Y 축 방향 가동 부재 (62) 를 Y 축 방향으로 이동시킨다.
도 5 를 참조하면서, 레이저 광선 조사 유닛 (6) 의 설명을 계속한다. 레이저 광선 조사 유닛 (6) 은, 또한 X 축 방향으로 자유롭게 이동할 수 있도록 Y 축 방향 가동 부재 (62) 의 장착부 (68) 에 장착된 X 축 방향 가동판 (74) 과, X 축 방향 가동판 (74) 을 X 축 방향으로 이동시키는 X 축 방향 이동 기구 (76) 를 포함한다. X 축 방향 가동판 (74) 의 Y 축 방향 양 단부와 장착부 (68) 의 안내 레일 (68a) 이 걸어맞춰짐으로써, X 축 방향 가동판 (74) 은 X 축 방향으로 자유롭게 이동할 수 있도록 장착부 (68) 에 장착된다. X 축 방향 이동 기구 (76) 는, 장착부 (68) 의 상방에 있어서, X 축 방향으로 연장되는 볼 나사 (78) 와, 볼 나사 (78) 의 편단부에 연결되고 일방의 피안내부 (66) 에 지지된 모터 (80) 를 갖는다. 볼 나사 (78) 의 너트부 (78a) 는, 장착부 (68) 의 개구 (68b) 를 통과하여 X 축 방향 가동판 (74) 의 상면에 고정된다. 볼 나사 (78) 의 모터 (80) 가 연결되지 않은 다른 일방의 편단부는, 모터 (80) 가 고정되지 않은 타방의 피안내부 (66) 에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지된다. 그리고, X 축 방향 이동 기구 (76) 는, 볼 나사 (78) 에 의해 모터 (80) 의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 X 축 방향 가동판 (74) 에 전달하고, 장착부 (68) 의 안내 레일 (68a) 을 따라서 X 축 방향 가동판 (74) 을 X 방향으로 이동시킨다.
그리고, 도 5 ∼ 도 8 을 참조하면서, 레이저 광선 조사 유닛 (6) 의 광학계의 구성에 대하여 설명한다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 레이저 광선 조사 유닛 (6) 은, 프레임체 (22) 의 수평벽부 (222) 에 내장되어 펄스 레이저를 발진하는 레이저 발진기 (82) 와, 레이저 발진기 (82) 로부터 출사된 레이저 광선 (LB) 의 출력을 조정하는 어테뉴에이터 (도시는 생략한다) 와, 레이저 발진기 (82) 와 Y 축 방향으로 간격을 두고 Y 축 방향 가동 부재 (62) 의 장착부 (68) 의 하면에 장착된 직각 프리즘 미러 (84) 와, X 축 방향 가동판 (74) 의 하면에 Z 축 방향으로 자유롭게 이동할 수 있도록 장착된 집광기 (86) 와, 집광기 (86) 를 Z 축 방향으로 이동시켜 집광기 (86) 의 집광점의 Z 축 방향을 조정하는 집광점 위치 조정 수단 (도시는 생략한다) 을 포함한다. 레이저 발진기 (82) 는, 예를 들어, 피가공물에 대하여 흡수성을 갖는 파장 (예를 들어, 355 ㎚) 의 레이저를 발진하도록 되어 있다. 도 6 에 나타내는 바와 같이, 레이저 발진기 (82) 로부터 Y 축 방향으로 출사된 레이저 광선 (LB) 은, 직각 프리즘 미러 (84) 에 의해 90 도 진행 방향이 변환되어, 집광기 (86) 로 유도된다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 집광기 (86) 의 상부 하우징 (86a) 의 내부에는, 레이저 발진기 (82) 로부터 출사된 레이저 광선 (LB) 을 분산시키는 분산 수단으로서의 폴리곤 미러 (91) 및 폴리곤 미러 (91) 를 화살표 R2 로 나타내는 방향으로 고속 회전시키는 모터 (92) 와, 레이저 광선 (LB) 을 집광하여 피가공물에 조사하는 집광 렌즈 (fθ 렌즈) (86b) 가 배치 형성되어 있다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, 폴리곤 미러 (91) 는, 복수 장의 미러 (M) 가, 폴리곤 미러 (91) 의 회전축에 대하여 동심상으로 배치되어 있다. fθ 렌즈 (86b) 는, 상기한 폴리곤 미러 (91) 의 하방에 위치하고 있고, 레이저 광선 (LB) 을 집광하여 유지 테이블 (32) 상의 피가공물에 조사한다. fθ 렌즈에는, 직각 프리즘 미러 (84) 로부터 유도된 레이저 광선 (LB) 이, 회전하는 미러 (M) 에 의해 X 축 방향으로 그 조사 방향이 분산되도록 유도되고, 피가공물 상에 있어서, X 축 방향의 소정 범위로 분산되어 조사된다.
도 5 로 돌아와서 설명을 계속하면, X 축 방향 가동판 (74) 의 하면에는, 집광기 (86) 와 함께, 집광기 (86) 와 X 축 방향으로 간격을 두고 장착된 얼라인먼트 유닛 (88) 이 배치 형성되어 있다. 얼라인먼트 유닛 (88) 은, 유지 테이블 (32) 에 유지되는 피가공물을 촬상하여 레이저 가공해야 할 영역을 검출하도록 되어 있다. 또한 레이저 광선 조사 유닛 (6) 은, 도시하지 않은 집광점 위치 조정 수단을 구비하고 있다. 집광점 위치 조정 수단의 구체적인 구성의 도시는 생략하지만, 예를 들어, 너트부가 집광기 (86) 에 고정되고 Z 축 방향으로 연장되는 볼 나사와, 이 볼 나사의 편단부에 연결된 모터를 갖는 구성이면 된다. 이와 같은 구성에 의해 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여, Z 축 방향으로 배치 형성되는 안내 레일 (도시는 생략한다) 을 따라서 집광기 (86) 를 이동시키고, 이로써, 집광기 (86) 에 의해 집광되는 레이저 광선 (LB) 의 집광점의 Z 축 방향의 위치를 조정한다.
본 발명의 레이저 가공 장치 (2) 는 대체로 상기한 바와 같은 구성을 구비하고 있으며, 그 작용에 대해서, 이하에 설명한다.
먼저, 본 실시형태에서 판상의 피가공물이 되는, 표면에 디바이스가 형성된 실리콘 (Si) 으로 이루어지는 웨이퍼 (10) 를 준비한다. 웨이퍼 (10) 를 준비했다면, 도 1 에 나타내는 투명판 (42) 을 일차적으로 바깥쪽 (도면에서 화살표 A 로 나타내는 방향) 으로 이동시켜, 액체 챔버 (41) 상을 개방하고, 유지 테이블 (32) 의 흡착 척 (32a) 상에 디바이스가 형성된 표면을 위로 하여 웨이퍼 (10) 를 재치한다. 흡착 척 (32a) 상에 웨이퍼 (10) 를 재치했다면, 도시하지 않은 흡인원을 작동하여, 흡착 척 (32a) 상에 흡인력을 생성시켜, 웨이퍼 (10) 를 흡착하고 유지시킨다. 웨이퍼 (10) 를 흡착 척 (32a) 으로 유지했다면, 투명판 (42) 을 액체 챔버 (41) 상으로 이동시켜 액체 챔버 (41) 상을 폐색한 상태로 한다.
웨이퍼 (10) 를 흡착 척 (32a) 으로 유지하고, 투명판 (42) 에 의해 액체 챔버 (41) 의 상방을 폐색하였다면, 액체 저류 탱크 (47) 에 대해 충분한 액체 (W) 를 보충하고, 액체 공급 펌프 (45) 및 모터 (M) 를 작동한다. 액체 공급 기구 (40) 에 공급되는 액체 (W) 로서 예를 들어, 순수가 이용된다.
액체 공급 펌프 (45), 및 모터 (M) 의 작동을 개시하고, 소정 시간 경과함으로써, 액체 챔버 (41) 의 공간 (41e) 이 액체 (W) 로 채워짐과 함께, 액체 (W) 가, 화살표 R1 로 나타내는 방향으로 회전하는 투명판 (42) 의 하면에 접하는 것에 의해서 가속되어 액체 (W) 의 유속이 생성된다. 이와 같이 하여, 액체 (W) 가 액체 공급 기구 (40) 내부를 안정적으로, 또한 고속으로 순환하는 상태가 된다.
액체 공급 기구 (40) 에 의해, 액체 (W) 가 안정적으로, 또한 고속으로 순환하고 있는 상태에서, 레이저 광선 조사 유닛 (6) 의 X 축 방향 이동 기구 (76) 에 의해 X 축 방향 가동판 (74) 을 이동시킴과 함께, Y 축 방향 이동 기구 (64) 에 의해 Y 축 방향 가동 부재 (62) 를 Y 축 방향으로 이동시켜 (도 4, 및 도 5 를 참조), 얼라인먼트 유닛 (88) 을, 웨이퍼 (10) 의 상방에 위치시킨다. 투명판 (42) 은, 상기 서술한 바와 같이, 유지 테이블 (32) 전체를 상방으로부터 덮도록 배치 형성되어 있기 때문에, 얼라인먼트 유닛 (88) 은, 웨이퍼 (10) 상의 디바이스를 포함하는 모든 영역을 포착하는 것이 가능하다. 얼라인먼트 유닛 (88) 을 웨이퍼 (10) 의 상방에 위치시켰다면, 얼라인먼트 유닛 (88) 에 의해 웨이퍼 (10) 를 촬상한다. 이 때, 웨이퍼 (10) 는, 투명판 (42), 및 액체 (W) 를 개재하여 촬상된다. 이어서, 얼라인먼트 유닛 (88) 에 의해 촬상한 웨이퍼 (10) 의 화상에 기초하여, 웨이퍼 (10) 와, 집광기 (86) 의 위치 맞춤을 실시한다. 이 위치 맞춤 후에, 유지 테이블 (32) 을 회전시키고, 또한, X 축 방향 이동 기구 (76) 에 의해 X 축 방향 가동판 (74) 을 이동시킴과 함께, Y 축 방향 이동 기구 (64) 에 의해 Y 축 방향 가동 부재 (62) 를 이동시킴으로써, 웨이퍼 (10) 상에 격자상으로 형성된 분할 예정 라인이 X 축 방향을 따라서 위치되어짐과 함께, 분할 예정 라인의 편단부, 즉, 레이저 광선의 조사 개시 위치에 집광기 (86) 가 위치된다. 이어서, 도시하지 않은 집광점 위치 조정 수단에 의해 집광기 (86) 를 Z 축 방향으로 이동시키고, 웨이퍼 (10) 의 분할 예정 라인에 있어서의 편단부의 표면 높이에 집광점을 위치시킨다.
집광기 (86) 를 Z 축 방향으로 이동시키고, 집광점 위치를 웨이퍼 (10) 의 표면 높이에 위치시켰다면, 레이저 광선 조사 유닛 (6) 을 작동시키면서, X 축 방향 이동 기구 (76) 에 의해 X 축 방향 가동판 (74) 을 X 축 방향에 대하여 소정의 이동 속도로 이동시킨다. 웨이퍼 (10) 에 레이저 광선 (LB) 을 조사하여 레이저 가공을 실시할 때에는, 도 7, 도 8 에 기초하여 설명한 바와 같이, 폴리곤 미러 (91) 를 모터 (92) 에 의해 적절한 회전 속도로 회전시킨다. 폴리곤 미러 (91) 를 구성하는 미러 (M) 의 위치가 폴리곤 미러 (91) 의 회전과 함께 변화함으로써, 웨이퍼 (10) 에 대해 레이저 광선 (LB) 이 분산되어 조사된다. 소정의 미러 (M) 에 레이저 광선 (LB) 이 조사된 후에는, 폴리곤 미러 (91) 의 회전 방향 R2 에 있어서의 하류측의 미러 (M) 에 레이저 광선 (LB) 이 조사되고, 웨이퍼 (10) 에 대해 레이저 광선 (LB) 이 분산되어 조사된다. 레이저 발진기 (82) 로부터 레이저 광선 (LB) 이 출사되고, 폴리곤 미러 (91) 가 회전하고 있는 동안에, 이와 같은 레이저 가공이 반복되어진다. 또한, 폴리곤 미러 (91) 를 구성하는 미러 (M) 의 장수, 폴리곤 미러 (91) 의 회전 속도 등은, 피가공물에 따라서 적절히 결정된다.
상기한 레이저 가공 장치 (2) 에 있어서의 레이저 가공 조건은, 예를 들어, 이하의 가공 조건으로 실시할 수 있다.
레이저 광선의 파장 : 226 ㎚, 355 ㎚, 532 ㎚, 1064 ㎚
평균 출력 : 10 ∼ 100 W
반복 주파수 : 0 ∼ 300 ㎒
펄스폭 : 50 fs ∼ 1 ns
가공 이송 속도 : 10 ∼ 1000 ㎜/s
본 실시형태에서는, 유지 테이블 (32) 상에 액체 공급 기구 (40) 의 액체 챔버 (41) 가 재치되어 있고, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 회전하는 투명판 (42) 의 작용에 의해, 액체 (W) 가, 가공 이송되는 방향이 되는 X 축 방향과 직교하는 Y 축 방향으로서, 투명판 (42) 의 회전 방향 R1 을 따르도록 흐른다. 이 상태에서, 레이저 광선 (LB) 이, 투명판 (42), 및 액체 (W) 를 투과하여 웨이퍼 (10) 상의 분할 예정 라인에 조사되어 어블레이션 가공이 실시된다. 웨이퍼 (10) 의 표면에 대하여 어블레이션 가공이 실시되면, 레이저 광선 (LB) 이 조사되는 위치에 있는 액체 (W) 에 기포가 발생한다. 본 실시형태에서는, 웨이퍼 (10) 상에 공급되는 액체 (W) 에 대해, 투명판 (42) 의 회전에 의해 유속을 생성하여, 액체 (W) 를 신속하게 액체 배출 노즐 (44) 측으로 흐르게 하도록 되어 있기 (도 1 을 참조) 때문에, 레이저 광선 (LB) 의 조사 위치의 근방에 발생한 기포는, 신속하게 액체 챔버 (41) 의 하류측으로 흘러 제거된다. 이로써, 폴리곤 미러 (91) 를 사용하여 웨이퍼 (10) 에 대해 레이저 광선 (LB) 을 분산시켜 조사하는 경우에 있어서, 어블레이션 가공에 의해 발생하는 기포를 피해 웨이퍼 (10) 에 레이저 광선 (LB) 을 조사할 수 있어, 양호한 어블레이션 가공을 계속해서 실시할 수 있다. 또한 본 실시형태에 의하면, 어블레이션 가공에 의해, 데브리가 발생해도, 액체 챔버 (41) 안을 액체 (W) 가 계속해서 흐르고 있는 것에 의해, 액체 (W) 중으로 방출된 데브리가 신속하게 액체 챔버 (41) 로부터 제거된다. 이 액체 (W) 중으로 방출된 데브리는, 여과 필터 (46) 에 의해 신속하게 포착되기 때문에, 다시 액체 챔버 (41) 로 순환되는 것이 방지된다.
상기한 어블레이션 가공을 제 1 방향으로 신장되는 소정의 분할 예정 라인에 실시하였다면, Y 축 방향 이동 기구 (64) 에 의해 Y 축 방향 가동 부재 (62) 를 Y 축 방향으로 이동시키고, 집광기 (86) 를, 인접한 미가공의 분할 예정 라인의 편단부에 위치시켜, 상기한 어블레이션 가공과 동일한 레이저 가공을 실시한다. 그리고, 제 1 방향으로 신장되는 모든 분할 예정 라인에 대하여 어블레이션 가공을 실시하였다면, 유지 테이블 (32) 을 90 도 회전시킴으로써, 제 1 방향으로 신장되는 분할 예정 라인에 직교하는 미가공의 분할 예정 라인에 대해서도 동일한 어블레이션 가공을 실시한다. 이와 같이 하여, 웨이퍼 (10) 상의 모든 분할 예정 라인에 대하여 어블레이션 가공을 실시할 수 있다.
상기한 바와 같이, 유지 테이블 (32) 상에는, 액체 챔버 (41) 에 의해 폐색된 공간 (41e) 이 형성되고, 적어도 유지 테이블 (32) 상은 회전하는 투명판 (42) 으로 덮인다. 그리고, 공간 (41e) 내에 액체 (W) 를 소정의 유속으로 유통시켜, 회전하는 투명판 (42) 과 액체 (W) 를 개재하여 레이저 광선을 조사해서 레이저 가공을 실시한다. 이로써, 웨이퍼 (10) 의 표면으로부터 발생하는 기포나, 레이저 가공에 의해 발생하는 데브리 등이 신속하게 제거되어, 레이저 가공의 방해가 되는 경우가 없고, 또, 가공 후의 디바이스에 데브리가 부착되는 것 등을 방지하여 품질을 저하시키는 경우기 없다.
상기한 실시형태에서는, 기대 (21) 상에 고정된 유지 유닛 (30) 상에 피가공물인 웨이퍼 (10) 를 재치하고, 수평벽부 (222) 의 하면에 배치 형성한 레이저 광선 조사 유닛 (6) 의 집광기 (86) 를 이동시킴으로써 원하는 레이저 가공을 실시하도록 했지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 수평벽부 (222) 의 하면 선단부에 집광기 (86) 를 X 축 방향, Y 축 방향에 대해서는 고정적으로 배치 형성하고, 유지 유닛 (30) 측을 집광기 (86) 에 대해 X 축 방향, Y 축 방향으로 이동시키도록 하여 레이저 가공을 실시하도록 해도 된다. 그 경우에는, 회전 기구를 구성하는 모터 (M) 를 유지 유닛 (30) 에 설치하도록 하여, 투명판 (42) 을 유지 유닛 (30) 과 함께 이동시키도록 하면 된다.
또, 상기한 실시형태에 있어서는, 액체 공급 기구 (40) 를, 유지 유닛 (30) 의 유지 기대 (31) 의 상면 (31a) 에 배치 형성했지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 액체 공급 기구 (40) 를 집광기 (86) 에 설치함으로써, 유지 유닛 (30) 의 상부에 배치 형성하도록 해도 된다. 그 경우, 집광기 (86) 는 수평벽부 (222) 하면에 고정됨과 함께, 회전하는 투명판 (42) 은, 도 2, 도 3 에 나타낸 것보다 작은 원판상으로 구성된다. 그리고, 유지 기대 (31) 는, 기대 (21) 상의 X 축 방향 (가공 이송 방향), Y 축 방향 (인덱스 이송 방향) 으로 이동하도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 실시형태에서는, 투명판 (42) 을 유리판으로 형성했지만, 이것으로 한정되지 않고, 레이저 광선 (LB) 을 투과하는 투명한 판이면 되고, 예를 들어 아크릴판 등, 수지제의 판이어도 된다.
상기한 실시형태에서는, 레이저 발진기 (82) 로부터 조사된 레이저 광선 (LB) 을, 폴리곤 미러 (91) 에 의해 분산시켜 집광 렌즈 (86b) 로 유도하도록 한 예를 제시했지만, 이것으로 한정되지 않고, 폴리곤 미러 (91) 대신에, 고정하여 설치되는 반사 미러여도 된다. 또한 상기한 실시형태에서는, 웨이퍼 (10) 에 이루어지는 레이저 가공은 어블레이션 가공인 예를 제시했지만, 피가공물의 내부에 개질층을 형성하는 가공 (예를 들어, 특허문헌 2 에 기재된 레이저 가공), 소위 실드 터널을 형성하는 가공 (예를 들어, 특허문헌 3 에 기재된 레이저 가공) 에 적용함에 지장을 받지 않는다.
2 : 레이저 가공 장치
6 : 레이저 광선 조사 유닛
21 : 기대
22 : 프레임체
30 : 유지 유닛
32 : 유지 테이블
32a : 흡착 척
40 : 액체 공급 기구
41 : 액체 챔버
41a : 프레임 기부
41b : 프레임
41c : 액체 공급구
41d : 액체 배출구
41e : 공간
42 : 투명판
43 : 액체 공급 노즐
44 : 액체 배출 노즐
45 : 액체 공급 펌프
46 : 여과 필터
47 : 액체 저류 탱크
82 : 레이저 발진기
86 : 집광기
88 : 얼라인먼트 유닛
M : 모터
LB : 레이저 광선

Claims (2)

  1. 레이저 가공 장치로서,
    판상의 피가공물을 유지하는 유지 테이블을 구비한 유지 유닛과,
    상기 유지 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하여 가공을 실시하는 레이저 광선 조사 유닛과,
    상기 유지 유닛의 상부에 배치 형성된 액체 공급 기구를 구비하고,
    상기 액체 공급 기구는, 상기 유지 테이블에 유지된 피가공물의 상면과의 사이에 간극을 형성하여 위치되는 원판상의 투명판을 갖는 액체 챔버와, 상기 액체 챔버의 일방으로부터 상기 간극에 액체를 공급하는 액체 공급 노즐과, 상기 액체 챔버의 타방으로부터 액체를 배출하는 액체 배출 노즐과, 상기 원판상의 투명판을 회전시켜 상기 간극에 공급되는 액체에 유속을 생성하는 회전 기구를 포함하고,
    상기 레이저 광선 조사 유닛은, 레이저 광선을 출사하는 레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 광선을 집광하여 상기 투명판과 상기 간극에 공급된 액체를 투과시켜서 상기 유지 테이블에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기를 포함하는 레이저 가공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 광선 조사 유닛은, 상기 레이저 발진기로부터 발진된 레이저 광선을 분산시키는 분산 수단을 추가로 포함하는, 레이저 가공 장치.
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