KR102616530B1 - 레이저 가공 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는, 판형의 피가공물에 대하여 레이저 광선을 조사하여 가공할 때에, 피가공물에 대한 레이저 광선의 조사가 방해되는 일이 없는 레이저 가공 장치를 제공하는 것에 있다.
레이저 가공 장치(2)로서, 유지 유닛(30)의 상부에는, 액체 공급 기구가 배치되어 있다. 액체 공급 기구는, 유지 테이블(32)에 유지된 피가공물(10)의 상면에 액체(W)의 층을 형성하는 풀(41)과, 액체(W)의 층에 접촉하도록 배치되는 투명판(42)과, 투명판(42)을 통하여 피가공물(10)에 조사되는 레이저 광선(LB)의 조사 위치를 향하여 피가공물(10)의 상면과 투명판(42) 사이에 분사구(45c)를 위치시켜 액체(W2)를 분사하는 분사 노즐(45)과, 풀(41)의 한쪽으로부터 액체(W1)를 공급하는 액체 공급 노즐(43)과, 풀(41)의 다른쪽으로부터 액체를 배출하는 액체 배출 노즐(44)을 포함한다.

Description

레이저 가공 장치{LASER PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 판형의 피가공물에 레이저 광선을 조사하여 가공하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
IC, LSI 등의 복수의 디바이스가, 교차하는 복수의 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 위치시켜 조사하는 어블레이션 가공에 의해 분할의 기점이 되는 홈을 형성하는 타입의 것(예컨대, 특허문헌 1을 참조), 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을, 피가공물의 내부에 위치시켜 조사하여, 피가공물의 내부에 분할의 기점이 되는 개질층을 형성하는 타입의 것(예컨대, 특허문헌 2를 참조), 피가공물에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔의 집광점을, 피가공물의 내부에 위치시켜 조사하여, 피가공물의 표면으로부터 이면에 달하여, 분할의 기점이 되는 세공과 그 세공을 위요하는 비정질 영역으로 이루어지는 복수의 실드 터널을 형성하는 타입의 것(예컨대, 특허문헌 3을 참조)이 존재하고, 피가공물의 종류, 가공 정밀도 등에 따라, 레이저 가공 장치가 적절하게 선택된다.
상기한 레이저 가공 장치 중, 특히 어블레이션 가공을 실시하는 타입에 있어서는, 피가공물로서의 웨이퍼의 표면에 레이저 광선을 조사하였을 때에 생기는 데브리(레이저 가공 부스러기)가, 웨이퍼에 형성된 디바이스의 표면에 비산하여 부착하여, 디바이스의 품질을 저하시킬 우려가 있기 때문에, 레이저 가공을 실시하기 전에, 웨이퍼의 표면에, 가공에 이용하는 레이저 광선을 투과하는 액형 수지를 피복하여 데브리의 부착을 방지하고, 레이저 가공을 실시한 후에, 상기 액형 수지를 제거하는 것이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 4를 참조).
특허문헌 1: 일본 특허 공개 평성10-305420호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 제3408805호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 제2014-221483호 공보 특허문헌 4: 일본 특허 공개 제2004-188475호 공보
특허문헌 4에 기재된 기술에 따르면, 액형 수지가 피복되어 있기 때문에, 디바이스의 표면에 데브리가 부착하는 것을 방지할 수 있어, 가공 품질은 확보된다. 그러나, 액형 수지를 도포하는 공정 및 가공 후에 액형 수지를 제거하는 공정이 적어도 필요하여, 생산성에 문제가 있다. 또한, 액형 수지는, 반복 이용할 수 없기 때문에, 비경제적이라고 하는 문제도 있다.
또한, 웨이퍼를 수몰시킨 상태로 레이저 광선을 조사하여 데브리를 물에 부유시킴으로써 웨이퍼의 표면에 부착하는 것을 방지하는 기술도 제안되어 있다. 그러나, 웨이퍼가 수몰한 상태로 웨이퍼에 대하여 레이저 광선을 조사하는 경우, 웨이퍼의 레이저 광선이 조사된 부위로부터 미세한 기포가 발생하기 때문에, 이 기포에 의해 레이저 광선의 진행이 방해되어, 원하는 가공을 할 수 없다고 하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 판형의 피가공물에 대하여 레이저 광선을 조사하여 가공할 때에, 피가공물에 대한 레이저 광선의 조사가 방해되는 일이 없는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 레이저 가공 장치로서, 판형의 피가공물을 유지하는 유지 테이블을 포함하는 유지 유닛과, 상기 유지 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하여 가공을 하는 레이저 광선 조사 유닛과, 상기 유지 유닛 위에 배치된 액체 공급 기구를 포함하고, 상기 액체 공급 기구는, 상기 유지 테이블에 유지된 피가공물의 상면에 액체의 층을 형성하는 풀(pool)과, 상기 액체의 층에 접촉하도록 배치된 투명판과, 상기 투명판을 통하여 피가공물에 조사되는 레이저 광선의 조사 위치를 향하여 액체를 분사하는 분사 노즐과, 상기 풀의 한쪽으로부터 액체를 공급하는 액체 공급 노즐과, 상기 풀의 다른쪽으로부터 액체를 배출하는 액체 배출 노즐을 포함하는 레이저 가공 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 레이저 광선 조사 유닛은, 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 광선을 분산시키는 분산 수단을 포함한다.
본 발명에 따르면, 피가공물에 대한 레이저 광선의 조사가 방해되는 일이 없는 레이저 가공 장치가 제공된다. 특히, 본 발명을, 어블레이션 가공을 실시하는 레이저 가공 장치에 적용한 경우는, 웨이퍼의 표면에 액형 수지를 피복하지 않아도, 레이저 가공 시에 발생하는 데브리가 디바이스에 부착하는 것을 억제할 수 있어, 디바이스의 가공 품질이 저하하는 것을 방지할 수 있다
도 1은 본 발명 실시형태에 따른 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치의 액체 공급 기구를 구성하는 풀 및 유지 유닛의 일부 분해도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치의 유지 유닛, 액체 공급 기구 및 주변 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치의 레이저 광선 조사 유닛의 사시도이다.
도 5는 도 4에 나타내는 레이저 광선 조사 유닛의 분해 사시도이다.
도 6은 도 4에 나타내는 레이저 광선 조사 유닛의 광학계를 나타내는 블록도이다.
도 7은 도 5에 나타내는 레이저 광선 조사 유닛에 의해 레이저 가공이 실시되는 상태를 나타내는 (a) 사시도 및 (b) 일부 확대 단면도이다.
도 8은 도 7에 나타내는 레이저 가공이 실시되는 상태를 설명하기 위한 레이저 광선 조사 유닛의 개략을 나타내는 측면도이다.
이하, 본 발명 실시형태에 따른 레이저 가공 장치에 대해서, 첨부 도면을 참조하여, 더욱 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명실시형태의 레이저 가공 장치(2)의 사시도를 나타내고 있다. 레이저 가공 장치(2)는, 베이스(21)와, 베이스(21) 상에 배치되는 피가공물을 유지하는 유지 유닛(30)과, 베이스(21) 상의 유지 유닛(30)의 측방에 화살표(Z)로 나타내는 Z 방향으로 세워서 설치되는 수직 벽부(221) 및 수직 벽부(221)의 상단부로부터 수평 방향으로 연장되는 수평 벽부(222)로 이루어지는 프레임(22)과, 유지 유닛(30)의 상부에 배치되는 액체 공급 기구(40)와, 수평 벽부(222)의 하면에 배치되는 레이저 광선 조사 유닛(6)을 포함하고 있다.
도 2는 유지 유닛(30), 액체 공급 기구(40)의 일부를 구성하는 풀(41), 액체 공급 노즐(43), 액체 배출 노즐(44) 및 분사 노즐(45)의 각 구성을 분해하여 나타내는 도면이고, 각 구성에 대해서, 이하에 설명한다.
유지 유닛(30)은, 베이스(21) 상에 고정되는 직방체형의 유지 베이스(31)와, 유지 베이스(31)의 상면부(31a)에 배치되는 원형의 유지 테이블(32)을 포함한다. 유지 테이블(32)은, 도시하지 않는 회동 기구에 의해 회전하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 유지 테이블(32)의 중앙 영역은, 통기성을 갖는 재질, 예컨대 다공성 세라믹스에 의해 구성되는 원형의 흡착 척(32a)으로 이루어진다. 흡착 척(32a)은, 도시하지 않는 흡인원에 접속되어, 흡착 척(32a)에 배치되는 판형의 피가공물을 흡인유지한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 유지 베이스(31)의 상면부(31a)에는, 액체 공급 기구(40)의 일부를 구성하는 풀(41)이 배치된다. 풀(41)은, 상하로 관통하는 직사각 형상의 공간(41b)을 화살표(X)로 나타내는 X축 방향 및 화살표(Y)로 나타내는 Y축 방향의 사방으로부터 둘러싸는 측면을 구성하는 프레임(41a)으로 이루어진다. 프레임(41a)에 의해 구성되는 4개의 측면 중, Y축 방향에 위치되어 대향하는 2개의 측면의 한쪽에는, 공간(41b)과 외부를 연통하는 액체 공급구(41c)가 배치되고, 다른쪽의 측면에는, 공간(41b)과 외부를 연통하는 액체 배출구(41d)가 형성되어 있다. 액체 공급구(41c) 및 액체 배출구(41d)는, 각 측면에 있어서, 수평 방향으로 연장되며, 흡착 척(32a)의 직경보다 긴 치수로 형성되는 것이 바람직하다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 프레임(41a)의 액체 공급구(41c)가 배치된 측면에는, 액체 공급 노즐(43)이 연결된다. 또한, 풀(41)의 액체 배출구(41d)가 배치된 측면에는, 액체를 배출하기 위한 액체 배출 노즐(44)이 연결된다. 액체 공급 노즐(43) 및 액체 배출 노즐(44)은, 평면에서 보아 대략 삼각 형상을 이루고, 그 높이 방향의 두께는, 상기한 풀(41)의 두께와 대략 동일해지도록 형성되어 있다.
액체 공급 노즐(43)에는, 액체가 공급되는 공급구(43a)가 형성되어 있다. 액체 공급 노즐(43)의 내부에는, 점선으로 나타내는 바와 같이, 공급구(43a)로부터 공급된 액체를 풀(41)의 액체 공급구(41c)에 유도하는 통로(43b)가 형성되고, 액체 공급구(41c)에 대향하는 면에는, 액체 공급구(41c)와 동형상의 배출구(43c)가 형성되어 있다. 또한, 액체 공급 노즐(43)의 상면에는, 분기구(43d)가 형성되어 있다. 분기구(43d)는, 액체 공급 노즐(43)의 내부에 형성된 통로(43b)와 연통되어 있다. 공급구(43a)로부터 공급된 액체는, 통로(43b)를 통해 배출구(43c) 및 분기구(43d)에 유도된다.
액체 배출 노즐(44)은, 액체 공급 노즐(43)과 비교하여, 분기구(43d)가 형성되어 있지 않은 점을 제외하고, 대략 동일 형상으로 구성된다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 풀(41)의 액체 배출구(41d)와 대향하는 위치에, 풀(41)의 액체 배출구(41d)와 동일 형상으로 이루어지는 공급구(44c)가 형성되어 있다. 공급구(44c)로부터 공급된 액체는, 액체 배출 노즐(44)의 내부의 통로(44b)를 통하여, 배출구(44a)로부터 배출된다. 프레임(41)의 하면 가장자리부에는, 전체 둘레에 걸쳐 패킹이 배치되어 있고(도시는 생략함), 유지 베이스(31) 상에 풀(41)을 배치함으로써, 유지 베이스(31)의 상면부(31a)를 포함하는 상방에 개방된 공간이 형성된다.
액체 공급 노즐(43)의 분기구(43d)에는, 액체 공급 서브 펌프(46S)가 배치된다. 액체 공급 서브 펌프(46S)의 하면에 형성된 도시하지 않는 흡입구는, 분기구(43d)를 통해 액체 공급 노즐(43) 내부의 통로(43b)에 위치된다. 액체 공급 서브 펌프(46S)의 토출구(46Sa)에는, 수지제의 플렉시블 호스로 이루어지는 분기 호스(49d)의 한쪽이 연결된다. 분기 호스(49d)의 다른쪽은, 분사 노즐(45)에 접속된다.
분사 노즐(45)은, 노즐 본체(45a)와, 분기 호스(49d)의 다른쪽이 접속되는 공급구(45b)와, 연결 브래킷(45d)으로 구성된다. 노즐 본체(45a)는, 내부에 공간이 형성되어 있고, 공급구(45b)로부터 공급되는 액체는, 그 공간을 통해 그 공간의 단면적에 대하여 좁게 형성된 분사구(45c)에 유도되어, 노즐 본체(45a)의 하단부에 설정된 분사구(45c)로부터 분사되도록 되어 있다.
또한, 액체 공급 기구(40) 및 액체 공급 기구(40)의 주변 구성에 대해서 설명한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 레이저 가공 장치(2)는, 액체 공급 기구(40)에 대하여 액체(W)가 항상 공급되도록, 액체 공급 메인 펌프(46M), 여과 필터(47) 및 액체 저류 탱트(48)를 포함하고 있다. 액체 저류 탱트(48)는, 여과 필터(47)에 배치되어 있다. 액체 공급 메인 펌프(46M)와 액체 공급 노즐(43)은, 제1 호스(49a)로 접속되고, 액체 배출 노즐(44)과 여과 필터(47)는, 제2 호스(49b)로 접속되고, 여과 필터(47)와 액체 공급 메인 펌프(46M)는, 제3 호스(49c)로 접속된다. 각 호스(49a-49c)는, 상기한 분기 호스(49d)와 마찬가지로 수지제의 플렉시블 호스로 형성된다.
상기한 구성에 의해, 액체 공급 메인 펌프(46M)로부터 토출된 액체(W)는, 제1 호스(49a)를 통해 액체 공급 노즐(43)에 공급된다. 액체 공급 노즐(43)에는, 상기한 바와 같이, 액체 공급 서브 펌프(46S)가 배치되어 있고, 액체 공급 노즐(43)에 공급된 액체(W)는, 액체 공급 노즐(43)로부터 직접 풀(41)에 흐르는 액체(W1)와, 액체 공급 서브 펌프(46S)로부터 토출되어 분사 노즐(45)에 공급되는 액체(W2)로 분기된다. 분사 노즐(45)에 공급된 액체(W2)는, 분사 노즐(45)의 분사구(45c)로부터 풀(41)에 분사되어 액체(W1)와 합류되어 액체(W)가 되고, 풀(41)에 공급된 액체(W)는, 액체 배출 노즐(44)을 통해 배출된다. 또한, 액체 배출 노즐(44)로부터 배출된 액체(W)는, 제2 호스(49b)를 통해 여과 필터(47)에 유도되어 여과되고, 제3 호스(49c)를 통해 액체 공급 메인 펌프(46M)에 복귀된다. 또한, 액체(W2)가 분사 노즐(45)의 분사구(45c)로부터 풀(41)에 분사되는 양태에 대해서는, 추후에 상세하게 서술한다.
본 실시형태의 액체 공급 기구(40)에 있어서는, 풀(41)과 유지 베이스(31)의 상면에 형성되는 매칭면과의 간극 등으로부터 서서히 액체가 누출하는 것이 허용되고, 또한, 풀(41)의 상방이 개방되어 있음으로써, 액체(W)가 외부로 넘치는 것이 상정되지만, 풀(41)의 외부에 누출된, 또는, 풀(41)로부터 넘친 액체(W)를, 베이스(21) 상에서 회수하여, 여과 필터(47)에 환류시키는 회수 경로를 마련하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 누출 등에 의해 액체(W)가 감소하는 경우는, 액체 저류 탱트(48)에 대하여 액체를 적절하게 보충하면 좋다. 또한, 액체 저류 탱트(48)는, 여과 필터(47)에 직접 부착되어 있고, 여과 필터(47)에 유도된 액체(W)에 포함되는 기포를 배출하는 기능도 포함하고 있다.
이상과 같은 구성에 의해, 액체(W)가 액체 공급 기구(40)에 있어서 순환된다. 액체 공급 기구(40)를 흐르는 액체(W)의 유속은, 액체 공급 메인 펌프(46M)의 압송 효율을 조정하거나, 풀(41)의 용적을 변경하거나, 액체 공급구(41c) 및 액체 배출구(41d)의 개구 면적을 조정하거나 함으로써 조정할 수 있고, 미리 정해진 유속이 되도록 조정되어 있다.
다음에, 도 1, 도 4 및 도 5를 참조하면서, 레이저 광선 조사 유닛(6)에 대해서 설명한다. 또한, 도 5는 도 4에 나타내는 레이저 광선 조사 유닛(6)의 분해 사시도이다.
레이저 광선 조사 유닛(6)은, 프레임(22)의 수평 벽부(222)의 하면에 도시하지 않는 고정 수단에 의해 고정되는 안내판(60)과, 안내판(60)에 Y축 방향에 있어서 이동 가능하게 지지된 Y축 방향 가동 부재(62)와, Y축 방향 가동 부재(62)를 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 방향 이동 기구(64)를 포함한다. 안내판(60)의 X축 방향 양단 하부에는, Y축 방향으로 연장되는 한쌍의 안내 레일(60a)이 형성되어 있다. 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, Y축 방향 가동 부재(62)는, X축 방향으로 간격을 두고 배치된 한쌍의 피안내부(66)와, 피안내부(66)의 하단 사이에 가설되어 X축 방향으로 연장되는 장착부(68)를 갖는다. 각 피안내부(66)의 상부에는, Y축 방향으로 연장되는 피안내 레일(66a)이 형성되어 있다. 피안내부(66)의 피안내 레일(66a)과 안내판(60)의 안내 레일(60a)이 결합함으로써, Y축 방향 가동 부재(62)는, Y축 방향으로 이동 가능하게 안내판(60)에 지지된다. 또한, 장착부(68)의 Y축 방향 양단 하부에는, X축 방향으로 연장되는 한쌍의 안내 레일(68a)이 형성되어 있다. Y축 방향 이동 기구(64)는, 안내판(60)의 하방에 있어서 Y축 방향으로 연장되는 볼 나사(70)와, 볼 나사(70)의 편단부에 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 한쪽의 편단부는, 너트부(70a)에 나사 결합된 후, 안내판(60)의 전방 가장자리부에 형성된 지지편부(60b)에 회전 가능하게 지지된다. 그리고, Y축 방향 이동 기구(64)는, 볼 나사(70)에 의해 모터(72)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 Y축 방향 가동 부재(62)에 전달하고, 안내판(60)의 안내 레일(60a)을 따라 Y축 방향 가동 부재(62)를 Y축 방향으로 이동시킨다.
도 5를 참조하면서, 레이저 광선 조사 유닛(6)의 설명을 계속한다. 레이저 광선 조사 유닛(6)은, 또한, X축 방향으로 이동 가능하며 Y축 방향 가동 부재(62)의 장착부(68)에 장착된 X축 방향 가동판(74)과, X축 방향 가동판(74)을 X축 방향으로 이동시키는 X축 방향 이동 기구(76)를 포함한다. X축 방향 가동판(74)의 Y축 방향 양단부와 장착부(68)의 안내 레일(68a)이 결합함으로써, X축 방향 가동판(74)은 X축 방향으로 이동 가능하게 장착부(68)에 장착된다. X축 방향 이동 기구(76)는, 장착부(68)의 상방에 있어서, X축 방향으로 연장되는 볼 나사(78)와, 볼 나사(78)의 편단부에 연결되어 한쪽의 피안내부(66)에 지지된 모터(80)를 갖는다. 볼 나사(78)의 너트부(78a)는, 장착부(68)의 개구(68b)를 통하여 X축 방향 가동판(74)의 상면에 고정된다. 볼 나사(78)의 모터(80)가 연결되지 않는 다른 한쪽의 편단부는, 모터(80)가 고정되지 않는 다른쪽의 피안내부(66)에 회전 가능하게 지지된다. 그리고, X축 방향 이동 기구(76)는, 볼 나사(78)에 의해 모터(80)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 X축 방향 가동판(74)에 전달하고, 장착부(68)의 안내 레일(68a)을 따라 X축 방향 가동판(74)을 X 방향으로 이동시킨다.
또한, 도 5∼도 8을 참조하면서, 레이저 광선 조사 유닛(6)의 광학계의 구성에 대해서 설명한다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 레이저 광선 조사 유닛(6)은, 펄스형의 레이저 광선(LB)을 출사하는 레이저 발진기(82)와, 레이저 발진기(82)로부터 출사된 레이저 광선(LB)의 출력을 조정하는 어테뉴에이터(도시는 생략함)와, 레이저 발진기(82)와 Y축 방향으로 간격을 두고 Y축 방향 가동 부재(62)의 장착부(68)의 하면에 장착된 직각 프리즘 미러(84)와, X축 방향 가동판(74)의 하면에 Z축 방향으로 이동 가능하게 장착된 집광기(86)와, 집광기(86)를 Z축 방향으로 이동하여 집광기(86)의 집광점의 Z축 방향을 조정하는 집광점 위치 조정 수단(도시는 생략함)을 포함한다. 레이저 발진기(82)는, 예컨대, 피가공물에 대하여 흡수성을 갖는 파장(예컨대, 355 ㎚)의 레이저 광선(LB)을 출사한다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 레이저 발진기(82)로부터 Y축 방향으로 조사된 레이저 광선(LB)은, 직각 프리즘 미러(84)에 의해 90도 진행 방향이 변환되어, 집광기(86)에 입사한다.
도 7의 (a)에는 본 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(2)가 유지 테이블(32)에 유지된 웨이퍼(10)에 대하여 레이저 가공을 실시하는 양태의 주요부를 확대한 도면이 나타나 있고, 집광기(86)의 상부 하우징(86a)에는, 연결 브래킷(45d)을 통해 분사 노즐(45)이 연결되어 있다. 집광기(86)의 하우징(86a)의 일부를 절결하여 나타내는 내부에는, 레이저 발진기(82)로부터 출사된 레이저 광선(LB)을 분산시키는 분산 수단으로서의 폴리곤 미러(91) 및 폴리곤 미러(91)를 화살표(R)로 나타내는 방향으로 고속 회전시키는 모터(92)와, 레이저 광선(LB)을 집광하여 피가공물에 조사하는 집광 렌즈(fθ 렌즈)(86b)를 포함하고, 집광 렌즈(86b)의 하방에서, 하우징(86a)의 하단에는, 하우징(86a)의 하단부를 밀폐하도록 투명판(42)이 배치되어 있다[도 7의 (b)도 더불어 참조]. 도 8에 나타내는 바와 같이, 폴리곤 미러(91)는, 복수매의 미러(M)가, 폴리곤 미러(91)의 회전축에 대하여 동심형으로 배치되어 있다. fθ 렌즈(86b)는, 상기한 폴리곤 미러(91)의 하방에 위치하고 있으며, 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 X축 방향으로 그 조사 방향이 분산되도록 유도되어, 피가공물 상에 있어서, X축 방향의 미리 정해진 범위로 분산되어 조사된다. 상기한 투명판(42)은, 레이저 광선(LB)을 투과하는 유리로 형성되지만, 이에 한정되지 않고, 아크릴 등의 수지제의 투명 부재여도 좋다.
도 5로 되돌아가서 설명을 계속하면, X축 방향 가동판(74)의 하면에는, 집광기(86)와 함께, 집광기(86)와 X축 방향으로 간격을 두고 장착된 얼라인먼트 유닛(88)이 배치되어 있다. 얼라인먼트 유닛(88)은, 유지 테이블(32)에 유지되는 피가공물을 촬상하여 레이저 가공하여야 하는 영역을 검출하도록 되어 있다. 또한, 레이저 광선 조사 유닛(6)은, 도시하지 않는 집광점 위치 조정 수단을 포함하고 있다. 집광점 위치 조정 수단의 구체적인 구성의 도시는 생략하지만, 예컨대, 너트부가 집광기(86)에 고정되어 Z축 방향으로 연장되는 볼 나사와, 이 볼 나사의 편단부에 연결된 모터를 갖는 구성이면 좋다. 이러한 구성에 의해 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여, Z축 방향으로 배치되는 안내 레일(도시는 생략함)을 따라 집광기(86)를 이동시키고, 이에 의해, 집광기(86)에 의해 집광되는 레이저 광선(LB)의 집광점의 Z축 방향의 위치를 조정한다. 상기한 바와 같이, 집광기(86)에는, 분사 노즐(45)이 연결되어 있다. 따라서, 집광기(86)가 집광점 위치 조정 수단에 의해 이동됨으로써, 분사 노즐(45)도 집광기(86)와 같이 Z축 방향으로 이동된다.
본 발명의 레이저 가공 장치(2)는, 대략 상기한 바와 같은 구성을 포함하고 있고, 그 작용에 대해서, 이하에 설명한다.
먼저, 본 실시형태에서 판형의 피가공물이 되는 웨이퍼(10)를 준비한다. 웨이퍼(10)는, 표면에 복수의 디바이스가 형성된 실리콘(Si)으로 이루어진다. 웨이퍼(10)를 준비하였다면, 도 1에 나타내는 풀(41)의 상방으로부터 유지 유닛(30)의 유지 테이블(32) 상에 디바이스가 형성된 표면을 위로 하여 배치한다. 유지 테이블(32) 상에 웨이퍼(10)를 배치하였다면, 도시하지 않는 흡인원을 작동시켜, 유지 테이블(32)의 중앙 영역을 형성하는 흡착 척(32a)에 흡인력을 생성하여, 웨이퍼(10)를 흡인 유지한다.
웨이퍼(10)를 유지 테이블(32) 상에 유지하였다면, 레이저 광선 조사 유닛(6)의 X축 방향 이동 기구(76)에 의해 X축 방향 가동판(74)을 이동시키며, Y축 방향 이동 기구(64)에 의해 Y축 방향 가동 부재(62)를 Y축 방향으로 이동시켜(도 4 및 도 5를 참조), 얼라인먼트 유닛(88)을, 풀(41)의 상방에 위치시킨다. 얼라인먼트 유닛(88)은, 웨이퍼(10) 상의 디바이스를 포함하는 모든 영역을 포착하는 것이 가능하다. 얼라인먼트 유닛(88)을 웨이퍼(10)의 상측에 위치를 부여하였다면, 얼라인먼트 유닛(88)에 의해 웨이퍼(10) 상의 가공 위치가 되는 분할 예정 라인을 촬상한다. 계속해서, 얼라인먼트 유닛(88)에 의해 촬상한 웨이퍼(10)의 화상에 기초하여, 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인과, 집광기(86)의 위치 맞춤을 행한다. 이 위치 맞춤 후에, 유지 테이블(32)을 회전시키고, 또한, X축 방향 이동 기구(76)로 X축 방향 가동판(74)을 이동시키며, Y축 방향 이동 기구(64)로 Y축 방향 가동 부재(62)를 이동시킴으로써, 웨이퍼(10) 상에 격자형으로 형성된 분할 예정 라인이 X축 방향을 따라 위치되며, 분할 예정 라인의 편단부, 즉, 레이저 광선의 조사 개시 위치에 집광기(86)가 위치된다. 계속해서, 도시하지 않는 집광점 위치 조정 수단에 의해 집광기(86)를 Z축 방향으로 이동시켜, 웨이퍼(10)의 분할 예정 라인에 있어서의 편단부의 표면 높이에 집광점을 위치시킨다.
상기한 바와 같이, 집광기(86)를 레이저 광선의 조사 개시 위치에 위치시켰다면, 액체 저류 탱트(48)에 대하여 충분한 액체(W)를 보충하고, 액체 공급 메인 펌프(46M)을 작동시켜 액체(W)의 토출을 개시한다. 액체 공급 기구(40)의 내부를 순환하는 액체(W)로서는, 예컨대, 순수가 이용된다.
액체 공급 메인 펌프(46M)가 작동을 개시하고, 미리 정해진 시간 경과함으로써, 풀(41)의 공간(41b)의 미리 정해진 높이 위치까지 액체(W)가 채워짐으로써, 액체(W)의 층이 생성되고, 액체(W)가 액체 공급 기구(40) 내부를 안정적으로 순환하는 상태가 된다. 이때, 풀(41)의 공간(41b)을 채우는 액체(W)의 층의 액면(Wa)은, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 집광기(86)의 하단의 투명판(42) 및 분사 노즐(45)의 분사구(45c)의 위치보다 높은 위치가 된다. 이에 의해, 적어도 투명판(42)은, 항상 액체(W)의 층 내에 수몰하여, 액체(W)에 접촉한 상태가 된다. 또한, 투명판(42)으로부터 웨이퍼(10)의 표면까지의 간극은, 3.0 ㎜∼5.0 ㎜가 되도록 설정된다.
집광점 위치를 웨이퍼(10)의 표면 높이에 위치시키고, 풀(41) 내에 액체(W)의 층이 형성되었다면, 액체 공급 서브 펌프(46S)의 작동을 개시한다. 액체 공급 서브 펌프(46S)의 작동이 개시됨으로써, 도 1에 나타내는 바와 같이, 액체(W)가 공급된 액체 공급 노즐(43)로부터 액체(W2)가 분기되어, 분기 호스(49d)를 통해 분사 노즐(45)에 공급된다.
분사 노즐(45)에 공급된 액체(W2)는, 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 노즐 본체(45a)를 지나, 풀(41) 내를 흐르는 액체(W1) 중에 분사된다. 분사구(45c)로부터 분사되는 액체(W2)의 분사 위치는, 레이저 광선(LB)이 웨이퍼(10)에 분사되는 위치이고, 화살표(W1)로 나타내는 흐름의 하류 방향을 향하여 분사된다.
분사 노즐(45)로부터의 액체(W2)의 분사가 개시되었다면, 레이저 광선 조사 유닛(6)을 작동시키면서, X축 방향 이동 기구(76)에 의해 X축 방향 가동판(74)을 X축 방향에 대하여 미리 정해진 이동 속도로 이동시킨다. 웨이퍼(10)에 레이저 광선(LB)을 조사하여 레이저 가공을 실시할 때는, 도 7의 (a), 도 8에 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 대하여 레이저 광선(LB)이 분산되어 조사된다. 미리 정해진 미러(M)에 레이저 광선(LB)이 조사된 후는, 폴리곤 미러(91)의 회전 방향(R)에 있어서의 하류측의 미러(M)에 레이저 광선(LB)이 조사되고, 웨이퍼(10)에 대하여 레이저 광선(LB)이 분산되어 조사된다. 레이저 광선(LB)의 분산 방향은, 도 7의 (b)의 지면에 수직인 방향, 즉 X축 방향이다. 레이저 발진기(82)로부터 레이저 광선(LB)이 출사되고, 폴리곤 미러(91)가 회전하고 있는 동안, 이러한 레이저 가공이 반복된다. 또한, 폴리곤 미러(91)를 구성하는 미러(M)의 매수, 폴리곤 미러(91)의 회전 속도 등은, 피가공물에 따라 적절하게 결정된다.
또한, 상기한 레이저 가공 장치(2)에 있어서의 레이저 가공 조건은, 예컨대, 이하의 가공 조건으로 실시할 수 있다.
레이저 광선의 파장: 226 ㎚, 355 ㎚, 532 ㎚, 1064 ㎚
평균 출력: 10∼100 W
반복 주파수: 0∼300 ㎒
펄스 폭: 50 fs∼1 ㎱
가공 이송 속도: 10∼1000 ㎜/s
본 실시형태에서는, 유지 테이블(32) 상에 액체 공급 기구(40)의 풀(41)이 배치되어 있고, 도 7의 (a), 도 7의 (b)로부터 이해되는 바와 같이, 분사 노즐(45)의 분사구(45c)로부터 분사되는 액체(W2)가, 액체 공급 노즐(43)로부터 공급되는 액체(W1)와 함께, 가공 이송 방향이 되는 X축 방향과 직교하는 Y축 방향으로 항상 흐르고 있다[또한, 도 7에서는, 설명의 형편상, 풀(41)은 생략되어 있음]. 이 상태로, 집광기(86)에 배치된 투명판(42) 및 액체[W(W1+W2)]를 통해 레이저 광선(LB)이 웨이퍼(10) 상의 분할 예정 라인에 조사되어, 어블레이션 가공이 실시된다.
상기한 바와 같이, 웨이퍼(10)의 표면에 대하여 어블레이션 가공이 실시됨으로써, 레이저 광선(LB)이 조사되는 위치에 있는 액체(W)에 기포(B)가 발생한다. 본 실시형태에서는, 웨이퍼(10)와 투명판(42) 사이에 형성되는 간극에 대하여, 분사 노즐(45)로부터 액체(W2)가 분사되기[도 7의 (b)를 참조] 때문에, 레이저 광선(LB)의 조사 위치 근방에 발생한 기포(B)는, 조속하게 풀(41)의 하류측으로 흘러 제거된다. 이에 의해, 폴리곤 미러(91)를 이용하여 웨이퍼(10)에 대하여 레이저 광선(LB)을 분산시켜 조사하는 경우에 있어서, 어블레이션 가공에 의해 발생하는 기포(B)를 피하여 웨이퍼(10)에 레이저 광선(LB)을 조사할 수 있어, 양호한 어블레이션 가공을 계속해서 실시할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 따르면, 어블레이션 가공에 의해, 데브리가 발생하여도, 풀(41) 내를 액체(W)가 계속해서 흐르고 있음으로써, 액체(W) 중에 방출된 데브리가 조속하게 풀(41)로부터 제거된다. 이 액체(W) 중에 방출된 데브리는, 여과 필터(47)에 의해 포착되기 때문에, 재차 풀(41)에 순환되는 것이 방지된다.
상기한 어블레이션 가공을 제1 방향으로 신장하는 미리 정해진 분할 예정 라인에 실시하였다면, Y축 방향 이동 기구(64)로 Y축 방향 가동 부재(62)를 Y축 방향으로 이동시켜, 집광기(86)를, 인접한 미가공의 분할 예정 라인의 편단부에 위치시켜, 상기한 어블레이션 가공과 동일한 레이저 가공을 실시한다. 그리고, 제1 방향으로 신장하는 모든 분할 예정 라인에 대하여 어블레이션 가공을 실시하였다면, 유지 테이블(32)을 90도 회전시킴으로써, 제1 방향으로 신장하는 분할 예정 라인과 직교하는 제2 방향으로 신장하는 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, 풀(41)에 의해 위요된 공간(41b)이 형성되고, 적어도 유지 테이블(32) 상은, 액체(W)의 층으로 덮여진다. 그리고, 투명판(42)과 웨이퍼(10)의 간극의 레이저 광선(LB)의 조사 위치에 대하여, 분사 노즐(45)에 의해 액체(W2)를 분사하여 레이저 가공을 실시한다. 이에 의해, 웨이퍼(10)의 표면으로부터 발생하는 기포(B)나, 레이저 가공에 의해 발생하는 데브리 등이 조속하게 제거되어, 레이저 가공의 방해가 되는 일이 없고, 또한, 가공 후의 디바이스에 데브리가 부착하는 것 등을 방지하여 품질을 저하시키는 일이 없다.
상기한 실시형태에서는, 레이저 발진기(82)로부터 출사된 레이저 광선(LB)을 폴리곤 미러(91)에 의해 분산시켜 집광 렌즈(86b)에 유도하도록 한 예를 제시하였지만, 이에 한정되지 않고, 폴리곤 미러(91) 대신에, 고정하여 설치되는 반사 미러여도 좋다. 또한, 상기 실시형태에서는, 웨이퍼(10)에 이루어지는 레이저 가공은, 어블레이션 가공인 예를 제시하였지만, 피가공물의 내부에 개질층을 형성하는 가공(예컨대, 특허문헌 2에 기재된 레이저 가공), 또는 소위 실드 터널을 형성하는 가공(예컨대, 특허문헌 3에 기재된 레이저 가공)에 적용하는 것을 방해하지 않는다.
2: 레이저 가공 장치
6: 레이저 광선 조사 유닛
21: 베이스
22: 프레임
30: 유지 유닛
32: 유지 테이블
32a: 흡착 척
40: 액체 공급 기구
41: 풀
41a: 프레임
41b: 공간
41c: 액체 공급구
41d: 액체 배출구
42: 투명판
43: 액체 공급 노즐
44: 액체 배출 노즐
45: 분사 노즐
45a: 노즐 본체
45c: 분사구
45d: 연결 브래킷
46M: 액체 공급 메인 펌프
46S: 액체 공급 서브 펌프
47: 여과 필터
48: 액체 저류 탱크
82: 레이저 발진기
86: 집광기
88: 얼라인먼트 유닛
91: 폴리곤 미러
LB: 레이저 광선

Claims (2)

  1. 레이저 가공 장치로서,
    유지 베이스의 상면에 판형의 피가공물을 유지하는 유지 테이블을 포함하는 유지 유닛과,
    상기 유지 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하여 가공을 실시하는 레이저 광선 조사 유닛과,
    상기 유지 유닛 위에 배치된 액체 공급 기구를 포함하고,
    상기 액체 공급 기구는, 상기 유지 베이스 상에 배치되고, 상기 유지 테이블에 유지된 피가공물의 상면에 액체의 층을 형성하는 풀(pool)과,
    상기 액체의 층에 접촉하도록 배치된 투명판과,
    상기 투명판을 통하여 피가공물에 조사되는 레이저 광선의 조사 위치를 향하여 액체를 분사하는 분사 노즐과,
    상기 풀의 한쪽으로부터 액체를 공급하는 액체 공급 노즐과,
    상기 풀의 다른쪽으로부터 액체를 배출하는 액체 배출 노즐을 포함하고,
    상기 액체 공급 노즐과 상기 액체 배출 노즐은, 피가공물에 대하여 레이저 광선 조사 유닛에 의해 레이저 광선을 조사하여 가공을 실시하는 가공 이송 방향에 대해 직교하는 방향으로 대면하는 위치에 배치되고,
    상기 분사 노즐은, 상기 분사 노즐로부터 분사되는 액체가 상기 액체 공급 노즐로부터 상기 액체 배출 노즐을 향해 공급되는 액체의 흐름에 따르는 방향으로 분사되도록 배치되는 것인 레이저 가공 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 레이저 광선 조사 유닛은, 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 광선을 분산시키는 분산 수단을 포함하는 것인 레이저 가공 장치.
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