KR20110066846A

KR20110066846A - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20110066846A
Application number: KR1020100112188A
Authority: KR
Inventors: 겐타로 오다나카; 류고 오바
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2010-11-11
Publication date: 2011-06-17
Also published as: TWI495529B; CN102091869A; JP5587595B2; TW201127531A; KR101650206B1; JP2011121099A; CN102091869B

Abstract

본 발명은 피가공물에 집광기로부터 레이저 광선이 조사됨으로써 생성되는 데브리 등의 분진을 효율적으로 수집하여 배출할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공한다.
척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단은, 레이저 광선을 발진하는 레이저 광선 발진기와, 레이저 광선 발진기로부터 발진된 레이저 광선을 집광하는 집광 렌즈를 구비한 집광기와, 집광기의 레이저 광선 조사 방향 하류측의 단부에 설치된 분진 배출 수단을 포함하고 있는 레이저 가공 장치로서, 분진 배출 수단은 집광기로부터 조사되는 레이저 광선의 통과를 허용하고 에어를 도입하는 제1 개구를 구비한 상류 측벽과, 제1 개구를 통하여 조사되는 레이저 광선의 통과를 허용하고 분진을 흡인하는 제2 개구를 구비한 하류 측벽과, 상류 측벽과 하류 측벽을 접속하여 집진실을 형성하고 집진실을 흡인원에 연통시키는 배기구를 구비한 상기 외측벽으로 이루어진 집진기를 포함하며, 집진기와 집광기 사이에는 제1 개구를 외기에 연통시키는 외기 도입 통로가 형성되어 있다.

Description

레이저 가공 장치{LASER PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 반도체 웨이퍼 등의 피가공물에 레이저 가공을 실시하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

반도체 디바이스 제조 공정에서는, 대략 원판형상인 반도체 웨이퍼의 표면에 격자형으로 배열된 스트리트라고 지칭되는 분할 예정 라인에 의해 복수개 영역이 구획되고, 이 구획된 영역에 IC, LSI 등의 디바이스를 형성한다. 그리고, 반도체 웨이퍼를 스트리트를 따라서 절단함으로써 디바이스가 형성된 영역을 분할하여 개개의 반도체 칩을 제조하고 있다. 또, 사파이어 기판의 표면에 포토 다이오드 등의 수광 소자나 레이저 다이오드 등의 발광 소자 등이 적층된 광디바이스 웨이퍼도 스트리트를 따라서 절단함으로써 개개의 포토 다이오드, 레이저 다이오드 등의 광디바이스로 분할되어, 전기 기기에 널리 이용되고 있다.

전술한 반도체 웨이퍼나 광디바이스 웨이퍼 등의 웨이퍼를 스트리트를 따라서 분할하는 방법으로서, 웨이퍼에 형성된 스트리트를 따라서 펄스 레이저 광선을 조사함으로써 레이저 가공 홈을 형성하고, 이 레이저 가공 홈을 따라서 파단하는 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

그런데, 피가공물인 실리콘이나 사파이어 등의 웨이퍼의 스트리트를 따라서 레이저 광선을 조사하면, 실리콘이나 사파이어 등이 용융되어, 융해 잔해, 즉 데브리(debris)가 비산하여 웨이퍼의 직사각형 영역에 형성된 디바이스의 표면에 부착되어 디바이스의 품질을 저하시킨다고 하는 문제가 있다. 또, 전술한 바와 같이 비산한 데브리 등의 분진이 레이저 광선을 조사하는 집광기에 삽입된 집광 렌즈에 부착되어 레이저 광선의 조사를 방해한다고 하는 문제가 있다.

상기 문제를 해결하기 위해, 피가공물에 레이저 광선 조사 수단의 집광기로부터 레이저 광선이 조사됨으로써 생성되는 데브리 등의 분진을 수집하여 배출하는 분진 배출 수단을 구비한 레이저 가공 장치가 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조). 이 분진 배출 수단은, 집광기의 하단부에 장착된 제1 커버 부재와, 상기 제1 커버 부재를 포위하여 설치된 제2 커버 부재를 포함하며, 집광기와 제1 커버 부재에 의해 형성되는 에어 도입실을 에어 공급 수단에 접속하고, 제1 커버 부재와 제2 커버 부재에 의해 형성되는 집진실을 배기 수단에 접속하여, 레이저 가공에 의해 생성되는 데브리 등의 분진을 집진실로부터 배기 수단으로 흡인하도록 구성되어 있다.

일본 특허 공개 제2004-9139호 공보 일본 특허 공개 제2007-69249호 공보

그리고, 상기 특허문헌 2에 기재된 분진 배출 수단을 구비한 레이저 가공 장치에서도 레이저 가공에 의해 생성되는 데브리 등의 분진이 원활하게 집진실에 유입되지 않고, 집광기에 삽입된 집광 렌즈에 부착된다고 하는 문제를 해소할 수 없다.

본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주요 기술적 과제는, 피가공물에 집광기로부터 레이저 광선이 조사됨으로써 생성되는 데브리 등의 분진을 효율적으로 수집하여 배출할 수 있는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.

상기 주요 기술 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의하면, 피가공물을 유지하기 위한 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단을 포함하며, 상기 레이저 광선 조사 수단이 레이저 광선을 발진하는 레이저 광선 발진기와, 상기 레이저 광선 발진기로부터 발진된 레이저 광선을 집광하는 집광 렌즈를 구비한 집광기와, 상기 집광기의 레이저 광선 조사 방향 하류측의 단부(端部)에 설치된 분진 배출 수단을 포함하고 있는 레이저 가공 장치에 있어서,

상기 분진 배출 수단은, 상기 집광기로부터 조사되는 레이저 광선의 통과를 허용하고 에어를 도입하는 제1 개구를 갖춘 상류 측벽과, 상기 제1 개구를 통하여 조사되는 레이저 광선의 통과를 허용하고 분진을 흡인하는 제2 개구를 구비한 하류 측벽과, 상기 상류 측벽과 하류 측벽을 접속하여 집진실을 형성하고 집진실을 흡인원에 연통시키는 배기구를 구비한 상기 외측벽으로 이루어진 집진기를 포함하며,

상기 집진기와 상기 집광기 사이에는, 상기 제1 개구를 외기에 연통시키는 외기 도입 통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치가 제공된다.

상기 집진기의 상류 측벽에는, 상기 제1 개구의 둘레 가장자리로부터 상기 집진실 방향으로 점차 직경이 축소되는 정류 노즐이 설치되어 있는 것이 바람직하다.

또, 상기 집광기에는, 집광 렌즈의 레이저 광선 조사 방향 하류측에 집광 렌즈를 보호하기 위한 커버 유리가 설치되어 있고, 상기 커버 유리의 레이저 광선 조사 방향 하류측의 면을 따라서 형성되고 에어 공급 수단에 연통하는 에어 통로와, 상기 에어 통로와 연통하고 상기 제1 개구와 대향하는 에어 유통 개구가 형성되어 있다.

본 발명에 의한 레이저 가공 장치는 전술한 바와 같이 구성되어 있기 때문에, 레이저 광선을 조사함으로써 발생한 분진은 흡인원이 작동함으로써 흡인되고 있는 집진실에 제2 개구로부터 외기와 함께 흡인된다. 한편, 흡인원이 작동함으로써 외기 도입 통로로부터 제1 개구를 통해 외기가 집진실에 흡인되고, 제2 개구로부터 흡인된 분진과 함께 배기구로부터 배출된다. 이와 같이, 흡인원이 작동함으로써 외기 도입 통로로부터 제1 개구를 통해 집진실에 흡인되는 외기는 정류되어 배기구로부터 배출되기 때문에, 집진실에 흡인된 분진을 효과적으로 배기구로 유도할 수 있다. 따라서, 집진실에 흡인된 분진이 제1 개구를 통하여 집광 렌즈에 부착되는 것을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라서 구성된 레이저 가공 장치의 사시도.
도 2는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 레이저 광선 조사 수단의 구성을 간략하게 나타내는 블록도.
도 3은 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 장비되는 집광기 및 분진 배출 수단의 사시도.
도 4는 도 3에 나타내는 집광기 및 분진 배출 수단의 분해 사시도.
도 5는 도 3에 나타내는 집광기 및 분진 배출 수단의 단면도.
도 6은 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 의해 실시하는 레이저 가공 홈 형성 공정의 설명도.
도 7은 도 6에 나타내는 레이저 가공 홈 형성 공정을 실시하고 있는 상태에서의 분진 배출 수단의 단면도.

이하, 본 발명에 따라서 구성된 레이저 가공 장치의 바람직한 실시형태에 관해, 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 1에는, 본 발명에 따라서 구성된 레이저 가공 장치의 사시도가 나타나 있다. 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치는, 정지 베이스(2)와, 상기 정지 베이스(2)에 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향으로 이동 가능하게 설치되어 피가공물을 유지하는 척 테이블 기구(3)와, 정지 베이스(2)에 상기 화살표 X로 나타내는 방향과 직각인 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향으로 이동 가능하게 설치된 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)와, 상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)에 화살표 Z로 나타내는 방향으로 이동 가능하게 설치된 레이저 광선 조사 유닛(5)을 포함한다.

상기 척 테이블 기구(3)는, 정지 베이스(2) 상에 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향을 따라서 평행하게 설치된 한쌍의 안내 레일(31, 31)과, 상기 안내 레일(31, 31) 상에 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향으로 이동 가능하게 설치된 제1 슬라이딩 블록(32)과, 상기 제1 슬라이딩 블록(32) 상에 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향으로 이동 가능하게 설치된 제2 슬라이딩 블록(33)과, 상기 제2 슬라이딩 블록(33) 상에 원통 부재(34)에 의해 지지된 지지 테이블(35)과, 피가공물 유지 수단으로서의 척 테이블(36)을 포함한다. 이 척 테이블(36)은 다공성 재료로 형성된 흡착 척(361)을 포함하고 있어, 흡착 척(361) 상에 피가공물인 예를 들어 원반형상의 반도체 웨이퍼를 도시하지 않은 흡인 수단에 의해 유지하도록 되어 있다. 이와 같이 구성된 척 테이블(36)은, 원통 부재(34) 내에 설치된 도시하지 않은 펄스 모터에 의해 회전된다.

상기 제1 슬라이딩 블록(32)은, 그 하면에 상기 한쌍의 안내 레일(31, 31)과 끼워 맞춰지는 한쌍의 피안내 홈(321, 321)이 형성되어 있고, 그 상면에 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향을 따라서 평행하게 형성된 한쌍의 안내 레일(322, 322)이 설치되어 있다. 이와 같이 구성된 제1 슬라이딩 블록(32)은, 피안내 홈(321, 321)이 한쌍의 안내 레일(31, 31)에 끼워 맞춰짐으로써, 한쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라서 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시하는 실시형태에서의 척 테이블 기구(3)는, 제1 슬라이딩 블록(32)을 한쌍의 안내 레일(31, 31)을 따라서 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향으로 이동시키기 위한 가공 이송 수단(37)을 포함한다. 가공 이송 수단(37)은 상기 한쌍의 안내 레일(31, 31) 사이에 평행하게 설치된 수나사 로드(371)와, 상기 수나사 로드(371)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(372) 등의 구동원을 포함하고 있다. 수나사 로드(371)는, 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 베어링 블록(373)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(372)의 출력축에 연결되어 동력을 전달한다. 또한, 수나사 로드(371)는 제1 슬라이딩 블록(32)의 중앙부 하면에 돌출되게 설치된 도시하지 않은 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(372)에 의해 수나사 로드(371)를 정회전 및 역회전 구동함으로써, 제1 슬라이딩 블록(32)은 안내 레일(31, 31)을 따라서 화살표 X로 나타내는 가공 이송 방향으로 이동된다.

상기 제2 슬라이딩 블록(33)은 그 하면에 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 설치된 한쌍의 안내 레일(322, 322)과 끼워 맞춰지는 한쌍의 피안내 홈(331, 331)이 형성되어 있고, 이 피안내 홈(331, 331)을 한쌍의 안내 레일(322, 322)에 끼워 맞춤으로써, 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향으로 이동 가능하게 구성된다. 도시하는 실시형태에서의 척 테이블 기구(3)는, 제2 슬라이딩 블록(33)을 제1 슬라이딩 블록(32)에 설치된 한쌍의 안내 레일(322, 322)을 따라서 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향으로 이동시키기 위한 제1 인덱싱 이송 수단(38)을 포함하고 있다. 제1 인덱싱 이송 수단(38)은 상기 한쌍의 안내 레일(322, 322) 사이에 평행하게 설치된 수나사 로드(381)와, 상기 수나사 로드(381)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(382) 등의 구동원을 포함한다. 수나사 로드(381)는 그 일단이 상기 제1 슬라이딩 블록(32)의 상면에 고정된 베어링 블록(383)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(382)의 출력축에 연결되어 동력을 전달한다. 또한, 수나사 로드(381)는 제2 슬라이딩 블록(33)의 중앙부 하면에 돌출되게 설치된 도시하지 않은 암나사 블록에 형성된 관통 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 따라서, 펄스 모터(382)에 의해 수나사 로드(381)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 제2 슬라이딩 블록(33)은 안내 레일(322, 322)을 따라서 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향으로 이동된다.

상기 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는 정지 베이스(2) 상에 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향을 따라서 평행하게 설치된 한쌍의 안내 레일(41, 41)과, 상기 안내 레일(41, 41) 상에 화살표 Y로 나타내는 방향으로 이동 가능하게 설치된 가동 지지 베이스(42)를 포함한다. 이 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41) 상에 이동 가능하게 설치된 이동 지지부(421)와, 상기 이동 지지부(421)에 부착된 장착부(422)를 포함한다. 장착부(422)는 일측면에 화살표 Z로 나타내는 방향으로 연장되는 한쌍의 안내 레일(423, 423)이 평행하게 설치되어 있다. 도시하는 실시형태에서의 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구(4)는, 가동 지지 베이스(42)를 한쌍의 안내 레일(41, 41)을 따라서 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향으로 이동시키기 위한 제2 인덱싱 이송 수단(43)을 포함한다. 제2 인덱싱 이송 수단(43)은 상기 한쌍의 안내 레일(41, 41) 사이에 평행하게 설치된 수나사 로드(431)와, 상기 수나사 로드(431)를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(432) 등의 구동원을 포함한다. 수나사 로드(431)는 그 일단이 상기 정지 베이스(2)에 고정된 도시하지 않은 베어링 블록에 회전 가능하게 지지되어 있고, 그 타단이 상기 펄스 모터(432)의 출력축에 전동 연결되어 있다. 또한, 수나사 로드(431)는 가동 지지 베이스(42)를 구성하는 이동 지지부(421)의 중앙부 하면에 돌출되게 설치된 도시하지 않은 암나사 블록에 형성된 암나사 구멍에 나사 결합되어 있다. 이 때문에, 펄스 모터(432)에 의해 수나사 로드(431)를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 가동 지지 베이스(42)는 안내 레일(41, 41)을 따라서 화살표 Y로 나타내는 인덱싱 이송 방향으로 이동된다.

도시하는 실시형태에서의 레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)와, 상기 유닛 홀더(51)에 부착된 레이저 광선 조사 수단(52)을 포함한다. 유닛 홀더(51)에는, 상기 장착부(422)에 설치된 한쌍의 안내 레일(423, 423)에 슬라이딩 가능하게 끼워 맞춰지는 한쌍의 피안내 홈(511, 511)이 형성되어 있고, 유닛 홀더(51)는 이 피안내 홈(511, 511)을 상기 안내 레일(423, 423)에 끼워 맞춤으로써, 화살표 Z로 나타내는 집광점 위치 조정 방향으로 이동 가능하게 지지된다.

도시하는 레이저 광선 조사 수단(52)은 상기 유닛 홀더(51)에 고정되어 실질적으로 수평으로 연장되는 원통형상의 케이싱(521)을 포함한다. 또, 레이저 광선 조사 수단(52)은, 도 2에 나타낸 바와 같이 케이싱(521) 내에 설치된 펄스 레이저 광선을 발진하는 펄스 레이저 광선 발진 수단(522) 및 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)에 의해 발진된 펄스 레이저 광선의 출력을 조정하는 출력 조정 수단(523)과, 케이싱(521)의 선단에 설치되어 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)에 의해 발진된 펄스 레이저 광선을 상기 척 테이블(36)에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기(53)를 포함한다. 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)은 YAG 레이저 발진기 또는 YVO4 레이저 발진기로 이루어진 펄스 레이저 광선 발진기(522a)와, 여기에 부설된 반복 주파수 설정 수단(522b)으로 구성되어 있다. 집광기(53)는 도 1에 나타낸 바와 같이 케이싱(521)의 선단에 장착되어 있다.

도 1을 참조하여 설명을 계속하면, 레이저 광선 조사 수단(52)을 구성하는 케이싱(521)의 전단부에는, 상기 레이저 광선 조사 수단(52)에 의해 레이저 가공해야 할 가공 영역을 촬상하는 촬상 수단(6)이 설치되어 있다. 이 촬상 수단(6)은, 촬상 소자(CCD) 등으로 구성되어 있고, 촬상한 화상 신호를 도시하지 않은 제어 수단에 보낸다. 또한, 집광기(53)의 하단부에는, 피가공물에 집광기(53)로부터 레이저 광선이 조사됨으로써 생성되는 분진을 수집하여 배출하는 분진 배출 수단(7)이 설치되어 있다. 이 분진 배출 수단(7)에 관해서는, 이후에 상세히 설명한다.

도시하는 실시형태에서의 레이저 광선 조사 유닛(5)은, 유닛 홀더(51)를 한쌍의 안내 레일(423, 423)을 따라서 화살표 Z로 나타내는 방향으로 이동시키기 위한 이동 수단(54)을 포함한다. 이동 수단(54)은 한쌍의 안내 레일(423, 423) 사이에 설치된 수나사 로드(도시하지 않음)와, 상기 수나사 로드를 회전 구동하기 위한 펄스 모터(542) 등의 구동원을 포함하고 있고, 펄스 모터(542)에 의해 도시하지 않은 수나사 로드를 정회전 및 역회전 구동시킴으로써, 유닛 홀더(51) 및 레이저 광선 조사 수단(52)을 안내 레일(423, 423)을 따라서 화살표 Z로 나타내는 방향으로 이동시킨다. 또한, 도시하는 실시형태에서는 펄스 모터(542)를 정회전 구동함으로써 레이저 광선 조사 수단(52)을 위쪽으로 이동시키고, 펄스 모터(542)를 역회전 구동함으로써 레이저 광선 조사 수단(52)을 아래쪽으로 이동시키도록 되어 있다.

다음으로, 상기 집광기(53) 및 분진 배출 수단(7)에 관해, 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다.

도시하는 실시형태에서의 집광기(53)는, 상단이 폐색된 통형상의 집광기 하우징(531)을 포함하고 있고, 이 집광기 하우징(531)의 상부에는, 도 5에 나타낸 바와 같이 상기 케이싱(521)의 선단부가 삽입되는 개구(531a)가 형성되어 있다. 집광기 하우징(531) 내에는, 상기 펄스 레이저 광선 발진 수단(522)으로부터 발진된 펄스 레이저 광선을 아래 방향으로 방향 변환하는 방향 변환 미러(532)와, 상기 방향 변환 미러(532)에 의해 아래 방향으로 방향 변환된 펄스 레이저 광선을 집광하여 척 테이블(36)에 유지된 피가공물(W)에 조사하는 집광 렌즈(533)가 설치되어 있다. 또, 집광기 하우징(531)에는, 집광 렌즈(533)의 하측, 즉 레이저 광선 조사 방향 하류측에 집광 렌즈(533)를 보호하기 위한 커버 유리(534)가 설치되어 있다. 또한, 집광기 하우징(531)의 하단부에는, 분진 배출 수단(7)을 장착하는 직사각형의 장착부(535)가 설치되어 있다. 이 장착부(535)의 바닥벽(535a)에는, 도 4에 나타낸 바와 같이 하면에서의 양측에 평행하게 연장되는 한쌍의 결합 홈(535b, 535b)을 구비한 한쌍의 결합부(535c, 535c)가 형성되어 있다. 또, 장착부(535)에는 도 5에 나타낸 바와 같이 집광 렌즈(533)의 하면, 즉 레이저 광선 조사 방향 하류측의 면을 따라서 형성된 에어 통로(535d)가 형성되어 있고, 이 에어 통로(535d)는 연통로(535e)를 통해 에어 공급 수단(71)에 연통된다. 또한, 장착부(535)에는 에어 통로(535d)와 연통하여 집광 렌즈(533)를 통해 조사되는 레이저 광선의 통과를 허용하고 레이저 광선 조사 방향 하류측인 분진 배출 수단(7) 방향으로 에어를 유출하는 에어 유통 개구(535f)가 형성되어 있다.

도시하는 실시형태에서의 분진 배출 수단(7)은, 집광기(53)의 장착부(535)의 하면에 장착되는 집진기(72)를 포함한다. 집진기(72)는 도 4에 나타낸 바와 같이 직사각형의 상류 측벽(721)과, 직사각형의 하류 측벽(722)과, 상류 측벽(721)과 하류 측벽(722)을 접속하는 외측벽(723)에 의해 구성되어 있고, 이들 각 벽에 의해 도 5에 나타낸 바와 같이 집진실(720)이 형성된다. 상류 측벽(721)의 상면에는, 도 4에 나타낸 바와 같이 상기 집광기(53)의 장착부(535)를 구성하는 바닥벽(535a)의 하면에 형성된 한쌍의 결합 홈(535b, 535b)과 결합하는 한쌍의 결합 고정 돌출부(721a, 721a)가 평행하게 형성되어 있다. 이 한쌍의 결합 고정 돌출부(721a, 721a)를 집광기(53)의 장착부(535)를 구성하는 바닥벽(535a)의 하면에 형성된 한쌍의 결합 홈(535b, 535b)에 결합시킴으로써, 집진기(72)는 집광기(53)의 장착부(535)의 하면에 장착된다. 이와 같이 하여 집광기(53)의 장착부(535)의 하면에 집진기(72)가 장착된 상태에서는, 도 3 및 도 5에 나타낸 바와 같이 집진기(72)와 집광기(53)의 장착부(535)의 하면 사이에 외기에 연통하는 외기 도입 통로(721b)가 형성되어 있다. 또, 상류 측벽(721)에는, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이 상기 집광기(53)의 장착부(535)를 구성하는 바닥벽(535a)에 형성된 에어 유통 개구(535f)와 대향하여 형성되어 집광기(53)로부터 조사되는 레이저 광선의 통과를 허용하고 외기를 도입하는 제1 개구(721c)가 형성되어 있다. 따라서, 제1 개구(721c)는, 에어 유통 개구(535f)와 연통하고, 외기 도입 통로(721b)와 연통한다. 또한, 상류 측벽(721)에는, 제1 개구(721c)의 둘레 가장자리로부터 집진실(720) 방향으로 점차 직경이 축소되는 정류 노즐(721d)이 설치되어 있다. 상기 하류 측벽(722)에는, 상기 상류 측벽(721)에 형성된 제1 개구(721c)를 통해 조사되는 레이저 광선의 통과를 허용하고 후술하는 바와 같이 레이저 가공에 의해 생성되는 분진을 흡인하는 제2 개구(722a)가 형성되어 있다. 또, 집진기(72)를 구성하는 외측벽(723)에는, 집진실(720)에 개구된 배기구(723a)가 형성되어 있고, 이 배기구(723a)는 흡인원(73)에 연통되어 있다.

도시하는 실시형태에서의 분진 배출 수단(7)은 이상과 같이 구성되어 있고, 에어 공급 수단(71)으로부터 예를 들어 매분 10리터의 에어가 공급되고, 흡인원(73)에 의해 매분 100리터의 에어가 흡인된다. 에어 공급 수단(71)으로부터 공급되는 에어는, 집진기(72)의 장착부(535)에 형성된 연통로(535e), 에어 통로(535d), 에어 유통 개구(535f) 및 집진기(72)의 상류 측벽(721)에 형성된 제1 개구(721c)를 통해 집진실(720)에 유입된다. 또, 흡인원(73)이 작동하면, 집진실(720)로부터 매분 100리터의 에어가 흡인된다. 그 결과, 제2 개구(722a)로부터 후술하는 바와 같이 레이저 가공에 의해 생성되는 분진이 외기와 함께 집진실(720)에 흡인되고, 외기 도입 통로(721b)로부터 제1 개구(721c)를 통해 외기가 집진실(720)에 흡인되어, 배기구(723a)를 통해 배출된다.

도시하는 실시형태에서의 레이저 가공 장치는 이상과 같이 구성되어 있고, 이하에 그 작용에 관해 설명한다.

도 1에 나타내는 레이저 가공 장치의 척 테이블(36) 상에 피가공물로서의 반도체 웨이퍼(10)가 배치되어, 도시하지 않은 흡인 수단을 작동시킴으로써, 반도체 웨이퍼(10)는 척 테이블(36) 상에 흡인 유지된다. 또한, 반도체 웨이퍼(10)는, 표면에 격자형의 스트리트가 형성되고, 격자형의 스트리트에 의해 구획된 복수의 영역에 IC, LSI 등의 디바이스가 형성되어 있다. 반도체 웨이퍼(10)를 흡인 유지한 척 테이블(36)은, 가공 이송 수단(37)에 의해 촬상 수단(6) 바로 아래에 위치 부여된다. 척 테이블(36)이 촬상 수단(6)의 바로 아래에 위치 부여되면, 촬상 수단(6) 및 도시하지 않은 제어 수단에 의해 반도체 웨이퍼(10)의 레이저 가공해야 할 가공 영역을 검출하는 얼라이먼트 작업을 실행한다. 즉, 촬상 수단(6) 및 도시하지 않은 제어 수단은, 반도체 웨이퍼(10)의 미리 정해진 방향으로 형성되어 있는 스트리트를 따라서 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(53)와의 위치 맞춤을 행하기 위한 패턴 매칭 등의 화상 처리를 실행하여, 레이저 광선 조사 위치의 얼라이먼트를 수행한다. 또, 반도체 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 미리 정해진 방향과 직교하는 방향으로 형성되어 있는 스트리트에 대해서도, 동일하게 레이저 광선 조사 위치의 얼라이먼트가 수행된다.

이상과 같이 하여 척 테이블(36) 상에 유지된 반도체 웨이퍼(10)에 형성되어 있는 스트리트를 검출하여, 레이저 광선 조사 위치의 얼라이먼트가 행해졌다면, 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이 척 테이블(36)을 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(53)가 위치하는 레이저 광선 조사 영역으로 이동시켜, 미리 정해진 스트리트의 일단(도 6의 (a)에서 좌단)을 집광기(53)의 바로 아래에 위치 부여한다. 그리고, 집광기(53)로부터 조사되는 펄스 레이저 광선의 집광점(P)을 반도체 웨이퍼(10)의 표면(상면) 부근에 맞춘다. 다음으로, 레이저 광선 조사 수단(52)의 집광기(53)로부터 반도체 웨이퍼에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 펄스 레이저 광선을 조사하면서 척 테이블(36), 즉 반도체 웨이퍼(10)를 도 6의 (a)에서 화살표 X1로 나타내는 방향으로 미리 정해진 가공 이송 속도로 이동시킨다. 그리고, 스트리트의 타단(도 6의 (b)에서 우단)이 집광기(53) 바로 아래 위치에 도달하면, 펄스 레이저 광선의 조사를 정지하고 척 테이블(36)의 이동을 정지시킨다. 그 결과, 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이 반도체 웨이퍼(10)에는, 스트리트를 따라서 레이저 가공 홈(101)이 형성된다(레이저 가공 홈 형성 공정).

상기 레이저 가공 홈 형성 공정은, 예를 들어 이하의 가공 조건으로 행해진다.

레이저 광선의 광원 : YVO4 레이저 또는 YAG 레이저

파장 : 355 nm

반복 주파수 : 50 kHz

평균 출력 : 4 W

집광 스폿 직경 : φ20 ㎛

가공 이송 속도: 150 mm/초

전술한 레이저 가공 홈 형성 공정에서는, 반도체 웨이퍼(10)의 표면에 집광기(53)로부터 펄스 레이저 광선을 조사함으로써, 반도체 웨이퍼가 용융되어 데브리 등의 분진이 발생한다. 그런데, 도시하는 실시형태에서는 전술한 분진 배출 수단(7)을 포함하고 있기 때문에, 도 7에 나타낸 바와 같이 반도체 웨이퍼(10)에 펄스 레이저 광선을 조사함으로써 발생한 분진(110)은, 전술한 바와 같이 흡인원(73)이 작동함으로써 흡인되고 있는 집진실(720)에 제2 개구(722a)로부터 외기와 함께 흡인된다. 한편, 흡인원(73)이 작동함으로써 전술한 바와 같이 외기 도입 통로(721b)로부터 제1 개구(721c)를 통해 외기가 집진실(720)에 흡인되고, 제2 개구(722a)로부터 흡인된 분진(110)과 함께 배기구(723a)로부터 배출된다. 이와 같이, 흡인원(73)이 작동함으로써 전술한 바와 같이 외기 도입 통로(721b)로부터 제1 개구(721c)를 통해 집진실(720)에 흡인되는 외기는 정류되어 배기구(723a)로부터 배출되기 때문에, 집진실(720)에 흡인된 분진(110)을 효과적으로 배기구(723a)로 유도할 수 있다. 이 때, 도시하는 실시형태에서는 제1 개구(721c)가 형성된 상류 측벽(721)에는, 제1 개구(721c)의 둘레 가장자리로부터 집진실(720) 방향으로 점차 직경이 축소되는 정류 노즐(721d)이 설치되어 있기 때문에, 집진실(720)에 흡인되는 외기는 더 정류된다. 따라서, 집진실(720)에 흡인된 분진(110)이 제1 개구(721c)를 통해 커버 유리(534) 또는 집광 렌즈(533)에 부착되는 것을 억제할 수 있다. 또, 도시하는 실시형태에서의 분진 배출 수단(7)에서는, 에어 공급 수단(71)으로부터 집광 렌즈(533)를 보호하기 위한 커버 유리(534)의 하면, 즉 레이저 광선 조사 방향 하류측의 면을 따라서 에어가 공급되기 때문에, 커버 유리(534)에 분진이 부착되는 것을 방지할 수 있다.

2 : 정지 베이스 3 : 척 테이블 기구
31 : 안내 레일 36 : 척 테이블
37 : 가공 이송 수단 38 : 제1 인덱싱 이송 수단
4 : 레이저 광선 조사 유닛 지지 기구 41 : 안내 레일
42 : 가동 지지 베이스 43 : 제2 인덱싱 이송 수단
5 : 레이저 광선 조사 유닛 51 : 유닛 홀더
52 : 레이저 광선 조사 수단 53 : 집광기
531 : 집광기 하우징 532 : 방향 변환 미러
533 : 집광 렌즈 534 : 커버 유리
535 : 장착부 6 : 촬상 수단
7 : 분진 배출 수단 71 : 에어 공급 수단
72 : 집진기 721 : 상류 측벽
722 : 하류 측벽 723 : 외측벽
73 : 흡인원 10 : 반도체 웨이퍼

Claims

피가공물을 유지하기 위한 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 수단을 포함하며, 상기 레이저 광선 조사 수단이 레이저 광선을 발진하는 레이저 광선 발진기와, 상기 레이저 광선 발진기로부터 발진된 레이저 광선을 집광하는 집광 렌즈를 구비한 집광기와, 상기 집광기의 레이저 광선 조사 방향 하류측의 단부(端部)에 설치된 분진 배출 수단을 포함하고 있는 레이저 가공 장치에 있어서,
상기 분진 배출 수단은, 상기 집광기로부터 조사되는 레이저 광선의 통과를 허용하고 에어를 도입하는 제1 개구를 구비한 상류 측벽과, 상기 제1 개구를 통하여 조사되는 레이저 광선의 통과를 허용하고 분진을 흡인하는 제2 개구를 구비한 하류 측벽과, 상기 상류 측벽과 하류 측벽을 접속하여 집진실을 형성하고 집진실을 흡인원에 연통시키는 배기구를 구비한 외측벽을 포함하는 집진기를 포함하며,
상기 집진기와 상기 집광기 사이에는, 상기 제1 개구를 외기에 연통시키는 외기 도입 통로가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 집진기의 상류 측벽에는, 상기 제1 개구의 둘레 가장자리로부터 상기 집진실 방향으로 점차 직경이 축소되는 정류 노즐이 설치되어 있는 것인 레이저 가공 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 집광기에는, 상기 집광 렌즈의 레이저 광선 조사 방향 하류측에 집광 렌즈를 보호하기 위한 커버 유리가 설치되어 있고, 상기 커버 유리의 레이저 광선 조사 방향 하류측의 면을 따라서 형성되고 에어 공급 수단에 연통하는 에어 통로와, 상기 에어 통로와 연통하고 상기 제1 개구와 대향하는 에어 유통 개구가 형성되어 있는 것인 레이저 가공 장치.