KR20120089593A

KR20120089593A - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20120089593A
Application number: KR1020120010604A
Authority: KR
Inventors: 사토시 다카하시
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2011-02-03
Filing date: 2012-02-02
Publication date: 2012-08-13
Also published as: DE102012201419A1; CN102626825B; DE102012201419B4; JP5804716B2; CN102626825A; JP2012161799A; KR101819074B1

Abstract

본 발명은 레이저 가공 장치에서의 가공 생산성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 레이저 가공 장치는, 유지 수단에 유지된 피가공물(W)과 레이저 조사 수단을 상대적으로 가공 이송 및 인덱싱 이송하여 레이저 가공을 행하는 레이저 가공 장치로서, 유지 수단과 레이저 조사 수단의 레이저 조사 헤드(31)를 상대적으로 가공 이송하고 피가공물(W)에 레이저 광선을 조사하여 피가공물에 레이저 가공을 행하며, 레이저 광선이 피가공물(W)을 넘어갔을 때에 가공 이송 수단을 정지시키고, 가공 이송의 정지에 필요한 감속의 시간을 이용하여 인덱싱 이송 수단을 작동시키는 제어 수단을 포함한다. 가공 이송의 감속의 시간을 이용하여 다음 레이저 가공을 개시할 수 있는 상태로 하기 때문에, 실질적으로 인덱싱 이송에 필요한 시간을 0으로 할 수 있어, 레이저 가공의 생산성을 개선할 수 있다.

Description

레이저 가공 장치{LASER MACHINING APPARATUS}

본 발명은, 피가공물을 유지한 유지 수단과 레이저 광선을 조사하는 레이저조사 수단을 상대 이동시킴으로써, 피가공물의 레이저 가공을 행하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

IC, LSI, LED 등의 복수의 디바이스가 분할 예정 라인에 의해 구획되어 표면에 형성된 웨이퍼는, 분할 예정 라인에 레이저 광선이 조사되어 그루빙 가공 또는 내부 가공이 행해진 후, 분할 예정 라인을 따라 파단함으로써, 개개의 디바이스로 분할되어, 각종 전자 기기 등에 이용되고 있다(예컨대 특허문헌 1, 2 참조).

레이저 광선을 웨이퍼에 조사하여 레이저 가공을 행하는 레이저 가공 장치는, 피가공물을 유지하는 유지 수단과, 상기 유지 수단에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하여 가공을 행하는 레이저 조사 수단을 구비하고, 유지 수단과 레이저 조사 수단을 가공 이송 방향(X축 방향) 및 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 상대적으로 이동시킴으로써, 웨이퍼의 분할 예정 라인에 원하는 가공을 행하고 개개의 디바이스로 분할할 수 있다(예컨대 특허문헌 3 참조).

레이저 가공 장치에서는, 유지 수단과 레이저 조사 수단을 가공 이송 방향으로 상대적으로 왕복 이동시킬 때에, 왕로(往路) 및 복로(復路) 모두에 있어서 레이저 조사를 행하는 것이 가능하여, 절삭 블레이드의 회전 방향과의 관계로 한쪽 방향의 이동시에만 가공을 행할 수 있는 절삭 장치를 사용하는 경우보다도, 가공 효율이 높다는 이점이 있다.

특허 공개 평성10-305420호 공보 특허 제3408805호 공보 특허 공개 제2010-284671호 공보

그러나, 1개의 분할 예정 라인에 집광기(조사 헤드)를 통해 레이저 광선을 조사하여 그 분할 예정 라인의 가공이 종료되고 나서 가공 이송을 감속시켜 정지시키려 해도, 가공 이송이 완전히 정지될 때까지는 오버런이 있기 때문에, 그만큼 여분의 시간이 걸린다. 또한, 가공 이송이 정지된 후, 다음에 가공하고자 하는 분할 예정 라인에 집광기의 위치를 맞추기 위한 인덱싱 이송에도 시간이 걸린다. 예컨대, 오버런에는 1초 정도의 시간이 걸리고, 인덱싱 이송에는 0.5초 정도의 시간이 걸리는 경우에는, 1개의 분할 예정 라인의 가공을 행할 때에, 가공 시간 이외에 1.5초 정도의 여분의 시간을 필요로 하고 있다. 따라서, 예컨대 300개의 분할 예정 라인을 갖는 웨이퍼에 대해서는, 가공 시간 이외에 450초의 시간이 필요하게 되어, 생산성의 향상이 한층 더 요구되고 있다.

본 발명은, 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 레이저 가공 장치에 있어서, 생산성의 향상을 한층 더 도모하는 것을 과제로 하고 있다.

본 발명에 의하면, 레이저 가공 장치로서, 피가공물을 유지하는 유지 수단과, 상기 유지 수단에 유지된 피가공물에 레이저 빔을 조사하여 레이저 가공을 행하는 레이저 빔 조사 수단과, 상기 유지 수단과 상기 레이저 빔 조사 수단을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단과, 상기 유지 수단과 상기 레이저 빔 조사 수단을 상대적으로 인덱싱 이송하는 인덱싱 이송 수단과, 상기 가공 이송 수단을 작동시켜 상기 유지 수단과 상기 레이저 빔 조사 수단을 상대적으로 가공 이송하고 상기 유지 수단에 유지된 피가공물에 레이저 빔을 조사하여 피가공물에 레이저 가공을 행하며, 상기 레이저 빔이 피가공물의 엣지를 넘어가는 시점에 상기 가공 이송 수단의 작동을 정지시키고, 상기 가공 이송 수단의 작동의 정지 지령으로부터 가공 이송의 정지에 필요한 감속의 시간을 이용하여 상기 인덱싱 이송 수단을 작동시켜 인덱싱 이송을 실시하는 제어 수단을 포함하는 레이저 가공 장치가 제공된다.

본 발명에서는, 제어 수단이, 1개의 분할 예정 라인에 대해 레이저 가공이 끝나고 나서 가공 이송이 완전히 정지되기까지의 감속의 시간에 상기 감속과 병행하여 인덱싱 이송을 행하도록 제어하고, 감속의 시간을 이용하여 다음 분할 예정 라인에 대한 레이저 가공을 개시할 수 있는 상태로 만들기 때문에, 실질적으로 인덱싱 이송에 필요한 시간을 0으로 할 수 있어, 레이저 가공의 생산성을 개선할 수 있다.

도 1은 레이저 가공 장치의 일례를 도시하는 사시도.
도 2는 피가공물의 일례를 도시하는 평면도.
도 3은 피가공물의 분할 예정 라인에 레이저 가공을 행하는 상태를 도시하는 사시도.
도 4는 조사 헤드와 피가공물의 상대적인 위치 관계의 변화를 도시하는 평면도.

1. 레이저 가공 장치의 구성

도 1에 도시하는 레이저 가공 장치(1)는, 유지 수단(2)에 유지된 피가공물(워크)(W)에 대하여 레이저 조사 수단(3)으로부터 레이저 광선을 조사하여 워크(W)에 가공을 행하는 장치이다.

유지 수단(2)은, 워크(W)를 흡인 유지하는 유지면(20)과, 도시한 바와 같이 테이프(100)를 통해 워크(W)를 지지하는 프레임(101)을 고정하는 고정부(21)로 구성되어 있다. 고정부(21)는, 프레임(101)을 위쪽에서 누르는 클램프(210)를 구비하고 있다.

유지 수단(2)은, 가공 이송 수단(4)에 의해서 가공 이송 방향(X축 방향)으로 이동 가능하게 지지되어 있고, 인덱싱 이송 수단(5)에 의해서 X축 방향에 대해 수평으로 직교하는 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 가공 이송 수단(4) 및 인덱싱 이송 수단(5)은, 제어 수단(6)에 의해서 제어된다.

가공 이송 수단(4)은, 평판형의 베이스(53) 상에 배치되어, X축 방향의 축심을 갖는 볼나사(40)와, 볼나사(40)와 평행하게 배치된 한 쌍의 가이드 레일(41)과, 볼나사(40)의 일단에 연결된 펄스 모터(42)와, 도시하지 않은 내부의 너트가 볼나사(40)에 나사 결합되고 하부가 가이드 레일(41)에 미끄럼 접촉하는 슬라이드부(43)로 구성되어 있다. 이 가공 이송 수단(4)은, 제어 수단(6)에 의한 제어 하에서 펄스 모터(42)에 의해 구동되어 볼나사(40)가 회동함에 따라, 슬라이드부(43)가 가이드 레일(41) 상을 X축 방향으로 슬라이딩하여 유지 수단(2)을 X축 방향으로 이동시키는 구성으로 되어 있다.

유지 수단(2) 및 가공 이송 수단(4)은, 인덱싱 이송 수단(5)에 의해 Y축 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 인덱싱 이송 수단(5)은, Y축 방향의 축심을 갖는 볼나사(50)와, 볼나사(50)에 평행하게 배치된 한 쌍의 가이드 레일(51)과, 볼나사(50)의 일단에 연결된 펄스 모터(52)와, 도시하지 않은 내부의 너트가 볼나사(50)에 나사 결합되고 하부가 가이드 레일(51)에 미끄럼 접촉하는 베이스(53)로 구성되어 있다. 이 인덱싱 이송 수단(5)은, 제어 수단(6)에 의한 제어 하에서 펄스 모터(52)에 의해 구동되어 볼나사(50)가 회동함에 따라, 베이스(53)가 가이드 레일(51) 상을 Y축 방향으로 슬라이딩하여 유지 수단(2) 및 가공 이송 수단(4)을 Y축 방향으로 이동시키는 구성으로 되어 있다.

레이저 조사 수단(3)은, 벽부(10)에 고정된 케이싱(30)과, 케이싱(30)의 선단부에 고정된 조사 헤드(31)를 구비하고 있다. 조사 헤드(31)는, 수직 방향으로 레이저 광선을 조사하는 기능을 갖고 있다. 케이싱(30) 내에는, YAG 레이저 또는 YVO4 레이저를 발진하는 레이저 발진기와, 반복 주파수 설정 수단과, 펄스폭 조정 수단과, 파워 조정 수단이 수용되어 있다.

또한, 도 1의 레이저 가공 장치(1)에서는, 가공 이송 수단(4) 및 인덱싱 이송 수단(5)이 유지 수단(2)을 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동시키고, 레이저 조사 수단(3)이 이동하지 않는 구성으로 하고 있지만, 유지 수단(2)과 레이저 조사 수단(3)이 상대적으로 X축 방향으로 가공 이송되고 Y축 방향으로 인덱싱 이송되는 구성이라면, 도 1의 예에는 한정되지 않으며, 예컨대 유지 수단(2)이 X축 방향으로 이동하고, 레이저 조사 수단(3)이 Y축 방향으로 이동하는 구성으로 해도 좋고, 유지 수단(2)이 이동하지 않으며, 레이저 조사 수단(3)이 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동하는 구성으로 해도 좋다.

2. 레이저 가공의 제어

도 2에 도시하는 워크(W)의 표면(W1)에는, 가로 방향의 분할 예정 라인(Lll, L12, L13, …) 및 세로 방향의 분할 예정 라인(L21, L22, L23, …)에 의해 구획되어 복수의 디바이스(102)가 형성되어 있다. 또한, 이하에서는, 분할 예정 라인을 간단히 라인이라 칭한다.

X-Y 좌표계에서의 각 분할 예정 라인의 양단의 좌표는, 제어 수단(6)에 의해 미리 인식되어 있다. 예컨대, 라인 L11의 단부 A, B의 좌표는 각각 (x1, y1), (x2, y1), 라인 L12의 단부 C, D의 좌표는 각각 (x3, y2), (x4, y2), 라인 L13의 단부 E, F의 좌표는 각각 (x5, y3), (x6, y3)로 표시된다. 제어 수단(6)은, 이들의 좌표 정보에 기초하여, 도 3에 도시하는 바와 같이, 유지 수단(2)에 유지된 워크(W)를 X1 방향 및 X2 방향으로 왕복 이동시키면서, 각 라인에 레이저 광선(310)을 조사해 나간다.

이러한 레이저 가공에서는, 워크(W)의 표면에 워크(W)에 대해 흡수성을 갖는 파장의 레이저 광선을 집광하여 홈을 형성하는 어블레이션 가공이나, 워크(W)의 내부에 워크(W)에 대하여 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선을 집광하여 내부에 개질층을 형성하는 내부 가공이 가능하다.

어블레이션 가공에서는, 예컨대 이하의 조건으로 가공을 행한다.

광원: YAG 레이저 또는 YV04 레이저

파장: 355 ㎚

집광 스폿 직경: φ 1 ㎛

평균 출력: 5 W

반복 주파수: 100 ㎑

스캔 속도: 100 ㎜/s

한편, 내부 가공에서는, 예컨대 이하의 조건으로 가공을 행한다.

광원: YAG 레이저 또는 YVO4 레이저

파장: 1064 ㎚

집광 스폿 직경: φ 1 ㎛

평균 출력: 1 W

반복 주파수: 100 ㎑

스캔 속도: 400 ㎜/s

이하에서는, 워크(W)를 레이저 가공할 때의 워크(W)와 조사 헤드(31)의 상대이동의 제어에 대해서 설명한다. 이하에 설명하는 처리는, 어블레이션 가공 및 내부 가공 모두에 적용 가능하다.

(1) 제1 단계

예컨대 라인 L11, L12, L13, …의 순으로 레이저 가공을 행하는 경우는, 도 1에 도시한 인덱싱 이송 수단(5)을 작동시켜, 라인 L11의 Y 좌표(y1)와 조사 헤드(31)의 Y 좌표를 일치시키고, 라인 L11의 연장선 상에 조사 헤드(31)가 위치하는 상태로 만든다.

이어서, 제어 수단(6)에 의한 제어 하에서 가공 이송 수단(4)을 작동시켜 유지 수단(2)을 X축 방향으로 이동시킴으로써, 도 4에 도시하는 바와 같이 유지 수단(2)과 레이저 조사 수단(3)을 상대적으로 X1 방향으로 가공 이송하고, 단부 A의 바로 위에 위치하는 조사 헤드 위치 31a에 조사 헤드(31)가 위치한 시점에서 레이저 광선의 조사를 개시하며, 단부 A를 가공 시점으로 하여 가공을 행한다. 가공 중에는, 가공 이송 속도를 일정하게 하고, 단부 B의 바로 위에 위치하는 조사 헤드 위치 31b로 조사 헤드(31)가 이동할 때까지 레이저 광선의 조사를 계속한다.

(2) 제2 단계

라인 L11의 가공이 종료되고 조사 헤드(31)가 워크(W)를 넘어간 시점에서 조사 헤드(31)로부터의 레이저 광선의 조사를 멈추고, 제어 수단(6)에 의한 제어 하에서 가공 이송 수단(4)을 작동시켜 가공 이송을 정지시킨다. 유지 수단(2)은 가공 이송 수단(4)에 의해 감속되지만, 조사 헤드 위치 31b의 아래쪽을 지나가고 나서 완전히 정지하기까지는 시간이 걸린다. 예컨대, 감속을 시작하여 완전히 정지하기까지는 1초 정도 걸린다.

(3) 제3 단계

가공 이송의 정지에 필요한 감속의 시간을 이용하여, 그 사이에 인덱싱 이송 수단(5)을 작동시키고, 도 4에 도시하는 바와 같이, 유지 수단(2)과 레이저 조사 수단(3)을 상대적으로 인덱싱 이송하며, 조사 헤드(31)를 라인 L12의 위쪽에 위치시킨다. 즉, 인덱싱 이송과 가공 이송이 병행하여 행해진다. 예컨대, 이 인덱싱 이송에 0.5초가 걸린다고 하면, 도 4에 도시하는 바와 같이, 조사 헤드(31)는, 이 0.5초에 조사 헤드 위치 31c에 도달하고, 그 후, 나머지 0.5초에 가공 이송에 의해 조사 헤드 위치 31d까지 이동한다. 조사 헤드 위치 31d는, 라인 L12를 가공할 때의 가공 이송의 조주(助走) 개시 위치가 된다.

통상은, 가공 이송의 감속에 필요한 시간은 인덱싱 이송에 필요한 시간보다도 길기 때문에, 다음 라인의 가공을 위한 인덱싱 이송을 가공 이송의 감속 중에 완료할 수 있어, 실질적으로 인덱싱 이송에 필요한 시간을 0으로 할 수 있다.

이어서, 제1 단계로 되돌아가, 가공 이송 수단(4)을 작동시켜 라인 L12를 레이저 가공한다. 이때, 가공 이송 수단(4)은, 유지 수단(2)을 X2 방향, 즉 라인 L11의 가공시와 반대 방향으로 이동시킨다. 그리고, 단부 C의 바로 위의 위치에 조사 헤드(31)가 위치한 시점에서 레이저 광선의 조사를 개시하고, 단부 D의 바로 위에 위치한 조사 헤드 위치 31e에 도달할 때까지, 레이저 가공을 행한다.

다음에, 제2 단계에 있어서 조사 헤드(31)가 워크(W)를 넘어간 시점에서 조사 헤드(31)로부터의 레이저 광선의 조사를 멈추고, 제어 수단(6)에 의한 제어 하에서 가공 이송 수단(4)을 작동시켜 가공 이송을 정지시킨다. 유지 수단(2)을 감속하는 동안, 제3 단계에 의해, 인덱싱 이송과 가공 이송이 병행하여 행해지고, 조사 헤드(31)가 조사 헤드 위치 31f로 이동하며, 그 후, 나머지 가공 이송 시간 동안에 조사 헤드(31)가 조사 헤드 위치 31g까지 이동한다. 그리고 또한 제1 단계로 되돌아가서, 조사 헤드 위치 31g를 가공 이송의 조주 개시 위치로 하여 동일하게 라인 L13을 가공한다. 이후에도 제1?제3 단계를 반복한다.

이와 같이 하여, 제1?제3 단계를 반복하고, 유지 수단(2)을 왕복 이동시키면서 모든 라인에 대하여 레이저 가공을 행한다. 가로 방향 라인의 가공이 모두 종료된 후에는, 유지 수단(2)을 90도 회전시켜, 세로 방향 라인에 대해서도 제1?제3 단계를 반복하여 레이저 가공을 행한다.

이상과 같이, 제어 수단(6)은, 1개의 분할 예정 라인의 레이저 가공 종료시부터 가공 이송이 완전히 정지되기까지의 감속의 시간에 상기 감속과 병행하여 인덱싱 이송을 행하고, 감속의 시간을 이용하여 다음 분할 예정 라인에 대한 레이저 가공을 개시할 수 있는 상태로 만들기 때문에, 실질적으로 인덱싱 이송에 필요한 시간을 0으로 할 수 있어, 레이저 가공의 생산성을 개선할 수 있다. 가공 이송의 감속에 1초, 인덱싱 이송에 0.5초 걸렸던 종래의 제어에 있어서는, 예컨대 300개의 분할 예정 라인을 갖는 워크의 가공시에, 가공에 필요한 시간 이외에 450초의 시간이 소비되고 있었지만, 이 시간을 300초로 단축시킬 수 있어, 생산성의 향상을 한층 더 도모할 수 있다.

1 : 레이저 가공 장치 2 : 유지 수단
20 : 유지면 21 : 고정부
3 : 레이저 가공 수단 30 : 케이싱
31 : 조사 헤드 4 : 가공 이송 수단
40 : 볼나사 41 : 가이드 레일
42 : 모터 43 : 슬라이드부
5 : 인덱싱 이송 수단 50 : 볼나사
51 : 가이드 레일 52 : 모터
53 : 베이스 6 : 제어 수단
10 : 벽부
W : 워크 W1 : 표면
L11?L13, L21?L23 : 분할 예정 라인
A?F: 단부 31a?31f : 조사 헤드 위치
100 : 테이프 101 : 프레임
102 : 디바이스

Claims

레이저 가공 장치로서,
피가공물을 유지하는 유지 수단과,
상기 유지 수단에 유지된 피가공물에 레이저 빔을 조사하여 레이저 가공을 행하는 레이저 빔 조사 수단과,
상기 유지 수단과 상기 레이저 빔 조사 수단을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 수단과,
상기 유지 수단과 상기 레이저 빔 조사 수단을 상대적으로 인덱싱 이송하는 인덱싱 이송 수단, 그리고
상기 가공 이송 수단을 작동시켜 상기 유지 수단과 상기 레이저 빔 조사 수단을 상대적으로 가공 이송하고 상기 유지 수단에 유지된 피가공물에 레이저 빔을 조사하여 피가공물에 레이저 가공을 행하며, 상기 레이저 빔이 피가공물의 엣지를 넘어간 시점에서 상기 가공 이송 수단의 작동을 정지시키고, 상기 가공 이송 수단의 작동의 정지 지령으로부터 가공 이송의 정지에 필요한 감속의 시간을 이용하여 상기 인덱싱 이송 수단을 작동시켜 인덱싱 이송을 행하는 제어 수단
을 포함하는 레이저 가공 장치.