KR20190043090A - 레이저 가공 장치 - Google Patents

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Abstract

[과제] 본 발명의 과제는, 판상의 피가공물에 대해 레이저 광선을 조사하여 가공할 때에, 피가공물에 대한 레이저 광선의 조사가 방해되지 않는 레이저 가공 장치를 제공하는 것에 있다.
[해결 수단] 레이저 가공 장치의 레이저 광선 조사 유닛 (8) 은, 레이저 광선 (LB) 을 출사하는 레이저 발진기 (82) 와, 레이저 발진기 (82) 로부터 출사된 레이저 광선 (LB) 을 집광하여 유지 유닛 (22) 에 유지된 피가공물 (10) 에 조사하는 집광기 (86) 와, 집광기 (86) 의 하단부에 배치 형성되어 피가공물 (10) 의 상면에 액체 (W) 를 분사하는 액체 분사기 (40) 를 포함한다. 액체 분사기 (40) 는, 집광기 (86) 의 하단부에 배치 형성되어 레이저 광선 (LB) 의 통과를 허용하는 투명판 (423) 과, 그 투명판 (423) 으로 이루어지는 천정벽과, 측벽 (422b) 과, 바닥벽 (422c) 으로 구성되는 공간 (422a) 을 구비한 케이싱 (42) 과, 바닥벽 (422c) 에 형성되어 집광기 (86) 에 의해 집광된 레이저 광선 (LB) 의 통과를 허용하는 가공 이송 방향으로 연장되는 개구 (422d) 와, 케이싱 (42) 에 액체 (W) 를 공급하는 액체 공급부 (43) 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 구획되고 표면에 형성된 웨이퍼는, 레이저 가공 장치에 의해 개개의 디바이스 칩으로 분할되고, 분할된 디바이스 칩은 휴대 전화, PC, 조명 기기 등의 전기 기기에 이용된다.
레이저 가공 장치는, 피가공물에 대해 흡수성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을, 피가공물의 표면에 위치시켜 조사하는 어블레이션 가공에 의해 분할의 기점이 되는 홈을 형성하는 타입인 것 (예를 들어, 특허문헌 1 을 참조), 피가공물 에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저 광선의 집광점을, 피가공물의 내부에 위치시켜 조사하여, 피가공물의 내부에 분할의 기점이 되는 개질층을 형성하는 타입인 것 (예를 들어, 특허문헌 2 를 참조), 피가공물에 대해 투과성을 갖는 파장의 레이저 빔의 집광점을, 피가공물의 내부에 위치시켜 조사하여, 피가공물의 표면에서 이면에 이르고, 분할의 기점이 되는 세공과 그 세공을 둘러싸는 비정질 영역으로 이루어지는 복수의 실드 터널을 형성하는 타입인 것 (예를 들어, 특허문헌 3 을 참조) 이 존재하고, 피가공물의 종류, 가공 정밀도 등에 따라, 레이저 가공 장치가 적절히 선택된다.
상기한 레이저 가공 장치 중, 특히 어블레이션 가공을 실시하는 타입에 있어서는 웨이퍼의 표면에 레이저 광선을 조사했을 때에 발생하는 데브리 (레이저 가공 찌꺼기) 가, 웨이퍼에 형성된 디바이스의 표면에 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. 또한, 액상 수지는, 반복 이용할 수 없기 때문에, 경제적이지 못하다는 문제가 있다.
또, 웨이퍼를 수몰시킨 상태에서 레이저 광선을 조사하여 데브리를 물에 부유시킴으로써 웨이퍼의 표면에 부착하는 것을 방지하는 기술도 제안되어 있다. 그러나, 웨이퍼가 수몰된 상태에서 웨이퍼에 대해 레이저 광선을 조사하는 경우, 웨이퍼의 레이저 광선이 조사된 부위로부터 미세한 기포가 발생하기 때문에, 이 기포에 의해 레이저 광선의 진행이 방해되어, 원하는 가공을 할 수 없다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 판상의 피가공물에 대해 레이저 광선을 조사하여 가공할 때에, 피가공물에 대한 레이저 광선의 조사가 방해되지 않는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 레이저 가공 장치로서, 판상의 피가공물을 유지하는 유지 유닛과, 그 유지 유닛에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하여 가공을 실시하는 레이저 광선 조사 유닛과, 그 유지 유닛과 그 레이저 광선 조사 유닛을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 유닛을 구비하고, 그 레이저 광선 조사 유닛은, 레이저 광선을 출사하는 레이저 발진기와, 그 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 광선을 집광하여 그 유지 유닛에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기와, 그 집광기의 하단부에 배치 형성되어 피가공물의 상면에 액체를 분사하는 액체 분사기를 포함하고, 그 액체 분사기는, 그 집광기의 하단부에 배치 형성되어 레이저 광선의 통과를 허용하는 투명판과, 그 투명판으로 이루어지는 천정벽과, 측벽과, 바닥벽으로 구성되는 공간을 구비한 케이싱과, 그 바닥벽에 형성되어 집광기에 의해 집광된 레이저 광선의 통과를 허용하는 가공 이송 방향으로 연장되는 개구와, 그 케이싱에 액체를 공급하는 액체 공급부를 포함하고, 그 바닥벽에 형성된 개구로부터 액체가 피가공물에 분사됨과 함께 레이저 광선이 피가공물에 조사되는 레이저 가공 장치가 제공된다.
바람직하게는, 그 레이저 광선 조사 유닛은, 그 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 광선을 분산시키는 분산 수단을 추가로 포함한다.
본 발명에 의하면, 바닥벽에 형성된 개구로부터 액체가 피가공물에 분사됨과 함께 레이저 광선이 피가공물에 조사되도록 구성됨으로써, 피가공물에 대한 레이저 광선의 조사가 방해되지 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 발명 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2 는 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치의 일부를 분해하여 나타내는 분해 사시도이다.
도 3 은 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치에 장착되는 (a) 액체 분사기의 사시도, 및 (b) 액체 분사기를 분해하여 나타내는 분해 사시도이다.
도 4 는 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치에 장착되는 레이저 광선 조사 유닛의 광학계를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5 는 도 1 에 나타내는 레이저 가공 장치에 장착되는 액체 분사기에 관한 것으로, 작동시에 있어서의 (a) X 방향 일부 확대 단면도, 및 (b) Y 방향 일부 확대 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치에 대해, 첨부 도면을 참조하여, 더욱 상세하게 설명한다.
도 1 에는, 본 실시형태의 레이저 가공 장치 (2) 의 사시도가 나타내어져 있다. 레이저 가공 장치 (2) 는, 기대 (21) 상에 배치되고, 판상의 피가공물 (예를 들어, 실리콘제의 웨이퍼 (10)) 을 유지하는 유지 유닛 (22) 과, 유지 유닛 (22) 을 이동시키는 이동 기구 (23) 와, 기대 (21) 상의 이동 기구 (23) 의 측방에 화살표 (Z) 로 나타내는 Z 방향으로 세워서 형성되는 수직 벽부 (261), 및 수직 벽부 (261) 의 상단부로부터 수평 방향으로 연장되는 수평 벽부 (262) 로 이루어지는 프레임체 (26) 와, 액체 공급 기구 (4) 와, 레이저 광선 조사 유닛 (8) 을 구비하고 있다. 도면에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 (10) 는, 예를 들어, 점착 테이프 (T) 를 통하여 환상의 프레임 (F) 에 지지되고, 유지 유닛 (22) 에 유지된다. 또한, 상기한 레이저 가공 장치 (2) 는, 실제의 가공 상태에서는, 설명의 형편상 생략된 하우징 등에 의해 전체가 덮여져 있어, 내부에 분진이나 먼지 등이 들어가지 않도록 구성된다.
도 2 는, 도 1 에 기재된 레이저 가공 장치 (2) 에 대해, 액체 공급 기구 (4) 의 일부를 구성하는 액체 회수 풀 (60) 을 레이저 가공 장치 (2) 로부터 떼어내고, 또한 분해한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 2 를 참조하면서, 본 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치 (2) 에 대해 상세하게 설명한다. 프레임체 (26) 의 수평 벽부 (262) 의 내부에는, 유지 유닛 (22) 에 유지되는 웨이퍼 (10) 에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 유닛 (8) 을 구성하는 광학계가 배치 형성된다. 수평 벽부 (262) 의 선단부 하면측에는, 레이저 조사 기구 (8) 의 일부를 구성하는 집광기 (86) 가 배치 형성됨과 함께, 집광기 (86) 에 대해 도면 중 화살표 (X) 로 나타내는 방향에서 인접하는 위치에 얼라인먼트 유닛 (88) 이 배치 형성된다.
얼라인먼트 유닛 (88) 에는, 웨이퍼 (10) 의 표면을 촬상하는 가시 광선을 사용하는 촬상 소자 (CCD) 가 구비되는데, 웨이퍼 (10) 를 구성하는 재질에 따라서는, 적외선을 조사하는 적외선 조사 유닛과, 적외선 조사 유닛에 의해 조사된 적외선을 포착하는 광학계와, 그 광학계가 포착한 적외선에 대응하는 전기 신호를 출력하는 촬상 소자 (적외선 CCD) 를 포함하는 것이 바람직하다.
유지 유닛 (22) 은, 도 2 에 화살표 (X) 로 나타내는 X 방향에 있어서 자유롭게 이동할 수 있게 기대 (21) 에 탑재된 사각형상의 X 방향 가동판 (30) 과, 도 2 에 화살표 (Y) 로 나타내는 Y 방향에 있어서 자유롭게 이동할 수 있게 X 방향 가동판 (30) 에 탑재된 사각형상의 Y 방향 가동판 (31) 과, Y 방향 가동판 (31) 의 상면에 고정된 원통상의 지주 (32) 와, 지주 (32) 의 상단에 고정된 사각형상의 커버판 (33) 을 포함한다. 커버판 (33) 에는 커버판 (33) 상에 형성된 장공을 통과하여 상방으로 연장되는 척 테이블 (34) 이 배치 형성되어 있다. 척 테이블 (34) 은, 원 형상의 피가공물을 유지하고, 도시되지 않은 회전 구동 유닛에 의해 회전 가능하게 구성된다. 척 테이블 (34) 의 상면에는, 다공질 재료로 형성되고 실질상 수평하게 연장되는 원 형상의 흡착 척 (35) 이 배치되어 있다. 흡착 척 (35) 은, 지주 (32) 를 통과하는 유로에 의해 도시되지 않은 흡인 수단에 접속되어 있고, 흡착 척 (35) 의 주위에는, 클램프 (36) 가 균등하게 4 개 배치되어 있다. 클램프 (36) 는, 웨이퍼 (10) 를 척 테이블 (34) 에 고정시킬 때에, 웨이퍼 (10) 를 유지하는 프레임 (F) 을 파지한다. X 방향은 도 2 에 화살표 (X) 로 나타내는 방향이고, Y 방향은 화살표 (Y) 로 나타내는 방향으로서 X 방향에 직교하는 방향이다. X 방향, Y 방향으로 규정되는 평면은 실질상 수평이다.
이동 기구 (23) 는, X 방향 이동 기구 (50) 와, Y 방향 이동 기구 (52) 를 포함한다. X 방향 이동 기구 (50) 는, 모터 (50a) 의 회전 운동을, 볼 나사 (50b) 를 통하여 직선 운동으로 변환하여 X 방향 가동판 (30) 에 전달하고, 기대 (21) 상의 안내 레일 (27, 27) 을 따라 X 방향 가동판 (30) 을 X 방향에 있어서 진퇴시킨다. Y 방향 이동 기구 (52) 는, 모터 (52a) 의 회전 운동을, 볼 나사 (52b) 를 통하여 직선 운동으로 변환하여, Y 방향 가동판 (31) 에 전달하고, X 방향 가동판 (30) 상의 안내 레일 (37, 37) 을 따라 Y 방향 가동판 (31) 을 Y 방향에 있어서 진퇴시킨다. 또한, 도시는 생략하지만, X 방향 이동 기구 (50), Y 방향 이동 기구 (52) 에는, 각각 위치 검출 수단이 배치 형성되어 있어, 척 테이블 (34) 의 X 방향의 위치, Y 방향의 위치, 둘레 방향의 회전 위치가 정확하게 검출되고, X 방향 이동 기구 (50), Y 방향 이동 기구 (52), 및 도시되지 않은 회전 구동 유닛이 구동되어, 임의의 위치 및 각도에 척 테이블 (34) 을 정확하게 위치시키는 것이 가능하게 되어 있다. 상기한 X 방향 이동 기구 (50) 가, 유지 유닛 (22) 을 가공 이송 방향으로 이동시키는 가공 이송 유닛이고, Y 방향 이동 기구 (52) 가, 유지 유닛 (22) 을 산출 이송 방향으로 이동시키는 산출 이송 유닛이 된다.
도 1 ∼ 도 3 을 참조하면서, 액체 공급 기구 (4) 에 대해 설명한다. 액체 공급 기구 (4) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 액체 분사기 (40) 와, 액체 공급 펌프 (44) 와, 여과 필터 (45) 와, 액체 회수 풀 (60) 과, 액체 분사기 (40) 및 액체 공급 펌프 (44) 를 접속하는 파이프 (46a) 와, 액체 회수 풀 (60) 및 여과 필터 (45) 를 접속하는 파이프 (46b) 를 구비하고 있다. 또한, 파이프 (46a), 및 파이프 (46b) 는, 부분적으로, 혹은 전체가 플렉시블 호스에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다.
도 3(a) 에 나타내는 바와 같이, 액체 분사기 (40) 는, 집광기 (86) 의 하단부에 배치 형성된다. 액체 분사기 (40) 의 분해도를, 도 3(b) 에 나타낸다. 도 3(b) 로부터 이해되는 바와 같이, 액체 분사기 (40) 는, 케이싱 (42) 과 액체 공급부 (43) 로 구성된다. 케이싱 (42) 은, 평면에서 보아 대략 사각형상을 이루고, 케이싱 상부 부재 (421) 와 케이싱 하부 부재 (422) 에 의해 구성된다. 케이싱 상부 부재 (421) 의 상면 중앙부에는, 집광기 (86) 를 결합하기 위한 원형의 개구부 (421a) 가 형성되어 있다. 또, 케이싱 상부 부재 (421) 의 하면 (421c) 에는, 집광기 (86) 로부터 조사되는 레이저 광선 (LB) 을 투과시키는 투명판 (423) 이 배치 형성된다. 투명판 (423) 은, 예를 들어, 유리판으로 이루어지고, 케이싱 상부 부재 (421) 의 하면 (421c) 측을 폐색하고, 개구부 (421a) 와 대향하는 위치에 배치 형성된다. 케이싱 하부 부재 (422) 는, 측벽 (422b) 과 바닥벽 (422c) 을 구비하고 있다. 측벽 (422b) 과 바닥벽 (422c) 에 의해, 케이싱 하부 부재 (422) 의 내부에 공간 (422a) 이 형성된다. 바닥벽 (422c) 에는, 중앙에 있어서, 도면 중 화살표 (X) 로 나타내는 X 방향으로 연장되는 개구 (422d) 와, 그 개구 (422d) 의 길이 방향의 양측을 따라 형성되는 경사부 (422e) 가 형성된다. 개구 (422d) 의 폭은, 1 ㎜ ∼ 2 ㎜ 정도로 설정된다. 액체 공급부 (43) 가 연결되는 화살표 (Y) 로 나타내는 Y 방향의 앞측의 측벽 (422b) 에는, 액체 공급구 (422f) 가 형성된다. 상기한 케이싱 상부 부재 (421) 와 케이싱 하부 부재 (422) 를 상하 방향으로부터 결합함으로써, 투명판 (48) 으로 이루어지는 천정벽과, 측벽 (422b) 과, 바닥벽 (422c) 으로 구성되는 공간 (422a) 을 구비한 케이싱 (42) 이 구성된다.
액체 공급부 (43) 는, 액체 (W) 가 공급되는 공급구 (43a) 와, 케이싱 (42) 에 형성되는 액체 공급구 (422f) 와 대향하는 위치에 형성되는 배출구 (도시는 생략한다) 와, 공급구 (43a) 와 그 배출구를 연통하는 연통로 (도시는 생략한다) 를 구비하고 있다. 이 액체 공급부 (43) 를 케이싱 (42) 에 대해 Y 방향으로부터 장착함으로써, 액체 분사기 (40) 가 형성된다.
액체 분사기 (40) 는, 상기한 바와 같은 구성을 구비하고 있음으로써, 액체 공급 펌프 (44) 로부터 토출된 액체 (W) 가, 액체 공급부 (43) 의 공급구 (43a) 에 공급되고, 액체 공급부 (43) 의 내부의 연통로와 배출구를 거쳐, 케이싱 (42) 의 액체 공급구 (422f) 에 공급되고, 케이싱 (42) 의 공간 (422a) 을 거쳐, 바닥벽 (422c) 에 형성된 개구 (422d) 로부터 분사된다. 액체 분사기 (40) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 액체 공급부 (43) 와 케이싱 (42) 이, Y 방향으로 나열되도록 집광기 (86) 의 하단부에 장착된다. 이로써, 케이싱 (42) 의 바닥벽 (422c) 에 형성되는 개구 (422d) 는, 가공 이송 방향인 X 방향을 따라 연장되도록 위치된다.
도 1, 및 도 2 로 되돌아와, 액체 회수 풀 (60) 에 대해 설명한다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 액체 회수 풀 (60) 은, 외측 프레임체 (61) 와, 2 개의 방수 커버 (66) 를 구비하고 있다.
외측 프레임체 (61) 는, 도면 중 화살표 (X) 로 나타내는 X 방향으로 연장되는 외측벽 (62a) 과, 도면 중 화살표 (Y) 로 나타내는 Y 방향으로 연장되는 외측벽 (62b) 과, 외측벽 (62a 및 62b) 의 내측에 소정 간격을 두고, 외측벽 (62a, 62b) 과 평행하게 배치 형성되는 내측벽 (63a, 63b) 과, 외측벽 (62a, 62b) 및 내측벽 (63a, 63b) 의 하측 가장자리를 연결하는 바닥벽 (64) 을 구비한다. 외측벽 (62a, 62b), 내측벽 (63a, 63b), 및 바닥벽 (64) 에 의해, 길이 방향이 X 방향을 따르고, 폭 방향이 Y 방향을 따른 장방형의 액체 회수로 (70) 가 형성된다. 액체 회수로 (70) 를 구성하는 내측벽 (63a, 63b) 의 내측에는, 상하로 관통하는 개구 (60A) 가 형성된다. 액체 회수로 (70) 를 구성하는 바닥벽 (64) 에는, X 방향, 및 Y 방향에 있어서 미소한 경사가 형성되어 있고, 액체 회수로 (70) 의 가장 낮은 위치가 되는 모서리부 (도면 중 좌측의 구석부) 에는, 액체 배출공 (65) 이 배치 형성된다. 액체 배출공 (65) 에는, 파이프 (46b) 가 접속되고, 파이프 (46b) 를 통하여 여과 필터 (45) 에 접속된다. 또한, 외측 프레임체 (61) 는, 부식이나 녹에 강한 스테인리스제 판재에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
2 개의 방수 커버 (66) 는, 모두 문형 형상으로 이루어지는 2 개의 고정 금구 (66a) 와, 벨로스상이며 방수성을 갖는 수지제의 커버 부재 (66b) 를 구비하고 있다. 고정 금구 (66a) 는, 외측 프레임체 (61) 의 Y 방향에 있어서 대향하여 배치 형성되는 2 개의 내측벽 (63a) 에 걸칠 수 있는 치수로 형성되어 있고, 커버 부재 (66b) 의 양단부에 장착된다. 2 개의 방수 커버 (66) 의 고정 금구 (66a) 의 일방은, 각각, 외측 프레임체 (61) 의 X 방향에 있어서 대향하도록 배치 형성되는 내측벽 (63b) 에 고정된다. 이와 같이 구성된 액체 회수 풀 (60) 은, 레이저 가공 장치 (2) 의 기대 (21) 상에 도시되지 않은 고정구에 의해 고정된다. 유지 유닛 (22) 의 커버판 (33) 은, 2 개의 방수 커버 (66) 의 고정 금구 (66a) 끼리 사이에 끼우도록 하여 장착된다. 또한, 커버 부재 (33) 의 X 방향에 있어서의 단면 (端面) 은, 고정 금구 (66a) 와 동일한 문형 형상을 이루고 있고, 고정 금구 (66a) 와 마찬가지로, 외측 프레임체 (61) 의 대향하는 내측벽 (63a) 에 Y 방향에서 걸치는 치수인 점에서, 커버 부재 (33) 는, 액체 회수 풀 (60) 의 외측 프레임체 (61) 를 기대 (21) 에 설치한 후, 방수 커버 (66) 에 장착된다. 상기한 구성에 의하면, 커버판 (33) 이 X 방향 이동 기구 (50) 에 의해 X 방향으로 이동되면, 커버판 (33) 은, 액체 회수 풀 (60) 의 내측벽 (63a) 을 따라 이동한다. 또한, 방수 커버 (66), 및 커버 부재 (33) 의 장착 방법에 대해서는, 상기한 순서에 한정되지 않고, 예를 들어, 2 개의 방수 커버 (66) 를 외측 프레임체 (61) 의 내측벽 (63b) 에 장착하기 전에, 미리 커버 부재 (33) 를 장착해 두고, 기대 (21) 에 먼저 장착한 외측 프레임체 (61) 에 대해, 방수 커버 (66) 를 장착하도록 해도 된다.
도 1 로 되돌아와 설명을 계속하면, 액체 공급 기구 (4) 는, 상기한 구성을 구비하고 있음으로써, 액체 공급 펌프 (44) 의 토출구 (44a) 로부터 토출된 액체 (W) 가, 파이프 (46a) 를 경유하여, 액체 분사기 (40) 에 공급된다. 액체 분사기 (40) 에 공급된 액체 (W) 는, 액체 분사기 (40) 의 케이싱 (42) 의 바닥벽에 형성된 개구 (422d) 로부터 하방을 향하여 분사된다. 액체 분사기 (40) 로부터 분사된 액체 (W) 는, 액체 회수 풀 (60) 에서 회수된다. 액체 회수 풀 (60) 에서 회수된 액체 (W) 는, 액체 회수로 (70) 를 흘러, 액체 회수로 (70) 의 가장 낮은 위치에 형성된 액체 배출공 (65) 에 모인다. 액체 배출공 (65) 에 모인 액체 (W) 는, 파이프 (46b) 를 경유하여 여과 필터 (45) 에 유도되고, 여과 필터 (45) 로 레이저 가공 찌꺼기 (데브리) 나 티끌, 먼지 등이 제거되어, 액체 공급 펌프 (44) 에 되돌려진다. 이와 같이 하여, 액체 공급 펌프 (44) 에 의해 토출된 액체 (W) 가 액체 공급 기구 (4) 내를 순환한다.
도 4 는, 레이저 광선 조사 유닛 (8) 의 광학계의 개략을 나타내는 블록도이다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 레이저 광선 조사 유닛 (8) 은, 펄스상의 레이저 광선 (LB) 을 발진하는 레이저 발진기 (82) 와, 레이저 발진기 (82) 가 발진한 레이저 광선 (LB) 의 출력을 조정하는 어테뉴에이터 (도시는 생략한다) 와, 레이저 발진기 (82) 로부터 발진된 레이저 광선 (LB) 의 광로를 적절히 변경하는 반사 미러 (도시는 생략한다) 와, 레이저 광선 (LB) 의 조사 방향을 분산시키는 분산 수단으로서의 폴리곤 미러 (91) 와, 집광기 (86) 를 포함한다. 레이저 발진기 (82) 는, 예를 들어, 피가공물에 대해 흡수성을 갖는 파장의 레이저 광선 (LB) 을 발진한다.
집광기 (86) 의 상부에 배치 형성되는 폴리곤 미러 (91) 는, 폴리곤 미러 (91) 를 화살표 (R) 로 나타내는 방향으로 고속 회전시키는 도시되지 않은 모터를 구비한다. 집광기 (86) 의 내부에는, 레이저 광선 (LB) 을 집광하여 피가공물에 조사하는 집광 렌즈 (fθ 렌즈) (86a) 가 배치 형성되어 있다. 도에 나타내는 바와 같이, 폴리곤 미러 (91) 는, 복수 장의 미러 (M) 가, 폴리곤 미러 (91) 의 회전축에 대해 동심상으로 배치되어 있다. fθ 렌즈 (86a) 는, 상기한 폴리곤 미러 (91) 의 하방에 위치하고 있고, 폴리곤 미러 (91) 에 의해 반사된 레이저 광선 (LB) 을 집광하여 척 테이블 (34) 상의 웨이퍼 (10) 에 조사한다. 폴리곤 미러 (91) 가 회전함으로써, 미러 (M) 에 의해 반사되는 레이저 광선 (LB) 의 각도가 소정 범위에서 변화되고, 레이저 광선 (LB) 이, 웨이퍼 (10) 상의 가공 이송 방향 (X 방향) 의 소정 범위에 있어서 분산하여 조사된다.
또한, 레이저 광선 조사 유닛 (8) 은, 도시되지 않은 집광점 위치 조정 유닛을 구비하고 있다. 집광점 위치 조정 유닛의 구체적인 구성의 도시는 생략하지만, 예를 들어, 너트부가 집광기 (86) 에 고정되고 Z 방향으로 연장되는 볼 나사와, 이 볼 나사의 편단부에 연결된 모터를 갖는 구성이어도 된다. 이와 같은 구성에 의해 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하고, Z 방향으로 배치 형성되는 안내 레일 (도시는 생략한다) 을 따라 집광기 (86) 를 이동시키고, 이로써, 집광기 (86) 에 의해 집광되는 레이저 광선 (LB) 의 집광점의 화살표 (Z) 로 나타내는 Z 방향의 위치를 조정한다.
도 1 로 되돌아와 설명을 계속하면, 수평 벽부 (262) 의 선단부 하면에는, 상기한 집광기 (86) 와 함께, 집광기 (86) 와 X 방향으로 간격을 두고 장착된 얼라인먼트 유닛 (88) 이 배치 형성되어 있다. 얼라인먼트 유닛 (88) 은, 유지 테이블 (32) 에 유지되는 피가공물을 촬상하여 레이저 가공을 실시해야 하는 영역을 검출하고, 집광기 (86) 와 웨이퍼 (10) 의 가공 위치의 위치 맞춤을 실시하기 위하여 이용된다.
본 발명의 레이저 가공 장치 (2) 는, 대체로 상기한 바와 같은 구성을 구비하고 있고, 그 작용에 대해, 이하에 설명한다.
본 실시형태의 레이저 가공 장치 (2) 에 의해 레이저 가공을 실시할 때, 점착 테이프 (T) 를 통하여 환상의 프레임 (F) 에 지지된 판상의 피가공물, 예를 들어, 표면에 디바이스가 형성된 실리콘 (Si) 으로 이루어지는 웨이퍼 (10) 를 준비한다. 웨이퍼 (10) 를 준비했다면, 도 1 에 나타내는 척 테이블 (34) 의 흡착 척 (35) 상에, 디바이스가 형성된 표면을 위로 하여 웨이퍼 (10) 를 재치 (載置) 하고, 클램프 (36) 등에 의해 고정시킨다. 흡착 척 (35) 상에 웨이퍼 (10) 를 고정시켰다면, 도시되지 않은 흡인원을 작동시켜, 흡착 척 (35) 상에 흡인력을 생성하고, 웨이퍼 (10) 를 흡착시켜 유지한다.
웨이퍼 (10) 를 흡착 척 (35) 으로 유지했다면, 이동 기구 (23) 에 의해 척 테이블 (34) 을 X 방향, 및 Y 방향으로 적절히 이동시켜, 척 테이블 (34) 상의 웨이퍼 (10) 를 얼라인먼트 유닛 (88) 의 바로 아래에 위치시킨다. 웨이퍼 (10) 를 얼라인먼트 유닛 (88) 의 바로 아래에 위치시켰다면, 얼라인먼트 유닛 (88) 에 의해 웨이퍼 (10) 상을 촬상한다. 이어서, 얼라인먼트 유닛 (88) 에 의해 촬상한 웨이퍼 (10) 의 화상에 기초하여, 패턴 매칭 등의 수법에 의해, 웨이퍼 (10) 와 집광기 (86) 의 위치 맞춤을 실시한다. 이 위치 맞춤에 의해 얻어진 위치 정보에 기초하여, 척 테이블 (34) 을 이동시킴으로써, 웨이퍼 (10) 상의 가공 개시 위치의 상방에 집광기 (86) 를 위치시킨다. 이어서, 도시되지 않은 집광점 위치 조정 유닛에 의해 집광기 (86) 를 Z 방향으로 이동시키고, 웨이퍼 (10) 의 레이저 광선 (LB) 의 조사 개시 위치인 분할 예정 라인에 있어서의 편단부의 표면 높이에 집광점을 위치시킨다. 도 5(a) 에 나타내는 바와 같이, 집광기 (86) 의 하단부에는, 액체 공급 기구 (4) 의 액체 분사기 (40) 가 배치 형성되어 있고, 웨이퍼 (10) 의 표면 높이에 집광점을 위치시켰을 때에, 액체 분사기 (40) 를 구성하는 케이싱 하부 부재 (422) 의 하면과 웨이퍼 (10) 의 표면에서, 예를 들어, 0.5 ㎜ ∼ 2.0 ㎜ 정도의 간극이 형성되도록 설정하고 있다.
얼라인먼트 유닛 (88) 에 의해, 집광기 (86) 와 웨이퍼 (10) 의 위치 맞춤을 실시했다면, 액체 회수 풀 (60) 의 액체 회수로 (70) 를 통하여, 액체 공급 기구 (4) 에 대해 필요 충분한 액체 (W) 를 보충하고, 액체 공급 펌프 (44) 를 작동시킨다. 액체 공급 기구 (4) 의 내부를 순환하는 액체 (W) 로는, 예를 들어, 순수가 이용된다.
액체 공급 기구 (4) 는, 상기한 구성을 구비하고 있음으로써, 액체 공급 펌프 (44) 의 토출구 (44a) 로부터 토출된 액체 (W) 가, 파이프 (46a) 를 경유하여, 액체 분사기 (40) 에 공급된다. 액체 분사기 (40) 에 공급된 액체 (W) 는, 액체 분사기 (40) 의 케이싱 (42) 의 바닥벽에 형성된 개구로부터 하방을 향하여 분사된다. 액체 분사기 (40) 로부터 분사된 액체 (W) 는, 액체 회수 풀 (60) 에서 회수된다. 액체 회수 풀 (60) 에서 회수된 액체 (W) 는, 액체 회수로 (70) 를 흘러, 액체 회수로 (70) 의 가장 낮은 위치에 형성된 액체 배출공 (65) 에 모인다. 액체 배출공 (65) 에 모인 액체 (W) 는, 파이프 (46b) 를 경유하여 여과 필터 (45) 에 유도되고, 여과 필터 (45) 로 청정화되어, 액체 공급 펌프 (44) 에 되돌려진다. 이와 같이 하여, 액체 공급 펌프 (44) 에 의해 토출된 액체 (W) 가 액체 공급 기구 (4) 내를 순환한다.
액체 공급 기구 (4) 가 작동을 개시하고, 소정 시간 (수 분 정도) 경과함으로써, 액체 분사기 (40) 의 내부가 액체 (W) 로 채워지고, 액체 공급 기구 (4) 를 액체 (W) 가 안정적으로 순환하는 상태가 된다.
액체 공급 기구 (4) 에 의해 액체 (W) 가 안정적으로 순환하고 있는 상태에서, 레이저 광선 조사 유닛 (8) 을 작동시키면서, X 방향 이동 기구 (50) 을 작동시킴으로써 척 테이블 (34) 을 가공 이송 방향 (X 방향) 에 대해 소정의 이동 속도로 이동시킨다. 이 때, 도 5(a) 에 나타내는 바와 같이, 집광기 (86) 로부터 조사되는 레이저 광선 (LB) 은, 액체 분사기 (40) 의 투명판 (423), 및 액체 (W) 를 투과하여, 개구 (422d) 로부터 웨이퍼 (10) 에 조사된다. 웨이퍼 (10) 에 레이저 광선 (LB) 을 조사할 때에는, 도 5(a) 로부터 이해되는 바와 같이, 폴리곤 미러 (91) 의 회전과 함께, 폴리곤 미러 (91) 를 구성하는 미러 (M) 의 위치가 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 (R) 에 있어서의 하류측에 위치하는 다음의 미러 (M) 에 레이저 광선 (LB) 이 조사되고, 웨이퍼 (10) 에 대해 레이저 광선 (LB) 이 계속하여 분산되어 조사된다. 레이저 발진기 (82) 로부터 레이저 광선 (LB) 이 발진되고, 폴리곤 미러 (91) 가 회전하고 있는 동안, 이와 같은 레이저 가공이 반복된다. 또한, 폴리곤 미러 (91) 를 구성하는 미러 (M) 의 장 수, 폴리곤 미러 (91) 의 회전 속도 등은 피가공물에 따라 적절히 결정된다.
또한, 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
도 5(b) 에 나타내는 바와 같이, 레이저 광선 (LB) 은, 케이싱 (42) 의 바닥벽 (422c) 에 형성된 개구 (422d) 를 통하여 웨이퍼 (10) 에 조사된다. 이 때, 레이저 광선 (LB) 은, 가공 이송 방향 (도 5(b) 에 있어서, 흑점으로 나타내는 지면에 수직인 방향) 으로 분산하여 조사되지만, 개구 (422d) 의 길이 방향 (X 방향) 의 길이, 폭 방향의 길이 (Y 방향) 의 치수는, 가공 이송 방향을 따라, 분산하여 조사되는 레이저 광선 (LB) 의 통과를 허용하도록 설정되어 있다. 이로써, 개구 (422d) 가 연장되는 방향을 따라 레이저 광선 (LB) 이 분산하여 조사될 때에 가려지는 일없이, 웨이퍼 (10) 에 어블레이션 가공이 실시된다. 여기서, 본 실시형태의 액체 공급 펌프 (44) 로부터는, 액체 분사기 (40) 의 케이싱 (42) 의 하면과, 웨이퍼 (10) 에 의해 형성되는 간극이, 항상 액체 (W) 로 채워지는 양의 액체 (W) 가 토출되고 있다. 이로써, 도 5(a), 도 5(b) 에 나타내는 바와 같이, 액체 공급부 (43) 로부터 공급된 액체 (W) 는, 케이싱 (42) 내의 공간 (422a) 을 통과하고, 개구 (422d) 로부터 웨이퍼 (10) 의 표면 상에 배출되어, 흘러내린다.
상기한 상태에서 어블레이션 가공이 실시되면, 웨이퍼 (10) 의 표면 상의 레이저 광선 (LB) 이 조사되는 위치에 있는 액체 (W) 에 기포가 발생한다. 이에 반하여, 본 실시형태에서는, 도 5(b) 에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 (10) 상에 형성되는 간극에 소정의 유속으로 액체 (W) 가 항상 흐르게 된다. 이로써, 레이저 광선 (LB) 의 조사 위치 근방에 발생한 기포는, 신속하게 웨이퍼 (10) 상에 형성되는 간극으로부터 외부로 흐르게 되어 제거된다. 따라서, 폴리곤 미러 (91) 를 사용하여 웨이퍼 (10) 에 대해 레이저 광선 (LB) 을 분산시켜 조사하는 경우에, 어블레이션 가공에 의해 발생하는 기포를 피하여 웨이퍼 (10) 에 레이저 광선 (LB) 을 조사할 수 있고, 양호한 어블레이션 가공을 계속하여 실시 할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 의하면, 웨이퍼 (10) 상의 간극을 액체 (W) 가 계속하여 흐름으로써, 액체 (W) 중에 방출된 데브리가, 웨이퍼 (10) 상으로부터 신속하게 제거된다. 상기한 기포, 및 데브리를 함유하는 액체 (W) 는, 도 1 로부터 이해되는 바와 같이, 커버판 (33), 및 방수 커버 (66) 상을 흘러, 액체 회수로 (70) 에 유도된다. 액체 회수로 (70) 에 유도된 액체 (W) 는, 어블레이션 가공에 의해 발생한 기포를 외부로 방출하면서 액체 회수로 (70) 를 흘러, 액체 회수로 (70) 의 최저부에 형성된 액체 배출공 (65) 으로부터 배출된다. 액체 배출공 (65) 으로부터 배출된 액체 (W) 는, 파이프 (46b) 를 통하여 여과 필터 (45) 에 유도되고, 다시 액체 공급 펌프 (44) 에 공급된다. 이와 같이 하여 액체 (W) 가 액체 공급 기구 (4) 를 순환함으로써, 여과 필터 (45) 에 의해 적절히 데브리나 티끌 등이 포착되고, 액체 (W) 가 청정한 상태로 유지된다.
상기한 어블레이션 가공을 소정의 분할 예정 라인에 실시했다면, 이동 기구 (23) 을 작동시킴으로써, 이미 레이저 가공을 실시한 분할 예정 라인에 Y 방향으로 인접하는 미가공의 분할 예정 라인의 편단부에 집광기 (86) 를 위치시키고, 상기한 어블레이션 가공과 동일한 레이저 가공을 실시한다. 그리고, 인접한 모든 분할 예정 라인에 대해 어블레이션 가공을 실시했다면, 척 테이블 (34) 을 90 도 회전시킴으로써, 먼저 가공한 소정 방향의 분할 예정 라인에 직교하는 미가공의 분할 예정 라인에 대해서도 동일한 어블레이션 가공을 실시한다. 이와 같이 하여, 웨이퍼 (10) 상의 모든 분할 예정 라인에 대해 어블레이션 가공을 실시할 수 있다.
본 실시형태에 의하면, 액체 분사기 (40) 에 배치 형성된 투명판 (423), 및 액체 분사기 (40) 에 공급되는 액체 (W) 를 통하여 레이저 광선 (LB) 이 웨이퍼 (10) 에 조사되어 레이저 가공이 실시됨과 함께, 웨이퍼 (10) 의 표면으로부터 발생하는 기포나, 레이저 가공에 의해 발생하는 데브리 등이 액체 (W) 와 함께 신속하게 제거된다. 이로써, 웨이퍼 (10) 의 표면으로부터 발생하는 기포가 레이저 가공의 방해가 되는 경우가 없고, 또, 가공 후의 디바이스에 데브리가 부착되는 것 등을 방지하여 가공 품질을 저하시키는 경우가 없다.
상기한 실시형태에서는, 투명판 (423) 을 유리판으로 형성했지만, 이것에 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 (86) 에 유도하도록 구성했지만, 이것에 한정되지 않고, 폴리곤 미러 (91) 대신에, 고정시켜 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 적용하는 것을 방해하지 않는다.
2 : 레이저 가공 장치
4 : 액체 공급 기구
8 : 레이저 광선 조사 유닛
10 : 웨이퍼 (판상의 피가공물)
21 : 기대
22 : 유지 유닛
23 : 이동 기구
26 : 프레임체
261 : 수직 벽부
262 : 수평 벽부
30 : X 방향 가동판
31 : Y 방향 가동판
33 : 커버판
34 : 척 테이블
35 : 흡착 척
40 : 액체 분사기
42 : 케이싱
421 : 케이싱 상부 부재
422 : 케이싱 하부 부재
423 : 투명판 (천정벽)
43 : 액체 공급부
44 : 액체 공급 펌프
45 : 여과 필터
50 : X 방향 이동 기구
52 : Y 방향 이동 기구
60 : 액체 회수 풀
60A : 개구
65 : 액체 배출공
70 : 액체 회수로
86 : 집광기
88 : 얼라인먼트 유닛
LB : 레이저 광선

Claims (2)

  1. 레이저 가공 장치로서,
    판상의 피가공물을 유지하는 유지 유닛과,
    그 유지 유닛에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하여 가공을 실시하는 레이저 광선 조사 유닛과,
    그 유지 유닛과 그 레이저 광선 조사 유닛을 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 유닛을 구비하고,
    그 레이저 광선 조사 유닛은, 레이저 광선을 출사하는 레이저 발진기와, 그 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 광선을 집광하여 그 유지 유닛에 유지된 피가공물에 조사하는 집광기와, 그 집광기의 하단부에 배치 형성되어 피가공물의 상면에 액체를 분사하는 액체 분사기를 포함하고,
    그 액체 분사기는, 그 집광기의 하단부에 배치 형성되어 레이저 광선의 통과를 허용하는 투명판과, 그 투명판으로 이루어지는 천정벽과, 측벽과, 바닥벽으로 구성되는 공간을 구비한 케이싱과, 그 바닥벽에 형성되어 집광기에 의해 집광된 레이저 광선의 통과를 허용하는 가공 이송 방향으로 연장되는 개구와, 그 케이싱에 액체를 공급하는 액체 공급부를 포함하고,
    그 바닥벽에 형성된 개구로부터 액체가 피가공물에 분사됨과 함께 레이저 광선이 피가공물에 조사되는, 레이저 가공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    그 레이저 광선 조사 유닛은, 레이저 광선을 가공 이송 방향으로 분산시키는 분산 수단을 추가로 포함하는, 레이저 가공 장치.
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