KR20190051822A

KR20190051822A - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20190051822A
Application number: KR1020180131923A
Authority: KR
Inventors: 게이지 노마루; 유지 하다노
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2017-11-07
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2019-05-15
Also published as: JP6998178B2; TW201918313A; TWI778144B; KR102616529B1; CN109746572B; JP2019084562A; CN109746572A

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, 판형의 피가공물(10)을 유지하는 척 테이블(34)과, 척 테이블(34)에 유지된 피가공물(10)에 레이저 광선(LB)을 조사하는 집광기(86)를 포함한 레이저 광선 조사 유닛(8)과, 척 테이블(34)과 집광기(86)를 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 유닛(50)과, 집광기(86)의 바로 아래에 위치되어, 피가공물(10)의 상면에 액체(W)의 층을 생성하는 액체층 생성기(40)를 포함하고, 액체층 생성기(40)는, 집광기(86)가 조사하는 레이저 광선(LB)의 통과를 허용하는 투명판(423)과, 투명판(423)을 포함하는 천장벽(421)과, 천장벽(421)의 외측으로부터 수하하여 피가공물(10)과의 사이에 간극을 형성하는 하단부를 갖는 측벽(422)을 갖는 케이스(42)와, 케이스(42)의 내부 공간(422a)에 액체(W)를 공급하여 내부 공간(422a)을 액체(W)로 채우는 액체 공급부(43)를 포함한다. 케이스(42)에는, 피가공물(10)에 조사되는 레이저 광선(LB)의 조사 위치를 향하여 액체를 분사하는 액체 분사 노즐(422e)이 배치되어 있다.

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, 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, 웨이퍼의 표면에 레이저 광선을 조사하였을 때에 생기는 데브리(레이저 가공 부스러기)가, 웨이퍼에 형성된 디바이스의 표면에 비산하여 부착되어, 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, 그 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 있음으로써, 디바이스의 표면에 데브리가 부착하는 것을 방지할 수 있어, 가공 품질은 확보된다. 그러나, 액형 수지를 도포하는 공정, 가공 후에 액형 수지를 제거하는 공정이 필요하여, 생산성에 문제가 있다. 또한, 액형 수지는, 반복해서 이용할 수 없기 때문에, 비경제적이라고 하는 문제가 있다.

또한, 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 거품이 발생하기 때문에, 이 거품에 의해 레이저 광선의 진행이 방해되어, 원하는 가공을 할 수 없다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 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 척 테이블과, 상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 집광기를 포함한 레이저 광선 조사 유닛과, 상기 척 테이블과 상기 집광기를 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 유닛과, 상기 집광기의 바로 아래에 위치되어, 피가공물의 상면에 액체의 층을 생성하는 액체층 생성기를 포함하고, 상기 액체층 생성기는, 상기 집광기가 조사하는 레이저 광선의 통과를 허용하는 투명판과, 상기 투명판을 포함하는 천장벽과, 상기 천장벽의 외측으로부터 수하(垂下)하여 피가공물과의 사이에 간극을 형성하는 하단부를 갖는 측벽을 갖는 케이스와, 상기 케이스의 내부 공간에 액체를 공급하여 내부 공간을 액체로 채우는 액체 공급부를 포함하고, 상기 케이스에는, 피가공물에 조사되는 레이저 광선의 조사 위치를 향하여 액체를 분사하는 액체 분사 노즐이 배치되어 있는, 레이저 가공 장치가 제공된다.

바람직하게는, 상기 레이저 광선 조사 유닛에는, 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 광선을 분산시키는 분산 수단이 배치되어 있다.

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 방지한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치의 일부를 분해하여 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 장착되는 (a) 액체층 생성기의 사시도 및 (b) 액체층 생성기를 분해하여 나타내는 분해 사시도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 장착되는 레이저 광선 조사 유닛의 광학계의 개략을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치에 장착되는 액체층 생성기의, 가공 시에 있어서의 작동 상태를 나타내는 일부 확대 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 따른 레이저 가공 장치에 대해서, 첨부 도면을 참조하여, 더욱 상세하게 설명한다.

도 1에는 본 발명실시형태의 레이저 가공 장치(2) 및 레이저 가공 장치(2)에 의해 가공되는 판형의 피가공물[예컨대, 실리콘제의 웨이퍼(10)]의 사시도를 나타내고 있다. 레이저 가공 장치(2)는, 베이스(21) 상에 배치되며, 판형의 피가공물을 유지하는 유지 수단(22)과, 유지 수단(22)을 이동시키는 이동 기구(23)와, 베이스(21) 상의 이동 기구(23)의 측방에 화살표(Z)로 나타내는 Z 방향으로 세워서 설치되는 수직 벽부(261) 및 수직 벽부(261)의 상단부로부터 수평 방향으로 연장되는 수평 벽부(262)로 이루어지는 프레임(26)과, 액체 공급 기구(4)와, 레이저 광선 조사 유닛(8)을 포함하고 있다. 도면에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(10)는, 예컨대, 점착 테이프(T)를 통해 환형의 프레임(F)에 지지되어, 유지 수단(22)의 척 테이블(34)에 유지된다. 또한, 상기한 레이저 가공 장치(2)는, 설명의 형편상 생략된 하우징 등에 의해 전체가 덮여져 있고, 내부에 분진이나 먼지 등이 들어가지 않도록 구성된다.

도 2는 도 1에 기재된 레이저 가공 장치(2)에 대해서, 액체 공급 기구(4)의 일부를 구성하는 액체 회수 풀(60)을 레이저 가공 장치(2)로부터 제거하고, 또한 분해한 상태를 나타내는 사시도이다.

도 2를 참조하면서, 본 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(2)에 대해서 상세하게 설명한다.

프레임(26)의 수평 벽부(262)의 내부에는, 유지 수단(22)에 유지되는 웨이퍼(10)에 레이저 광선을 조사하는 레이저 광선 조사 유닛(8)을 구성하는 광학계가 수용된다. 수평 벽부(262)의 선단부 하면측에는, 레이저 광선 조사 유닛(8)의 일부를 구성하는 집광기(86)가 배치되며, 집광기(86)에 대하여 도면 중 화살표(X)로 나타내는 방향에서 인접하는 위치에 얼라인먼트 유닛(88)이 배치된다. 얼라인먼트 유닛(88)은, 유지 수단(22)에 유지되는 피가공물을 촬상하여 레이저 가공을 실시해야 하는 영역을 검출하여, 집광기(86)와, 피가공물의 가공 위치의 위치 맞춤을 행하기 위해 이용된다.

얼라인먼트 유닛(88)에는, 웨이퍼(10)의 표면을 촬상하는 가시광선을 사용하는 촬상 소자(CCD)가 포함된다. 웨이퍼(10)를 구성하는 재질에 따라서는, 적외선을 조사하는 적외선 조사 수단과, 적외선 조사 수단에 의해 조사된 적외선을 포착하는 광학계와, 그 광학계가 포착한 적외선에 대응하는 전기 신호를 출력하는 촬상 소자(적외선 CCD)를 포함하는 것이 바람직하다.

유지 수단(22)은, 도 2에 화살표(X)로 나타내는 X축 방향에 있어서 이동 가능하게 베이스(21)에 탑재된 직사각 형상의 X축 방향 가동판(30)과, 도 2에 화살표(Y)로 나타내는 Y축 방향에 있어서 이동 가능하게 X축 방향 가동판(30)에 탑재된 직사각 형상의 Y축 방향 가동판(31)과, Y축 방향 가동판(31)의 상면에 고정된 원통형의 지주(32)와, 지주(32)의 상단에 고정된 직사각 형상의 커버판(33)을 포함한다. 커버판(33)에는 커버판(33) 상에 형성된 긴 구멍을 통하여 상방으로 연장되는 척 테이블(34)이 배치되어 있다. 척 테이블(34)은, 원형상의 피가공물을 유지하여, 도시하지 않는 회전 구동 수단에 의해 회전 가능하게 구성된다. 척 테이블(34)의 상면에는, 다공질 재료로 형성되어 실질상 수평으로 연장되는 원형상의 흡착 척(35)이 배치되어 있다. 흡착 척(35)은, 지주(32)를 통과하는 유로에 의해 도시하지 않는 흡인 수단에 접속되어 있고, 흡착 척(35)의 주위에는, 클램프(36)가 균등하게 4개 배치되어 있다. 클램프(36)는, 웨이퍼(10)를 척 테이블(34)에 고정할 때에, 웨이퍼(10)를 유지하는 프레임(F)을 파지한다. X축 방향은 도 2에 화살표(X)로 나타내는 방향이고, Y축 방향은 화살표(Y)로 나타내는 방향으로서 X축 방향에 직교하는 방향이다. X축 방향, Y축 방향으로 규정되는 평면은 실질상 수평이다.

이동 기구(23)는, X축 방향 이동 기구(50)와, Y축 방향 이동 기구(52)를 포함한다. X축 방향 이동 기구(50)는, 모터(50a)의 회전 운동을, 볼나사(50b)를 통해 직선 운동으로 변환하여 X축 방향 가동판(30)에 전달하여, 베이스(21) 상의 안내 레일(27, 27)을 따라 X축 방향 가동판(30)을 X축 방향에 있어서 진퇴시킨다. Y축 방향 이동 기구(52)는, 모터(52a)의 회전 운동을, 볼나사(52b)를 통해 직선 운동으로 변환하여, Y축 방향 가동판(31)에 전달하여, X축 방향 가동판(30) 상의 안내 레일(37, 37)을 따라 Y축 방향 가동판(31)을 Y축 방향에 있어서 진퇴시킨다. 또한, 도시는 생략하지만, X축 방향 이동 기구(50), Y축 방향 이동 기구(52)에는, 각각 위치 검출 수단이 배치되어 있어, 척 테이블(34)의 X축 방향의 위치, Y축 방향의 위치, 둘레 방향의 회전 위치가 정확하게 검출되고, X축 방향 이동 기구(50), Y축 방향 이동 기구(52) 및 도시하지 않는 회전 구동 수단이 구동되어, 임의의 위치 및 각도에 척 테이블(34)을 정확하게 위치시킬 수 있게 되어 있다. 상기한 X축 방향 이동 기구(50)가, 유지 수단(22)을 가공 이송 방향으로 이동시키는 가공 이송 유닛이고, Y축 방향 이동 기구(52)가, 유지 수단(22)을 인덱싱 이송 방향으로 이동시키는 인덱싱 이송 수단이 된다.

도 1∼도 3을 참조하면서, 액체 공급 기구(4)에 대해서 설명한다. 액체 공급 기구(4)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 액체층 생성기(40)와, 액체 공급 펌프(44)와, 여과 필터(45)와, 액체 회수 풀(60)과, 액체층 생성기(40) 및 액체 공급 펌프(44)를 접속하는 파이프(46a)와, 액체 회수 풀(60) 및 여과 필터(45)를 접속하는 파이프(46b)를 포함하고 있다. 또한, 파이프(46a), 파이프(46b)는, 부분적으로, 또는, 전체가 플렉시블 호스로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

액체층 생성기(40)는, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 집광기(86)의 바로 아래에 위치되고, 보다 구체적으로는, 집광기(86)의 하단부에 부착된다. 액체층 생성기(40)의 분해도를 도 3의 (b)에 나타낸다. 도 3의 (b)로부터 이해되는 바와 같이, 액체층 생성기(40)는, 케이스(42)와, 액체 공급부(43)로 구성된다.

케이스(42)는, 평면에서 보아 대략 직사각 형상을 이루며, 천장벽(421)과, 측벽(422)에 의해 구성된다. 천장벽(421)은, 평면에서 보아 대략 정방 형상이며, 중앙부에는, 집광기(86)의 하단부가 삽입되어 고정되는 원형 개구부(421a)가 형성된다. 원형 개구부(421a)의 바닥부에는, 후술하는 레이저 광선(LB)의 통과를 허용하는 투명판(423)이 배치되어, 원형 개구부(421a)의 바닥부를 폐색하고 있다. 즉, 천장벽(421)은, 투명판(423)을 포함하여 구성된다. 천장벽(421)에는, 원형 개구부(421a)를 둘러싸도록 4부분에 상하 방향(X축 방향)으로 관통하는 공기 빼기 구멍(421b)이 배치된다. 투명판(423)은, 투명한 유리에 의해 형성되지만, 이에 한정되지 않고, 예컨대, 아크릴 등의 수지제의 투명판이어도 좋다.

측벽(422)은, 천장벽(421)의 외측으로부터 수하되는 부재이며, 케이스(42)에 의해 형성되는 내부 공간(42a)의 측면을 덮도록 형성된다. 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 측벽(422)은, X축 방향에 있어서 대향하여 Y축 방향으로 연장되는 2개의 제1 프레임 부재(422b, 422b)와, X축 방향으로 연장되어 액체 공급부(43)가 연결되는 측벽을 구성하는 제2 프레임 부재(422c)와, 제2 프레임 부재(422c)와 대향하여 X축 방향으로 연장되는 제3 프레임 부재(422d)와, 제2 프레임 부재(422c)에 형성된 액체 분사 노즐(422e)에 의해 구성된다.

제2 프레임 부재(422c)의 액체 공급부(43)가 연결되는 측에는, 액체 도입구(422g, 422g)가 형성되어 있다. 제1 프레임 부재(422b, 422b)의 내부에는, Y축 방향으로 연장되는 액체 통로(422h, 422h)가 형성되어, 액체 도입구(422g, 422g)에 연결된다. 또한, 2개의 제1 프레임 부재(422b) 내측 측면에는, 내부 공간(422a)을 향하여 개구된 액체 공급구(422i)가 형성되어 있고, 액체 공급구(422i)는, 액체 통로(422h)에 연결된다. 즉, 액체 도입구(422g)는, 액체 통로(422h) 및 액체 공급구(422i)를 통해 내부 공간(422a)에 연통된다.

액체 분사 노즐(422e)은, 제2 프레임 부재(422c)의 중앙에 형성된다. 제2 프레임 부재(422c)의 상면에는, 분사 노즐 도입구(422f)가 형성되어 있고, 분사 노즐 도입구(422f)는, 액체 분사 노즐(422e)을 통해 내부 공간(422a)에 연통된다. 분사노즐(422e)에 의해 형성되는 통로는, 통로 단면적이 서서히 좁아지도록, 또한 내부 공간(422a)의 하방을 향하여 형성되어 있다. 이 액체 분사 노즐(422e)의 작용에 대해서는, 추후에 상세하게 설명한다.

액체 공급부(43)는, 액체를 내부에 도입하기 위한 공급구(43a)와, 내부에 형성되는 내부 통로(43b)와, 내부 통로(43b)를 통해 연통된 중앙 배출구(43c), 부배출구(43d, 43d)를 포함하고 있다. 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 액체 공급부(43)를 케이스(42)에 연결할 때에는, 중앙 배출구(43c)가 분사 노즐 도입구(422f)에 접속되고, 부배출구(43d)가, 액체 도입구(422g)에 접속된다.

액체층 생성기(40)는, 상기한 바와 같은 구성을 포함하고 있고, 액체 공급부(43)의 공급구(43a)는, 내부 통로(43b), 중앙 배출구(43c), 부배출구(43d), 액체 분사 노즐(422e) 및 액체 통로(422h)를 통해 케이스(42)의 내부 공간(422a)에 연통된다.

도 1 및 도 2로 되돌아가서, 액체 회수 풀(60)에 대해서 설명한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 액체 회수 풀(60)은, 외부 프레임(61)과, 2개의 방수 커버(66)를 포함하고 있다.

외부 프레임(61)은, 도면 중 화살표(X)로 나타내는 X축 방향으로 연장되는 외측벽(62a)과, 도면 중 화살표(Y)로 나타내는 Y축 방향으로 연장되는 외측벽(62b)과, 외측벽(62a 및 62b)의 내측에 미리 정해진 간격을 두고 평행하게 배치되는 내측벽(63a, 63b)과, 외측벽(62a, 62b) 및 내측벽(63a, 63b)의 하단을 연결하는 바닥벽(64)을 포함한다. 외측벽(62a, 62b), 내측벽(63a, 63b) 및 바닥벽(64)에 의해, 길이 방향이 X축 방향을 따르고, 폭 방향이 Y축 방향을 따르는 직사각형의 액체 회수로(70)가 형성된다. 액체 회수로(70)를 구성하는 내측벽(63a, 63b)의 내측에는, 상하로 관통하는 개구가 형성된다. 액체 회수로(70)를 구성하는 바닥벽(64)에는, X축 방향 및 Y축 방향에 있어서 미소한 경사가 마련되어 있고, 액체 회수로(70)의 가장 낮은 위치가 되는 코너부(도면 중 좌측의 모퉁이부)에는, 액체 배출 구멍(65)이 배치된다. 액체 배출 구멍(65)에는, 파이프(46b)가 접속되어, 파이프(46b)를 통해 여과 필터(45)에 접속된다. 또한, 외부 프레임(61)은, 부식이나 녹에 강한 스테인레스제의 판재에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

2개의 방수 커버(66)는, 도어형 형상으로 이루어지는 고정 금구(66a)와, 고정 금구(66a)의 양단에 고착되는 주름상자형의 수지제의 커버 부재(66b)를 포함하고 있다. 고정 금구(66a)는, Y축 방향에 있어서 대향하여 배치되는 외부 프레임(61)의 2개의 내측벽(63a)을 걸칠 수 있는 치수로 형성되어 있다. 2개의 방수 커버(66)의 고정 금구(66a)의 한쪽은, 각각, 외부 프레임(61)의 X축 방향에 있어서 대향하도록 배치되는 내측벽(63b)에 고정된다. 이와 같이 구성된 액체 회수 풀(60)은, 레이저 가공 장치(2)의 베이스(21) 상에 도시하지 않는 고정구에 의해 고정된다. 유지 수단(22)의 커버판(33)은, 2개의 방수 커버(66)의 고정 금구(66a)끼리로 사이에 끼우도록 하여 부착된다. 또한, 커버판(33)의 X축 방향에 있어서의 단부면은, 고정 금구(66a)와 동일한 도어형 형상을 이루고 있고, 고정 금구(66a)와 마찬가지로, 외부 프레임(61)의 내측벽(63a)을 Y축 방향에서 걸치는 치수이다. 따라서, 커버판(33)은, 액체 회수 풀(60)의 외부 프레임(61)을 베이스(21)에 설치한 후, 방수 커버(66)에 부착된다. 상기한 구성에 따르면, 커버판(33)이 X축 방향 이동 기구(50)에 의해 X축 방향으로 이동되면, 커버판(33)은, 액체 회수 풀(60)의 내측벽(63a)을 따라 이동한다. 또한, 방수 커버(66) 및 커버판(33)의 부착 방법에 대해서는, 상기한 순서에 한정되지 않고, 예컨대, 2개의 방수 커버(66)를 외부 프레임(61)의 내측벽(63b)에 부착하기 전에, 미리 커버판(33)을 부착해 두어, 베이스(21)에 먼저 부착한 외부 프레임(61)에 대하여, 커버판(33)과 함께 방수 커버(66)를 부착하도록 하여도 좋다.

도 1로 되돌아가서 설명을 계속하면, 액체 공급 기구(4)는, 상기한 구성을 포함하고 있음으로써, 액체 공급 펌프(44)의 토출구(44a)로부터 토출된 액체(W)가, 파이프(46a)를 경유하여, 액체층 생성기(40)에 공급된다. 액체층 생성기(40)에 공급된 액체(W)는, 액체층 생성기(40)의 케이스(42)의 액체 분사 노즐(422e), 액체 공급구(422i)로부터 내부 공간(422a)을 향하여 분사된다. 액체층 생성기(40)로부터 분사된 액체(W)는, 커버판(33), 또는, 방수 커버(66) 상을 흘러, 액체 회수 풀(60)에 유하한다. 액체 회수 풀(60)에 유하한 액체(W)는, 액체 회수로(70)를 흘러, 액체 회수로(70)의 가장 낮은 위치에 마련된 액체 배출 구멍(65)에 모인다. 액체 배출 구멍(65)에 모인 액체(W)는, 파이프(46b)를 경유하여 여과 필터(45)에 유도되고, 여과 필터(45)에서, 레이저 가공 부스러기(데브리)나 쓰레기, 먼지 등이 제거되어, 액체 공급 펌프(44)에 복귀된다. 이와 같이 하여, 액체 공급 펌프(44)에 의해 토출된 액체(W)가 액체 공급 기구(4) 내를 순환한다.

도 4는 레이저 광선 조사 유닛(8)의 광학계의 개략을 나타내는 블록도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 레이저 광선 조사 유닛(8)은, 펄스형의 레이저를 발진하는 레이저 발진기(82)와, 레이저 발진기(82)로부터 출사된 레이저 광선(LB)의 출력을 조정하는 어테뉴에이터(도시는 생략함)와, 레이저 발진기(82)로부터 출사된 레이저 광선(LB)의 광로를 적절하게 변경하는 반사 미러(도시는 생략함)와, 레이저 광선(LB)의 조사 방향을 분산시키는 분산 수단으로서의 폴리곤 미러(91)와, 집광기(86)를 포함한다. 레이저 발진기(82)는, 예컨대, 피가공물에 대하여 흡수성을 갖는 파장의 레이저를 발진한다.

집광기(86)의 상부에 배치되는 폴리곤 미러(91)는, 폴리곤 미러(91)를 화살표(R)로 나타내는 방향으로 고속 회전시키는 도시하지 않는 모터를 포함한다. 집광기(86)의 내부에는, 레이저 광선(LB)을 집광하여 피가공물에 조사하는 집광 렌즈(fθ 렌즈)(86a)가 배치되어 있다. 도면에 나타내는 바와 같이, 폴리곤 미러(91)는, 복수매의 미러(M)가, 폴리곤 미러(91)의 회전축에 대하여 동심형으로 배치되어 있다. fθ 렌즈(86a)는, 상기한 폴리곤 미러(91)의 하방에 위치하고 있으며, 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 미리 정해진 범위에서 변화하여, 레이저 광선(LB)이, 웨이퍼(10) 상의 가공 이송 방향(X축 방향)의 미리 정해진 범위에 있어서 분산되어 조사된다.

또한, 레이저 광선 조사 유닛(8)은, 도시하지 않는 집광점 위치 조정 수단을 포함하고 있다. 집광점 위치 조정 수단의 구체적인 구성의 도시는 생략하지만, 예컨대, 너트부가 집광기(86)에 고정되어 화살표(Z)로 나타내는 Z 방향으로 연장되는 볼나사와, 이 볼나사의 편단부에 연결된 모터를 갖는 구성이면 좋다. 이러한 구성에 의해 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여, Z 방향으로 배치되는 안내 레일(도시는 생략함)을 따라 집광기(86)를 이동시키고, 이에 의해, 집광기(86)에 의해 집광되는 레이저 광선(LB)의 집광점의 Z 방향의 위치를 조정한다.

본 발명의 레이저 가공 장치(2)는, 대략 상기한 바와 같은 구성을 포함하고 있고, 그 작용에 대해서, 이하에 설명한다.

본 실시형태의 레이저 가공 장치(2)에 의해 레이저 가공을 실시하는 데 있어서, 점착 테이프(T)를 통해 환형의 프레임(F)에 지지된 판형의 피가공물, 예컨대, 표면에 디바이스가 형성된 실리콘(Si)으로 이루어지는 웨이퍼(10)를 준비한다. 웨이퍼(10)를 준비하였다면, 도 1에 나타내는 척 테이블(34)의 흡착 척(35) 상에, 디바이스가 형성된 표면을 위로 하여 웨이퍼(10)를 배치하고, 클램프(36) 등에 의해 고정한다. 흡착 척(35) 상에 웨이퍼(10)를 고정하였다면, 도시하지 않는 흡인원을 작동시켜, 흡착 척(35) 상에 흡인력을 생성하여, 웨이퍼(10)를 흡착하여 유지한다.

웨이퍼(10)를 흡착 척(35)에 유지하였다면, 이동 기구(23)에 의해 척 테이블(34)을 X축 방향 및 Y축 방향으로 적절하게 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. 계속해서, 얼라인먼트 유닛(88)에 의해 촬상한 웨이퍼(10)의 화상에 기초하여, 패턴 매칭 등의 방법에 따라, 웨이퍼(10)와, 집광기(86)의 위치 맞춤을 행한다. 이 위치 맞춤에 의해 얻어진 위치 정보에 기초하여, 척 테이블(34)을 이동시킴으로써, 웨이퍼(10) 상의 가공 개시 위치의 상방에 집광기(86)를 위치시킨다. 계속해서, 도시하지 않는 집광점 위치 조정 수단에 의해 집광기(86)를 Z 방향으로 이동시켜, 웨이퍼(10)의 레이저 광선(LB)의 조사 개시 위치인 분할 예정 라인에 있어서의 편단부의 표면 높이에 집광점을 위치시킨다.

도 5에 액체층 생성기(40)의 Y축 방향으로 절단한 일부 확대 단면도를 나타낸다. 도 5로부터 이해되는 바와 같이, 액체층 생성기(40)는, 집광기(86)의 하단부에 배치되어 있고, 웨이퍼(10)의 표면 높이에 집광점을 위치시켰을 때에, 액체층 생성기(40)를 구성하는 액체 공급부(43) 및 케이스(42)를 구성하는 측벽(422)의 하단부와, 웨이퍼(10)의 표면에서, 예컨대, 0.5 ㎜∼2.0 ㎜ 정도의 약간의 간극이 형성되도록 설정되어 있다.

집광기(86)와 웨이퍼(10)의 위치 맞춤을 실시하였다면, 액체 회수 풀(60)의 액체 회수로(70)를 통해, 액체 공급 기구(4)에 대하여 필요 충분한 액체(W)를 보충하여, 액체 공급 펌프(44)를 작동시킨다. 액체 공급 기구(4)를 순환하는 액체(W)로서는, 예컨대, 순수가 이용된다.

액체 공급 기구(4)는, 상기한 구성을 포함하고 있음으로써, 액체 공급 펌프(44)의 토출구(44a)로부터 토출된 액체(W)가, 파이프(46a)를 경유하여, 액체층 생성기(40)에 공급된다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 액체층 생성기(40)에 공급된 액체(W)는, 액체 공급부(43) 및 케이스(42)의 액체 통로(422h), 액체 공급구(422i)를 통해 내부 공간(422)에 공급된다. 또한, 액체 분사 노즐(422e)의 선단부로부터 내부 공간(422a)에 대하여 액체(W)가 분사된다. 케이스(42)의 측벽(422)의 하단부와 웨이퍼(10) 사이에 형성되는 간극은, 액체 통로(422h) 및 액체 분사 노즐(422e)의 통로 단면적보다 작게 형성되어 있다. 그리고, 내부 공간(422a) 내에 존재하고 있던 공기는, 천장벽(421)에 형성된 공기 빼기 구멍(421b)으로부터 서서히 배출됨으로써, 서서히, 내부 공간(422a)이 액체(W)로 채워진 상태가 된다. 케이스(42)의 측벽(422)의 하단부와 웨이퍼(10) 사이의 간극 및 공기 빼기 구멍(421b)으로부터 배출된 액체(W)는, 그 후 유하되어, 액체 회수 풀(60)에서 회수된다. 액체 회수 풀(60)에서 유하한 액체(W)는, 액체 회수로(70)를 흘러, 액체 회수로(70)의 가장 낮은 위치에 마련된 액체 배출 구멍(65)에 모인다. 액체 배출 구멍(65)에 모인 액체(W)는, 파이프(46b)를 경유하여 여과 필터(45)에 유도되고, 여과 필터(45)에서, 청정화되어, 액체 공급 펌프(44)에 복귀된다. 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 개시하여, 미리 정해진 시간(수분 정도) 경과함으로써, 케이스(42)의 내부 공간(422a)의 공기는 완전히 배출되고, 액체(W)로 채워짐으로써 액체(W)의 층이 형성된 상태로 안정적으로 순환하는 상태가 된다.

액체 공급 기구(4)를 액체(W)가 안정적으로 순환하고 있는 상태에서, 레이저 광선 조사 유닛(8)을 작동시키면서, X축 방향 이동 기구(50)를 작동시킴으로써, 척 테이블(34)을 가공 이송 방향(X축 방향)으로 미리 정해진 이동 속도로 이동시킨다. 집광기(86)로부터 조사되는 레이저 광선(LB)은, 액체층 생성기(40)의 투명판(423) 및 내부 공간(422a)을 채우는 액체(W)의 층을 통과하여 웨이퍼(10)의 피가공 위치(분할 예정 라인)에 조사된다. 웨이퍼(10)에 레이저 광선(LB)을 조사할 때는, 도 4에 기초하여 설명한 바와 같이, 폴리곤 미러(91)의 회전에 따라, 웨이퍼(10)에 대하여 가공 이송 방향인 X축 방향으로 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 하류측에 위치하는 다음 미러(M)에 레이저 광선(LB)이 조사되어, 웨이퍼(10)에 대하여 레이저 광선(LB)이 계속해서 분산되어 조사된다. 레이저 발진기(82)로부터 레이저 광선(LB)이 출사되어, 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

상기한 상태로 어블레이션 가공이 실시되면, 웨이퍼(10)의 레이저 광선(LB)이 조사되는 위치에 있는 액체(W)에 기포가 발생한다. 이에 대하여, 본 실시형태에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(10) 상에 형성되는 액체층 생성기(40)의 내부 공간(422a)에 대하여 액체(W)가 항상 흐르며, 레이저 광선의 조사 위치를 향하여 액체 분사 노즐(422e)로부터 액체(W)가 분사된다. 이에 의해, 레이저 광선(LB)의 조사 위치 근방에 발생한 기포는, 웨이퍼(10) 상의 레이저 광선 조사 위치로부터 조속하게 케이스(42)의 외부에 배출되어 제거된다. 특히, 본 실시형태에 따르면, 케이스(42)에 형성된 액체 분사 노즐(422e)은, 레이저 광선(LB)이 분산되는 방향인 X축 방향에 직교하는 방향, 즉 Y축 방향으로부터 액체(W)를 분사한다. 이에 의해, 어블레이션 가공에 의해 발생하는 기포를 피하여 웨이퍼(10)에 레이저 광선(LB)을 조사할 수 있어, 양호한 어블레이션 가공을 계속해서 실시할 수 있다.

또한, 웨이퍼(10) 상의 레이저 광선(LB)의 조사 위치에 대하여 액체(W)를 계속해서 분사함으로써, 액체(W) 중에 방출된 데브리가, 웨이퍼(10) 상으로부터 기포와 함께 조속하게 제거된다. 상기한 기포 및 데브리를 포함하는 액체(W)는, 도 1로부터 이해되는 바와 같이, 커버판(33) 및 방수 커버(66) 상을 흘러, 액체 회수 풀(60)의 액체 회수로(70)에 유도된다. 액체 회수로(70)에 유도된 액체(W)는, 어블레이션 가공에 의해 발생한 기포를 외부에 방출하면서 흘러, 액체 회수로(70)의 가장 바닥부에 형성된 액체 배출 구멍(65)으로부터 배출된다. 액체 배출 구멍(65)으로부터 배출된 액체(W)는, 파이프(46b)를 통해 여과 필터(45)에 유도되고, 재차 액체 공급 펌프(44)에 공급된다. 이와 같이 하여 액체(W)가 액체 공급 기구(4)를 순환함으로써, 여과 필터(45)에 의해 적절하게 데브리나 쓰레기 등이 포착되어, 액체(W)가 청정한 상태로 유지된다.

상기한 어블레이션 가공을 제1 방향으로 신장하는 미리 정해진 분할 예정 라인에 실시하였다면, 이동 기구(23)를 작동시킴으로써, 이미 레이저 가공을 실시한 분할 예정 라인에 Y축 방향에서 인접하는 미가공의 분할 예정 라인의 편단부에 집광기(86)를 위치시켜, 상기한 어블레이션 가공과 동일한 레이저 가공을 실시한다. 그리고, 제1 방향으로 신장하는 모든 분할 예정 라인에 대하여 어블레이션 가공을 실시하였다면, 척 테이블(34)을 90도 회전시킴으로써, 앞서 가공한 제1 방향의 분할 예정 라인에 직교하는 제2 방향으로 신장하는 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.

본 실시형태에 따르면, 액체층 생성기(40)에 배치된 투명판(423) 및 액체(W)의 층을 통해 레이저 광선(LB)이 웨이퍼(10)에 조사되어 레이저 가공이 실시되며, 웨이퍼(10)의 표면으로부터 발생하는 기포나, 레이저 가공에 의해 발생하는 데브리 등이 액체(W)와 함께 조속하게 제거된다. 이에 의해, 웨이퍼(10)의 표면으로부터 발생하는 기포가 레이저 가공의 방해가 되는 일이 없고, 또한, 가공 후의 디바이스에 데브리가 부착하는 것 등을 방지하여 가공 품질을 저하시키는 일이 없다.

상기한 실시형태에서는, 레이저 발진기(82)로부터 출사된 레이저 광선(LB)을, 폴리곤 미러(91)에 의해 분산시켜 집광 렌즈(86)에 유도하도록 구성하였지만, 이에 한정되지 않고, 폴리곤 미러(91) 대신에, 반사 방향이 고정되는 미러여도 좋다. 또한, 상기한 실시형태에서는, 웨이퍼(10)에 이루어지는 레이저 가공은, 어블레이션 가공인 예를 제시하였지만, 피가공물의 내부에 개질층을 형성하는 가공(예컨대, 특허문헌 2에 기재된 일가공), 소위 실드 터널을 형성하는 가공(예컨대, 특허문헌 3에 기재의 레이저 가공)에 적용하는 것을 방해하지 않는다.

2: 레이저 가공 장치
4: 액체 공급 기구
8: 레이저 광선 조사 유닛
10: 웨이퍼(판형의 피가공물)
21: 베이스
22: 유지 수단
23: 이동 기구
26: 프레임
261: 수직 벽부
262: 수평 벽부
30: X 방향 가동판
31: Y 방향 가동판
33: 커버판
34: 척 테이블
35: 흡착 척
40: 액체층 생성기
42: 케이스
421: 천장벽
421a: 원형 개구부
421b: 공기 빼기 구멍
422: 측벽
422a: 내부 공간
422b: 제1 프레임 부재
422c: 제2 프레임 부재
422d: 제3 프레임 부재
422e: 액체 분사 노즐
422f: 분사 노즐 공급 구멍
422g: 액체 도입구
422h: 액체 통로
422i: 액체 공급구
423: 투명판
43: 액체 공급부
43a: 공급구
43b: 내부 통로
43c: 중앙 배출구
43d: 부배출구
44: 액체 공급 펌프
45: 여과 필터
50: X 방향 이동 기구
52: Y 방향 이동 기구
60: 액체 회수 풀
60A: 공간부
65: 액체 배출 구멍
66: 주름상자 커버
70: 액체 회수로
86: 집광기
88: 얼라인먼트 유닛

Claims

레이저 가공 장치로서,
판형의 피가공물을 유지하는 척 테이블과,
상기 척 테이블에 유지된 피가공물에 레이저 광선을 조사하는 집광기를 포함한 레이저 광선 조사 유닛과,
상기 척 테이블과 상기 집광기를 상대적으로 가공 이송하는 가공 이송 유닛과,
상기 집광기의 바로 아래에 위치되어, 피가공물의 상면에 액체의 층을 생성하는 액체층 생성기를 포함하고,
상기 액체층 생성기는,
상기 집광기가 조사하는 레이저 광선의 통과를 허용하는 투명판과,
상기 투명판을 포함하는 천장벽과, 상기 천장벽의 외측으로부터 수하(垂下)하여 피가공물과의 사이에 간극을 형성하는 하단부를 갖는 측벽을 갖는 케이스와,
상기 케이스의 내부 공간에 액체를 공급하여 내부 공간을 액체로 채우는 액체 공급부를 포함하고,
상기 케이스에는, 피가공물에 조사되는 레이저 광선의 조사 위치를 향하여 액체를 분사하는 액체 분사 노즐이 배치되어 있는 것인, 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 레이저 광선 조사 유닛에는, 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 광선을 분산시키는 분산 수단이 배치되어 있는 것인, 레이저 가공 장치.