KR20190140403A

KR20190140403A - 레이저 가공 장치

Info

Publication number: KR20190140403A
Application number: KR1020190066451A
Authority: KR
Inventors: 유지 하다노; 게이지 노마루
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2019-12-19
Also published as: JP2019214053A; CN110587147A; TW202000356A; US20190375052A1; DE102019208341A1; TWI801596B; JP7123643B2

Abstract

[과제] 데브리의 비산을 방지함과 동시에, 레이저 광선을 방해하지 않는 레이저 가공 장치를 제공한다.
[해결수단] 레이저 가공 장치로서, 판형의 피가공물을 유지하는 유지 테이블을 구비한 유지 유닛과, 유지 테이블에 유지된 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하여 가공을 실시하는 레이저 광선 조사 유닛을 포함한다. 유지 유닛의 상부에는 액체 공급 기구가 배치되어 있고, 액체 공급 기구는, 유지 테이블에 유지된 피가공물의 상면과의 사이에 간극을 형성하여 위치되는 투명판을 갖는 챔버와, 챔버의 한쪽으로부터 간극에 액체를 공급하여, 챔버 내의 압력을 높여 레이저 광선의 조사에 의해 발생하는 거품을 압축하는 액체 공급 유닛과, 챔버 내의 다른 쪽으로부터 액체를 배출하는 액체 배출 유닛을 포함한다. 레이저 발진기로부터 출사된 펄스 레이저 광선은 투명판과 간극에 공급된 액체를 투과하여 집광기에 의해 유지 테이블에 유지된 피가공물에 조사된다.

Description

레이저 가공 장치{LASER PROCESSING APPARATUS}

본 발명은 판형의 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하여 가공하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.

IC, LSI 등의 복수의 디바이스가, 서로 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 레이저빔의 집광점을, 피가공물의 내부에 위치시켜 조사하여, 피가공물의 표면으로부터 이면에 달하여, 분할의 기점이 되는 세공과 상기 세공을 둘러싸는 비정질로 이루어지는 복수의 실드 터널을 형성하는 타입의 것(예컨대, 특허문헌 3을 참조)이 존재하고, 피가공물의 종류, 요구되는 가공 정밀도 등에 따라, 적절한 레이저 가공 장치가 선택된다.

상기한 레이저 가공 장치 중, 특히 어블레이션 가공을 실시하는 타입에 있어서는, 피가공물(웨이퍼)의 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 액상 수지를 피복하여 데브리의 부착을 방지하고, 레이저 가공을 실시한 후에, 상기 액상 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, 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 필요하며, 액상 수지는, 반복해서 이용할 수 없기 때문에, 생산성에 문제가 있으며, 비경제적이라고 하는 문제가 있다.

또한, 웨이퍼를 수몰시킨 상태로 레이저 광선을 조사하여 데브리를 물에 부유시켜, 웨이퍼의 표면에 부착되는 것을 방지하는 것도 생각된다. 그러나, 수중에 생기는 거품에 의해 레이저 광선이 방해되어, 원하는 가공을 할 수 없다고 하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 데브리의 비산을 방지함과 동시에, 펄스 레이저 광선의 조사를 방해하지 않는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 레이저 가공 장치로서, 판형의 피가공물을 유지하는 유지 테이블을 구비한 유지 유닛과, 상기 유지 테이블에 유지된 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하여 가공을 실시하는 레이저 광선 조사 유닛과, 상기 유지 유닛의 상부에 배치된 액체 공급 기구를 구비하고, 상기 액체 공급 기구는, 상기 유지 테이블에 유지된 피가공물의 상면과의 사이에 간극을 형성하여 위치되는 투명판을 갖는 챔버와, 상기 챔버의 한쪽으로부터 상기 간극에 액체를 공급하여, 상기 챔버 내의 압력을 높여 펄스 레이저 광선의 조사에 의해 발생하는 거품을 압축하는 액체 공급 수단과, 상기 챔버의 다른 쪽으로부터 액체를 반출하는 액체 반출 수단을 포함하고, 상기 레이저 광선 조사 유닛은, 레이저를 발진하여 펄스 레이저 광선을 출사하는 레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기가 출사한 펄스 레이저 광선을 집광하여 상기 투명판과 상기 간극에 공급된 액체를 투과하여 상기 유지 테이블에 유지된 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하는 집광기를 포함하는 레이저 가공 장치가 제공된다.

바람직하게는, 상기 레이저 광선 조사 유닛은, 펄스 레이저 광선의 조사 위치를 분산시키는 분산 수단을 포함한다. 또한, 상기 챔버 내에 액체가 공급될 때의 압력은, 6기압 내지 10기압으로 유지되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 웨이퍼의 표면에 액상 수지를 피복시키는 등의 처치를 하지 않아도, 레이저 가공 시에 생기는 데브리의 부착을 방지할 수 있어, 액상 수지의 비용을 삭감할 수 있다. 또한, 액상 수지를 피가공물의 상면에 피복하는 수고가 생략되어, 생산성이 향상한다. 또한, 펄스 레이저 광선의 조사에 의해 생기는 거품이 액체의 높은 압력에 의해 압축되기 때문에 펄스 레이저 광선의 조사를 방해하는 일 없이, 원하는 가공을 실시할 수 있다.

도 1은 본 발명 실시형태의 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치의 액체 공급 기구를 구성하는 액체 챔버 및 유지 수단의 일부 분해도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 레이저 가공 장치의 액체 공급 기구 및 유지 수단의 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 사시도이다.
도 8은 도 7에 나타내는 레이저 가공이 실시되는 상태를 설명하기 위한 레이저 광선 조사 유닛의 측면도이다.

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

도 1에는 본 실시형태의 레이저 가공 장치(2)의 사시도를 나타내고 있다. 레이저 가공 장치(2)는, 베이스(21)와, 베이스(21) 상에 배치되는 피가공물을 유지하는 유지 수단(30)과, 베이스(21) 상의 유지 수단(유지 유닛)(30)의 측방에 화살표(Z)로 나타내는 Z 방향으로 세워서 설치되는 수직벽부(221) 및 수직벽부(221)의 상단부로부터 수평 방향으로 연장되는 수평벽부(222)로 이루어지는 프레임체(22)와, 유지 수단(30) 상에서 피가공물을 유지하여 수용하는 공간을 형성하고, 상기 공간에 액체를 공급하고, 상기 공급된 액체를 배출하는 액체 공급 기구(40)와, 수평벽부(222)의 하면에 배치되는 레이저 광선 조사 유닛(6)을 구비하고 있다.

도 2는 유지 수단(30), 액체 공급 기구(40)의 일부를 구성하는 챔버(41), 액체 공급 노즐(43) 및 액체 배출 노즐(44)의 각 구성을 분해하여 나타내는 도면이고, 각 구성에 대해서, 이하에 설명한다.

유지 수단(30)은, 베이스(21) 상에 고정되는 직방체형의 유지 베이스(31)와, 유지 베이스(31)의 상면부(31a)에 배치되는 원형의 유지 테이블(32)을 구비한다. 유지 테이블(32)은, 도시하지 않는 회동 기구에 의해 회전하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 유지 테이블(32)의 중앙 영역은, 통기성을 갖는 재질, 예컨대 포러스 세라믹스에 의해 구성되는 원형의 흡착 척(32a)으로 이루어진다. 흡착 척(32a)은, 도시하지 않는 흡인원에 접속되어, 흡착 척(32a)에 배치되는 판형의 피가공물을 흡인 유지한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 유지 베이스(31)의 상면부(31a)에는, 챔버(41)가 배치된다. 챔버(41)는, 상하에 관통하는 직사각 형상의 공간(41b)을 형성하는 프레임체(41a)와, 공간(41b)의 상방을 폐색하는 커버판(42)으로 이루어진다. 프레임체(41a)를 구성하는 4개의 측면 중, 화살표(Y)로 나타내는 방향에 위치되며 대향하는 2개의 측면 중 한쪽에는, 프레임체(41a)의 공간(41b)과 외부를 연통하는 액체 공급구(41c)가 배치되고, 다른 쪽의 측면에는, 공간(41b)과 외부를 연통하는 액체 배출구(41d)가 배치되어 있다. 액체 공급구(41c) 및 액체 배출구(41d)는, 배치된 각 측면에서, 수평 방향으로 연장되며, 흡착 척(32a)의 직경보다 긴 치수로 형성된다. 또한, 프레임체(41a)에는, 프레임체(41a)에 형성된 구멍부(41g)를 통해 접속되는 압력계(50)가 배치되어 있다. 압력계(50)는, 챔버(41)의 공간(41b)의 압력을 계측하여 표시하는 주지의 압력계를 채용할 수 있고, 기계식, 디지털식 중 어느 것이어도 좋다.

커버판(42)은, 유지 테이블(32) 상을 덮는 투명판(42a)과, 투명판(42a)의 외주 가장자리를 지지하는 프레임판(42b)으로 구성된다. 투명판(42a)은, 예컨대, 유리판으로 이루어진다. 프레임판(42b)은, 예컨대, 스테인레스 플레이트로 이루어지며, 투명판(42a)과 함께, 프레임체(41a)의 공간(41b)의 상부를 폐색하도록, 평면에서 보아 공간(41b)과 대략 동형상이 되도록 형성된다. 커버판(42)은, 2개의 힌지(41e)에 의해 프레임체(41a)에 고정되어 있음으로써, 프레임체(41a)의 공간(41b)의 상부에서 개폐 가능하게 구성되어 있다. 투명판(42a)은, 커버판(42)을 폐쇄하였을 때에 유지 테이블(32)과 대향하도록 배치된다. 프레임체(41a)를 구성하는 4개의 측면의 각 내벽의 복수 부분에는, 커버판(42)을 지지하는 단차부(41f)가 배치된다. 커버판(42)의 선단 상부에는, 개폐 시에 파지하기 위한 파지부(42c)가 형성된다. 프레임체(41a)에는, 커버판 고정 부재(41h)가 배치되어 있으며, 도 1에 나타내는 바와 같이, 커버판(42)을 폐쇄한 상태로, 커버판 고정 부재(41h)의 프레임체(41a)측의 회전축을 중심으로 회전시켜, 커버판 고정 부재(41h)의 선단을 커버판(42)과 결합시켜 커버판(42)이 개방하지 않도록 고정한다. 이상과 같이 구성된 챔버(41)는, 유지 테이블(32)과 대향하도록 배치된다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 프레임체(41a)의 액체 공급구(41c)가 배치된 면에는, 챔버(41)에 대하여 액체(W)를 공급하여, 챔버(41) 내의 압력을 높여 압축하는 액체 공급 수단으로서 기능하는 액체 공급 노즐(43)이 연결된다. 또한, 프레임체(41a)의 액체 배출구(41d)가 배치된 면에는, 액체(W)를 배출하기 위한 액체 배출 수단으로서 기능하는 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 챔버(41)와 대략 동일해지도록 형성되어 있다.

액체 공급 노즐(43)에는, 액체가 공급되는 공급구(43a)가 형성되어 있다. 액체 공급 노즐(43)의 내부에는, 공급구(43a)로부터 공급된 액체를 챔버(41)의 액체 공급구(41c)에 유도하는 통로가 형성되고(도시는 생략함), 액체 공급구(41c)에 대향하는 면에는, 액체 공급구(41c)와 동형상의 배출구(도시는 생략함)가 형성되어 있다. 상기 통로를 통해 공급구(43a)로부터 공급된 액체가, 챔버(41)의 액체 공급구(41c)에 유도된다.

액체 배출 노즐(44)은, 액체 공급 노즐(43)과 동일 형상으로 구성된다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 챔버(41)의 액체 배출구(41d)와 대향하는 위치에, 챔버(41)의 액체 배출구(41d)와 동일 형상으로 이루어지는 공급구(44b)가 형성되어 있다. 공급구(44b)로부터 공급된 액체(W)는, 액체 배출 노즐(44)의 내부의 통로를 통하여, 배출구(44a)로부터 배출된다. 프레임체(41a)의 하면 가장자리부에는, 전체 둘레에 걸쳐 패킹이 배치되어 있고(도시는 생략함), 유지 베이스(31) 상에 챔버(41)를 배치함으로써, 공간(41b)과 유지 베이스(31)의 상면부(31a)에 의해 대략 밀폐된 공간이 형성된다.

도 3을 참조하면서, 본 실시형태의 액체 공급 기구(40)에 대해서 보다 구체적으로 설명한다. 도 3은 유지 수단(30) 상에, 판형의 피가공물로서 디바이스가 표면에 형성된 웨이퍼(10)를 흡인 유지하며, 챔버(41)를 배치한 상태를 나타내고 있다. 도 3의 상방에, 일부를 확대한 개략 단면도로서 나타내는 바와 같이, 유지 수단(30) 상에 유지된 웨이퍼(10)와 투명판(42a)의 하면 사이에는, 0.5㎜ 내지 2.0㎜ 정도의 간극(S)이 형성된다. 또한, 액체 공급 기구(40)는, 상기한 챔버(41), 액체 공급 노즐(43), 액체 배출 노즐(44)에 더하여, 액체 공급 펌프(45), 여과 필터(46) 및 액체 저류 탱크(47)를 구비하고 있다. 액체 저류 탱크(47)는, 여과 필터(46)에 배치되어 있다. 액체 공급 펌프(45)와 액체 공급 노즐(43)은, 제1 호스(48a)로 접속되고, 액체 배출 노즐(44)과 여과 필터(46)는, 제2 호스(48b)로 접속되고, 여과 필터(46)와 액체 공급 펌프(45)는 제3 호스(48c)로 접속된다. 각 호스(48a 내지 48c)는, 수지제의 플렉시블 호스로 형성되어 있다. 액체 배출 노즐(44)과 제2 호스(48b)의 연결부에는, 압력 조정 밸브(49)가 배치되어 있다.

상기한 구성에 의해, 액체 공급 펌프(45)로부터 토출된 액체(W)는, 제1 호스(48a) 및 액체 공급 노즐(43)을 통해 챔버(41)에 공급되고, 챔버(41)에 공급된 액체(W)는, 액체 배출 노즐(44) 및 제2 호스(48b)를 통해 배출된다. 또한, 제2 호스(48b)를 통해 배출된 액체(W)는, 여과 필터(46)에 유도되어 여과되고, 재차 액체 공급 펌프(45)에 복귀된다.

또한, 본 실시형태에서는, 액체 공급 기구(40)에 액체 공급 펌프(45), 여과 필터(46) 및 액체 저류 탱크(47)를 구비하고, 액체 공급 기구(40) 내에서 액체(W)를 순환시키고 있지만, 반드시 액체 공급 기구(40)에서 액체(W)를 순환시키는 구성을 구비할 필요는 없다. 예컨대, 가공 장치가 복수 설치되는 공장에서는, 각 가공 장치에 대하여 동조건으로 액체(W)(세정수)를 공급하는 공통의 액체 공급원이 구비되고, 또한, 가공에 사용된 후의 액체(W)를 회수하여, 공통의 여과 장치에 의해 환경 오염 물질을 제거하여 저류하고, 재차 상기 액체 공급원에 되돌리기 위한 공통의 액체 회수 경로가 구비되는 경우가 있다. 또한, 상기 공통의 여과 장치에 의해 액체(W)로부터 환경 오염 물질을 제거한 후에 액체(W)를 공장 밖으로 배출하는 경우도 있다. 그와 같은 공장에 본 실시형태의 레이저 가공 장치(2)를 설치하는 경우는, 상기한 액체 공급 기구(40)로부터 액체 공급 펌프(45), 여과 필터(46) 및 액체 저류 탱크(47)를 폐하고, 심플한 구성으로 할 수 있다.

도 3을 참조하면서 설명을 계속하면, 본 실시형태의 액체 공급 기구(40)에서는, 챔버(41)와 유지 베이스(31)의 상면에 형성되는 맞춤면의 간극이나, 커버판(42)과 프레임체(41a)의 간극 등으로부터 서서히 액체(W)가 누출하는 것이 허용되지만, 이 누출에 의해 감소하는 분은, 액체 저류 탱크(47)로부터 적절하게 보충된다. 이상과 같은 구성에 의해, 액체(W)가 액체 공급 기구(40)에서 순환된다.

압력 조정 밸브(49)의 작용에 대해서 더욱 설명한다. 액체 공급 펌프(45)로부터는, 정해진 압송 유량으로 액체(W)가 토출되어, 제1 호스(48a), 액체 공급 노즐(43)을 통해 챔버(41)에 공급된다. 액체 배출 노즐(44)과 제2 호스(48b)의 연결부에 배치되어 있는 압력 조정 밸브(49)의 개구 면적은, 조정 다이얼(49a)을 회전시킴으로써 조정되어, 액체 배출 노즐(44)로부터 액체(W)를 배출할 때의 유로 저항을 변화시켜, 챔버(41) 내의 압력을 높일 수 있다. 액체 챔버(41)에는, 압력계(50)가 배치되어 있고, 작업자는, 압력계(50)에 의해 챔버(41) 내의 압력을 확인하면서 조정 다이얼(49a)을 회전시킴으로써, 원하는 압력, 예컨대 6기압 내지 10기압으로 조정한다.

다음으로, 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, 프레임체(22)의 수평벽부(222)의 하면에 도시하지 않는 고정 수단에 의해 고정되는 안내판(60)과, 안내판(60)에 Y축 방향에서 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 하방에서 Y축 방향으로 연장되는 볼나사(70)와, 볼나사(70)의 편단부에 연결된 모터(72)를 갖는다. 볼나사(70)의 도어형 형상의 너트부(70a)는, 장착부(68)의 상면에 고정되어 있다. 볼나사(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, 볼나사(70)에 의해 모터(72)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 Y축 방향 가동 부재(62)에 전달하여, 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 가능하게 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 상방에서, X축 방향으로 연장되는 볼나사(78)와, 볼나사(78)의 편단부에 연결되어 한쪽의 피안내부(66)에 지지된 모터(80)를 갖는다. 볼나사(78)의 너트부(78a)는, 장착부(68)의 개구(68b)를 통하여 X축 방향 가동판(74)의 상면에 고정된다. 볼나사(78)의 모터(80)가 연결되지 않는 다른 한쪽의 편단부는, 모터(80)가 고정되지 않는 다른 쪽의 피안내부(66)에 회전 가능하게 지지된다. 그리고, X축 방향 이동 기구(76)는, 볼나사(78)에 의해 모터(80)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 X축 방향 가동판(74)에 전달하여, 장착부(68)의 안내 레일(68a)을 따라 X축 방향 가동판(74)을 X 방향으로 이동시킨다.

또한, 도 5 내지 도 8을 참조하면서, 레이저 광선 조사 유닛(6)의 광학계의 구성에 대해서 설명한다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 레이저 광선 조사 유닛(6)은, 프레임체(22)의 수평벽부(222)에 내장되며, 레이저를 발진하여, 펄스형의 레이저 광선(LB)을 출사하는 레이저 발진기(82)와, 레이저 발진기(82)가 출사한 레이저 광선(LB)의 출력을 조정하는 어테뉴에이터(도시는 생략함)와, 레이저 발진기(82)와 Y축 방향에 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)를 출사하도록 되어 있다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 레이저 발진기(82)로부터 Y축 방향에 조사된 레이저 광선(LB)은, 직각 프리즘 미러(84)에 의해 90도 진행 방향이 변환되어, 집광기(86)에 유도된다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 집광기(86)의 상부 하우징(86a)의 내부에는, 레이저 발진기(82)가 출사한 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 구비하고 있다. 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 상에서, X축 방향의 정해진 범위에 분산되어 조사된다.

도 5로 되돌아가서 설명을 계속하면, X축 방향 가동판(74)의 하면에는, 집광기(86)와 함께, 집광기(86)와 X축 방향에 간격을 두고 장착된 얼라인먼트 수단(88)이 배치되어 있다. 얼라인먼트 수단(88)은, 유지 테이블(32)에 유지되는 피가공물을 촬상하여 레이저 가공해야 할 영역을 검출하도록 되어 있다. 또한, 레이저 광선 조사 유닛(6)은, 도시하지 않는 집광점 위치 조정 수단을 구비하고 있다. 집광점 위치 조정 수단의 구체적인 구성의 도시는 생략하지만, 예컨대, 너트부가 집광기(86)에 고정되어 Z축 방향으로 연장되는 볼나사와, 이 볼나사의 편단부에 연결된 모터를 갖는 구성이어도 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.

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

먼저, 본 실시형태에서 판형의 피가공물이 되는 표면에 디바이스가 형성된 실리콘(Si)으로 이루어지는 웨이퍼(10)를 준비한다. 웨이퍼(10)를 준비하였다면, 도 1에 나타내는 커버판(42)을 개방하여, 유지 테이블(32)의 흡착 척(32a) 상에 디바이스가 형성된 표면을 위로 하여 배치한다. 흡착 척(32a) 상에 웨이퍼(10)를 배치하였다면, 도시하지 않는 흡인원을 작동시켜, 흡착 척(32a) 상에 흡인력을 생성하여, 웨이퍼(10)를 흡착하여 유지한다. 웨이퍼(10)를 흡착 척(32a)에 유지하였다면, 커버판(42)을 폐쇄하여, 커버판 고정 부재(41h)에 의해 고정한다(도 3을 참조).

웨이퍼(10)를 흡착 척(32a)에 유지하여, 커버판(42)을 폐쇄하여 고정하였다면, 액체 공급 기구(40)의 액체 저류 탱크(47)에 대하여 충분한 액체(W)를 보충하여, 액체 공급 펌프(45)를 작동시킨다. 액체 공급 기구(40)의 내부를 순환하는 액체(W)로서, 예컨대, 순수가 이용된다.

액체 공급 기구(40)가 작동을 개시하여, 정해진 시간 경과함으로써, 챔버(41)의 공간(41b)이 액체(W)로 채워지고, 압력 조정 밸브(49)에 의해 액체 배출 노즐(44)의 출구측이 조여져 있음으로써, 챔버(41) 내부의 압력이 6기압 내지 10기압이 되도록 조정된다. 그 결과, 액체(W)가 액체 공급 기구(40) 내부를 안정적으로 순환하는 상태가 된다.

액체 공급 기구(40)에 의해, 액체(W)가 안정적으로 순환하고 있는 상태로, 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 수단(88)을, 커버판(42)의 투명판(42a)의 상방에 위치시킨다. 투명판(42a)은, 전술한 바와 같이, 유지 테이블(32) 전체를 상방으로부터 바라보는 영역에 설정되어 있기 때문에, 얼라인먼트 수단(88)은, 웨이퍼(10) 상의 디바이스를 포함하는 모든 영역을 파악하는 것이 가능하다. 얼라인먼트 수단(88)을 웨이퍼(10)의 상방에 위치시켰다면, 얼라인먼트 수단(88)에 의해 웨이퍼(10) 상의 가공 위치가 되는 분할 예정 라인을 촬상한다. 이때, 웨이퍼(10)는, 투명판(42a) 및 액체(W)를 통해 촬상된다. 계속해서, 얼라인먼트 수단(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.

집광기(86)를 Z축 방향으로 이동하여, 집광점 위치를 웨이퍼(10)의 표면 높이에 위치시켰다면, 레이저 광선 조사 유닛(6)을 작동시키면서, X축 방향 이동 기구(76)에 의해 X축 방향 가동판(74)을 X축 방향에 대하여 정해진 이동 속도로 이동시킨다. 웨이퍼(10)에 레이저 광선(LB)을 조사하여 레이저 가공을 실시할 때는, 도 7, 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. 정해진 미러(M)에 레이저 광선(LB)이 조사된 후에는, 폴리곤 미러(91)의 회전 방향(R)에서의 하류측의 미러(M)에 레이저 광선(LB)이 조사되어, 웨이퍼(10)에 대하여 레이저 광선(LB)이 분산되어 조사된다. 발진기(82)로부터 레이저 광선(LB)이 발진되어, 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: 10W 내지 100W

반복 주파수: 0㎒ 내지 300㎒

펄스 폭: 50fs 내지 1㎱

가공 이송 속도: 10㎜/s 내지 1000㎜/s

본 실시형태에서는, 유지 테이블(32) 상에 챔버(41)가 배치되어 있고, 도 7에 나타내는 바와 같이, 정해진 유속으로 액체(W)가 가공 이송 방향이 되는 X축 방향과 직교하는 Y축 방향으로 항상 흐르고, 또한, 챔버(41) 내가 6기압 내지 10기압의 압력으로 유지되어 있다[또한, 도 7에서는, 설명의 형편상, 챔버(41), 커버판(42) 등은 생략되어 있다]. 이 상태로, 액체(W)를 통해 레이저 광선(LB)이 웨이퍼(10) 상의 분할 예정 라인에 조사되어, 어블레이션 가공이 실시되는 것이다.

상기한 상황에서 웨이퍼(10)의 표면에 대하여 어블레이션 가공이 실시됨으로써, 레이저 광선(LB)이 조사되는 위치에 있는 액체(W)에는, 기포가 발생하려고 한다. 이에 대하여, 본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이, 웨이퍼(10) 상에 형성되는 간극(S)을 항상 정해진 유속으로 액체(W)가 흐르고, 또한 6기압 내지 10기압이라고 하는 고압 상태로 유지되어 있다(도 3을 참조). 그 때문에, 레이저 광선(LB)의 조사 위치 근방에 발생하는 기포는, 빠르게 챔버(41)의 내부에서 소멸되고, 실질적으로는, 레이저 광선(LB)의 조사 위치 근방에 기포가 발생하는 것이 방지된다. 이에 의해, 폴리곤 미러(91)를 이용하여 웨이퍼(10)에 대하여 레이저 광선(LB)을 분산시켜 조사하는 경우에 있어서, 어블레이션 가공에 의해 발생하는 기포에 방해받는 일없이 웨이퍼(10)에 레이저 광선(LB)을 조사할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 따르면, 어블레이션 가공에 의해, 데브리가 발생하여도, 챔버(41) 내를 액체(W)가 계속해서 흐르고 있음으로써, 액체(W) 중에 방출된 데브리가 빠르게 챔버(41)로부터 제거된다. 이 액체(W) 중에 방출된 데브리는, 액체 공급 기구(40)에 배치된 여과 필터(46)에 의해 포착되기 때문에, 재차 챔버(41)에 순환되는 것이 방지된다.

상기한 어블레이션 가공을 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 위치시키고, 상기한 어블레이션 가공과 동일한 레이저 가공을 실시한다. 그리고, 인접하는 모든 분할 예정 라인에 대하여 어블레이션 가공을 실시하였다면, 유지 테이블(32)을 90도 회전시킴으로써, 앞서 가공한 분할 예정 라인에 직교하는 미가공의 분할 예정 라인에 대해서도 같은 어블레이션 가공을 실시한다. 이와 같이 하여, 웨이퍼(10) 상의 모든 분할 예정 라인에 대하여 어블레이션 가공을 실시할 수 있다.

또한, 상기한 실시형태에서는, 커버판(42)이, 투명판(42a)과, 상기 투명판(42a)의 외주 가장자리를 유지하는 스테인레스로 이루어지는 직사각 형상의 프레임판(42b)으로 구성되었지만, 이에 한정되지 않고, 커버판(42)의 전체면이 투명한 판으로 구성되어 있어도 좋다. 또한, 상기한 실시형태에서는, 투명판(42a)을 유리판으로 형성하였지만, 이에 한정되지 않고, 레이저 광선(LB)을 투과하는 투명한 판이면 좋고, 예컨대, 아크릴판 등, 수지제의 판이어도 좋다.

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, 상기한 실시형태에서는, 웨이퍼(10)에 행해지는 레이저 가공은, 어블레이션 가공인 예를 제시하였지만, 피가공물의 내부에 개질층을 형성하는 가공(예컨대, 특허문헌 2에 기재된 레이저 가공), 소위 실드 터널을 형성하는 가공(예컨대, 특허문헌 3에 기재된 레이저 가공)에 적용하는 것도 무방하다.

2: 레이저 가공 장치
6: 레이저 광선 조사 유닛
10: 웨이퍼
21: 베이스
22: 프레임체
30: 유지 수단
32: 유지 테이블
32a: 흡착 척
40: 액체 공급 기구
41: 챔버
41b: 공간
41c: 액체 공급구
41d: 액체 배출구
42: 커버판
42a: 투명판
42b: 프레임판
43: 액체 공급 노즐
44: 액체 배출 노즐
45: 액체 공급 펌프
46: 여과 필터
47: 액체 저류 탱크
49: 압력 조정 밸브
49a: 조정 다이얼
82: 레이저 발진기
86: 집광기
88: 얼라인먼트 수단
LB: 레이저 광선

Claims

레이저 가공 장치로서,
판형의 피가공물을 유지하는 유지 테이블을 구비한 유지 유닛과,
상기 유지 테이블에 유지된 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하여 가공을 실시하는 레이저 광선 조사 유닛과,
상기 유지 유닛의 상부에 배치된 액체 공급 기구를 구비하고,
상기 액체 공급 기구는, 상기 유지 테이블에 유지된 피가공물의 상면과의 사이에 간극을 형성하여 위치되는 투명판을 갖는 챔버와, 상기 챔버의 한쪽으로부터 상기 간극에 액체를 공급하여, 상기 챔버 내의 압력을 높여 펄스 레이저 광선의 조사에 의해 발생하는 거품을 압축하는 액체 공급 수단과, 상기 챔버의 다른 쪽으로부터 액체를 반출하는 액체 반출 수단을 포함하고,
상기 레이저 광선 조사 유닛은, 레이저를 발진하여 펄스 레이저 광선을 출사하는 레이저 발진기와, 상기 레이저 발진기가 출사한 펄스 레이저 광선을 집광하여 상기 투명판과 상기 간극에 공급된 액체를 투과하여 상기 유지 테이블에 유지된 피가공물에 펄스 레이저 광선을 조사하는 집광기를 포함하는, 레이저 가공 장치.
제1항에 있어서, 상기 레이저 광선 조사 유닛은, 펄스 레이저 광선의 조사 위치를 분산시키는 분산 수단을 포함하는 것인, 레이저 가공 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 챔버 내에 액체가 공급될 때의 압력은, 6기압 내지 10기압으로 유지되는, 레이저 가공 장치.