KR20220012177A - 레이저 가공 장치 - Google Patents

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KR20220012177A
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슌고 요시이
šœ고 요시이
준이치 구키
가나 아이다
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

(과제) 가공점으로부터 효율적으로 데브리를 제거하면서, 가공 노즐의 케이싱의 저면에 대한 데브리의 부착을 억제한다.
(해결 수단) 집광기와, 집광기의 하부에 고정된 가공 노즐을 구비하고, 가공 노즐은, 레이저 빔 통과구가 형성된 상벽과, 상벽의 일부의 하부에 접속되고, 데브리 포획 챔버를 포함하는 하벽과, 상벽의 다른 일부와 하벽의 사이에 형성된 흡인구와, 하벽에 형성되고, 레이저 빔 통과구를 통과하는 레이저 빔의 광로에 대하여 직교하는 소정 방향에 있어서 데브리 포획 챔버를 횡단하고, 흡인구를 향하여 에어를 분사하는 제 1 에어 분사구와, 하벽에 있어서 제 1 에어 분사구보다 하방에 형성되고, 소정 방향에 있어서 데브리 포획 챔버를 횡단하고, 흡인구를 향하여 에어를 분사하는 제 2 에어 분사구를 갖고, 제 2 에어 분사구로부터 분사되는 에어의 유량은, 제 1 에어 분사구로부터 분사되는 에어의 유량보다 작은 레이저 가공 장치를 제공한다.

Description

레이저 가공 장치{LASER MACHINING APPARATUS}
본 발명은, 피가공물에 흡수되는 파장을 갖는 레이저 빔을 피가공물에 조사하여, 어블레이션 가공을 실시하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 등의 판상의 피가공물을 가공하는 방법으로서, 피가공물에 흡수되는 파장을 갖는 레이저 빔을 집광시킨 상태에서 피가공물에 조사하여, 피가공물의 일부를 승화시키는 어블레이션 가공이 알려져 있다. 예를 들어, 레이저 빔의 집광점과 피가공물을 상대적으로 소정의 방향으로 이동시킴으로써, 피가공물에는 선상 (線狀) 의 가공 홈이 형성된다.
어블레이션 가공 중에는, 집광점 근방의 가공점으로부터 데브리라고 불리는 가공 부스러기가 비산한다. 비산한 데브리가 피가공물에 부착되면, 피가공물의 가공 후의 품질이 악화된다. 또, 데브리가 가공점의 상방으로 비산하면, 가공점에 닿는 레이저 빔의 파워가 저하되므로, 소정의 가공에 필요로 하는 시간이 길어진다.
그래서, 레이저 빔을 하방으로 유도하는 레이저 빔 통과구와, 레이저 빔의 진행 방향에 대하여 직교하는 방향에서 에어를 분사하는 1 개의 에어 분사구를, 가공 노즐에 형성하고, 에어에 의해 데브리를 제거하면서, 피가공물에 대하여 어블레이션 가공을 실시하는 레이저 가공 장치가 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 및 2 참조).
가공 노즐의 케이싱의 저면 (底面) 에는, 레이저 빔 통과구보다 큰 개구가 형성되어 있고, 에어 분사구와 대면하는 위치에는, 데브리를 흡인하는 흡인구가 형성되어 있다. 저면의 개구, 흡인구 및 레이저 빔 통과구로 둘러싸이는 공간은, 비산한 데브리가 일시적으로 취입되는 데브리 포획 챔버로서 기능한다.
일본 공개특허공보 2017-77568호 일본 공개특허공보 2017-35714호
그러나, 에어 분사구로부터 에어를 분사하면, 가공 노즐의 케이싱의 하벽에 에어의 흐름이 충돌하고, 에어의 흐름이 상하 방향에서 분기하여, 하벽의 하방을 흐르는 에어의 흐름을 따라 가공 노즐의 하벽의 저면측에 데브리가 부착되는 경우가 있다.
가공 노즐의 하벽의 저면측에 데브리가 부착되면, 데브리가 저면측으로부터 낙하하여 피가공물에 부착되어, 피가공물의 가공 후의 품질이 악화될 우려가 있으므로, 가공 노즐의 청소 등을 실시하는 메인터넌스의 빈도가 높아지고, 나아가서는, 레이저 가공 장치의 다운타임이 길어진다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 가공점으로부터 효율적으로 데브리를 제거하면서, 가공 노즐의 케이싱의 저면에 대한 데브리의 부착을 억제하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 척 테이블로 유지된 피가공물에 대하여, 그 피가공물에 흡수되는 파장을 갖는 레이저 빔을 조사하여 어블레이션 가공을 실시하는 레이저 가공 장치로서, 그 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈를 갖는 집광기와, 그 집광기의 하부에 고정된 가공 노즐을 구비하고, 그 가공 노즐은, 그 집광 렌즈에 의해 집광된 그 레이저 빔을 그 피가공물을 향해서 통과시키는 레이저 빔 통과구가 형성된 상벽과, 그 상벽의 일부의 하부에 접속된 하벽으로서, 상부가 그 레이저 빔 통과구에 접속되고, 또한, 그 레이저 빔에 의해 어블레이션 가공된 그 피가공물로부터 비산하는 데브리를 취입하는 개구를 하부에 갖는 데브리 포획 챔버를 포함하는 그 하벽과, 그 상벽의 다른 일부와 그 하벽의 사이에 형성되고, 그 개구로부터 그 데브리 포획 챔버에 취입된 그 데브리를 흡인하기 위한 흡인구와, 그 하벽에 형성되고, 그 레이저 빔 통과구를 통과하는 그 레이저 빔의 광로에 대하여 직교하는 소정 방향에 있어서 그 데브리 포획 챔버를 횡단하고, 그 흡인구를 향하여 에어를 분사하는 제 1 에어 분사구와, 그 하벽에 있어서 그 제 1 에어 분사구보다 하방에 형성되고, 그 소정 방향에 있어서 그 데브리 포획 챔버를 횡단하고, 그 흡인구를 향하여 에어를 분사하는 제 2 에어 분사구를 갖고, 그 제 2 에어 분사구로부터 분사되는 에어의 유량은, 그 제 1 에어 분사구로부터 분사되는 에어의 유량보다 작은 레이저 가공 장치가 제공된다.
에어의 흐름이 상하 방향에서 분기하는 것을 방지하기 위해서, 예를 들어, 1 개의 에어 분사구로부터의 에어의 유량을 낮추는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 이 경우, 데브리 포획 챔버 내의 데브리에는 에어의 흐름이 미치기 어려워져, 흡인구로 데브리를 배출하는 배출 성능이 저하되는 것이 염려된다.
또, 에어의 흐름이 상하 방향에서 분기하지 않도록, 1 개의 에어 분사구의 위치를 상방으로 이동하여 유량을 낮추지 않고 에어를 분사하면, 에어의 흐름이 분기하지 않기 때문에, 하벽의 저면측에 데브리는 부착되지 않게 되는 것으로 생각된다. 그러나, 데브리 포획 챔버 중 가공점에 가까운 영역에서는, 에어의 효과가 미치기 어려워지므로, 이 경우에도, 레이저 가공 시에 있어서의 데브리의 배출 성능이 저하된다.
이에 반해, 본 발명의 일 양태에 관련된 가공 노즐은, 제 1 에어 분사구와, 제 1 에어 분사구보다 하방에 배치된 제 2 에어 분사구를 갖고, 제 2 에어 분사구로부터 분사되는 에어의 유량은, 제 1 에어 분사구로부터 분사되는 에어의 유량보다 작다. 이에 따라, 하벽의 저면측에 대한 데브리의 부착을 방지하면서, 또한, 데브리의 배출 성능의 저하를 방지할 수 있다. 요컨대, 데브리의 부착 방지와, 데브리의 배출 성능의 저하 방지를 양립할 수 있다.
도 1 은, 레이저 가공 장치의 사시도이다.
도 2 는, 집광기 등의 저면측의 사시도이다.
도 3 은, 집광기 등의 일부 단면 (斷面) 측면도이다.
첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 일 양태에 관련된 실시형태에 대해서 설명한다. 도 1 은, 레이저 가공 장치 (2) 의 사시도이다. 또한, 도 1 에서는, 레이저 가공 장치 (2) 의 구성 요소의 일부를 기능 블록으로 나타내고 있다.
또, 이하에 있어서, X 축 방향 (가공 이송 방향, 좌우 방향), Y 축 방향 (산출 이송 방향, 전후 방향), 및, Z 축 방향 (높이 방향, 상하 방향) 은, 서로 직교하는 방향이다. 레이저 가공 장치 (2) 의 전면측에는, 조작 패널 (4) 이 형성되어 있다.
오퍼레이터는, 예를 들어, 조작 패널 (4) 을 통해서 소정의 입력을 실시함으로써, 레이저 가공 장치 (2) 에 대하여 가공 조건을 설정할 수 있다. 레이저 가공 장치 (2) 의 전면측의 측면에는, 액정 디스플레이 등의 표시 장치 (6) 가 형성되어 있다.
레이저 가공 장치 (2) 에서는, 피가공물 (11) 에 대하여 어블레이션 가공을 실시한다. 피가공물 (11) 은, 예를 들어, 실리콘 등의 반도체 웨이퍼로 형성되어 있고, 피가공물 (11) 의 표면 (11a) 측에는, 격자상으로 복수의 분할 예정 라인 (도시하지 않음) 이 설정되어 있다.
복수의 분할 예정 라인으로 구획되는 각 영역에는, IC (Integrated Circuit), LSI (Large Scale Integration) 등의 디바이스 (도시하지 않음) 가 형성되어 있다. 피가공물 (11) 의 이면 (11b) 측에는, 수지로 형성된 원형의 다이싱 테이프 (점착 테이프) (13) 가 첩부 (貼付) 된다.
다이싱 테이프 (13) 의 지름은, 피가공물 (11) 의 지름보다 크고, 다이싱 테이프 (13) 의 중앙부에는 피가공물 (11) 이 첩부되고, 다이싱 테이프 (13) 의 외주부에는 금속으로 형성된 환상 (環狀) 의 프레임 (15) 의 일면이 첩부된다.
피가공물 (11), 다이싱 테이프 (13) 및 프레임 (15) 은, 프레임 유닛 (17) 을 구성한다. 복수의 프레임 유닛 (17) 은, 1 개의 카세트 (8) 에 수용되고, 당해 카세트 (8) 는, 레이저 가공 장치 (2) 의 전방의 모서리부에 형성된 직사각형 판상의 카세트 테이블 (10) 에 재치 (載置) 된다.
카세트 테이블 (10) 의 하방에는, 카세트 테이블 (10) 을 상하로 이동시키는 카세트 엘리베이터 (12) 가 연결되어 있다. 카세트 테이블 (10) 의 후방에는, 프레임 유닛 (17) 을 반송하는 푸시풀 아암 (14) 이 형성되어 있다.
푸시풀 아암 (14) 은, 프레임 유닛 (17) 의 프레임 (15) 을 파지한 상태에서 카세트 (8) 로부터 가공 전의 피가공물 (11) 을 반출한다. 또, 푸시풀 아암 (14) 은, 프레임 (15) 을 누름으로써 가공 후의 피가공물 (11) 을 카세트 (8) 에 반입한다.
푸시풀 아암 (14) 의 이동 경로의 양 옆에는, 1 쌍의 위치 결정 부재 (가이드 레일) (16) 가 형성되어 있다. 1 쌍의 위치 결정 부재 (16) 는, 프레임 유닛 (17) 의 X 축 방향의 위치를 조정한다.
1 쌍의 위치 결정 부재 (16) 의 근방에는, 프레임 유닛 (17) 을 반송하는 제 1 반송 유닛 (18) 이 형성되어 있다. 제 1 반송 유닛 (18) 은, 아암과, 아암의 일단측에 형성된 흡착 패드와, 아암의 타단측에 형성된 선회 기구를 갖는다.
제 1 반송 유닛 (18) 은, 프레임 (15) 을 흡착 패드로 흡착한 상태에서, 선회 기구에 의해 아암을 소정 각도 회전시킴으로써, 프레임 유닛 (17) 을 1 쌍의 위치 결정 부재 (16) 로부터 원반상의 척 테이블 (20) 로 반송한다.
척 테이블 (20) 은, X 축 방향에 있어서, 카세트 테이블 (10) 및 카세트 엘리베이터 (12) 에 인접해서 배치되어 있다. 척 테이블 (20) 은, 금속으로 형성된 원반상의 프레임체를 갖는다.
프레임체의 상면측에는, 원반상의 오목부 (도시하지 않음) 가 형성되어 있고, 이 오목부에는 원반상의 다공질 플레이트가 고정되어 있다. 다공질 플레이트의 하면측에는, 프레임체의 내부에 형성되어 있는 유로 (도시하지 않음) 의 일단이 접속되어 있다.
이 유로의 타단에는, 이젝터 등의 흡인원 (도시하지 않음) 이 접속되어 있다. 흡인원을 동작시키면, 다공질 플레이트의 상면에는 부압이 발생한다. 프레임체의 상면과, 다공질 플레이트의 상면은, 대략 평탄한 면일 (面一) 의 유지면 (20a) 으로서 기능한다.
피가공물 (11) 은, 표면 (11a) 이 노출되는 양태로 유지면 (20a) 에 배치되고, 다이싱 테이프 (13) 를 개재하여 그 이면 (11b) 측이 유지면 (20a) 으로 유지된다. 이 때, 프레임 (15) 은, 척 테이블 (20) 의 외주부에 형성된 복수의 클램프 (20b) 로 협지 (挾持) 된다.
척 테이블 (20) 의 하방에는, Z 축 방향으로 대략 평행한 소정의 회전축의 둘레로 척 테이블 (20) 을 회전시키는 모터 등의 회전 구동원 (도시하지 않음) 이 연결되어 있다. 회전 구동원의 하방에는, 척 테이블 (20) 및 회전 구동원을 X 축 방향을 따라 이동시키는 가공 이송 유닛 (도시하지 않음) 이 연결되어 있다.
가공 이송 유닛은, 회전 구동원을 지지하는 X 축 이동 테이블 (도시하지 않음) 을 갖는다. X 축 이동 테이블은, X 축에 평행하게 배치된 1 쌍의 X 축 가이드 레일 (도시하지 않음) 상에 슬라이드 가능한 양태로 형성되어 있다.
1 쌍의 X 축 가이드 레일의 사이에는, X 축 방향을 따라 볼 나사 (도시하지 않음) 가 배치되어 있다. 볼 나사의 일단에는, 볼 나사를 회전시키기 위한 펄스 모터 등의 구동원 (도시하지 않음) 이 연결되어 있다.
볼 나사에는, X 축 이동 테이블의 하면에 형성된 너트부 (도시하지 않음) 가 회전 가능한 양태로 연결되어 있다. 펄스 모터 등의 구동원을 구동시키면, 척 테이블 (20) 은, 회전 구동원과 함께 X 축 방향을 따라 이동한다.
척 테이블 (20) 의 이동 경로의 상방에는, 유지면 (20a) 에 대면하는 촬상 유닛 (22) 이 형성되어 있다. 촬상 유닛 (22) 은, 대물 렌즈를 포함하는 소정의 광학계나, 이미지 센서 등을 갖고 있고, 예를 들어, 유지면 (20a) 으로 유지된 피가공물 (11) 의 표면 (11a) 측을 촬상한다.
촬상에 의해 취득된 화상은, 예를 들어, 표시 장치 (6) 에 표시된다. 촬상 유닛 (22) 에 대하여 X 축 방향의 일방측에는, 레이저 빔 조사 유닛 (24) 이 형성되어 있다. 레이저 빔 조사 유닛 (24) 은, 레이저 빔 형성 유닛 (26) 을 갖는다.
레이저 빔 형성 유닛 (26) 은, 레이저 빔을 발진하는 레이저 발진기 (도시하지 않음) 를 갖는다. 레이저 발진기는, 예를 들어, Nd : YAG 또는 Nd : YVO4 로 형성된 로드 형상의 레이저 매질을 포함한다. 레이저 발진기는, 예를 들어, 출력이 펄스상인 레이저 빔을 외부에 출사한다.
또, 레이저 빔 형성 유닛 (26) 은, 예를 들어, 레이저 빔의 출력을 조정하는 출력 조정부 (도시하지 않음) 를 갖는다. 출력 조정부는, 예를 들어, 감쇠기 (어테뉴에이터) 를 포함한다. 레이저 빔 형성 유닛 (26) 은, 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 빔을, 예를 들어, 평균 출력 6.0 W 로 조정한다.
레이저 발진기로부터 출사되는 레이저 빔 (L) (도 2 등 참조) 은, 피가공물 (11) 에 흡수되는 파장 (예를 들어, 파장 355 ㎚) 을 갖는 펄스상의 레이저 빔이며, 가공 헤드 (28) 의 집광기 (30) 에 입사한다.
여기서, 도 2 및 도 3 을 참조하여, 집광기 (30) 등의 구조에 대해서 설명한다. 도 2 는, 집광기 (30) 등의 저면측의 사시도이고, 도 3 은, 집광기 (30) 등의 일부 단면 측면도이다. 집광기 (30) 는, 직방체 형상의 케이싱 (32) 을 갖는다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 케이싱 (32) 에는, 대략 원기둥 형상의 관통공 (34) 이 형성되어 있다. 관통공 (34) 의 상부에는, 레이저 빔 (L) 을 집광하는 집광 렌즈 (36) 가 고정되어 있다. 집광 렌즈 (36) 의 광축 (36a) 은, Z 축 방향과 대략 평행하게 배치되어 있다.
집광 렌즈 (36) 와 관통공 (34) 의 하단의 사이에는, 원반상의 커버 유리 (36b) 가 고정되어 있다. 커버 유리 (36b) 는, 레이저 빔 (L) 을 투과시킨다. 케이싱 (32) 의 하부에는, Y 축 방향을 따라 연신하는 양태로 관부 (管部) (38) 가 고정되어 있다.
관부 (38) 에는, 에어 공급원 (40) 으로부터 제 1 유량 조정 유닛 (42) 을 통해서, 에어가 공급된다. 에어 공급원 (40) 은, 에어를 압축하여 송출하는 컴프레서, 압축된 에어를 저류하는 탱크 등을 갖는다.
제 1 유량 조정 유닛 (42) 은, 유량 조정 밸브 (도시하지 않음) 를 갖고, 관부 (38) 에 공급하는 에어의 유량을 조정한다. 관통공 (34) 을 규정하는 케이싱 (32) 의 내주측면의 소정의 높이 위치에는, 당해 내주측면의 둘레 방향을 따라 환상 홈 (38a) 이 형성되어 있다.
환상 홈 (38a) 에는, 유로 (38b) 의 일단이 접속되고, 이 유로 (38b) 의 타단에는, 관부 (38) 가 접속되어 있다. 환상 홈 (38a) 에는, 유로 (38b) 를 통해서 에어가 공급된다. 환상 홈 (38a) 으로부터는, 예를 들어, 10 ℓ/분으로 에어가 분사되고, 분사된 에어는, 하방으로 흐르는 기류를 형성한다.
이 기류는, 후술하는 케이싱 (52) 에 형성되어 있는 하부 개구 (56b) 를 통해서, 케이싱 (52) 의 외부로 흘러나온다. 당해 기류에 의해, 데브리 (19) 등의 먼지가 커버 유리 (36b) 에 부착되는 것이 저감된다.
집광기 (30) 의 하부에는, 가공 노즐 (50) 이 고정되어 있다. 가공 노즐 (50) 은, 케이싱 (32) 보다 X 축 방향으로 긴 대략 직방체 형상의 케이싱 (52) 을 갖는다. 케이싱 (52) 은, 상부에 위치하는 상벽 (54) 을 포함한다. 상벽 (54) 에는, 역원뿔대 형상의 공동부 (空洞部) (56) 가 형성되어 있다.
또한, 도 3 에서는, 공동부 (56) 의 ＋X 측에 위치하는 상벽 (54) 을 ＋X 측 상벽 (54a) (상벽 (54) 의 일부) 으로 하고, 공동부 (56) 의 -X 측에 위치하는 상벽 (54) 을 -X 측 상벽 (54b) (상벽 (54) 의 다른 일부) 으로 하고 있다.
공동부 (56) 의 높이 방향은, Z 축 방향과 대략 평행이다. 케이싱 (52) 의 위치는, 공동부 (56) 가 관통공 (34) 과 동심상 (同心狀) 이 되고, 또한, 공동부 (56) 의 상부 개구 (56a) 와 관통공 (34) 의 하단이 연속적으로 접속하도록, 조정되어 있다.
공동부 (56) 의 하단에는, 상부 개구 (56a) 보다 작은 지름을 갖는 원형의 하부 개구 (56b) 가 위치하고 있다. 하부 개구 (56b) 는, 집광 렌즈 (36) 에 의해 집광된 레이저 빔 (L) 이 통과하는 레이저 빔 통과구로서 기능한다. 레이저 빔 (L) 은, 하부 개구 (56b) 로부터, 가공 노즐 (50) 의 하방에 위치하는 피가공물 (11) 을 향해서 조사된다.
하부 개구 (56b) 에 대하여 ＋X 측 상벽 (54a) 의 하부에는, 하벽 (58) 을 구성하는 ＋X 측 하벽 (58a) 이 접속되어 있다. 도 3 에서는, 편의적으로, ＋X 측 상벽 (54a) 과, ＋X 측 하벽 (58a) 의 경계를 파선으로 나타내지만, ＋X 측 상벽 (54a) 과 ＋X 측 하벽 (58a) 은, 일체적으로 형성되어 있다.
하부 개구 (56b) 에 대하여 ＋X 측 하벽 (58a) 과는 반대측, 또한, -X 측 상벽 (54b) 에 대향하는 위치에는, 하벽 (58) 을 구성하는 -X 측 하벽 (58b) 이 배치되어 있다. 하벽 (58) 의 하부의 일부에는, 어블레이션 가공 시에 피가공물 (11) 로부터 비산하는 데브리 (19) 를 취입하기 위한 개구 (60) 가 형성되어 있다.
개구 (60) 는, 도 2 에서 나타내는 바와 같이 케이싱 (52) 의 저면 (52a) 측에서 보았을 경우에, 대략 오각형의 형상을 갖는다. 그런데, -X 측 상벽 (54b) 과 -X 측 하벽 (58b) 의 사이에는, 데브리 (19) 등을 흡인하기 위한 흡인로 (62) 가 형성되어 있다.
흡인로 (62) 의 ＋X 측의 단부 (端部) 에는, 흡인구 (62a) 가 위치하고 있고, 흡인로 (62) 의 -X 측의 단부에는, 이젝터 등의 흡인원 (64) 이 접속되어 있다. 흡인원 (64) 은, 흡인로 (62) 를, 예를 들어, -10 ㎪ 이상 -1 ㎪ 이하의 소정의 게이지압으로 함으로써, 흡인구 (62a) 로부터 데브리 (19) 등을 흡인한다.
하부 개구 (56b) 및 개구 (60) 와, ＋X 측 하벽 (58a) 의 -X 측의 측면 및 흡인구 (62a) 로 둘러싸인 공간은, 데브리 포획 챔버 (66) 로서 기능한다. 어블레이션 가공 시에 피가공물 (11) 로부터 비산하는 데브리 (19) 는, 개구 (60) 로부터 데브리 포획 챔버 (66) 에 취입되고, 그 후, 흡인로 (62) 에 흡인된다.
또한, 데브리 포획 챔버 (66) 의 상부는, 하부 개구 (56b) 에 접속해 있고, 데브리 포획 챔버 (66) 의 일부는, 하부 개구 (56b) 로부터 출사되는 레이저 빔 (L) 을 피가공물 (11) 을 향해서 통과시키는 기능도 갖는다.
＋X 측 하벽 (58a) 에는, 제 1 에어 분사부 (70) 가 형성되어 있다. 제 1 에어 분사부 (70) 는, Y 축 방향을 따라 연신하고, 케이싱 (52) 에 접속해 있는 관부 (72) 를 갖는다. 관부 (72) 에는, 에어 공급원 (40) 으로부터 제 2 유량 조정 유닛 (44) 을 통해서, 에어가 공급된다.
제 2 유량 조정 유닛 (44) 은, 유량 조정 밸브를 갖고, 관부 (72) 에 공급하는 에어의 유량을 조정한다. ＋X 측 하벽 (58a) 의 데브리 포획 챔버 (66) 측의 측면 (즉, -X 측의 표면) 에는, 제 1 에어 분사구 (72a) 가 형성되어 있다.
제 1 에어 분사구 (72a) 에는, X 축 방향을 따라 ＋X 측 하벽 (58a) 에 형성되어 있는 유로 (72b) 를 통해서, 관부 (72) 로부터 에어가 공급된다. 제 1 에어 분사구 (72a) 는, 이것을 X 축 방향을 따라 보았을 경우에, Y 축 방향에 있어서 폭넓은 긴 구멍 형상을 갖는다.
제 1 에어 분사구 (72a) 는, 예를 들어, Y 축 방향으로 약 2.5 ㎜ 의 폭을 갖고, Z 축 방향으로 1.0 ㎜ 의 폭을 갖는다. 제 1 에어 분사구 (72a) 는, 하부 개구 (56b) 를 통과하는 레이저 빔 (L) 의 광로에 대하여 직교하는 X 축 방향 (소정 방향) 에 있어서 데브리 포획 챔버 (66) 를 횡단하도록, 흡인구 (62a) 를 향하여 에어를 분사한다.
Y 축 방향으로 폭넓은 제 1 에어 분사구 (72a) 로부터 에어를 분사함으로써, Y 축 방향의 폭이 좁은 제 1 에어 분사구 (72a) 를 사용하는 경우에 비해, 커버 유리 (36b) 에 대한 데브리 (19) 의 부착을 보다 확실하게 저감할 수 있다.
제 1 에어 분사부 (70) 의 하방에 있어서의 ＋X 측 하벽 (58a) 에는, 제 2 에어 분사부 (74) 가 형성되어 있다. 제 2 에어 분사부 (74) 는, Y 축 방향을 따라 연신하고, 케이싱 (52) 에 접속해 있는 관부 (76) 를 갖는다. 관부 (76) 에는, 에어 공급원 (40) 으로부터 제 3 유량 조정 유닛 (46) 을 통해서, 에어가 공급된다.
제 3 유량 조정 유닛 (46) 은, 유량 조정 밸브를 갖고, 관부 (76) 에 공급하는 에어의 유량을 조정한다. 제 1 에어 분사구 (72a) 의 하방에 있어서, ＋X 측 하벽 (58a) 의 -X 측의 데브리 포획 챔버 (66) 측의 측면에는, 제 2 에어 분사구 (76a) 가 형성되어 있다.
제 2 에어 분사구 (76a) 에는, X 축 방향을 따라 ＋X 측 하벽 (58a) 에 형성되어 있는 유로 (76b) 를 통해서, 관부 (76) 로부터 에어가 공급된다. 제 2 에어 분사구 (76a) 는, X 축 방향에서 보았을 경우에 원형 형상을 갖는다.
제 2 에어 분사구 (76a) 는, 예를 들어, 약 1.5 ㎜ 의 직경을 갖는다. 그러나, 제 2 에어 분사구 (76a) 는, 제 1 에어 분사구 (72a) 와 동일한 긴 구멍 형상을 가져도 된다. 제 2 에어 분사구 (76a) 의 중심은, 제 1 에어 분사구 (72a) 의 중심으로부터, 소정 거리만큼 떨어진 하방에 배치된다.
예를 들어, 제 1 에어 분사구 (72a) 의 중심으로부터 개구 (60) 까지의 제 1 거리는, 제 2 에어 분사구 (76a) 의 중심으로부터 개구 (60) 까지의 제 2 거리의, 1.05 배 이상 3.34 배 이하의 소정값으로 조정된다 (즉, 1.05 ≤ 제 1 거리 / 제 2 거리 ≤ 3.34).
제 2 에어 분사구 (76a) 나, 제 1 에어 분사구 (72a) 와 마찬가지로, X 축 방향 (소정 방향) 에 있어서 데브리 포획 챔버 (66) 를 횡단하도록, 흡인구 (62a) 를 향하여 에어를 분사한다. 본 실시형태에 있어서 제 2 에어 분사구 (76a) 로부터 분사되는 에어의 유량은, 제 1 에어 분사구 (72a) 로부터 분사되는 에어의 유량보다 작다.
제 2 에어 분사구 (76a) 로부터의 에어의 유량은, 제 1 에어 분사구 (72a) 로부터의 에어 유량의 1/2 이하, 1/3 이하, 1/4 이하 등으로 조정된다. 예를 들어, 제 1 에어 분사구 (72a) 로부터는, 70 ℓ/분 이상 100 ℓ/분 이하의 소정값으로 에어가 분사되고, 제 2 에어 분사구 (76a) 로부터는, 20 ℓ/분 이상 30 ℓ/분 이하의 소정값으로 에어가 분사된다.
데브리 포획 챔버 (66) 에 취입된 데브리 (19) 는, 제 1 에어 분사구 (72a) 및 제 2 에어 분사구 (76a) 로부터의 에어에 어시스트되어 흡인구 (62a) 에 흡인된 후, 가공 헤드 (28) 로부터 배출된다.
이와 같이, 데브리 포획 챔버 (66), 흡인구 (62a), 제 1 에어 분사구 (72a) 및 제 2 에어 분사구 (76a) 등은, 데브리 (19) 를 흡인하여 제거하는 데브리 제거 유닛으로서 기능한다.
여기서, 비교예로서, ＋X 측 하벽 (58a) 에 1 개의 에어 분사구가 형성되어 있는 경우를 생각한다. 이 경우, 데브리 포획 챔버 (66) 에 취입된 데브리 (19) 를 확실하게 흡인구 (62a) 로 날리기 위해서 소정의 유량으로 에어를 분사하면, -X 측 하벽 (58b) 에 에어의 흐름이 충돌할 가능성이 있다.
-X 측 하벽 (58b) 에 에어의 흐름이 충돌하면, 에어의 흐름이 상하 방향에서 분기하고, 하벽 (58) 의 하방을 흐르는 에어의 흐름을 따라 -X 측 하벽 (58b) 의 저면 (52a) 측 (예를 들어, 후술하는 셔터 (86)) 에 데브리 (19) 가 부착되는 경우가 있다.
이에 대하여, -X 측 하벽 (58b) 의 저면 (52a) 측에 데브리 (19) 가 부착되는 것을 방지하기 위해서, 1 개의 에어 분사구로부터의 에어의 유량을 소정의 유량보다 낮춘 경우, 에어의 흐름이 데브리 포획 챔버 (66) 내의 데브리 (19) 에는 미치기 어려워져, 흡인구 (62a) 로 데브리 (19) 를 배출하는 배출 성능이 저하되는 것이 염려된다.
또, 에어의 흐름이 상하 방향에서 분기하지 않도록, 1 개의 에어 분사구의 위치를 상방으로 이동하여 유량의 에어를 소정의 유량으로 분사하면, 에어의 흐름이 분기하지 않기 때문에, -X 측 하벽 (58b) 의 저면 (52a) 측에 데브리 (19) 는 부착되지 않게 되는 것으로 생각된다. 그러나, 데브리 포획 챔버 (66) 중 가공점 (P) 에 가까운 영역에서는 에어의 효과가 미치기 어려워진다. 그러므로, 이 경우에도, 레이저 가공 시에 있어서의 데브리 (19) 의 배출 성능이 저하된다.
이에 대하여, 본 실시형태에서는, 제 1 에어 분사구 (72a) 와, 제 1 에어 분사구 (72a) 보다 하방에 위치하는 제 2 에어 분사구 (76a) 를, 가공 노즐 (50) 에 형성하고, 제 2 에어 분사구 (76a) 로부터 분사되는 에어의 유량을, 제 1 에어 분사구 (72a) 로부터 분사되는 에어의 유량보다 작게 한다.
이에 따라, -X 측 하벽 (58b) 의 저면 (52a) 측에 대한 데브리 (19) 의 부착을 방지하면서, 또한, 데브리 (19) 의 배출 성능의 저하를 방지할 수 있다. 요컨대, 데브리 (19) 의 부착 방지와, 데브리 (19) 의 배출 성능의 저하 방지를 양립할 수 있다. 그러므로, 가공점 (P) 으로부터 효율적으로 데브리 (19) 를 제거하면서, -X 측 하벽 (58b) 의 저면 (52a) 에 대한 데브리 (19) 의 부착을 억제할 수 있다.
-X 측 상벽 (54b) 의 저부로서 흡인구 (62a) 의 근방에는, 세정부 (80) 가 형성되어 있다. 세정부 (80) 는, Y 축 방향을 따라 연신하고, 케이싱 (52) 에 접속해 있는 관부 (82) 를 갖는다. 관부 (82) 에는, 제 4 유량 조정 유닛 (도시하지 않음) 을 통해서 순수 등의 세정수가 공급된다.
제 4 유량 조정 유닛은, 유량 조정 밸브를 갖고, 관부 (82) 에 공급하는 세정수의 유량을 조정한다. -X 측 상벽 (54b) 의 저면에는, 세정수 공급구 (82a) 가 형성되어 있다. 세정수는, 레이저 가공 후에 데브리 포획 챔버 (66) 를 세정할 때에 이용된다.
하벽 (58) 의 저면 (52a) 에는, 개구 (60) 를 개폐하기 위한 셔터 기구 (84) 가 형성되어 있다. 또한, 도 2 에서는, 편의상, 셔터 기구 (84) 를 생략하고 있다. 셔터 기구 (84) 는, 개구 (60) 를 덮는 충분한 면적을 갖는 셔터 (86) 를 포함한다.
셔터 (86) 는, 셔터 이동 장치 (도시하지 않음) 에 의해, X 축 방향을 따라 이동 가능하다. 셔터 기구 (84) 는, 레이저 가공 시에는, 개구 (60) 를 열도록 셔터 (86) 를 -X 측으로 이동시키고, 레이저 가공 종료 후에는, 개구 (60) 를 닫도록 셔터 (86) 를 ＋X 측으로 이동시킨다.
여기서, 도 1 로 되돌아와, 레이저 가공 장치 (2) 의 다른 구성 요소에 대해서 설명한다. 레이저 빔 조사 유닛 (24) 에는, Y 축 Z 축 이동 기구 (도시하지 않음) 가 연결되어 있다. Y 축 Z 축 이동 기구에 의해, 레이저 빔 조사 유닛 (24) 은, Y 축 및 Z 축 방향으로 이동 가능하다.
또한, 레이저 가공 장치 (2) 에 있어서 척 테이블 (20) 이 X 축 방향 및 Y 축 방향의 양 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있는 경우, 레이저 빔 조사 유닛 (24) 에는, 레이저 빔 조사 유닛 (24) 을 Z 축 방향으로 이동시키는 Z 축 이동 기구 (도시하지 않음) 가 연결되어도 된다.
척 테이블 (20) 의 후방 (＋Y 측) 에는, 프레임 유닛 (17) 을 반송하는 제 2 반송 유닛 (88) 이 형성되어 있다. 제 2 반송 유닛 (88) 의 하방에는, 도포 세정 유닛 (90) 이 형성되어 있다.
도포 세정 유닛 (90) 은, 프레임 유닛 (17) 을 흡인 유지하는 스피너 테이블 (도시하지 않음) 을 갖는다. 스피너 테이블의 상방에는, 스피너 테이블의 유지면을 향해서 순수 등의 세정수를 분사하는 세정 노즐 (도시하지 않음) 이 형성되어 있다.
세정 노즐과 상이한 위치에는, 유지면을 향해서 수용성 수지를 분사하는 수지 도포 노즐 (도시하지 않음) 이 형성되어 있다. 수용성 수지는, 폴리비닐알코올, 에틸렌글리콜 등이다.
피가공물 (11) 의 표면 (11a) 에 수용성 수지를 도포한 후, 건조시킴으로써, 표면 (11a) 에는, 수용성의 보호막 (21) (도 3 참조) 이 형성된다. 보호막 (21) 을 형성함으로써, 표면 (11a) 에 데브리 (19) 가 직접 부착되는 것을 방지할 수 있다.
또, 레이저 가공 후에, 세정 노즐로부터 표면 (11a) 에 세정수를 내보낸 상태에서 스피너 테이블을 회전시킴으로써, 보호막 (21) 을 제거할 수 있다. 이에 따라, 표면 (11a) 으로부터, 보호막 (21) 및 데브리 (19) 를 아울러 제거할 수 있다.
카세트 엘리베이터 (12), 푸시풀 아암 (14), 위치 결정 부재 (16), 제 1 반송 유닛 (18), 척 테이블 (20), 촬상 유닛 (22), 레이저 빔 조사 유닛 (24), 제 2 반송 유닛 (88), 도포 세정 유닛 (90) 등의 동작은, 제어부 (92) 에 의해 제어된다.
제어부 (92) 는, 예를 들어, CPU (Central Processing Unit) 로 대표되는 프로세서 (처리 장치) 와, DRAM (Dynamic Random Access Memory), SRAM (Static Random Access Memory), ROM (Read Only Memory) 등의 주기억장치와, 플래쉬 메모리, 하드 디스크 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브 등의 보조기억장치를 포함하는 컴퓨터에 의해 구성되어 있다.
보조기억장치에는, 소정의 프로그램을 포함하는 소프트웨어가 기억되어 있다. 이 소프트웨어에 따라 처리 장치 등을 동작시킴으로써, 제어부 (92) 의 기능이 실현된다. 제어부 (92) 는, 피가공물 (11) 에 대한 레이저 가공을 자동적으로 실행한다.
다음으로, 레이저 가공의 순서에 대해서 설명한다. 먼저, 푸시풀 아암 (14) 등으로, 카세트 (8) 로부터 프레임 유닛 (17) 을 반출하고, 이어서, 제 1 반송 유닛 (18) 으로 프레임 유닛 (17) 을 도포 세정 유닛 (90) 으로 반송한다.
그리고, 도포 세정 유닛 (90) 으로 표면 (11a) 측에 보호막 (21) 을 형성한다 (보호막 형성 공정 S10). 보호막 형성 공정 S10 후, 제 1 반송 유닛 (18) 으로 프레임 유닛 (17) 을 척 테이블 (20) 로 반송한다.
유지면 (20a) 으로 이면 (11b) 측을 흡인 유지하고, 이어서, 촬상 유닛 (22) 등을 사용하여 분할 예정 라인을 X 축 방향과 대략 평행하게 위치 맞춤한다. 또, 하부 개구 (56b) 의 바로 아래의 영역을 하나의 분할 예정 라인의 연장선 상에 위치부여한다.
그리고, 집광점을 표면 (11a) 근방에 위치부여한 상태에서 레이저 빔 (L) 을 조사하면서, 척 테이블 (20) 과 가공 헤드 (28) 를 X 축 방향을 따라 상대적으로 가공 이송한다. 피가공물 (11) 의 표면 (11a) 측은, 집광점의 이동 경로를 따라 어블레이션 가공되어, 레이저 가공 홈 (23) 이 형성된다 (도 3 참조).
하나의 방향에 있어서의 모든 분할 예정 라인을 따라 피가공물 (11) 을 어블레이션 가공한 후, 척 테이블 (20) 을 90 도 회전시킨다. 그리고, 하나의 방향과 직교하는 다른 방향에 있어서의 모든 분할 예정 라인을 따라 마찬가지로 피가공물 (11) 을 어블레이션 가공한다 (레이저 가공 공정 S20).
일반적으로, 피가공물 (11) 및 보호막 (21) 에 대하여 어블레이션 가공을 실시하는 경우에는, 보호막 (21) 이 형성되어 있지 않은 피가공물 (11) 에 대해서만 어블레이션 가공을 실시하는 경우와 비교해서, 데브리 (19) 가 -X 측 하벽 (58b) 의 저면 (52a) 측에 부착되기 쉽다.
그러나, 본 실시형태에서는, 상기 서술한 바와 같이, -X 측 하벽 (58b) 의 저면 (52a) 측에 대한 데브리 (19) 의 부착을 방지하면서, 또한, 데브리 (19) 의 배출 성능의 저하를 방지할 수 있다. 그러므로, 보호막 (21) 이 형성된 피가공물 (11) 을 어블레이션 가공하는 경우이더라도, 데브리 (19) 의 저면 (52a) 에 대한 부착을 저감할 수 있다. 따라서, 가공점 (P) 으로부터 효율적으로 데브리 (19) 를 제거하면서, 저면 (52a) 에 대한 데브리 (19) 의 부착을 억제할 수 있다.
레이저 가공 공정 S20 후, 제 2 반송 유닛 (88) 이, 척 테이블 (20) 로부터 도포 세정 유닛 (90) 으로 프레임 유닛 (17) 을 반송하고, 스피너 테이블의 유지면으로 피가공물 (11) 의 이면 (11b) 측을 유지한다.
도포 세정 유닛 (90) 에서는, 스피너 테이블을 회전시킨 상태에서, 피가공물 (11) 의 표면 (11a) 측으로, 세정 노즐로부터 세정수를 분사한다. 이에 따라, 데브리 (19) 및 보호막 (21) 을 세정에 의해 제거한다. 그 후, 세정 노즐로부터의 세정수의 분사를 멈추고, 스피너 테이블을 회전시킴으로써, 피가공물 (11) 을 건조시킨다 (세정 건조 공정 S30).
세정 건조 공정 S30 후, 제 1 반송 유닛 (18), 푸시풀 아암 (14) 등이, 프레임 유닛 (17) 을 카세트 (8) 에 반입한다. 그 외, 상기 실시형태에 관련된 구조, 방법 등은, 본 발명의 목적의 범위를 일탈하지 않는 한에 있어서 적절히 변경하여 실시할 수 있다.
2 : 레이저 가공 장치
4 : 조작 패널
6 : 표시 장치
8 : 카세트
10 : 카세트 테이블
11 : 피가공물
11a : 표면
11b : 이면
12 : 카세트 엘리베이터
14 : 푸시풀 아암
16 : 위치 결정 부재
13 : 다이싱 테이프
15 : 프레임
17 : 프레임 유닛
18 : 제 1 반송 유닛
22 : 촬상 유닛
19 : 데브리
21 : 보호막
23 : 레이저 가공 홈
24 : 레이저 빔 조사 유닛
26 : 레이저 빔 형성 유닛
28 : 가공 헤드
30 : 집광기
32 : 케이싱
34 : 관통공
36 : 집광 렌즈
36a : 광축
36b : 커버 유리
38 : 관부
38a : 환상 홈
38b : 유로
40 : 에어 공급원
42 : 제 1 유량 조정 유닛
44 : 제 2 유량 조정 유닛
46 : 제 3 유량 조정 유닛
50 : 가공 노즐
52 : 케이싱
52a : 저면
54 : 상벽
54a : ＋X 측 상벽
54b : -X 측 상벽
56 : 공동부
56a : 상부 개구
56b : 하부 개구 (레이저 빔 통과구)
58 : 하벽
58a : ＋X 측 하벽
58b : -X 측 하벽
60 : 개구
62 : 흡인로
62a : 흡인구
64 : 흡인원
66 : 데브리 포획 챔버
70 : 제 1 에어 분사부
72 : 관부
72a : 제 1 에어 분사구
72b : 유로
74 : 제 2 에어 분사부
76 : 관부
76a : 제 2 에어 분사구
76b : 유로
80 : 세정부
82 : 관부
82a : 세정수 공급구
84 : 셔터 기구
86 : 셔터
88 : 제 2 반송 유닛
90 : 도포 세정 유닛
92 : 제어부
L : 레이저 빔
P : 가공점

Claims (1)

  1. 척 테이블로 유지된 피가공물에 대하여, 그 피가공물에 흡수되는 파장을 갖는 레이저 빔을 조사하여 어블레이션 가공을 실시하는 레이저 가공 장치로서,
    그 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈를 갖는 집광기와,
    그 집광기의 하부에 고정된 가공 노즐을 구비하고,
    그 가공 노즐은,
    그 집광 렌즈에 의해 집광된 그 레이저 빔을 그 피가공물을 향해서 통과시키는 레이저 빔 통과구가 형성된 상벽과,
    그 상벽의 일부의 하부에 접속된 하벽으로서, 상부가 그 레이저 빔 통과구에 접속되고, 또한, 그 레이저 빔에 의해 어블레이션 가공된 그 피가공물로부터 비산하는 데브리를 취입하는 개구를 하부에 갖는 데브리 포획 챔버를 포함하는 그 하벽과,
    그 상벽의 다른 일부와 그 하벽의 사이에 형성되고, 그 개구로부터 그 데브리 포획 챔버에 취입된 그 데브리를 흡인하기 위한 흡인구와,
    그 하벽에 형성되고, 그 레이저 빔 통과구를 통과하는 그 레이저 빔의 광로에 대하여 직교하는 소정 방향에 있어서 그 데브리 포획 챔버를 횡단하고, 그 흡인구를 향하여 에어를 분사하는 제 1 에어 분사구와,
    그 하벽에 있어서 그 제 1 에어 분사구보다 하방에 형성되고, 그 소정 방향에 있어서 그 데브리 포획 챔버를 횡단하고, 그 흡인구를 향하여 에어를 분사하는 제 2 에어 분사구를 갖고,
    그 제 2 에어 분사구로부터 분사되는 에어의 유량은, 그 제 1 에어 분사구로부터 분사되는 에어의 유량보다 작은 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
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