KR20220029373A - 레이저 가공 장치, 및, 집광점 위치의 보정 방법 - Google Patents

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겐타로 오다나카
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

(과제) 이동 기구의 발열에 수반하는 열팽창의 영향을 감안하여, 열팽창의 영향에 의한 집광점 위치의 어긋남을 보정하여 가공 품질의 향상을 도모하는 신규 레이저 가공 장치를 제공한다.
(해결 수단) 레이저 가공 장치는, 유지 기구에 유지된 피가공물에 집광점을 맞추어 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 조사 기구와, 유지 기구의 온도 또는 유지 기구를 가공 이송 방향으로 이동시키는 구동부의 온도를 검출하는 온도 검출기를 포함한다. 레이저 빔 조사 기구는, 집광점 위치 조정 유닛을 갖는다. 컨트롤러는, 온도 검출기에 의해 검출되는 온도에 따라, 집광점 위치 조정 유닛을 제어하여 피가공물의 두께 방향에 있어서의 레이저 빔의 집광점 위치를 설정함과 함께, 구동부를 제어하여 집광점의 피가공물의 산출 이송 방향의 위치를 설정함으로써, 레이저 빔의 집광점 위치를 보정한다.

Description

레이저 가공 장치, 및, 집광점 위치의 보정 방법{LASER MACHINING APPARATUS AND METHOD OF CORRECTING POSITION OF FOCUSING POINT}
본 발명은 레이저 가공 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 레이저 빔의 집광점 위치의 어긋남에 수반하는 가공 품질의 저하를 해소하기 위한 기술에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에서는, 표면에 복수의 디바이스를 형성한 반도체 웨이퍼를 분할함으로써, 복수의 반도체 디바이스 칩이 형성된다.
반도체 웨이퍼의 분할에는, 종래부터 널리 이용되고 있는 절삭 블레이드를 구비한 절삭 장치 외에, 최근에는, 절삭 장치에 비해 가공 이송 속도를 고속화할 수 있어, 절삭 비용을 줄일 수 있는 레이저 가공 장치가 널리 이용되고 있다. 레이저 가공 장치에서는, 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 빔이 반도체 웨이퍼에 조사된다.
회전하는 절삭 블레이드에 의해 절삭 가공을 실시하는 절삭 장치의 경우에서는, 웨이퍼의 종류에 따라 다르기도 하지만, 반도체 웨이퍼를 유지하는 유지 테이블은 80 ∼ 100 ㎜/s 정도의 이송 속도로 가공 이송된다.
이에 비해, 레이저 가공 장치에서는, 반도체 웨이퍼를 유지하는 유지 테이블은 100 ∼ 600 ㎜/s 정도의 이송 속도로 가공 이송된다. 최근에는, 이송 속도의 추가적인 고속화가 이루어져, 600 ㎜/s ∼ 1000 ㎜/s 이상의 속도로 가공 이송되는 경우가 있다.
이와 같이 고속으로 가공 이송되는 레이저 가공 장치에 관하여, 특허문헌 1 에서는, 레이저 어블레이션 가공을 실시하는 레이저 가공 장치가 개시되어 있고, 특허문헌 2 에서는, 웨이퍼의 내부에 집광점을 맞추어 개질층을 형성하는 소위 스텔스 다이싱 가공을 실시하는 레이저 가공 장치가 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 2003-320466호 일본 특허공보 제3408805호
고속으로 가공 이송을 실시하면, 유지 테이블을 고속으로 이동시키기 위한 이동 기구에 발열이 발생하게 된다. 구체적으로는, 이동 기구의 구동부를 구성하는 모터가 발열하는 것이며, 이 발열의 영향을 받은 지점은 열팽창하게 된다.
이 열팽창의 영향에 의해, 유지 테이블로 유지된 피가공물의 위치가 변화해 버리면, 원하는 위치에 집광점이 위치지어지지 않아, 원하는 가공을 실시하지 못해 가공 품질이 저하되어 버린다.
그래서, 예를 들어, 가공 중의 소정의 타이밍으로 가공을 일시 정지하고, 형성된 레이저 가공흔을 검출하여 집광점의 위치를 보정하는 것이나, 가공 전에 피가공물의 상면 높이나 가공 예정 라인의 위치를 검출하여 보정해 두는 것 등의 대책이 생각된다.
그러나, 이들 대책에서는, 검출을 위한 시간이 걸려, 가공 시간이 길어져 버릴 우려가 있다. 또, 상기의 열팽창의 영향이 지나치게 큰 경우에는, 이들 대책에 의한 보정으로는 대응을 할 수 없을 우려가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 이동 기구의 발열에 수반하는 열팽창의 영향을 감안하여, 열팽창의 영향에 의한 집광점 위치의 어긋남을 보정하여 가공 품질의 향상을 도모하는 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상과 같으며, 다음으로 이 과제를 해결하기 위한 수단을 설명한다.
본 발명의 하나의 측면에 의하면, 레이저 가공 장치로서, 피가공물을 유지하는 유지 기구와, 그 유지 기구로 유지된 피가공물에 집광점을 맞추어 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 조사 기구와, 그 유지 기구를 가공 이송 방향, 및, 산출 이송 방향으로 이동시키는 이동 기구와, 적어도 그 레이저 빔 조사 기구와 그 이동 기구를 제어하는 컨트롤러와, 그 유지 기구의 온도, 또는, 그 유지 기구를 가공 이송 방향으로 이동시키는 구동부의 온도를 검출하는 온도 검출기를 구비하고, 그 레이저 빔 조사 기구는, 그 피가공물의 두께 방향에 있어서의 그 레이저 빔의 집광점 위치를 조정하기 위한 집광점 위치 조정 유닛을 갖고, 그 컨트롤러는, 그 온도 검출기에 의해 검출되는 온도 변화에 따라, 그 집광점 위치 조정 유닛을 제어하여 그 피가공물의 두께 방향에 있어서의 그 레이저 빔의 집광점 위치를 설정함과 함께, 그 구동부를 제어하여 그 집광점의 그 피가공물의 그 산출 이송 방향의 위치를 설정함으로써, 그 레이저 빔의 집광점 위치를 보정하는, 레이저 가공 장치가 제공된다.
바람직하게는, 그 컨트롤러에는, 미리 기억되는 상관 맵으로서, 그 유지 기구, 또는, 그 구동부의 온도 변화와, 그 집광점 위치의 변화의 상관을 정의짓는 상관 맵이 기억되고, 그 컨트롤러는, 그 상관 맵을 참조함으로써, 그 온도 검출기에 의해 검출된 온도에 대응하는 그 집광점 위치의 변화를 취득하고, 그 집광점 위치의 변화에 대응한 보정값을 사용하여, 그 레이저 빔의 집광점 위치를 보정한다.
바람직하게는, 그 이동 기구에 있어서 그 유지 기구를 가공 이송 방향으로 이동시키는 구동부는, 전자 코일을 갖는 리니어 모터이며, 그 온도 검출기는, 그 전자 코일의 온도를 검출한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 피가공물을 유지하는 유지 기구와, 그 유지 기구로 유지된 피가공물에 집광점을 맞추어 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 조사 기구와, 그 유지 기구를 가공 이송 방향, 및, 산출 이송 방향으로 이동시키는 이동 기구와, 적어도 그 레이저 빔 조사 기구와 그 이동 기구를 제어하는 컨트롤러와, 그 유지 기구의 온도, 또는, 그 유지 기구를 가공 이송 방향으로 이동시키는 구동부의 온도를 검출하기 위한 온도 검출기를 구비한 레이저 가공 장치의 집광점 위치의 보정 방법으로서, 그 레이저 빔 조사 기구는, 그 피가공물의 두께 방향에 있어서의 그 레이저 빔의 집광점 위치를 조정하기 위한 집광점 위치 조정 유닛을 갖고, 그 집광점 위치의 보정 방법은, 그 온도 검출기에 의해 온도를 검출하는 온도 검출 스텝과, 검출된 그 온도에 기초하여 그 레이저 빔의 집광점 위치를 어긋나게 하기 위한 보정값을 산출하는 보정값 산출 스텝과, 그 보정값에 기초하여, 그 집광점 위치 조정 유닛을 제어하여 그 피가공물의 두께 방향에 있어서의 그 레이저 빔의 집광점 위치를 설정함과 함께, 그 구동부를 제어하여 그 집광점의 그 피가공물의 그 산출 이송 방향의 위치를 설정함으로써, 그 레이저 빔의 집광점 위치를 보정하는, 집광점 위치 보정 스텝을 구비한 레이저 가공 장치의 집광점 위치의 보정 방법이 제공된다.
바람직하게는, 그 컨트롤러에는, 미리 기억되는 상관 맵으로서, 그 유지 기구, 또는, 그 구동부의 온도 변화와, 그 집광점 위치의 변화의 상관을 정의짓는 상관 맵이 기억되고, 그 컨트롤러는, 그 보정값 산출 스텝에 있어서, 그 상관 맵을 참조함으로써, 그 온도 검출기에 의해 검출된 온도에 대응하는 그 집광점 위치의 변화를 취득하고, 그 집광점 위치의 변화에 대응한 보정값을 산출한다.
바람직하게는, 그 이동 기구에 있어서 그 유지 기구를 가공 이송 방향으로 이동시키는 구동부는, 전자 코일을 갖는 리니어 모터이며, 그 온도 검출기는, 그 전자 코일의 온도를 검출한다.
본 발명에 의하면, 피가공물 내에서의 레이저 빔의 집광점 위치의 어긋남을보정할 수 있고, 유지 기구의 열팽창에 기인하여 발생하는 피가공물 내에서의 집광점 위치의 어긋남의 발생을 방지할 수 있다.
또, 유지 기구를 고속으로 가공 이송하는 구동부의 온도를 직접 검출함으로써, 온도 변화를 조기에 인식할 수 있고, 보다 고정밀도의 위치 보정이 가능해진다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치에 대해 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 레이저 가공 유닛의 광학계 등에 대해 나타내는 도면이다.
도 3 은, 레이저 가공 장치를 제어하는 컨트롤러와, 그 제어 대상에 대해 나타내는 블록도이다.
도 4 의 (A) 는 구동부의 온도와 피가공물 내에 있어서의 집광점의 -Y 축 방향의 어긋남량의 상관 맵이다. (B) 는 구동부의 온도와 피가공물 내에 있어서의 집광점의 -Z 축 방향의 어긋남량의 상관 맵이다.
도 5 의 (A) 는 기준 온도에 있어서의 집광점 위치에 대해서 설명하는 개요도이다. (B) 는 온도 상승 시에 있어서의 집광점 위치의 Y 축 방향의 어긋남에 대해서 설명하는 개요도이다. (C) 는 보정된 집광점 위치에 대해서 설명하는 개요도이다.
도 6 의 (A) 는 기준 온도에 있어서의 집광점 위치에 대해서 설명하는 개요도이다. (B) 는 온도 상승 시에 있어서의 집광점 위치의 Z 축 방향의 어긋남에 대해서 설명하는 개요도이다. (C) 는 보정된 집광점 위치에 대해서 설명하는 개요도이다.
도 7 은, 집광점 위치의 보정을 실시하는 제어 방법의 플로 차트이다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치에 대해 나타내는 사시도이다. 레이저 가공 장치 (10) 는, 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 조사 기구 (12) 와 피가공물 (W) 을 상면에 유지한 유지 테이블 (13) 을 상대 이동시켜, 피가공물 (W) 을 가공하도록 구성되어 있다.
피가공물 (W) 은, 실리콘 웨이퍼 등의 원판상의 반도체 웨이퍼이며, 격자상으로 배치되는 분할 예정 라인에 의해 복수의 영역으로 구획되고, 분할 예정 라인 을 따라 레이저 빔이 조사되는 것이다. 분할 예정 라인에 의해 구획된 각 영역에는, 각각 IC, LSI 등의 디바이스가 형성되어 있다. 또한, 피가공물 (W) 에 대해서는, 실리콘 등을 재질로 하는 것 외에, 세라믹, 유리, 사파이어 등의 다른 재질로 형성된 것이어도 된다.
피가공물 (W) 은, 테이프 (T) 에 첩착 (貼着) 됨과 함께, 테이프 (T) 를 개재하여 환상 (環狀) 프레임 (F) 에 고정된다. 이와 같이 하여, 피가공물 유닛 (U) 이 구성되고, 피가공물 유닛 (U) 이 일체로서 핸들링된다.
레이저 가공 장치 (10) 는, 직방체상의 기대 (11) 를 가지고 있다. 기대 (11) 의 상면에는, 유지 테이블 (13) 을 X 축 방향으로 가공 이송함과 함께, Y 축 방향으로 산출 이송하는 이동 기구 (14) 가 형성되어 있다. 이동 기구 (14) 의 후방에는, 입벽부 (16) 가 세워져 형성되어 있다. 입벽부 (16) 의 전면 (前面) 으로부터는 아암부 (17) 가 돌출되어 있고, 아암부 (17) 에는 유지 테이블 (13) 에 대향하도록 레이저 빔 조사 기구 (12) 가 지지되어 있다.
이동 기구 (14) 는, 유지 테이블 (13) 과 레이저 빔 조사 기구 (12) 를 산출 이송 방향 (Y 축 방향) 으로 상대 이동시키는 산출 이송 기구 (20) 와, 가공 이송 방향 (X 축 방향) 으로 상대 이동시키는 가공 이송 기구 (21) 를 구비하고 있다.
산출 이송 기구 (20) 는, 기대 (11) 의 상면에 배치된 Y 축 방향으로 평행한 1 쌍의 가이드 레일 (23) 과, 1 쌍의 가이드 레일 (23) 에 슬라이드 가능하게 설치된 Y 축 방향 이동 기대 (24) 를 산출 이송 방향 (Y 축 방향) 으로 이동시키는 구동 모터 (26) 를 가지고 구성된다. 산출 이송 방향 (Y 축 방향) 의 이동에서는, 어느 분할 예정 라인에 대한 레이저 가공 후에, 평행하는 옆의 분할 예정 라인에 대해 레이저 가공을 실시하기 위한 인덱스 이송이 실시된다.
Y 축 방향 이동 기대 (24) 의 하면측에는, 도시되지 않은 너트부가 형성되고, 이들 너트부에 볼 나사 (25) 가 나사 결합되어 있다. 그리고, 볼 나사 (25) 의 일단부에 연결된 구동 모터 (26) 가 회전 구동됨으로써, Y 축 방향 이동 기대 (24) 와, 그 위에 배치되는 가공 이송 기구 (21) 및 유지 테이블 (13) 이 가이드 레일 (23) 을 따라 Y 축 방향으로 이동된다. 또한, 산출 이송 기구 (20) 는, 후술하는 가공 이송 기구 (21) 와 마찬가지로, 리니어 모터로 이동되는 구성으로 해도 된다.
가공 이송 기구 (21) 는, Y 축 방향 이동 기대 (24) 의 상면에 배치된 X 축 방향으로 평행한 1 쌍의 가이드 레일 (30) 과, 가이드 레일 (30) 에 이동 가능하게 재치 (載置) 된 X 축 방향 이동 기대 (32) 를 가공 이송 방향 (X 축 방향) 으로 이동시키기 위한 구동부 (33) 를 가지고 구성된다.
구동부 (33) 는, X 축 방향 이동 기대 (32) 의 하부에 형성되는 리니어 모터로 구성되고, 가이드 레일 (30) 사이에서 X 축 방향을 따라 배치된 마그넷 플레이트 (35) 에 대향하는 위치에 전자 코일 (도시하지 않음) 을 구비하는 구성으로 하고 있다. 전자 코일은, 예를 들어 삼상 교류가 위상을 어긋나게 하여 순차 통전되고, X 축 방향이 되는 왕복 이동 방향을 따라 구동부 (33) 자체 및 X 축 방향 이동 기대 (32) 를 이동시키는 이동 자계를 형성한다.
구동부 (33) 에는, 리니어 모터를 구성하는 전자 코일의 온도를 검출하기 위한 온도 검출기 (36) 가 형성되고, 이 온도 검출기 (36) 에 의해 구동부 (33) 의 온도가 검출된다. 구동부 (33) 는, X 축 방향 이동 기대 (32) (유지 플레이트 (13)) 를 고속으로 왕복 이동시키기 때문에, 전자 코일의 발열량이 많아지고, 주위의 부재를 열팽창시키게 된다.
온도 검출기 (36) 는, 구동부 (33) 에 장착되어 전자 코일의 온도를 계측하는 것으로 하는 것 외에, 구동부 (33) 와는 독립된 구성으로서 X 축 방향 이동 기대 (32) 에 배치되는 것이어도 된다. 또, 온도 검출기 (36) 에 의해 피가공물을 유지하는 유지 기구 (37) (X 축 방향 이동 기대 (32) 나 유지 테이블 (13)) 의 온도를 검출하는 것으로 하고, 검출된 온도로부터 구동부 (33) 의 발열을 원인으로 하는 온도 변화를 검출하는 것으로 해도 된다.
X 축 방향 이동 기대 (32) 의 상면측에는, 유지 테이블 (13) 이 형성되어 있다. 유지 테이블 (13) 은, 수직 방향의 회전축에 의해 회전 가능 (θ 방향 회전) 하게 형성된다. 유지 테이블 (13) 의 상면에는, 포러스 세라믹스재에 의해 흡착면이 형성되어 있다. 유지 테이블 (13) 의 주위에는, 4 개의 클램프부 (39) 가 형성되어 있다. 4 개의 클램프부 (39) 가 에어 액추에이터 (도시하지 않음) 에 의해 구동됨으로써, 피가공물 유닛 (U) 의 환상 프레임 (F) 이 사방에서 협지 (挾持) 고정된다.
X 축 방향 이동 기대 (32) 와 유지 테이블 (13) 에 의해, 피가공물을 유지하는 유지 기구 (37) 가 구성되고, 이 유지 기구 (37) 가 전체적으로 가공 이송 방향, 및, 산출 이송 방향으로 이동된다.
레이저 빔 조사 기구 (12) 는, 아암부 (17) 의 선단에 형성되는 가공 헤드 (40) 를 가지고 있다. 아암부 (17) 및 가공 헤드 (40) 내에는, 레이저 빔 조사 기구 (12) 의 광학계 등이 형성되어 있다.
도 2 는, 레이저 빔 조사 기구 (12) 의 광학계 등에 대해 나타내는 도면이다. 레이저 빔 조사 기구 (12) 는, 레이저 빔 (46) 을 출사하는 레이저 발진기 (41) 와, 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 빔 (46) 을 반사시키는 미러 (42) 와, 미러 (42) 로 반사된 레이저 빔 (46) 을 집광하여 피가공물 (W) 에 조사시키는 집광 렌즈 (43) 와, 집광 렌즈 (43) 를 Z 축 방향으로 이동시켜 레이저 빔 (46) 의 집광점 위치 (초점) 를 조정하는 집광점 위치 조정 유닛 (44) 을 가지고 구성된다.
레이저 발진기 (41) 로부터 출사되는 레이저 빔 (46) 은, 예를 들어, YAG 레이저 빔 또는 YVO 레이저 빔이다. 레이저 가공의 종류로는, 피가공물 (W) 에 흡수성이 있는 파장의 레이저 빔을 조사하여, 표면에 레이저 가공 홈을 구성하는 어블레이션 가공이나, 피가공물 (W) 에 투과성이 있는 파장의 레이저 빔을 조사하여, 내부에 개질층을 형성하는 소위 스텔스 다이싱 가공이 있다.
다음으로, 레이저 빔의 집광점의 위치를 보정하기 위한 구성에 대해서 설명한다. 도 3 은, 레이저 가공 장치를 제어하는 컨트롤러 (100) 와, 그 제어 대상에 대해 나타내는 도면이다. 컨트롤러 (100) 는, 각종 기구의 동작을 제어하는 제어부 (102) 와, 각종 데이터를 기억하는 기억부 (104) 를 갖는다.
제어부 (102) 는, 이동 기구 (14) 를 제어하여, 유지 테이블을 이동시킨다. 구체적으로는, 산출 이송 기구 (20) (구동 모터 (26)) 의 동작을 제어함으로써, 유지 테이블 (13) (도 1) 의 산출 이송 방향 (Y 축 방향) 의 이동 제어를 실시한다. 또, 제어부 (102) 는, 가공 이송 기구 (21) (구동부 (33)) 의 동작을 제어함으로써, 유지 테이블 (13) (도 1) 의 가공 이송 방향 (X 축 방향) 의 이동 제어를 실시한다.
제어부 (102) 는, 집광점 위치 조정 유닛 (44) 의 동작을 제어함으로써, 집광 렌즈 (43) (도 2) 의 높이 방향 (Z 축 방향) 의 이동 제어를 실시하고, 집광점의 Z 축 방향의 위치를 변경한다.
온도 검출기 (36) 는, 컨트롤러 (100) 에 접속되고, 온도 검출기 (36) 에서 검출된 온도가 제어부 (102) 에 입력된다.
기억부 (104) 에는, 도 4 의 (A) (B) 에 나타내는 상관 맵 (M1, M2) 이 기억된다. 도 4(A) 에 나타내는 상관 맵 (M1) 은, 가로축이 구동부 (33) (도 1) 의 온도 (℃), 세로축이 피가공물 내에 있어서의 집광점의 -Y 축 방향의 어긋남량 (㎛) 이며, 양자의 상관 관계를 정의하는 것이다. 이 상관 맵 (M1) 은, 온도 검출기 (36) (도 1) 로 측정되는 온도와, 각 온도가 측정되었을 때의 집광점의 Y 축 좌표에 기초하여 얻어지는 것이다.
상관 맵 (M1) 에서는, 구동부 (33) (도 1) 의 온도가 기준 온도 (T1) 로부터 높아짐에 따라 집광점이 -Y 축 방향으로 어긋나는 것을 나타내고 있다. 본 실시예에서는, 도 1 에 나타내는 구성에 있어서, 구동부 (33) 의 온도 상승의 영향을 받은 X 축 방향 이동 기대 (32) 가 열팽창하고, 이에 따라 유지 테이블 (13) 이 기준 위치로부터 ＋Y 축 방향으로 어긋나게 된다. 이 경우, 유지 테이블 (13) 의 레이저 빔 조사 기구 (12) 에 대한 상대 위치가 ＋Y 축 방향으로 어긋나고, 이것에 수반하여, 집광점이 피가공물 (W) 내에 있어서 -Y 축 방향으로 어긋나는 것이다. 또한, 기준 온도 (T1) 에서는, 피가공물 내에 있어서의 집광점의 Y 축 방향의 어긋남량은 제로이며, 설계된 대로의 위치에 집광점이 위치지어진다.
보다 구체적으로는, 예를 들어, 도 5(A) 에 나타내는 바와 같이, 기준 온도 (T1) 에 있어서 유지 테이블 (13) 의 중심 (C) 의 Y 축 좌표가 Ya 로서, 피가공물 (W) 내의 규정 위치에 집광점 (P) 이 배치되는 경우에 있어서, 도 5(B) 에 나타내는 바와 같이 온도 (T2) 로 상승한 경우에는, 유지 테이블 (13) 의 중심 (C) 이 ＋Y 축 방향으로 Δy 이동하여 Y 축 좌표가 Yb 가 되는 한편, 집광점 (P) 은 피가공물 (W) 내에 있어서 -Y 축 방향으로 Δy 이동한 위치 Py 로 어긋난다.
이와 같이, 유지 테이블 (13) 이 ＋Y 축 방향으로 어긋나면, 집광점 (P) 은 피가공물 (W) 내에 있어서 -Y 축 방향으로 어긋나는 것이 된다. 이것은, 레이저 빔 조사 기구 (12) 는 Y 축 방향에 있어서 이동하지 않고, 열팽창의 영향을 받아 유지 테이블 (13) 만이 Y 축 방향으로 이동하기 때문이다.
마찬가지로, 도 4(B) 에 나타내는 상관 맵 (M2) 은, 가로축이 구동부 (33) (도 1) 의 온도 (℃), 세로축이 피가공물 내에 있어서의 집광점의 -Z 축 방향의 어긋남량 (㎛) 이며, 양자의 상관 관계를 정의하는 것이다. 이 상관 맵 (M2) 은, 온도 검출기 (36) (도 1) 로 측정되는 온도와, 각 온도가 측정되었을 때의 집광점의 Z 축 좌표에 기초하여 얻어지는 것이다.
상관 맵 (M2) 에서는, 구동부 (33) (도 1) 의 온도가 기준 온도 (T1) 로부터 높아짐에 따라 집광점이 -Z 축 방향으로 어긋나는 것을 나타내고 있다. 본 실시형태에서는, 도 1 에 나타내는 구성에 있어서, 구동부 (33) 의 온도 상승의 영향을 받은 X 축 방향 이동 기대 (32) 가 열팽창하고, 이에 따라 유지 테이블 (13) 이 기준 위치로부터 ＋Z 축 방향으로 어긋나게 된다. 이 경우, 유지 테이블 (13) 의 레이저 빔 조사 기구 (12) 에 대한 상대 위치가 ＋Z 축 방향으로 어긋나고, 이것에 수반하여, 집광점이 피가공물 (W) 내에 있어서 -Z 축 방향으로 어긋나는 것이다. 또한, 기준 온도 (T1) 에서는, 피가공물 내에 있어서의 집광점의 Z 축 방향의 어긋남량은 제로이며, 설계된 대로의 위치에 집광점이 위치지어진다.
보다 구체적으로는, 예를 들어, 도 6(A) 에 나타내는 바와 같이, 어느 기준 온도 (T1) 에 있어서 유지 테이블 (13) 의 중심 (C) 의 Z 축 좌표가 Za 로서, 피가공물 (W) 내의 규정의 위치에 집광점 (P) 이 배치되는 경우에 있어서, 도 6(B) 에 나타내는 바와 같이 온도 (T2) 로 상승한 경우에는, 유지 테이블 (13) 의 중심 (C) 이 ＋Z 축 방향으로 Δz 이동하여 Z 축 좌표가 Zb 가 되는 한편, 집광점 (P) 은 피가공물 (W) 내에 있어서 -Z 축 방향으로 Δz 이동한 위치 Pz 로 어긋난다.
이와 같이, 유지 테이블 (13) 이 ＋Z 축 방향으로 어긋나면, 집광점 (P) 은 피가공물 (W) 내에 있어서 -Z 축 방향으로 어긋나는 것이 된다. 이것은, 레이저 빔 조사 기구 (12) (집광 렌즈 (43)) 는 Z 축 방향에 있어서 이동하지 않고, 열팽창의 영향을 받아 유지 테이블 (13) 만이 Z 축 방향으로 이동하기 때문이다.
또한, 상기의 상관 맵 (M1, M2) 을 작성하기 위한 데이터는, 레이저 가공 장치의 개체차나, 레이저 가공 장치가 설치되는 환경에 따라 상이한 것이다. 상관 맵 (M1, M2) 의 작성은, 레이저 가공 장치를 출하하기 전의 제조 공정에 있어서 데이터 취득을 위한 시험적 가공을 실시하여 상관 맵 (M1, M2) 을 작성하고, 기억부 (104) 에 기억해 두는 것이나, 레이저 가공 장치를 설치한 후에 데이터 취득을 위한 시험적 가공을 실시하여 상관 맵 (M1, M2) 을 작성하여 기억부 (104) 에 기억하는 것으로 해도 된다.
다음으로, 이상의 구성에 있어서 집광점 위치의 보정을 실시하는 제어 방법에 대해서 설명한다. 도 7 은, 제어 방법에 대해 나타내는 플로 차트이다.
도 7 나타내는 제어는, 레이저 가공 시에 실시된다. 이 레이저 가공은, 상기 서술한 어블레이션 가공이나, 스텔스 다이싱 가공이다.
구체적으로는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 가공 대상이 되는 피가공물 (W) 에는, 서로 직행하는 분할 예정 라인이 격자상으로 형성된다. 피가공물 (W) 을 유지하는 유지 테이블 (13) 을 가공 이송 방향 (X 축 방향) 으로 이동시킴으로써, 어느 분할 예정 라인에 대해 레이저 가공을 실시한 후, 산출 이송 방향 (Y 축 방향) 으로 유지 테이블 (13) 을 이동시키고 (인덱스 이송), 이웃하는 다음의 분할 예정 라인에 대해 레이저 가공을 실시한다. 제 1 방향으로 늘어나는 모든 분할 예정 라인에 대해 레이저 가공을 실시한 후, 유지 테이블 (13) 이 90 도 회전되고, 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향의 분할 예정 라인에 대해 레이저 가공이 실시된다. 이 레이저 가공 시에 있어서, 이하의 제어가 실시된다.
＜온도 검출 스텝＞
온도 검출기 (36) 에 의해, 유지 기구 (37) 의 온도, 또는, 구동부 (33) 의 온도를 검출하는 스텝이다. 온도 검출기 (36) 에 의한 온도 검출은 레이저 가공 중에 실시간으로 항상 실시하는 것이나, 일정한 타이밍으로 온도 검출을 실시하여 기억부 (104) 에 기억해 두는 것으로 해도 된다.
＜보정값 산출 스텝＞
온도와 집광점 위치의 어긋남량의 상관 관계를 정의하는 상관 맵을 참조하여, 온도 검출기 (36) 에 의해 검출되는 온도에 대응하는 집광점 위치의 어긋남량을 구하고, 당해 어긋남량을 지우기 위한 보정값을 산출하는 스텝이다.
구체적으로는, 예를 들어, 온도 (T2) 의 경우에 있어서는, 도 4(A) 의 상관 맵 (M1) 을 참조함으로써, 어긋남량 (Δy) 이 구해진다. 이 경우, 도 5(B) 에 나타내는 바와 같이, 집광점은 피가공물 (W) 내에 있어서 -Y 축 방향으로 어긋남량 (Δy) 만큼 이동하게 된다.
그리고, 이 어긋남량 (Δy) 을 지우기 위한 수치로서 보정값을 정의한다. 또한, 보정값은, 어긋남량 (Δy) 과 동일하게 하는 것 외에, 어긋남량 (Δy) 에 기초하여 계산되는 다른 수치여도 된다.
또한, 도 4(B), 도 6(B) 에 나타내는 Z 축 방향의 어긋남에 대해서도 마찬가지로, 어긋남량 (Δz) 에 기초하여 보정값을 정의한다.
＜집광점 위치 보정 스텝＞
산출한 보정값을 이용하여, 피가공물 내에 있어서의 집광점의 위치를 보정하는 스텝이다. 이 보정은 레이저 가공 중에 실시간으로 항상 실시하는 것으로 하는 것 외에, 일정한 타이밍으로 실시하는 것으로 해도 된다. 예를 들어, 가공 이송 방향 (X 축 방향) 으로 유지 테이블을 이동시키고 있는 동안은 보정을 하지 않고, 어느 분할 예정 라인에 대한 레이저 가공을 끝낸 후, 산출 이송 방향 (Y 축 방향) 으로 유지 테이블을 이동시킬 때 (인덱스 이송 시) 에 실시하는 것으로 해도 된다.
구체적으로는, 보정값 산출 스텝에서 산출한 보정값에 기초하여, 도 5(C) 의 예에 나타내는 바와 같이, 유지 테이블 (13) 을 -Y 축 방향으로 보정값 (Δy) (어긋남량 (Δy)) 만큼 이동함으로써, 피가공물 (W) 내에 있어서의 집광점의 Y 축 방향의 위치를 기준 온도 (T1) 에서의 위치와 일치시킨다.
마찬가지로, 도 6(C) 의 예와 같이, 집광점 위치 조정 유닛 (44) 을 구동하여 집광 렌즈 (43) (도 2) 의 Z 축 위치를 변경함으로써, 집광점의 위치를 ＋Z 축 방향으로 보정값 (Δz) 만큼 이동시키고, 피가공물 (W) 내에 있어서의 집광점의 Z 축 방향의 위치를 기준 온도 (T1) 에서의 위치와 일치시킨다.
이상과 같이, 집광점 위치 보정 스텝을 실시함으로써, 피가공물 (W) 내에서의 집광점 위치를 기준 온도 (T1) 에 있어서의 것과 일치시킬 수 있고, 유지 기구 (37) 의 열팽창에 기인하여 피가공물 (W) 내에서 집광점이 어긋나 버리는 것을 방지할 수 있다.
또한, 보정값 산출 스텝에 있어서, 상관 맵을 참조하여 보정값을 구하는 것으로 하는 것 외에, 단위 온도 변화당 보정값을 구해 두고, 그 보정값을 이용하여 보정을 실시하는 것으로 해도 된다.
구체적으로는, 예를 들어, 구동부 (33) (도 1) 가 5 ℃ 온도 상승했을 때에, 피가공물 내에 있어서의 집광점의 Z 축 방향의 위치는 -20 ㎛ 만큼 어긋나고, Y 축 방향의 위치는 ＋3 ㎛ 만큼 어긋났던 것이 확인된 장치에 대해, 단위 온도 변화 (1 ℃ 온도 상승) 마다 Z 축 방향에 있어서 ＋4 ㎛, Y 축 방향에 있어서 -0.6 ㎛ 어긋나게 하도록 보정을 하는 것이다.
10 : 레이저 가공 장치
12 : 레이저 가공 유닛
13 : 유지 테이블
14 : 이동 기구
20 : 산출 이송 기구
21 : 가공 이송 기구
24 : Y 축 방향 이동 기대
32 : X 축 방향 이동 기대
33 : 구동부
35 : 마그넷 플레이트
36 : 온도 검출기
40 : 가공 헤드
41 : 레이저 발진기
42 : 미러
43 : 집광 렌즈
44 : 집광점 위치 조정 유닛
46 : 레이저 빔
100 : 컨트롤러
102 : 제어부
104 : 기억부
M1 : 상관 맵
M2 : 상관 맵
P : 집광점
T1 : 기준 온도
T2 : 온도
W : 피가공물
Δy : 보정값
Δz : 보정값

Claims (6)

  1. 레이저 가공 장치로서,
    피가공물을 유지하는 유지 기구와,
    상기 유지 기구로 유지된 피가공물에 집광점을 맞추어 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 조사 기구와,
    상기 유지 기구를 가공 이송 방향, 및, 산출 이송 방향으로 이동시키는 이동 기구와,
    적어도 상기 레이저 빔 조사 기구와 상기 이동 기구를 제어하는 컨트롤러와,
    상기 유지 기구의 온도, 또는, 상기 유지 기구를 가공 이송 방향으로 이동시키는 구동부의 온도를 검출하는 온도 검출기를 구비하고,
    상기 레이저 빔 조사 기구는, 상기 피가공물의 두께 방향에 있어서의 상기 레이저 빔의 집광점 위치를 조정하기 위한 집광점 위치 조정 유닛을 갖고,
    상기 컨트롤러는, 상기 온도 검출기에 의해 검출되는 온도 변화에 따라,
    상기 집광점 위치 조정 유닛을 제어하여 상기 피가공물의 두께 방향에 있어서의 상기 레이저 빔의 집광점 위치를 설정함과 함께,
    상기 구동부를 제어하여 상기 집광점의 상기 피가공물의 상기 산출 이송 방향의 위치를 설정함으로써, 상기 레이저 빔의 집광점 위치를 보정하는, 레이저 가공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러에는,
    미리 기억되는 상관 맵으로서,
    상기 유지 기구, 또는, 상기 구동부의 온도 변화와, 상기 집광점 위치의 변화의 상관을 정의짓는 상관 맵이 기억되고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 상관 맵을 참조함으로써, 상기 온도 검출기에 의해 검출된 온도에 대응하는 상기 집광점 위치의 변화를 취득하고,
    상기 집광점 위치의 변화에 대응한 보정값을 사용하여, 상기 레이저 빔의 집광점 위치를 보정하는, 레이저 가공 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이동 기구에 있어서 상기 유지 기구를 가공 이송 방향으로 이동시키는 구동부는, 전자 코일을 갖는 리니어 모터이며,
    상기 온도 검출기는, 상기 전자 코일의 온도를 검출하는, 레이저 가공 장치.
  4. 피가공물을 유지하는 유지 기구와, 상기 유지 기구로 유지된 피가공물에 집광점을 맞추어 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 조사 기구와, 상기 유지 기구를 가공 이송 방향, 및, 산출 이송 방향으로 이동시키는 이동 기구와, 적어도 상기 레이저 빔 조사 기구와 상기 이동 기구를 제어하는 컨트롤러와, 상기 유지 기구의 온도, 또는, 상기 유지 기구를 가공 이송 방향으로 이동시키는 구동부의 온도를 검출하기 위한 온도 검출기를 구비한 레이저 가공 장치의 집광점 위치의 보정 방법으로서,
    상기 레이저 빔 조사 기구는, 상기 피가공물의 두께 방향에 있어서의 상기 레이저 빔의 집광점 위치를 조정하기 위한 집광점 위치 조정 유닛을 갖고,
    상기 집광점 위치의 보정 방법은,
    상기 온도 검출기에 의해 온도를 검출하는 온도 검출 스텝과,
    검출된 상기 온도에 기초하여 상기 레이저 빔의 집광점 위치를 어긋나게 하기 위한 보정값을 산출하는 보정값 산출 스텝과,
    상기 보정값에 기초하여, 상기 집광점 위치 조정 유닛을 제어하여 상기 피가공물의 두께 방향에 있어서의 상기 레이저 빔의 집광점 위치를 설정함과 함께, 상기 구동부를 제어하여 상기 집광점의 상기 피가공물의 상기 산출 이송 방향의 위치를 설정함으로써, 상기 레이저 빔의 집광점 위치를 보정하는, 집광점 위치 보정 스텝을 구비한 레이저 가공 장치의 집광점 위치의 보정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨트롤러에는, 미리 기억되는 상관 맵으로서, 상기 유지 기구, 또는, 상기 구동부의 온도 변화와, 상기 집광점 위치의 변화의 상관을 정의짓는 상관 맵이 기억되고,
    상기 컨트롤러는, 상기 보정값 산출 스텝에 있어서,
    상기 상관 맵을 참조함으로써, 상기 온도 검출기에 의해 검출된 온도에 대응하는 상기 집광점 위치의 변화를 취득하고,
    상기 집광점 위치의 변화에 대응한 보정값을 산출하는, 레이저 가공 장치의 집광점 위치의 보정 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 이동 기구에 있어서 상기 유지 기구를 가공 이송 방향으로 이동시키는 구동부는, 전자 코일을 갖는 리니어 모터이며,
    상기 온도 검출기는, 상기 전자 코일의 온도를 검출하는, 레이저 가공 장치의 집광점 위치의 보정 방법.
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