KR20230014636A - 레이저 가공 장치 - Google Patents

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류종현
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

(과제) 가동 효율이 높은 레이저 가공 장치를 제공한다.
(해결 수단) 레이저 빔의 조사에 의해 피가공물을 가공하는 레이저 가공 장치에 있어서, 피가공물을 유지하는 유지면을 포함하는 유지 유닛과, 유지 유닛에 의해 유지된 피가공물에 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 유닛을 구비하고, 레이저 조사 유닛은, 레이저 발진기와, 레이저 발진기로부터 출사된 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈와, 집광 렌즈로의 이물의 부착을 방지하는 이물 부착 방지 유닛을 구비하고, 이물 부착 방지 유닛은, 유지면과 집광 렌즈의 사이에 배치되고, 레이저 빔에 대하여 투과성을 갖는 보호 필름과, 보호 필름의 일단측이 고정되고, 회전함으로써 보호 필름을 송출하는 제1 롤러와, 보호 필름의 타단측이 고정되고, 회전함으로써 보호 필름을 권취하는 제2 롤러를 구비한다.

Description

레이저 가공 장치{LASER PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 레이저 빔의 조사에 의해 피가공물을 가공하는 레이저 가공 장치에 관한 것이다.
디바이스 칩의 제조 프로세스에서는, 격자형으로 배열된 복수의 스트리트(분할 예정 라인)에 의해 구획된 복수의 영역에 각각 디바이스가 형성된 웨이퍼가 사용된다. 이 웨이퍼를 스트리트를 따라 분할함으로써, 디바이스를 각각 구비하는 복수의 디바이스 칩이 얻어진다. 디바이스 칩은, 휴대 전화, 퍼스널 컴퓨터 등의 다양한 전자 기기에 내장된다.
웨이퍼의 분할에는, 환형의 절삭 블레이드로 피가공물을 절삭하는 절삭 장치가 이용된다. 한편, 최근에는, 레이저 가공 장치를 이용한 레이저 가공에 의해 웨이퍼를 분할하는 프로세스의 개발도 진행되고 있다. 레이저 가공 장치는, 피가공물을 유지하는 유지 유닛(척 테이블)과, 피가공물에 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 유닛을 구비한다. 웨이퍼를 유지 유닛으로 유지하고, 레이저 조사 유닛으로부터 웨이퍼를 향하여 레이저 빔을 조사함으로써, 웨이퍼에 레이저 가공이 실시된다.
예컨대 특허문헌 1에는, 레이저빔의 조사에 의해 웨이퍼에 레이저 가공 홈을 스트리트를 따라 형성하는 가공 방법이 개시되어 있다. 스트리트를 따라 레이저 가공 홈이 형성된 웨이퍼에 외력을 부여하면, 레이저 가공 홈이 분할 기점으로서 기능하여, 웨이퍼가 스트리트를 따라 분할된다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2006-319198호
레이저 가공 장치에 탑재되는 레이저 조사 유닛은, 레이저 빔을 소정의 위치에 집광하는 집광 렌즈를 구비하고 있다. 그리고, 레이저 가공 장치로 피가공물을 가공할 때에는, 집광 렌즈가 피가공물과 대면하도록 위치되고, 예컨대 레이저 빔은 피가공물의 표면 또는 내부에서 집광하도록 조사된다.
여기서, 예컨대 레이저 빔의 조사에 의해 피가공물에 어블레이션 가공을 실시하면, 피가공물의 용융물이 데브리(가공 부스러기)가 되어 비산된다. 또한, 피가공물의 가공이 행해지는 가공실 내에는, 미량의 파티클이나 미스트가 부유하고 있는 경우가 있다. 이러한 이물이 집광 렌즈에 부착되면, 레이저 빔이 피가공물에 의도한 조건으로 조사되지 않아, 가공 불량이 발생할 우려가 있다. 그 때문에, 집광 렌즈에 이물이 부착되었을 때에는, 집광 렌즈의 세정이나 교환이 행해진다.
그러나, 집광 렌즈의 세정이나 교환을 실시할 때에는, 흠집 등에 의해 집광 렌즈의 특성에 영향을 주지 않도록, 집광 렌즈의 신중한 취급이 요구된다. 또한, 집광 렌즈를 레이저 조사 유닛에 장착할 때에는, 레이저 빔이 원하는 위치에서 집광되도록, 집광 렌즈의 위치나 방향을 엄밀하게 조절할 필요가 있다. 그 때문에, 집광 렌즈의 착탈에는 수고가 들어, 레이저 가공 장치의 가동 효율이 저하되는 원인이 된다.
또한, 레이저 조사 유닛에는, 집광 렌즈의 피가공물과 대면하는 면측을 덮는 커버가 장착되는 경우가 있다. 커버는 레이저 빔에 대하여 투과성을 갖는 유리 등에 의해 형성되고, 집광 렌즈를 통과한 레이저 빔은 커버를 투과하여 피가공물에 조사된다. 이 커버에 의해, 집광 렌즈로의 이물의 부착이 방지되어, 집광 렌즈의 세정 또는 교환의 빈도가 저감된다.
커버에 소정량 이상의 이물이 부착된 경우에는, 레이저 가공에 악영향을 주지 않도록 커버의 세정 또는 교환이 행해지지만, 커버는 집광 렌즈와 비교하여 저렴하고 착탈도 용이하기 때문에, 커버의 세정 또는 교환에 과대한 수고와 비용이 드는 일은 없다. 그러나, 커버의 세정 또는 교환을 정기적으로 실시하는 이상은, 레이저 가공 장치에 의한 피가공물의 가공이 중단되는 것은 피할 수 없어, 레이저 가공 장치의 가동 효율에는 한계가 있다.
본 발명은 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 가동 효율이 높은 레이저 가공 장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 레이저 빔의 조사에 의해 피가공물을 가공하는 레이저 가공 장치에 있어서, 상기 피가공물을 유지하는 유지면을 포함하는 유지 유닛과, 상기 유지 유닛에 의해 유지된 상기 피가공물에 상기 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 유닛을 구비하고, 상기 레이저 조사 유닛은, 레이저 발진기와, 그 레이저 발진기로부터 출사된 상기 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈와, 상기 집광 렌즈로의 이물의 부착을 방지하는 이물 부착 방지 유닛을 구비하고, 상기 이물 부착 방지 유닛은, 상기 유지면과 상기 집광 렌즈의 사이에 배치되고, 상기 레이저 빔에 대해 투과성을 갖는 보호 필름과, 그 보호 필름의 일단측이 고정되고, 회전함으로써 상기 보호 필름을 송출하는 제1 롤러와, 상기 보호 필름의 타단측이 고정되고, 회전함으로써 상기 보호 필름을 권취하는 제2 롤러를 구비하는 레이저 가공 장치가 제공된다.
또한, 상기 집광 렌즈는, 상기 유지면의 하방에 배치되어 있어도 좋다. 또한, 상기 보호 필름은 폴리올레핀계 필름 또는 폴리에스테르계 필름이라도 좋다.
본 발명의 일 양태에 관련된 레이저 가공 장치의 레이저 조사 유닛에는, 유지 유닛의 유지면과 집광 렌즈의 사이에 배치된 보호 필름, 보호 필름을 송출하는 제1 롤러, 및 보호 필름을 권취하는 제2 롤러를 구비하는 이물 부착 방지 유닛이 탑재된다. 그리고, 보호 필름에 의해 집광 렌즈로의 이물의 부착이 방지됨과 함께, 보호 필름을 제1 롤러 및 제2 롤러에 의해 용이하게 이동시킬 수 있다.
레이저 조사 유닛에 상기한 이물 부착 방지 유닛을 탑재함으로써, 이물이 부착되어 있지 않은 보호 필름을 집광 렌즈와 중첩되는 위치에 용이하고 또한 신속하게 위치시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 레이저 가공 장치에 의한 피가공물의 가공이 이물 제거 작업을 위해 장시간 중단되는 것을 회피할 수 있어, 레이저 가공 장치의 가동 효율이 향상된다.
도 1은 레이저 가공 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 피가공물을 나타내는 사시도이다.
도 3은 유지 유닛(유지 테이블) 및 레이저 조사 유닛을 나타내는 일부 단면 정면도이다.
도 4는 유지 유닛(반송 유닛) 및 레이저 조사 유닛을 나타내는 일부 단면 정면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 양태에 관한 실시형태를 설명한다. 먼저, 본 실시형태에 관련된 레이저 가공 장치의 구성예에 대해 설명한다. 도 1은, 레이저 가공 장치(2)를 나타내는 사시도이다. 또한, 도 1에 있어서, X축 방향(가공 이송 방향, 제1 수평 방향)과 Y축 방향(인덱싱 이송 방향, 제2 수평 방향)은, 서로 수직인 방향이다. 또한, Z축 방향(높이 방향, 연직 방향, 상하 방향)은, X축 방향 및 Y축 방향과 수직인 방향이다.
레이저 가공 장치(2)는, 레이저 가공 장치(2)를 구성하는 각 구성 요소를 지지하는 베이스(4)를 구비한다. 베이스(4)의 상면은 수평 방향(XY 평면 방향)과 대략 평행한 평탄면이며, 베이스(4)의 상면 상에는 이동 기구(이동 유닛)(6)가 설치되어 있다. 이동 기구(6)는, Y축 이동 기구(Y축 이동 유닛)(8)와, X축 이동 기구(X축 이동 유닛)(18)와, Z축 이동 기구(Z축 이동 유닛)(32)를 구비한다.
Y축 이동 기구(8)는, 베이스(4)의 상면 상에 Y축 방향을 따라서 배치된 한 쌍의 Y축 가이드 레일(10)을 구비한다. 한 쌍의 Y축 가이드 레일(10)에는, 평판형의 Y축 이동 테이블(12)이 Y축 가이드 레일(10)을 따라 슬라이드 가능하게 장착되어 있다.
Y축 이동 테이블(12)의 이면(하면) 측에는, 너트부(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 이 너트부에는, 한 쌍의 Y축 가이드 레일(10)의 사이에 Y축 방향을 따라 배치된 Y축 볼 나사(14)가 나사 결합되어 있다. 또한, Y축 볼 나사(14)의 단부에는, Y축 볼 나사(14)를 회전시키는 Y축 펄스 모터(16)가 연결되어 있다. Y축 펄스 모터(16)로 Y축 볼 나사(14)를 회전시키면, Y축 이동 테이블(12)이 Y축 가이드 레일(10)을 따라 Y축 방향으로 이동한다.
X축 이동 기구(18)는, Y축 이동 테이블(12)의 표면(상면) 측에 X축 방향을 따라서 배치된 한 쌍의 X축 가이드 레일(20)을 구비한다. 한 쌍의 X축 가이드 레일(20)에는, 판형의 X축 이동 테이블(22)이 X축 가이드 레일(20)을 따라 슬라이드 가능하게 장착되어 있다.
X축 이동 테이블(22)의 이면(하면) 측에는, 너트부(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 이 너트부에는, 한 쌍의 X축 가이드 레일(20)의 사이에 X축 방향을 따라 배치된 X축 볼 나사(24)가 나사 결합되어 있다. 또한, X축 볼 나사(24)의 단부에는, X축 볼 나사(24)를 회전시키는 X축 펄스 모터(26)가 연결되어 있다. X축 펄스 모터(26)로 X축 볼 나사(24)를 회전시키면, X축 이동 테이블(22)이 X축 가이드 레일(20)을 따라 X축 방향으로 이동한다.
X축 이동 테이블(22)의 표면(상면) 상에는, 레이저 가공 장치(2)에 의한 가공의 대상물인 피가공물(11)(도 2 참조)을 유지하는 유지 유닛(유지 테이블, 척 테이블)(28)이 설치되어 있다. 또한, 유지 유닛(28)의 주위에는, 피가공물(11)을 지지하는 환형의 프레임(17)(도 2 참조)을 파지하여 고정하는 복수의 클램프(30)가 설치되어 있다.
유지 유닛(28)의 상면은, 수평 방향(XY 평면 방향)과 대략 평행한 평탄면이며, 피가공물(11)을 유지하는 유지면(28a)을 구성하고 있다. 유지면(28a)은, 유지 유닛(28)의 내부에 형성된 유로(도시하지 않음), 밸브(도시하지 않음) 등을 통해, 이젝터 등의 흡인원(도시하지 않음)에 접속되어 있다.
Y축 이동 테이블(12)을 Y축 방향을 따라 이동시키면, 유지 유닛(28)이 Y축 방향을 따라 이동한다. 또한, X축 이동 테이블(22)을 X축 방향을 따라 이동시키면, 유지 유닛(28)이 X축 방향을 따라 이동한다. 또한, 유지 유닛(28)에는, 유지 유닛(28)을 Z축 방향과 대략 평행한 회전축의 둘레로 회전시키는 모터 등의 회전 구동원(도시하지 않음)이 연결되어 있다.
베이스(4)의 후단부(Y축 이동 기구(8), X축 이동 기구(18), 유지 유닛(28)의 후방)에는, Z축 이동 기구(32)가 설치되어 있다. Z축 이동 기구(32)는, 베이스(4)의 상면 상에 배치된 지지 구조(34)를 구비한다. 지지 구조(34)는, 베이스(4)에 고정된 직방체 형상의 기부(34a)와, 기부(34a)의 단부로부터 상방으로 돌출하는 기둥 형상의 지지부(34b)를 포함한다. 지지부(34b)의 표면(측면)은, Z축 방향을 따라 평면 형상으로 형성되어 있다.
지지부(34b)의 표면에는, 한 쌍의 Z축 가이드 레일(36)이 Z축 방향을 따라 설치되어 있다. 한 쌍의 Z축 가이드 레일(36)에는, 평판형의 Z축 이동 플레이트(38)가, Z축 가이드 레일(36)을 따라 슬라이드 가능한 상태로 장착되어 있다.
Z축 이동 플레이트(38)의 이면측에는, 너트부(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 이 너트부에는, 한 쌍의 Z축 가이드 레일(36)의 사이에 Z축 방향을 따라 배치된 Z축 볼 나사(도시하지 않음)가 나사 결합되어 있다. 또한, Z축 볼 나사의 단부에는, Z축 볼 나사를 회전시키는 Z축 펄스 모터(40)가 연결되어 있다. 또한, Z축 이동 플레이트(38)의 표면측에는, 지지 부재(42)가 고정되어 있다. Z축 펄스 모터(40)로 Z축 볼 나사를 회전시키면, Z축 이동 플레이트(38) 및 지지 부재(42)가 Z축 가이드 레일(36)을 따라 Z축 방향으로 이동한다.
지지 부재(42)는, 레이저 조사 유닛(44)을 지지하고 있다. 레이저 조사 유닛(44)은, 레이저 가공 헤드(46)를 구비하고, 레이저 가공 헤드(46)로부터 유지 유닛(28)에 의해 유지된 피가공물(11)(도 2 참조)을 향해 레이저 빔(48)을 조사한다. 이에 의해, 피가공물(11)에 레이저 가공이 실시된다.
또한, 레이저 조사 유닛(44)에는, 유지 유닛(28)에 의해 유지된 피가공물(11) 등을 촬상 가능한 촬상 유닛(50)이 장착되어 있다. 촬상 유닛(50)은, 가시광을 수광하여 전기 신호로 변환하는 촬상 소자를 구비하는 가시광 카메라, 적외선을 수광하여 전기 신호로 변환하는 촬상 소자를 구비하는 적외선 카메라 등을 구비한다. 촬상 유닛(50)으로 피가공물(11)을 촬상함으로써 취득된 화상이, 유지 유닛(28)과 레이저 가공 헤드(46)의 위치 맞춤 등에 이용된다.
Z축 이동 플레이트(38)를 Z축 방향을 따라 이동시키면, 레이저 가공 헤드(46) 및 촬상 유닛(50)이 Z축 방향을 따라 이동(승강)한다. 이에 의해, 레이저 빔(48)의 집광 위치의 조절이나 촬상 유닛(50)의 핀트 맞춤이 행해진다.
Y축 이동 기구(8), X축 이동 기구(18), 및 Z축 이동 기구(32)에 의하여, 이동 기구(6)가 구성된다. 이동 기구(6)는, 유지 유닛(28)과, 레이저 가공 헤드(46)로부터 조사된 레이저 빔(48) 및 촬상 유닛(50)을, 가공 이송 방향(X축 방향) 및 인덱싱 이송 방향(Y축 방향)을 따라 상대적으로 이동시킨다.
또한, 레이저 가공 장치(2)는, 레이저 가공 장치(2)에 관한 각종 정보를 표시하는 표시 유닛(표시부, 표시 장치)(52)을 구비한다. 예컨대, 표시 유닛(52)으로서 터치 패널이 이용되고, 터치 패널에는 레이저 가공 장치(2)를 조작하기 위한 조작 화면이 표시된다.
레이저 가공 장치(2)의 오퍼레이터는, 터치 패널의 터치 조작에 의해 레이저 가공 장치(2)에 정보를 입력할 수 있다. 즉, 터치 패널은, 레이저 가공 장치(2)에 각종 정보를 입력하기 위한 입력 유닛(입력부, 입력 장치)으로서도 기능하고, 유저 인터페이스로서 이용된다. 다만, 입력 유닛은, 표시 유닛(52)과는 별도 독립하여 설치된 마우스, 키보드 등이어도 좋다.
또한, 레이저 가공 장치(2)는, 레이저 가공 장치(2)를 제어하는 제어 유닛(제어부, 제어 장치)(54)을 구비한다. 제어 유닛(54)은, 레이저 가공 장치(2)를 구성하는 각 구성 요소(이동 기구(6), 유지 유닛(28), 클램프(30), 레이저 조사 유닛(44), 촬상 유닛(50), 표시 유닛(52) 등)에 접속되어 있다. 제어 유닛(54)은, 레이저 가공 장치(2)의 각 구성 요소에 제어 신호를 출력함으로써, 레이저 가공 장치(2)를 가동시킨다.
예를 들면, 제어 유닛(54)은 컴퓨터에 의해 구성된다. 구체적으로는, 제어 유닛(54)은, 레이저 가공 장치(2)의 가동에 필요한 각종 연산을 행하는 연산부와, 레이저 가공 장치(2)의 가동에 이용되는 각종 정보(데이터, 프로그램 등)를 기억하는 기억부를 구비한다. 연산부는, CPU(Central Processing Unit) 등의 프로세서를 포함하여 구성된다. 또한, 기억부는, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory) 등의 메모리를 포함하여 구성된다.
레이저 가공 장치(2)에 의해, 피가공물(11)에 레이저 가공이 실시된다. 도 2는 피가공물(11)을 도시하는 사시도이다. 예컨대 피가공물(11)은, 단결정 실리콘 등의 반도체 재료로 이루어지는 원반형의 웨이퍼로서, 서로 대략 평행한 표면(11a) 및 이면(11b)을 구비한다. 피가공물(11)은, 서로 교차하도록 격자형으로 배열된 복수의 스트리트(분할 예정 라인)(13)에 의해, 복수의 직사각 형상의 영역으로 구획되어 있다.
스트리트(13)에 의해 구획된 복수의 영역의 표면(11a) 측에는 각각, IC(Integrated Circuit), LSI(Large Scale Integration), LED(Light Emitting Diode), MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 디바이스 등의 디바이스(15)가 형성되어 있다. 피가공물(11)을 스트리트(13)를 따라 분할함으로써, 디바이스(15)를 각각 구비하는 복수의 디바이스 칩이 얻어진다.
다만, 피가공물(11)의 종류, 재질, 형상, 구조, 크기 등에 제한은 없다. 예컨대 피가공물(11)은, 실리콘 이외의 반도체(GaAs, InP, GaN, SiC 등), 사파이어, 유리, 세라믹스, 수지, 금속 등으로 이루어지는 임의의 형상 및 크기의 웨이퍼라도 좋다. 또한, 디바이스(15)의 종류, 수량, 형상, 구조, 크기, 배치 등에도 제한은 없고, 피가공물(11)에는 디바이스(15)가 형성되어 있지 않아도 좋다.
레이저 가공 장치(2)로 피가공물(11)을 가공할 때에는, 피가공물(11)의 취급(반송, 유지 등)의 편의를 위해, 피가공물(11)이 환형의 프레임(17)에 의해 지지된다. 프레임(17)은 SUS(스테인리스강) 등의 금속으로 이루어지고, 프레임(17)의 중앙부에는 프레임(17)을 두께 방향으로 관통하는 원형의 개구(17a)가 설치되어 있다. 또한, 개구(17a)의 직경은, 피가공물(11)의 직경보다 크다.
피가공물(11) 및 프레임(17)에는, 원형의 테이프(19)가 부착된다. 예컨대 테이프(19)는, 원형으로 형성된 필름형의 기재(基材)와, 기재 상에 설치된 점착층(풀층)을 포함한다. 기재는, 폴리올레핀, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 수지로 이루어진다. 또한, 점착층은, 에폭시계, 아크릴계, 또는 고무계의 접착제 등으로 이루어진다. 또한, 점착층에는, 자외선의 조사에 의해 경화하는 자외선 경화형의 수지를 사용해도 좋다.
피가공물(11)을 프레임(17)의 개구(17a)의 내측에 배치한 상태로, 테이프(19)의 중앙부를 피가공물(11)의 이면(11b) 측에 부착함과 함께 테이프(19)의 외주부를 프레임(17)에 부착하면, 피가공물(11)이 테이프(19)를 통해 프레임(17)에 의해 지지된다.
다음으로, 레이저 가공 장치(2)에 탑재된 레이저 조사 유닛(44)에 대해서 설명한다. 도 3은, 유지 유닛(28) 및 레이저 조사 유닛(44)을 나타내는 일부 단면 정면도이다.
레이저 가공 장치(2)에 의해 피가공물(11)을 가공할 때에는, 피가공물(11)이 유지 유닛(28)에 의해 유지된다. 예컨대, 피가공물(11)의 표면(11a) 측에 레이저 가공을 실시하는 경우에는, 피가공물(11)은, 표면(11a) 측이 상방으로 노출되어 이면(11b) 측(테이프(19) 측)이 유지면(28a)에 대면하도록, 유지 유닛(28) 상에 배치된다. 또한, 프레임(17)이 복수의 클램프(30)(도 1 참조)에 의해 고정된다. 이 상태에서, 유지면(28a)에 흡인원의 흡인력(부압)을 작용시키면, 피가공물(11)이 테이프(19)를 통해 유지 유닛(28)에 의해 흡인 유지된다.
레이저 조사 유닛(44)은, YAG 레이저, YVO4 레이저 등의 레이저 발진기(60)와, 레이저 발진기(60)로부터 출사된 레이저 빔(48)의 파워를 조정하는 어테뉴에이터 등의 조정기(62)를 구비한다. 또한, 레이저 조사 유닛(44)은, 레이저 빔(48)을 유지 유닛(28)에 의해 유지된 피가공물(11)로 유도하는 광학계(64)를 구비한다. 광학계(64)는, 복수의 광학 소자를 포함하여 구성되고, 레이저 빔(48)의 진행 방향, 형상 등을 제어한다.
구체적으로는, 광학계(64)는, 레이저 빔(48)을 반사시키는 미러(66)와, 레이저 빔(48)을 집광하는 집광 렌즈(68)를 포함한다. 집광 렌즈(68)는 레이저 가공 헤드(46)의 내부에서 유지되어 있고, 집광 렌즈(68)의 하면측은 유지 유닛(28)의 유지면(28a)에 대면하고 있다.
레이저 발진기(60)로부터 출사되어 조정기(62)에 의해 파워가 조정된 레이저 빔(48)은, 미러(66)에서 반사되어 집광 렌즈(68)에 입사되고, 집광 렌즈(68)에 의해 소정의 위치에서 집광된다. 예컨대 레이저 빔(48)은, 피가공물(11)의 표면(11a) 또는 내부에서 집광되어, 피가공물(11)에 레이저 가공을 실시한다.
레이저 빔(48)의 조사 조건은, 피가공물(11)이 실시되는 레이저 가공의 내용에 따라 설정된다. 예컨대, 피가공물(11)에 어블레이션 가공을 하는 경우에는, 레이저 빔(48)의 파장은, 적어도 레이저 빔(48)의 일부가 피가공물(11)에 흡수되도록 설정된다. 즉, 피가공물(11)에 대하여 흡수성을 갖는 레이저 빔이 레이저 빔(48)으로서 이용된다. 또한, 다른 레이저 빔(48)의 조사 조건(평균 출력, 반복 주파수, 가공 이송 속도 등)도, 피가공물(11)에 어블레이션 가공이 실시되도록 적절하게 설정된다.
예컨대, 피가공물(11)이 실리콘 웨이퍼이고, 실리콘 웨이퍼에 어블레이션 가공을 실시하는 경우에는, 레이저 빔(48)의 조사 조건을 이하와 같이 설정할 수 있다.
파장: 355nm
평균 출력: 2W
반복 주파수: 200kHz
가공 이송 속도: 400mm/s
레이저 빔(48)을 피가공물(11)의 표면(11a) 또는 내부에서 집광시키면서, 유지 유닛(28)을 가공 이송 방향(X축 방향)을 따라 이동시키면, 유지 유닛(28)과 레이저 빔(48)이 상대적으로 이동하여, 레이저 빔(48)이 가공 이송 방향을 따라 주사된다. 그 결과, 피가공물(11)에 어블레이션 가공이 실시되어, 피가공물(11)의 표면(11a) 측에 선형의 레이저 가공 홈이 형성된다.
예컨대, 모든 스트리트(13)(도 2 참조)를 따라 피가공물(11)의 표면(11a)으로부터 이면(11b)에 이르는 레이저 가공 홈을 형성함으로써, 피가공물(11)이 스트리트(13)를 따라 분할된다. 또한, 모든 스트리트(13)를 따라 깊이가 피가공물(11)의 두께 미만인 레이저 가공 홈을 피가공물(11)의 표면(11a) 측에 형성한 후, 피가공물(11)의 이면(11b) 측을 연삭 지석으로 연삭하고, 레이저 가공 홈을 피가공물(11)의 이면(11b)에 노출시킴으로써, 피가공물(11)을 스트리트(13)를 따라 분할할 수도 있다. 그 결과, 디바이스(15)를 각각 구비하는 복수의 디바이스 칩이 제조된다.
또한, 레이저 빔(48)의 조사에 의해 피가공물(11)에 어블레이션 가공을 실시하면, 피가공물(11)의 용융물이 데브리(가공 부스러기)(21)가 되어 비산된다. 또한, 피가공물(11)의 가공이 행해지는 가공실 내에는, 미량의 파티클이나 미스트가 부유하고 있는 경우가 있다. 이러한 이물이 집광 렌즈(68)에 부착되면, 레이저 빔(48)이 피가공물(11)에 의도한 조건으로 조사되지 않아, 가공 불량이 발생할 우려가 있다.
그래서, 본 실시형태에 있어서는, 레이저 조사 유닛(44)에 이물 부착 방지 유닛(70)이 탑재된다. 이물 부착 방지 유닛(70)은, 데브리(21) 등의 이물의 집광 렌즈(68)로의 부착을 방지한다.
구체적으로는, 이물 부착 방지 유닛(70)은 띠 형상의 보호 필름(72)을 구비한다. 보호 필름(72)은, 레이저 빔(48)의 진행 방향(광학계(64)의 광축 방향)과 수직인 면(도 3에 있어서의 XY 평면)을 따라 펼쳐진 상태로, 유지 유닛(28)의 유지면(28a)과 집광 렌즈(68)의 사이에 배치된다. 또한, 보호 필름(72)의 폭은, 집광 렌즈(68)의 직경보다 크다. 그리고, 보호 필름(72)은, 집광 렌즈(68)의 전체와 중첩되어 레이저 가공 헤드(46)의 하면측을 덮도록 위치된다.
보호 필름(72)은, 레이저 빔(48)에 대하여 투과성을 갖는다. 즉, 보호 필름(72)에 입사한 레이저 빔(48)의 적어도 일부는, 보호 필름(72)을 투과하여 피가공물(11)에 조사된다. 보호 필름(72)의 레이저 빔(48)에 대한 투과율은, 80% 이상인 것이 바람직하고, 90% 이상인 것이 보다 바람직하다.
보호 필름(72)의 구체적인 재질, 두께 등은 레이저 빔(48)의 파장 등에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 파장 355nm의 레이저 빔(48)으로 피가공물(11)에 어블레이션 가공을 하는 경우에는, 폴리올레핀(PO)계 필름, 폴리에스테르(PE)계 필름 등을 보호 필름(72)으로서 이용할 수 있다.
폴리올레핀계 필름은, 알켄을 모노머로 하여 합성되는 폴리머로 이루어지는 필름이다. 폴리올레핀계 필름의 예로서는, 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리스티렌 필름 등을 들 수 있다. 또한, 프로필렌과 에틸렌의 코폴리머로 이루어지는 필름이나, 올레핀계 엘라스토머로 이루어지는 필름을 이용할 수도 있다.
폴리에스테르계 필름은, 디카르복실산(2개의 카르복실기를 갖는 화합물)과, 디올(2개의 하이드록실기를 갖는 화합물)을 모노머로 하여 합성되는 폴리머로 이루어지는 필름이다. 폴리에스테르계 필름의 예로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트 필름 등을 들 수 있다. 또한, 폴리트리메틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리부틸렌테레프탈레이트 필름, 또는 폴리부틸렌나프탈레이트 필름을 이용할 수도 있다.
보호 필름(72)의 일단측(도 3에 있어서의 지면 우측)은, 보호 필름(72)을 송출하는 송출 유닛(송출 기구)(74A)에 연결되어 있다. 또한, 보호 필름(72)의 타단측(도 3에 있어서의 지면 좌측)은, 보호 필름(72)을 권취하는 권취 유닛(권취 기구)(74B)에 연결되어 있다.
송출 유닛(74A)은, 원기둥형의 제1 롤러(76A)와, 제1 롤러(76A)에 연결된 모터 등의 제1 회전 구동원(78A)을 구비한다. 예를 들면 제1 롤러(76A)는, 그 길이 방향(높이 방향)이 Y축 방향을 따르도록 배치된다. 또한, 제1 회전 구동원(78A)은, 제1 롤러(76A)를, 제1 롤러(76A)의 길이 방향과 대략 평행한 회전축의 둘레로 회전시킨다.
제1 롤러(76A)에는, 보호 필름(72)의 일단부가 고정되고, 보호 필름(72)이 감긴다. 그리고, 제1 회전 구동원(78A)으로 제1 롤러(76A)를 회전시키면, 제1 롤러(76A)에 감겨 있는 보호 필름(72)이 제1 롤러(76A)로부터 송출된다.
또한, 송출 유닛(74A)은, 제1 롤러(76A)로부터 송출된 보호 필름(72)을 지지하는 원기둥형의 제1 도르래(80A)를 구비한다. 제1 도르래(80A)는, 그 길이 방향(높이 방향)이 제1 롤러(76A)의 길이 방향과 대략 평행하게 되도록 배치된다. 또한, 제1 도르래(80A)는, 그 길이 방향과 대략 평행한 회전축의 둘레를 자유롭게 회전 가능한 상태로 유지된다.
권취 유닛(74B)은, 원기둥형의 제2 롤러(76B)와, 제2 롤러(76B)에 연결된 모터 등의 제2 회전 구동원(78B)을 구비한다. 예를 들면 제2 롤러(76B)는, 그 길이 방향(높이 방향)이 Y축 방향을 따르도록 배치된다. 또한, 제2 회전 구동원(78B)은, 제2 롤러(76B)를, 제2 롤러(76B)의 길이 방향과 대략 평행한 회전축의 둘레로 회전시킨다.
제2 롤러(76B)에는, 보호 필름(72)의 타단부가 고정되고, 보호 필름(72)이 감긴다. 그리고, 제2 회전 구동원(78B)으로 제2 롤러(76B)를 회전시키면, 보호 필름(72)이 제2 롤러(76B)에 권취된다.
또한, 권취 유닛(74B)은 제2 롤러(76B)에 권취되는 보호 필름(72)을 지지하는 원기둥형의 제2 도르래(80B)를 구비한다. 제2 도르래(80B)는, 그 길이 방향(높이 방향)이 제2 롤러(76B)의 길이 방향과 대략 평행하게 되도록 배치된다. 또한, 제2 도르래(80B)는 그 길이 방향과 대략 평행한 회전축의 둘레를 자유롭게 회전 가능한 상태로 유지된다.
제1 도르래(80A) 및 제2 도르래(80B)는, 레이저 빔(48)의 진행 경로(광학계(64)의 광축)를 사이에 두도록, 대략 동일한 높이 위치(Z축 방향에서의 위치)에 배치된다. 그리고, 보호 필름(72) 중 제1 롤러(76A) 또는 제2 롤러(76B)에 감겨 있지 않은 영역은, 제1 도르래(80A) 및 제2 도르래(80B)에 감겨진다. 이에 의해, 보호 필름(72)은, 제1 도르래(80A)와 제2 도르래(80B) 사이에서 펼쳐진 상태에서, 레이저 가공 헤드(46)의 하면측을 덮도록 제1 도르래(80A) 및 제2 도르래(80B)에 의해 지지된다.
집광 렌즈(68)를 통과한 레이저 빔(48)은, 보호 필름(72)을 투과하여 피가공물(11)에 조사된다. 이에 의해, 피가공물(11)에 레이저 가공이 실시된다. 또한, 보호 필름(72)이 레이저 가공 헤드(46)의 하면측을 덮도록 설치됨으로써, 레이저 가공 헤드(46)의 하측에 존재하는 이물이 레이저 가공 헤드(46)의 내부로 들어가 집광 렌즈(68)에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
예컨대, 레이저 빔(48)으로 피가공물(11)을 가공하면, 피가공물(11)의 용융물인 데브리(21)가 비산한다. 그리고, 피가공물(11)로부터 레이저 조사 유닛(44) 측으로 비산한 데브리(21)는, 보호 필름(72)에 받아내어, 집광 렌즈(68)에는 부착되지 않는다.
다만, 보호 필름(72)의 집광 렌즈(68)와 중첩되는 영역에 대량의 데브리(21)가 부착되면, 피가공물(11)에 대한 레이저 빔(48)의 조사가 방해되는 경우가 있다. 그래서, 보호 필름(72)은, 정기적으로 송출 유닛(74A)으로부터 송출되어 권취 유닛(74B)에 권취된다.
구체적으로는, 제어 유닛(54)(도 1 참조)은, 제1 회전 구동원(78A) 및 제2 회전 구동원(78B)에 제어 신호를 출력함으로써, 제1 롤러(76A) 및 제2 롤러(76B)를 소정의 타이밍에 소정 횟수 회전시킨다. 그 결과, 보호 필름(72)의 데브리(21)가 부착되어 있는 영역이 집광 렌즈(68)와 중첩되는 위치로부터 이동하여, 보호 필름(72)의 데브리(21)가 부착되어 있지 않은 영역이 새롭게 집광 렌즈(68)와 중첩되는 영역에 위치된다. 이에 의해, 집광 렌즈(68)를 덮는 보호 필름(72)이 교환된 상태가 된다.
보호 필름(72)을 이동시키는 타이밍에 제한은 없고, 데브리(21)의 발생량 등에 따라 적절히 설정할 수 있다. 예컨대, 피가공물(11)을 소정의 매수(예컨대 1매) 가공할 때마다 보호 필름(72)을 이동시켜도 좋고, 피가공물(11)을 소정의 개수의 스트리트(13)(도 2 참조)를 따라 가공할 때마다 보호 필름(72)을 이동시켜도 좋다. 또한, 레이저 빔(48)을 피가공물(11)에 조사하면서 보호 필름(72)을 이동시킬 수도 있다. 이 경우에는, 피가공물(11)의 가공과 보호 필름(72)의 교환이 동시 진행으로 행해진다.
또한, 보호 필름(72)은, 데브리(21) 이외의 이물의 집광 렌즈(68)로의 부착도 방지한다. 예컨대, 피가공물(11)의 가공이 행해지는 가공실 내에는, 미량의 파티클이나 미스트가 부유하고 있는 경우가 있다. 이러한 이물의 레이저 가공 헤드(46) 내부로의 침입도 보호 필름(72)에 의해 방지된다.
이상과 같이, 본 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(2)의 레이저 조사 유닛(44)에는, 유지 유닛(28)의 유지면(28a)과 집광 렌즈(68)의 사이에 배치된 보호 필름(72), 보호 필름(72)을 송출하는 제1 롤러(76A), 및 보호 필름(72)을 권취하는 제2 롤러(76B)를 구비하는 이물 부착 방지 유닛(70)이 탑재된다. 그리고, 보호 필름(72)에 의해 집광 렌즈(68)에 대한 이물의 부착이 방지됨과 함께, 보호 필름(72)을 제1 롤러(76A) 및 제2 롤러(76B)에 의해 용이하게 이동시킬 수 있다.
레이저 조사 유닛(44)에 상기한 이물 부착 방지 유닛(70)을 탑재함으로써, 이물이 부착되어 있지 않은 보호 필름(72)을 집광 렌즈(68)와 중첩되는 위치에 용이하고 또한 신속하게 위치시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 레이저 가공 장치(2)에 의한 피가공물(11)의 가공이 이물 제거 작업을 위해 장시간 중단되는 것을 회피할 수 있고, 레이저 가공 장치(2)의 가동 효율이 향상된다.
또한, 보호 필름(72)은, 레이저 가공 헤드(46)의 하면에 접촉해도 좋고, 레이저 가공 헤드(46)의 하면으로부터 이격된 상태로 유지되어도 좋다. 보호 필름(72)이 레이저 가공 헤드(46)의 하면에 접촉하고 있으면, 보호 필름(72)의 상측에 존재하는 파티클, 미스트 등의 이물이 레이저 가공 헤드(46)와 보호 필름(72)의 간극을 통해 레이저 가공 헤드(46)의 내부로 들어가 집광 렌즈(68)에 부착되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 보호 필름(72)이 레이저 가공 헤드(46)의 하면에 접촉하고 있지 않은 경우에는, 레이저 가공 헤드(46)와 보호 필름(72) 사이에 작용하는 마찰에 의해 보호 필름(72)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 3에 있어서는 레이저 조사 유닛(44)의 집광 렌즈(68)가 유지 유닛(28)의 유지면(28a)의 상방에 배치되어 있는 경우에 대해서 설명하였지만, 집광 렌즈(68)는 유지 유닛의 유지면의 하방에 배치되어도 좋다. 이 경우에는, 보호 필름(72)도 유지 유닛의 유지면의 하방에 배치된다.
도 4는, 유지 유닛(반송 유닛)(90) 및 레이저 조사 유닛(44)을 나타내는 일부 단면 정면도이다. 레이저 가공 장치(2)(도 1 참조)는, 유지 유닛(28)을 대신하여, 또는 유지 유닛(28)에 부가하여, 피가공물(11)을 유지하여 반송하는 유지 유닛(90)을 구비하고 있어도 좋다.
유지 유닛(90)은, 원기둥형의 지지축(92)과, 지지축(92)의 선단부(하단부)에 고정된 원반형의 유지부(94)를 구비한다. 유지부(94)의 하면은, 수평 방향(XY 평면 방향)과 대략 평행한 평탄면이며, 피가공물(11)을 유지하는 유지면(94a)을 구성하고 있다. 유지면(94a)은, 유지부(94)의 내부에 형성된 유로(도시하지 않음), 밸브(도시하지 않음) 등을 통해, 이젝터 등의 흡인원(도시하지 않음)에 접속되어 있다.
예컨대 유지 유닛(90)은, 우선, 유지면(94a)이 피가공물(11)의 이면(11b) 측(테이프(19) 측)에 접촉하도록 배치된다. 이 상태에서, 유지면(94a)에 흡인원의 흡인력(부압)을 작용시키면, 피가공물(11) 또는 프레임(17)이 테이프(19)를 통해 유지부(94)에 의해 흡인 유지된다.
레이저 조사 유닛(44)은, 유지 유닛(90)의 하방에 설치된다. 그리고, 집광 렌즈(68)의 상면측이 유지 유닛(90)의 유지면(94a)에 대면하도록, 레이저 가공 헤드(46) 및 광학계(64)가 배치된다. 또한, 보호 필름(72)은, 레이저 가공 헤드(46)의 상면측을 덮도록 배치된다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(48)의 진행 경로(광학계(64)의 광축)는, 유지면(94a)과 수직인 방향에 대하여 경사져 있어도 좋다. 이 경우에는, 유지면(94a)과 집광 렌즈(68)의 사이에 배치되는 보호 필름(72)도, 유지면(94a)에 대하여 경사지도록 펼쳐진다.
유지 유닛(90)은, 피가공물(11)을 유지하여 레이저 가공 헤드(46)의 상방에 위치시킨다. 그리고, 레이저 조사 유닛(44)으로부터 피가공물(11)의 하면측(표면(11a) 측)에 레이저 빔(48)이 조사됨으로써, 피가공물(11)의 표면(11a) 측에 레이저 가공이 실시된다. 이 때, 피가공물(11)의 레이저 빔(48)이 조사된 영역에서 발생한 데브리(21)가, 레이저 가공 헤드(46) 측으로 낙하한다. 다만, 데브리(21)는 보호 필름(72)에 받아 내어지기 때문에, 집광 렌즈(68)에는 부착되지 않는다.
상기와 같이, 집광 렌즈(68)가 유지면(94a)의 하방에 배치되어 있는 경우, 데브리(21)가 낙하하여 집광 렌즈(68) 측으로 비산하기 쉽다. 그러나, 집광 렌즈(68)는 보호 필름(72)에 덮여 있기 때문에, 집광 렌즈(68)에의 데브리(21)의 부착이 방지된다. 그리고, 송출 유닛(74A) 및 권취 유닛(74B)에 의해 보호 필름(72)을 이동시킴으로써, 레이저 빔(48)의 진행 경로에 데브리(21)가 부착되어 있지 않은 보호 필름(72)을 용이하고 또한 신속하게 위치시킬 수 있다.
그 밖에, 상기 실시형태에 관련된 구조, 방법 등은, 본 발명의 목적의 범위를 일탈하지 않는 한 적절히 변경하여 실시할 수 있다.
11 피가공물
11a 표면
11b 이면
13 스트리트(분할 예정 라인)
15 다바이스
17 프레임
17a 개구
19 테이프
21 데브리(가공 부스러기)
2 레이저 가공 장치
4 베이스
6 이동 기구(이동 유닛)
8 Y축 이동 기구(Y축 이동 유닛)
10 Y축 가이드 레일
12 Y축 이동 테이블
14 Y축 볼 나사
16 Y축 펄스 모터
18 X축 이동 기구(X축 이동 유닛)
20 X축 가이드 레일
22 X축 이동 테이블
24 X축 볼 나사
26 X축 펄스 모터
28 유지 유닛(유지 테이블, 척 테이블)
28a 유지면
30 클램프
32 Z축 이동 기구(Z축 이동 유닛)
34 지지 구조
34a 기부
34b 지지부
36 Z축 가이드 레일
38 Z축 이동 플레이트
40 Z축 펄스 모터
42 지지 부재
44 레이저 조사 유닛
46 레이저 가공 헤드
48 레이저 빔
50 촬상 유닛
52 표시 유닛(표시부, 표시 장치)
54 제어 유닛(제어부, 제어 장치)
60 레이저 발진기
62 조정기
64 광학계
66 미러
68 집광 렌즈
70 이물 부착 방지 유닛
72 보호 필름
74A 송출 유닛(송출 기구)
74B 권취 유닛(권취 기구)
76A 제1 롤러
76B 제2 롤러
78A 제1 회전 구동원
78B 제2 회전 구동원
80A 제1 도르래
80B 제2 도르래
90 유지 유닛(반송 유닛)
92 지지축
94 유지부
94a 유지면

Claims (3)

  1. 레이저 빔의 조사에 의해 피가공물을 가공하는 레이저 가공 장치에 있어서,
    상기 피가공물을 유지하는 유지면을 포함하는 유지 유닛과,
    상기 유지 유닛에 의해 유지된 상기 피가공물에 상기 레이저 빔을 조사하는 레이저 조사 유닛을 구비하고,
    상기 레이저 조사 유닛은,
    레이저 발진기와,
    상기 레이저 발진기로부터 출사된 상기 레이저 빔을 집광하는 집광 렌즈와,
    상기 집광 렌즈로의 이물의 부착을 방지하는 이물 부착 방지 유닛을 구비하고,
    상기 이물 부착 방지 유닛은,
    상기 유지면과 상기 집광 렌즈의 사이에 배치되고, 상기 레이저 빔에 대해 투과성을 갖는 보호 필름과,
    상기 보호 필름의 일단측이 고정되고, 회전함으로써 상기 보호 필름을 송출하는 제1 롤러와,
    상기 보호 필름의 타단측이 고정되고, 회전함으로써 상기 보호 필름을 권취하는 제2 롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 집광 렌즈는, 상기 유지면의 하방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 보호 필름은, 폴리올레핀계 필름 또는 폴리에스테르계 필름인 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
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