特許 5936414 レーザー加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5936414

(24)【登録日】2016年5月20日

(45)【発行日】2016年6月22日

(54)【発明の名称】レーザー加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/064 20140101AFI20160609BHJP

   B23K 26/146 20140101ALI20160609BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/064 A

   B23K26/146

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-74798(P2012-74798)

(22)【出願日】2012年3月28日

(65)【公開番号】特開2013-202659(P2013-202659A)

(43)【公開日】2013年10月7日

【審査請求日】2015年2月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】100075384

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 昂

(74)【代理人】

【識別番号】100142804

【弁理士】

【氏名又は名称】大上 寛

(72)【発明者】

【氏名】森重 幸雄

【審査官】 岩瀬 昌治

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００７−５３７８８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１１３１０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／０６４

Ｂ２３Ｋ ２６／１４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザー加工装置であって、
被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、
レーザー発振器と加工ヘッドとから少なくともなり、該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザービームを照射するレーザービーム照射手段と、
該チャックテーブルと該加工ヘッドとを加工送り方向に相対的に加工送りする加工送り手段と、
該加工送り方向に直交する割り出し送り方向に該チャックテーブルと該加工ヘッドとを相対的に割り出し送りする割り出し送り手段と、を具備し、
該加工ヘッドは、該レーザー発振器から発信されたレーザービームを集光する集光レンズと、
被加工物に液体を噴射して、該集光レンズで集光されたレーザービームが導光される液柱を形成する液柱形成手段と、
該液柱の外側で該液柱と鋭角をなす方向に被加工物に向かって液体を噴出する噴出部を有し、被加工物上面の液体を該液柱から離反する方向に押し流す掃拭液体噴出手段と、
を含むことを特徴とするレーザー加工装置。

【請求項2】

前記噴出部は、前記加工送り方向において前記液柱を挟むように配設された一対の液体噴出口を有する請求項１記載のレーザー加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物に高圧の液体を噴射して液柱を形成するとともに、この液柱内を透過する（導光された）レーザービームを被加工物に照射してレーザー加工を施すレーザー加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイス製造プロセスにおいては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に形成されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿ってダイシングすることにより、個々の半導体デバイスを製造している。

【0003】

近年半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、被加工物に形成されたストリートに沿ってパルスレーザービームを照射することにより被加工物にレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿って機械的ブレーキング装置によって被加工物を割断する方法が実施されている。

【0004】

レーザー加工装置を用いて半導体ウエーハのストリートに沿ってパルスレーザービームを照射することによりウエーハにレーザー加工溝を形成すると、ウエーハへのレーザービームの照射によりデブリが発生し、このデブリがデバイスの表面に付着してデバイスの品質を低下させるという問題がある。

【0005】

従って、半導体ウエーハのストリートに沿ってレーザー加工溝を形成する際には、予め半導体ウエーハの表面に水溶性の保護被膜を被覆し、この保護被膜を通してレーザービームを照射するようにしているが、半導体ウエーハの表面に保護被膜を被覆する工程を追加しなければならず、生産性が悪い。また、半導体ウエーハにレーザービームを照射するとデバイスが加熱されるため、デバイスの品質を低下させるという問題もある。

【0006】

そこで、レーザービームを照射することにより発生するデブリの影響を解消するとともに、被加工物の加熱を防ぐレーザー加工方法として、被加工物に高圧の水を噴射して水柱（液柱）を形成するとともに、この水柱内を透過（導光）させたレーザービームを被加工物に照射して、所望の加工を施すレーザー加工装置が提案されている（例えば、特公平２−１６２１号公報、特開２００１―３２１９７７号公報、特開２００６−２５５７６９号公報参照）。

【0007】

これらのレーザー加工装置では、集光されたレーザービームを糸状の水柱を介して被加工物まで導くので、集光レンズの焦点位置に関係なくレーザー加工をすることができる。更に、レーザー加工時に発生する熱が水で冷却されるため、熱による被加工物の品質低下を防止できるというメリットがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特公平２−１６２１号公報

【特許文献2】特開２００１―３２１９７７号公報

【特許文献3】特開２００６−２５５７６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

加工中に被加工物の上面は、液柱を形成して被加工物に到達した液体によって覆われる。加工中は常時液柱を構成する液体が被加工物上面に噴出されており、被加工物上面の液体は流動しているため、被加工物上面を覆う液体の厚みは均一ではない。特に、被加工物の外周縁では液体の表面張力によって被加工物上面を覆う液体の厚みが厚くなっている。

【0010】

被加工物上面を覆う液体の厚みが変化すると、液柱内に導光されているレーザービームが乱されて、その結果レーザー加工が乱れ均一な加工ができないという問題がある。

【0011】

また、加工ヘッドが固定でチャックテーブルが移動する形態のレーザー加工装置の場合には、チャックテーブルを往復働しながらレーザー加工を施すため、チャックテーブルの移動方向を変更する際、被加工物上面の液体が慣性力によって一方に寄り高波が形成される。この高波が加工点に向かって流れることで被加工物を覆う液体が乱されてレーザー加工が乱れるという問題がある。

【0012】

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レーザービームの乱れを防止し、被加工物に均一なレーザー加工を施すことのできるレーザー加工装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明によると、レーザー加工装置であって、被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、レーザー発振器と加工ヘッドとから少なくともなり、該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザービームを照射するレーザービーム照射手段と、該チャックテーブルと該加工ヘッドとを加工送り方向に相対的に加工送りする加工送り手段と、該加工送り方向に直交する割り出し送り方向に該チャックテーブルと該加工ヘッドとを相対的に割り出し送りする割り出し送り手段と、を具備し、該加工ヘッドは、該レーザー発振器から発信されたレーザービームを集光する集光レンズと、被加工物に液体を噴射して、該集光レンズで集光されたレーザービームが導光される液柱を形成する液柱形成手段と、該液柱の外側で該液柱と鋭角をなす方向に被加工物に向かって液体を噴出する噴出部を有し、被加工物上面の液体を該液柱から離反する方向に押し流す掃拭液体噴出手段と、を含むことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

【発明の効果】

【0014】

本発明のレーザー加工装置では、掃拭液体噴出手段が液柱の外側で被加工物に向かって液体を噴出する。このとき、液柱と鋭角をなす方向に液体を噴出するため、液柱が到達する被加工物の上面の液体は厚みが薄く、被加工物に対して水面が流動しない状態を形成できる。従って、安定したレーザー加工を被加工物に施すことができる。

【0015】

また、掃拭液体噴出手段から気体ではなく液体を噴出することで、被加工物の上面が乾燥することがなく、レーザー加工によって生じる加工屑の被加工物への固着を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明実施形態に係るレーザー加工装置の斜視図である。

【図2】レーザービーム発生ユニットのブロック図である。

【図3】本発明第１実施形態に係るレーザー加工装置の要部を示す一部断面側面図である。

【図4】掃拭液供給パイプの底面図である。

【図5】液柱と噴出される掃拭液体とのなす角度を説明する模式図である。

【図6】本発明第２実施形態に係るレーザー加工装置の要部を示す一部断面側面図である。

【図7】環状掃拭液体供給部材の底面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明第１実施形態のレーザー加工装置の外観斜視図が示されている。レーザー加工装置２は、静止基台４上にＸ軸方向に移動可能に搭載された第１スライドブロック６を含んでいる。

【0018】

第１スライドブロック６は、ボールねじ８及びパルスモータ１０から構成される加工送り手段１２により一対のガイドレール１４に沿って加工送り方向、即ちＸ軸方向に移動される。

【0019】

第１スライドブロック６上には第２スライドブロック１６がＹ軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、第２スライドブロック１６はボールねじ１８及びパルスモータ２０から構成される割り出し送り手段２２により一対のガイドレール２４に沿って割り出し方向、すなわちＹ軸方向に移動される。

【0020】

第２スライドブロック１６上には円筒支持部材２６を介してチャックテーブル２８が搭載されており、チャックテーブル２８は加工送り手段１２及び割り出し送り手段２２によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。チャックテーブル２８には、チャックテーブル２８に吸引保持された半導体ウエーハをクランプするクランプ３０が設けられている。

【0021】

静止基台４にはコラム３２が立設されており、このコラム３２にレーザービーム照射ユニット３４が取り付けられている。レーザービーム照射ユニット３４は、ケーシング３３中に収容された図４に示すレーザービーム発生ユニット３５と、ケーシング３３の先端に取り付けられた加工ヘッド３６とを含んでいる。

【0022】

レーザービーム発生ユニット３５は、図２に示すように、ＹＡＧレーザー又はＹＶＯ４レーザーを発振するレーザー発振器６２と、繰り返し周波数設定手段６４と、パルス幅調整手段６６と、パワー調整手段６８とを含んでいる。特に図示しないが、レーザー発振器６２はブリュースター窓を有しており、レーザー発振器６２から出射するレーザービームは直線偏光のレーザービームである。

【0023】

ケーシング３３の先端部には、加工ヘッド３６とＸ軸方向に整列してレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像ユニット３８が配設されている。撮像ユニット３８は、可視光によって半導体ウエーハの加工領域を撮像する通常のＣＣＤ等の撮像素子を含んでいる。

【0024】

撮像ユニット３８は更に、半導体ウエーハに赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、この光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する赤外線ＣＣＤ等の赤外線撮像素子から構成される赤外線撮像手段を含んでおり、撮像した画像信号はコントローラ（制御手段）４０に送信される。

【0025】

コントローラ４０はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）４２と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）４４と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４６と、カウンタ４８と、入力インターフェイス５０と、出力インターフェイス５２とを備えている。

【0026】

５６は案内レール１４に沿って配設されたリニアスケール５４と、第１スライドブロック６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出手段であり、加工送り量検出手段５６の検出信号はコントローラ４０の入力エンターフェイス５０に入力される。

【0027】

６０はガイドレール２４に沿って配設されたリニアスケール５８と第２スライドブロック１６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出手段であり、割り出し送り量検出手段６０の検出信号はコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。

【0028】

撮像ユニット３８で撮像した画像信号もコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。一方、コントローラ４０の出力インターフェイス５２からはパルスモータ１０、パルスモータ２０、レーザービーム照射ユニット３４等に制御信号が出力される。

【0029】

ケーシング３３の先端には、被加工物上面の液体を加工ヘッド３６から噴出される液柱から離反する方向に押し流す加工ヘッド３６を挟んで配設された一対の掃拭液体供給パイプ７０が取り付けられている。

【0030】

図３に示されるように、レーザービーム発生ユニット３５のパワー調整手段６８により所定パワーに調整されたパルスレーザービーム６９は、加工ヘッド３６のハウジング８２に形成されたビーム導入口８５から加工ヘッド３６内に導入される。

【0031】

ハウジング８２内には、レーザービームを反射するミラー８４と、レーザービームを集光する集光レンズ８６が配設されている。ハウジング８２と一体的に液体噴射手段８８の液体室９２を画成する液体室ハウジング９４が形成されている。液体室ハウジング９４は、円筒状側壁９６と、該側壁９６の上面及び下面をそれぞれ閉塞する上壁９８及び下壁１００とから構成されている。

【0032】

液体室ハウジング９６を構成する上壁９８には透明窓１０４が配設されている。液体室ハウジング９４を構成する下壁１００の中心部には、噴射ノズル１０６が形成されている。尚、噴射ノズル１０６の下端である噴射口１０６ａに、集光レンズ８６によって集光されるレーザービーム６９の集光点が位置づけられる。

【0033】

側壁９６には液体室９２に開口する液体導入口１０２が形成されており、液体導入口１０２は高圧液供給源９０に接続されている。高圧液供給源９０から高圧液体が液体室９２内に供給されると、この高圧液体は噴射ノズル１０６の噴射口１０６ａから噴射されて液柱１０８を形成する。

【0034】

液体室ハウジング９４の下端部には、エア導入ハウジング１１０が形成されている。エア導入ハウジング１１０は、液体室ハウジング９４の底壁１００に装着された円筒壁１１２と、円筒壁１１２の下端部に一体的に形成された環状底壁１１４と、環状底壁１１４の上端部に一体的に形成された内壁１１６とを含んでいる。

【0035】

内壁１１６の中心部に貫通穴１１８が形成されており、この貫通穴１１８中にパイプ１２０が圧入されている。円筒壁１１２にはエア流入口１２４が形成されている。

【0036】

液柱１０８を挟んで配設された一対の掃拭液体供給パイプ７０は、図４に示すように、複数の液体噴出口７２を有している。図４で矢印Ｘはチャックテーブル２８の加工送り方向を示している。

【0037】

図５に示すように、液柱１０８と掃拭液体供給パイプ７０の液体噴出口７２から噴出される掃拭液体７３とのなす角度θは鋭角を形成しており、θは４５度〜７０度の範囲に設定される。より好ましくは、θは約６０度程度である。

【0038】

例えば、液体噴出口７２の直径を０．３〜１ｍｍ程度、隣接する液体噴出口７２間の距離を０．３〜１ｍｍ程度に設定することにより、隣接する液体噴出口７２から噴出された液体同士がくっつき、掃拭液体からなる液体カーテンを形成することができる。複数の液体噴出口７２に替えて、Ｙ軸方向に伸長する一つ或いは複数のスリットをパイプ７０に形成するようにしてもよい。

【0039】

以下、このように構成された第１実施形態のレーザー加工装置２の作用について説明する。レーザービーム発生ユニット３５のパワー調整手段６８で所定パワーに調整されたレーザービーム６９は、加工ヘッド３６のビーム導入口８５から加工ヘッド３６内に導入され、ミラー８４で反射されて集光レンズ８６で液体噴射手段８８の液体室ハウジング９４に形成された噴射ノズル１０６の噴射口１０６ａに集光される。

【0040】

一方、高圧液供給源９０から供給された純水等の高圧液体が、液体噴射手段８８の液体室ハウジング９４に形成された液体導入口１０２から液体室９２内に導入され、液体室ハウジング９４の下壁１００に形成された噴射ノズル１０６から噴射されて液柱１０８を形成する。

【0041】

この液柱１０８は、エア導入ハウジング１１０の内壁１１６の貫通穴１１８に圧入されたパイプ１２０を通過してチャックテーブル２８に保持された被加工物Ｗの加工点に衝突して飛散する。

【0042】

集光レンズ８６で集光されたレーザービーム６９はパイプ１２０内を通過する液柱１０８に導光（案内）されて、そのビーム径が広がらずに加工点に照射されて被加工物Ｗにレーザー加工溝を形成する。

【0043】

レーザー加工時には、液柱１０８を挟むように配設された一対の掃拭液体供給パイプ７０の液体噴出口７２から液柱１０８と鋭角をなす方向に掃拭液体７３を噴出する。この掃拭液体７３により、液柱１０８が到達する被加工物Ｗの上面の液体は厚みが薄く、被加工物Ｗに対して水面が流動しない状態を形成できる。従って、安定したレーザー加工を被加工物Ｗに施すことができる。

【0044】

また、気体ではなく掃拭液体７３を噴出するため、被加工物Ｗの上面が乾燥することなく、レーザー加工によって生じる加工屑の被加工物Ｗへの付着を防止できる。高圧液供給源９０から供給される液体及び掃拭液体供給パイプ７０から噴出される掃拭液体７３としては、例えば純水が使用される。

【0045】

レーザー加工装置２の加工条件は、例えば次のように設定されている。

【0046】

光源 ：ＬＤ励起Ｑスイッチ Ｎｄ：ＹＡＧレーザー
波長 ：５３２ｎｍ（ＹＡＧレーザの第２高調波）
平均出力 ：３０Ｗ
繰り返し周波数 ：４０ｋＨｚ
ノズル直径 ：φ５０μｍ
液圧 ：２５ＭＰａ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／ｓ
掃拭液体供給量 ：各１Ｌ／ｍｉｎ（１パイプ当たりの液体量）

【0047】

尚、掃拭液体供給量については、掃拭液体供給パイプ７０の長さにもよるが、被加工物上面の乱れた液体を押しのけるのに十分な量に適宜設定する。

【0048】

図６を参照すると、本発明第２実施形態に係るレーザー加工装置の要部を示す縦断面図が示されている。本実施形態のレーザー加工装置では、エア導入ハウジング１１０の下端に環状の掃拭液体供給部材７４を取り付ける。

【0049】

掃拭液体供給部材７４は、図６及び図７に示すように、液柱１０８と鋭角をなす掃拭液体７７を噴出するように所定角度傾斜した複数の掃拭液体噴出口７６を有している、掃拭液体７７としては、例えば純水が使用される。液柱１０８と掃拭液体噴出口７６から噴出される掃拭液体７７とのなす角は４５〜７０度の範囲が好ましい。より好ましくは、６０度前後である。

【0050】

本実施形態でも、図３を参照して説明した第１実施形態と同様に、環状の掃拭液体噴出部材７４から液柱１０８と鋭角をなす方向に掃拭液体７７を噴出するため、液柱１０８が到達する被加工物Ｗの上面の液体は厚みが薄く、被加工物Ｗに対して水面が流動しない状態を形成できる。従って、安定したレーザー加工を被加工物に施すことができる。

【0051】

上述した実施形態のレーザー加工装置２は、加工ヘッド３６が固定でチャックテーブル２８がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動する。レーザー加工はチャックテーブル２８をＸ軸方向に往復働しながら、往路と復路で実施される。

【0052】

チャックテーブル２８の移動方向を変更する際、被加工物Ｗの上面の液体が慣性力によって一方により高波が形成される。この高波が加工点に向かって流れることで被加工物Ｗを覆う液体が乱されてレーザー加工が乱される。

【0053】

従って、本発明は図１に示したような加工ヘッド３６が固定でチャックテーブル２８が移動する形態のレーザー加工装置２に特によく有効であるが、これに限定されるものではなく、加工ヘッドが移動する形態のレーザー加工装置にも同様に適用することができる。

【0054】

掃拭液体噴出手段は、少なくとも加工送り方向において液柱１０８の両側から加工進行方向と加工進行方向の反対方向に掃拭液体を噴出する機構を有していればよく、上述した第１及び第２実施形態に限定されるものではない。

【符号の説明】

【0055】

２８ チャックテーブル
３５ レーザービーム発生ユニット
３６ 加工ヘッド
６９ レーザービーム
７０ 掃拭液体供給パイプ
７３，７７ 掃拭液体
７４ 環状掃拭液体供給部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】