レーザー加工装置
【課題】ワークに対する往路加工と復路加工とを同じ加工品質で行うこと。
【解決手段】ある実施の形態におけるレーザー加工装置において、レーザー照射機構５は、レーザービームを発振するレーザービーム発振器と、レーザービームを保持機構２に保持されたワークＷに向かって集光する集光レンズ５４１と、噴射口５３１からワークＷに向けて気体を噴射する保護ブローノズル５３とを有し、保護ブローノズル５３は、集光レンズ５４１によって集光されたレーザービームが噴射口５３１を通過してワークＷに照射されるように配設され、保持機構２とレーザー照射機構５とを加工送り方向に沿って相対的に往復移動させながらワークＷにレーザービームを照射することで行う往路加工時と復路加工時とで加工屑のワークＷへの付着が同程度となるように、ワークＷに対するレーザービームの照射位置と噴射口５３１の中心位置とが調整される。
【解決手段】ある実施の形態におけるレーザー加工装置において、レーザー照射機構５は、レーザービームを発振するレーザービーム発振器と、レーザービームを保持機構２に保持されたワークＷに向かって集光する集光レンズ５４１と、噴射口５３１からワークＷに向けて気体を噴射する保護ブローノズル５３とを有し、保護ブローノズル５３は、集光レンズ５４１によって集光されたレーザービームが噴射口５３１を通過してワークＷに照射されるように配設され、保持機構２とレーザー照射機構５とを加工送り方向に沿って相対的に往復移動させながらワークＷにレーザービームを照射することで行う往路加工時と復路加工時とで加工屑のワークＷへの付着が同程度となるように、ワークＷに対するレーザービームの照射位置と噴射口５３１の中心位置とが調整される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ等のワークをレーザー加工するレーザー加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状であるワークの表面に格子状に配列されたストリート（切断ライン）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やＬＳＩ等の回路が形成される。そして、ストリートに沿ってワークを切断して回路が形成された領域を分割することにより、個々の半導体チップが製造される。ストリートに沿ったワークの切断は、例えば、ダイサーと呼ばれる切削装置によってを用いて行われている。また、近年では、ストリートに沿ってレーザービームを照射することでストリートに溝を形成し、その後外力を付与してワークを回路毎に分割する手法も試みられている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
ところで、ワークを切断するために行うレーザー加工では、ワークとレーザービームの照射位置とを相対的に往復移動させることで、ストリートに沿って往路加工と復路加工とを行う場合がある。このような場合には、一般に、レーザー加工の安定性を目的として往路加工と復路加工とで同じ加工品質が求められる。そして、加工品質を同じにするためには、往路加工で発生した加工屑のワークへの付着と復路加工で発生した加工屑のワークへの付着とを一定にすることが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０５４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した加工屑のワークへの付着に影響を与える要因の１つとして、レーザービームを照射するレーザー照射機構とワークとの間の空気の流れが考えられる。しかしながら、加工屑は数μｍオーダーであり、また、レーザー照射機構とワークとの間の空気の流れには様々な要因が影響を与えるため、この空気の流れを制御して往路加工時における加工屑のワークへの付着と復路加工時における加工屑のワークへの付着とを一定にするのは困難であった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みて為されたものであり、ワークに対する往路加工と復路加工とを同じ加工品質で行うことができるレーザー加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるレーザー加工装置は、ワークを保持する保持機構と、該保持機構に保持された前記ワークにレーザービームを照射するレーザー照射機構とを備えたレーザー加工装置であって、前記レーザー照射機構は、前記レーザービームを発振する発振器と、前記レーザービームを前記保持機構に保持された前記ワークに向かって集光する集光レンズと、開口部を有し、前記レーザービームを前記ワークに照射したことで発生した加工屑が前記集光レンズに付着するのを低減するために前記開口部から前記ワークに向けて気体を噴射する保護ブローノズルと、を有し、前記保護ブローノズルは、前記集光レンズによって集光された前記レーザービームが前記開口部を通過して前記ワークに照射されるように配設され、前記保持機構と前記レーザー照射機構とを加工送り方向に沿って相対的に往復移動させながら前記ワークにレーザービームを照射することで行う往路加工時と復路加工時とで前記加工屑の前記ワークへの付着が同程度となるように、前記ワークに対する前記レーザービームの照射位置と前記開口部の中心位置とが調整されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、保持機構とレーザー照射機構とを加工送り方向に沿って相対的に往復移動させながらワークにレーザービームを照射することで行う往路加工時と復路加工時とでワークへの加工屑の付着が同程度となるように、ワークに対するレーザービームの照射位置と保護ブローノズルの開口部の中心位置とを調整することができる。例えば、レーザービームの照射位置と保護ブローノズルの開口部の中心位置とを同位置として往路加工と復路加工とを行った結果、往路加工で発生した加工屑のワークへの付着と復路加工で発生した加工屑のワークへの付着とで差がある場合は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズルの開口部の中心位置とをずらすことができる。したがって、保護ブローノズルの開口部から噴射される空気の流れにより、往路加工時と復路加工時とにおいてレーザービームの照射位置に対して一定の空気の流れを発生させることができる。この結果、往路加工時および復路加工時におけるレーザービームの照射位置の空気の流れは、前述のように発生させた一定の流れが支配的となるため、他の要因で発生する空気の流れを排除することができる。これによれば、往路加工時における加工屑のワークへの付着と復路加工時における加工屑のワークへの付着とを一定にすることが可能となり、ワークに対する往路加工と復路加工とを同じ加工品質で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施の形態のレーザー加工装置の主要部の構成を説明する概略斜視図である。
【図２】図２は、レーザー照射機構の正面図である。
【図３】図３は、レーザー照射機構の平面図である。
【図４−１】図４−１は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズルの噴射口の中心位置とをずらした場合の往路加工での加工位置を撮像した画像である。
【図４−２】図４−２は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズルの噴射口の中心位置とをずらした場合の復路加工での加工位置を撮像した画像である。
【図５−１】図５−１は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズルの噴射口の中心位置とを同位置とした場合の往路加工での加工位置を撮像した画像である。
【図５−２】図５−２は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズルの噴射口の中心位置とを同位置とした場合の復路加工での加工位置を撮像した画像である。
【図６】図６は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズルの噴射口の中心位置とをＸ軸方向にずらした場合の加工品質の評価結果を示す図である。
【図７】図７は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズルの噴射口の中心位置とをＹ軸方向にずらした場合の加工品質の評価結果を示す図である。
【図８】図８は、最大加工幅振幅の算出方法を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態であるレーザー加工装置について図面を参照して説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
【００１１】
本実施の形態のレーザー加工装置が加工対象とするワークは、略円板形状を有し、その表面側が互いに直交するストリートによって格子状に区画されており、区画された領域内にデバイスが形成されたものである。レーザー加工装置は、このワーク表面の格子状のストリートのそれぞれに沿ってレーザービームを照射し、ワークにレーザー加工を施す。
【００１２】
なお、ワークの具体例は、特に限定されるものではなく、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の半導体ウェーハ、チップ実装用としてウェーハの裏面に設けられるＤＡＦ（Ｄｉｅ Ａｔｔａｃｈ Ｆｉｌｍ）等の粘着部材、あるいは半導体製品のパッケージ、セラミック、ガラス、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）系の無機材料基板、ＬＣＤドライバー等の各種電子部品、さらにはμｍオーダーの加工位置精度が要求される各種加工材料が挙げられる。
【００１３】
図１は、本実施の形態のレーザー加工装置１の主要部の構成を説明する概略斜視図である。図１に示すように、レーザー加工装置１は、ワークを保持するための保持機構２と、この保持機構２を加工送り方向であるＸ軸方向および割り出し送り方向であるＹ軸方向に移動させるためのＸＹ駆動機構４と、保持機構２によって保持されたワークにレーザービームを照射するためのレーザー照射機構５と、レーザー加工装置１を構成する各部の動作を制御してレーザー加工装置１を統括的に制御する制御手段６とを備える。
【００１４】
保持機構２は、ワークに応じた大きさのチャックテーブルを主体とするものであり、不図示の吸引手段によって上面である保持面２１上に載置されたワークを吸引保持する。この保持機構２に対し、ワークは、不図示の搬送手段によって、例えば表面側を上にして搬入され、保持面２１上で吸引保持される。このようにワークを保持面２１上で保持する保持機構２は、円筒部材３の上端に設けられ、円筒部材３内に配設された不図示のパルスモータによって鉛直軸を軸中心として回転自在な構成となっている。
【００１５】
ＸＹ駆動機構４は、２段の滑動ブロック４１，４２を備え、保持機構２は、円筒部材３を介してこれら２段の滑動ブロック４１，４２の上に搭載されている。また、ＸＹ駆動機構４は、ボールネジ４３１やパルスモータ４３２等で構成された加工送り機構４３を備え、滑動ブロック４１は、この加工送り機構４３によってＸ軸方向への移動が自在である。そして、加工送り機構４３が駆動して滑動ブロック４１が移動し、後述するレーザー照射機構５に対して保持機構２がＸ軸方向に移動することで、滑動ブロック４１に搭載された保持機構２とレーザー照射機構５とをＸ軸方向に沿って相対的に移動させる。なお、以下の説明において、加工送り方向であるＸ軸方向について、図１中で矢印が指し示す方向を正の方向、その逆方向を負の方向と呼ぶ。
【００１６】
さらに、ＸＹ駆動機構４は、ボールネジ４４１やパルスモータ４４２等で構成された割り出し送り機構４４を備え、滑動ブロック４２は、この割り出し送り機構４４によってＹ軸方向への移動が自在である。そして、割り出し送り機構４４が駆動して滑動ブロック４２が移動し、レーザー照射機構５に対して保持機構２がＹ軸方向に移動することで、滑動ブロック４２に搭載された保持機構２とレーザー照射機構５とをＹ軸方向に沿って相対的に移動させる。
【００１７】
なお、ここでは、保持機構２をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させることで保持機構２とレーザー照射機構５とを相対的に移動させる構成とした。これに対し、保持機構２を移動させずにレーザー照射機構５をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させる構成としてもよい。また、保持機構２およびレーザー照射機構５の双方をＸ軸方向に沿って逆方向に移動させ、保持機構２およびレーザー照射機構５の双方をＹ軸方向に沿って逆方向に移動させてこれらを相対移動させる構成としてもよい。
【００１８】
また、加工送り機構４３に対しては、保持機構２の加工送り量を検出するための加工送り量検出手段４５が付設されている。加工送り量検出手段４５は、Ｘ軸方向に沿って配設されたリニアスケールや、滑動ブロック４１に配設されて滑動ブロック４１とともに移動することでリニアスケールを読み取る読み取りヘッド等で構成される。同様に、割り出し送り機構４４に対しては、保持機構２の割り出し送り量を検出するための割り出し送り量検出手段４６が付設されている。この割り出し送り量検出手段４６は、Ｙ軸方向に沿って配設されたリニアスケールや、滑動ブロック４２に配設されて滑動ブロック４２とともに移動することでリニアスケールを読み取る読み取りヘッド等で構成される。
【００１９】
レーザー照射機構５は、レーザー照射ユニット５１と、撮像ユニット５６と、ハイトセンサ５７と、下面にこれらレーザー照射ユニット５１、撮像ユニット５６およびハイトセンサ５７を取り付けて保持機構２の上方で支持する支持部材５８とを備える。
【００２０】
レーザー照射ユニット５１は、保持面２１上のワークにレーザービームを照射し、ワークの加工すべき位置（ストリート）に沿ってレーザー加工を施すためのものである。このレーザー照射ユニット５１は、後述するように保持面２１上のワークと対向するように配設された集光レンズ５４１（図２を参照）の他、発振器によって発振されたレーザービームを保持面２１上のワークに向けて反射させるためのミラーといった光学系（不図示）が内部に配設された集光器５４（図２を参照）を内蔵している。一方、支持部材５８の内部には、発振器や伝送光学系等（不図示）が配設されており、レーザー照射ユニット５１は、これら発振器や伝送光学系と協働し、集光レンズ５４１の鉛直下方に位置付けられるワークにレーザービームを照射する。発振器は、所定波長（例えば３５５ｎｍ）のレーザービームを発振するためのものであり、例えばＹＡＧレーザー発振器やＹＶＯ４レーザー発振器等からなるレーザービーム発振器等で構成される。
【００２１】
撮像ユニット５６は、保持面２１上のワークのストリート上の位置を集光レンズ５４１の鉛直下方に位置付けるアライメントを行うためのものであり、例えば、保持面２１上のワークと対向するように配設された対物レンズ等を含む顕微鏡構造体と、この顕微鏡構造体によるワークの拡大観察像を撮像するカメラとからなる。ここで、アライメントは、保持面２１上のワークをレーザー加工するのに先立ち実施される。具体的には、先ず、保持機構２をＸＹ平面内で移動させて保持面２１上のワークを撮像ユニット５６の鉛直下方に位置付け、撮像ユニット５６によって保持面２１上のワークを撮像する。得られた画像データは制御手段６に出力される。続いてこの画像データにパターンマッチング等の画像処理を施すことでストリート上の位置（より詳細にはストリートの幅方向の中心位置）を検出し、この画像処理の結果をもとに検出したストリート上の位置を集光レンズ５４１の鉛直下方に位置付ける。
【００２２】
ハイトセンサ５７は、保持面２１上のワークのストリート上の位置の高さ（Ｚ位置）を検出する。
【００２３】
なお、支持部材５８は、レーザー照射ユニット５１をＺ軸方向に移動自在に支持しており、集光レンズ５４１を保持面２１に対して垂直に移動させることができるようになっている。このように、レーザー照射機構５は、集光レンズ５４１によって集光されるレーザービームの集光点位置（Ｚ位置）の調整が可能な構成とされている。
【００２４】
制御手段６は、レーザー加工装置１の動作に必要な各種データを保持するメモリを内蔵したマイクロコンピュータ等で構成される。
【００２５】
以上のように構成されるレーザー加工装置１が行うレーザー加工について簡単に説明すると、先ず、保持機構２にワークを搬入し、保持面２１上でワークを吸引保持する。その後、円筒部材３内に配設された不図示のパルスモータを駆動し、保持面２１上のワークの向きを、その表面の互いに直交するうちの一方のストリートがＸ軸方向に沿う向きに調整する。続いて、ＸＹ駆動機構４を駆動し、保持機構２をＸＹ平面内で移動させて保持面２１上のワークを撮像ユニット５６の鉛直下方に位置付ける。そして、撮像ユニット５６によって保持面２１上のワークを撮像することでアライメントを実施し、直交するうちの一方のストリートの１つである加工対象のストリートの一端部を集光レンズ５４１の鉛直下方に位置付ける。
【００２６】
そして、このようにして加工対象のストリートの一端部を集光レンズ５４１の鉛直下方に位置付けた後、保持機構２を加工送り方向であるＸ軸方向に往復移動させながらレーザー照射ユニット５１によってレーザービームを照射し、一方のストリートのそれぞれに沿ってレーザー加工を施す。例えば、最初に加工対象とするストリートに沿ったレーザー加工では、保持機構２を正のＸ軸方向に加工送りしながら往路加工を行い、加工対象のストリートの一端部から他端部までレーザービームを照射する。このように他端部までレーザービームを照射したならば、保持機構２をＹ軸方向に移動させて隣接するストリートの他端部を集光レンズ５４１の鉛直下方に位置付け、加工対象を移す。そして、保持機構２を負のＸ軸方向に加工送りしながら復路加工を行い、加工対象のストリートの他端部から一端部までレーザービームを照射する。
【００２７】
その後は、保持機構２をＹ軸方向に移動させて順次隣接するストリートを集光レンズ５４１の鉛直下方に位置付け、加工対象を移しながら往路加工と復路加工とを順番に行う。そして、直交する一方のストリートの全てに対して往路加工または復路加工を行ったならば、保持機構２を９０度回転させることで直交する他方のストリートがＸ軸方向に沿うようにワークの姿勢を変更する。そして、一方のストリートに対する動作と同様にアライメントを行った後、順次他方のストリートを集光レンズ５４１の鉛直下方に位置付けて加工対象を移しながら往路加工と復路加工とを順番に行い、この他方のストリートのそれぞれに沿って往路加工または復路加工を行う。なお、ここでは、各ストリートに沿って往路加工または復路加工を行うことでレーザー加工を施すこととしたが、実際のレーザー加工では、各ストリートに沿って往路加工と復路加工とを行い、レーザービームを２回ずつ以上照射してレーザー加工を行う場合もある。
【００２８】
次に、レーザー照射ユニット５１の詳細な構成について説明する。図２は、レーザー照射ユニット５１を含むレーザー照射機構５の正面図であり、レーザー照射ユニット５１の外壁を一部切り欠いて内部の構成を示すとともに、レーザー照射機構５の下方で加工送り方向であるＸ軸方向に沿って往復移動する保持機構２およびその保持面２１上に保持されたワークＷの側面を示している。また、図３は、レーザー照射機構５の平面図であり、レーザー照射機構５下方の保持機構２およびその保持面２１上に保持されたワークＷを併せて示している。また、図３中では、レーザー照射ユニット５１を構成する保護ブローノズル５３の開口部である噴射口５３１の周辺を拡大し、集光レンズ５４１によって集光されて保持面２１上のワークＷに照射されるレーザービームの照射位置Ｐ３１と、保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置Ｐ３２との位置関係の一例を模式的に示すとともに、噴射口５３１から噴射される空気の流れを矢印によって示している。
【００２９】
図２に示すように、レーザー照射ユニット５１は、下面に吸引口５２１が形成された外形形状が略円筒形状を有するバキュームノズル５２、このバキュームノズル５２の内側において吸引口５２１よりも小径の噴射口５３１が吸引口５２１の略中心に位置するように配設された保護ブローノズル５３、保護ブローノズル５３の内側に配設された集光器５４、レーザービームの照射位置と噴射口５３１の中心位置との位置関係を調整する調整手段５５等を含み、バキュームノズル５２の外壁がレーザー照射ユニット５１の外壁を形成している。
【００３０】
集光器５４が備える集光レンズ５４１は、噴射口５３１の上方となる位置でワークＷと対向するように集光器５４の下端部に配設されており、図２中に一点鎖線で示すように上方から入射するレーザービームを集光する。この集光レンズ５４１によって集光されたレーザービームは、噴射口５３１を通過してワークＷに照射される。
【００３１】
ここで、ワークＷにレーザービームを照射することで行うワークＷのレーザー加工時には、加工屑が発生する。保護ブローノズル５３は、この加工屑が飛散して集光レンズ５４１に付着するのを防止するためのものである。一方、バキュームノズル５２は、発生した加工屑を回収して加工屑のワークＷへの付着を低減するためのものであり、図３中の拡大部分に示すように、吸引口５２１は、噴射口５３１の外周位置に隣接配置された構成となっている。そして、保護ブローノズル５３は、図２中に矢印Ａ１で示すように、不図示の空気源からの空気を噴射口５３１から下方のワークＷに向けて噴射する。一方、バキュームノズル５２は、図２中に矢印Ａ２１，Ａ２２で示すように、吸引口５２１下方の空気を吸引して外部へと排出する。この構成により、噴射口５３１から噴射された空気は、レーザービームの照射位置で発生した加工屑を巻き込み、吸引口５２１から吸引されて外部へと排出される。
【００３２】
調整手段５５は、噴射口５３１の中心位置に対してレーザービームの照射位置の中心を偏心させるためのものであり、集光レンズ５４１によって集光されるレーザービームの光路が遮られずに噴射口５３１を通過可能な範囲内で集光器５４を移動駆動する。
【００３３】
上記したように、バキュームノズル５２は、レーザー照射時に発生した加工屑のワークＷへの付着を低減するためのものであるが、発生した加工屑のワークＷへの付着の度合いが往路加工と復路加工とで異なると、往路加工と復路加工とでワークＷの加工品質を同等にできないという別の問題がある。往路加工の加工品質と復路加工の加工品質とが同等でないと、最終的にストリートに沿ってワークＷを分割して得たチップの切断面の状態が往路加工が施された切断面と復路加工が施された切断面とで違ってしまい、チップ毎の品質にばらつきが生じてしまう。この加工屑のワークＷへの付着に影響を与える要因としては、レーザー照射機構５とワークＷとの間の空気の流れ（すなわち、レーザービームの照射位置における空気の流れ）が考えられる。
【００３４】
ところで、保護ブローノズル５３の噴射口５３１から噴射された空気は、ワークＷに吹き付けられ、その後図３中の拡大部分において矢印で示すように放射状に広がる。このとき、ワークＷに照射されるレーザービームの照射位置と、保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とが重なっていると、レーザービームの照射位置付近では噴射口５３１から噴射された空気の流れが起こりにくくなるため、加工屑のワークＷへの付着が外的要因による空気の流れの影響を受け易くなる。これに対し、レーザービームの照射位置と噴射口５３１の中心位置とをずらせば、往路加工時と復路加工時とでレーザービームの照射位置に一定の方向の空気の流れを発生させることができる。そこで、本実施の形態では、例えば、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とを同位置として往路加工と復路加工とを行った結果、往路加工で発生した加工屑のワークＷへの付着と復路加工で発生した加工屑のワークＷへの付着とで差がある場合に、調整手段５５によってレーザービームの照射位置と噴射口５３１の中心位置とをずらす。
【００３５】
具体的には、調整手段５５は、例えば、加工送り方向であるＸ軸方向へと集光器５４を移動駆動し、噴射口５３１の中心位置に対してレーザービームの照射位置をＸ軸方向に偏心させる。レーザービームの照射位置をＸ軸方向にずらすことで加工位置が蛇行する懸念を低減できる。例えば、図２では、レーザービームの照射位置を噴射口５３１の中心位置に対して正のＸ軸方向側である右側に偏心させた状態を示している。本実施の形態では、正のＸ軸方向側は、往路加工時の保持機構２の進行方向側に対応する。なお、図示しないが、レーザービームの照射位置を噴射口５３１の中心位置に対して負のＸ軸方向側である左側（復路加工時の保持機構２の進行方向側）に偏心させることも可能である。
【００３６】
そして、このようにレーザービームの照射位置を噴射口５３１の中心位置Ｐ３２に対して右側の正のＸ軸方向側に偏心させると、図３に示すように、レーザービームの照射位置Ｐ３１には矢印Ａ３１で示す右向きの気流が発生する。この結果、往路加工時および復路加工時におけるレーザービームの照射位置Ｐ３１の空気の流れは、矢印Ａ３１で示す右向きの流れが支配的となり、他の要因で発生する空気の流れを排除することができる。これによれば、往路加工時における加工屑のワークＷへの付着と復路加工時における加工屑のワークＷへの付着とを一定にすることが可能となり、ワークＷに対する往路加工と復路加工とを同じ加工品質で行うことができる。そして、これによれば、最終的にワークＷを分割して得られるチップの切断面の状態を往路加工が施された切断面と復路加工が施された切断面とで同じにし、チップ毎の品質を同じにすることができる。
【００３７】
なお、このように調整手段５５によってレーザービームの照射位置Ｐ３１と噴射口５３１の中心位置Ｐ３２とをずらした場合であっても、レーザービームの照射位置に空気を吹き付けることができるので、バキュームノズル５２および保護ブローノズル５３によって集光レンズ５４１に対する加工屑の飛散・付着を防止し、集光レンズ５４１を保護できる。
【００３８】
また、本実施の形態では、加工位置の蛇行が生じないようにするため、レーザービームの照射位置を噴射口５３１の中心位置に対してＸ軸方向に偏心させることとしたが、このレーザービームの照射位置を偏心させる方向はＸ軸方向に限定されるものではない。例えば、図３中の拡大部分において破線で示す位置をレーザービームの照射位置Ｐ３３としてＹ軸方向に偏心させた場合には、往路加工時および復路加工時においてレーザービームの照射位置Ｐ３３に矢印Ａ３２で示す上向きの気流を発生させることができる。
【００３９】
ここで、本発明の発明者等は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とをＸ軸方向に１２５μｍずらして往復加工と復路加工とを行い、加工屑の付着の度合いを比較する実験を行った。また、比較のため、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とを同位置として往路加工と復路加工とを行った。図４−１は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とをずらした場合の往路加工での加工位置を撮像した画像であり、図４−２は、この場合の復路加工での加工位置を撮像した画像である。また、図５−１は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とを同位置とした場合の往路加工での加工位置を撮像した画像であり、図５−２は、この場合の復路加工での加工位置を撮像した画像である。
【００４０】
図４−１および図４−２に示すように、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とを１２５μｍずらした場合では、往路加工と復路加工とで加工屑のワークへの付着の程度が同程度であった。これに対し、図５−１および図５−２に示すように、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とを同位置とした場合、往路加工の方が復路加工よりも加工屑のワークへの付着が多く見られ、加工屑のワークへの付着の程度が異なった。
【００４１】
また、本発明の発明者等は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とをＸ軸方向に１２５μｍずらした状態で、デフォーカス量を−０．３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲で変更して往路加工と復路加工とを行い、加工品質の評価を行った。図６は、この場合の評価結果を示す図である。また、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とをＹ軸方向に５００μｍずらした状態で、同様にデフォーカス量を−０．３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲で変更して往路加工と復路加工とを行い、加工品質の評価を行った。図７は、この場合の評価結果を示す図である。
【００４２】
ここで、評価方法は特に限定されるものではなく、当業者が一般的に行う方法を用いればよいが、本例では、評価基準として例えば最大加工幅振幅Ａmaxを算出し、最大加工幅振幅Ａmaxが１μｍ以下の場合に、加工品質を良好（Ｇｏｏｄ）と判定することとする。図８は、最大加工幅振幅Ａmaxの算出方法を説明する説明図であり、加工ラインＬを模式的に示している。ここでは、例えば加工ラインＬの一方のエッジ（図８では下側のエッジＥ）に着目し、高さ（加工ラインＬの幅方向をｙ座標方向とした場合のｙ座標位置）の最大値と最小値との差を最大加工幅振幅Ａmaxと定義する。
【００４３】
図６に示すように、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とをＸ軸方向にずらした場合では、デフォーカス量を変化させた全ての場合で良好（Ｇｏｏｄ）の判定結果を得た。これに対し、図７に示すように、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とをＹ軸方向にずらした場合では、デフォーカス量が０．３０ｍｍの場合と、−０．１５ｍｍの場合に最大加工幅振幅Ａmaxが１μｍ以下の条件を満足せずに判定結果が不良（Ｎｏ Ｇｏｏｄ）となった。このように、レーザービームの照射位置をＸ軸方向にずらした場合の方が、Ｙ軸方向にずらした場合と比べて高い評価が得られた。
【００４４】
なお、本例では、最大加工幅振幅Ａmaxを評価基準として算出し、算出した値をもとに加工品質を評価することとしたが、最大加工幅振幅Ａmaxとは別の値を評価基準として用いることとしてもよい。例えば、図８に示す加工ラインＬの幅Ｗを全てのｘ位置あるいはｘ位置をいくつかサンプリングして算出し、その平均値を加工幅平均Ｗavgとして算出することとしてもよい。そして、最大加工幅振幅Ａmaxを算出した加工幅平均Ｗavgで除して蛇行率を算出し（次式（１））、得られた蛇行率の値が予め設定される閾値以下（例えば７％以下）の場合に加工品質を良好と判定するようにしてもよい。
蛇行率＝（Ａmax／Ｗavg）×１００ ・・・（１）
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明のレーザー加工装置は、ワークに対する往路加工と復路加工とを同じ加工品質で行うのに適している。
【符号の説明】
【００４６】
１ レーザー加工装置
２ 保持機構
４ ＸＹ駆動機構
５ レーザー照射機構
５１ レーザー照射ユニット
５２ バキュームノズル
５２１ 吸込口
５３ 保護ブローノズル
５３１ 噴射口
５４ 集光器
５４１ 集光レンズ
５５ 調整手段
５６ 撮像ユニット
５７ ハイトセンサ
６ 制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ等のワークをレーザー加工するレーザー加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状であるワークの表面に格子状に配列されたストリート（切断ライン）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やＬＳＩ等の回路が形成される。そして、ストリートに沿ってワークを切断して回路が形成された領域を分割することにより、個々の半導体チップが製造される。ストリートに沿ったワークの切断は、例えば、ダイサーと呼ばれる切削装置によってを用いて行われている。また、近年では、ストリートに沿ってレーザービームを照射することでストリートに溝を形成し、その後外力を付与してワークを回路毎に分割する手法も試みられている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
ところで、ワークを切断するために行うレーザー加工では、ワークとレーザービームの照射位置とを相対的に往復移動させることで、ストリートに沿って往路加工と復路加工とを行う場合がある。このような場合には、一般に、レーザー加工の安定性を目的として往路加工と復路加工とで同じ加工品質が求められる。そして、加工品質を同じにするためには、往路加工で発生した加工屑のワークへの付着と復路加工で発生した加工屑のワークへの付着とを一定にすることが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０５４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した加工屑のワークへの付着に影響を与える要因の１つとして、レーザービームを照射するレーザー照射機構とワークとの間の空気の流れが考えられる。しかしながら、加工屑は数μｍオーダーであり、また、レーザー照射機構とワークとの間の空気の流れには様々な要因が影響を与えるため、この空気の流れを制御して往路加工時における加工屑のワークへの付着と復路加工時における加工屑のワークへの付着とを一定にするのは困難であった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みて為されたものであり、ワークに対する往路加工と復路加工とを同じ加工品質で行うことができるレーザー加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるレーザー加工装置は、ワークを保持する保持機構と、該保持機構に保持された前記ワークにレーザービームを照射するレーザー照射機構とを備えたレーザー加工装置であって、前記レーザー照射機構は、前記レーザービームを発振する発振器と、前記レーザービームを前記保持機構に保持された前記ワークに向かって集光する集光レンズと、開口部を有し、前記レーザービームを前記ワークに照射したことで発生した加工屑が前記集光レンズに付着するのを低減するために前記開口部から前記ワークに向けて気体を噴射する保護ブローノズルと、を有し、前記保護ブローノズルは、前記集光レンズによって集光された前記レーザービームが前記開口部を通過して前記ワークに照射されるように配設され、前記保持機構と前記レーザー照射機構とを加工送り方向に沿って相対的に往復移動させながら前記ワークにレーザービームを照射することで行う往路加工時と復路加工時とで前記加工屑の前記ワークへの付着が同程度となるように、前記ワークに対する前記レーザービームの照射位置と前記開口部の中心位置とが調整されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、保持機構とレーザー照射機構とを加工送り方向に沿って相対的に往復移動させながらワークにレーザービームを照射することで行う往路加工時と復路加工時とでワークへの加工屑の付着が同程度となるように、ワークに対するレーザービームの照射位置と保護ブローノズルの開口部の中心位置とを調整することができる。例えば、レーザービームの照射位置と保護ブローノズルの開口部の中心位置とを同位置として往路加工と復路加工とを行った結果、往路加工で発生した加工屑のワークへの付着と復路加工で発生した加工屑のワークへの付着とで差がある場合は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズルの開口部の中心位置とをずらすことができる。したがって、保護ブローノズルの開口部から噴射される空気の流れにより、往路加工時と復路加工時とにおいてレーザービームの照射位置に対して一定の空気の流れを発生させることができる。この結果、往路加工時および復路加工時におけるレーザービームの照射位置の空気の流れは、前述のように発生させた一定の流れが支配的となるため、他の要因で発生する空気の流れを排除することができる。これによれば、往路加工時における加工屑のワークへの付着と復路加工時における加工屑のワークへの付着とを一定にすることが可能となり、ワークに対する往路加工と復路加工とを同じ加工品質で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施の形態のレーザー加工装置の主要部の構成を説明する概略斜視図である。
【図２】図２は、レーザー照射機構の正面図である。
【図３】図３は、レーザー照射機構の平面図である。
【図４−１】図４−１は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズルの噴射口の中心位置とをずらした場合の往路加工での加工位置を撮像した画像である。
【図４−２】図４−２は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズルの噴射口の中心位置とをずらした場合の復路加工での加工位置を撮像した画像である。
【図５−１】図５−１は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズルの噴射口の中心位置とを同位置とした場合の往路加工での加工位置を撮像した画像である。
【図５−２】図５−２は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズルの噴射口の中心位置とを同位置とした場合の復路加工での加工位置を撮像した画像である。
【図６】図６は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズルの噴射口の中心位置とをＸ軸方向にずらした場合の加工品質の評価結果を示す図である。
【図７】図７は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズルの噴射口の中心位置とをＹ軸方向にずらした場合の加工品質の評価結果を示す図である。
【図８】図８は、最大加工幅振幅の算出方法を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態であるレーザー加工装置について図面を参照して説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
【００１１】
本実施の形態のレーザー加工装置が加工対象とするワークは、略円板形状を有し、その表面側が互いに直交するストリートによって格子状に区画されており、区画された領域内にデバイスが形成されたものである。レーザー加工装置は、このワーク表面の格子状のストリートのそれぞれに沿ってレーザービームを照射し、ワークにレーザー加工を施す。
【００１２】
なお、ワークの具体例は、特に限定されるものではなく、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の半導体ウェーハ、チップ実装用としてウェーハの裏面に設けられるＤＡＦ（Ｄｉｅ Ａｔｔａｃｈ Ｆｉｌｍ）等の粘着部材、あるいは半導体製品のパッケージ、セラミック、ガラス、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）系の無機材料基板、ＬＣＤドライバー等の各種電子部品、さらにはμｍオーダーの加工位置精度が要求される各種加工材料が挙げられる。
【００１３】
図１は、本実施の形態のレーザー加工装置１の主要部の構成を説明する概略斜視図である。図１に示すように、レーザー加工装置１は、ワークを保持するための保持機構２と、この保持機構２を加工送り方向であるＸ軸方向および割り出し送り方向であるＹ軸方向に移動させるためのＸＹ駆動機構４と、保持機構２によって保持されたワークにレーザービームを照射するためのレーザー照射機構５と、レーザー加工装置１を構成する各部の動作を制御してレーザー加工装置１を統括的に制御する制御手段６とを備える。
【００１４】
保持機構２は、ワークに応じた大きさのチャックテーブルを主体とするものであり、不図示の吸引手段によって上面である保持面２１上に載置されたワークを吸引保持する。この保持機構２に対し、ワークは、不図示の搬送手段によって、例えば表面側を上にして搬入され、保持面２１上で吸引保持される。このようにワークを保持面２１上で保持する保持機構２は、円筒部材３の上端に設けられ、円筒部材３内に配設された不図示のパルスモータによって鉛直軸を軸中心として回転自在な構成となっている。
【００１５】
ＸＹ駆動機構４は、２段の滑動ブロック４１，４２を備え、保持機構２は、円筒部材３を介してこれら２段の滑動ブロック４１，４２の上に搭載されている。また、ＸＹ駆動機構４は、ボールネジ４３１やパルスモータ４３２等で構成された加工送り機構４３を備え、滑動ブロック４１は、この加工送り機構４３によってＸ軸方向への移動が自在である。そして、加工送り機構４３が駆動して滑動ブロック４１が移動し、後述するレーザー照射機構５に対して保持機構２がＸ軸方向に移動することで、滑動ブロック４１に搭載された保持機構２とレーザー照射機構５とをＸ軸方向に沿って相対的に移動させる。なお、以下の説明において、加工送り方向であるＸ軸方向について、図１中で矢印が指し示す方向を正の方向、その逆方向を負の方向と呼ぶ。
【００１６】
さらに、ＸＹ駆動機構４は、ボールネジ４４１やパルスモータ４４２等で構成された割り出し送り機構４４を備え、滑動ブロック４２は、この割り出し送り機構４４によってＹ軸方向への移動が自在である。そして、割り出し送り機構４４が駆動して滑動ブロック４２が移動し、レーザー照射機構５に対して保持機構２がＹ軸方向に移動することで、滑動ブロック４２に搭載された保持機構２とレーザー照射機構５とをＹ軸方向に沿って相対的に移動させる。
【００１７】
なお、ここでは、保持機構２をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させることで保持機構２とレーザー照射機構５とを相対的に移動させる構成とした。これに対し、保持機構２を移動させずにレーザー照射機構５をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させる構成としてもよい。また、保持機構２およびレーザー照射機構５の双方をＸ軸方向に沿って逆方向に移動させ、保持機構２およびレーザー照射機構５の双方をＹ軸方向に沿って逆方向に移動させてこれらを相対移動させる構成としてもよい。
【００１８】
また、加工送り機構４３に対しては、保持機構２の加工送り量を検出するための加工送り量検出手段４５が付設されている。加工送り量検出手段４５は、Ｘ軸方向に沿って配設されたリニアスケールや、滑動ブロック４１に配設されて滑動ブロック４１とともに移動することでリニアスケールを読み取る読み取りヘッド等で構成される。同様に、割り出し送り機構４４に対しては、保持機構２の割り出し送り量を検出するための割り出し送り量検出手段４６が付設されている。この割り出し送り量検出手段４６は、Ｙ軸方向に沿って配設されたリニアスケールや、滑動ブロック４２に配設されて滑動ブロック４２とともに移動することでリニアスケールを読み取る読み取りヘッド等で構成される。
【００１９】
レーザー照射機構５は、レーザー照射ユニット５１と、撮像ユニット５６と、ハイトセンサ５７と、下面にこれらレーザー照射ユニット５１、撮像ユニット５６およびハイトセンサ５７を取り付けて保持機構２の上方で支持する支持部材５８とを備える。
【００２０】
レーザー照射ユニット５１は、保持面２１上のワークにレーザービームを照射し、ワークの加工すべき位置（ストリート）に沿ってレーザー加工を施すためのものである。このレーザー照射ユニット５１は、後述するように保持面２１上のワークと対向するように配設された集光レンズ５４１（図２を参照）の他、発振器によって発振されたレーザービームを保持面２１上のワークに向けて反射させるためのミラーといった光学系（不図示）が内部に配設された集光器５４（図２を参照）を内蔵している。一方、支持部材５８の内部には、発振器や伝送光学系等（不図示）が配設されており、レーザー照射ユニット５１は、これら発振器や伝送光学系と協働し、集光レンズ５４１の鉛直下方に位置付けられるワークにレーザービームを照射する。発振器は、所定波長（例えば３５５ｎｍ）のレーザービームを発振するためのものであり、例えばＹＡＧレーザー発振器やＹＶＯ４レーザー発振器等からなるレーザービーム発振器等で構成される。
【００２１】
撮像ユニット５６は、保持面２１上のワークのストリート上の位置を集光レンズ５４１の鉛直下方に位置付けるアライメントを行うためのものであり、例えば、保持面２１上のワークと対向するように配設された対物レンズ等を含む顕微鏡構造体と、この顕微鏡構造体によるワークの拡大観察像を撮像するカメラとからなる。ここで、アライメントは、保持面２１上のワークをレーザー加工するのに先立ち実施される。具体的には、先ず、保持機構２をＸＹ平面内で移動させて保持面２１上のワークを撮像ユニット５６の鉛直下方に位置付け、撮像ユニット５６によって保持面２１上のワークを撮像する。得られた画像データは制御手段６に出力される。続いてこの画像データにパターンマッチング等の画像処理を施すことでストリート上の位置（より詳細にはストリートの幅方向の中心位置）を検出し、この画像処理の結果をもとに検出したストリート上の位置を集光レンズ５４１の鉛直下方に位置付ける。
【００２２】
ハイトセンサ５７は、保持面２１上のワークのストリート上の位置の高さ（Ｚ位置）を検出する。
【００２３】
なお、支持部材５８は、レーザー照射ユニット５１をＺ軸方向に移動自在に支持しており、集光レンズ５４１を保持面２１に対して垂直に移動させることができるようになっている。このように、レーザー照射機構５は、集光レンズ５４１によって集光されるレーザービームの集光点位置（Ｚ位置）の調整が可能な構成とされている。
【００２４】
制御手段６は、レーザー加工装置１の動作に必要な各種データを保持するメモリを内蔵したマイクロコンピュータ等で構成される。
【００２５】
以上のように構成されるレーザー加工装置１が行うレーザー加工について簡単に説明すると、先ず、保持機構２にワークを搬入し、保持面２１上でワークを吸引保持する。その後、円筒部材３内に配設された不図示のパルスモータを駆動し、保持面２１上のワークの向きを、その表面の互いに直交するうちの一方のストリートがＸ軸方向に沿う向きに調整する。続いて、ＸＹ駆動機構４を駆動し、保持機構２をＸＹ平面内で移動させて保持面２１上のワークを撮像ユニット５６の鉛直下方に位置付ける。そして、撮像ユニット５６によって保持面２１上のワークを撮像することでアライメントを実施し、直交するうちの一方のストリートの１つである加工対象のストリートの一端部を集光レンズ５４１の鉛直下方に位置付ける。
【００２６】
そして、このようにして加工対象のストリートの一端部を集光レンズ５４１の鉛直下方に位置付けた後、保持機構２を加工送り方向であるＸ軸方向に往復移動させながらレーザー照射ユニット５１によってレーザービームを照射し、一方のストリートのそれぞれに沿ってレーザー加工を施す。例えば、最初に加工対象とするストリートに沿ったレーザー加工では、保持機構２を正のＸ軸方向に加工送りしながら往路加工を行い、加工対象のストリートの一端部から他端部までレーザービームを照射する。このように他端部までレーザービームを照射したならば、保持機構２をＹ軸方向に移動させて隣接するストリートの他端部を集光レンズ５４１の鉛直下方に位置付け、加工対象を移す。そして、保持機構２を負のＸ軸方向に加工送りしながら復路加工を行い、加工対象のストリートの他端部から一端部までレーザービームを照射する。
【００２７】
その後は、保持機構２をＹ軸方向に移動させて順次隣接するストリートを集光レンズ５４１の鉛直下方に位置付け、加工対象を移しながら往路加工と復路加工とを順番に行う。そして、直交する一方のストリートの全てに対して往路加工または復路加工を行ったならば、保持機構２を９０度回転させることで直交する他方のストリートがＸ軸方向に沿うようにワークの姿勢を変更する。そして、一方のストリートに対する動作と同様にアライメントを行った後、順次他方のストリートを集光レンズ５４１の鉛直下方に位置付けて加工対象を移しながら往路加工と復路加工とを順番に行い、この他方のストリートのそれぞれに沿って往路加工または復路加工を行う。なお、ここでは、各ストリートに沿って往路加工または復路加工を行うことでレーザー加工を施すこととしたが、実際のレーザー加工では、各ストリートに沿って往路加工と復路加工とを行い、レーザービームを２回ずつ以上照射してレーザー加工を行う場合もある。
【００２８】
次に、レーザー照射ユニット５１の詳細な構成について説明する。図２は、レーザー照射ユニット５１を含むレーザー照射機構５の正面図であり、レーザー照射ユニット５１の外壁を一部切り欠いて内部の構成を示すとともに、レーザー照射機構５の下方で加工送り方向であるＸ軸方向に沿って往復移動する保持機構２およびその保持面２１上に保持されたワークＷの側面を示している。また、図３は、レーザー照射機構５の平面図であり、レーザー照射機構５下方の保持機構２およびその保持面２１上に保持されたワークＷを併せて示している。また、図３中では、レーザー照射ユニット５１を構成する保護ブローノズル５３の開口部である噴射口５３１の周辺を拡大し、集光レンズ５４１によって集光されて保持面２１上のワークＷに照射されるレーザービームの照射位置Ｐ３１と、保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置Ｐ３２との位置関係の一例を模式的に示すとともに、噴射口５３１から噴射される空気の流れを矢印によって示している。
【００２９】
図２に示すように、レーザー照射ユニット５１は、下面に吸引口５２１が形成された外形形状が略円筒形状を有するバキュームノズル５２、このバキュームノズル５２の内側において吸引口５２１よりも小径の噴射口５３１が吸引口５２１の略中心に位置するように配設された保護ブローノズル５３、保護ブローノズル５３の内側に配設された集光器５４、レーザービームの照射位置と噴射口５３１の中心位置との位置関係を調整する調整手段５５等を含み、バキュームノズル５２の外壁がレーザー照射ユニット５１の外壁を形成している。
【００３０】
集光器５４が備える集光レンズ５４１は、噴射口５３１の上方となる位置でワークＷと対向するように集光器５４の下端部に配設されており、図２中に一点鎖線で示すように上方から入射するレーザービームを集光する。この集光レンズ５４１によって集光されたレーザービームは、噴射口５３１を通過してワークＷに照射される。
【００３１】
ここで、ワークＷにレーザービームを照射することで行うワークＷのレーザー加工時には、加工屑が発生する。保護ブローノズル５３は、この加工屑が飛散して集光レンズ５４１に付着するのを防止するためのものである。一方、バキュームノズル５２は、発生した加工屑を回収して加工屑のワークＷへの付着を低減するためのものであり、図３中の拡大部分に示すように、吸引口５２１は、噴射口５３１の外周位置に隣接配置された構成となっている。そして、保護ブローノズル５３は、図２中に矢印Ａ１で示すように、不図示の空気源からの空気を噴射口５３１から下方のワークＷに向けて噴射する。一方、バキュームノズル５２は、図２中に矢印Ａ２１，Ａ２２で示すように、吸引口５２１下方の空気を吸引して外部へと排出する。この構成により、噴射口５３１から噴射された空気は、レーザービームの照射位置で発生した加工屑を巻き込み、吸引口５２１から吸引されて外部へと排出される。
【００３２】
調整手段５５は、噴射口５３１の中心位置に対してレーザービームの照射位置の中心を偏心させるためのものであり、集光レンズ５４１によって集光されるレーザービームの光路が遮られずに噴射口５３１を通過可能な範囲内で集光器５４を移動駆動する。
【００３３】
上記したように、バキュームノズル５２は、レーザー照射時に発生した加工屑のワークＷへの付着を低減するためのものであるが、発生した加工屑のワークＷへの付着の度合いが往路加工と復路加工とで異なると、往路加工と復路加工とでワークＷの加工品質を同等にできないという別の問題がある。往路加工の加工品質と復路加工の加工品質とが同等でないと、最終的にストリートに沿ってワークＷを分割して得たチップの切断面の状態が往路加工が施された切断面と復路加工が施された切断面とで違ってしまい、チップ毎の品質にばらつきが生じてしまう。この加工屑のワークＷへの付着に影響を与える要因としては、レーザー照射機構５とワークＷとの間の空気の流れ（すなわち、レーザービームの照射位置における空気の流れ）が考えられる。
【００３４】
ところで、保護ブローノズル５３の噴射口５３１から噴射された空気は、ワークＷに吹き付けられ、その後図３中の拡大部分において矢印で示すように放射状に広がる。このとき、ワークＷに照射されるレーザービームの照射位置と、保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とが重なっていると、レーザービームの照射位置付近では噴射口５３１から噴射された空気の流れが起こりにくくなるため、加工屑のワークＷへの付着が外的要因による空気の流れの影響を受け易くなる。これに対し、レーザービームの照射位置と噴射口５３１の中心位置とをずらせば、往路加工時と復路加工時とでレーザービームの照射位置に一定の方向の空気の流れを発生させることができる。そこで、本実施の形態では、例えば、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とを同位置として往路加工と復路加工とを行った結果、往路加工で発生した加工屑のワークＷへの付着と復路加工で発生した加工屑のワークＷへの付着とで差がある場合に、調整手段５５によってレーザービームの照射位置と噴射口５３１の中心位置とをずらす。
【００３５】
具体的には、調整手段５５は、例えば、加工送り方向であるＸ軸方向へと集光器５４を移動駆動し、噴射口５３１の中心位置に対してレーザービームの照射位置をＸ軸方向に偏心させる。レーザービームの照射位置をＸ軸方向にずらすことで加工位置が蛇行する懸念を低減できる。例えば、図２では、レーザービームの照射位置を噴射口５３１の中心位置に対して正のＸ軸方向側である右側に偏心させた状態を示している。本実施の形態では、正のＸ軸方向側は、往路加工時の保持機構２の進行方向側に対応する。なお、図示しないが、レーザービームの照射位置を噴射口５３１の中心位置に対して負のＸ軸方向側である左側（復路加工時の保持機構２の進行方向側）に偏心させることも可能である。
【００３６】
そして、このようにレーザービームの照射位置を噴射口５３１の中心位置Ｐ３２に対して右側の正のＸ軸方向側に偏心させると、図３に示すように、レーザービームの照射位置Ｐ３１には矢印Ａ３１で示す右向きの気流が発生する。この結果、往路加工時および復路加工時におけるレーザービームの照射位置Ｐ３１の空気の流れは、矢印Ａ３１で示す右向きの流れが支配的となり、他の要因で発生する空気の流れを排除することができる。これによれば、往路加工時における加工屑のワークＷへの付着と復路加工時における加工屑のワークＷへの付着とを一定にすることが可能となり、ワークＷに対する往路加工と復路加工とを同じ加工品質で行うことができる。そして、これによれば、最終的にワークＷを分割して得られるチップの切断面の状態を往路加工が施された切断面と復路加工が施された切断面とで同じにし、チップ毎の品質を同じにすることができる。
【００３７】
なお、このように調整手段５５によってレーザービームの照射位置Ｐ３１と噴射口５３１の中心位置Ｐ３２とをずらした場合であっても、レーザービームの照射位置に空気を吹き付けることができるので、バキュームノズル５２および保護ブローノズル５３によって集光レンズ５４１に対する加工屑の飛散・付着を防止し、集光レンズ５４１を保護できる。
【００３８】
また、本実施の形態では、加工位置の蛇行が生じないようにするため、レーザービームの照射位置を噴射口５３１の中心位置に対してＸ軸方向に偏心させることとしたが、このレーザービームの照射位置を偏心させる方向はＸ軸方向に限定されるものではない。例えば、図３中の拡大部分において破線で示す位置をレーザービームの照射位置Ｐ３３としてＹ軸方向に偏心させた場合には、往路加工時および復路加工時においてレーザービームの照射位置Ｐ３３に矢印Ａ３２で示す上向きの気流を発生させることができる。
【００３９】
ここで、本発明の発明者等は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とをＸ軸方向に１２５μｍずらして往復加工と復路加工とを行い、加工屑の付着の度合いを比較する実験を行った。また、比較のため、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とを同位置として往路加工と復路加工とを行った。図４−１は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とをずらした場合の往路加工での加工位置を撮像した画像であり、図４−２は、この場合の復路加工での加工位置を撮像した画像である。また、図５−１は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とを同位置とした場合の往路加工での加工位置を撮像した画像であり、図５−２は、この場合の復路加工での加工位置を撮像した画像である。
【００４０】
図４−１および図４−２に示すように、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とを１２５μｍずらした場合では、往路加工と復路加工とで加工屑のワークへの付着の程度が同程度であった。これに対し、図５−１および図５−２に示すように、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とを同位置とした場合、往路加工の方が復路加工よりも加工屑のワークへの付着が多く見られ、加工屑のワークへの付着の程度が異なった。
【００４１】
また、本発明の発明者等は、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とをＸ軸方向に１２５μｍずらした状態で、デフォーカス量を−０．３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲で変更して往路加工と復路加工とを行い、加工品質の評価を行った。図６は、この場合の評価結果を示す図である。また、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とをＹ軸方向に５００μｍずらした状態で、同様にデフォーカス量を−０．３ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲で変更して往路加工と復路加工とを行い、加工品質の評価を行った。図７は、この場合の評価結果を示す図である。
【００４２】
ここで、評価方法は特に限定されるものではなく、当業者が一般的に行う方法を用いればよいが、本例では、評価基準として例えば最大加工幅振幅Ａmaxを算出し、最大加工幅振幅Ａmaxが１μｍ以下の場合に、加工品質を良好（Ｇｏｏｄ）と判定することとする。図８は、最大加工幅振幅Ａmaxの算出方法を説明する説明図であり、加工ラインＬを模式的に示している。ここでは、例えば加工ラインＬの一方のエッジ（図８では下側のエッジＥ）に着目し、高さ（加工ラインＬの幅方向をｙ座標方向とした場合のｙ座標位置）の最大値と最小値との差を最大加工幅振幅Ａmaxと定義する。
【００４３】
図６に示すように、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とをＸ軸方向にずらした場合では、デフォーカス量を変化させた全ての場合で良好（Ｇｏｏｄ）の判定結果を得た。これに対し、図７に示すように、レーザービームの照射位置と保護ブローノズル５３の噴射口５３１の中心位置とをＹ軸方向にずらした場合では、デフォーカス量が０．３０ｍｍの場合と、−０．１５ｍｍの場合に最大加工幅振幅Ａmaxが１μｍ以下の条件を満足せずに判定結果が不良（Ｎｏ Ｇｏｏｄ）となった。このように、レーザービームの照射位置をＸ軸方向にずらした場合の方が、Ｙ軸方向にずらした場合と比べて高い評価が得られた。
【００４４】
なお、本例では、最大加工幅振幅Ａmaxを評価基準として算出し、算出した値をもとに加工品質を評価することとしたが、最大加工幅振幅Ａmaxとは別の値を評価基準として用いることとしてもよい。例えば、図８に示す加工ラインＬの幅Ｗを全てのｘ位置あるいはｘ位置をいくつかサンプリングして算出し、その平均値を加工幅平均Ｗavgとして算出することとしてもよい。そして、最大加工幅振幅Ａmaxを算出した加工幅平均Ｗavgで除して蛇行率を算出し（次式（１））、得られた蛇行率の値が予め設定される閾値以下（例えば７％以下）の場合に加工品質を良好と判定するようにしてもよい。
蛇行率＝（Ａmax／Ｗavg）×１００ ・・・（１）
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明のレーザー加工装置は、ワークに対する往路加工と復路加工とを同じ加工品質で行うのに適している。
【符号の説明】
【００４６】
１ レーザー加工装置
２ 保持機構
４ ＸＹ駆動機構
５ レーザー照射機構
５１ レーザー照射ユニット
５２ バキュームノズル
５２１ 吸込口
５３ 保護ブローノズル
５３１ 噴射口
５４ 集光器
５４１ 集光レンズ
５５ 調整手段
５６ 撮像ユニット
５７ ハイトセンサ
６ 制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを保持する保持機構と、該保持機構に保持された前記ワークにレーザービームを照射するレーザー照射機構とを備えたレーザー加工装置であって、
前記レーザー照射機構は、
前記レーザービームを発振する発振器と、
前記レーザービームを前記保持機構に保持された前記ワークに向かって集光する集光レンズと、
開口部を有し、前記レーザービームを前記ワークに照射したことで発生した加工屑が前記集光レンズに付着するのを低減するために前記開口部から前記ワークに向けて気体を噴射する保護ブローノズルと、
を有し、
前記保護ブローノズルは、前記集光レンズによって集光された前記レーザービームが前記開口部を通過して前記ワークに照射されるように配設され、
前記保持機構と前記レーザー照射機構とを加工送り方向に沿って相対的に往復移動させながら前記ワークにレーザービームを照射することで行う往路加工時と復路加工時とで前記加工屑の前記ワークへの付着が同程度となるように、前記ワークに対する前記レーザービームの照射位置と前記開口部の中心位置とが調整されることを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項１】
ワークを保持する保持機構と、該保持機構に保持された前記ワークにレーザービームを照射するレーザー照射機構とを備えたレーザー加工装置であって、
前記レーザー照射機構は、
前記レーザービームを発振する発振器と、
前記レーザービームを前記保持機構に保持された前記ワークに向かって集光する集光レンズと、
開口部を有し、前記レーザービームを前記ワークに照射したことで発生した加工屑が前記集光レンズに付着するのを低減するために前記開口部から前記ワークに向けて気体を噴射する保護ブローノズルと、
を有し、
前記保護ブローノズルは、前記集光レンズによって集光された前記レーザービームが前記開口部を通過して前記ワークに照射されるように配設され、
前記保持機構と前記レーザー照射機構とを加工送り方向に沿って相対的に往復移動させながら前記ワークにレーザービームを照射することで行う往路加工時と復路加工時とで前記加工屑の前記ワークへの付着が同程度となるように、前記ワークに対する前記レーザービームの照射位置と前記開口部の中心位置とが調整されることを特徴とするレーザー加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図４−１】
【図４−２】
【図５−１】
【図５−２】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図４−１】
【図４−２】
【図５−１】
【図５−２】
【公開番号】特開２０１１−１８９４００（Ｐ２０１１−１８９４００Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６０００１（Ｐ２０１０−６０００１）
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
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