レーザ加工装置
【課題】 高圧で噴射された液柱によって、粘着シートに溝が形成されたり粘着シートが分断されてしまう恐れのないレーザ加工装置を提供することである。
【解決手段】 被加工物を保持する保持手段と、該保持手段で保持された被加工物にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段とを備えたレーザ加工装置であって、該レーザビーム照射手段は、レーザビーム発生手段と、加工ヘッドとを含み、該加工ヘッドは、該レーザビーム発生手段から発生されたレーザ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ビームが導光される液柱を形成する液体噴射手段とを有し、該レーザ加工装置は、該加工ヘッドと被加工物との間で該液柱の流れを阻害して該液柱が被加工物に衝突する衝撃を緩衝する緩衝部材と、該液柱の流れを阻害する作用位置と退避位置とに該緩衝部材を所定のタイミングで位置付ける位置付け手段と、を具備したことを特徴とする。
【解決手段】 被加工物を保持する保持手段と、該保持手段で保持された被加工物にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段とを備えたレーザ加工装置であって、該レーザビーム照射手段は、レーザビーム発生手段と、加工ヘッドとを含み、該加工ヘッドは、該レーザビーム発生手段から発生されたレーザ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ビームが導光される液柱を形成する液体噴射手段とを有し、該レーザ加工装置は、該加工ヘッドと被加工物との間で該液柱の流れを阻害して該液柱が被加工物に衝突する衝撃を緩衝する緩衝部材と、該液柱の流れを阻害する作用位置と退避位置とに該緩衝部材を所定のタイミングで位置付ける位置付け手段と、を具備したことを特徴とする。
【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(導光)するレーザビームを被加工物に照射してレーザ加工を施すレーザ加工装置に関する。
【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ビームを照射することにより被加工物にレーザ加工溝を形成し、このレーザ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提案されている(例えば、特開平10−305421号公報参照)。
【0004】
レーザ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ビームを照射することによりウエーハにレーザ加工溝を形成すると、ウエーハへのレーザ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)させたレーザビームを被加工物に照射して、所望の加工を施すレーザ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】
これらのレーザ加工装置では、集光されたレーザ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加工をすることができる。更に、レーザ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】特開平10−305421号公報
【特許文献2】特公平2−1621号公報
【特許文献3】特開2001―321977号公報
【特許文献4】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】
レーザビームを導光して被加工物に照射するためには、液柱は安定した状態に形成されている必要があるため、液柱を形成する液体は例えば数十MPa程度の高圧で噴出される。液柱を形成する液体が噴出された後、液柱が安定した状態になるまでにはしばらく時間がかかるため、被加工物の加工中は常時液体を噴出して安定した液柱を形成しておくことが望ましい。
【0010】
ところが、レーザ加工時に被加工物の一端から他端までレーザビームを照射するには、被加工物から僅か外側にレーザ加工ヘッドがはみ出すようにレーザ加工ヘッドとチャックテーブルとを相対移動させる必要があり、高圧で噴出された液柱によって、被加工物が貼着された粘着シートに溝が形成されたり、粘着シートが分断されて破れてしまう恐れがあるという問題があった。
【0011】
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、高圧で噴射された液柱によって、粘着シートに溝が形成されたり粘着シートが分断されてしまう恐れのないレーザ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】
【0012】
本発明によると、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段で保持された被加工物にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段とを備えたレーザ加工装置であって、該レーザビーム照射手段は、レーザビーム発生手段と、加工ヘッドとを含み、該加工ヘッドは、該レーザビーム発生手段から発生されたレーザ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ビームが導光される液柱を形成する液体噴射手段とを有し、該レーザ加工装置は、該加工ヘッドと被加工物との間で該液柱の流れを阻害して該液柱が被加工物に衝突する衝撃を緩衝する緩衝部材と、該液柱の流れを阻害する作用位置と退避位置とに該緩衝部材を所定のタイミングで位置付ける位置付け手段と、を具備したことを特徴とするレーザ加工装置が提供される。
【発明の効果】
【0013】
本発明のレーザ加工装置は、加工ヘッドと被加工物の間で液柱の流れを阻害して液柱が被加工物に衝突する衝撃を緩衝する緩衝部材と、緩衝部材を液柱を阻害する作用位置と退避位置に位置付ける位置付け手段を備えているので、所定のタイミングで緩衝部材により液柱の流れを阻害することができるため、液柱によって粘着シートに溝が形成されたり粘着シートが分断されてしまうことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明第1実施形態に係るレーザ加工装置の斜視図である。
【図2】レーザ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加工装置の要部を示す一部断面側面図である。
【図4】粘着シート(ダイシングテープ)を介して環状フレームに支持された半導体ウエーハの斜視図である。
【図5】加工開始時の本発明第1実施形態の一部断面側面図である。
【図6】加工中の第1実施形態の一部断面側面図である。
【図7】加工終了時の第1実施形態の一部断面側面図である。
【図8】図8(A)は第1実施形態の緩衝部材の作用を示す斜視図、図8(B)は第1変形例の緩衝部材の作用を示す側面図である。
【図9】図9(A)は第2変形例の緩衝部材の作用を示す斜視図、図9(B)は第3変形例の緩衝部材の作用を示す斜視図、図9(C)は第4変形例の緩衝部材の作用を示す斜視図である。
【図10】加工中の第2実施形態の一部断面側面図である。
【図11】加工終了時の第2実施形態の一部断面側面図である。
【図12】図12(A)は第2実施形態の緩衝部材の作用を示す斜視図、図12(B)は第3実施形態の緩衝部材の作用を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
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実施形態のレーザ加工装置の外観斜視図が示されている。レーザ加工装置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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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パ30が設けられている。
【0019】
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にレーザビーム照射ユニット34が取り付けられている。レーザ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。
【0020】
レーザビーム発生ユニット35は、図2に示すように、YAGレーザ又はYVO4レーザを発振するレーザ発振器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、レーザ発振器62はブリュースター窓を有しており、レーザ発振器62から出射するレーザビームは直線偏光のレーザビームである。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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、レーザビーム照射ユニット34等に制御信号が出力される。
【0027】
ケーシング33の先端には、加工ヘッド36からの液柱の流れを阻害する緩衝部材72が取り付けられた位置付け手段としてのエアシリンダ70が取り付けられている。エアシリンダ70は、加工ヘッド36からの液柱の流れを阻害する作用位置と退避位置との間に緩衝部材72を所定のタイミングで位置付ける。
【0028】
レーザ加工装置2のレーザビーム照射ユニット34は、レーザビーム発生ユニット35と、加工ヘッド36とから構成される。図3に示されるように、レーザ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。
【0029】
ハウジング82内には、レーザビームを反射するミラー84と、レーザ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。
【0030】
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ビーム69の集光点が位置づけられる。
【0031】
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。
【0032】
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。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。
【0033】
図4を参照すると、粘着シート(ダイシングテープ)Tを介して環状フレームFに支持された半導体ウエーハWの斜視図が示されている。ウエーハWの表面においては、第1のストリートS1と第2のストリートS2とが直交して形成されており、第1のストリートS1と第2のストリートS2とによって区画された各領域にデバイスDが形成されている。
【0034】
ウエーハWは粘着シートであるダイシングテープTに貼着され、ダイシングテープTの外周部は環状フレームFに貼着されている。これにより、ウエーハWはダイシングテープTを介して環状フレームFに支持された状態となり、図1に示すチャックテーブル28でダイシングテープTを介してウエーハWを吸引保持し、クランプ30により環状フレームFをクランプすることにより、チャックテーブル28上に支持固定される。
【0035】
半導体ウエーハWをレーザ加工するに当たり、チャックテーブル28に保持されたウエーハWを撮像ユニット38の直下に位置づけ、撮像ユニット38でウエーハWの加工領域を撮像して、よく知られたパターンマッチング等の方法によりターゲットパターンを検出し、加工すべき第1のストリートS1を加工ヘッド36とX軸方向に整列させるアライメントを実施する。
【0036】
次いで、チャックテーブル28を90度回転してから、第1のストリートS1に直交する第2のストリートS2についても同様なアライメントを実施する。アライメントデータはコントローラ40のRAM46に格納する。
【0037】
このアライメント実施時に、ウエーハWの外周縁3点の座標を検出し、この3点の座標位置からウエーハWの中心を検出する。これにより、ウエーハWの外周と第1のストリートS1と第2のストリートS2との交点を求め、これらの交点の座標位置をコントローラ40のRAM46に格納する。
【0038】
第1のストリートS1と第2のストリートS2のレーザ加工時には、RAM46に格納されたウエーハWの外周縁の座標に基づいて、エアシリンダ70を作動して緩衝部材としてのピン72を液柱108の流れを阻害する作用位置と、液柱108の流れを阻害しない退避位置とに位置付ける。
【0039】
以下、このように構成された第1実施形態のレーザ加工装置2の作用について図5乃至図9を参照して説明する。まず、図5に示す加工開始時には、レーザビーム発生ユニット35からのレーザビーム69をOFF、液柱108をON、緩衝部材としてのピン72を作用位置に位置付けるように制御する。
【0040】
即ち、レーザビーム発生ユニット35のレーザ発振器62をOFF制御し、高圧液供給源90から純水等の高圧液体を、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内に導入し、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から高圧液体を噴射して液柱108を形成する。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内に圧入されたパイプ120内を通過して噴射される。
【0041】
このとき、エアシリンダ70を作動して緩衝部材としてのピン72を作用位置に位置づけ、ピン72で液柱108の流れを阻害して液柱108がダイシングテープTに衝突する衝撃を緩衝する。
【0042】
図8(A)に示すように、ピン72に衝突した液柱108はピン72表面を主に矢印A方向に流れてダイシングテープT上に流れ落ちる。その結果、ダイシングテープTに液柱108により溝が形成されたり、液柱108によりダイシングテープTが分断されたりすることがない。
【0043】
チャックテーブル28が矢印A方向に加工送りされて、ウエーハWの外周が液柱108の直下に位置付けられると、レーザビーム発生ユニット35のレーザ発振器62がONとなり、パワー調整手段68で所定パワーに調整されたレーザビーム69が加工ヘッド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。
【0044】
これと同時に、エアシリンダ70が作動されて緩衝部材としてのピン72が液柱108の流れを阻害しない退避位置に位置付けられる。よって、図6に示すように、集光レンズ86で集光されたレーザビーム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第1のストリートS1に沿ってレーザ加工溝を形成する。即ち、レーザ加工中には、レーザビーム69をON、液柱108をON、緩衝部材としてのピン72は液柱108の流れを阻害しない退避位置となるように制御する。
【0045】
チャックテーブル28がA方向に加工送りされて、ウエーハWの反対側の外周縁が液柱108を通過すると、図7に示すように、エアシリンダ70が作動されてピン72が液柱108の流れを阻害する作用位置に位置付けられる。
【0046】
これと同時に、レーザビーム発生ユニット35からのレーザビーム69もOFFとなる。即ち、レーザビーム発生ユニット35のレーザ発振器62の作動がOFFとなる。液柱108の噴出は続行されるが、この液柱108の流れはピン72により阻害されるため、液柱108によりダイシングテープTが悪影響を受けることはない。
【0047】
本実施形態では、レーザビーム69、液柱108、ピン72を上述したように制御して、ストリートピッチずつ割り出し送りしながら全ての第1のストリートS1に沿ってレーザ加工溝を形成する。
【0048】
次いで、チャックテーブル28を90度回転してから、レーザビーム69、液柱108、ピン72を同様に制御しながら、全ての第2のストリートS2に沿ってレーザ加工溝を形成する。
【0049】
上述した実施形態では、図8(A)に示すように、加工開始時及び加工終了時にピン72を作用位置に位置付けて液柱108の流れをピン72で阻害するようにしているが、第1実施形態の第1変形例として、図8(B)に示すように、ピン72の先端部に傾斜面73を形成し、この傾斜面73に液柱108が衝突することで、液柱108を形成する液体が真上に飛散することを防止し、加工ヘッド36に付着することを防止するようにしてもよい。
【0050】
図9(A)は第2変形例のピン72の構成を示しており、ピン72に穴74及び穴74に連通する流出路76が形成されている。ピン72を作用位置に位置付けた状態で液柱108はピン72の穴74中に入り、流出路76を介してピン72の側面から流れ落ちる。このように構成することにより、液柱108の衝突する衝撃をより緩衝することができるとともに液柱を形成した液体の飛散を防止できる。
【0051】
図9(B)は第3変形例のピン72の構成を示しており、この変形例では、流出路78の流出口78aをピン72の端面に形成している。図9(C)は第4変形例のピン72の構成を示しており、この変形例では、流出路78の端面の流出口78aに加えて、ピン72の下面にも流出口78bを形成している。図9(B)及び図9(C)に示す第3及び第4変形例でも、図9(A)に示す第2変形例と同様に、液柱108が衝突する衝撃をより緩衝することができる。
【0052】
図10を参照すると、レーザ加工中における本発明第2実施形態のレーザ加工装置の要部を示す一部断面側面図が示されている。本実施形態では、エアシリンダ70のピストンロッド70aに図12(A)に示すような穴82を有するプレート80を連結し、レーザ加工中には液柱108が穴82を通過するようにエアシリンダ70を作動する。本実施形態では、液柱108がプレート80の穴82を通過する位置を退避位置と称することにする。
【0053】
図11を参照すると、加工終了時の第2実施形態の要部を示す一部断面側面図が示されている。即ち、チャックテーブル28がA方向に加工送りされて、ウエーハWの外周縁が液柱108を通過すると、図11に示すように、エアシリンダ70が駆動されてピストンロッド70aを縮め、プレート80で液柱108の流れを遮るように制御する。本実施形態では、プレート80のこの位置を緩衝部材としてのプレート80の作用位置と称する。
【0054】
これと同時に、レーザビーム発生ユニット35からのレーザビーム69もOFFとなる。即ち、レーザビーム発生ユニット35のレーザ発振器62の作動がOFFとなる。液柱108の噴出は続行されるが、この液柱はプレート80により遮られるため、液柱108によりダイシングテープTが悪影響を受けることはない。
【0055】
特に図示しないが、加工開始時にも、図11に示す加工終了時と同様にプレート80を作用位置に位置付けて、液柱108の流れをプレート80により遮るように制御し、液柱108によりダイシングテープTが悪影響を受けることを防止する。
【0056】
図12(B)を参照すると、第3実施形態の緩衝部材84の斜視図が示されている。緩衝部材84は穴85と流出路86を有しており、ピストンロッド70aの先端に連結されている。
【0057】
図12(B)に示した状態は緩衝部材84を作用位置に位置付けた状態であり、加工開始時及び加工終了時には緩衝部材84を作用位置に位置付けて、液柱108の流れを緩衝部材84で緩衝する。レーザ加工中には、第1実施形態のピン72と同様に、緩衝部材84を液柱108を遮らない退避位置に位置付ける。
【符号の説明】
【0058】
W 半導体ウエーハ
T ダイシングテープ
F 環状フレーム
28 チャックテーブル
35 レーザビーム発生ユニット
36 加工ヘッド
38 撮像ユニット
69 レーザビーム
70 エアシリンダ(位置付け手段)
72 ピン(緩衝部材)
80 プレート(緩衝部材)
82 穴
84 緩衝部材
【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(導光)するレーザビームを被加工物に照射してレーザ加工を施すレーザ加工装置に関する。
【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ビームを照射することにより被加工物にレーザ加工溝を形成し、このレーザ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提案されている(例えば、特開平10−305421号公報参照)。
【0004】
レーザ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ビームを照射することによりウエーハにレーザ加工溝を形成すると、ウエーハへのレーザ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)させたレーザビームを被加工物に照射して、所望の加工を施すレーザ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】
これらのレーザ加工装置では、集光されたレーザ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加工をすることができる。更に、レーザ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】特開平10−305421号公報
【特許文献2】特公平2−1621号公報
【特許文献3】特開2001―321977号公報
【特許文献4】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】
レーザビームを導光して被加工物に照射するためには、液柱は安定した状態に形成されている必要があるため、液柱を形成する液体は例えば数十MPa程度の高圧で噴出される。液柱を形成する液体が噴出された後、液柱が安定した状態になるまでにはしばらく時間がかかるため、被加工物の加工中は常時液体を噴出して安定した液柱を形成しておくことが望ましい。
【0010】
ところが、レーザ加工時に被加工物の一端から他端までレーザビームを照射するには、被加工物から僅か外側にレーザ加工ヘッドがはみ出すようにレーザ加工ヘッドとチャックテーブルとを相対移動させる必要があり、高圧で噴出された液柱によって、被加工物が貼着された粘着シートに溝が形成されたり、粘着シートが分断されて破れてしまう恐れがあるという問題があった。
【0011】
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、高圧で噴射された液柱によって、粘着シートに溝が形成されたり粘着シートが分断されてしまう恐れのないレーザ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】
【0012】
本発明によると、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段で保持された被加工物にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段とを備えたレーザ加工装置であって、該レーザビーム照射手段は、レーザビーム発生手段と、加工ヘッドとを含み、該加工ヘッドは、該レーザビーム発生手段から発生されたレーザ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ビームが導光される液柱を形成する液体噴射手段とを有し、該レーザ加工装置は、該加工ヘッドと被加工物との間で該液柱の流れを阻害して該液柱が被加工物に衝突する衝撃を緩衝する緩衝部材と、該液柱の流れを阻害する作用位置と退避位置とに該緩衝部材を所定のタイミングで位置付ける位置付け手段と、を具備したことを特徴とするレーザ加工装置が提供される。
【発明の効果】
【0013】
本発明のレーザ加工装置は、加工ヘッドと被加工物の間で液柱の流れを阻害して液柱が被加工物に衝突する衝撃を緩衝する緩衝部材と、緩衝部材を液柱を阻害する作用位置と退避位置に位置付ける位置付け手段を備えているので、所定のタイミングで緩衝部材により液柱の流れを阻害することができるため、液柱によって粘着シートに溝が形成されたり粘着シートが分断されてしまうことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明第1実施形態に係るレーザ加工装置の斜視図である。
【図2】レーザ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加工装置の要部を示す一部断面側面図である。
【図4】粘着シート(ダイシングテープ)を介して環状フレームに支持された半導体ウエーハの斜視図である。
【図5】加工開始時の本発明第1実施形態の一部断面側面図である。
【図6】加工中の第1実施形態の一部断面側面図である。
【図7】加工終了時の第1実施形態の一部断面側面図である。
【図8】図8(A)は第1実施形態の緩衝部材の作用を示す斜視図、図8(B)は第1変形例の緩衝部材の作用を示す側面図である。
【図9】図9(A)は第2変形例の緩衝部材の作用を示す斜視図、図9(B)は第3変形例の緩衝部材の作用を示す斜視図、図9(C)は第4変形例の緩衝部材の作用を示す斜視図である。
【図10】加工中の第2実施形態の一部断面側面図である。
【図11】加工終了時の第2実施形態の一部断面側面図である。
【図12】図12(A)は第2実施形態の緩衝部材の作用を示す斜視図、図12(B)は第3実施形態の緩衝部材の作用を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
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実施形態のレーザ加工装置の外観斜視図が示されている。レーザ加工装置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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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パ30が設けられている。
【0019】
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にレーザビーム照射ユニット34が取り付けられている。レーザ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。
【0020】
レーザビーム発生ユニット35は、図2に示すように、YAGレーザ又はYVO4レーザを発振するレーザ発振器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、レーザ発振器62はブリュースター窓を有しており、レーザ発振器62から出射するレーザビームは直線偏光のレーザビームである。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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、レーザビーム照射ユニット34等に制御信号が出力される。
【0027】
ケーシング33の先端には、加工ヘッド36からの液柱の流れを阻害する緩衝部材72が取り付けられた位置付け手段としてのエアシリンダ70が取り付けられている。エアシリンダ70は、加工ヘッド36からの液柱の流れを阻害する作用位置と退避位置との間に緩衝部材72を所定のタイミングで位置付ける。
【0028】
レーザ加工装置2のレーザビーム照射ユニット34は、レーザビーム発生ユニット35と、加工ヘッド36とから構成される。図3に示されるように、レーザ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。
【0029】
ハウジング82内には、レーザビームを反射するミラー84と、レーザ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。
【0030】
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ビーム69の集光点が位置づけられる。
【0031】
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。
【0032】
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。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。
【0033】
図4を参照すると、粘着シート(ダイシングテープ)Tを介して環状フレームFに支持された半導体ウエーハWの斜視図が示されている。ウエーハWの表面においては、第1のストリートS1と第2のストリートS2とが直交して形成されており、第1のストリートS1と第2のストリートS2とによって区画された各領域にデバイスDが形成されている。
【0034】
ウエーハWは粘着シートであるダイシングテープTに貼着され、ダイシングテープTの外周部は環状フレームFに貼着されている。これにより、ウエーハWはダイシングテープTを介して環状フレームFに支持された状態となり、図1に示すチャックテーブル28でダイシングテープTを介してウエーハWを吸引保持し、クランプ30により環状フレームFをクランプすることにより、チャックテーブル28上に支持固定される。
【0035】
半導体ウエーハWをレーザ加工するに当たり、チャックテーブル28に保持されたウエーハWを撮像ユニット38の直下に位置づけ、撮像ユニット38でウエーハWの加工領域を撮像して、よく知られたパターンマッチング等の方法によりターゲットパターンを検出し、加工すべき第1のストリートS1を加工ヘッド36とX軸方向に整列させるアライメントを実施する。
【0036】
次いで、チャックテーブル28を90度回転してから、第1のストリートS1に直交する第2のストリートS2についても同様なアライメントを実施する。アライメントデータはコントローラ40のRAM46に格納する。
【0037】
このアライメント実施時に、ウエーハWの外周縁3点の座標を検出し、この3点の座標位置からウエーハWの中心を検出する。これにより、ウエーハWの外周と第1のストリートS1と第2のストリートS2との交点を求め、これらの交点の座標位置をコントローラ40のRAM46に格納する。
【0038】
第1のストリートS1と第2のストリートS2のレーザ加工時には、RAM46に格納されたウエーハWの外周縁の座標に基づいて、エアシリンダ70を作動して緩衝部材としてのピン72を液柱108の流れを阻害する作用位置と、液柱108の流れを阻害しない退避位置とに位置付ける。
【0039】
以下、このように構成された第1実施形態のレーザ加工装置2の作用について図5乃至図9を参照して説明する。まず、図5に示す加工開始時には、レーザビーム発生ユニット35からのレーザビーム69をOFF、液柱108をON、緩衝部材としてのピン72を作用位置に位置付けるように制御する。
【0040】
即ち、レーザビーム発生ユニット35のレーザ発振器62をOFF制御し、高圧液供給源90から純水等の高圧液体を、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内に導入し、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から高圧液体を噴射して液柱108を形成する。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内に圧入されたパイプ120内を通過して噴射される。
【0041】
このとき、エアシリンダ70を作動して緩衝部材としてのピン72を作用位置に位置づけ、ピン72で液柱108の流れを阻害して液柱108がダイシングテープTに衝突する衝撃を緩衝する。
【0042】
図8(A)に示すように、ピン72に衝突した液柱108はピン72表面を主に矢印A方向に流れてダイシングテープT上に流れ落ちる。その結果、ダイシングテープTに液柱108により溝が形成されたり、液柱108によりダイシングテープTが分断されたりすることがない。
【0043】
チャックテーブル28が矢印A方向に加工送りされて、ウエーハWの外周が液柱108の直下に位置付けられると、レーザビーム発生ユニット35のレーザ発振器62がONとなり、パワー調整手段68で所定パワーに調整されたレーザビーム69が加工ヘッド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。
【0044】
これと同時に、エアシリンダ70が作動されて緩衝部材としてのピン72が液柱108の流れを阻害しない退避位置に位置付けられる。よって、図6に示すように、集光レンズ86で集光されたレーザビーム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第1のストリートS1に沿ってレーザ加工溝を形成する。即ち、レーザ加工中には、レーザビーム69をON、液柱108をON、緩衝部材としてのピン72は液柱108の流れを阻害しない退避位置となるように制御する。
【0045】
チャックテーブル28がA方向に加工送りされて、ウエーハWの反対側の外周縁が液柱108を通過すると、図7に示すように、エアシリンダ70が作動されてピン72が液柱108の流れを阻害する作用位置に位置付けられる。
【0046】
これと同時に、レーザビーム発生ユニット35からのレーザビーム69もOFFとなる。即ち、レーザビーム発生ユニット35のレーザ発振器62の作動がOFFとなる。液柱108の噴出は続行されるが、この液柱108の流れはピン72により阻害されるため、液柱108によりダイシングテープTが悪影響を受けることはない。
【0047】
本実施形態では、レーザビーム69、液柱108、ピン72を上述したように制御して、ストリートピッチずつ割り出し送りしながら全ての第1のストリートS1に沿ってレーザ加工溝を形成する。
【0048】
次いで、チャックテーブル28を90度回転してから、レーザビーム69、液柱108、ピン72を同様に制御しながら、全ての第2のストリートS2に沿ってレーザ加工溝を形成する。
【0049】
上述した実施形態では、図8(A)に示すように、加工開始時及び加工終了時にピン72を作用位置に位置付けて液柱108の流れをピン72で阻害するようにしているが、第1実施形態の第1変形例として、図8(B)に示すように、ピン72の先端部に傾斜面73を形成し、この傾斜面73に液柱108が衝突することで、液柱108を形成する液体が真上に飛散することを防止し、加工ヘッド36に付着することを防止するようにしてもよい。
【0050】
図9(A)は第2変形例のピン72の構成を示しており、ピン72に穴74及び穴74に連通する流出路76が形成されている。ピン72を作用位置に位置付けた状態で液柱108はピン72の穴74中に入り、流出路76を介してピン72の側面から流れ落ちる。このように構成することにより、液柱108の衝突する衝撃をより緩衝することができるとともに液柱を形成した液体の飛散を防止できる。
【0051】
図9(B)は第3変形例のピン72の構成を示しており、この変形例では、流出路78の流出口78aをピン72の端面に形成している。図9(C)は第4変形例のピン72の構成を示しており、この変形例では、流出路78の端面の流出口78aに加えて、ピン72の下面にも流出口78bを形成している。図9(B)及び図9(C)に示す第3及び第4変形例でも、図9(A)に示す第2変形例と同様に、液柱108が衝突する衝撃をより緩衝することができる。
【0052】
図10を参照すると、レーザ加工中における本発明第2実施形態のレーザ加工装置の要部を示す一部断面側面図が示されている。本実施形態では、エアシリンダ70のピストンロッド70aに図12(A)に示すような穴82を有するプレート80を連結し、レーザ加工中には液柱108が穴82を通過するようにエアシリンダ70を作動する。本実施形態では、液柱108がプレート80の穴82を通過する位置を退避位置と称することにする。
【0053】
図11を参照すると、加工終了時の第2実施形態の要部を示す一部断面側面図が示されている。即ち、チャックテーブル28がA方向に加工送りされて、ウエーハWの外周縁が液柱108を通過すると、図11に示すように、エアシリンダ70が駆動されてピストンロッド70aを縮め、プレート80で液柱108の流れを遮るように制御する。本実施形態では、プレート80のこの位置を緩衝部材としてのプレート80の作用位置と称する。
【0054】
これと同時に、レーザビーム発生ユニット35からのレーザビーム69もOFFとなる。即ち、レーザビーム発生ユニット35のレーザ発振器62の作動がOFFとなる。液柱108の噴出は続行されるが、この液柱はプレート80により遮られるため、液柱108によりダイシングテープTが悪影響を受けることはない。
【0055】
特に図示しないが、加工開始時にも、図11に示す加工終了時と同様にプレート80を作用位置に位置付けて、液柱108の流れをプレート80により遮るように制御し、液柱108によりダイシングテープTが悪影響を受けることを防止する。
【0056】
図12(B)を参照すると、第3実施形態の緩衝部材84の斜視図が示されている。緩衝部材84は穴85と流出路86を有しており、ピストンロッド70aの先端に連結されている。
【0057】
図12(B)に示した状態は緩衝部材84を作用位置に位置付けた状態であり、加工開始時及び加工終了時には緩衝部材84を作用位置に位置付けて、液柱108の流れを緩衝部材84で緩衝する。レーザ加工中には、第1実施形態のピン72と同様に、緩衝部材84を液柱108を遮らない退避位置に位置付ける。
【符号の説明】
【0058】
W 半導体ウエーハ
T ダイシングテープ
F 環状フレーム
28 チャックテーブル
35 レーザビーム発生ユニット
36 加工ヘッド
38 撮像ユニット
69 レーザビーム
70 エアシリンダ(位置付け手段)
72 ピン(緩衝部材)
80 プレート(緩衝部材)
82 穴
84 緩衝部材
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被加工物を保持する保持手段と、該保持手段で保持された被加工物にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段とを備えたレーザ加工装置であって、
該レーザビーム照射手段は、レーザビーム発生手段と、加工ヘッドとを含み、
該加工ヘッドは、該レーザビーム発生手段から発生されたレーザ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ビームが導光される液柱を形成する液体噴射手段とを有し、
該レーザ加工装置は、
該加工ヘッドと被加工物との間で該液柱の流れを阻害して該液柱が被加工物に衝突する衝撃を緩衝する緩衝部材と、
該液柱の流れを阻害する作用位置と退避位置とに該緩衝部材を所定のタイミングで位置付ける位置付け手段と、
を具備したことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項1】
被加工物を保持する保持手段と、該保持手段で保持された被加工物にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段とを備えたレーザ加工装置であって、
該レーザビーム照射手段は、レーザビーム発生手段と、加工ヘッドとを含み、
該加工ヘッドは、該レーザビーム発生手段から発生されたレーザ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ビームが導光される液柱を形成する液体噴射手段とを有し、
該レーザ加工装置は、
該加工ヘッドと被加工物との間で該液柱の流れを阻害して該液柱が被加工物に衝突する衝撃を緩衝する緩衝部材と、
該液柱の流れを阻害する作用位置と退避位置とに該緩衝部材を所定のタイミングで位置付ける位置付け手段と、
を具備したことを特徴とするレーザ加工装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2013−31856(P2013−31856A)
【公開日】平成25年2月14日(2013.2.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−167943(P2011−167943)
【出願日】平成23年8月1日(2011.8.1)
【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25年2月14日(2013.2.14)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年8月1日(2011.8.1)
【出願人】(000134051)株式会社ディスコ (2,397)
【Fターム(参考)】
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