JP5501098B2 - Laser processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、半導体ウエーハ等の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を備えたレーザ加工装置に関し、特に、水柱生成手段から噴射されて形成された水柱に導光されたレーザビームによってレーザ加工を施すレーザ加工装置に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus having a laser beam irradiation means for irradiating a workpiece such as a semiconductor wafer with a laser beam, and in particular, by a laser beam guided from a water column generating means to a formed water column. The present invention relates to a laser processing apparatus that performs laser processing.
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。 In a semiconductor device manufacturing process, a plurality of regions are partitioned by dividing lines called streets formed in a lattice shape on the surface of a semiconductor wafer having a substantially disk shape, and devices such as ICs and LSIs are divided into these partitioned regions. Form. Individual semiconductor devices are manufactured by dicing the semiconductor wafer along the streets.
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)。 In recent years, as a method of dividing a plate-like workpiece such as a semiconductor wafer, a laser processing groove is formed on the workpiece by irradiating a pulse laser beam along a street formed on the workpiece, and this laser processing. A method of cleaving a workpiece along a groove by a mechanical braking device has been proposed (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-305421).
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。 When a laser processing groove is formed in a wafer by irradiating a pulse laser beam along the street of the semiconductor wafer using a laser processing apparatus, debris is generated by irradiation of the laser beam on the wafer, and this debris is formed on the surface of the device. There is a problem that the quality of the device deteriorates due to adhesion.
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。 Therefore, when forming the laser processing groove along the street of the semiconductor wafer, the surface of the semiconductor wafer is previously coated with a water-soluble protective film, and a laser beam is irradiated through this protective film. A process for coating the surface of the wafer with a protective coating must be added, resulting in poor productivity. Further, when a semiconductor wafer is irradiated with a laser beam, the device is heated, so that there is a problem that the quality of the device is lowered.
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、特許第3871240号公報、特開2006−255769号公報参照)。 Therefore, as a laser processing method for eliminating the influence of debris generated by irradiating the laser beam and preventing the workpiece from being heated, high pressure water is sprayed on the workpiece to form a water column. There has been proposed a laser processing apparatus that performs desired processing by irradiating a workpiece with a laser beam transmitted (guided) inside (for example, Japanese Patent Publication No. 2-1621, Japanese Patent No. 3871240, JP, 2006-255769, A).
これらのレーザ加工装置では、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、更にデブリの飛散を抑制できるとともに、レーザビームの焦点が糸状の水の柱に案内されるので、被加工物の表面にうねりがあっても均一な加工品質で被加工物の一種である半導体ウエーハを個々のデバイスに分割することができる。 In these laser processing apparatuses, the heat generated during laser processing is cooled by water, so that it is possible to prevent degradation of the quality of the work piece due to heat, further suppress the scattering of debris, and the focus of the laser beam is a thread-like water. Therefore, a semiconductor wafer, which is a kind of workpiece, can be divided into individual devices with uniform processing quality even if the surface of the workpiece has waviness.
ところが、噴射口(水柱生成口)から噴射されて形成された水柱を利用した従来のレーザ加工装置では、レーザビームが水に照射されると微細な泡及び熱が発生してレーザビームを屈折させ、レーザビームが糸状の水柱に適正に導かれないという問題がある。 However, in a conventional laser processing apparatus using a water column formed by jetting from a jet port (water column generating port), when the laser beam is irradiated onto water, fine bubbles and heat are generated to refract the laser beam. There is a problem that the laser beam is not properly guided to the filamentous water column.
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、レーザビームの照射によって水の泡及び熱が生じても、レーザビームの光路に影響しないレーザ加工装置を提供することである。 The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus that does not affect the optical path of a laser beam even if water bubbles and heat are generated by irradiation of the laser beam. It is.
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、該集光レンズによって集光されたレーザビームを被加工物に導く糸状の水の柱を生成する水柱生成手段とを含み、該水柱生成手段は、水源と、該水源に接続され水を送出するポンプと、該ポンプによって送り出された水を受け入れる流入口と、流入した水を層流に生成する天上部と底部と側部とから画成された層流室と、該層流室の底部に形成され糸状の水の柱を生成して被加工物に噴射する水柱生成口と、該層流室から水を流出し該水柱生成口を横切る水の流れを生成する流出口と、該層流室の該天上部に形成され該集光レンズによって集光されたレーザビームを受け入れる透過窓と、を含むことを特徴とするレーザ加工装置が提供される。 According to the present invention, there is provided a laser processing apparatus comprising: a holding unit that holds a workpiece; and a laser beam irradiation unit that irradiates the workpiece held by the holding unit with a laser beam. The means includes a laser beam generating means and a processing head. The processing head condenses the laser beam generated from the laser beam generating means, and the laser focused by the condensing lens. Water column generating means for generating a string of water-like water that guides the beam to the workpiece, the water column generating means comprising: a water source; a pump connected to the water source for delivering water; and water pumped by the pump A laminar flow chamber defined by the top, bottom, and sides that generate the incoming water into a laminar flow, and a thread-like water column formed at the bottom of the laminar flow chamber. Water sprayed on the workpiece A generating port, an outlet for generating water flow from the laminar flow chamber and crossing the water column generating port, and a laser formed at the top of the laminar flow chamber and focused by the condenser lens And a transmission window for receiving the beam.
好ましくは、流出口は絞り弁に接続され、絞り弁の単位時間当たりの流量と水柱生成口の単位時間当たりの流量とは実質的に同一である。 Preferably, the outlet is connected to a throttle valve, and the flow rate per unit time of the throttle valve and the flow rate per unit time of the water column generating port are substantially the same.
本発明は、糸状の水の柱を生成する水柱生成口を横切る水の流れを生成するように層流室に流出口を形成したので、レーザビームの照射によって層流室内に微細な泡及び熱が発生しても、これらが流出口から排出されてレーザビームを屈折させることがなく、レーザビームを水の柱に適正に導くことができる。 In the present invention, since the outflow port is formed in the laminar flow chamber so as to generate a flow of water across the water column generating port for generating the filamentous water column, fine bubbles and heat are generated in the laminar flow chamber by irradiation of the laser beam. Even if these occur, they are not discharged from the outlet and do not refract the laser beam, and the laser beam can be properly guided to the water column.
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Referring to FIG. 1, an external perspective view of a laser processing apparatus according to an embodiment of the present invention is shown. The
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。
The
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。即ち、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に沿って割り出し送り方向、即ちY軸方向に移動される。
A
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とともに、円筒支持部材26中に収容されたモータにより回転される。
A chuck table 28 is mounted on the
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。32はウォーターカバーであり、図示を省略した蛇腹がウォーターカバー32に連結されて加工送り手段12及び割り出し送り手段22を水から保護する。
The chuck table 28 is provided with a
静止基台4にはコラム34が立設されており、このコラム34にレーザビーム照射機構(レーザビーム照射手段)36が取り付けられている。レーザビーム照射機構36は、ケーシング40中に収容されたレーザビーム発生ユニット38と、ケーシング40の先端に取り付けられた加工ヘッド42とから構成される。ケーシング40の先端には加工ヘッド42とX軸方向に整列して撮像手段52が取り付けられている。
A
レーザビーム発生ユニット38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44と、繰り返し周波数設定手段46と、パルス幅調整手段48と、パワー調整手段50とを含んでいる。特に図示しないが、レーザ発振器44はブリュースター窓を有しており、レーザ発振器44から出射されるレーザビームは直線偏光のレーザビームである。
As shown in FIG. 2, the laser
レーザビーム発生ユニット38のパワー調整手段50により所定パワーに調整されたパルスレーザビームは、図3に示すように、加工ヘッド42のハウジング54に形成されたビーム導入口57から加工ヘッド42内に導入される。
The pulse laser beam adjusted to a predetermined power by the power adjusting means 50 of the laser
ハウジング54内には、レーザビームを反射するミラー56と、レーザビームを集光する集光レンズ58が配設されている。ハウジング54と一体的に水柱生成手段60の層流室76を画成する層流室ハウジング62が形成されている。
In the
水柱生成手段60は、図1に示した水源80と、水源80に接続されて所定圧力に加圧された水を送出するポンプ82と、層流室76を画成する層流室ハウジング62とから構成される。
The water column generating means 60 includes a
層流室ハウジング62は、天上部(天上壁)64と、底部(底壁)66と、図4に示す一対の側壁68を有しており、層流室76を画成する。底部66には糸状の水の柱71を生成する水柱生成口(噴出口)70が形成されており、天上部64には集光レンズ58によって集光されるレーザビームを受け入れる透過窓72が形成されている。
The laminar
層流室ハウジング62は更に、ポンプ82により約35MPaに加圧されて送り出された水を受け入れる流入口74と、層流室76から水を流出し水柱生成口70を横切る水の流れを生成する流出口78を有している。流出口78は、絞り弁84を介してドレーン86に連通されている。
The laminar
層流室76は断面概略正方形状をしており、流入口74及び流出口78の一辺の寸法は約1〜2mmに設定されている。水柱生成口70はφ20〜150μmの寸法を有しており、絞り弁84の内径もφ20〜150μmの寸法に設定されている。
The
以下、このように構成されたレーザ加工装置の作用について説明する。レーザビーム発生ユニット38のパワー調整手段50で所定パワーに調整されたウエーハWに対して吸収性を有する波長のレーザビーム55は、加工ヘッド42のビーム導入口57から加工ヘッド42内に導入され、ミラー56で反射されて集光レンズ58で層流室ハウジング62の底部66に形成された水柱生成口70の上端70aから下端70bの間に集光される。
Hereinafter, the operation of the laser processing apparatus configured as described above will be described. A
一方、ポンプ82から供給された純水等の高圧水が、水柱生成手段60の層流室ハウジング62に形成された流入口74から層流室76内に導入され、層流室76の底部66に形成された水柱生成口70から噴射されて糸状の水柱71を形成する。これと同時に、層流室76内の高圧の水は流出口78から流出されて、絞り弁84を介してドレーン86に排出される。
On the other hand, high-pressure water such as pure water supplied from the
絞り弁84を通過する単位時間当たりの水量は、水柱生成口70を通過する単位時間当たりの水量と実質的に同一に設定されている。本実施形態の層流室ハウジング62は、層流室76内に水柱生成口70を横切る水の流れを生成する流出口78を有しているので、レーザビームの照射によって層流室76内に微細な泡及び熱が発生しても、これらの微細な泡及び熱が流出口78から排出されるため、レーザビーム55を屈折させることなくレーザビームを糸状の水柱71に適正に導くことができる。
The amount of water per unit time passing through the
水柱71は、ウエーハWの加工点Sに衝突して飛散する。集光レンズ58で集光されたレーザビーム55は水柱71に導光(案内)されて、そのビーム径が広がらずに加工点Sに照射されてウエーハWのストリートに沿ってレーザ加工溝を形成する。
The
以上説明した本実施形態によると、水柱生成手段60の層流室ハウジング62に、層流室76内に水柱生成口70を横切る水の流れを生成するように流出口78を形成したので、レーザビーム55の照射によって層流室76内に微細な泡及び熱が発生しても、これらが流出口78から積極的に排出される。よって、層流室76内に発生された微細な泡及び熱がレーザビーム55を屈折させることなく、レーザビーム55を水柱71に適正に導くことができる。
According to the present embodiment described above, since the
2 レーザ加工装置
28 チャックテーブル
36 レーザビーム照射機構
38 レーザビーム発生ユニット
42 加工ヘッド
58 集光レンズ
60 水柱生成手段
62 層流室ハウジング
70 水柱生成口
71 水柱
72 透過窓
74 流入口
76 層流室
78 流出口
80 水源
82 ポンプ
84 絞り弁
2
Claims (2)
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、該集光レンズによって集光されたレーザビームを被加工物に導く糸状の水の柱を生成する水柱生成手段とを含み、
該水柱生成手段は、水源と、該水源に接続され水を送出するポンプと、該ポンプによって送り出された水を受け入れる流入口と、流入した水を層流に生成する天上部と底部と側部とから画成された層流室と、該層流室の底部に形成され糸状の水の柱を生成して被加工物に噴射する水柱生成口と、該層流室から水を流出し該水柱生成口を横切る水の流れを生成する流出口と、該層流室の該天上部に形成され該集光レンズによって集光されたレーザビームを受け入れる透過窓と、
を含むことを特徴とするレーザ加工装置。 A laser processing apparatus comprising: a holding unit that holds a workpiece; and a laser beam irradiation unit that irradiates the workpiece held by the holding unit with a laser beam,
The laser beam irradiation means includes a laser beam generation means and a processing head,
The processing head generates a condensing lens that condenses the laser beam generated from the laser beam generating means, and a thread-like water column that guides the laser beam condensed by the condensing lens to a workpiece. Water column generating means,
The water column generating means includes a water source, a pump connected to the water source for sending water, an inlet for receiving the water sent out by the pump, a top, a bottom, and a side part for generating the flowing water into a laminar flow. A laminar flow chamber defined by the water flow, a water column generating port formed at the bottom of the laminar flow chamber to generate a thread-like water column and spraying it on the workpiece, An outlet for generating a flow of water across the water column generating port; a transmission window for receiving a laser beam formed on the top of the laminar flow chamber and collected by the condenser lens;
A laser processing apparatus comprising:
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