JP7743303B2 - 保持テーブル、それを備える加工装置、及び、加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、インゴットを吸引保持する保持面を有した保持テーブルと、それを備えた加工装置に関するものであり、より詳しくは、保持面の損傷を防ぐための技術に関する。

従来、例えば特許文献１、２に開示されるように、ＳｉＣインゴットからＳｉＣウェーハを切り出す際に、従来のワイヤーソーに代えてレーザ加工装置を利用する方法が知られている。ＳｉＣ等の硬質材のインゴットは、その下側面が保持テーブルの保持面に載置されて保持され、上方からレーザビームを照射して所定の位置に集光させることで、ウェーハに分割する際の起点となる層（分離層）が形成される。

このような、レーザ加工装置を利用することで、ワイヤーソーでＳｉＣウェーハを切り出すものと比較して、切り代を少なくできる上、加工速度が上がり生産性を向上できる。

特開２０１５－０３２７７１号公報 特開２０１５－２２３５８９号公報

インゴットは、例えばＳｉＣの場合にはφ６インチサイズで数ｋｇと重く、また特に硬質材からなる硬度が高いインゴットについては、作業者が保持テーブルにインゴットを載置する際に、インゴットの角等が保持テーブルの保持面に接触し、保持面が削られて損傷してしまうおそれがある。

そして、保持テーブルの保持面が削られてしまうと、インゴットを水平に保持できず、例えば、所望の位置にレーザビームが集光されずに高精度な加工が施せないという問題が生じてしまう。

本発明は、以上の問題に鑑み、インゴットを保持する保持テーブルについて、保持面の損傷を防止するための新規な技術を提案するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

本発明の一態様によれば、インゴットを吸引保持する保持面を有する保持テーブルであって、該保持面には、該インゴットを支持する３以上の支持ピンが進退可能に設けられ、該保持面には該インゴットを吸引する複数の細孔と、該支持ピンがそれぞれ挿入される挿入孔と、が形成され、該保持テーブルには、一端側が複数の該細孔と該支持ピンの後端側の空圧室にそれぞれ連通するとともに、他端側がエアー吸引源又はエアー供給源に対し切り替え自在に接続される流路が形成され、該流路を該エアー供給源に接続して該空圧室にエアーを供給することで、該支持ピンは先端が該保持面から突出支持位置に位置づけられ、該支持ピンの先端で該インゴットを支持可能とし、該流路を該エアー吸引源に接続して該空圧室を減圧することで、該支持ピンは先端が該挿入孔に埋設する退避位置に緩やかに位置づけられ、該インゴットが該保持面で支持されるとともに、該インゴットが複数の該細孔に作用する負圧によって該保持面で吸引保持される、保持テーブルとする。

また、本発明の一態様によれば、該支持ピンは、弾性部材により退避位置に移動する向きに付勢され、該空圧室にエアーが供給されない際に、該支持ピンが該退避位置に位置付けられる、こととする。

また、本発明の一態様によれば、保持テーブルを備える加工装置とする。

また、本発明の一態様によれば、インゴットからウェーハを分離する加工方法であって、３以上の複数の支持ピンを保持テーブルの保持面から突出させる支持ピン突出ステップと、該支持ピンの先端にインゴットを載置して、該保持面の上方で該支持ピンによりインゴットを支持するステップと、該支持ピンを該保持面に埋没させるように緩やかに移動させるとともに、該インゴットを該保持面に載置して該保持面にて該インゴットを吸引保持する保持ステップと、レーザビームを該インゴットの所定の高さ位置に集光させるとともに、該保持テーブルを該レーザビームに対して相対的に水平移動させ、該インゴット内に分離層を形成するレーザ照射ステップと、を有する加工方法とする。

本発明の構成によれば、インゴットを保持面で保持する前に、保持面から突出する複数の支持ピンの先端にインゴットを載置し、保持面の上方で支持ピンによりインゴットを支持し、その後、支持ピンの先端を保持面に埋設する退避位置に緩やかに位置づけることで、インゴットを保持面にて保持することとする。これにより、保持テーブルでインゴットを保持するまでの過程において、インゴットが保持面に衝突するなどして保持面を損傷させてしまう不具合発生を防止できる。

本発明に係る保持テーブルを備えるレーザ加工装置の例について示す図。 本発明に係る保持テーブルの平面図。 （Ａ）は待機状態における支持ピンの状態について説明する断面図。（Ｂ）は支持ピンが突出した状態について説明する断面図。 支持ピンにてインゴットを支持した状態について説明する図。 保持面にてインゴットを吸引保持した状態について説明する図。 加工方法の各ステップについて説明するフローチャート。 レーザ照射ステップについて説明する図。

図１は、本発明に係る保持テーブル１０を備えるレーザ加工装置１の例について示す図である。レーザ加工装置１は、レーザビームを照射するレーザビーム照射機構２０と、インゴット３を上面に保持する保持テーブル４０と、を有する。

レーザ加工装置１は、直方体状の基台１１を有し、基台１１の上面には、保持テーブル４０をＸ軸方向に加工送りすると共に、Ｙ軸方向に割り出し送りする移動機構１２が設けられる。

移動機構１２は、保持テーブル４０をレーザビーム照射機構２０に対してＹ軸方向に相対移動させるＹ軸移動機構１２Ｙと、Ｘ軸方向に相対移動させるＸ軸移動機構１２Ｘと、を有して構成される。

保持テーブル４０は、保持テーブル４０の保持面４２に垂直な方向に伸長する回転軸により回転可能（θ方向回転）に設けられる。保持テーブル４０の上面は、詳しくは後述するエアー吸引源５２（図３（Ａ））に接続され、インゴット３を吸引保持する保持面４２として構成される。

基台１１において移動機構１２の後方には、立壁部１３が立設されている。立壁部１３の前面からアーム部１４が水平方向に突出しており、アーム部１４の先端側には保持テーブル４０に対向するようにレーザビーム照射機構２０が構成されている。

レーザビーム照射機構２０は、加工ヘッド２２を有している。アーム部１４及び加工ヘッド２２内には、レーザビーム照射機構２０の光学系等が設けられている。レーザビーム照射機構２０の光学系は、レーザビームを発生させる発振器、発生したレーザビームを反射させるミラー、レーザビームをインゴットに集光する集光レンズなどを有して構成され、インゴット３の所定の位置にレーザビームを集光させることで、ウェーハに分割する際の起点となる分離層が形成される。

アーム部１４は、Ｚ軸移動機構１８を介して立壁部１３に支持され、Ｚ軸移動機構１８によるアーム部１４のＺ軸方向の移動に伴って、アーム部１４の先端に配置された加工ヘッド２２がＺ軸方向に移動する。加工ヘッド２２の側方には、インゴット３の表面を撮像する撮像カメラ２４が設けられる。

以上の構成において、例えば、インゴット３がＳｉＣインゴットである場合には、ＳｉＣに透過性を有する波長のレーザビームをインゴット３の所定の高さ位置に集光させるとともに、保持テーブル４０をレーザビームに対してＸＹ方向に相対的に水平移動させる。これにより、インゴット３内の所定の高さ位置に炭素とケイ素とが混在する分離層が形成され、この分離層を起点としてウェーハが分離される。

なお、インゴット３としては、保持テーブル４０の保持面４２と比較して硬度の高いＳｉＣインゴットに限定されるものではなく、保持テーブル４０の保持面４２と比較して硬度が低いものであってもよい。いずれのインゴット３についても、保持面４２の損傷を防ぐことができる点で、本発明は有効なものとなる。

次に、図２及び図３（Ａ）（Ｂ）に示す保持テーブル４０の構成について説明する。
保持テーブル４０は、ベース４１と、ベース４１の上部に設置されて保持面４２を露出させるプレート４３と、を有して構成される。

プレート４３は、円盤状の多孔質材で構成され、その上面によってインゴット３を吸引保持する保持面４２が構成される。保持面４２には、インゴット３の下面３ｂ（図４）に当接し、インゴット３を下側から支持する６本の支持ピン４４，４４が上下方向に進退可能に設けられる。

なお、本実施例では、図２に示すように、６本の支持ピン４４を等間隔で周状に配置し、安定してインゴット３を保持できることとしたが、支持ピン４４の本数については、３本以上としてインゴット３を水平に支持できるものであればよく、特に限定されるものではない。

図２及び図３（Ａ）に示すように、保持面４２にはインゴット３の下面３ｂ（図４）を吸引する複数の細孔４５と、支持ピン４４がそれぞれ挿入される複数の挿入孔４６と、が形成される。

本実施例では、多孔質材で構成されるプレート４３そのものにより細孔４５が構成され、ベース４１の流路４１ａを通じた吸引にて細孔４５に負圧を生じさせることで、保持面４２が吸引保持面として構成される。

図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、流路４１ａは、制御弁５１を介してエアー吸引源５２に接続されており、制御弁５１を開くことにより、保持面４２を吸引保持面として機能させることができる。

流路４１ａは、制御弁５３を介してエアー供給源５４にも接続されており、制御弁５３を開くことにより、保持面４２に正圧を生じさせ、保持面４２からインゴット３を離す方向の浮力を生じさせることができる。

保持テーブル４０のベース４１には、支持ピン４４のピストン部４４ｓを摺動可能に内装するシリンダー部４１ｓが形成されている。シリンダー部４１ｓ内には、支持ピン４４のピストン部４４ｓの上側に当接し、支持ピン４４を下方に付勢する弾性部材５５が収容される。ピストン部４４ｓは軸状に構成され、その上側の平坦面から支持ピン４４が上方に突設される。

シリンダー部４１ｓにおいて、ピストン部４４ｓよりも上側の空間は、弾性部材５５が収容されるバネ室４１ｂとして構成され、ピストン部４４ｓよりも下側の空間は、エアーの供給と排出が行なわれる空圧室４１ｋとして構成される。弾性部材５５は、例えば、支持ピン４４の周囲を取り囲む圧縮バネにて構成される。

弾性部材５５の下端はピストン部４４ｓの上部に当接し、支持ピン４４全体を下方に向けて付勢する。図３（Ａ）に示すように、インゴット３が支持されない待機状態や、図５に示すように、保持面４２でインゴット３を保持する際には、弾性部材５５の付勢により支持ピン４４の先端が挿入孔４６内に完全に入り込み、保持面４２から突出しないものとなる。

なお、図３（Ａ）に示すように、インゴット３が支持されない待機状態において、弾性部材５５によって支持ピン４４が挿入孔４６に挿入されることで、保持面４２には突起物が存在しない状態とすることができ、支持ピン４４が他の部材に衝突して損傷することや、他の部材を損傷させてしまう不具合を防止することができる。また、上記の構成の他、弾性部材５５を省略することや、弾性部材５５にて支持ピン４４が保持面４２から突出する方向に付勢することとしてもよい。

ピストン部４４ｓの下側の底面は、空圧室４１ｋ側に面しており、エアーの圧力を受ける受圧面として構成される。図３（Ｂ）に示すように、空圧室４１ｋは、流路４１ａと接続されており、制御弁５３が開かれてエアー供給源５４に接続されると、空圧室４１ｋの圧力が高まり、弾性部材５５の付勢力に抗してピストン部４４ｓが押し上げられ、支持ピン４４の先端が挿入孔４６から上方に突出する。

図３（Ｂ）及び図４に示すように、インゴット３を保持テーブル４０に搬入する際には、空圧室４１ｋにエアーが供給され、挿入孔４６から支持ピン４４の先端を突出させる。これにより、支持ピン４４は先端が保持面４２から突出する支持位置に位置づけられ、先端でインゴット３が支持可能な状態となる。

また、図３（Ａ）に示すように、シリンダー部４１ｓの空圧室４１ｋは、流路４１ａと接続されており、図４の状態から制御弁５３が閉じられるとともに、制御弁５１が開かれて空圧室４１ｋがエアー吸引源５２と接続されると、空圧室４１ｋが減圧し、図５に示すように、支持ピン４４は先端が保持面４２の挿入孔４６内に埋没する退避位置に緩やかに位置づけられるとともに、インゴット３が下降して下面３ｂが保持面４２に載置されて吸引保持される。

次に、以上の構成とする保持テーブル、及び、加工装置を用いた加工方法について説明する。図６は、加工方法の手順について示すフローチャートである。

＜支持ピン突出ステップ＞
まず、図３（Ｂ）に示すように、制御弁５３を開き、エアー供給源５４から空圧室４１ｋにエアーを供給し、弾性部材５５の付勢力に抗して複数の支持ピン４４を保持面４２から突出させる。

＜支持ステップ＞
次いで、図４に示すように、複数の支持ピン４４の先端にインゴット３を載置して、保持面４２の上方で支持ピン４４によりインゴット３を支持する。支持ピン４４の先端は保持面４２から突出しているので、インゴット３を保持面４２に接触させることなく、支持ピン４４にて支持することができる。これにより、インゴット３が保持面４２に衝突するなどして保持面４２を損傷させてしまう不具合発生を防止できる。

なお、インゴット３は、作業者により支持ピン４４の先端の載置されることとするほか、搬送装置によって搬送されて支持ピン４４の先端に載置されることとしてもよい。いずれの場合においても、インゴット３による保持面４２の損傷を避けることができる。

＜保持ステップ＞
次に、図５に示すように、制御弁５３を閉じてエアー供給源５４から空圧室４１ｋへのエアーの供給を停止するとともに、制御弁５１を開いてエアー吸引源５２により空圧室４１ｋの減圧を行う。これにより、各支持ピン４４の先端が緩やかに挿入孔４６へと引き込まれるとともに、インゴット３の下面３ｂが保持面４２に載置される。

また、制御弁５１が開かれることで、保持面４２にも負圧が生じており、インゴット３の下面３ｂが保持面にて吸引保持される。

＜レーザ照射ステップ＞
次に、図７に示すように、レーザビームＬをインゴット３の所定の高さ位置に集光させるとともに、保持テーブル４０をレーザビームＬに対してＸＹ方向に相対的に水平移動させる。これにより、インゴット３内の所定の高さ位置に分離層Ｂを形成する。

＜分離ステップ＞
次いで、図７に示すように、吸着保持パット７２を有する分離装置７０にて分離層Ｂの上側の部分をウェーハ２として分離し、搬出する。ウェーハ２を分離して残されたインゴット３は、その上面が研削や研磨されることにより平坦化される。なお、この平坦化は、インゴット３を保持している保持テーブル４０にて実施してもよいし、保持テーブル４０の吸引保持を解除するとともにインゴット３を別の研削装置等に搬送して平坦化することとしてもよい。平坦化後は、再び、レーザビームＬを照射して分離層Ｂを形成する。

インゴット３の厚みが所定の厚みになるまで、分離層Ｂの形成、ウェーハ２の分離、インゴット３の上面の平坦化が繰り返される。インゴット３の厚みが所定の厚みになった後は、制御弁５３を開いてエアー供給源５４から保持面４２、及び、空圧室４１ｋへのエアーを供給することで、保持面４２に正圧を生じさせ、支持ピン４４を上昇させてインゴット３の残りの部分を保持面４２から剥離させる。

以上のようにして本発明を実施することができる。
即ち、インゴット３が搬入される際には、インゴット３を保持面４２で保持する前に、保持面４２から突出する複数の支持ピン４４の先端にインゴット３を載置し、保持面４２の上方で支持ピンによりインゴット３を支持し、その後、支持ピン４４の先端を保持面４２に埋設する退避位置に緩やかに位置づけることで、インゴット３が保持面４２にて保持される。これにより、保持テーブル４０でインゴット３を保持するまでの過程において、インゴット３で保持テーブル４０の保持面４２を損傷することを防ぐことができる。

１ レーザ加工装置
２ ウェーハ
３ インゴット
３ｂ 下面
１０ 保持テーブル
１１ 基台
１２ 移動機構
１３ 立壁部
１４ アーム部
１８ 軸移動機構
２０ レーザビーム照射機構
２２ 加工ヘッド
２４ 撮像カメラ
４０ 保持テーブル
４１ ベース
４１ａ 流路
４１ｂ バネ室
４１ｋ 空圧室
４１ｓ シリンダー部
４２ 保持面
４３ プレート
４４ 支持ピン
４４ｓ ピストン部
４５ 細孔
４６ 挿入孔
５１ 制御弁
５２ エアー吸引源
５３ 制御弁
５４ エアー供給源
５５ 弾性部材
７０ 分離装置
７１ 吸着保持パット
Ｂ 分離層
Ｌ レーザビーム

Claims (4)

1. インゴットを吸引保持する保持面を有する保持テーブルであって、
   該保持面には、該インゴットを支持する３以上の支持ピンが進退可能に設けられ、
   該保持面には該インゴットを吸引する複数の細孔と、該支持ピンがそれぞれ挿入される挿入孔と、が形成され、
   該保持テーブルには、
   一端側が複数の該細孔と該支持ピンの後端側の空圧室にそれぞれ連通するとともに、
   他端側がエアー吸引源又はエアー供給源に対し切り替え自在に接続される流路が形成され、
   該流路を該エアー供給源に接続して該空圧室にエアーを供給することで、該支持ピンは先端が該保持面から突出支持位置に位置づけられ、該支持ピンの先端で該インゴットを支持可能とし、
   該流路を該エアー吸引源に接続して該空圧室を減圧することで、該支持ピンは先端が該挿入孔に埋設する退避位置に緩やかに位置づけられ、該インゴットが該保持面で支持されるとともに、該インゴットが複数の該細孔に作用する負圧によって該保持面で吸引保持される、保持テーブル。
2. 該支持ピンは、弾性部材により退避位置に移動する向きに付勢され、
   該空圧室にエアーが供給されない際に、該支持ピンが該退避位置に位置付けられる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の保持テーブル。
3. 請求項１又は請求項２に記載の保持テーブルを備える加工装置。
4. インゴットからウェーハを分離する加工方法であって、
   ３以上の複数の支持ピンを保持テーブルの保持面から突出させる支持ピン突出ステップと、
   該支持ピンの先端にインゴットを載置して、該保持面の上方で該支持ピンによりインゴットを支持するステップと、
   該支持ピンを該保持面に埋没させるように緩やかに移動させるとともに、該インゴットを該保持面に載置して該保持面にて該インゴットを吸引保持する保持ステップと、
   レーザビームを該インゴットの所定の高さ位置に集光させるとともに、該保持テーブルを該レーザビームに対して相対的に水平移動させ、該インゴット内に分離層を形成するレーザ照射ステップと、
   を有する加工方法。