(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを保持する保持テーブルと、前記保持テーブルを鉛直方向を回転軸として回転可能に支持する回転支持部と、前記保持テーブルに保持された前記ワークにレーザービームを照射して加工するレーザー加工手段と、を含むレーザー加工装置であって、
前記回転支持部は、回転角度を検出するエンコーダを有し、
前記レーザー加工手段は、レーザービームを発振する発振器と、前記発振器から発振したレーザービームを反射するミラーと、前記ミラーで反射したレーザービームを前記ワークへ向けて集光する集光器と、前記保持テーブル上において少なくとも一軸方向に集光点を走査させる様に前記ミラーを動作させる動作部と、前記回転支持部の前記エンコーダから取得される前記回転支持部の回転角度情報に基づいて前記動作部を制御する動作制御部と、を含み、
前記保持テーブルを回転させながら前記一軸方向に集光点を走査させて前記ワークの加工予定ライン上に前記レーザービームを集光して照射することを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
前記動作部の動作加速度を低減させる様に前記保持テーブルの回転速度を制御する回転支持部制御手段を有する請求項１に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、レーザービームを使用して半導体ウェーハなどのワーク（被加工物）を加工するためのレーザー加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程においては、半導体ウェーハなどのワーク表面に分割予定ラインが格子状に形成され、この分割予定ラインによって区画された複数の領域それぞれにＩＣ，ＬＳＩなどのデバイスが形成される。その後、ワークは、分割予定ラインに沿って個々のデバイスごとに分割される。
【０００３】
ワークを分割する方法として、ワークを載せた保持テーブルをＸＹ平面内で走査し、分割予定ラインに沿ってワーク上にレーザービームを照射することにより、レーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿ってメカニカルブレーキング装置によってワークを割断する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【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】
ところで、ワークにおける加工予定ラインに曲線が含まれる場合、レーザービームによって二次元走査である曲線加工を施す必要がある。この場合、二次元走査としては、ワークを載せた保持テーブルをＸＹ平面内で走査する方式と、光学系をＸ，Ｙそれぞれの方向にワーク上を走査する方式の２つが考えられる。
【０００６】
ワークを載せた保持テーブルをＸＹ平面内で走査する方式では、駆動軸であるＸ軸、Ｙ軸それぞれの加減速を調整して駆動しなくてはならず、複雑な制御が必要となる。このような制御を行いつつ、重さが１ｋｇを超える保持テーブルを、数１００ｍｍ／ｓｅｃ以上の速度、かつ、数μｍの誤差精度で駆動することは困難である。
【０００７】
また、光学系をＸ，Ｙそれぞれの方向にワーク上を走査する方式では、ミラーの反射位置を変えることにより光軸を平行移動させるか、あるいは、ミラーの角度を変えることにより光軸の角度を変える必要がある。ミラーの反射位置を変えることにより光軸を平行移動させた場合は、走査位置によって発振器から集光器までの光路長が変化するため、加工位置によって集光条件が少しずつ異なってしまう。ミラーの角度を変えることにより光軸の角度を変えた場合は、走査位置によって集光器から加工位置までの光路長が変化するため、加工位置によって集光条件が少しずつ異なってしまう。
【０００８】
したがって、集光条件の差異が許容できる範囲内の加工であれば、重量の少ない光学系を走査して加工することもできるが、広範囲の加工となると、光学系の走査の高速化が困難であり、また集光条件の差異も大きくなってしまう。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、高速かつ高精度にワーク上に曲線加工を施すことが可能な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】
【００１０】
本発明のレーザー加工装置は、ワークを保持する保持テーブルと、前記保持テーブルを鉛直方向を回転軸として回転可能に支持する回転支持部と、前記保持テーブルに保持された前記ワークにレーザービームを照射して加工するレーザー加工手段と、を含むレーザー加工装置であって、前記回転支持部は、回転角度を検出するエンコーダを有し、前記レーザー加工手段は、レーザービームを発振する発振器と、前記発振器から発振したレーザービームを反射するミラーと、前記ミラーで反射したレーザービームを前記ワークへ向けて集光する集光器と、前記保持テーブル上において少なくとも一軸方向に集光点を走査させる様に前記ミラーを動作させる動作部と、前記回転支持部の前記エンコーダから取得される前記回転支持部の回転角度情報に基づいて前記動作部を制御する動作制御部と、を含み、前記保持テーブルを回転させながら前記一軸方向に集光点を走査させて前記ワークの加工予定ライン上に前記レーザービームを集光して照射することを特徴とする。
【００１１】
このレーザー加工装置によれば、回転する保持テーブルに保持されたワークの加工予定ラインに対して、少なくとも一軸方向に集光点が走査されることにより、ワークの加工予定ラインに沿って集光されたレーザービームが照射される。すなわち、保持テーブルの回転運動と、光学系の一次元走査の組み合わせにより、ワーク上に曲線加工を施す構成となっている。したがって、ワークを載せた保持テーブルのＸＹ平面内での走査や、光学系のＸ，Ｙそれぞれの方向への走査が必要ない。この結果、高速かつ高精度にワーク上に曲線加工を施すことが可能となる。
【００１２】
本発明のレーザー加工装置においては、前記動作部の動作加速度を低減させる様に前記保持テーブルの回転速度を制御する回転支持部制御手段を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高速かつ高精度にワーク上に曲線加工を施すことが可能なレーザー加工装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態に係るレーザー加工装置の装置全体を示す構成図（ａ）およびレーザービーム加工手段を示す構成図（ｂ）である。
【図２】上記実施の形態に係るレーザー加工装置の機能ブロック図である。
【図３】上記実施の形態に係るレーザー加工装置を用いて施すレーザー加工の説明図である。
【図４】上記実施の形態に係るレーザー加工装置を用いて施すレーザー加工の説明図である。
【図５】上記実施の形態に係るレーザー加工装置を用いて施すレーザー加工の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
（レーザー加工装置の構成について）
図１は、本発明の一実施の形態に係るレーザー加工装置１の（ａ）装置全体を示す構成図および（ｂ）レーザービーム加工手段を示す構成図である。
【００１６】
図１（ａ）に示すレーザー加工装置１は、加工台１０上にＹ軸方向に形成された一対のＹ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂが設けられている。そして、Ｙ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂに沿ってＹ軸方向に移動自在に、Ｙ軸テーブル１２が設置されている。Ｙ軸テーブル１２の背面側には、図示しないナット部が形成され、このナット部にボールネジ１３が取り付けられている。そして、ボールネジ１３の端部には、駆動モーター１４が連結され、駆動モーター１４によってボールネジ１３は回転駆動される。
【００１７】
Ｙ軸テーブル１２上には、Ｘ軸方向に形成された一対のＸ軸ガイドレール１５ａ，１５ｂが設けられている。そして、Ｘ軸ガイドレール１５ａ，１５ｂに沿ってＸ軸方向に移動自在に、Ｘ軸テーブル１６が設置されている。Ｘ軸テーブル１６の背面側には、図示しないナット部が形成され、このナット部にボールネジ１７が取り付けられている。そして、ボールネジ１７の端部には、駆動モーター１８が連結され、駆動モーター１８によってボールネジ１７は回転駆動される。
【００１８】
Ｘ軸テーブル１６上に、回転支持部２１を介して、保持テーブル２０が設置されている。そして、加工予定ライン３０に沿って加工されるワークＷは、粘着テープ３１を介して環状フレーム３２に支持された状態で、この保持テーブル２０に保持される。
【００１９】
保持テーブル２０は、回転支持部２１の上部に設けられたワークＷを吸着保持するワーク保持部２２と、環状フレーム３２を保持するフレーム保持部２３と、を備えている。
【００２０】
回転支持部２１は、保持テーブル２０を鉛直方向（Ｚ軸方向）を回転軸として回転可能に支持している。回転支持部２１は、後述する回転支持部制御手段２１２の制御の下、保持テーブル２０を回転させる。
【００２１】
ワークＷとしては、例えば、シリコン（Ｓｉ），ガリウムヒソ（ＧａＡｓ），シリコンカーバイト（ＳｉＣ）などの半導体ウェーハや、チップ実装用としてウェーハの裏面に設けられるＤＡＦなどの粘着部材、あるいは、半導体製品のパッケージ、または、セラミック，ガラス，サファイア（Ａｌ２Ｏ３）系の無機材料基板、ＬＣＤドライバなどの各種電子部品、さらには、ミクロンオーダーの加工位置精度が要求される各種加工材料などが挙げられる。
【００２２】
また、加工台１０の後部には支柱部２４が立設されている。支柱部２４の上端部には、保持テーブル２０の上方に伸びたアーム２５が設けられている。このアーム２５の先端部には、保持テーブル２０に保持されたワークＷにレーザービームを照射するレーザー照射ユニット２６が支持されている。レーザー照射ユニット２６には、光学系であるレーザー加工手段２７が収納されている。
【００２３】
図１（ｂ）に示すレーザー加工手段２７は、レーザービームを発振する発振器２７１と、発振器２７１から発振したレーザービームを反射する複数のミラー２７２〜２７４と、ミラー２７４を往復揺動可能に駆動する動作部２７５と、ミラー２７４で反射したレーザービームを保持テーブル２０上のワークＷへ集光する集光器２７６と、から構成されている。ミラー２７４は、動作部２７５の一端に取り付けられており、ミラー２７２、２７３は、発振器２７１から発振したレーザービームをミラー２７４に反射させる位置に配置されている。動作部２７５は、例えば、ガルバノスキャナで構成され、後述する動作制御部２７７の制御の下、ミラー２７４を駆動して反射角度を変更する。レーザー加工手段２７においては、動作部２７５でミラー２７４の反射角度を制御することにより、発振器２７１からのレーザービームの集光点を、保持テーブル２０のワークＷ上で走査することができるものとなっている。
【００２４】
図２は、レーザー加工装置１の機能ブロック図である。図２に示すように、回転支持部制御手段２１２は、回転支持部２１に接続され、回転支持部２１の回転速度を制御する。具体的には、回転支持部制御手段２１２は、後述するエンコーダ２１１からフィードバックされる回転角度および回転速度を参照しながら回転支持部２１の回転速度を低減又は増加させる。このような回転支持部制御手段２１２の制御によって、保持テーブル２０の回転速度が決定される。
【００２５】
回転支持部２１は、エンコーダ２１１を備えている。エンコーダ２１１は、例えば、ロータリエンコーダで構成され、回転支持部２１の回転角度および回転速度を検出する。そして、エンコーダ２１１は、検出した回転支持部２１の回転角度情報を動作制御部２７７に出力する。また、エンコーダ２１１は、検出した回転支持部２１の回転角度および回転速度を、回転支持部制御手段２１２にフィードバックする。
【００２６】
動作制御部２７７は、動作部２７５に接続され、動作部２７５の動作を制御する。具体的には、動作制御部２７７は、エンコーダ２１１から取得される回転支持部２１の回転角度情報に基づいてミラー２７４から反射するレーザービームの集光点がワークＷ上の所望位置に配置されるように動作部２７５を制御する。このような動作制御部の制御によって、ミラー２７４が駆動され、ワークＷ上の集光点が走査される。
【００２７】
エンコーダ２１１から取得される回転支持部２１の回転角度が０°ではない場合、すなわち、保持テーブル２０が回転している場合は、動作制御部２７７は、動作部２７５がミラー２７４を一次元駆動するよう制御する。ここで、ミラー２７４の一次元駆動とは、ミラー２７４を図１（ｂ）における矢印ａまたは矢印ｂで示すいずれかの方向にのみ駆動することをいう。
【００２８】
また、エンコーダ２１１から取得される回転支持部２１の回転角度が０°である場合、すなわち、保持テーブル２０が回転していない場合は、動作制御部２７７は、動作部２７５がミラー２７４を二次元駆動するよう制御する。ここで、ミラー２７４の二次元駆動とは、ミラー２７４を図１（ｂ）における矢印ａおよび矢印ｂで示す方向に駆動することをいう。
【００２９】
エンコーダ２１１から取得される回転支持部２１の単位時間あたりの回転角度が大きいほど、保持テーブル２０の回転速度は速く、動作部２７５によるミラー２７４の駆動は高速となる。一方、エンコーダ２１１から取得される回転支持部２１の単位時間あたりの回転角度が小さいほど、保持テーブル２０の回転速度は遅く、動作部２７５によるミラー２７４の駆動は低速となる。
【００３０】
（レーザー加工装置１を用いて施すレーザー加工について）
以下、図３から図５を参照して、レーザー加工装置１を用いて施すレーザー加工について説明する。なお、以下では、図３に示すように、レーザー加工対象であるワークＷが矩形であり、ワークＷに角の丸い三角形状の加工予定ライン３０と、この三角形の各内角近傍に配置された円形状の加工予定ライン３０とが指定される場合について示す。以下では、説明の便宜上、三角形状の加工予定ライン３０を加工予定ライン３０の外周部３０１と呼び、円形状の加工予定ライン３０を加工予定ライン３０の詳細部３０２と呼ぶものとする。
【００３１】
最初に、ワークＷの加工予定ライン３０の外周部３０１に対してレーザー加工を施す場合について説明する。図３，図４は、ワークＷの加工予定ライン３０の外周部３０１をレーザー加工する場合の平面図である。加工予定ライン３０の外周部３０１を加工する場合、本実施の形態に係るレーザー加工装置１においては、保持テーブル２０を回転させながらワークＷに対してレーザー加工が施される。
【００３２】
まず、図３（ａ）に示すように、上記のように構成されたレーザー加工装置１において、ワークＷを保持テーブル２０上に搬入する。すると、ワークＷは、図示しない吸着源により、ワーク保持部２２に吸着される。そして、集光点４０がワークＷの加工予定ライン３０の外周部３０１の近傍に位置するように、Ｘ軸テーブル１６、Ｙ軸テーブル１２によって保持テーブル２０の位置が調整される。
【００３３】
続いて、保持テーブル２０を回転させながら集光点４０を一軸方向に走査して、ワークＷの加工予定ライン３０の外周部３０１に沿ってレーザー加工を施す。このとき、レーザー加工装置１では、回転支持部制御手段２１２によって、回転支持部２１の回転速度が制御され、回転支持部２１を介して保持テーブル２０が回転される。そして、エンコーダ２１１から取得される回転支持部２１の回転角度情報に基づいて、動作制御部２７７によって動作部２７５が制御される。すると、動作部２７５に取り付けられたミラー２７４は一次元駆動し、これに伴って、ワークＷ上において集光点４０が一次元走査される。
【００３４】
保持テーブル２０を回転させると、加工予定ライン３０は、図３（ｂ）において鎖線で示すような軌跡を描いて回転する。これより、加工予定ライン３０の外周部３０１におけるどの点も、矢印Ｒで示す位置を必ず通過していることがわかる。したがって、矢印Ｒの幅に等しいレーザービームの必要走査幅ｄにおいて、集光点４０を少なくとも一軸方向に一次元走査することで、加工予定ライン３０の外周部３０１の全体をレーザー加工することが可能となる。このように、本実施の形態にかかるレーザー加工装置１によれば、保持テーブル２０を回転させながら集光点４０を一軸方向に走査して、ワークＷの加工予定ライン３０の外周部３０１に沿ってレーザー加工を施すので、レーザービームの必要走査幅ｄを縮小することができる。
【００３５】
なお、集光点４０を少なくとも一軸方向に一次元走査するとは、図１（ｂ）におけるｘ軸またはｙ軸方向のいずれかにのみ集光点４０を走査するように、動作部２７５によってミラー２７４を駆動することをいう。例えば、集光点４０は、矢印Ｒ上を往復するように走査される。
【００３６】
ワークＷの加工予定ライン３０に沿って施すレーザー加工としては、例えば、ワークＷの加工予定ライン３０に沿ってワークＷをアブレーションによってフルカットする加工や、ワークＷの加工予定ライン３０に沿ってワークＷ上に溝を形成する加工や、ワークＷの加工予定ライン３０に沿ってワークＷの内部にレーザービームの焦点を当て、照射部分を脆くした改質層を形成する加工などが挙げられる。ここで、改質層とは、ワークＷの密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。例えば、（１）溶融処理領域、（２）クラック領域、絶縁破壊領域、（３）屈折率変化領域等が該当し、これらが混在した領域であってもよい。
【００３７】
ところで、加工予定ライン３０の形状によっては、回転位置によって加工予定ライン３０の集光点４０の振り幅が大きく異なる場合がある。図４（ａ）は、加工予定ライン３０ａ（鎖線で示す）を２０°回転し、加工予定ライン３０ｂ（一点鎖線で示す）の位置まで移動させたときの、集光点４０ａ，４０ｂの位置を示している。このとき、集光点４０の振り幅は、実線Ａで示す集光点４０ａ−４０ｂ間の距離に等しい。
【００３８】
一方、図４（ｂ）は、加工予定ライン３０ｃ（鎖線で示す）を２０°回転し、加工予定ライン３０ｄ（一点鎖線で示す）の位置まで移動させたときの、集光点４０ｃ，４０ｄの位置を示している。このとき、集光点４０の振り幅は、実線Ｂで示す集光点４０ｃ−４０ｄ間の距離に等しい。
【００３９】
図４（ａ），（ｂ）より、同じ角度を回転した場合であっても、回転位置によって加工予定ライン３０の集光点４０の振り幅が大きく異なることがわかる。集光点４０ｃ−４０ｄ間の距離（図４（ｂ）の実線Ｂ）は、集光点４０ａ−４０ｂ間の距離（図４（ａ）の実線Ａ）より大きいため、集光点４０を走査するための動作部２７５によるミラー２７４の単位時間当たりの動作範囲も大きくなる。したがって、図４（ｂ）に示す状態は、図４（ａ）に示す状態と比較して、動作部２７５の動作加速度が大きいといえる。すなわち、図４（ｂ）に示す状態は、図４（ａ）に示す状態と比較して、動作部２７５やミラー２７４を含むレーザー加工手段２７にかかる負荷が増大しているといえる。
【００４０】
ここで、動作部２７５の動作加速度を低減するためには、回転支持部制御手段２１２によって、保持テーブル２０の回転速度を減速する制御をすればよい。動作部２７５の動作加速度を低減することで、集光点４０の振り幅が大きくても、レーザー加工手段２７にかかる負荷を低減させることができる。また、その後、集光点４０の振り幅が減少した場合は、レーザー加工の速度を上げるため、回転支持部制御手段２１２によって保持テーブル２０の回転速度を増大する制御をすればよい。
【００４１】
続いて、ワークＷの加工予定ライン３０の詳細部３０２に対してレーザー加工を施す場合について説明する。図５は、ワークＷの加工予定ライン３０の詳細部３０２をレーザー加工する場合の平面図である。ここで、詳細部３０２とは、集光条件の差異が許容できる範囲内でレーザー加工を施すことができる大きさの加工予定ライン３０を指す。加工予定ライン３０の詳細部３０２を加工する場合、本実施の形態に係るレーザー加工装置１においては、保持テーブル２０を停止した状態でワークＷに対してレーザー加工が施される。
【００４２】
まず、図５に示すように、集光点４０がワークＷの加工予定ライン３０の詳細部３０２の近傍に位置するように、Ｘ軸テーブル１６、Ｙ軸テーブル１２によって保持テーブル２０の位置を調整する。その後、集光点４０を二次元走査して、加工予定ライン３０の詳細部３０２に沿ってワークＷにレーザー加工を施す。このとき、レーザー加工装置１では、回転支持部制御手段２１２によって、回転支持部２１を回転させる制御はなされていない。したがって、保持テーブル２０は回転せず、動作制御部２７７は、エンコーダ２１１から取得される回転支持部２１の回転角度が０°という情報に基づいて動作部２７５を制御する。すなわち、動作制御部２７７は、動作部２７５によってミラー２７４が二次元駆動されるよう制御し、これに伴って、ワークＷ上において集光点４０が二次元走査される。このように集光点４０を二次元走査することで、加工予定ライン３０の詳細部３０２全体をレーザー加工することが可能となる。
【００４３】
なお、集光点４０を二次元走査するとは、図１（ｂ）におけるｘ軸およびｙ軸方向に集光点４０を走査するように、動作部２７５によってミラー２７４を駆動することをいう。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態に係るレーザー加工装置１によれば、回転する保持テーブル２０に保持されたワークＷの加工予定ライン３０（外周部３０１）に対して、少なくとも一軸方向に集光点４０が走査されることにより、ワークＷの加工予定ライン３０に沿って集光されたレーザービームが照射され、レーザー加工が施される。そのため、レーザービームによって曲線加工を施す場合でも、ワークＷを載せた保持テーブル２０のＸＹ平面内での走査や、集光点４０のＸ，Ｙそれぞれの方向への走査が必要ない。この結果、集光条件を維持した状態でワークＷに対してレーザー加工を施すことができるので、高速かつ高精度にワーク上に曲線加工を施すことができる。
【００４５】
また、本実施の形態に係るレーザー加工装置１によれば、レーザー加工手段２７における動作部２７５の動作加速度を低減させるように、保持テーブル２０の回転速度を制御する回転支持部制御手段２１２を有する。そのため、集光点４０の振り幅が大きい場合でも、レーザー加工手段２７への負荷を増大させることなく、レーザー加工を施すことができる。この結果、レーザー加工手段２７の使用に伴う経年劣化を抑制でき、長期間に亘って加工精度を確保することができる。
【００４６】
さらに、本実施の形態に係るレーザー加工装置１によれば、保持テーブル２０を水平面内で平行移動させる移動部であるＸ軸テーブル１６およびＹ軸テーブル１２を有し、かつ、レーザー加工手段２７における動作部２７５は、ミラー２７４をｘ軸およびｙ軸方向に駆動し、集光点４０を一軸方向だけでなく、この一軸方向に交差する方向にも走査させるよう構成されている。そのため、集光点４０を二次元走査して、加工予定ライン３０の詳細部３０２に沿ってワークＷにレーザー加工を施すことができる。したがって、重量のある保持テーブル２０を回転させることなく、重量の少ない光学系側のみを動かして、高速かつ高精度にワークＷにレーザー加工を施すことができる。
【００４７】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【００４８】
例えば、上記実施の形態においては、ワークＷが矩形であり、加工予定ライン３０が角の丸い三角形状の外周部３０１と、円形状の詳細部３０２とで構成される場合について説明している。しかしながら、ワークＷおよび加工予定ライン３０の形状については、上記構成に限定されるものではなく、任意の形状を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上説明したように、本発明は、高速かつ高精度にワーク上にレーザーによる曲線加工を施すことができるという効果を奏し、特に、ワークにおける加工予定ラインに曲線が含まれる場合に有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１  レーザー加工装置
１２  Ｙ軸テーブル
１６  Ｘ軸テーブル
２０  保持テーブル
２１  回転支持部
２１１  エンコーダ
２１２  回転支持部制御手段
２２  ワーク保持部
２６  レーザー照射ユニット
２７  レーザー加工手段
２７１  発振器
２７２，２７３，２７４  ミラー
２７５  動作部
２７６  集光器
２７７  動作制御部
３０  加工予定ライン
３０１  外周部
３０２  詳細部
４０  集光点
Ｗ  ワーク
【図１】
0005519426.tif 000002
【図２】
0005519426.tif 000003
【図３】
0005519426.tif 000004
【図４】
0005519426.tif 000005
【図５】
0005519426.tif 000006