JP2014151347A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物を貫通したレーザービームにより被加工物を保持するチャックテーブルが損傷してしまうことを防止する。
【解決手段】複数のチップに区画された板状の被加工物１１を保持するチャックテーブル２８と、レーザービーム照射手段とを備え、チャックテーブルは、被加工物を保持する保持面６６を有し、被加工物の各チップ１５に対応するように保持面に形成された複数の凹部と、保持面から吸着部が突出する複数の吸着パッド７２と、一端が各吸着パッドに連通され、他端が吸引源に連通された吸引路と、被加工物の該切断予定ライン１３にそれぞれ対応し、各チップに対応して保持面を区画する保持面に形成された複数のレーザービーム逃げ溝６８と、を備え、レーザービーム逃げ溝は、被加工物に照射され被加工物を貫通したレーザービームが、レーザービーム逃げ溝の底面を損傷しない程度に拡散される深さに形成されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、板状の被加工物にレーザービームを照射して被加工物を切断するレーザー加工装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ、液晶素子等の各種デバイスは、シリコン基板、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ガラス基板等の表面において、格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された各領域にそれぞれ形成される。

そして、これらの被加工物を分割予定ラインに沿って切断することにより、被加工物は個々のデバイスチップに分割され、各種電気機器に広く利用されている。また、ＳＵＳ等の金属板も同様にチップに分割され放熱板等の役割を果たし、各種電気機器に利用されている。

これら各種被加工物の分割には、分割すべき領域にＣＯ_２レーザーを照射して加熱し、加熱された領域に冷却媒体を吹き付けることにより、当該分割すべき領域において被加工物を切断する技術が利用されている（例えば、特開平１０−３２３７７９号公報及び特開２０００−０６１６７７号公報参照）。

しかし、シリコン基板、サファイア基板、ＳｉＣ基板等の単結晶基板については、結晶方位の影響を受けるため、ＣＯ_２レーザーの照射によって加熱された領域から逸れて分割が行われてしまうことがある。

この問題を解決するため、特開２０１１−１５６５８２号公報には、まず被加工物に対して透過性を有する波長のレーザービームを照射して被加工物内部に改質層を形成した後、改質層に沿ってＣＯ_２レーザーを照射して加熱するとともに加熱された領域に冷却媒体を吹き付けて板状物を分割する方法が開示されている。

特開平１０−３２３７７９号公報 特開２０００−０６１６７７号公報 特開２０１１−１５６５８２号公報

しかし、レーザービームを照射して板状の被加工物を分割する際に、被加工物を貫通したレーザービームにより被加工物を保持するチャックテーブルが損傷してしまうという不具合がある。

また、ガラス基板や金属基板のレーザービームによる分割の場合、基板に掛かる衝撃が激しく、保持面による被加工物の吸引保持では加工中に被加工物が動いたり、飛散したりする恐れがある。特に、被加工物の中でも比較的保持面との接触面積が小さい端材部分に介してはその恐れが顕著である。

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、被加工物の確実な保持と被加工物を貫通したレーザービームにより被加工物を保持するチャックテーブルが損傷してしまうことを防止可能なレーザー加工装置を提供することである。

本発明によると、表面に設定された交差する複数の切断予定ラインによって複数のチップに区画された板状の被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザービームを照射して切断加工するレーザービーム照射手段とを備えたレーザー加工装置であって、該チャックテーブルは、被加工物を保持する保持面を有し、被加工物の各チップに対応するように該保持面に形成された複数の凹部と、該凹部内にそれぞれ配設されて該保持面から吸着部が突出する複数の吸着パッドと、一端が該各吸着パッドに連通され、他端が吸引源に連通された吸引路と、被加工物の該切断予定ラインにそれぞれ対応し、各チップに対応して該保持面を区画する該保持面に形成された複数のレーザービーム逃げ溝と、を備え、該レーザービーム逃げ溝は、被加工物に照射され被加工物を貫通した該レーザービームが、該レーザービーム逃げ溝の底面を損傷しない程度に拡散される深さに形成されていることを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

好ましくは、前記被加工物は、前記チップが複数形成されているチップ領域と、該チップ領域を囲繞する外周余剰領域とを有し、前記チャックテーブルは、前記保持面に保持された被加工物の該外周余剰領域部分を該保持面とで挟持する外周余剰領域押さえ手段を備え、該外周余剰領域押さえ手段は、該保持面と対面して被加工物を挟持する押さえ部と、前記レーザービーム逃げ溝に対応して該押さえ部に形成された複数の切欠き部と、を有する。

本発明のレーザー加工装置では、チャックテーブルが、レーザービームの照射によるチャックテーブルの損傷を防ぐレーザービーム逃げ溝を備え、保持面には被加工物を強力に吸着する吸着パッドが配設されているので、レーザー加工時にチャックテーブルの損傷及び被加工物の動きや飛散を抑えることができる。

請求項２記載の発明によると、保持面と対面して被加工物の外周余剰領域を挟持する押さえ部を有する外周余剰領域押さえ手段を備えているので、吸着パッドを設置できない程度の面積であっても同様に端材部分の動きや飛散を抑えることができる。

本発明実施形態に係るレーザー加工装置の斜視図である。 本発明実施形態に係るチャックテーブルの分解斜視図である。 チャックテーブルの斜視図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。

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、本発明実施形態に係るレーザー加工装置２の斜視図が示されている。レーザー加工装置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。

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、すなわちＸ軸方向に移動される。

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。

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。

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にレーザービーム照射ユニット３４が取り付けられている。レーザービーム照射ユニット３４は、ケーシング３５内に収容されたＣＯ_２レーザー発振器、ＹＡＧレーザー発振器、ファイバーレーザー発振器等のレーザー発振器と、ケーシング３５の先端に取り付けられた集光器（レーザーヘッド）３６とから構成される。レーザー発振器は連続波又はパルス波を発振する。

ケーシング３５の先端部には、集光器３６とＸ軸方向に整列してレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段３８が配設されている。撮像手段３８は、可視光によって被加工物１１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。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。

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。

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。

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。

撮像手段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、レーザービーム照射ユニット３４等に制御信号が出力される。

図２を参照すると、本発明実施形態に係るチャックテーブル２８の分解斜視図が示されている。図３はチャックテーブル２８の斜視図である。チャックテーブル２８は、ベース６２と、ベース６０の凹部６３中に複数のねじ６５により固定されたチャックテーブル本体部６４とを含んでいる。

チャックテーブル本体部６４は、被加工物１１を保持する保持面６６を有している。チャックテーブル本体部６４の保持面６６の外周部には、被加工物１１の外周余剰領域１９が載置される外周載置部６７が形成されている。

被加工物１１は、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼板）等から形成され、格子状に形成された複数の切断予定ライン１３によって各チップ１５に区画され、複数のチップ１５が存在するチップ領域１７と、チップ領域１７を囲繞する外周余剰領域１９とをその表面に有している。

チャックテーブル本体部６４には、被加工物１１の切断予定ライン１３にそれぞれ対応し、各チップ１５を区画するように保持面６６からベース６２に渡り伸長する複数のレーザービーム逃げ溝６８が形成されている。

各レーザービーム逃げ溝６８は、被加工物１１に照射され被加工物１１を貫通したレーザービームが、レーザービーム逃げ溝６８の底面、即ちベース６２を損傷しない程度に拡散される深さに形成されている。

チャックテーブル本体部６４の保持面６６には、被加工物１１の各チップ１５に対応するように複数の凹部７０（図４参照）が形成されており、各凹部７０内には保持面６６から吸着部が突出するように吸着パッド７２がそれぞれ配設されている。各吸着パッド７２は、ゴム等の弾性部材から形成されている。

各吸着パッド７２は、被加工物１１を吸引していない場合は、チャックテーブル本体部６４の保持面６６から１〜２ｍｍ程度突出しており、被加工物１１を吸着すると、保持面１１の高さと同等の高さとなる。

図４及び図５に示されるように、チャックテーブル本体部６４には各凹部７０に連通する貫通孔７１が形成されており、この貫通孔７１中にパイプ７４が挿入されている。パイプ７４の上端部に吸着パッド７２の基部が外嵌されている。従って、パイプ７４内に吸着パッド７２の吸引路７５が形成されている。

チャックテーブル２８のベース６２には、一端が各吸引路７５を介して吸着パッド７２に連通し、他端が図示しない電磁切替弁を介して吸引源７８に連通する吸引路７６が形成されている。

チャックテーブル２８で被加工物１１を保持するには、被加工物１１をチャックテーブル本体部６４の保持面６６上に搭載し、その上から外周余剰領域押さえ部材８２をチャックテーブル本体部６４にかぶせる。

この時、外周余剰領域押さえ部材８２に形成された切欠き８６をチャックテーブル本体部６４に螺合されているねじ８０にはめ込み、ねじ８０を締め付けることにより外周余剰領域押さえ部材８２はチャックテーブル本体部６４に固定される。

外周余剰領域押さえ部材８２はその外周に内側に突出する押さえ部８４を有しており、押さえ部８４にはチャックテーブル本体部６４に形成されたレーザービーム逃げ溝６８に対応する複数の切欠き部８５が形成されている。

図３に示すように、外周余剰領域押さえ部材８２がチャックテーブル本体部６４に固定されると、押さえ部８４が被加工物１１の外周余剰領域１９を上方から押さえることになる。

本実施形態のチャックテーブル２８は、以上詳述したように構成されているので、チャックテーブル２８で被加工物１１を吸引保持し、外周余剰領域押さえ部材８２をチャックテーブル本体部６４にかぶせた状態で、図５に示すように集光器３６からＣＯ_２レーザービーム３７等のレーザービームを被加工物１１の切断予定ライン１３に照射して被加工物１１をレーザー加工すると、被加工物１１を貫通したレーザービーム３７は、レーザービーム逃げ溝６８中に進入する。

ここで、レーザービーム逃げ溝６８はその底面、即ちベース６２を損傷しない程度にレーザービームが拡散される深さを有しているため、レーザービーム３７はレーザービーム逃げ溝６８中で拡散され、ベース６２の表面を殆ど傷つけることがない。

本実施形態では、ＣＯ_２レーザービーム等のレーザービームの平均出力は５０Ｗ以上、加工送り速度は５０ｍｍ／ｓ以上に設定されている。また、レーザービーム逃げ溝６８の深さは、３０ｍｍ以上、好ましくは５０ｍｍ以上に形成されている。

上述した本実施形態のチャックテーブル２８では、レーザービームによるチャックテーブル２８の損傷を防ぐ複数のレーザービーム逃げ溝６８を有しており、保持面６６には被加工物１１を強力に吸着する各チップに対応した吸着パッド７２を備えているので、ＣＯ_２レーザー等のハイパワーのレーザービームによるレーザー加工の際に、チャックテーブル２８の損傷及び被加工物１１の動きや飛散を抑えることができる。

また、図５に示すように、被加工物１１の外周余剰領域（端材部分）１９は、チャックテーブル本体部６４の外周載置部６７と外周余剰領域押さえ部材８２の押さえ部８４とで挟持されているので、レーザー加工により被加工物１１の外周余剰領域１９が切り離されても、端材である外周余剰領域１９の飛散を防止することができる。

２ レーザー加工装置
１１ 被加工物
１３ 切断予定ライン
１５ チップ
１７ チップ領域
１９ 外周余剰領域
２８ チャックテーブル
３６ 集光器（レーザーヘッド）
６２ ベース
６４ チャックテーブル本体部
６６ 保持面
６８ レーザービーム逃げ溝
７０ 凹部
７２ 吸着パッド
７５，７６ 吸引路
７８ 吸引源
８２ 外周余剰領域押さえ部材
８４ 押さえ部
８５ 切欠き部

Claims (2)

1. 表面に設定された交差する複数の切断予定ラインによって複数のチップに区画された板状の被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザービームを照射して切断加工するレーザービーム照射手段と、を備えたレーザー加工装置であって、
   該チャックテーブルは、
   被加工物を保持する保持面を有し、
   被加工物の各チップに対応するように該保持面に形成された複数の凹部と、
   該凹部内にそれぞれ配設されて該保持面から吸着部が突出する複数の吸着パッドと、
   一端が該各吸着パッドに連通され、他端が吸引源に連通された吸引路と、
   被加工物の該切断予定ラインにそれぞれ対応し、各チップに対応して該保持面を区画する該保持面に形成された複数のレーザービーム逃げ溝と、を備え、
   該レーザービーム逃げ溝は、
   被加工物に照射され被加工物を貫通した該レーザービームが、該レーザービーム逃げ溝の底面を損傷しない程度に拡散される深さに形成されていることを特徴とするレーザー加工装置。
2. 前記被加工物は、前記チップが複数形成されているチップ領域と、該チップ領域を囲繞する外周余剰領域とを有し、
   前記チャックテーブルは、前記保持面に保持された被加工物の該外周余剰領域部分を該保持面とで挟持する外周余剰領域押さえ手段を備え、
   該外周余剰領域押さえ手段は、
   該保持面と対面して被加工物を挟持する押さえ部と、
   前記レーザービーム逃げ溝に対応して該押さえ部に形成された複数の切欠き部と、
   を有することを特徴とする請求項１記載のレーザー加工装置。

Images