JP2018094596A - レーザー加工装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウエーハ等の板状の被加工物を効率よく加工することができるレーザー加工装置を提供する。【解決手段】複数の被加工物を収容するカセット72a、72bを載置するカセットテーブル71と、搬出手段6と、搬出された該被加工物を仮置きする仮置手段5と、該仮置手段5からチャックテーブル34まで被加工物を搬送する搬送手段8と、加工すべき領域を検出する撮像手段43と、X軸方向移動手段37と、Y軸方向移動手段36と、レーザー光線照射手段4と、含み、該X軸方向移動手段37は、移動基台33と、X軸案内レール322を備えたX軸テーブル32と、該移動基台33を移動する駆動源と、から構成され、該Y軸方向移動手段36は、Y軸案内レール31と、該X軸テーブル32を移動する駆動源と、から構成され、該移動基台33は、炭素繊維強化プラスチックで構成されているレーザー加工装置1が提供される。【選択図】図2
Description
本発明は、ウエーハ等の板状の被加工物を効率よく加工でき、生産性を向上させるレーザー加工装置に関する。
IC、LSI等のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたウエーハはレーザー加工装置によって分割予定ラインが加工され個々のデバイスに分割されてパソコン、携帯電話、テレビ等の電気機器に利用される。
レーザー加工装置としては、複数の被加工物を収容するカセットを載置するカセットテーブルと、該カセットテーブルに載置されたカセットからウエーハを搬出する搬出手段と、該搬出手段によって搬出されたウエーハを仮置きする仮置手段と、該仮置手段からチャックテーブルまでウエーハを搬送する搬送手段と、該チャックテーブルに保持されたウエーハを撮像し加工すべき領域を検出する撮像手段と、該チャックテーブルに保持されたウエーハにレーザー光線を照射する集光器を備えたレーザー光線照射手段と、から少なくとも構成されたものが知られており(例えば、特許文献1を参照。)、ウエーハを保持したチャックテーブルをレーザー光線照射手段に対して往復運動させることにより、ウエーハを高精度に加工することができる。
上述したレーザー加工装置によれば、被加工物であるウエーハに対し高精度に加工を実施することは可能であるものの、上記従来技術においては、ウエーハを支持するチャックテーブルが装着される移動基台がステンレス(比重7.9)で構成されており、レーザー光線照射手段に対して往復運動させる際の慣性力によってチャックテーブルの高速移動が制限され、効率よくウエーハを加工できないという問題がある。
本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、ウエーハを含む被加工物を効率よく加工することができるレーザー加工装置を提供することにある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、板状の被加工物にレーザー光線を照射して加工を施すレーザー加工装置であって、複数の被加工物を収容するカセットを載置するカセットテーブルと、該カセットテーブルに載置されたカセットから被加工物を搬出する搬出手段と、該搬出手段によって搬出された該被加工物を仮置きする仮置手段と、該仮置手段からチャックテーブルまで被加工物を搬送する搬送手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の加工すべき領域を検出する撮像手段と、該チャックテーブルをX軸方向に加工送りするX軸方向移動手段と、該チャックテーブルをX軸方向と直交するY軸方向に割り出し送りするY軸方向移動手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザー光線を照射する集光器を備えたレーザー光線照射手段と、を少なくとも含み、該X軸方向移動手段は、該チャックテーブルを支持する移動基台と、該移動基台をX軸方向にガイドするX軸案内レールを備えたX軸テーブルと、該移動基台を移動する駆動源と、から構成され、該Y軸方向移動手段は、該X軸テーブルをY軸方向にガイドするY軸案内レールと、該X軸テーブルを移動する駆動源と、から構成され、該移動基台は、炭素繊維強化プラスチックで構成されているレーザー加工装置が提供される。
本発明のレーザー加工装置は、複数の被加工物を収容するカセットを載置するカセットテーブルと、該カセットテーブルに載置されたカセットから被加工物を搬出する搬出手段と、該搬出手段によって搬出された該被加工物を仮置きする仮置手段と、該仮置手段からチャックテーブルまで被加工物を搬送する搬送手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物の加工すべき領域を検出する撮像手段と、該チャックテーブルをX軸方向に加工送りするX軸方向移動手段と、該チャックテーブルをX軸方向と直交するY軸方向に割り出し送りするY軸方向移動手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザー光線を照射する集光器を備えたレーザー光線照射手段と、を少なくとも含み、該X軸移動手段は、該チャックテーブルを支持する移動基台と、該移動基台をX軸方向にガイドするX軸案内レールを備えたX軸テーブルと、該移動基台を移動する駆動源と、から構成され、該Y軸方向移動手段は、該X軸テーブルをY軸方向にガイドするY軸案内レールと、該X軸テーブルを移動する駆動源と、から構成され、該移動基台は、炭素繊維強化プラスチックで構成されているため、従来のステンレスにより形成された移動基台に対して往復移動に伴う慣性力が1/4となり、例えば、装置の大きさに制限された範囲内で従来の移動基台を高速移動させようとした場合の移動速度が最大で1000mm/秒であるのに対し、本発明における移動基台を採用した場合の移動速度は、2000mm/秒、即ち2倍程度まで上昇させることが可能となり、効率よくレーザー加工を実施することが可能になる。
以下、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1には、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の一実施形態の斜視図が示されている。図示の実施形態におけるレーザー加工装置1は、静止基台2と、該静止基台2上に配設され、被加工物を保持する保持テーブル機構3と、該保持テーブル機構3に保持された被加工物に対しレーザー加工を施すレーザー光線照射手段4とを備えている。
図1に記載されたレーザー加工装置1の主要な構成要素をそれぞれ分解して示す図2を参照しながら説明を続けると、保持テーブル機構3は、静止基台2上に矢印Yで示すY軸方向に沿って平行に配設された一対のY軸案内レール31、31と、該Y軸案内レール31、31上に矢印Yで示すY軸方向に移動可能に配設されたX軸テーブル32と、該X軸テーブル32の上面に矢印Xで示すX軸方向に沿って平行に配設された一対のX軸案内レール322、322と、該X軸案内レール322、322上に配設され矢印Xで示すX軸方向に移動可能に配設された移動基台33と、該移動基台33上に支持されるチャックテーブル34と、該チャックテーブル34の上面を形成し通気性を有するポーラスセラミックスから構成される吸着チャック35と、該X軸テーブル32をY軸案内レール31、31に沿ってY軸方向に移動させるためのY軸方向移動手段36と、該移動基台33をX軸案内レール322,322に沿ってX軸方向に移動させるためのX軸方向移動手段37と、から構成されている。なお、吸着チャック35は、図示しない吸引ポンプに接続されており、上面に載置される被加工物を吸引保持することが可能に構成されている。
該Y軸方向移動手段36は、2本のY軸案内レール31、31の間に配設されY軸方向に延在するY軸リニアレール361と、該Y軸リニアレール361に移動可能に嵌挿されX軸テーブル32の下面に装着されたY軸コイル可動子362とを備えている。該Y軸リニアレール361は、例えば複数の円柱状の永久磁石のN極とS極とを交互に接合して軸状に構成し、この軸状に構成された複数の円柱状の永久磁石をステンレス鋼の非磁性材からなる円筒状のケースに配設して構成されている。このように構成されたY軸リニアレール361は、その両端部に図2に示すような支持部材363が装着され(図1、2では一方のみが図示されている。)、この支持部材363を介して支持基台2の上面に取り付けられる。Y軸リニアレール361とY軸コイル可動子362とからなるY軸方向移動手段36は、駆動源としての所謂リニアシャフトモータを構成しており、Y軸コイル可動子362に電流が流れると磁力による吸引力、反発力を繰り返して推力が発生する。従って、Y軸コイル可動子362に印加する電流の方向を変えることにより、Y軸コイル可動子362がY軸リニアレール361に沿って移動する方向を変更することができる。このようにY軸方向に対する移動は、チャックテーブル34の加工送り方向に直交する所謂割り出し送り方向に移動させるものであり、割り出し送り機構として作用する。
該X軸方向移動手段37は、該移動基台33をX軸方向に移動させる駆動源として、上記したY軸方向移動手段36と略同様な構成を備えており、移動基台33をX軸方向でガイドする2本のX軸案内レール322、322の間に配設されX軸方向に延在するX軸リニアレール371と、該X軸リニアレール371に移動可能に嵌挿され移動基台33の下面に装着されたX軸コイル可動子372とからなっている。該X軸リニアレール371は、例えば、複数の円柱状の永久磁石のN極とS極とを交互に接合して軸状に構成し、この軸状に構成された複数の円柱状の永久磁石をステンレス鋼の非磁性材からなる円筒状のケースに配設して構成されている。このように構成されたX軸リニアレール371は、その両端部に図2に示すよう支持部材373、373が装着され、この支持部材373を介してX軸テーブル32の上面に取り付けられる。X軸リニアレール371とX軸コイル可動子372とからなるX軸方向移動手段37は、Y軸方向移動手段36と同様の所謂リニアシャフトモータを構成しており、X軸コイル可動子372に電流が流れると磁力による吸引力、反発力を繰り返して推力が発生する。従って、X軸コイル可動子372に印加する電流の方向を変えることにより、X軸コイル可動子372がX軸リニアレール371に沿って移動する方向を変更することができる。このようにX軸方向に対する移動は、チャックテーブル34を所謂加工送り方向に移動させるものであり、加工送り機構として作用する。
図3を参照しながら、本発明に基づき構成される該移動基台33及び該移動基台33上に支持されるチャックテーブル34について、より具体的に説明する。図では、移動基台33に嵌挿されるチャックテーブル34を移動基台33から分離し、斜め下方から見た状態で記載している。該チャックテーブル34は、軽量セラミックスで形成され、該移動基台33は、炭素繊維強化プラスチック(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastic)から構成されている。CFRPは、母材にはエポキシ樹脂が採用され、炭素繊維に対して母材となるエポキシ樹脂を含浸して得られるプリプレグを加熱し硬化させて形成される。該形成工程(母材、炭素繊維の割合、硬化時間等)により若干の幅が生じるが、その比重は略1.5〜2.0程度で形成される。CFRPは、ステンレス(比重:7.9)等の金属で形成されたものよりも極めて軽量な素材であり、高強度の素材である。
図3に示すように、該移動基台33の上面中央には円形状の凹部331が形成され、該凹部331には有底の円筒部材332が回転可能に嵌挿されている。該円筒部材332の底部333には、吸気孔334、335が形成されており、中央に形成されている吸気孔334は、チャックテーブル34の下面に形成された円形凸部34aが該円筒部材332に嵌挿された際に該円形凸部34aの中央に形成された通気孔34bに接続される。さらに、該吸気孔335は、チャックテーブル34が該円筒部材332に嵌挿された際にチャックテーブル34を吸引保持すべく形成されている。そして、移動基台33上に載置されるチャックテーブル34は、円筒部材332の回転と共に図中矢印で示す方向に回転自在構成される。
図2に戻り説明を続けると、レーザー光線照射手段4は、一般的に知られている構成を採用することができ、レーザー光線発振器、出力調整用のアッテネータ、レーザー光線の照射方向を調整するガルバスキャナ、反射ミラー、集光器4aに含まれる集光レンズ等により構成される(図示は省略する。)。撮像手段43は、加工領域に移動させられたチャックテーブル34に保持された被加工物の加工すべき領域を検出するものであり、撮像手段顕微鏡を構成する光学系と撮像素子(CCD)を備え、撮像した画像信号を制御手段に送り、図示しない表示手段に表示することが可能に構成されている。なお、制御手段は、コンピュータにより構成され、制御プログラムに従って演算処理する中央演算処理装置(CPU)と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ(ROM)と、検出した検出値、演算結果等を一時的に格納するための読み書き可能なランダムアクセスメモリ(RAM)と、入力インターフェース、及び出力インターフェースとを備えている(図示は省略する。)。
図1、2を参照しながら説明を続けると、静止基台2の上面であって、チャックテーブル34が滑動可能に配設されたX軸テーブル32に対してY軸方向の位置に仮置手段5が配設され、該仮置手段5は、回転可能な仮置テーブル51と、該仮置テーブル51に仮置きされる被加工物の外周を検出する外周検出部52を有している。外周検出部52には、図2に示すように、仮置テーブル51の高さで横向きに開口する開口部52aが備えられ、該開口部52aの上方に発光素子、下方の該発光素子と対向する位置に受光素子を備えている(おって詳述する。)。さらに、該外周検出部52は、静止基台2の内部に配設された駆動機構によって、図中矢印で示す方向、すなわち、仮置テーブル51に対して近接、離反する方向に移動することが可能に構成されている。なお、仮置テーブル51は透明の樹脂のプレートで構成されており、図示しない回転角度センサにより、仮置テーブル51の回転角度が検出されるようになっている。
本実施形態のレーザー加工装置1では、図2に示すように、静止基台2上に配設された仮置手段5及び保持テーブル機構3が配設された領域に対してX軸方向に隣接した位置に、搬出手段6を備えている。該搬出手段6には、搬出機構載置台60と、搬出機構61と、該搬出機構61をY軸方向に移動させる搬出機構移動手段62とが備えられている。
該搬出機構61は、搬出用移動基台611と、搬出用移動基台611に内蔵されるエアシリンダによって上下方向に進退する円筒部材612と、該円筒部材612の上端部に回動可能にその一端部が接続された平板状の第1のアーム部613aと、該第1のアーム部613aの他端部に回動可能にその一端部が接続される第2のアーム部613bと、第2のアーム部613bの他端部に、ロボットハンド614が接続されている。該ロボットハンド614の下面には、複数の吸引孔が形成されており(図示は省略する。)、該円筒部材612、第1、第2のアーム部613a、613bを介して吸引源に接続され、該吸引源の作動、非作動を制御することにより被加工物を吸着したり、離反したりすることが可能になっている。なお、上記したロボットハンド614は、第2のアーム部613b側の他端部における支持部において、その上下を反転させる動作が可能であり、吸引孔を形成した面を上方に向けることもできる。
該搬出機構移動手段62は、上述したY軸方向移動手段36、X軸方向移動手段37と概ね同一の構成からなるものであって、搬出機構載置台60の上面にY軸方向に配設された2本の搬出用案内レール621、621を含み、この搬出用案内レール621、621の間にはY軸方向に延在するリニアレール622が配設され、該リニアレール622に移動可能に嵌挿され搬出機構61の搬出用移動基台611の下面に装着されたコイル可動子623とからなっている。該リニアレール622は上述したY軸方向移動手段36、X軸方向移動手段37を構成するY軸リニアレール361、X軸リニアレール371と同様の構成であり、その両端部には図2に示すように支持部材624が装着され、この支持部材624を介して搬出機構載置台60の上面に取り付けられる。リニアレール622とコイル可動子623とからなる搬出機構移動手段62は、所謂リニアシャフトモータを構成しており、コイル可動子623に電流が流れると磁力による吸引力、反発力を繰り返して推力が発生する。従って、コイル可動子623に印加する電流の方向を変えることにより、コイル可動子623がリニアレール622に沿って移動する方向を変更することができる。
静止基台2上に配設されるX軸テーブル32に沿うように、静止基台2に隣接してレーザー光線照射手段4を内蔵するハウジング40が備えられる。ハウジング40は、床面から垂直上方に延びる垂直壁部41と、該垂直壁部41の上端部から水平方向に延びる水平壁部42から構成され、図1に示すように、該水平壁部42の先端部の下面には、X軸方向に並んで搬送手段8、撮像手段43、及びレーザー光線照射手段4の集光器4aが配設される。
図に示すように、カセット載置機構7は、静止基台2のX軸方向において上記搬出手段6を間に挟むようにして配設されている。カセット載置機構7には、加工前の被加工物が収容される加工前カセット72aと、加工後の被加工物が収容される加工済みカセット72bと、該加工前カセット72a、加工済カセット72bがY軸方向に並んで載置されるカセットテーブル71とが備えられる。図に示すように、加工前カセット72aは、仮置手段5に近い位置に配設され、加工済みカセット72bは、チャックテーブル34の受け取り位置(図1に示すチャックテーブルが位置付けられている位置)に近い側に配設されていることが好ましい。なお、チャックテーブル34の「受け取り位置」とは、チャックテーブル34をX軸テーブル32上でX軸方向に移動させ、チャックテーブル34の中心が、仮置テーブル51の中心からY軸方向に引いた線上で一致する位置である。
図1に示すように、上記したハウジング40の水平壁部42の下面には、該仮置テーブル51上の被加工物を吸着し、受け取り位置にあるチャックテーブル34上に搬送する搬送手段8が設けられる。図2では水平壁部42から搬送手段8を分離して上方に示しており、当該図に基づいてより具体的に説明すると、搬送手段8は、周知のベルト機構を内蔵するケーシング81と、該ケーシング81の側壁において長手方向に開口する開口孔82と、ケーシング81に内蔵された該ベルト機構に支持され開口孔82から外部に延びる搬送アーム83と、該搬送アーム83の先端部において下方に向けて進退可能に装着されたロッド84と、該ロッド84の先端部にて支持される吸着パッド85を備えている。該吸着パッド85は、下面側に図示しない吸引孔が複数形成されており、ロッド84、搬送アーム83を介して図示しない吸引源に接続され、吸着パッド85の下面側で被加工物を吸着し、または離反させることができるようになっている。
本発明に従い構成されたレーザー加工装置1は、概ね以上のような構成を備えており、図4〜10に基づいてその作用について説明する。なお図4〜10では、ハウジング40は説明の都合上省略されている。
本実施形態のレーザー加工装置1によってレーザー加工を実施するに当たり、オペレータは、カセット載置機構7のカセットテーブル71上に、加工前の被加工物(本実施形態においては、シリコンのウエーハWであるとする。)が収容された加工前カセット72aと、加工された後のウエーハWを収容するために空の状態で用意される加工済カセット72bとを載置する。なお、本実施形態におけるレーザー加工装置1は、ウエーハWに対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射し、ウエーハWの内部に改質層を形成するレーザー加工を行うものであり、加工前カセット72aには、デバイスが形成された表面側に保護テープが貼着され該表面側が上方を向いた状態で所定の間隔で収容されている。
オペレータによって、レーザー加工装置1に対し、レーザー加工の開始が指示されると、先ず、搬出機構移動手段62を作動して、搬出機構61の搬出用移動基台611を加工前カセット72aの前に位置付ける。搬出機構61を加工前カセット72aの前に位置付けたならば、図4(a)に示すように、加工前カセット72aに収容されている加工前のウエーハWを搬出すべく加工前カセット72a内にロボットハンド614を進入させる。このとき、ロボットハンド614の吸気孔が形成された面は上方に向けられている。加工前カセット72a内には、加工前の複数のウエーハWが、水平な状態で上下に所定の間隔を開けて収容されており、該ロボットハンド614の吸引孔が形成された面を上方に向けた状態で所定のウエーハWの下面側に進入させ、加工前のウエーハWの裏面側を下方から吸引する。
加工前カセット72a内においてロボットハンド614の吸引孔が形成された面によって加工前のウエーハWの裏面を吸引したならば、第1のアーム613a、第2のアーム613bを適宜回動させることにより、加工前カセット72aから加工前のウエーハWを取り出すと共に、図4(b)に示すように、ロボットハンド614に吸引されたウエーハWを仮置テーブル51に向けて移動させる。この間に、ロボットハンド614の吸引孔が形成された面が下方側に、すなわちウエーハWを保持した面側が下方に向くように回転される。そして、仮置テーブル51上に移動させたならば、円筒部材612を下降させることにより仮置テーブル51上にウエーハWを当接させて、吸引源の作動を停止し吸引状態を解除する。なお、図4(a)に示すように、仮置テーブル51側の中央にも吸引源に接続された吸引孔51aが設けされており、ロボットハンド614側の吸着状態の解除と同時に仮置テーブル51側の吸引孔51aからの吸引を行えば、スムースに仮置テーブル51に対してウエーハWを吸引させることができる。このようにして仮置テーブル51には加工前のウエーハWが裏面側を上にして保持される。
加工前のウエーハWを仮置テーブル51上に吸引保持したならば、外周検出部52を作動してウエーハWの外周部、及びウエーハWの結晶方位を示すノッチNの位置を検出する外周検出工程を実施する。外周検出工程についてより具体的に説明する。図5(a)に示すように、外周検出部52は、ウエーハWを仮置テーブル51に載置する際にウエーハWに接触しないように、仮置テーブル51から離れた退避位置に移動させられている。ウエーハWが仮置きテーブル51に載置された後、図5(b)に示すように、図示しない駆動手段を作動させて、外周検出部52を仮置テーブル51側に移動させ、仮置テーブル51の外周部を開口部52aに進入させる。このとき、図示しない制御手段には、加工対象となるウエーハWの寸法(直径)が予め登録されており、図5(c)に示すように、概ねウエーハWの外周位置が開口部52aの中心になるように位置付けられる。図に示されているように、開口部52aの上方には図中左右方向に所定の長さを有する発光素子521が配設され、下方には、該発光素子521と対向する位置に受光素子522、例えばラインセンサが配設されている。該外周検出部52の作用についてさらに説明する。
搬送手段8を用いて、仮置テーブル51上にあるウエーハWを、上述した受け取り位置にあるチャックテーブル34上に搬送する場合、該ウエーハWの中心位置が、チャックテーブル34の中心を通るY軸線上で一致している必要がある。しかし、上述した搬出手段6によって加工前のウエーハWが仮置テーブル51上に載置される際に、ウエーハWの中心位置を正確に仮置テーブル51の中心位置と一致するように載置することは困難であり、仮置テーブル51上のウエーハWの中心位置がずれたまま、搬送手段8によって仮置テーブル51からチャックテーブル34に搬送した場合、チャックテーブル34の中心とウエーハWの中心がずれることになる。そこで、本実施形態では、この外周検出部52を用いてウエーハWの外周、及びウエーハWの結晶方位を示すノッチNの位置を検出し、仮置テーブル51上に吸引保持されているウエーハWの中心位置と、ノッチNが位置する方向を把握する。以下にその検出方法について説明する。
図5(c)に示した状態で、発光素子521、受光素子522を作動させると共に、仮置テーブル51を図示しない駆動手段を用いて図5(b)に示す方向に回転させる。上述したように、仮置テーブル51は、透明のプレートにより構成され、回転位置が検出されていることから、発光素子521により照射された光がウエーハWにより遮光される領域と、ウエーハWが存在せず遮光されずに受光素子522に到達する領域が区別され、仮置テーブル51の回転角度と対応させながら仮置テーブル51上におけるウエーハWの外縁形状が検出される。また、このようにウエーハの外縁形状が把握されることにより、ウエーハWの結晶方位を示すノッチNも検出することができる。
図6(a)、(b)を参照しながら、仮置テーブル51に対する位置ずれ量とその角度を算出する方法について説明する。図6(a)に示すように、上述した外周検出部52により、ウエーハWの回転角度に対応して外縁形状が検出されると、予め記憶されている仮置テーブル51の外縁に対し最も近い距離の最小値dminと、最も離れた距離の最大値dmaxとがその回転角度位置と共に把握される。また、該最小値dminと該最大値dmaxとが得られる位置を結ぶ直線L1(一点鎖線で示す)が特定されると、該L1は必ずウエーハWの中心O1と、予めその位置が特定されている仮置テーブル51の中心O2を通ることから、以下の式(1)により、仮置テーブル51の中心O2に対し、ウエーハWの中心O1がdmin側にどの程度ずれているのかが把握される。
[dmax−dmin]/2=ずれ量 ・・・・・・・(1)
[dmax−dmin]/2=ずれ量 ・・・・・・・(1)
例えば、本実施形態における最大値dmaxが8mm、最小値dminが2mmであるとすると、上記式(1)に基づいてそのずれ量を計算すれば、ウエーハWの中心O1は仮置テーブル51の中心O2から最小値dmin側に3mmずれていることが把握される。また、外周検出部52により直線L1が検出されると、該直線L1のY軸方向(点線Pで示す)に対する傾斜角度θ1が把握されると共に、ノッチNの位置も把握されていることから、ウエーハWの中心とノッチNを結ぶ直線L2(二点鎖線で示す)と該直線L1とがなす角度θ2も把握される。上記ウエーハWの位置、ずれ量、角度は図示しない制御手段のメモリに記憶される。
上述したように、仮置テーブル51上におけるウエーハWの位置のずれ量(3mm)と、その方向(θ1)が把握されたならば、図6(b)に示すように、仮置テーブル51をθ1だけ回転させて、直線L1と、Y軸方向を示す直線Pとを一致させる。その結果、ウエーハWの中心O1と、仮置テーブル51の中心O2とがY軸方向において並び、ウエーハWの中心O1が、仮置テーブル51の中心O2に対してY軸方向に3mmずれた状態となる。それと同時に、ノッチNのY軸方向(直線P)に対する傾斜角度がθ2となることが把握される。
仮置テーブル51をθ1だけ回転させたら、次に搬送手段8を用いて、ウエーハWをチャックテーブル34に搬送する搬送工程を実施する。図7(a)に示すように、搬送手段8の搬送アーム83を図示しない駆動手段により作動し吸着パッド85を仮置テーブル51上に位置付け、ロッド84を伸長させて降下させ、吸着パッド85をウエーハWに当接させて、図示しない吸引源を作動させることによって吸着パッド85によりウエーハWを吸着する。このとき、吸着パッド85は、常にその中心が仮置テーブル51の中心O2と一致するように設定されているので、ウエーハWの中心O1は、吸着パッド85の中心に対してY軸方向に3mmずれた状態で吸着パッド85に吸着される。
吸着パッド85にウエーハWが吸着されたならば、ロッド84を短縮させて吸着パッド85を上昇させ、図7(b)に示すように、そのまま搬送アーム83をY軸方向に移動させる。このとき、チャックテーブル34は、その中心が仮置テーブル51の中心O2とY軸方向で並ぶ位置、すなわち受け取り位置に位置付けられており、搬送アーム83をY軸方向に規定量だけ移動させることにより吸着パッド85の中心と、受け取り位置にあるチャックテーブル34の中心とを一致させることが可能になっている。ここで、上述したように、吸着パッド85に吸着されたウエーハWは、Y軸方向に3mmずれて吸着されていることが把握され制御手段に記憶されているため、搬送アーム83によるウエーハWの搬送時に、その3mmだけ移動量が補正される。すなわち、該規定量よりも3mm少ない距離が搬送アーム83の移動距離となる。そして、図7(b)に示すように、規定量に対し補正された距離だけ搬送アーム83を移動させると、平面視でウエーハWとチャックテーブル34の中心が一致した位置に位置付けられて、ロッド84を伸長して吸着パッド85を降下させることにより、チャックテーブル34上に中心が一致した状態でウエーハWが載置される。ウエーハWがチャックテーブル34上に載置されたならば、吸着パッド85側の吸引手段の作動を停止すると共に、チャックテーブル34の保持面を形成する吸着チャック35に作用する吸引手段を作動させてウエーハWを吸引保持する。なお、ウエーハWは、このときデバイスが形成された表面側が図示しない保護テープを介してチャックテーブル34上に載置される。
図8(a)に示すように、上述した搬送手段8によれば、ウエーハWの中心O1がチャックテーブル34の中心O3に正確に位置付けられ、載置される。しかし、この状態では、ウエーハWのノッチNの位置が、予め規定された点線Pで示す方向に対して直線L2で示すように角度θ2だけずれている。このθ2は上述したように、仮置テーブル52に載置された状態で外周検出部52によって検出され、制御手段のメモリに記憶されている。よって、制御手段に記憶されたθ2の値を参照しながら、図8(b)に示すように、チャックテーブル34をθ2だけノッチNを規定の位置に移動させる。これにより、ノッチNの位置が修正され、ウエーハWの結晶方位が、レーザー加工に適した所定の方向に位置付けられる。
上述した工程を経ることにより、チャックテーブル34上にウエーハWが正しく載置され、チャックテーブル34を図1で示す撮像手段43、レーザー光線照射手段4の集光器4aの下方位置に移動させることによりレーザー加工工程を実行することができる。該レーザー加工工程を実施するに際しては、先ず撮像手段43により、加工対象となるウエーハWの加工領域を撮像して、集光器4aと該加工領域との位置合わせを行う所謂アライメントを実行する。そして、該アライメントによって得られた位置情報に基づき、上述したY軸方向移動手段36、X軸方向移動手段37を作動させることにより集光器4aとウエーハWの加工領域を相対的に移動させながらパルスレーザー光線を照射してレーザー加工を実施する。なお、本実施形態の撮像手段43は、例えば、シリコンからなるウエーハWの裏面側からアライメントを可能にすべく、ウエーハWの裏面側からシリコンを透過する赤外線を照射する光源と、該赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子(赤外線CCD)等で構成されている。
例えば、本実施形態におけるレーザー加工条件は、以下のような加工条件を選択することができる。
レーザー光線の波長 :1064nm
繰り返し周波数 :10kHz
平均出力 :1.0W
加工送り速度 :2000mm/秒
レーザー光線の波長 :1064nm
繰り返し周波数 :10kHz
平均出力 :1.0W
加工送り速度 :2000mm/秒
これにより、ウエーハWを分割する分割予定ラインに沿ってウエーハWの内部に改質層を形成する。ここで、本発明に基づいてCFRP(炭素繊維強化プラスチック)により形成された移動基台33を用いた場合の作用効果について、従来のステンレスにより形成された移動基台の場合と比較して具体的に説明する。
先ず、本発明の移動基台33と、従来の移動基台とを比較するに当たり、本実施形態におけるレーザー加工装置1を用いることとし、移動基台以外は、同様の構成とする。レーザー加工装置1においてレーザー加工を施す場合、X軸案内レール322、322上に載置される移動基台33は、該受け取り位置から所定の距離で加速し、加工領域では等速運動が行われる。従来の移動基台の重量をmとすると、本発明の移動基台はそのm/4となる。従来の移動基台において所定距離で等速に達するための加速度をa1、本発明の移動基台が所定距離で等速に達するための加速度をa2とする。同じレーザー加工装置であるから、本発明の移動基台33を移動させる慣性力F1と従来の移動基台を移動させる慣性力F2とが同一であるとすると、
F1=a1・m=F2=a2・(m/4)
であるから、
a1=a2/4 ・・・・(1)
である。
両移動基台が等速に達する所定距離は同じであるから、従来の移動基台が等速に達する時間をt1、本発明の移動基台33が等速に達する時間をt2とすると、
である。当該式により、
(a1/2)・t1 2=(a2/2)・t2 2
が導かれ、式(1)をこの式に導入することにより、
t2=t1/2 ・・・・(2)
となる。
そして、上記所定距離において達することができる速度を、従来の移動基台でV1、本発明の移動基台33でV2であるとすると、
V1=a1・t1 ・・・・(3)
V2=a2・t2 ・・・・(4)
であり、式(1)〜(4)から
V2=2a1・t1 ・・・・(5)
が導かれる。従来の移動基台が達成できる速度V1が1000mm/secとすると、
式(3)から、
a1・t1=1000[mm/sec]
であるから、
V2=2000[mm/sec]
とすることができるのである。
なお、本実施形態におけるレーザー加工の工程については、周知の技術であり、本発明の要部を構成しないため、詳細については省略する。
F1=a1・m=F2=a2・(m/4)
であるから、
a1=a2/4 ・・・・(1)
である。
両移動基台が等速に達する所定距離は同じであるから、従来の移動基台が等速に達する時間をt1、本発明の移動基台33が等速に達する時間をt2とすると、
である。当該式により、
(a1/2)・t1 2=(a2/2)・t2 2
が導かれ、式(1)をこの式に導入することにより、
t2=t1/2 ・・・・(2)
となる。
そして、上記所定距離において達することができる速度を、従来の移動基台でV1、本発明の移動基台33でV2であるとすると、
V1=a1・t1 ・・・・(3)
V2=a2・t2 ・・・・(4)
であり、式(1)〜(4)から
V2=2a1・t1 ・・・・(5)
が導かれる。従来の移動基台が達成できる速度V1が1000mm/secとすると、
式(3)から、
a1・t1=1000[mm/sec]
であるから、
V2=2000[mm/sec]
とすることができるのである。
なお、本実施形態におけるレーザー加工の工程については、周知の技術であり、本発明の要部を構成しないため、詳細については省略する。
本実施形態のレーザー加工装置1においては、上記のような構成を備えていることにより、搬送手段8を用いてチャックテーブル34にウエーハWを搬送した後、レーザー加工を実施している間に、図7(b)に示すように、搬出手段6を作動して、加工前カセット72aから加工前の新たなウエーハWを搬出し、仮置テーブル51に載置し保持させることができる。すなわち、仮置テーブル51からウエーハWが搬送された後は、すぐに搬出手段6を作動させて、図4(a)、(b)で示したような動作をさせ、新たなウエーハWを仮置テーブル51上に載置し、吸引保持させることができるのである。そして、先にチェックテーブル34に搬送されたウエーハWがレーザー加工されている間に、外周検出部52を作動させて仮置テーブル51上に保持された新たなウエーハWの位置のずれ量、その方向、及びノッチNの位置を検出し、適宜仮置テーブル51を回転させることにより、そのずれ方向を修正しておくことができる。
先にチャックテーブル34に搬送されレーザー加工が実施されたウエーハWは、チャックテーブル34と共にチャックテーブル34の受け取り位置に移動させられる。図9に示すように、該受け取り位置にチャックテーブル34が移動させられたならば、搬出手段6の搬出機構61が、搬出機構移動手段62の作動により搬出用案内レール621、621上を移動させられて該受け取り位置近傍に位置付けられる。搬出機構61が該受け取り位置近傍に移動させられたならば、図に示されているように円筒部材612、第1のアーム613a、第2のアーム613b、ロボットハンド614を作動させて、チャックテーブル34上の加工済みウエーハWをロボットハンド614の下面側で吸着する。
該ロボットハンド614を作動させて加工済みのウエーハWを吸着したならば、さらに、第1のアーム613a、第2のアーム613b、円筒部材612を作動させて、図10に示すように、加工済カセット72bの所定の位置に該加工済みウエーハWを収容する。なお、加工済ウエーハWは、チャックテーブル34において吸着された後、ロボットハンド614が回転し、デバイスが形成された表面側が上方にされており、裏面側を下方にしてカセット72bに収容される。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、加工前カセット72aにおいて加工前ウエーハWの裏面側を上方にして収容しておき、ロボットハンド614により上方からウエーハWの裏面側を吸着して搬出すると共に、チャックテーブル34上の加工済ウエーハWをロボットハンド614で吸着した後、ロボットハンド614を回転させずに、裏面側を上方に向けたまま加工済カセット72bに収容するようにしても良い。
搬出機構61によりチャックテーブル34からウエーハWを搬出した後は、搬送手段8を作動させて、仮置テーブル51上に保持されている次の加工対象となるウエーハWをチャックテーブル34に搬送し、図7に基づき説明したように、ノッチNの方向を修正し、レーザー加工工程を実施することができる。すなわち、本発明に基づき構成された上記レーザー加工装置においては、加工後のウエーハWが加工前のウエーハWが搬送される経路を通らずに、直接加工済カセット72bに収容されるようになっている。よって、加工前にウエーハWの経路と重複することがなく、効率よくウエーハWを加工することが可能となるのである。
本発明は、上述した実施形態に限定されず、種々の変形例を想定することができる。例えば、本実施形態では、仮置手段5の仮置テーブル51を透明のプレートによって形成し、外周検出部52に配設した発光素子521、受光素子522によってウエーハWの外周位置を検出したが、これに限定されるものではない。仮置テーブル51が透明なプレートでない場合は、外周検出部52の開口部52aの上方に下方に向けてレーザー光線を照射して、反射したレーザー光線を受信することにより仮置テーブル上の凹凸を検出し外周位置を検出したり、他にも周知の超音波、赤外線により仮置テーブル上の凹凸を検出することで外周位置を検出したり、さらには、画像認識処理等の手段により外径形状を認識するようにしてもよい。
本実施形態では、加工済カセット72aと、加工前カセット72bとを用意したが、本発明はこれに限定されず、カセットを1つのみ用意し、加工済みのウエーハWを加工前に収容していたカセットの所定の位置に戻すようにしてもよい。
本実施形態では、ウエーハWに対し透過性を有する波長のレーザー光線を照射して、内部に改質層を形成するレーザー加工を実施する場合について説明したが、これに限定されず、ウエーハWに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射して、所謂アブレーション加工を施すレーザー加工装置に適用することもできる。本発明は、そのレーザー加工の種別に係わりなく適用することができる。
本実施形態では、Y軸方向移動手段36、X軸方向移動手段37、搬出機構移動手段62について、所謂リニアシャフトモータによって駆動する例を説明したが、本発明はこれに限定されず、所謂ボールねじをモータによって回転し、モータの回転運動を直線運動に変換する機構を用いて上述した移動手段の駆動源とすることもできる。
本実施形態では、外周検出部52に開口部52aを設け、外周検出部52を仮置テーブル51方向に移動可能に構成し、仮置テーブル51に載置されたウエーハWの外周を挟むように構成したが、レーザー加工装置1において加工されるウエーハWには種々のサイズが想定され、ウエーハWの外周位置が一定しないことから、該開口部52aによって上下に挟む位置を、加工対象となるウエーハWの寸法に合わせて適宜移動させるようにしてもよい。また、必要に応じて、該外周検出部52を交換してウエーハWの寸法違いに対応することも可能である。
1:レーザー加工装置
2:静止基台
3:保持テーブル機構
31、31:Y軸案内レール
32:X軸テーブル
322:X軸案内レール
33:移動基台
34:チャックテーブル
35:吸着チャック
36:Y軸方向移動手段
361:Y軸リニアレール
362:Y軸コイル可動子
37:X軸方向移動手段
371:X軸リニアレール
4:レーザー光線照射手段
43:撮像手段
5:仮置手段
51:仮置テーブル
51a:吸引孔
52:外周検出部
52a:開口部
6:搬出手段
60:搬出機構載置台
61:搬出機構
611:搬出用移動基台
612:円筒部材
613a:第1のアーム
613b:第2のアーム
614:ロボットハンド
62:搬出機構移動手段
621:搬出用案内レール
622:リニアレール
623:コイル可動子
7:カセット載置機構
71:カセットテーブル
72a:加工前カセット
72b:加工済カセット
8:搬送手段
81:ケーシング
82:開口孔
83:搬送アーム
84:ロッド
85:吸着パッド
2:静止基台
3:保持テーブル機構
31、31:Y軸案内レール
32:X軸テーブル
322:X軸案内レール
33:移動基台
34:チャックテーブル
35:吸着チャック
36:Y軸方向移動手段
361:Y軸リニアレール
362:Y軸コイル可動子
37:X軸方向移動手段
371:X軸リニアレール
4:レーザー光線照射手段
43:撮像手段
5:仮置手段
51:仮置テーブル
51a:吸引孔
52:外周検出部
52a:開口部
6:搬出手段
60:搬出機構載置台
61:搬出機構
611:搬出用移動基台
612:円筒部材
613a:第1のアーム
613b:第2のアーム
614:ロボットハンド
62:搬出機構移動手段
621:搬出用案内レール
622:リニアレール
623:コイル可動子
7:カセット載置機構
71:カセットテーブル
72a:加工前カセット
72b:加工済カセット
8:搬送手段
81:ケーシング
82:開口孔
83:搬送アーム
84:ロッド
85:吸着パッド
Claims (1)
- 板状の被加工物にレーザー光線を照射して加工を施すレーザー加工装置であって、
複数の被加工物を収容するカセットを載置するカセットテーブルと、
該カセットテーブルに載置されたカセットから被加工物を搬出する搬出手段と、
該搬出手段によって搬出された該被加工物を仮置きする仮置手段と、
該仮置手段からチャックテーブルまで被加工物を搬送する搬送手段と、
該チャックテーブルに保持された被加工物の加工すべき領域を検出する撮像手段と、
該チャックテーブルをX軸方向に加工送りするX軸方向移動手段と、
該チャックテーブルをX軸方向と直交するY軸方向に割り出し送りするY軸方向移動手段と、
該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザー光線を照射する集光器を備えたレーザー光線照射手段と、を少なくとも含み、
該X軸方向移動手段は、該チャックテーブルを支持する移動基台と、該移動基台をX軸方向にガイドするX軸案内レールを備えたX軸テーブルと、該移動基台を移動する駆動源と、から構成され、
該Y軸方向移動手段は、該X軸テーブルをY軸方向にガイドするY軸案内レールと、該X軸テーブルを移動する駆動源と、から構成され、
該移動基台は、炭素繊維強化プラスチックで構成されているレーザー加工装置。
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