JP5154838B2

JP5154838B2 - レーザー加工装置

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Publication number: JP5154838B2
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Inventors: 龍吾大庭; 洋司森數
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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ー加工を施すレーザー加工装置、更に詳しくはレーザー光線の集光スポット形状を調整可能にしたレーザー加工装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列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切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。また、サファイヤ基板の表面にフォトダイオード等の受光素子やレーザーダイオード等の発光素子等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々のフォトダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。

上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに形成されたストリートに沿ってパルスレーザー光線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破断する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
特開２００４−９１３９号公報

被加工物に照射するレーザー光線は、出力、波長、繰り返し周波数、集光スポット形状等によって加工条件を適宜調整することができる。しかるに、集光スポット形状は、円形や長軸と短軸の比が異なる楕円形に適宜変更することが困難であり、加工条件の調整が制約されるという問題がある。

上記事実に鑑み本出願人は、レーザー光線を集光する集光器を第１のシリンドリカルレンズと該第１のシリンドリカルレンズと集光方向が直交する方向に位置付けられた第２のシリンドリカルレンズによって構成し、第１のシリンドリカルレンズと第２のシリンドリカルレンズの間隔を調整することにより、レーザー光線の集光スポット形状を円形や短軸と長軸の比が異なる楕円形に容易に変更することができるレーザー加工装置を特願２００５−３３１１１８号として提案した。

而して、上述した集光器はシリンドリカルレンズの組み合わせにより集光スポット形状を変更する構成であるため、収差の影響で円形スポットの形状が正方形に近い形状となる。従って、例えば半導体デバイス等にビアホールを穿設する場合に、円形のビアホールを形成することができない。
また、上述したシリンドリカルレンズの組み合わせからなる集光器は、集光スポット形状が円形か楕円形のいずれかになる。したがって、楕円形の集光スポットによる加工と円形の集光スポットによる加工を同時に実施することができない。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、レーザー光線の集光スポット形状を真円形と楕円形に形成することができるとともに、楕円形の集光スポットと円形の集光スポットを同時に形成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、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光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該レーザー光線照射手段は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段によって発振されたレーザー光線を第１の偏光面を有する第１のレーザー光線と該第１の偏光面と直交する第２の偏光面を有する第２のレーザー光線とに分光するビームスプリッターと、該レーザー光線発振手段と該ビームスプリッターとの間に配設されたロータリーλ／２波長板と、該ビームスプリッターによって分光された該第１のレーザー光線を導く第１の光路に配設された集光レンズと、該ビームスプリッターによって分光された該第２のレーザー光線を導く第２の光路に配設され該第２のレーザー光線を該ビームスプリッターに戻す第１の反射ミラーと、該ビームスプリッターと該第１の反射ミラーとの間に配設された第１のλ／４波長板と、該第２の光路を介して該ビームスプリッターに戻された該第２のレーザー光線が分光される第３の光路に配設され該第３の光路に分光された該第２のレーザー光線を該ビームスプリッターに戻す第２の反射ミラーと、該ビームスプリッターと該第２の反射ミラーとの間に配設された第２のλ／４波長板と、該ビームスプリッターと該第２のλ／４波長板との間に配設されたシリンドリカルレンズとを具備し、該第３の光路を介して該ビームスプリッターに戻された該第２のレーザー光線が該第１の光路を介して該集光レンズに導かれる、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

本発明におけるレーザー加工装置によれば、楕円形の集光スポットと円形の集光スポットを同時に形成することができるので、種々のレーザー加工を実施することができる。

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、更に詳細に説明する。

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斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２に上記矢印Ｘで示す方向（X軸方向）と直角な矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構４と、該レーザー光線ユニット支持機構４に矢印Ｚで示す方向（Z軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット５とを具備している。

上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上に矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上に矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動可能に配設された第一の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持されたカバーテーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１上に被加工物である例えば円盤状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル３６には、後述する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。

上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面に矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第一の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向（X軸方向）に移動せしめられる。

図示の実施形態におけるレーザー加工機は、上記チャックテーブル３６の加工送り量を検出するための加工送り量検出手段３７４を備えている。加工送り量検出手段３７４は、案内レール３１に沿って配設されたリニアスケール３７４aと、第１の滑動ブロック３２に配設され第１の滑動ブロック３２とともにリニアスケール３７４aに沿って移動する読み取りヘッド３７４bとからなっている。この送り量検出手段３７４の読み取りヘッド３７４bは、図示に実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出する。従って、加工送り量検出手段３７４は、チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出するX軸方向位置検出手段として機能する。なお、上記加工送り手段３７の駆動源としてパルスモータ３７２を用いた場合には、パルスモータ３７２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することもできる。また、上記加工送り手段３７の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することもできる。

上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動させるための第１の割り出し送り手段３８を具備している。第１の割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動せしめられる。

図示の実施形態におけるレーザー加工機は、上記第２の滑動ブロック３３の割り出し加工送り量を検出するための割り出し送り量検出手段３８４を備えている。割り出し送り量検出手段３８４は、案内レール３２２に沿って配設されたリニアスケール３８４aと、第２の滑動ブロック３３に配設され第２の滑動ブロック３３とともにリニアスケール３８４aに沿って移動する読み取りヘッド３８４bとからなっている。この送り量検出手段３８４の読み取りヘッド３８４bは、図示に実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出する。従って、割り出し送り量検出手段３８４は、チャックテーブル３６のY軸方向位置を検出するY軸方向位置検出手段として機能する。なお、上記割り出し送り手段３８の駆動源としてパルスモータ３７２を用いた場合には、パルスモータ３８２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出することもできる。また、上記第１の割り出し送り手段３８の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出することもできる。

上記レーザー光線照射ユニット支持機構４は、静止基台２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上に矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一側面に矢印Ｚで示す方向（Z軸方向）に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動させるための第２の割り出し送り手段４３を具備している。第２の割り出し送り手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロッド４３１と、該雄ねじロッド４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロッド４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動せしめられる。

図示の実施形態のおけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられ後述するレーザー光線照射を収容する円筒形状のケーシング５２を具備している。ユニットホルダ５１は、上記装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝５１１、５１１が設けられており、この被案内溝５１１、５１１を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、矢印Ｚで示す方向（Z軸方向）に移動可能に支持される。

図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１を一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向（Z軸方向）に移動させるための移動手段５３を具備している。移動手段５３は、一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロッド（図示せず）と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、ユニットホルダ５１および後述するレーザ光線照射手段を収容する円筒形状のケーシング５２を案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向（Z軸方向）に移動せしめる。なお、図示の実施形態においてはパルスモータ５３２を正転駆動することにより後述するレーザー光線照射手段を収容するケーシング５２を上方に移動し、パルスモータ５３２を逆転駆動することにより後述するレーザー光線照射手段を収容する円筒形状のケーシング５２を下方に移動するようになっている。

上記円筒形状のケーシング５２に収容されるレーザー光線照射手段について、図２および図３を参照して説明する。
図２示すレーザー光線照射手段６は、パルスレーザー光線を発振するＹＶＯ４パルスレーザー発振器或いはＹＡＧパルスレーザー発振器を備えたパルスレーザー光線発振手段６１と、該パルスレーザー光線発振手段６１から発振されたパルスレーザー光線LBの出力を調整する出力調整ユニット６２と、出力調整ユニット６２によって出力が調整されパルスレーザー光線LBを第１の偏光面を有する第１のレーザー光線LB1と該第１の偏光面と直交する偏光面を有する第２の偏光面を有する第２のレーザー光線LB2とに分光するビームスプリッター６３を具備している。上記ビームスプリッター６３によって分光された第１のレーザー光線LB1は例えばP波に相当する第１の偏光面を有しており、第２のレーザー光線LB2は例えばS波に相当する第２の偏光面を有している。

図２に示すレーザー光線照射手段６は、レーザー光線発振手段６１から発振されたパルスレーザー光線LBの出力を調整する出力調整ユニット６２とビームスプリッター６３との間に配設されたロータリーλ／２波長板６４を具備している。このロータリーλ／２波長板６４は、レーザー光線照射手段６から発振されたパルスレーザー光線の偏光面の方向を調整してビームスプリッター６３に導く。即ち、ロータリーλ／２波長板６４は、レーザー光線照射手段６から発振されたパルスレーザー光線LBの偏光面の方向を調整することにより、ビームスプリッター６３によって分光される第１のレーザー光線LB1と第２のレーザー光線LB2をそれぞれ任意の割合で第１の光路60aと第２の光路60bに導かせる機能と、第１のレーザー光線LB1のみを第１の光路60aに導かせる機能と、第２のレーザー光線LB2のみを第２の光路60bに導かせる機能を備えている。

上記第１の光路60aには、集光レンズ６５１を備えた集光器６５が配設されている。この集光レンズ６５１は、上記第１のレーザー光線LB1および後述する第２のレーザー光線LB2を集光して上記チャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する。なお、上記レーザー光線発振手段６１から発振されるパルスレーザー光線LBは断面が円形であるから、ビームスプリッター６３によって分光され集光レンズ６５１によって集光される第１のレーザー光線LB1の集光スポットS1は直径がD1の真円となる。

上記第２の光路60bには、上記ビームスプリッター６３によって分光された第２のレーザー光線LB2をビームスプリッター６３に戻す第１の反射ミラー６６が配設されている。また、第２の光路60bには、ビームスプリッター６３と第１の反射ミラー６６との間に第１のλ／４波長板６７が配設されている。この第１のλ／４波長板６７は、ビームスプリッター６３によって分光された第２のレーザー光線LB2の第２の偏光面を円偏光（螺旋偏光）に偏光するとともに、上記第１の反射ミラー６６によって反射された第２のレーザー光線LB2の円偏光（螺旋偏光）の偏光面を第１の偏光面に偏光してビームスプリッター６３に導く。

上記第１の反射ミラー６６によって反射され第１のλ／４波長板６７を介してビームスプリッター６３に戻された第２のレーザー光線LB2はS波からP波に変換されており、再びビームスプリッター６３によって第３の光路６０cに導かれる。この第３の光路６０cには、ビームスプリッター６３によって分光された第２のレーザー光線LB2をビームスプリッター６３に戻す第２の反射ミラー６８が配設されている。この第２の反射ミラー６８は、角度調整手段６８０によって設置角度を調整することができるように構成されており、例えば、図３において破線で示すように設置角度を変更できる。また、第３の光路６０cには、ビームスプリッター６３と第２の反射ミラー６８との間に第２のλ／４波長板６９が配設されているとともに、ビームスプリッター６３と第２のλ／４波長板６９との間にシリンドリカルレンズ７０が配設されている。第２のλ／４波長板６９は、ビームスプリッター６３により導かれシリンドリカルレンズ７０を通過した第２のレーザー光線LB2のP波を円偏光（螺旋偏光）に偏光するとともに、上記第２の反射ミラー６８によって反射された第２のレーザー光線LB2の円偏光（螺旋偏光）の偏光面をS波に偏光する。

上記シリンドリカルレンズ７０は、上記第２の反射ミラー６８によって反射され第２のλ／４波長板６９を通過した第２のレーザー光線LB2をX軸方向に集光するように配設されている。このシリンドリカルレンズ７０によって集光される第２のレーザー光線LB2は、上述したように第２のλ／４波長板６９によって偏光面が第２の偏光面即ちS波に偏光されているので、ビームスプリッター６３によって上記第１の光路60aに導かれる。ここで、シリンドリカルレンズ７０によって集光される第２のレーザー光線LB2について、図３を参照して説明する。上述したように第２の反射ミラー６８によって反射され第２のλ／４波長板６９を通過した第２のレーザー光線LB2シリンドリカルレンズ７０によってX軸方向に集光されが、シリンドリカルレンズ７０の焦点f1を過ぎるとX軸方向に広げられる。このようにX軸方向に広げられた状態で集光レンズ６５１に入光した第２のレーザー光線LB2は集光レンズ６５１によって集光されるが、集光スポットS2は短軸D1と長軸D2からなる楕円形となる。この楕円形の集光スポットS2の長軸D2は、シリンドリカルレンズ７０を図２において上下方向に移動する間隔調整手段７００によってシリンドリカルレンズ７０と集光レンズ６５１の間隔を調整することにより変更することができる。
なお、上記第１のλ／４波長板６７および第２のλ／４波長板６９はλ／２波長板を用いることもできるが、P波またはS波のいずれかを捨てなければならず出力の損出があり好ましくない。

図２に示すレーザー光線照射手段６は以上のように構成されており、その作用について説明する。
（第１の形態）
第１の形態は、ロータリーλ／２波長板６４の角度を調整しパルスレーザー光線発振手段６１から発振されたパルスレーザー光線LB がビームスプリッター６３によって分光される第１のレーザー光線LB1のみを第１の光路60aに導かせるようにする。この結果、ビームスプリッター６３によって分光される第１のレーザー光線LB1だけが集光レンズ６５１によって集光され、上述したように真円の集光スポットS1でチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射される。

（第２の形態）
第２の形態は、ロータリーλ／２波長板６４の角度を調整しパルスレーザー光線発振手段６１から発振されたパルスレーザー光線LB がビームスプリッター６３によって分光される第２のレーザー光線LB2のみを第2の光路60bに導かせるようにする。この結果、ビームスプリッター６３によって分光される第２のレーザー光線LB2だけが上述したように第１のλ／４波長板６７、第１の反射ミラー６６、第１のλ／４波長板６７、ビームスプリッター６３、シリンドリカルレンズ７０、第２のλ／４波長板６９、第２の反射ミラー６８、第２のλ／４波長板６９、ビームスプリッター６３、ビームスプリッター６３を介して集光レンズ６５１によって集光され、上述したように楕円形の集光スポットS2でチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射される。

（第３の形態）
第３の形態は、ロータリーλ／２波長板６４の角度を調整しビームスプリッター６３によって分光される第１のレーザー光線LB1と第２のレーザー光線LB2をそれぞれ任意の割合で第１の光路60aと第２の光路60bに導かせるようにする。この結果、第１のレーザー光線LB1が上記のように真円の集光スポットS1でチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射され、第２のレーザー光線LB2が上記のように楕円形の集光スポットS2でチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射される。この真円の集光スポットS1と楕円形の集光スポットS2は、上記第２の反射ミラー６８が実線で示す状態の場合には、図４の(a)で示すように楕円形の集光スポットS2の長軸D2の中央に真円の集光スポットS1が位置付けられることになる。なお、第２の反射ミラー６８を図３において破線で示すよう傾けると、楕円形の集光スポットS2がX軸方向に変位し、図４の(b)で示すように楕円形の集光スポットS2の端部に真円の集光スポットS1を位置付けることができる。

図１に戻って説明を続けると、上記レーザー光線照射手段６を収容するするケーシング５２の先端部には、レーザー光線照射手段６によってレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段８が配設されている。この撮像手段８は、可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた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）等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、制御手段９を具備している。制御手段９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）９１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）９２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）９３と、カウンター９４と、入力インターフェース９５および出力インターフェース９６とを備えている。制御手段９の入力インターフェース９５には、上記送り量検出手段３７４および撮像手段８等からの検出信号が入力される。そして、制御手段９の出力インターフェース９６からは、上記パルスモータ３７２、パルスモータ３８２、パルスモータ４３２、パルスモータ５３２、上記レーザー光線照射手段６のロータリーλ／２波長板６４等に制御信号を出力する。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図５には、上述したレーザー加工装置によってレーザー加工される被加工物としての半導体ウエーハ２の斜視図が示されている。図５に示す半導体ウエーハ１０は、厚さが例えば１００μmのシリコンによって形成された基板１０１の表面１０１aに格子状に配列された複数のストリート１０２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１０３がそれぞれ形成されている。この各デバイス１０３は、全て同一の構成をしている。デバイス１０３の表面にはそれぞれ複数のボンディングパッド１０４が形成されている。

以下、上述したレーザー加工装置によって上記図５に示す半導体ウエーハ１０にレーザー加工を施す加工例について説明する。
先ず、上記半導体ウエーハ１０のシリコン基板１０１にボンディングパッド１０４に達するビアホールを形成する方法について説明する。
上記ビアホールを形成するには、制御手段９は上記第１の形態で説明したようにロータリーλ／２波長板６４の角度を調整しパルスレーザー光線発振手段６１から発振されたパルスレーザー光線LB がビームスプリッター６３によって分光される第１のレーザー光線LB1のみを第１の光路60aに導かせるようにする。そして、レーザー加工装置のチャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０の表面１０１a側を載置し、チャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０を吸引保持する。従って、半導体ウエーハ１０は、裏面１０１bを上側にして保持される。

上述したように半導体ウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７によって撮像手段８の直下に位置付けられる。チャックテーブル３６が撮像手段８の直下に位置付けられると、チャックテーブル３６上の半導体ウエーハ１０は、所定の座標位置に位置付けられた状態となる。この状態で、チャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０に形成されている格子状のストリート２２がX方向とY方向に平行に配設されているか否かのアライメント作業を実施する。即ち、撮像手段８によってチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０を撮像し、パターンマッチング等の画像処理を実行してアライメント作業を行う。このとき、半導体ウエーハ１０のストリート１０２が形成されている基板１０１の表面１０１ａは下側に位置しているが、撮像手段８が上述したように赤外線照明手段と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）等で構成された撮像手段を備えているので、基板１０１の裏面１０１ｂから透かしてストリート１０２を撮像することができる。

上述したアライメント作業を実施することにより、チャックテーブル３６上に保持された半導体ウエーハ１０は、所定の座標位置に位置付けられたことになる。なお、半導体ウエーハ１０のシリコン基板１０１の表面１０１aに形成されたデバイス１０３に形成されている複数のボンディングパッド１０４は、その設計上の座標位置が予めレーザー加工装置の制御手段９を構成するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９３に格納されている。

上述したアライメント作業を実施したならば、図６に示すようにチャックテーブル３６を移動し、半導体ウエーハ１０の基板１０１に所定方向に形成された複数のデバイス１０３における図６において最左端のデバイス１０３を集光器６５の直下に位置付ける。そして、図６において最左端のデバイス１０３に形成された複数のボンディングパッド１０４における最左端のボンディングパッド１０４を集光器６５の直下に位置付ける。

次に、制御手段９はレーザー光線照射手段６を作動し集光器６５から上記第１のレーザー光線LB1を半導体ウエーハ１０の基板１０１の裏面１０１ｂ側から照射し、基板１０１に裏面１０１ｂからボンディングパッド１０４に達するビアホールを形成するビアホール形成工程を実施する。このとき、集光器６５から照射される第１のレーザー光線LB1の真円の集光スポットS1を基板１０１の裏面１０１ｂ(上面)付近に合わせる。なお、照射するパルスレーザー光線はシリコン基板１０１に対して吸収性を有する波長(３５５ｎｍ)のパルスレーザー光線を用い、パルスレーザー光線の１パルス当たりのエネルギー密度はシリコン基板１０１は飛散加工(アブレーション加工)するが金属からなるボンディングパッド１０４は飛散加工されない２０〜３５J／cm²に設定することが望ましい。例えば、１パルス当たりのエネルギー密度が３５J／cm²のパルスレーザー光線をシリコン基板１０１の裏面１０１ｂ側から照射すると、パルスレーザー光線１パルスによって２μmの深さの孔を形成することができる。従って、シリコン基板１０１の厚さが１００μmの場合には、パルスレーザー光線を５０パルス照射することにより、図７に示すようにシリコン基板１０１には裏面１０１bから表面１０１a即ちボンディングパッド１０４に達するビアホール１０５を形成することができる。このようにシリコン基板１０１の形成されたビアホール１０５は、照射された第１のレーザー光線LB1の集光スポットが真円の集光スポットS1であるため、その断面が真円に形成される。

次に、上記半導体ウエーハ１０の基板１０１にストリート１０２に沿ってレーザー加工溝を形成する方法について説明する。
上記レーザー加工溝を形成するには、制御手段９は上記第２の形態で説明したようにロータリーλ／２波長板６４の角度を調整しパルスレーザー光線発振手段６１から発振されたパルスレーザー光線LB がビームスプリッター６３によって分光される第２のレーザー光線LB2のみを第2の光路60bに導かせるようにする。一方、上記半導体ウエーハ１０を図８に示すように環状のフレームFに装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなる保護テープTに裏面1０１b側を貼着する。従って、半導体ウエーハ１０は、表面１０１aが上側となる。

図８に示すように環状のフレームＦに保護テープＴを介して支持された半導体ウエーハ１０は、図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上に保護テープT側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより半導体ウエーハ１０は、保護テープTを介してチャックテーブル３６上に吸引保持される。また、環状のフレームFは、クランプ３６２によって固定される。

上述したように半導体ウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７によって撮像手段８の直下に位置付けられる。チャックテーブル３６が撮像手段８の直下に位置付けられると、上述したように撮像手段８および制御手段９によって半導体ウエーハ１０のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。

以上のようにしてチャックテーブル３６上に保持された半導体ウエーハ１０に形成されているストリート１０２を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、図９の（a）で示すようにチャックテーブル３６をレーザー光線照射手段５２の集光器６５が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定のストリート１０２の一端(図９の（ａ）において左端)を集光器６５の直下に位置付ける。なお、集光器６５から照射されるレーザー光線の断面が楕円形の集光スポットS2は、上記図３に示す長軸D2がストリート１０２に沿って位置付けられる。

次に、制御手段９はレーザー光線照射手段６を作動し集光器６５から上記第２のレーザー光線LB2を半導体ウエーハ１０のストリート１０２に沿って照射し、ストリート１０２に沿ってレーザー加工溝を形成する溝形成工程を実施する。即ち、レーザー光線照射手段５２の集光器６５からシリコン基板１０１に対して吸収性を有する波長(３５５ｎｍ)の第２のレーザー光線LB2を照射しつつチャックテーブル３６を図９の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、ストリート１０２の他端（図９の（a）において右端）が集光器６５の直下位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル３６の移動を停止する。このとき、集光器７から照射される第２のレーザー光線LB2の集光スポットS2を半導体ウエーハ１０の表面１０１ａ（上面）付近に合わせる。この結果、半導体ウエーハ１０にはストリート１０２に沿ってレーザー加工溝１０６が形成される。この溝形成工程においては、楕円の集光スポットS2の長軸D2が加工送り方向（X軸方向）に沿って位置付けられているので、図１０に示すように照射されるパルスレーザー光線における楕円の集光スポットS2の重なり率が増大するので、ストリート１０２に沿って均一な加工を効率よく行うことができる。

次に、上記半導体ウエーハ１０の基板１０１の表面に酸化ケイ素(SiO₂)等の絶縁膜が被覆されている場合にストリート１０２に沿ってレーザー加工溝を形成する方法について説明する。基板１０１の表面に酸化ケイ素(SiO₂)等の絶縁膜が被覆されている半導体ウエーハ１０においては、レーザー光線の照射によって絶縁膜が剥離してデバイス１０３を損傷させ品質を低下させるという問題がある。このような問題を解消するためにこの加工方法においては、制御手段９は上記第３の形態で説明したようにロータリーλ／２波長板６４の角度を調整しビームスプリッター６３によって分光される第１のレーザー光線LB1と第２のレーザー光線LB2をそれぞれ第１の光路60aと第２の光路60bに導かせるようにする。そして、制御手段９は、第１のレーザー光線LB1が３０％、第２のレーザー光線LB2が７０％になるようにロータリーλ／２波長板６４を制御するとともに、第２の反射ミラー６８を図３において破線で示すよう傾け、図４の(b)で示すように楕円形の集光スポットS2の端部に真円の集光スポットS1を位置付けるように調整する。

そして、上述した図９に示す溝形成工程を実施する。この溝形成工程においては、第１のレーザー光線LB1の真円の集光スポットS1と第２のレーザー光線LB2の楕円形の集光スポットS2は図１０に示す関係で位置付けられ、楕円形の集光スポットS2は、矢印Ｘ１で示すチャックテーブル３６の移動方向に対して上流側（図１０において右側）即ちこれから加工する側の一部が円形の真円の集光スポットS1に重合して照射される。従って、ストリート１０２の表面は真円の集光スポットS1で照射される第１のレーザー光線LB1のエネルギーによって加熱される。第１のレーザー光線LB1のエネルギーは上述したようにパルスレーザー光線発振手段６１から発振されたパルスレーザー光線LBのエネルギーの３０％であるため、半導体ウエーハ１０の基板１０１の表面に被覆された酸化ケイ素(SiO₂)等の絶縁膜は加工されることなく軟化せしめられる。このようにして、半導体ウエーハ１０の基板１０１の表面に被覆された絶縁膜が軟化した状態で、楕円形の集光スポットS2で第２のレーザー光線LB2が照射される。第２のレーザー光線LB2のエネルギーは上述したようにパルスレーザー光線発振手段６１から発振されたパルスレーザー光線LBのエネルギーの７０％であるため、半導体ウエーハ１０にはストリート１０２に沿ってレーザー加工溝が形成される。このとき、半導体ウエーハ１０の基板１０１の表面に被覆された絶縁膜は上述したように第１のレーザー光線LB1の照射によって軟化しているので、第２のレーザー光線LB2が照射されても剥離することはない。

以上、本発明によって構成されたレーザー加工装置による加工例を示したが、本発明によるレーザー加工装置は上述したようにレーザー光線の集光スポット形状を真円形と楕円形に形成することができるとともに、楕円形の集光スポットと円形の集光スポットを同時に形成することができるので、上述した加工例の他に種々のレーザー加工を実施することができる。

本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図。図１に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段の構成を簡略に示すブロック図。図２に示すレーザー光線照射手段の要部を示すブロック図。図２に示すレーザー光線照射手段によって照射される第１のレーザー光線LB1の真円の集光スポットS1と第２のレーザー光線LB2の楕円形の集光スポットS2との関係を示す説明図。被加工物としての半導体ウエーハの斜視図。図１に示すレーザー加工装置を用いて図５に示す半導体ウエーハにビアホールを形成するビアホール形成工程の説明図。図６に示すビアホール形成工程を実施することによってビアホールが形成された半導体ウエーハの要部拡大断面図。図５に示す半導体ウエーハを環状のフレームに装着された保護テープに貼着した状態を示す斜視図。図１に示すレーザー加工装置を用いて図５に示す半導体ウエーハにレーザー加工溝を形成する溝形成工程の説明図。図１に示すレーザー加工装置を用いて図５に示す半導体ウエーハにレーザー加工溝を形成する溝形成工程の他の実施形態を示す説明図。

符号の説明

２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３８：第１の割り出し送り手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４２：可動支持基台
４３：第２の割り出し送り手段
５：レーザー光線照射ユニット
５１：ユニットホルダ
６：レーザー光線照射手段
６１：パルスレーザー光線発振手段
６２：出力調整ユニット
６３：ビームスプリッター
６４：ロータリーλ／２波長板
６５：集光器
６５１：集光レンズ
６６：第１の反射ミラー
６７：第１のλ／４波長板
６８：第２の反射ミラー
６９：第２のλ／４波長板
７０：シリンドリカルレンズ
８：撮像手段
９：制御手段
１０：半導体ウエーハ
F：環状のフレーム
T：保護テープ

Claims

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光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該レーザー光線照射手段は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段によって発振されたレーザー光線を第１の偏光面を有する第１のレーザー光線と該第１の偏光面と直交する第２の偏光面を有する第２のレーザー光線とに分光するビームスプリッターと、該レーザー光線発振手段と該ビームスプリッターとの間に配設されたロータリーλ／２波長板と、該ビームスプリッターによって分光された該第１のレーザー光線を導く第１の光路に配設された集光レンズと、該ビームスプリッターによって分光された該第２のレーザー光線を導く第２の光路に配設され該第２のレーザー光線を該ビームスプリッターに戻す第１の反射ミラーと、該ビームスプリッターと該第１の反射ミラーとの間に配設された第１のλ／４波長板と、該第２の光路を介して該ビームスプリッターに戻された該第２のレーザー光線が分光される第３の光路に配設され該第３の光路に分光された該第２のレーザー光線を該ビームスプリッターに戻す第２の反射ミラーと、該ビームスプリッターと該第２の反射ミラーとの間に配設された第２のλ／４波長板と、該ビームスプリッターと該第２のλ／４波長板との間に配設されたシリンドリカルレンズとを具備し、該第３の光路を介して該ビームスプリッターに戻された該第２のレーザー光線が該第１の光路を介して該集光レンズに導かれる、
ことを特徴とするレーザー加工装置。