JP2007283370A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】物質の変化に基いて加工領域を検出することができる機能を備えたレーザー加工装置を提供する。
【解決手段】レーザー光線発振手段６と集光レンズ７２との間に配設されチャックテーブル３６に保持された被加工物Ｗにレーザー光線が照射されることによって発する光を分岐するビームスプリッター８と、ビームスプリッターによって分岐された光を電気信号に変換する光電変換手段１０と、被加工物を形成する物質の光特性を記憶した記憶手段１１１を備え、該記憶手段に記憶された物質の光特性と光電変換手段１０によって変換された電気信号に基いてレーザー光線発振手段６を制御する制御手段１１とを具備している。
【選択図】図２

Description

本発明は、被加工物にレーザー加工を施す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ストリート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。

装置の小型化、高機能化を図るため、複数の半導体チップを積層し、積層された半導体チップの電極を接続するモジュール構造が実用化されている。このモジュール構造は、半導体ウエーハの表面におけるボンディングパッドが形成された位置に裏面からボンディングパッドに達する孔（ビアホール）を形成し、このビアホールに電極と接続するアルミニウム等の導電性材料を埋め込む構成である。（例えば、特許文献１参照。）
特開２００３−１６３３２３号公報

上述した半導体ウエーハに設けられるビアホールは、ドリルによって形成されている。しかるに、半導体ウエーハに設けられるビアホールは直径が１００〜３００μmと小さく、ドリルによる穿孔では生産性が悪いという問題がある。

上記問題を解消するために本出願人は、半導体ウエーハ等の被加工物に効率よく細孔を形成することができるレーザー加工装置を特願２００５−６４８６７号として提案した。このレーザー加工装置は、被加工物を保持するチャックテーブルとレーザー光線照射手段との相対的な加工送り量を検出する加工送り量検出手段と、被加工物に形成する細孔のX,Y座標値を記憶する記憶手段と、記憶手段に記憶された細孔のX,Y座標値と加工送り量検出手段からの検出信号に基づいてレーザー光線照射手段を制御する制御手段とを具備し、被加工物に形成する細孔のX,Y座標値がレーザー光線照射手段の集光器の直下に達したらレーザー光線を照射するように構成したものである。

上述した半導体ウエーハの裏面からレーザー光線を照射してビアホールを形成する形成方法においては、半導体ウエーハの表面に形成されたボンディングパッドに穴を開けないように寸止めしなければならず、このためにはビアホールがボンディングパッドに達した時点でレーザー光線の照射を停止する必要がある。しかるに、ビアホールがボンディングパッドに達したことを検出することは非常に難しく、レーザー光線によって形成されるビアホールをボンディングパッドに穴を開けないように寸止めすることは実質的に困難である。

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、物質の変化を検出して加工領域を判定する機能を備えたレーザー加工装置を提供することである。

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パルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段とを具備し、該レーザー光線照射手段が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集光する集光レンズとを具備しているレーザー加工装置において、
該レーザー光線発振手段と該集光レンズとの間に配設され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が照射されることによって発する光を分岐するビームスプリッターと、
該ビームスプリッターによって分岐された光を電気信号に変換する光電変換手段と、
被加工物を形成する物質の光特性を記憶した記憶手段を備え、該記憶手段に記憶された物質の光特性と該光電変換手段によって変換された電気信号に基いて該レーザー光線発振手段を制御する制御手段と、を具備している、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

上記ビームスプリッターと光電変換手段との間にビームスプリッターによって分光された光を集光する補助集光レンズが配設されていることが望ましい。
上記レーザー光線発振手段は微弱な連続波レーザー光線を発振しており、上記制御手段は微弱な連続波レーザー光線が被被加工物に照射されることによって発する光に対応して上記光電変換手段が出力する電気信号に基いてレーザー光線発振手段を制御する。

本発明によるレーザー加工装置においては、レーザー光線発振手段と集光レンズとの間に配設され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が照射されることによって発する光を分岐するビームスプリッターと、ビームスプリッターによって分岐された光を電気信号に変換する光電変換手段と、被加工物を形成する物質の光特性を記憶した記憶手段を備え、該記憶手段に記憶された物質の光特性と光電変換手段によって変換された電気信号に基いてレーザー光線発振手段を制御する制御手段とを具備しているので、被加工物を形成する物質が変化したことを検出してレーザー光線発振手段を制御することができる。従って、例えば半導体ウエーハの表面に形成されたボンディングパッドと対応する位置にビアホール形成する場合には、ボンディングパッドに穴を開けることなく寸止めすることができる。

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で示す方向と直角な矢印Ｙで示す割り出し送り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装置は、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。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３８２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装置は、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。なお、上記第１の割り出し送り手段３８の駆動源としてパルスモータ３８２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に取り付けられたレーザー光線照射手段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およびレーザビーム照射手段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レーザー光線照射手段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レーザー光線照射手段５２を下方に移動するようになっている。

図示のレーザー光線照射手段５２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング５２１を含んでいる。そして、レーザー光線照射手段５２は、図２に示すようにケーシング５２１内に配設されたパルスレーザー光線発振手段６と、該パルスレーザー光線発振手段６から発振されたパルスレーザー光線をチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する集光器７を具備している。パルスレーザー光線発振手段６は、被加工物に対して吸収性を有するパルスレーザー光線LB1を発振する。このパルスレーザー光線発振手段6は、被加工物がシリコン基板、炭化珪素基板、リチウムタンタレート基板、ガラス基板或いは石英基板を含むウエーハである場合、例えば波長が３５５ｎｍであるパルスレーザー光線LB１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用いることができる。

上記集光器７は、上記ケーシング５２１の先端部に装着されている。この集光器７は、上記パルスレーザー光線発振手段６によって発振されたパルスレーザー光線LB1を下方に向けて反射せしめる方向変換ミラー７１と、該方向変換ミラー７１によって方向変換されたパルスレーザー光線LB1を集光する集光レンズ７２を備えている。

図２を参照して説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、方向変換ミラー７１と集光レンズ７２との間に配設されチャックテーブル３６に保持された被加工物Wにレーザー光線が照射されることによって発する光を分岐するビームスプリッター８と、該ビームスプリッター８によって分岐された光を集光する補助集光レンズ９と、該補助集光レンズ９によって集光された光を電気信号に変換する光電変換手段１０と、該光電変換手段１０によって変換された電気信号に基いて上記レーザー光線発振手段５２のパルスレーザー光線発振手段６を制御する制御手段１１を具備している。ビームスプリッター８は、上記方向変換ミラー７１により集光レンズ７２に向けて方向変換されたパルスレーザー光線LB1は通過させるが、チャックテーブル３６に保持された被加工物Wにレーザー光線が照射されることによって発する光LB2は反射し補助集光レンズ９に向けて分岐する。補助集光レンズ９は、方向変換ミラー７１によって分岐された光LB2を集光して光電変換手段１０に送る。

上記光電変換手段１０は、第１の実施形態においては、光の強度に対応した電気信号に変換するホトダイオードからなっている。また、光電変換手段１０の第２の実施形態としては、光を分光する回析格子と、該回析格子によって分光された光の強弱を電子信号に変換するリニアイメージセンサーとからなっている。

上記制御手段１１は、被加工物を形成する物質の光特性を記憶した第１の記憶手段１１１を備え、該第１の記憶手段１１１に記憶された物質の光特性と上記光電変換手段１０によって変換された電気信号に基いて上記レーザー光線発振手段６を制御する。なお、第１の記憶手段１１１には、第１の実施形態においては、被加工物を形成する物質の反射率に対応するデータが格納されている。例えば、波長が３５５ｎｍであるレーザー光線に対する物質の反射率が格納される。波長が３５５ｎｍであるレーザー光線に対する反射率は、シリコンが５７．４８％、金が３６．２８％、銅が４３．２７％、ニッケルが４２．６５％であり、これら各物質の反射率に対応してホトダイオードが出力する電圧値のデータが第１の記憶手段１１１に格納される。また、第１の記憶手段１１１に記憶された物質の光特性の第２の実施形態としては、物質の特性を示すスペクトルに関するデータが第１の記憶手段１１１に格納される。

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５２を構成するケーシング５２１の先端部には、レーザー光線照射手段５２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１２が配設されている。この撮像手段１２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上記制御手段１１に送る。なお、制御手段１１は、図２に示すように上記光電変換手段１０、撮像手段１２、加工送り量検出手段３７４、割り出し送り量検出手段３８４等から検出信号を入力し、上記パルスレーザー光線発振手段６、パルスモータ３７２、パルスモータ３８２、パルスモータ５３２等に制御信号を出力する。また、制御手段１１は、上記第１の記憶手段１１１の他に後述する被加工物である半導体ウエーハに形成されるボンディングパッドの位置データ等を記憶する第２の記憶手段１１２を備えている。

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、以下このレーザー加工装置を用いて被加工物としての半導体ウエーハにビアホールを形成する実施形態について、図３乃至図８を参照して説明する。
図３にはレーザー加工される被加工物としての半導体ウエーハWの平面図が示されている。図３に示す半導体ウエーハWは、シリコン基板２１の表面２１ａに格子状に配列された複数のストリート２２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２３がそれぞれ形成されている。この各デバイス２３は、全て同一の構成をしている。デバイス２３の表面にはそれぞれ図４に示すように複数のボンディングパッド２４（２４a〜２４j）が形成されている。この複数のボンディングパッド２４（２４a〜２４j）は、図示の実施形態においては銅によって形成されている。なお、図示の実施形態においては、ボンディングパッド２４aと２４f、２４bと２４g、２４cと２４h、２４dと２４i、２４eと２４jは、X方向位置が同一である。この複数のボンディングパッド２４（２４a〜２４j）部に対応するシリコン基板２１にそれぞれビアホールが形成される。各デバイス２３におけるボンディングパッド２４（２４a〜２４j）のX方向（図４において左右方向）の間隔Ａ、および各デバイス２３に形成されたボンディングパッド２４における分割予定２２を挟んでX方向（図４において左右方向）に隣接するボンディングパッド即ちボンディングパッド２４eとボンディングパッド２４aとの間隔Bは、図示の実施形態においては同一間隔に設定されている。また、各デバイス２３におけるボンディングパッド２４（２４a〜２４j）のY方向（図４において上下方向）の間隔C、および各デバイス２３に形成されたボンディングパッド２４におけるストリート２２を挟んでY方向（図４において上下方向）に隣接するボンディングパッド即ちボンディングパッド２４fとボンディングパッド２４aおよびボンディングパッド２４jとボンディングパッド２４eとの間隔Dは、図示の実施形態においては同一間隔に設定されている。このように構成された半導体ウエーハWについて、図３に示す各行Ｅ1・・・・Enおよび各列F1・・・・Fnに配設されたデバイス２３の個数と上記各間隔A,B,C,Dは、その設計値のデータが上記制御手段１１の第２の記憶手段１１２に格納されている。

上記のように構成された半導体ウエーハWは、図５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にシリコン基板２１の表面２１ａを貼着する。従って、半導体ウエーハWは、シリコン基板２１の裏面２１bが上側となる。
このようにして環状のフレームFに保護テープTを介して支持された半導体ウエーハW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W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W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１２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１２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Wは、図６に示す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Wに形成されている格子状のストリート２２がX軸方向とY軸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１２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W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。

次に、チャックテーブル３６を移動して、半導体ウエーハWに形成されたデバイス２3における最上位の行E1の図６において最左端のデバイス２３を撮像手段１２の直下に位置付ける。そして、更にデバイス２３に形成された複数のボンディングパッド２４（２4a〜２4j）における図６において左上のボンディングパッド２４aを撮像手段１２の直下に位置付ける。この状態で撮像手段１２がボンディングパッド２４aを検出したならばその座標値(a1)を第１の加工送り開始位置座標値として制御手段２０に送る。このとき、半導体ウエーハWを構成するシリコン基板２１の表面に形成されたデバイス２３に形成されているボンディングパッド２４は下側に位置しているが、撮像手段１２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、シリコン基板２１の裏面２１ｂから透かしてボンディングパッド２４を撮像することができる。そして、制御手段２０は、この座標値(a1)を第１の加工送り開始位置座標値として第２の記憶手段１１２に格納する（加工送り開始位置検出工程）。このとき、撮像手段１２とレーザー光線照射手段５２の集光器７はX軸方向に所定の間隔を置いて配設されているので、X座標値は上記撮像手段１２と集光器７との間隔を加えた値が格納される。

このようにして図６において最上位の行E1のデバイス２３における第１の加工送り開始位置座標値(a1)を検出したならば、チャックテーブル３６をストリート２２の間隔だけＹ軸方向に割り出し送りするとともにX軸方向に移動して、図６において最上位から２番目の行E2における最左端のデバイス２３を撮像手段１２の直下に位置付ける。そして、更にデバイス２３に形成されたボンディングパッド２４（２４a〜２４j）における図６において左上のボンディングパッド２４aを撮像手段１２の直下に位置付ける。この状態で撮像手段１２がボンディングパッド２４aを検出したならばその座標値(a2)を第２の加工送り開始位置座標値として制御手段２０に送る。そして、制御手段２０は、この座標値(a2)を第２の加工送り開始位置座標値として第２の記憶手段１１２に格納する。このとき、撮像手段１２とレーザー光線照射手段５２の集光器７は上述したようにX軸方向に所定の間隔を置いて配設されているので、X座標値は上記撮像手段１２と集光器７との間隔を加えた値が格納される。以後、上述した割り出し送りと加工送り開始位置検出工程を図６において最下位の行Ｅｎまで繰り返し実行し、各行に形成されたデバイス２３の加工送り開始位置座標値（a３〜aｎ）を検出して、これを上記制御手段１１の第２の記憶手段１１２に格納する。

次に、半導体ウエーハWの各デバイス２３に形成された各ボンディングパッド２４（２４a〜２４j）部に対応するシリコン基板２１にビアホールを穿孔する穿孔工程を実施する。穿孔工程は、先ず加工送り手段３７を作動しチャックテーブル３６を移動して、上記制御手段１１の第２の記憶手段１１２に格納されている第１の加工送り開始位置座標値（a１）をレーザー光線照射手段５２の集光器７の直下に位置付ける。このように第１の加工送り開始位置座標値（a１）が集光器７の直下に位置付けられた状態が図７に示す状態である。図７に示す状態から制御手段１１は、レーザー光線照射手段５２のパルスレーザー光線発振手段６を作動して集光器７からシリコン基板２１に対して吸収性を有する波長（例えば、３５５ｎｍ）のパルスレーザー光線を照射する。なお、集光器７から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pは、半導体ウエーハWを構成するシリコン基板２１の裏面２１a（上面）付近に合わせる。なお、穿孔工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４
波長 ：３５５ｎｍ
繰り返し周波数 ：５０kHz
出力 ：３W
集光スポット径 ：φ１５μｍ

上述したように穿孔工程においてシリコン基板２１にパルスレーザー光線を照射すると、シリコン基板２１に細孔が形成されるとともに、シリコン基板２１にパルスレーザー光線が照射されることによって発生する光LB2がビームスプリッター８によって分岐され補助集光レンズ９によって集光されて光電変換手段１０に入光される。光電変換手段１０は、ホトダイオードからなっている場合には、入光された光LB2の強度に対応した電圧信号を制御手段１１に出力する。即ち、集光器７から照射されるパルスレーザー光線LB1によってシリコン基板２１を加工している際には、光電変換手段１０はシリコンの反射率（５７．４８％）に対応した電圧信号を制御手段に出力する。そして、図８に示すようにシリコン基板２１に形成された細孔２１１がシリコン基板２１の表面２１aに形成されたボンディングパッド２４に達すると、パルスレーザー光線が照射されることによって発生する光LB2がボンディングパッド２４を形成する銅に対応した光となる。この結果、ビームスプリッター８および補助集光レンズ９を介して光LB2を入光した電変換手段１０は、銅の反射率（４３．２７％）に対応した電圧信号を制御手段１１に出力する。そして、制御手段１１は、電変換手段１０から入力した電圧信号と第１の記憶手段１１１に格納されている各物質の反射率に対応した電圧値と照合し、シリコン基板２１に形成された細孔２１１がシリコン基板２１の表面２１aに形成されたボンディングパッド２４に達したと判断し、レーザー光線照射手段５２のパルスレーザー光線発振手段６に停止信号を出力する。この結果、ボンディングパッド２４に穴を開けることなくシリコン基板２１にボンディングパッド２４に達する細孔２１１を形成することができる。

上述したようにして、第１の加工送り開始位置座標値（a１）に穿孔工程を実施したならば、加工送り手段３７を作動しチャックテーブル３６を上記間隔Aだけ移動して、ボンディングパッド２４bに対応する位置をレーザー光線照射手段５２の集光器７の直下に位置付ける。そして、上記穿孔工程を実施する。このように半導体ウエーハWに形成された全てのボンディングパッド２４に対応する位置をレーザー光線照射手段５２の集光器７の直下に位置付け上記穿孔工程を実施することにより、シリコン基板２１にはボンディングパッド２４に達する細孔２１１を形成することができる。

次に、上述したレーザー加工装置を用いてレーザー加工する他の実施形態について、図９乃至図１１を参照して説明する。
図９には、被加工物としての半導体ウエーハの斜視図が示されている。図９に示す半導体ウエーハWは、シリコン基板ウエーハ２１の表面２１ａに格子状に配列された複数のストリート２２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２３が形成されている。この半導体ウエーハWには、ストリート２２にデバイス２３の機能をテストするためのテスト エレメント グループ（TEG）と称するテスト用の金属パターン２５が部分的に複数配設されている。なお、金属パターン２５は、図示の実施形態においては銅によって形成されている。

この実施形態においては、上述した半導体ウエーハWの金属パターン２５のみにパルスレーザー光線を照射して、金属パターン２５を除去するレーザー加工を実施する。なお、この実施形態においてはレーザー光線照射手段５２のパルスレーザー光線発振手段６に制御手段１１からパルスレーザー光線の照射信号が出力されていない場合には、パルスレーザー光線発振手段６は微弱な連続波レーザー光線を発振している。

上記のように構成された半導体ウエーハWは、図１０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にシリコン基板２１の裏面２１bを貼着する。従って、半導体ウエーハWは、シリコン基板２１の表面２１ａが上側となる。
このようにして環状のフレームFに保護テープTを介して支持された半導体ウエーハW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W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W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１２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１２の直下に位置付けられると、撮像手段１２および制御手段１１によって半導体ウエーハW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。即ち、撮像手段１２および制御手段１１は、半導体ウエーハWの所定方向に形成されているストリート２２と、ストリート２２に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２の集光器８との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。また、半導体ウエーハWに形成されている所定方向と直交する方向に形成されているストリート２２に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。

上述したようにチャックテーブル３６上に保持されている半導体ウエーハWに形成されているストリート２２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、チャックテーブル３６を移動して図１１の(a)に示すように所定のストリート２２の一端（図１１の(a)において左端）をレーザー光線照射手段５２の集光器７の直下に位置付ける。そして、制御手段１１は、加工送り手段３７を作動してチャックテーブル３６を矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。このようにチャックテーブル３６を矢印Ｘ１で示す方向に移動している間に、レーザー光線照射手段５２のパルスレーザー光線発振手段６から発振されている微弱な連続波レーザー光線が集光器７からチャックテーブル３６上に保持されている半導体ウエーハWを構成するシリコン基板２１に形成されたストリート２２に照射される。従って、微弱な連続波レーザー光線が半導体ウエーハWに照射されることによって発生する光が上記図２に示すようにビームスプリッター８によって分岐され補助集光レンズ９によって集光されて光電変換手段１０に入光される。光電変換手段１０は、ホトダイオードからなっている場合には、入光された光の強度に対応した電気信号を制御手段に出力する。即ち、微弱な連続波レーザー光線の反射光を入光した光電変換手段１０は、図１２において破線(A)で示すように低い電圧信号を出力する。なお、図１２において、横軸は加工送り量(μm)であり、縦軸は電圧(V)である。

光電変換手段１０が出力する微弱な連続波レーザー光線が半導体ウエーハWに照射されることによって発生する光に対応した電圧信号は、図１２において破線(A)で示すようにシリコン基板２１に微弱な連続波レーザー光線が照射されている際にはシリコンの反射率（５７．４８％）に対応した電圧(V2)となり、銅からなる金属パターン２５に微弱な連続波レーザー光線されている際には銅の反射率（４３．２７％）に対応した電圧(V1)となる。この微弱な連続波レーザー光線が半導体ウエーハWに照射されることによって発生する光に対応した電圧信号を入力した上記制御手段１１は、上記電圧の変化に基づいて上記レーザー光線照射手段５２のパルスレーザー光線発振手段６を制御する。

図１１の(a)に示す状態からチャックテーブル３６が矢印Ｘ１で示す方向に移動している際に、シリコン基板２１が集光器７の直下を移動している場合には光電変換手段１０が上記(V2)の電圧信号を出力するので、制御手段１１はパルスレーザー光線発振手段６に制御信号を出力しない。そして、シリコン基板２１に形成されたストリート２２に形成されている金属パターン２５が集光器７の直下に達すると、光電変換手段１０が上記(V1)の電圧信号を出力するので、制御手段１１は金属パターン２５が集光器７の直下に達したと判断し、パルスレーザー光線発振手段６にパルスレーザー光線を発振するように制御信号を出力する。この制御手段１１からの制御信号に基づいて、パルスレーザー光線発振手段６は例えば波長が３５５nm、繰り返し周波数が５０kHz、出力が３Wのパルスレーザー光線を発振する。従って、集光器７から金属パターン２５にパルスレーザー光線が照射されるため、金属パターン２５が溶融除去される。なお、パルスレーザー光線発振手段６から発振されたパルスレーザー光線が金属パターン２５に照射されている際には、図１２において(B)で示すように光電変換手段１０が出力するパルス状の電圧は(V3)と高くなるが、制御手段１１はこのパルスレーザー光線に対応する電圧(V3)を無視して図１２において破線(A)で示す微弱な連続波レーザー光線に対応した電圧に基づいてパルスレーザー光線発振手段６を制御する。

そして、金属パターン２５が集光器７の直下を通過したら、上記光電変換手段１０がシリコンの反射率（５７．４８％）に対応した電圧(V2)を出力するので、制御手段１１は金属パターン２５が集光器７の直下を通過したと判断し、パルスレーザー光線発振手段６にパルスレーザー光線の発振を停止する制御信号を出力する。このようにパルスレーザー光線発振手段６にパルスレーザー光線の発振と停止を繰り返し制御し、図１１の(b)で示すように集光器７の照射位置がストリート２２の他端（図１１の(b)において右端）に達すると、シリコン基板２１に形成されたストリート２２に形成されている全ての金属パターン２５が溶融除去される。

なお、上述した実施形態においてはシリコン基板２１に形成されたストリート２２に形成されている金属パターン２５をレーザー加工する例を示したが、本発明によるレーザー加工装置においては金属パターン２５を残してストリート２２にレーザー加工を施すことができる。

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。 被加工物としての半導体ウエーハの第１の形態を示す平面図。 図３に示す半導体ウエーハの一部を拡大して示す平面図。 図３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の表面に貼着した状態を示す斜視図。 図３に示す半導体ウエーハが図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブルの所定位置に保持された状態における座標との関係を示す説明図。 図１に示すレーザー加工装置によって実施する穿孔工程の説明図。 図７に示す穿孔工程の詳細を拡大して示す説明図。 被加工物としての半導体ウエーハの第２の形態を示す平面図。 図９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の表面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によって図９に示す半導体ウエーハに実施するレーザー加工方法の他の実施形態を示す説明図。 被加工物にレーザー光線が照射されることによって発する光を電気信号に変換する光電変換手段が出力する電圧信号の説明図。

符号の説明

２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３１：案内レール
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３７４：加工送り量検出手段
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
４１：案内レール
４２：可動支持基台
４３：第２の割り出し送り手段
４３３：割り出し送り量検出手段
５：レーザー光線照射ユニット
５１：ユニットホルダ
５２：レーザー光線加工手段
6：パルスレーザー光線発振手段
７：集光器
７１：方向変換ミラー
７２：集光レンズ
８：ビームスプリッター
９：補助集光レンズ
１０：光電変換手段
１１：制御手段
１２：撮像手段

Claims (3)

1. 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パルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段とを具備し、該レーザー光線照射手段が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集光する集光レンズとを具備しているレーザー加工装置において、
   該レーザー光線発振手段と該集光レンズとの間に配設され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が照射されることによって発する光を分岐するビームスプリッターと、
   該ビームスプリッターによって分岐された光を電気信号に変換する光電変換手段と、
   被加工物を形成する物質の光特性を記憶した記憶手段を備え、該記憶手段に記憶された物質の光特性と該光電変換手段によって変換された電気信号に基いて該レーザー光線発振手段を制御する制御手段と、を具備している、
   ことを特徴とするレーザー加工装置。
2. 該ビームスプリッターと該光電変換手段との間に該ビームスプリッターによって分光された光を集光する補助集光レンズが配設されている、請求項１記載のレーザー加工装置。
3. 該レーザー光線発振手段は微弱な連続波レーザー光線を発振しており、
   該制御手段は該微弱な連続波レーザー光線が被被加工物に照射されることによって発する光に対応して該光電変換手段が出力する電気信号に基いて該レーザー光線発振手段を制御する、請求項１又は２記載のレーザー加工装置。

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