JP2010194584A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー加工溝の幅方向中央部に山形の加工残りが発生させることなく、レーザー加工溝の外側を被加工物の加工面に対して垂直状に形成する。
【解決手段】レーザー光線発振手段から発振された断面が円形のレーザー光線を断面が楕円形のレーザー光線に形成する楕円光線形成手段と、楕円光線形成手段によって断面が楕円形に形成されたレーザー光線の楕円の長軸を対称軸として断面が半楕円の第１、第２のレーザー光線に２分割するとともに第１のレーザー光線と第２のレーザー光線の左右を入れ替える第１のプリズム５５２と、第１のプリズムによって２分割された第１のレーザー光線と第２のレーザー光線の光路を平行に修正する第２のプリズム５５３と、第２のプリズムによって光路が平行に修正された第１のレーザー光線と第２のレーザー光線のスポットをそれぞれ直線部を外側に円弧部を内側にして集光する集光レンズ５５４とを具備している。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物の表面に形成されたストリートに沿ってレーザー光線を照射してレーザー加工溝を形成するのに適するレーザー加工装置に関する。

当業者には周知の如く、半導体デバイス製造工程においては、シリコン等の半導体基板の表面に絶縁膜と機能膜が積層された積層体によって複数のＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスをマトリックス状に形成した半導体ウエーハが形成される。このように形成された半導体ウエーハは上記デバイスがストリートと呼ばれる分割予定ラインによって区画されており、このストリートに沿って分割することにより個々のデバイスを製造している。

このような半導体ウエーハのストリートに沿った分割は、通常、ダイサーと呼ばれている切削装置によって行われている。この切削装置は、被加工物である半導体ウエーハ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半導体ウエーハを切削するための切削手段と、チャックテーブルと切削手段とを相対的に移動せしめる移動手段とを具備している。切削手段は、高速回転せしめられる回転スピンドルと該スピンドルに装着された切削ブレードを含んでいる。切削ブレードは円盤状の基台と該基台の側面外周部に装着された環状の切れ刃からなっており、切れ刃は例えば粒径３μｍ程度のダイヤモンド砥粒を電鋳によって固定して形成されている。

近時においては、ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスの処理能力を向上するために、シリコン等の半導体基板の表面にＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）と回路を形成する機能膜が積層された積層体によって半導体チップを形成せしめた形態の半導体ウエーハが実用化されている。

また、半導体ウエーハのストリートにテスト エレメント グループ（TEG）と云われる金属パターを部分的に配設し、半導体ウエーハを分割する前に金属パターンを通して回路の機能をテストするように構成した半導体ウエーハも実用化されている。

上述したＬｏｗ−ｋ膜やテスト エレメント グループ（TEG）はウエーハの素材と異なるため、切削ブレードによって同時に切削することが困難である。即ち、Ｌｏｗ−ｋ膜は雲母のように非常に脆いことから、切削ブレードによりストリートに沿って切削すると、Ｌｏｗ−ｋ膜が剥離し、この剥離がデバイスにまで達しデバイスに致命的な損傷を与えるという問題がある。また、テスト エレメント グループ（TEG）は金属によって形成されているため、切削ブレードによって切削するとバリが発生する。

上記問題を解消するために、半導体ウエーハの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ストリートを形成するＬｏｗ−ｋ膜やストリートに配設されたテスト エレメント グループ（TEG）を除去し、その除去した領域に切削ブレードを位置付けて切削する加工装置が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）

しかるに、レーザー光線照射手段の集光器を通して照射されるレーザー光線のエネルギー分布はガウシアン分布であるため、レーザー加工溝の中央部は半導体ウエーハの基板に達し積層体が除去されるが、レーザー加工溝の側部は基板に達しないため積層体が残存する。この結果、半導体ウエーハを切削ブレードによりレーザー加工溝に沿って切削すると、残存した積層体が切削ブレードによって切削される際に剥離してデバイスを損傷するという問題がある。なお、切削ブレードの切削による剥離の影響が及ばないように積層体を多めに除去すると、レーザー加工溝がストリートを越えて形成され、デバイスを損傷するという問題がある。

上記問題を解消するために、レーザー光線発振手段から発振された断面が円形のレーザー光線を断面が半円形の第１のレーザー光線と第２のレーザー光線に２分割するとともに第１のレーザー光線と第２のレーザー光線の左右を入れ替える第１のプリズムと、第１のプリズムによって２分割された第１のレーザー光線と第２のレーザー光線の光路を平行に修正する第２のプリズムと、第２のプリズムによって光路が平行に修正された第１のレーザー光線と第２のレーザー光線のスポットをそれぞれ直線部を外側に円弧部を内側にして結像する結像レンズとを具備し、第１のレーザー光線と第２のレーザー光線が結像されたスポットによってレーザー加工することにより、外側が被加工物の加工面に対して垂直状の第１のレーザー加工溝と第２のレーザー加工溝を形成することができるレーザー加工装置が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）

特開２００３−３２０４６６号公報 特開２００６−１８７７８３号公報

上述した特許文献２に開示されたレーザー加工装置のようにレーザー光線発振手段から発振された断面が円形のレーザー光線を断面が半円形の第１のレーザー光線と第２のレーザー光線に２分割するとともに第１のレーザー光線と第２のレーザー光線の左右を入れ替えることにより、両外側のエネルギー分布が高く急峻となるため、両外側が被加工物の加工面に対して垂直状のレーザー加工溝を形成することができる。しかるに、２分割された第１のレーザー光線と第２のレーザー光線の中央側のエネルギー分布が低いため、レーザー加工溝の幅方向中央部に山形の加工残りが発生する。このようにレーザー加工溝の幅方向中央部に山形の加工残りが発生すると、後工程である切削工程においてウエーハをレーザー加工溝に沿って切削する際に、切削ブレードが山形の加工残り部の影響で傾斜し適正な切削を行うことができないという問題がある。

上記加工残りの発生を防止するために２分割された第１のレーザー光線と第２のレーザー光線を接近させ中央部を重合するように設定すると、第１のレーザー光線と第２のレーザー光線とによる干渉の影響が顕著に現れ、第１のレーザー光線と第２のレーザー光線の中央側に非照射部が残留して、レーザー加工溝の幅方向中央部に山形の加工残りが発生する。なお、上記第１のレーザー光線と第２のレーザー光線とによる干渉の影響はレーザー光線発振手段から発振されるレーザー光線の径を小さくすることにより低減することが可能であるが、実際の加工用レーザー光線においてはレーザー光線の密度が所定の閾値を超えると光学部品へ不可逆的なダメージを与えるため、レーザー光線の径を小さくするには限界がある。

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、レーザー加工溝の幅方向中央部に山形の加工残りを発生させることなく、レーザー加工溝の外側を被加工物の加工面に対して垂直状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を相対移動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から発振された断面が円形のレーザー光線を断面が楕円形のレーザー光線に形成する楕円光線形成手段と、該楕円光線形成手段によって断面が楕円形に形成されたレーザー光線の楕円の長軸を対称軸として断面が半楕円の第１のレーザー光線と第２のレーザー光線に２分割するとともに該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線の左右を入れ替える第１のプリズムと、該第１のプリズムによって２分割された該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線の光路を平行に修正する第２のプリズムと、該第２のプリズムによって光路が平行に修正された該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線のスポットをそれぞれ直線部を外側に円弧部を内側にして集光する集光レンズと、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。

上記第１のプリズムと第２のプリズムの間隔を調整することにより、上記集光レンズによって集光される第１のレーザー光線と第２のレーザー光線とからなるスポットの幅を調整する。

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から発振された断面が円形のレーザー光線を楕円光線形成手段によって断面が楕円形のレーザー光線に形成した後、第１のプリズムによって楕円の長軸を対称軸として断面が半楕円の第１のレーザー光線と第２のレーザー光線に２分割するとともに第１のレーザー光線と第２のレーザー光線の左右を入れ替え、この第１のレーザー光線と第２のレーザー光線の光路が第２のプリズムによって平行に修正された後、第１のレーザー光線と第２のレーザー光線のスポットが集光レンズによってそれぞれ直線部を外側に円弧部を内側にして集光され結像されるので、この第１のレーザー光線と第２のレーザー光線が結像されたスポットによってレーザー加工することにより、外側が被加工物の加工面に対して垂直状の第１のレーザー加工溝と第２のレーザー加工溝を形成することができる。
また、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から発振された断面が円形のレーザー光線を楕円光線形成手段によって断面が楕円形のレーザー光線に形成した後、楕円の長軸を対称軸として断面が半楕円の第１のレーザー光線と第２のレーザー光線に２分割することにより、レーザー光線の密度を上限に維持したまま、第１のレーザー光線と第２のレーザー光線の干渉に影響を与える短軸の径を極小化することができるので、第１のレーザー光線と第２のレーザー光線との干渉による影響を減少させることができる。従って、第１のレーザー光線と第２のレーザー光線によって形成されたレーザー加工溝の幅方向中央部に山形の加工残りが発生することはない。

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を構成するレーザー光線発振手段および楕円光線形成手段を示すブロック図。 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を構成する集光器を示すブロック図。 図３に示す集光器によって結像された第１のレーザー光線と第２のレーザー光線のスポット形状を拡大して示す説明図。 図３に示す集光器を構成する第１にプリズムと第２のプリズムの間隔を変えることにより、第１のレーザー光線と第２のレーザー光線のスポットの間隔が変化する状態を示す説明図。 被加工物としての半導体ウエーハの斜視図。 図６に示す半導体ウエーハの一部断面拡大図。 図６に示す半導体ウエーハが環状のフレームに保護テープを介して支持され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６に示す半導体ウエーハのストリートに沿ってレーザー加工溝を形成するレーザー光線照射工程の説明図。 図９に示すレーザー光線照射工程を実施すことによって半導体ウエーハに形成されたレーザー加工溝の拡大断面図。 図９に示すレーザー光線照射工程によって形成されたレーザー加工溝に沿って半導体ウエーハを切断する切削工程の説明図。 図１１に示す切削工程におけるレーザー加工溝と切削ブレードとの関係を示す説明図。 図１１に示す切削工程における切削ブレードの切り込み送り位置を示す説明図。

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Ｘ軸方向と直交する矢印Ｙで示す割り出し方向（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で示す焦点位置調整方向（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支持テーブル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被加工物保持面３６１を備えており、チャックテーブル３６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。また、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。また、チャックテーブル３６には、後述する半導体ウエーハを支持する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が装着されている。

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１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿って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Ｘ軸方向である加工送り方向に移動せしめられる。

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、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Y軸方向である割り出し送り方向に移動せしめられる。

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Y軸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、該雄ネジロッド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Y軸方向である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、Z軸方向に移動可能に支持される。

図示のレーザー光線照射手段５２は、上記ユニットホルダ５１に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング５２１を含んでいる。ケーシング５２１内には図２に示すようにパルスレーザー光線発振手段５３と、該レーザー光線発振手段５３から発振された断面が円形のレーザー光線を断面が楕円形のレーザー光線に形成する楕円光線形成手段５４とが配設されている。パルスレーザー光線発振手段３は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器５３１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段５３２とから構成されている。

上記楕円光線形成手段５４は、図示の実施形態においては一対のプリズム５４１、５４２とからなっている。この一対のプリズム５４１、５４２は、上記レーザー光線発振手段５３から発振されたレーザー光線の入射面５４１a、５４２aがレーザー光線の光軸に対して傾斜して配設されている。従って、レーザー光線発振手段５３から発振された断面が円形のレーザー光線L1は、一対のプリズム５４１、５４２を通過することによって断面が楕円形のレーザー光線L2に形成される。なお、楕円光線形成手段５４は、断面が楕円形のレーザー光線L2の長軸がＸ軸方向となるように構成されている。このように楕円光線形成手段５４によって断面が楕円形のレーザー光線L2は、上記ケーシング５２１の先端部に装着された集光器５５に導かれる。

集光器５５について、図３を参照して説明する。
図３に示す集光器５５は、方向変換ミラー５５１と、第１のプリズム５５２と、第２のプリズム５５３と、集光レンズ５５４を含んでいる。方向変換ミラー５５１は、上記パルスレーザー光線発振手段５３(図２参照)から発振され断面が円形のレーザー光線L1が楕円光線形成手段５４によって断面が楕円形に形成されたレーザー光線L2を下方即ち第１のプリズム５５２に向けて方向変換する。第１のプリズム５５２は、方向変換ミラー５５１によって方向変換された断面が楕円形のレーザー光線L2の楕円の長軸を対称軸として断面が半楕円の第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4に２分割するとともに、該第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4の左右を入れ替える。第２のプリズム５５３は、第１のプリズム５５２によって２分割された第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4の光路を平行に修整する。上記集光レンズ５５４は、第２のプリズム５５３によって光路が平行に修整された第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4のスポットを結像する。

図３に示す集光器５５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。上記パルスレーザー光線発振手段５３から発振され断面が円形のレーザー光線L1が楕円光線形成手段５４によって断面が楕円形に形成されたレーザー光線L2は、方向変換ミラー５５１によって第１のプリズム５５２に向けて方向変換される。第１のプリズム５５２に到達した断面が楕円形のレーザー光線L2は、第１のプリズム５５２によって断面が半楕円の第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4に２分割されるとともに、該第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4の左右が入れ替えられる。この結果、第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4は、それぞれ円弧部が内側に直線部が外側となる。このようにして２分割された第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4は、第２のプリズム５５３を通過することによって光路が平行に修整される。第２のプリズム５５３で光路が平行に修整された第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4は、集光レンズ５５４を通過することによって所定の結像位置Pに集光され結像される。このとき、結像位置Pは集光レンズ５５４の焦点fより下流側にあるため、第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4は左右が反転し、それぞれ直線部を外側に円弧部を内側にしたスポットで結像される。

なお、図３において、第１のプリズム５５２の頂点から集光レンズ５５４までの距離を(a)、集光レンズ５５４から結像位置Pまでの距離を(b)、集光レンズ５５４の焦点距離を(f)とすると、（1/a＋1/b＝1/f）の式が成り立つ。そして、図４に示すように第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4の断面が半楕円のスポットの長軸(d)は、倍率(m＝b/a)によって決まる。また、第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4とからなるスポットの幅（e）は、第１のプリズム５５２と第２のプリズム５５３の間隔を変えることによって変化する。即ち、図５に示すように、第１のプリズム５５２と第２のプリズム５５３の間隔が(D1)の場合には第２のプリズム５５２を通過した第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4の幅は(e1)であるが、第１のプリズム５５２と第２のプリズム５５３の間隔が(D２)に広がると第２のプリズム５５３を通過した第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4の幅は(e2)となる。従って、第１のプリズム５５２と第２のプリズム５５３の間隔を調整することにより、集光レンズ５５４を通過することによって所定の結像位置P(図３参照)に結像される第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4とからなるスポットの幅（e）も変化し、第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4とからなる半楕円のスポットの重合量を調整することができる。

以上のように、図示の実施形態におけるレーザー光線照射手段５２は、レーザー光線発振手段５３から発振された断面が円形のレーザー光線L1を楕円光線形成手段５４によって断面が楕円形のレーザー光線L2に形成した後、楕円の長軸を対称軸として断面が半楕円の第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4に２分割することにより、レーザー光線の密度を上限に維持したまま、第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4の干渉に影響を与える短軸の径を極小化することができる。従って、第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4との干渉による影響を減少させることができる。

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５２を構成するケーシング５２１の前端部には、上記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６が配設されている。この撮像手段６は、被加工物を照明する照明手段と、該照明手段によって照明された領域を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた像を撮像する撮像素子（ＣＣＤ）等を備え、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。

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Z軸方向に移動させるための移動手段７を具備している。移動手段７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７２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ７２によって図示しない雄ネジロッドを正転または逆転駆動することにより、ユニットホルダ５１およびレーザー光線照射手段５２を一対の案内レール４２３、４２３に沿ってZ軸方向である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７２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７２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。
ここで、上記レーザー加工装置によって加工される被加工物としての半導体ウエーハについて、図６および図７を参照して説明する。
図６および図７に示す半導体ウエーハ１０は、シリコン等の半導体基板１１の表面に絶縁膜と回路を形成する機能膜が積層された積層体１２によって複数のＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１３がマトリックス状に形成されている。そして、各デバイス１３は、格子状に形成されたストリート１４によって区画されている。なお、図示の実施形態においては、積層体１２を形成する絶縁膜は、ＳｉＯ_２膜または、ＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）からなっている。

上述した半導体ウエーハ１０をストリート１４に沿って分割するには、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に装着された保護テープTの表面に貼着する。このとき、半導体ウエーハ１０は、表面１０ａを上にして裏面側を保護テープTに貼着する。

次に、半導体ウエーハ１０のストリート１４に沿ってレーザー光線を照射し、ストリート上の積層体１２を除去するレーザー光線照射工程を実施する。
このレーザー光線照射工程は、先ず上述した図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を介して環状のフレームFに支持された半導体ウエーハ１０を載置し、該チャックテーブル３６上に保護テープTを介して半導体ウエーハ１０を吸着保持する。従って、半導体ウエーハ１０は、表面１０aを上側にして保持される。なお、半導体ウエーハ１０を保護テープTを介して支持している環状のフレーム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６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６の直下に位置付けられると、撮像手段６および図示しない制御手段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。即ち、撮像手段６および図示しない制御手段は、半導体ウエーハ１０の所定方向に形成されているストリート１４と、ストリート１４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５５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１０に形成されている上記所定方向に対して直交する方向に延びるストリート１４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。

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１４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(a)で示すようにチャックテーブル３６をレーザー光線を照射する集光器５５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１４を集光器５５の直下に位置付ける。このとき、図９の（ａ）で示すように半導体ウエーハ１０は、ストリート１４の一端(図９の(a)において左端)が集光器５５の直下に位置するように位置付けられる。そして、集光器５５から照射される上記第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4の結像位置Pがストリート１４の表面に位置するように、移動手段７を作動してレーザー光線照射手段５２の高さ位置を調整する。

次に、レーザー光線照射手段５２を作動して集光器５５から上記第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4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、図９の（ｂ）で示すようにストリート１４の他端（図９(b)において右端）が集光器５５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。

この結果、半導体ウエーハ１０のストリート１４には、図１０に示すように上記第１のレーザー光線L3によって積層体１２より深い第１のレーザー加工溝１０１が形成されるとともに、上記第２のレーザー光線L4によって積層体１２より深い第２のレーザー加工溝１０２が形成される。このように、第１のレーザー加工溝１０１と第２のレーザー加工溝１０２を形成する第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4は、上述したようにそれぞれ直線部を外側に円弧部を内側にしたスポットで結像されるので、第１のレーザー加工溝１０１と第２のレーザー加工溝１０２はそれぞれ外側が積層体１２の加工面(上面)に対して垂直に形成される。従って、積層体１２を分断するために基板１１に達するレーザー加工溝を形成してもデバイス１３に影響を及ぼすことがない。また、第１のレーザー光線L3と第２のレーザー光線L4は、上述したようにスポットが長軸を対称軸として２分割された半楕円に形成され互いの干渉による影響が減少するようになっているので、第１のレーザー加工溝１０１と第２のレーザー加工溝１０２からなるレーザー加工溝の幅方向中央部に山形の加工残りが発生することはない。このようにして、上述したレーザー光線照射工程を半導体ウエーハ１０に形成された全てのストリート１４に実施する。

なお、上記レーザー光線照射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。
レーザー光線の光源 ：ＹＶＯ４レーザーまたはＹＡＧレーザー
波長 ：３５５ｎｍ
出力 ：１．０Ｗ
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
パルス幅 ：１０ｎｓ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒
ストリートの幅 ：５０μm
レーザー加工溝の幅(E0) ：３０μm

半導体ウエーハ１０に形成された全てのストリート１４に上述したレーザー光線照射工程を実施したならば、半導体ウエーハ１０をストリート１４に沿って切断する切削工程を実施する。即ち、図１１に示すように切削装置１６のチャックテーブル１６１上にレーザー光線照射工程が実施された半導体ウエーハ１０を表面１０ａを上側にして載置し、図示しない吸引手段によって半導体ウエーハ１０をチャックテーブル１６１上に保持する。次に、半導体ウエーハ１０を保持したチャックテーブル１６１を切削加工領域の切削開始位置に移動する。このとき、図１１で示すように半導体ウエーハ１０は切削すべきストリート１４の一端（図１１において左端）が切削ブレード１６２の直下より所定量右側に位置するように位置付けられる。このとき、切削ブレード１６２は、図１２で示すように第１のレーザー加工溝１０１とレーザー加工溝１０２の幅(E0)内に位置付けられる。

このようにしてチャックテーブル１６１即ち半導体ウエーハ１０が切削加工領域の切削開始位置に位置付けられたならば、切削ブレード１６２を図１１において２点鎖線で示す待機位置から下方に切り込み送りし、図１３において実線で示すように所定の切り込み送り位置に位置付ける。この切り込み送り位置は、図１３に示すように切削ブレード１６２の下端が半導体ウエーハ１０の裏面に貼着された保護テープTに達する位置に設定されている。

次に、図１１に示すように切削ブレード１６２を矢印１６２aで示す方向に所定の回転速度で回転せしめ、チャックテーブル１６１即ち半導体ウエーハ１０を図１１において矢印Ｘ１で示す方向に所定の切削送り速度で移動せしめる。そして、チャックテーブル１６１即ち半導体ウエーハ１０の他端（図１１において右端）が切削ブレード１６２の直下より所定量左側に位置するまで達したら、チャックテーブル１６１の移動を停止する。このようにチャックテーブル１６１を切削送りすることにより、半導体ウエーハ１０はストリート１４に沿って切断される。このとき、第１のレーザー加工溝１０１と第２のレーザー加工溝１０２からなるレーザー加工溝には上述したように幅方向中央部に山形の加工残りが存在しないので、切削ブレード１６２は適正に位置付けられ適正な切削を行うことができる。また、第１のレーザー加工溝１０１と第２のレーザー加工溝１０２が上述したように外側において積層体１２の加工面(上面)に対して垂直に形成されているので、切削ブレード１６２がストリート１４の両側部における積層体１２に作用することはない。

次に、チャックテーブル１６１即ち半導体ウエーハ１０を紙面に垂直な方向（割り出し送り方向）にストリート１４の間隔に相当する量割り出し送りし、次に切削すべきストリート１４を切削ブレード１６２と対応する位置に位置付け、図１１に示す状態に戻す。そして、上記と同様に切削工程を実施する。

なお、上記切削工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
切削ブレード ：外径５２ｍｍ、厚さ２０μｍ
切削ブレードの回転速度：４００００ｒｐｍ
切削送り速度 ：５０ｍｍ／秒

上述した切削工程を半導体ウエーハ１０に形成された全てのストリート１４に実施する。この結果、半導体ウエーハ１０はストリート１４に沿って切断され、個々のデバイス１３に分割される。

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
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
５２：レーザー光線照射手段
５３：パルスレーザー光線発振手段
５４：楕円光線形成手段
５５：集光器
５５１：方向変換ミラー
５５２：第１のプリズム
５５３：第１のプリズム
５５４：集光レンズ
６：撮像手段
１０：半導体ウエーハ(被加工物)
１６：切削装置
１６１：切削装置のチャックテーブル
１６２：切削ブレード

Claims (2)

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を相対移動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から発振された断面が円形のレーザー光線を断面が楕円形のレーザー光線に形成する楕円光線形成手段と、該楕円光線形成手段によって断面が楕円形に形成されたレーザー光線の楕円の長軸を対称軸として断面が半楕円の第１のレーザー光線と第２のレーザー光線に２分割するとともに該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線の左右を入れ替える第１のプリズムと、該第１のプリズムによって２分割された該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線の光路を平行に修正する第２のプリズムと、該第２のプリズムによって光路が平行に修正された該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線のスポットをそれぞれ直線部を外側に円弧部を内側にして集光する集光レンズと、を具備している、
   ことを特徴とするレーザー加工装置。
2. 該第１のプリズムと該第２のプリズムの間隔を調整することにより、該集光レンズによって集光される該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線のスポットの幅を調整する、請求項１記載のレーザー加工装置。

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