JP2012091218A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工送り方向（X軸方向）と直交する割り出し送り方向（Y軸方向）にも分散されている加工位置にも１回のレーザー加工工程においてレーザー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】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、チャックテーブルを相対的に加工送りする加工送り手段（X軸方向）と割り出し送り手段（Y軸方向）とを具備するレーザー加工装置であって、レーザー光線照射手段は、レーザー光線発振器と集光器との間に配設され集光器に入光せしめるレーザー光線の光軸を少なくともX軸方向に偏向して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べき領域を規定する第１のレーザー光線走査手段と、第１のレーザー光線走査手段に規定された領域においてレーザー光線発振器から発振されたレーザー光線をX軸方向およびY軸方向に偏向する第２のレーザー光線走査手段とを具備する。
【選択図】図１０

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ための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。

装置の小型化、高機能化を図るため、複数のデバイスを積層し、積層されたデバイスに設けられたボンディングパッド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、半導体ウエーハにおけるボンディングパッドが設けられた箇所に貫通孔（ビアホール）を形成し、このビアホールにボンディングパッド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。）

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９０〜３００μm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、基板の表面に複数のデバイスが形成されているとともに該デバイスにボンディングパッドが形成されているウエーハに、基板の裏面側からパルスレーザー光線を照射してボンディングパッドに達するビアホールを効率よく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２００３−１６３３２３号公報 特開２００７−６７０８２号公報

而して、上記特許文献２に開示されたレーザー加工装置は、同一の加工送り方向（X軸方向）に沿って配設されたボンディングパッドに対応する位置には連続加工が可能であるが、加工送り方向（X軸方向）と直交する割り出し送り方向（Y軸方向）にも分散してボンディングパッドが形成されている場合には、同一のX軸方向線方向毎にレーザー加工工程を実施しなければならず、生産性の面で必ずしも満足し得るものではない。

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、加工送り方向（X軸方向）と直交する割り出し送り方向（Y軸方向）にも分散されている加工位置にも１回のレーザー加工工程においてレーザー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とを加工送り方向（X軸方向）に相対的に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを加工送り方向（X軸方向）と直交する割り出し送り方向（Y軸方向）に相対的に加工送りする割り出し送り手段と、該チャックテーブルのX軸方向の移動位置を検出するためのX軸方向位置検出手段と、該チャックテーブルのY軸方向の移動位置を検出するためのY軸方向位置検出手段と、該X軸方向位置検出手段およびY軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいて該レーザー光線照射手段と該加工送り手段と該割り出し送り手段を制御する制御手段と、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、該レーザー光線発振器と該集光器との間に配設され該集光器に入光せしめるレーザー光線の光軸を少なくともX軸方向に偏向して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べき領域を規定する第１のレーザー光線走査手段と、
該第１のレーザー光線走査手段に規定された領域において該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線をX軸方向およびY軸方向に偏向する第２のレーザー光線走査手段と、を具備している、
ことを特徴とするレーザー光線照射装置。

上記第１のレーザー光線走査手段は、少なくともX軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいて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べき領域を規定する。
また、上記第１のレーザー光線走査手段は、ガルバノスキャナーからなっている。
更に、上記第２のレーザー光線走査手段は、パルスレーザー光線発振器が発振したレーザー光線の光軸をX軸方向に偏向する第１の音響光学偏向手段と、レーザー光線発振器が発振したレーザー光線の光軸をY軸方向に偏向する第２の音響光学偏向手段とからなっている。

本発明によるレーザー光線照射装置においては、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は、レーザー光線発振器と集光器との間に配設され集光器に入光せしめるレーザー光線の光軸を少なくとも加工送り方向（X軸方向）に偏向して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べき領域を規定する第１のレーザー光線走査手段と、第１のレーザー光線走査手段に規定された領域においてレーザー光線発振器から発振されたレーザー光線をX軸方向およびX軸方向と直交する割り出し送り方向（Y軸方向）に偏向する第２のレーザー光線走査手段とを具備しているので、X軸方向と直交するY軸方向にも分散して形成されている加工位置に１回の加工工程において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ブロック図。 図２に示すレーザー光線照射手段を構成するガルバノスキャナーからなる第１のレーザー光線走査手段の作用を示す説明図。 図２に示すレーザー光線照射手段の第２のレーザー光線走査手段を構成する第１の音響光学偏向手段の作用を示す説明図。 図２に示すレーザー光線照射手段の第２のレーザー光線走査手段を構成する第２の音響光学偏向手段の作用を示す説明図。 ウエーハとしての半導体ウエーハの平面図。 図６に示す半導体ウエーハの一部を拡大して示す平面図。 図６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６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を用いて図６に示す半導体ウエーハにレーザー加工孔（ビアホール）を穿孔する穿孔工程の説明図。 図１０に示す穿孔工程において半導体ウエーハが次の加工領域に移動した状態を示す説明図。 本発明によるレーザー加工装置におけるレーザー光線照射手段の他の実施形態を示す構成ブロック図。

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、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）と直交する矢印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、該レーザー光線照射ユニット支持機構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１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。この加工送り手段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１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装置は、上記チャックテーブル３６の加工送り量即ちX軸方向位置を検出するためのX軸方向位置検出手段３７４を備えている。X軸方向位置検出手段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X軸方向位置検出手段３７４の読み取りヘッド３７４bは、図示の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の加工送り量即ちX軸方向の位置を検出する。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の加工送り量即ちX軸方向の位置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の加工送り量即ちX軸方向の位置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。この第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（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即ちY軸方向位置を検出するためのY軸方向位置検出手段３８４を備えている。このY軸方向位置検出手段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Y軸方向位置検出手段３８４の読み取りヘッド３８４bは、図示の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の割り出し送り量即ちY軸方向の位置を検出する。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の割り出し送り量即ちY軸方向の位置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の割り出し送り量即ちY軸方向の位置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。この第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（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およびレーザ光線照射手段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。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６１と、パルスレーザー光線発振手段６１から発振されパルスレーザー光線を集光する集光器６2と、パルスレーザー光線発振手段６１と集光器６２との間に配設され集光器６２に入光せしめるパルスレーザー光線の光軸を少なくともX軸方向に偏向してチャックテーブル３６に保持された被加工物にレーザー光線を照射すべき領域を規定する第１のレーザー光線走査手段６３と、第１のレーザー光線走査手段６３に規定された領域においてパルスレーザー光線発振手段６１によって発振されたパルスレーザー光線をX軸方向およびY軸方向に偏向する第２のレーザー光線走査手段６４とを具備している。

上記パルスレーザー光線発振手段６１は、パルスレーザー光線発振器６１１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段６１２とから構成されている。パルスレーザー光線発振器６１１は、図示の実施形態においてはＹＶＯ４レーザーまたはＹＡＧレーザー発振器からなり、シリコン等の被加工物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LBを発振する。繰り返し周波数設定手段６１２は、パルスレーザー光線発振器６１１から発振されるパルスレーザー光線の周波数を設定する。

上記集光器６２は、パルスレーザー光線発振手段６１から発振されパルスレーザー光線を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物に照射する集光レンズ６３２を具備しており、ケーシング５２１の先端に装着されている。

上記第１のレーザー光線走査手段６３は、ガルバノスキャナーからなっている。ガルバノスキャナーからなる第１のレーザー光線走査手段６３は、ミラー６３１と、該ミラー６３１の設置角度を調整する角度調整アクチュエータ６３２とによって構成されている。角度調整アクチュエータ６３２は、その回動軸６３２aがミラー６３１に伝動連結されている。この角度調整アクチュエータ６３２は、後述する制御手段によって制御され、ミラー６３１の設置角度を図３において１点鎖線で示す状態から２点差線で示すように変更する。ミラー６３１が図３において実線で示す状態に位置付けられている場合には、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は、その光軸が図３において実線で示すように集光点Paに集光される。また、ミラー６３１が図３において１点鎖線で示す状態に位置付けられている場合には、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は、その光軸が図３において１点鎖線で示すように上記集光点Paから加工送り方向（X軸方向）に図３において左方に所定量変位した集光点Pbに集光される。また、ミラー６３１が図３において２点鎖線で示す状態に位置付けられている場合には、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は、その光軸が図３において２点鎖線で示すように上記集光点Paから加工送り方向（X軸方向）に図３において右方に所定量変位した集光点Pcに集光される。

図２に戻って説明を続けると、上記第２のレーザー光線走査手段６４は、パルスレーザー光線発振手段６１が発振したレーザー光線の光軸を加工送り方向（X軸方向）に偏向する第１の音響光学偏向手段６５と、パルスレーザー光線発振手段６１が発振したレーザー光線の光軸を割り出し送り方向（Y軸方向）に偏向する第２の音響光学偏向手段６６とからなっている。

上記第１の音響光学偏向手段６５は、パルスレーザー光線発振手段６１が発振したレーザー光線の光軸を加工送り方向（X軸方向）に偏向する第１の音響光学素子６５１と、該第１の音響光学素子６５１に印加するRF（radio frequency）を生成する第１のRF発振器６５２と、該第１のRF発振器６５２によって生成されたRFのパワーを増幅して第１の音響光学素子６５１に印加する第１のRFアンプ６５３と、第１のRF発振器６５２によって生成されるRFの周波数を調整する第１の偏向角度調整手段６５４と、第１のRF発振器６５２によって生成されるRFの振幅を調整する第１の出力調整手段６５５を具備している。上記第１の音響光学素子６５１は、印加されるRFの周波数に対応してレーザー光線の光軸を偏向する角度を調整することができるとともに、印加されるRFの振幅に対応してレーザー光線の出力を調整することができる。なお、上記第１の偏向角度調整手段６５４および第１の出力調整手段６５５は、後述する制御手段によって制御される。

上記第２の音響光学偏向手段６６は、パルスレーザー光線発振手段６１が発振したレーザー光線の光軸を加工送り方向（X軸方向）と直交する割り出し送り方向（Y軸方向）に偏向する第２の音響光学素子６６１と、該第２の音響光学素子６６１に印加するRFを生成する第２のRF発振器６６２と、該RF発振器６６２によって生成されたRFのパワーを増幅して第２の音響光学素子６６１に印加する第２のRFアンプ６６３と、第２のRF発振器６６２によって生成されるRFの周波数を調整する第２の偏向角度調整手段６６４と、第２のRF発振器６６２によって生成されるRFの振幅を調整する第２の出力調整手段６６５を具備している。上記第２の音響光学素子６６１は、印加されるRFの周波数に対応してレーザー光線の光軸を偏向する角度を調整することができるとともに、印加されるRFの振幅に対応してレーザー光線の出力を調整することができる。なお、上記第２の偏向角度調整手段６６４および第２の出力調整手段６６５は、後述する制御手段によって制御される。

図示の実施形態におけるレーザー光線照射手段５２は、上記第１の音響光学素子６５１に所定周波数のRFが印加された場合に、図２において破線で示すように第１の音響光学素子６５１によって偏向されたレーザー光線を吸収するためのレーザー光線吸収手段６７を具備している。

図示の実施形態における第２のレーザー光線走査手段６４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。
第２のレーザー光線走査手段６４を構成する第１の音響光学偏向手段６５の第１の偏向角度調整手段６５４に例えば１０Vの電圧が印加され、第１の音響光学素子６５１に１０Vに対応する周波数のRFが印加された場合には、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は、その光軸が図４において実線で示すように偏向されガルバノスキャナーからなる第１のレーザー光線走査手段６３を構成するミラー６３１の位置(ｄ1)に導かれる。また、第１の偏向角度調整手段６５４に例えば１５Vの電圧が印加され、第１の音響光学素子６５１に１５Vに対応する周波数のRFが印加された場合には、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は、その光軸が図４において１点鎖線で示すように偏向されミラー６３１の位置(d2)に導かれる。一方、第１の偏向角度調整手段６５４に例えば５Vの電圧が印加され、第１の音響光学素子６５１に５Vに対応する周波数のRFが印加された場合には、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は、その光軸が図４において２点鎖線で示すように偏向されミラー６３１の位置(d3)に導かれる。また、第１の音響光学偏向手段６５の第１の偏向角度調整手段６５４に例えば０Vの電圧が印加され、第１の音響光学素子６５１に０Vに対応する周波数のRFが印加された場合には、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は、図２において破線で示すようにレーザー光線吸収手段６７に導かれる。このように、第１の音響光学素子６５１によって偏向されたレーザー光線は、第１の偏向角度調整手段６５４に印加される電圧に対応して加工送り方向（X軸方向）に偏向せしめられる。

次に,第２のレーザー光線走査手段６４を構成する第２の音響光学偏向手段６６の作用について、図５を参照して説明する。
第２の偏向角度調整手段６６４に例えば１０Vの電圧が印加され、第２の音響光学素子６６１に１０Vに対応する周波数のRFが印加された場合には、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は、その光軸が図５において実線で示すようにガルバノスキャナーからなる第１のレーザー光線走査手段６３を構成するミラー６３１の位置(e1)に導かれる。また、第２の偏向角度調整手段６６４に例えば１５Vの電圧が印加され、第２の音響光学素子６６１に１５Vに対応する周波数のRFが印加された場合には、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は、その光軸が図５において１点鎖線で示すように偏向され、ガルバノスキャナーからなる第１のレーザー光線走査手段６３を構成するミラー６３１における上記位置(e1)から割り出し送り方向（Y軸方向）に図５において下方に所定量変位した位置(e2)に導かれる。一方、第１の偏向角度調整手段６６４に例えば５Vの電圧が印加され、第１の音響光学素子６５１に５Vに対応する周波数のRFが印加された場合には、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は、その光軸が図５において２点鎖線で示すように偏向され、ガルバノスキャナーからなる第２のレーザー光線走査手段６４を構成するミラー６３１における上記位置(e1)から割り出し送り方向（Y軸方向）に図５において上方に所定量変位した位置(e3)に導かれる。

ここで、上記第１のレーザー光線走査手段６３と第２のレーザー光線走査手段６４の特性について説明する。
ガルバノスキャナーからなる第１のレーザー光線走査手段６３は、角度調整アクチュエータ６３２を作動することによりミラー６３１の設置角度が変更するので、ミラー６３１の設置角度を大きく変更することができるため、レーザー光線の照射範囲を大きくとることができる。なお、第１のレーザー光線走査手段６３としては、ガルバノスキャナーの外にピエゾスキャナーを用いることができる。一方、第２のレーザー光線走査手段６４は、図示の実施形態においては第１の音響光学素子６５１を備えた第１の音響光学偏向手段６５および第２の音響光学素子６６１を備えた第２の音響光学偏向手段６６を用いているので、ガルバノスキャナーのように大きな角度偏向は不可能であるが、レーザー光線の光軸の偏向にミラーを用いず慣性力を伴わないため、光軸の制御を迅速且つ正確に実施することができる。なお、第２のレーザー光線走査手段６４としては音響光学偏向手段の外に電気光学偏向手段（EOD：Electro Optic Deflector）を用いることができる。

図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、ケーシング５２１の前端部に配設され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１１を備えている。この撮像手段１１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２０を具備している。制御手段２０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）２０１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）２０２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）２０３と、カウンター２０４と、入力インターフェース２０５および出力インターフェース２０６を備えている。制御手段２０の入力インターフェース２０５には、上記X軸方向位置検出手段３７４、Y軸方向位置検出手段３８４および撮像手段１１等からの検出信号が入力される。そして、制御手段２０の出力インターフェース２０６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、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６１、第１のレーザー光線走査手段６３を構成する角度調整アクチュエータ６３２、第２のレーザー光線走査手段６４の第１の音響光学偏向手段６５を構成する第１の偏向角度調整手段６５４および第１の出力調整手段６５５、第２のレーザー光線走査手段６４の第２の音響光学偏向手段６６を構成する偏向角度調整手段６６４および第２の出力調整手段６６５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６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３０の平面図が示されている。図６に示す半導体ウエーハ３０は、例えば厚みが１００μmのシリコン基板３００の表面３００ａに格子状に配列された複数の分割予定ライン３０１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３０２がそれぞれ形成されている。この各デバイス３０２は、全て同一の構成をしている。デバイス３０２の表面にはそれぞれ図７に示すように複数のボンディングパッド３０３（３０３a〜３０３j）が形成されている。このボンディングパッド３０３（３０３a〜３０３j）は、図示の実施形態においてはアルミニウム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、３０３aと３０３f、３０３bと３０３g、３０３cと３０３h、３０３dと３０３i、３０３eと３０３jは、X方向位置が同一である。このように各デバイス３０２に形成されたボンディングパッド３０３（３０３a〜３０３j）のX,Y座標値は、その設計値のデータが上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３に格納されている。また、各デバイス３０２の中心SのX,Y座標値および中心Sから各ボンディングパッド３０３（３０３a〜３０３j）までのX方向距離およびY方向距離の設計値のデータが上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３に格納されている。

上述したレーザー加工装置を用い、半導体ウエーハ３０に形成された各デバイス３０２のボンディングパッド３０３（３０３a〜３０３j）部にレーザー加工孔（ビアホール）を形成するレーザー加工の実施形態について説明する。
半導体ウエーハ３０は、図８に示すように環状のフレーム４０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５０に表面３００ａを貼着する。従って、半導体ウエーハ３０は、裏面３００bが上側となる。このようにして環状のフレーム４０に保護テープ５０を介して支持された半導体ウエーハ３０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５０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３０は、保護テープ５０を介してチャックテーブル３６上に吸引保持される。従って、半導体ウエーハ３０は、裏面３００bを上側にして保持される。また、環状のフレーム４０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３０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１１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１１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３０は、図９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３０に形成されている格子状の分割予定ライン３０１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工程を実施する。即ち、撮像手段１１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３０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３０の分割予定ライン３０１が形成されている表面３００ａは下側に位置しているが、撮像手段１１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、半導体ウエーハ３０の裏面３００ｂから透かして分割予定ライン３０１を撮像することができる。このようにしてアライメント工程が実施されたチャックテーブル３６上の半導体ウエーハ３０は、図９に示す座標値に位置付けられたことになる。

次に、半導体ウエーハ３０の各デバイス３０２に形成された各ボンディングパッド３０３(３０３a〜３０３j）部にレーザー加工孔（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を作動してチャックテーブル３６を移動し、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３に格納されている図９に示す半導体ウエーハ３０に形成されたデバイス３０２における最上位の行E1の最左端のデバイス３０２の中心Sの座標値を、図１０の(a)で示すようにレーザー光線照射手段５２の集光器６２の直下に位置付ける。そして、制御手段２０は、チャックテーブル３６を図１０の(a)において矢印Ｘ１で示す方向に所定の移動速度で加工送りするように上記加工送り手段３７を制御すると同時に、レーザー光線照射手段５２の第１のレーザー光線走査手段６３および第２のレーザー光線走査手段６４を制御して集光器６２からデバイス３０２に形成された各ボンディングパッド３０３(３０３a〜３０３j）部にパルスレーザー光線を照射する。

穿孔工程におけるレーザー光線照射手段５２の制御について、更に詳細に説明する。
制御手段２０は、チャックテーブル３６の移動に伴ってガルバノスキャナーからなる第１のレーザー光線走査手段６３を構成する角度調整アクチュエータ６３２を次のように制御する。即ち、第２のレーザー光線走査手段６４を構成する第１の音響光学偏向手段６５の第１の偏向角度調整手段６５４に例えば１０Vの電圧が印加された状態（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の光軸が図４において実線で示すように偏向されガルバノスキャナーからなる第１のレーザー光線走査手段６３を構成するミラー６３１の位置(ｄ1)に導かれる状態）、および第２の音響光学偏向手段６６の第２の偏向角度調整手段６６４に例えば１０Vの電圧が印加された状態（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は、その光軸が図５において実線で示すようにガルバノスキャナーからなる第１のレーザー光線走査手段６３を構成するミラー６３１の位置(e1)に導かれる状態）において、ミラー６３１によって反射され集光器６２を通して導かれるレーザー光線が図１０の(b)に示すようにデバイス３０２の中心Sに位置付けられるようにチャックテーブル３６の移動に追随して角度調整アクチュエータ６３２を制御する（図３も参照）。そして、この間に制御手段２０は、第２のレーザー光線走査手段６４を構成する第１の音響光学偏向手段６５および第２のレーザー光線走査手段６４を構成する第２の音響光学偏向手段６６を制御して、各ボンディングパッド３０３（３０３a〜３０３j）部にパルスレーザー光線を照射する。即ち、制御手段２０は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３に格納されているデバイス３０２の中心Sから各ボンディングパッド３０３（３０３a〜３０３j）までのX方向距離およびY方向距離に基づいて、例えばボンディングパッド３０３a部からボンディングパッド３０３j部の順にパルスレーザー光線が照射されるように第１の音響光学偏向手段６５および第２の音響光学偏向手段６６を制御する。そして、各ボンディングパッド３０３（３０３a〜３０３j）部に例えば１００ショットのパルスレーザー光線を照射したならば、第１の音響光学偏向手段６５の第１の音響光学素子６５１に０Vに対応する周波数のRFが印加し、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をレーザー光線吸収手段６７に導く。この結果、半導体ウエーハ３０のシリコン基板３００には、図１０の(c)に示すようにボンディングパッド３０３（３０３a〜３０３j）に達する加工孔３０４を形成することができる。なお、図１０の(c)には、ボンディングパッド３０３a〜３０３f部が示されている。このように図示の実施形態におけるレーザー加工装置においては、加工送り方向（X軸方向）と直交する割り出し送り方向（Y軸方向）にも分散して形成されているボンディングパッド３０３a〜３０３j部（加工位置）に１回の穿孔工程においてレーザー加工孔３０４を形成することができる。

上記穿孔工程における加工条件は、例えば下記の通り設定されている。
光源 ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４
波長 ：３５５ｎｍ
平均出力 ：４W
繰り返し周波数 ：５０〜１００kHz
集光スポット径 ：φ５０μｍ
加工送り速度 ：１００〜２００mm／秒

上述したように図９に示す半導体ウエーハ３０に形成されたデバイス３０２における最上位の行E1の最左端のデバイス３０２に形成された各ボンディングパッド３０３（３０３a〜３０３j）部に穿孔工程を実施し、図１１に示すように隣接するデバイス３０２の中心Sの座標値がレーザー光線照射手段５２の集光器６２の直下に達したならば、制御手段２０はガルバノスキャナーからなる第１のレーザー光線走査手段６３を構成する角度調整アクチュエータ６３２および第２のレーザー光線走査手段６４を構成する第１の音響光学偏向手段６５および第２のレーザー光線走査手段６４を構成する第２の音響光学偏向手段６６を上述したように制御して上記穿孔工程を実施する。以後、順次図９に示す半導体ウエーハ３０に形成されたデバイス３０２における最上位の行E1の最左端のデバイス３０２に対して上記穿孔工程を実施する。以上のようにして、半導体ウエーハ３０のシリコン基板３００に形成された全てのボンディングパッド３０３部に穿孔工程を実施する。

次に、本発明の他の実施形態について、図１２を参照して説明する。
図１２に示すレーザー光線照射手段５２は、上記図２に示すレーザー光線照射手段５２における第１のレーザー光線走査手段６３のレーザー光線照射方向上流側に第２のレーザー光線走査手段６４から出力されるレーサー光線を加工送り方向（X軸方向）と直交する割り出し送り方向（Y軸方向）に偏向するガルバノスキャナーからなるレーザー光線走査手段６３aを配設したものである。なお、ガルバノスキャナーからなるレーザー光線走査手段６３aは、ガルバノスキャナーからなる第１のレーザー光線走査手段６３と実質的に同一の構成であるため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。このように構成することにより、第２のレーザー光線走査手段６４を構成する第１の音響光学偏向手段６５および第２の音響光学偏向手段６６によってX軸方向およびY軸方向に偏向されたレーサー光線を更にレーザー光線走査手段６３aによってY軸方向に偏向するので、加工範囲を増大することができる。なお、図１２に示すレーザー光線照射手段５２におけるガルバノスキャナーからなるレーザー光線走査手段６３aは、レーザー光線を集光器６２を介して照射しない場合にレーザー光線吸収手段６７に導く機能を備えている。

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：X軸方向位置検出手段
３８：第１の割り出し送り手段
３８４：Y軸方向位置検出手段
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
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
６１：パルスレーザー光線発振手段
６２：集光器
６３：第１のレーザー光線走査手段
６３１：ミラー
６３２：角度調整アクチュエータ
６４：第２のレーザー光線走査手段
６５：第１の音響光学偏向手段
６５１：第１の音響光学素子
６６：第２の音響光学偏向手段
６６１：第２の音響光学素子
６７：レーザー光線吸収手段
１１：撮像手段
２０：制御手段
３０：半導体ウエーハ
３０１：分割予定ライン
３０２：デバイス
３０３：ボンディングパッド
３０４：レーザー加工孔
４０：環状のフレーム
５０：保護テープ

Claims (4)

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とを加工送り方向（X軸方向）に相対的に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを加工送り方向（X軸方向）と直交する割り出し送り方向（Y軸方向）に相対的に加工送りする割り出し送り手段と、該チャックテーブルのX軸方向の移動位置を検出するためのX軸方向位置検出手段と、該チャックテーブルのY軸方向の移動位置を検出するためのY軸方向位置検出手段と、該X軸方向位置検出手段およびY軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいて該レーザー光線照射手段と該加工送り手段と該割り出し送り手段を制御する制御手段と、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、該レーザー光線発振器と該集光器との間に配設され該集光器に入光せしめるレーザー光線の光軸を少なくともX軸方向に偏向して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べき領域を規定する第１のレーザー光線走査手段と、
   該第１のレーザー光線走査手段に規定された領域において該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線をX軸方向およびY軸方向に偏向する第２のレーザー光線走査手段と、を具備している、
   ことを特徴とするレーザー加工装置。
2. 該第１のレーザー光線走査手段は、少なくともX軸方向位置検出手段からの検出信号に基づいて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べき領域を規定する、請求項１記載のレーザー加工装置。
3. 該第１のレーザー光線走査手段は、ガルバノスキャナーからなる、請求項１又は２記載のレーザー加工装置。
4. 該第２のレーザー光線走査手段は、パルスレーザー光線発振器が発振したレーザー光線の光軸をX軸方向に偏向する第１の音響光学偏向手段と、レーザー光線発振器が発振したレーザー光線の光軸をY軸方向に偏向する第２の音響光学偏向手段とからなっている、請求項１から３のいずれかに記載のレーザー加工装置。

Images