JP2017164754A - レーザー加工装置およびレーザー加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、レーザー光線の光軸を偏心できるレーザー加工装置およびレーザー加工方法を提供すること。【解決手段】レーザー加工装置は、レーザー光線照射手段を備え、レーザー光線照射手段は、レーザー発振器２２と、集光レンズ２３と、レーザー発振器２２のレーザー光線Ｌの進行方向下流で、かつ集光レンズ２３の上流側に配設される第１の光軸偏心手段２５および第２の光軸偏心手段２６と、を備える。第１の光軸偏心手段２５および第２の光軸偏心手段２６は、それぞれ入射光の光軸ＬＡＸ上に配設されレーザー光線Ｌを透過する光透過部材２７と、光軸ＬＡＸに垂直な軸Ｑ回りに光透過部材２７を回転揺動させる回転部３０とを有し、回転する光透過部材２７にレーザー光線Ｌを透過させ、光透過部材２７を透過する光の屈折作用によりレーザー光線Ｌの光軸ＬＡＸを平行に揺動させる。【選択図】図３

Description

本発明は、レーザー加工装置およびレーザー加工方法に関する。

一般に、半導体デバイスの製造工程において、被加工物としてのウエーハにレーザー光線を照射し、ウエーハにビアホールやレーザー加工溝を形成することが行われている。この種の製造工程では、レーザー加工をする際に、ガルバノスキャナ（レーザー光線揺動手段）等を用いて、走査用ミラーを軸回りに駆動させてレーザー光線の光軸を偏向している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−６８２７０号公報

ところで、この種のレーザー加工では、加工時間の短縮のために、レーザー光線の光軸を高速に偏心（平行に揺動）することが望まれている。しかし、走査用ミラーを用いた構成では、レーザー光線の光軸を偏心するための構成が煩雑になる傾向にあり、この傾向は、走査用ミラーを高速に駆動させるほど強くなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で、レーザー光線の光軸を偏心できるレーザー加工装置およびレーザー加工方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、被加工物を保持する保持手段と、レーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、保持手段およびレーザー光線照射手段を制御する制御部と、を備えるレーザー加工装置であって、レーザー光線照射手段は、レーザー光線発振手段と、レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光して被加工物に導く集光レンズと、レーザー光線発振手段のレーザー光線の進行方向下流で、かつ集光レンズの上流側に配設されるレーザー光線揺動手段と、を備え、レーザー光線揺動手段は、入射光軸に配設されレーザー光線を透過する光透過部材と、入射光軸に垂直な軸回りに光透過部材を回転揺動させる回転部とを有し、回転する光透過部材にレーザー光線を透過させ、光透過部材を透過する光の屈折作用によりレーザー光線の光軸を平行に揺動させることを特徴とする。

この構成によれば、回転する光透過部材にレーザー光線を透過させ、光透過部材を透過する光の屈折作用によりレーザー光線の光軸を平行に揺動させるため、例えば、走査用ミラーを用いたものと比べて、レーザー光線の光軸を簡易な構成で偏心することができる。

また、レーザー光線揺動手段を二以上備え、各入射光軸に光透過部材が配設されてもよい。

また、二以上の光透過部材を同位相で同期して揺動させてもよい。

また、二以上の光透過部材を所定の位相差で揺動させてもよい。

また、本発明は、被加工物をレーザー加工するレーザー加工方法であって、被加工物を保持手段に保持する段階と、レーザー光線発振手段を駆動してレーザー光線を発振する段階と、発振されたレーザー光線をレーザー光線発振手段のレーザー光線の進行方向下流に配設され、レーザー光線の入射光軸に垂直な軸回りに回転揺動することにより一以上の光透過部材を透過させ光透過部材を透過する光の屈折作用により光軸を平行揺動させる段階と、平行揺動されたレーザー光線を被加工物に照射する段階と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、回転する光透過部材にレーザー光線を透過させ、光透過部材を透過する光の屈折作用によりレーザー光線の光軸を平行に揺動させるため、簡易な構成で、レーザー光線の光軸を偏心することができる。

図１は、本実施形態に係るレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。 図２は、図１に示されたレーザー加工装置の加工対象のウエーハ等を示す斜視図である。 図３は、図１に示されたレーザー加工装置のレーザー光線照射手段の構成例を示す図である。 図４は、図３に示されたレーザー光線照射手段が備えるレーザー光線揺動手段の回転部の構成例を模式的に示す図である。 図５−１は、図３に示されたレーザー光線照射手段が備えるレーザー光線揺動手段の光透過部材を示す図である。 図５−２は、図５−１に示された光透過部材を反時計回りに回転させた際に、光透過部材を透過したレーザー光線の光軸が揺動した状態を示す図である。 図５−３は、図５−１に示された光透過部材を時計回りに回転させた際に、光透過部材を透過したレーザー光線の光軸が揺動した状態を示す図である。 図６は、図３に示されたレーザー光線照射手段が備えるレーザー光線揺動手段で揺動されたレーザー光線が被加工物を穿孔する状態を示す断面図である。 図７は、本実施形態に係るビアホールの形成方法によりビアホールが形成されたウエーハを示す平面図である。 図８は、図７中のＶＩＩＩ部を拡大して示す平面図である。 図９は、別の実施形態に係るレーザー光線揺動手段の構成例を示す図である。 図１０は、図９に示すレーザー光線揺動手段の光透過部材を反時計回りに回転させた際に、光透過部材を透過したレーザー光線の光軸が揺動した状態を示す図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

図１は、本実施形態に係るレーザー加工装置の構成例を示す斜視図である。図２は、図１に示されたレーザー加工装置の加工対象のウエーハ等を示す斜視図である。図３は、図１に示されたレーザー加工装置のレーザー光線照射手段の構成例を示す図である。図４は、図３に示されたレーザー光線照射手段が備えるレーザー光線揺動手段の回転部の構成例を模式的に示す図である。図５−１は、図３に示されたレーザー光線照射手段が備えるレーザー光線揺動手段の光透過部材を示す図である。図５−２は、図５−１に示された光透過部材を反時計回りに回転させた際に、光透過部材を透過したレーザー光線の光軸が揺動した状態を示す図である。図５−３は、図５−１に示された光透過部材を時計回りに回転させた際に、光透過部材を透過したレーザー光線の光軸が揺動した状態を示す図である。図６は、図３に示されたレーザー光線照射手段が備えるレーザー光線揺動手段で揺動されたレーザー光線が被加工物を穿孔する状態を示す断面図である。図７は、本実施形態に係るビアホールの形成方法によりビアホールが形成されたウエーハを示す平面図である。図８は、図７中のＶＩＩＩ部を拡大して示す平面図である。

本実施形態に係るレーザー加工装置１は、被加工物としてのウエーハＷに対して、レーザー光線を照射することにより、ウエーハＷを穿孔する装置である。本実施形態では、ウエーハＷを穿孔する構成について説明するが、ウエーハＷに対してレーザー溝加工をすることも可能である。

レーザー加工装置１により穿孔されるウエーハＷは、図２および図７に示すように、実施形態ではシリコン、サファイア、ガリウムなどを母材とする円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハである。ウエーハＷは、表面ＷＳに格子状に形成される複数の分割予定ラインＳｔよって区画された領域にデバイスＤが形成されている。ウエーハＷは、分割予定ラインＳｔに沿って切断することにより、デバイスＤが形成された領域を分割して、個々の半導体チップに製造される。ウエーハＷは、デバイスＤが複数形成されている表面ＷＳに粘着テープＴが貼着され、粘着テープＴの外縁が環状フレームＦに貼着されることで、環状フレームＦの開口に粘着テープＴで支持される。ウエーハＷは、表面ＷＳの裏側の裏面ＷＲ側からデバイスＤのボンディングパッドＰＤ（図６に示す）に達する孔であるビアホールＶＨ（図８に示す）が形成される。

レーザー加工装置１は、ウエーハＷの表面ＷＳにおけるボンディングパッドＰＤが形成された位置の裏面ＷＲからボンディングパッドＰＤに達するビアホールＶＨを形成するものである。レーザー加工装置１は、図１に示すように、ウエーハＷを保持するチャックテーブル（保持手段）１０と、チャックテーブル１０に保持されたウエーハＷの裏面ＷＲからビアホールＶＨを形成するために、レーザー光線Ｌ（図３に示す）を照射するレーザー光線照射手段２０と、Ｘ軸移動手段４０と、Ｙ軸移動手段５０と、制御部１００とを少なくとも備える。

チャックテーブル１０は、加工前のウエーハＷが保持面１０ａ上に載置されて、粘着テープＴを介して環状フレームＦの開口に貼着されたウエーハＷを保持するものである。チャックテーブル１０は、保持面１０ａを構成する部分がポーラスセラミック等から形成された円盤形状であり、図示しない真空吸引経路を介して図示しない真空吸引源と接続され、保持面１０ａに載置されたウエーハＷを粘着テープＴを介して吸引することで保持する。なお、チャックテーブル１０は、Ｘ軸移動手段４０によりＸ軸方向に加工送りされ、かつ回転駆動源（図示せず）により中心軸線（Ｚ軸と平行である）回りに回転されるとともに、Ｙ軸移動手段５０によりＹ軸方向に割り出し送りされる。また、チャックテーブル１０の周囲には、エアーアクチュエータにより駆動してウエーハＷの周囲の環状フレームＦを挟持するクランプ部１１が複数設けられている。

レーザー光線照射手段２０は、チャックテーブル１０に保持されたウエーハＷに対し、ウエーハＷが吸収性を有する波長（例えば、３５５ｎｍ）のレーザー光線Ｌを照射し、ウエーハＷの裏面ＷＲ側からビアホールＶＨを形成するものである。即ち、レーザー光線照射手段２０は、ウエーハＷの裏面ＷＲ側に吸収性を有する波長のレーザー光線Ｌを照射して、ウエーハＷにアブレーション加工を施すものである。なお、レーザー光線Ｌの波長は、上記した３５５ｎｍの他に、５３２ｎｍや２６７ｎｍを使用することが可能である。

レーザー光線照射手段２０は、図３に示すように、装置本体２の柱部３に支持されたケーシング２１（図１に示す）と、レーザー発振器（レーザー光線発振手段）２２と、集光レンズ２３と、第１の光軸偏心手段（レーザー光線揺動手段）２５と、第２の光軸偏心手段（レーザー光線揺動手段）２６と、ミラー２４とを備える。

レーザー発振器２２は、ウエーハＷが吸収性を有する波長のレーザー光線Ｌを発振する。集光レンズ２３は、チャックテーブル１０の保持面１０ａに対向してケーシング２１の先端部に設けられている。集光レンズ２３は、レーザー発振器２２から発振されたレーザー光線Ｌを集光してチャックテーブル１０に保持されたウエーハＷに導くものである。また、集光レンズ２３として、Ｆ−Θレンズ、望ましくはテレセントリックＦ−Θレンズを用いることができる。本実施形態では、レーザー加工装置１は、集光レンズ２３として、テレセントリックＦ−Θレンズを用いる。

第１の光軸偏心手段２５および第２の光軸偏心手段２６は、いわゆるスキャナ装置である。第１の光軸偏心手段２５は、図３に示すように、レーザー発振器２２のレーザー光線Ｌの進行方向下流に配設され、レーザー光線Ｌの光軸Ｌ_ＡＸを、該光軸Ｌ_ＡＸの延びる方向（図中Ｙ方向）に直交する第１軸方向（図中Ｘ軸方向）に平行に揺動させる。第１の光軸偏心手段２５は、レーザー光線Ｌの入射側の光軸Ｌ_ＡＸ上に配置されて該レーザー光線Ｌを透過する光透過部材２７と、この光透過部材２７を光軸Ｌ_ＡＸに垂直な第１軸Ｑｚ回りに回転揺動させる回転部３０とを備える。回転部３０は、第１軸Ｑｚ方向に延在して光透過部材２７を回転自在に支持する支持軸１２を備える。

また、第２の光軸偏心手段２６は、第１の光軸偏心手段２５よりもレーザー光線Ｌの進行方向下流で、かつ集光レンズ２３の進行方向上流側に配設され、レーザー光線Ｌの光軸Ｌ_ＡＸを、該光軸Ｌ_ＡＸの延びる方向（図中Ｙ方向）および第１軸方向にそれぞれ直交する第２軸方向（図中Ｚ軸方向）に平行に揺動させる。第２の光軸偏心手段２６は、レーザー光線Ｌの入射側の光軸Ｌ_ＡＸ上に配置されて該レーザー光線Ｌを透過する光透過部材２７と、この光透過部材２７を光軸Ｌ_ＡＸおよび第１軸Ｑｚにそれぞれ垂直な第２軸Ｑｘ回りに回転揺動させる回転部３０とを備える。回転部３０は、第２軸Ｑｘ方向に延在して光透過部材２７を回転自在に支持する支持軸１２を備える。第１の光軸偏心手段２５および第２の光軸偏心手段２６は、回転部３０が備える支持軸１２の延在方向が異なるだけで装置構成は同一であるので同一の符号を付す。ミラー２４は、第２の光軸偏心手段２６と集光レンズ２３との間に配置され、光透過部材２７を透過したレーザー光線Ｌの光軸Ｌ_ＡＸを集光レンズ２３に向けて反射する。

回転部３０は、支持軸１２を介して、光透過部材２７を軸回りに共振運動させる機能を有する。回転部３０は、図４に示すように、支持軸１２の軸Ｑに直交して延びる腕部１５と、この腕部１５にそれぞれ空間を空けて巻き付けられるコイル３１ａ，３１ｂと、これらコイル３１ａ，３１ｂに交流電力を印加する電源部３２と、腕部１５の先端部１５ａ，１５ｂにそれぞれ配置される磁石３２ａ，３２ｂとを備えて構成される。コイル３１ａ，３１ｂは、軸Ｑを挟んで延びる腕部１５にそれぞれ１本の電線を巻き付けて構成される。

電源部３２は、コイル３１ａ，３１ｂに所定周波数（励振周波数）の交流電力を印加する。コイル３１ａ，３１ｂには、上記した所定周波数で電流の流れ方向が切り換えられることにより、この電流の向きに応じた磁場が生じる。このため、コイル３１ａ，３１ｂの巻かれた腕部１５の先端部１５ａ，１５ｂは、それぞれ所定周波数に応じて磁極がＳ極からＮ極へと交互に切り換えられる。磁石３２ａ，３２ｂは、複数（本実施形態では３つ）の磁石を組み合わせて構成される。磁石３２ａは、腕部１５の先端部１５ａを挟んでＮ極３２ａＮとＳ極３２ａＳとが対向するように配置される。また、磁石３２ｂは、腕部１５の先端部１５ｂを挟んでＮ極３２ｂＮとＳ極３２ｂＳとが対向するように配置される。これらＮ極３２ａＮ，３２ｂＮは、それぞれ腕部１５により区切られた空間の同じ側に位置し、Ｓ極３２ａＳ，３２ｂＳは、それぞれＮ極３２ａＮ，３２ｂＮとは反対側に位置している。

コイル３１ａ，３１ｂに所定周波数（励振周波数）の交流電力を印加すると、腕部１５の先端部１５ａ，１５ｂに生じた磁極と磁石３２ａ，３２ｂの磁力とにより、支持軸１２は軸Ｑを中心に周方向（矢印Ｋ方向）に共振（励振）する。

このため、第１の光軸偏心手段２５および第２の光軸偏心手段２６は、図３に示すように、それぞれ光透過部材２７が第１軸Ｑｚもしくは第２軸Ｑｘを中心に共振（励振）する。本実施形態では、回転部３０は、所定周波数（例えば１〜１０ｋＨｚ）で光透過部材２７を共振している。この所定周波数は、一般に、ガルバノスキャナを駆動させる際の駆動周波数（例えば数十〜数百Ｈｚ）に比べて高速であるため、ガルバノスキャナと比べて、レーザー光線Ｌの光軸Ｌ_ＡＸの揺動を高速に行うことができる。

本実施形態では、回転部３０は、腕部１５の先端部１５ａ，１５ｂにそれぞれ磁石３２ａ，３２ｂを配置した構成としたが、磁石３２ａ，３２ｂに替えて鉄芯を配置する構成としてもよい。

光透過部材２７は、レーザー光線Ｌを透過する材料で形成された矩形板状の部材である。光透過部材２７を形成する材料は、例えば、ガラス、石英等、レーザー光線Ｌの波長に対して透過率が９５％以上となる材料が用いられ、本実施形態ではガラスが用いられている。光透過部材２７は、図５−１に示すように、レーザー光線Ｌが入射する入射面２７Ａ側に形成された反射防止膜２８を備える。反射防止膜２８は、レーザー光線Ｌが光透過部材２７の入射面２７Ａで反射することを抑制するため、レーザー光線Ｌの透過率を９９％以上とすることが可能となる。

光透過部材２７は、レーザー光線Ｌが透過する方向に所定の厚みｔを有して形成される。この厚みｔは、レーザー光線Ｌが屈折した際に揺動するシフト量に関連する。本実施形態では、ガラスを用いた際の厚みｔは１０ｍｍに設定されている。

光透過部材２７は、上述したように、回転部３０の支持軸１２に支持され、この支持軸１２の軸Ｑ回りに回転する。基準状態では、図５−１に示すように、光透過部材２７は、幅方向に延びる基準線Ａ０がレーザー光線Ｌと直交する位置にある。この基準状態では、光透過部材２７の入射面２７Ａがレーザー光線Ｌと直交するため、レーザー光線Ｌの光軸Ｌ_ＡＸは屈折せずにそのまま光透過部材２７を透過する。

また、図５−２に示すように、光透過部材２７を第１基準線Ａ１まで反時計回り方向Ｋ１に回転させると、この第１基準線Ａ１と基準線Ａ０との回転角θ１が入射角に相当する。この場合の屈折角θ２は、光透過部材２７の屈折率ｎ（例えばガラスの屈折率ｎは１．５）と回転角θ１とから、
ｓｉｎθ１／ｓｉｎθ２＝ｎ （１）
に示すスネルの法則によって算出できる。

また、光透過部材２７に入射するレーザー光線Ｌの延長線Ｌ０と、光透過部材２７を透過したレーザー光線Ｌの光軸Ｌ_ＡＸとのシフト量Ｓは、
Ｓ＝（ｔ／ｃｏｓθ２）×ｓｉｎ（θ１−θ２） （２）
に示す（２）式で算出できる。

同様に、図５−３に示すように、光透過部材２７を第２基準線Ａ２まで時計回り方向Ｋ２に回転させると、この第２基準線Ａ２と基準線Ａ０との回転角θ１が入射角に相当する。このため、屈折角θ２およびシフト量Ｓは、上記した式（１）、（２）によって算出できる。

このように、回転する光透過部材２７にレーザー光線Ｌを透過させることにより、光透過部材２７を透過する際の光の屈折作用を用いて、レーザー光線Ｌの光軸Ｌ_ＡＸを平行に揺動させることができる。このため、例えば、走査用ミラーを用いた構成と比較して、レーザー発振器２２から集光レンズ２３を介してウエーハＷまでレーザー光線Ｌを導く光路の構成を簡素化することができ、レーザー光線Ｌの光軸Ｌ_ＡＸを容易に平行に揺動させることができる。

また、本実施形態では、レーザー光線照射手段２０は、上記した第１の光軸偏心手段２５および第２の光軸偏心手段２６を備え、これら第１の光軸偏心手段２５と第２の光軸偏心手段２６とを所定の位相差（９０°）に固定して励振させている。この構成により、第２の光軸偏心手段２６の光透過部材２７を透過したレーザー光線Ｌは、円状の軌跡を描くため、図６に示すように、ウエーハＷの裏面ＷＲにビアホールＶＨの穿孔（トレパニング）加工を行うことができる。また、第１の光軸偏心手段２５または第２の光軸偏心手段２６を駆動させることにより、ウエーハＷの裏面ＷＲに直線状のレーザー溝を形成する加工をすることもできる。

上述したように、レーザー光線Ｌの光軸Ｌ_ＡＸのシフト量Ｓは、光透過部材２７の屈折率ｎ、厚みｔ、回転角θ１（振れ角）等により変更することが可能である。このため、屈折率ｎの高い材料を使用すれば、同一のシフト量Ｓを保持しつつ、光透過部材２７の厚みｔを薄くすることができる。光の透過率を特別に考慮しなければ、例えば、サファイアの屈折率ｎは、１．７程度であるため、ガラスよりも、光透過部材２７を薄くすることができる。光透過部材２７を薄くすれば、その分、光透過部材２７の軽量化を図ることができるため、該光透過部材２７を高速に回転振動させることができ、結果として加工速度の向上を図ることができる。

また、光透過部材２７として、例えば、ダイヤモンドを用いることもできる。ダイヤモンドの屈折率ｎは２以上であり、サファイアよりも更に屈折率ｎが大きい。更に、ダイヤモンドは、ヤング率と密度で規定される比剛性の値がガラスやサファイアよりも大きいため、光透過部材２７を高速（例えば、１０ｋＨｚ以上の高周波）で駆動させた場合に、光透過部材２７の歪みを抑制することができる。このため、光透過部材２７を高速に回転振動させた場合においても、レーザー光線Ｌのシフト量Ｓの変動を抑えることができる。ただし、サファイアおよびダイヤモンドは、ガラスと比べて、透過率が低いため、加工する際のレーザー光線Ｌの利用効率を重要視する観点から透過率を重視することが好ましい。このため、本実施形態では光透過部材２７としてガラスを用いている。

次に、本実施形態に係るレーザー加工方法を説明する。ここでは、ウエーハＷの裏面ＷＲにレーザー光線Ｌを照射して、ボンディングパッドＰＤに達するビアホールＶＨを形成する方法を説明する。

まず、オペレータが加工内容情報を制御部１００に登録し、オペレータがレーザー光線照射手段２０から離間したチャックテーブル１０の保持面１０ａ上にウエーハＷを載置し、加工動作の開始指示があった場合に、レーザー加工装置１が加工動作を開始する。加工動作では、制御部１００は、チャックテーブル１０の保持面１０ａにウエーハＷを吸引保持し、クランプ部１１で環状フレームＦを挟持する。制御部１００は、Ｘ軸移動手段４０およびＹ軸移動手段５０によりチャックテーブル１０をレーザー光線照射手段２０の下方に向かって移動して、レーザー光線Ｌの図示しない撮像手段の下方にチャックテーブル１０に保持されたウエーハＷを位置付け、撮像手段に撮像させる。撮像手段は、撮像した画像の情報を制御部１００に出力する。そして、制御部１００が、パターンマッチング等の画像処理を実施し、ウエーハＷにビアホールＶＨを形成する位置を割り出した後、割り出した位置の一つにビアホールＶＨを形成できるように、チャックテーブル１０に保持されたウエーハＷとレーザー光線照射手段２０との相対位置を調整する。

そして、制御部１００は、レーザー発振器２２からレーザー光線Ｌを発振させ、発振されたレーザー光線Ｌを第１の光軸偏心手段２５および第２の光軸偏心手段２６の各光透過部材２７に導く。この場合、第１の光軸偏心手段２５および第２の光軸偏心手段２６は、所定の位相差（９０°）に固定された状態で、所定周波数（例えば１〜１０ｋＨｚ）で光透過部材２７を回転（励振）する。第２の光軸偏心手段２６の光透過部材２７を透過したレーザー光線Ｌは、円状の軌跡を描きながら集光レンズ２３で集光され、ウエーハＷの裏面ＷＲに照射される。そして制御部１００は、図６および図８に示すように、ウエーハＷの裏面ＷＲ側からビアホールＶＨを形成する。

制御部１００は、一つのビアホールＶＨを形成すると、レーザー光線Ｌの発振を停止した後、次のビアホールＶＨを形成できるように、チャックテーブル１０に保持されたウエーハＷとレーザー光線照射手段２０との相対位置を調整した後、先程と同様にビアホールＶＨを形成する。制御部１００は、全てのビアホールＶＨを形成すると、レーザー光線Ｌの発振を停止して、チャックテーブル１０をレーザー光線照射手段２０から離間した位置に移動させた後、チャックテーブル１０の吸引保持およびクランプ部１１の挟持を解除する。そして、オペレータがすべてのビアホールＶＨが形成されたウエーハＷをチャックテーブル１０上から取り除くとともに、ビアホールＶＨ形成前のウエーハＷを再度、チャックテーブル１０上に載置し、前述の工程を繰り返して、ウエーハＷにビアホールＶＨを形成する。

次に、変形例に係るビアホールＶＨの形成方法を説明する。上記した実施形態では、レーザー光線Ｌが、円状の軌跡を描きながら集光レンズ２３で集光されることで１つのビアホールＶＨを１つずつ形成している。この変形例では、制御部１００は、光透過部材２７の回転角θ１に応じた所定のタイミングでレーザー光線Ｌを発振させ、その偏心したレーザー光線をスキャナ等で走査し照射位置を変更することで、複数のビアホールＶＨを並行して形成する。例えば、制御部１００は、図５−２、図５−３に示すように、光透過部材２７を軸Ｑ回りに回転させた状態で、所定のシフト量Ｓが得られるタイミング、すなわち、光透過部材２７の回転角θ１が所定角度になったタイミングで、レーザー発振器２２からレーザー光線Ｌを間欠的に発振する。このレーザー光線Ｌは、入射光軸Ｌ_ＡＸからそれぞれシフト量Ｓだけ平行に揺動した２本のレーザー光線Ｌとなり、この２本のレーザー光線Ｌはガルバノスキャナや音響光学素子（ＡＯＤ）等により照射位置が変更され、ウエーハＷの裏面ＷＲに照射されて、この裏面ＷＲに２つのビアホールＶＨを形成する。なお、この変形例では、光透過部材２７の回転角θ１が所定角度になったタイミングでレーザー発振器２２からレーザー光線Ｌを発振しているが、発振のタイミングは所望するビアホールＶＨ間のピッチ、形成するビアホールの数等に応じて適宜変更できる。

この構成では、第１の光軸偏心手段２５及び第２の光軸偏心手段２６の光透過部材２７を回転させることで、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に沿ったビアホールＶＨを形成できる。さらに、光透過部材２７を回転（振動）に合わせて、ガルバノスキャナやＡＯＤを用いることにより、複数のビアホールＶＨを並列的に形成できる。ここで、第１の光軸偏心手段２５および第２の光軸偏心手段２６を、位相差を９０°に固定した状態で、光透過部材２７の回転角θ１に応じた所定のタイミングでレーザー光線Ｌを発振させることにより、真円状のビアホールＶＨを並行して形成することもできる。

以上、本実施形態によれば、ウエーハＷを保持するチャックテーブル１０と、レーザー光線Ｌを照射するレーザー光線照射手段２０と、チャックテーブル１０およびレーザー光線照射手段２０を制御する制御部１００と、を備え、レーザー光線照射手段２０は、レーザー発振器２２と、レーザー発振器２２から発振されたレーザー光線Ｌを集光してウエーハＷに導く集光レンズ２３と、レーザー発振器２２のレーザー光線Ｌの進行方向下流で、かつ集光レンズ２３の上流側に配設される第１の光軸偏心手段２５および第２の光軸偏心手段２６と、を備え、第１の光軸偏心手段２５および第２の光軸偏心手段２６は、それぞれ、入射光の光軸Ｌ_ＡＸ上に配設されレーザー光線Ｌを透過する光透過部材２７と、光軸Ｌ_ＡＸに垂直な軸Ｑ回りに光透過部材２７を回転揺動させる回転部３０とを有するため、回転する光透過部材２７にレーザー光線Ｌを透過させ、光透過部材２７を透過する光の屈折作用によりレーザー光線Ｌの光軸Ｌ_ＡＸを平行に揺動させることができる。このため、例えば、走査用ミラーを用いた構成と比較して、レーザー発振器２２から集光レンズ２３を介してウエーハＷまでレーザー光線Ｌを導く光路の構成を簡素化することができ、レーザー光線Ｌの光軸Ｌ_ＡＸを容易に平行に揺動させることができる。

また、本実施形態によれば、回転部３０は、光透過部材２７を軸回りに所定周波数（例えば１〜１０ｋＨｚ）で光透過部材２７を共振している。この所定周波数は、例えば、ガルバノスキャナを駆動させる際の駆動周波数（例えば数十〜数百Ｈｚ）に比べて高速であるため、ガルバノスキャナと比べて、レーザー光線Ｌの光軸Ｌ_ＡＸの揺動を高速に行うことができ、結果として加工時間の短縮を実現できる。

また、本実施形態によれば、少なくとも２つの第１の光軸偏心手段２５および第２の光軸偏心手段２６を備え、これら第１の光軸偏心手段２５および第２の光軸偏心手段２６がそれぞれレーザー光線Ｌの入射光の光軸Ｌ_ＡＸ上に設けられているため、これら第１の光軸偏心手段２５および第２の光軸偏心手段２６の各光透過部材２７を共振させることで、レーザー光線Ｌの光軸Ｌ_ＡＸを容易に平行に揺動させることができる。

さらに、第１の光軸偏心手段２５の第１軸Ｑｚおよび第２の光軸偏心手段２６の第２軸Ｑｘを、レーザー光線Ｌの光軸Ｌ_ＡＸに対し、相互に直交するように設けることにより、レーザー光線Ｌを、該レーザー光線Ｌに直交する面状に容易に揺動させることができる。

また、本実施形態によれば、第１の光軸偏心手段２５および第２の光軸偏心手段２６は、所定の位相差（例えば９０°）に固定された状態で、光透過部材２７を軸回りに揺動させるため、第２の光軸偏心手段２６の光透過部材２７を透過したレーザー光線Ｌは、円状の軌跡を描きながら集光レンズ２３で集光されることにより、ウエーハＷに容易にビアホールＶＨ（穿孔）を形成することができる。

次に、別の実施形態について説明する。図９は、別の実施形態に係るレーザー光線揺動手段の構成例を示す図である。また、図１０は、図９に示すレーザー光線揺動手段の光透過部材を反時計回りに回転させた際に、光透過部材を透過したレーザー光線の光軸が揺動した状態を示す図である。この別の実施形態において、上記した実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

上記した実施形態では、第１の光軸偏心手段２５および第２の光軸偏心手段２６は、それぞれ一組の光透過部材２７及び回転部３０を備える構成とした。これに対して、別の実施形態では、第１の光軸偏心手段（レーザー光線揺動手段）１２５は、複数組（図９では５組）の光透過部材２７及び回転部３０と、これら各回転部３０を統括して駆動させる同期制御部１０１とをユニット化した偏心ユニット１２０を備えて構成される。また、第２の光軸偏心手段（レーザー光線揺動手段）１２６についても同等の構成を有する。

複数の光透過部材２７は、すべてレーザー光線Ｌの光軸Ｌ_ＡＸ上に配設されている。また、複数の回転部３０は、制御ライン１０２を介して、同期制御部１０１に並列に接続されている。同期制御部１０１は、制御部１００の制御下、各回転部３０を独立して制御することが可能となっている。上述したように、レーザー光線Ｌの光軸Ｌ_ＡＸのシフト量Ｓは、光透過部材２７の屈折率ｎと厚みｔにより変更される。この場合、シフト量Ｓを大きくするためには、光透過部材２７の厚みｔを厚くする必要があり、光透過部材２７の厚みｔを厚くすると、該光透過部材２７の重量が重くなるため、高速に回転させることが困難となっていた。

別の実施形態では、第１の光軸偏心手段（レーザー光線揺動手段）１２５は、複数組（図９では５組）の光透過部材２７及び回転部３０と、これら各回転部３０を統括して駆動させる同期制御部１０１とを備えている。同期制御部１０１は、各回転部３０をそれぞれ同一周波数（例えば、１ｋＨｚ）により同位相で同期して駆動させている。この構成によれば、図１０に示すように、レーザー光線Ｌは、光透過部材２７でそれぞれ屈折することにより、最下流の光透過部材２７を透過した際には、レーザー光線Ｌの光軸Ｌ_ＡＸのシフト量Ｓを大きく平行に揺動することができる。このため、各光透過部材２７の厚みｔ（図５−１参照）を厚くすることなく、シフト量Ｓを大きくすることができる。

この構成では、レーザー光線Ｌの進行方向の下流側に位置する光透過部材２７ほど、シフト量Ｓが大きくなる。このため、下流側に位置する光透過部材２７は、図１０に示すように、光透過部材２７におけるレーザー光線Ｌの光軸Ｌ_ＡＸに直交する幅Ｄ２を、上流側に位置する光透過部材２７の幅Ｄ１よりも大きくしておくことが好ましい。これにより、レーザー光線Ｌが光透過部材２７を外れて通過することが防止される。

この別の実施形態では、光透過部材２７は、ガラスを用いているが、ガラスよりも屈折率ｎの大きなサファイアやダイヤモンドを用いてもよい。この構成では、所望のシフト量Ｓを得るための光透過部材２７の枚数を低減することができ、結果として、コスト削減および装置の小型化を実現できる。

また、この別の実施形態では、同期制御部１０１は、すべての回転部３０（光透過部材２７）を同一周波数で駆動しているが、これに限るものではない。例えば、５つの回転部３０（光透過部材２７）のうち、３つを駆動させ、残りの２つは基準状態で止めていてもよい。この構成では、所望のシフト量Ｓに容易に調整することができる。また、回転部３０（光透過部材２７）の周波数を変更することもでき、例えば、レーザー光線Ｌの進行方向の上流側の２つの回転部３０（光透過部材２７）を１ｋＨｚで駆動させ、次の２つの回転部３０を２ｋＨｚで駆動させ、最下流の回転部３０を５ｋＨｚで駆動させてもよい。この構成によれば、レーザー光線Ｌの波形としてサイン波以外の波形を得ることができ、レーザー加工に適した波形を形成することができる。

また、この別の実施形態では、複数組の光透過部材２７および回転部３０と、これら各回転部３０を統括して駆動させる同期制御部１０１とをユニット化した偏心ユニット１２０を備えているため、これら偏心ユニット１２０を複数組み合わせて、偏心ユニット１２０ごと制御することもできる。

１ レーザー加工装置
１０ チャックテーブル（保持手段）
２０ レーザー光線照射手段
２２ レーザー発振器（レーザー光線発振手段）
２３ 集光レンズ
２５ 第１の光軸偏心手段（レーザー光線揺動手段）
２６ 第２の光軸偏心手段（レーザー光線揺動手段）
２７ 光透過部材
３０ 回転部
１００ 制御部
１０１ 同期制御部
Ｗ ウエーハ（被加工物）
Ｌ レーザー光線
Ｌ_ＡＸ 光軸
ｎ 屈折率

Claims (5)

1. 被加工物を保持する保持手段と、レーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、前記保持手段および前記レーザー光線照射手段を制御する制御部と、を備えるレーザー加工装置であって、
   前記レーザー光線照射手段は、レーザー光線発振手段と、前記レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光して被加工物に導く集光レンズと、前記レーザー光線発振手段のレーザー光線の進行方向下流で、かつ前記集光レンズの上流側に配設されるレーザー光線揺動手段と、を備え、
   前記レーザー光線揺動手段は、入射光軸に配設されレーザー光線を透過する光透過部材と、前記入射光軸に垂直な軸回りに前記光透過部材を回転揺動させる回転部とを有し、
   回転する前記光透過部材にレーザー光線を透過させ、前記光透過部材を透過する光の屈折作用によりレーザー光線の光軸を平行に揺動させる、レーザー加工装置。
2. 前記レーザー光線揺動手段を二以上備え、各入射光軸に前記光透過部材が配設される請求項１に記載のレーザー加工装置。
3. 前記二以上の光透過部材を同位相で同期して揺動させる請求項２に記載のレーザー加工装置。
4. 前記二以上の光透過部材を所定の位相差で揺動させる請求項２に記載のレーザー加工装置。
5. 被加工物をレーザー加工するレーザー加工方法であって、
   被加工物を保持手段に保持する段階と、
   レーザー光線発振手段を駆動してレーザー光線を発振する段階と、
   発振された前記レーザー光線を前記レーザー光線発振手段のレーザー光線の進行方向下流に配設され、前記レーザー光線の入射光軸に垂直な軸回りに回転揺動することにより一以上の光透過部材を透過させ前記光透過部材を透過する光の屈折作用により前記光軸を平行揺動させる段階と、
   前記平行揺動されたレーザー光線を前記被加工物に照射する段階と、
   を含むレーザー加工方法。

Images