JP4205486B2

JP4205486B2 - レーザ加工装置

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Publication number: JP4205486B2
Application number: JP2003139437A
Authority: JP
Inventors: 洋司森数; 豊狛
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Current assignee: Disco Corp
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Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2009-01-07
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，レーザ光を照射することにより被加工物をレーザ加工するレーザ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ加工は，高密度エネルギー熱源であるレーザ光を集中して照射し，被加工物を局部的かつ瞬時に溶融，溶断する加工方法であり，被加工物を微細かつ高精度で加工できるという利点を有する。このため，近年では，半導体ウェハや電子材料などに対してもレーザ加工を行うことが検討されている。例えば，半導体ウェハをチップ状に分割するダイシング工程において，従来の切断ブレードを用いた切断加工に代えて，レーザ光照射による切断加工が検討されている。
【０００３】
レーザ切断を行うレーザ加工方法として，レーザアブレーションと呼ばれるレーザ加工方法がある。アブレーションとは，ポリマー等の材料表面に対してＹＡＧレーザ等のパルスレーザを高エネルギー密度で照射すると，材料を構成している分子・原子間の結合が瞬時に切断され，分解・気化・蒸散を経て，材料表面が爆発的に除去される現象のことである。このレーザアブレーションでは，ポリマーだけでなく，セラミックス，ガラス，金属または半導体等の各種材料を，加工点の周囲に熱ダメージを与えることなく，極めてシャープに切断加工等することができる。
【０００４】
このようにレーザアブレーションは，被加工物を局部的にガス化・蒸散させて除去する手法である。しかし，レーザ照射された部分の被加工物の全てをガス化させることは困難であり，どうしても，加工熱による溶融物が不要物（デブリ）として残存してしまう。かかるデブリが，加工点周囲に飛散して被加工物である半導体ウェハの回路面等に付着すると，製品不良の原因となる。
【０００５】
このため，レーザアブレーションでは，アブレーション反応を促進させるために，アシストガスを加工点付近に供給しながら加工する場合もある。このアシストガスは，半導体ウェハ（シリコン）等の被加工物のガス化を促進させる作用を有する。しかし，このアシストガスを用いたとしても，上記デブリを完全になくすまでには至っていない。
【０００６】
このようなデブリの飛散・付着という問題に対処するべく，レーザ加工ヘッドに，内側ノズルと，この内側ノズルの外周面を取り囲むように配された外側ノズルとを設けて，内側ノズルから加工点付近に向けてアシストガスを噴出し，この噴出されたアシストガスを外側ノズルで吸引してデブリを排出する手法（以下，従来手法▲１▼という。）が提案されている（特許文献１参照）。また，別の手法としては，レーザ加工ヘッドに取り付けたノズルから，加工点付近に向けてアシストガスを螺旋状に噴出して，デブリを吹き飛ばす手法（以下，従来手法▲２▼という。）も提案されている（特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−１９２８７０号公報
【特許文献２】
特開平７−１２４７８１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来手法▲１▼のように，内側ノズルから加工点付近に対してアシストガスを噴出することにより，加工点周辺に発生したデブリを吹き飛ばして浮遊させてから，かかるデブリを外側ノズルで吸引・排出しようとしても，吹き飛ばしたデブリの全てが，浮遊した状態となるとは限らず，すぐに被加工物上に再付着してしまう場合も多かった。このようにして被加工物上に再付着したデブリは，冷えることによって被加工物に強固に接着するため，簡単に剥離することができない。従って，上記のように被加工物上にデブリが再付着してしまうと，たとえ外側ノズルによる吸引力を強くしたとしても，デブリを除去することは困難であった。
【０００９】
また，従来手法▲２▼のように，アシストガスの噴出力を高めて，加工点付近のデブリを吹き飛ばしたとしても，被加工物上にデブリが再付着するという問題は避けられなかった。
【００１０】
このように，従来のレーザ加工装置では，加工点の直上に配されたノズルから加工点付近にアシストガスを吹き付けるという構成を採用しているため，レーザ加工によって生じたデブリ等の不要物が，加工点の周囲に余計に飛散して，再付着しまい，十分に除去できないという問題があった。
【００１１】
本発明は，上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，レーザ加工によって加工点付近に生じたデブリ等の不要物を好適に除去することが可能な，新規かつ改良されたレーザ加工装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，被加工物に向けてレーザ光を出射するレーザ光出射部と；レーザ光出射部の被加工物側に装着されたノズルと；を備え，レーザ光出射部が出射したレーザ光を，ノズルを通して被加工物に照射することにより，被加工物をレーザ加工するレーザ加工装置が提供される。このレーザ加工装置においては，ノズルが，ノズルの外部雰囲気とともに被加工物の加工点付近に生じた不要物を螺旋状に回転させながら吸引し，レーザ光出射部が出射したレーザ光の光軸と，螺旋状に回転させられる不要物の回転軸は，略一致し，ノズルの先端面は，対向する被加工物の加工面と略平行な略平坦面となっており，ノズルの先端面には，ノズルのノズル口に形成された略螺旋状の溝と，略螺旋状の溝から延長形成された１または２以上の略直線状の溝と，が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
かかる構成により，加工点近傍に配置されたノズルの吸引力によって，ノズル周囲の外部雰囲気は中心の加工点に向かう方向に流動して，加工点付近でノズル内に吸引される。このように外部雰囲気が流動することにより，レーザ光照射によって発生した不要物が加工点の周囲に飛散することがない。さらに，ノズルは，このようにノズル内に吸引される外部雰囲気の流動にのせて，上記不要物を発生後すぐにノズル内に吸引して，加工点付近から除去することができる。さらに，ノズル内に吸引された外部雰囲気および不要物は螺旋状に回転させられているので，比較的質量が重い不要物は，遠心力によってノズルの内側面に沿うようにして移動する。このため，螺旋状に回転する中心部分は不要物が取り除かれた状態となっているので，ノズル内の略中心部に位置するレーザ光出射部に不要物が付着することがない。
【００１４】
また，かかる構成により，上記螺旋状に回転されながら吸引される不要物が，被加工物に向けて照射されるレーザ光を遮ることがない。
【００１５】
また，かかる構成により，当該ノズル口から外部雰囲気及び不要物を吸引する際に，当該外部雰囲気及び不要物の流動態様を渦流に変換できる。この結果，ノズル口からノズル内に流入した外部雰囲気及び不要物は，好適に螺旋状に回転することとなる。
【００１６】
また，かかる構成により，ノズルの先端面を被加工物に対して極限まで近づけたとしても，ノズルの外部雰囲気は，略直線上の溝内を通過することにより，ノズル口に向かって流動することができる。
【００１７】
また，上記略直線状の溝は，レーザ加工の加工方向に対して略垂直方向に延長形成されている，ように構成してもよい。かかる構成により，ノズルが加工方向に移動している場合であっても，ノズルの外部雰囲気を好適にノズル口に向かって流動させ，渦流に変換して吸引できる。
【００１８】
また，上記課題を解決するため，本発明の別の観点によれば，被加工物に向けてレーザ光を出射するレーザ光出射部と；レーザ光出射部の被加工物側に装着されたノズルと；被加工物の加工点付近にアブレーション反応を促進させるためのアシストガスを供給するアシストガス供給手段と；を備え，加工点付近にアシストガスを供給しながら，レーザ光出射部が出射したレーザ光を，ノズルを通して被加工物に照射することにより，被加工物をレーザ加工するレーザ加工装置が提供される。このレーザ加工装置においては，アシストガス供給手段は，ノズルの外部から加工点付近にアシストガスを供給し，ノズルの先端面は，対向する被加工物の加工面と略平行な略平坦面となっており，ノズルは，加工点付近に供給されたアシストガスとともに，加工点付近に生じた不要物を吸引することを特徴とする。
【００１９】
かかる構成により，加工点付近にアシストガスを供給して，アブレーション反応による被加工物のガス化を促進させることができる。また，このアシストガスは，ノズルの外部から供給されて加工点付近に至り，さらに加工点近傍に位置するノズル内に吸引されるので，アシストガスを加工点に向けて噴射する場合のように不要物を加工点付近に飛散させることがない。さらに，ノズルは，このようにノズル内に吸引されるアシストガスの流動にのせて，上記不要物を発生後すぐにノズル内に吸引して，加工点付近から除去することができる。
【００２０】
また，上記レーザ加工装置は，ノズルの外側面を取り囲むようにして設けられた略筒形状のガード部材を備え，アシストガス供給手段は，ノズルの外側面と，ガード部材の内側面と，被加工物の加工面とで囲まれた空間内に，アシストガスを供給する，ように構成してもよい。かかる構成により，当該空間内にアシストガスを充満させることができるので，被加工物のガス化を促進することができる。また，有毒なアシストガスを加工点周囲に滞留させ，ガード部材の外部に飛散させないようにできる。
【００２１】
また，上記ノズルは，不要物を螺旋状に回転させながら吸引する，ように構成してもよい。かかる構成により，ノズル内に吸引されたアシストガスおよび不要物は螺旋状に回転させられているので，比較的質量が重い不要物は，遠心力によってノズルの内側面に沿うようにして移動する。このため，螺旋状に回転する中心部分は不要物が取り除かれた状態となっているので，ノズル内の略中心部に位置するレーザ光出射部に不要物が付着することがない。かかる構成により，上記螺旋状に回転されながら吸引される不要物が，被加工物に向けて照射されるレーザ光を遮ることがない。
【００２２】
また，上記レーザ光出射部が出射したレーザ光の光軸と，螺旋状に回転させられる不要物の回転軸は，略一致している，ように構成してもよい。かかる構成により，上記螺旋状に回転されながら吸引される不要物が，被加工物に向けて照射されるレーザ光を遮ることがない。
【００２３】
また，上記ノズルのノズル口には，略螺旋状の溝が形成されている，ように構成してもよい。かかる構成により，ノズル口からアシストガス及び不要物を吸引する際に，アシストガス及び不要物の流動態様を渦流に変換できる。この結果，ノズル口からノズル内に流入したアシストガス及び不要物は，好適に螺旋状に回転することとなる。
【００２４】
また，ノズルの先端面には，１または２以上の略直線状の溝が略螺旋状の溝から延長形成されている，ように構成してもよい。かかる構成により，ノズルの先端面を被加工物に対して極限まで近づけたとしても，アシストガスは，略直線上の溝内を通過することにより，ノズル口に向かって流動することができる。
【００２５】
また，上記略直線状の溝は，レーザ加工の加工方向に対して略垂直方向に延長形成されている，ように構成してもよい。かかる構成により，ノズルが加工方向に移動している場合であっても，アシストガスを好適にノズル口に向かって流動させ，渦流に変換して吸引できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２７】
（第１の実施の形態）
まず，図１に基づいて，本発明の第１の実施形態にかかるレーザ加工装置の全体構成について説明する。なお，図１は，本実施形態にかかるレーザ加工装置１の全体構成を示す斜視図である。
【００２８】
図１に示すように，レーザ加工装置１は，例えば，静止基台２と，この静止基台２に水平方向（矢印Ｘで示す方向。以下「Ｘ方向」という。）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Ｘ方向と垂直な水平方向（矢印Ｙで示す方向。以下「Ｙ方向」という。）に移動可能に配設されたレーザ光照射ユニット支持機構４と，レーザ光ユニット支持機構４に対して鉛直方向（矢印Ｚで示す方向。以下「Ｚ方向」という。）に移動可能に配設されたレーザ光照射ユニット５と，撮像手段６と，アシストガス供給手段７と，吸引装置８と，から構成される。
【００２９】
上記チャックテーブル機構３は，例えば，静止基台２上にＸ方向に沿って略平行に配設された一対の案内レール３１，３１と，この案内レール３１，３１上にＸ方向に移動可能に配設された第１の滑動ブロック３２と，第１の滑動ブロック３２上にＹ方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と，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，被加工物を保持するチャックテーブル３６と，を備える。
【００３０】
このチャックテーブル３６は，例えば，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上に載置された被加工物（例えば半導体ウェハ）を真空吸着して保持することができる。また，チャックテーブル３６は，円筒部材３４内に配設されたパルスモータ（図示せず。）によって，水平方向に回転可能である。
【００３１】
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。かかる構成の第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Ｘ方向に移動可能に構成される。
【００３２】
さらに，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方向に移動させるための移動手段３７を具備している。この移動手段３７は，上記一対の案内レール３１，３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と，雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を備えている。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の出力軸に減速装置（図示せず。）を介して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雌ネジブロック（図示せず。）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Ｘ方向に移動せしめられる。
【００３３】
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方向に移動可能に構成される。
【００３４】
さらに，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方向に移動させるための移動手段３８を具備している。移動手段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，雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を備えている。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の出力軸に減速装置（図示せず。）を介して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雌ネジブロック（図示せず。）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方向に移動せしめられる。
【００３５】
かかる構成のチャックテーブル機構３は，移動手段３７および移動手段３８を動作させて，被加工物を保持するチャックテーブル３６をＸ方向およびＹ方向に自在に移動させることができる。これにより，レーザ加工装置１は，後述するレーザ光照射手段５２のレーザ加工ヘッド１００に対して，被加工物をＸ方向またはＹ方向に所定の送り速度（例えば５０ｍｍ／ｓ）で相対移動させることができる。かかる被加工物の相対移動により，被加工物に対するレーザ光の照射位置を変えることができるので，被加工物を所定の直線或いは曲線の切断ラインで切断加工することができる。
【００３６】
また，上記レーザ光照射ユニット支持機構４は，静止基台２上に割り出し送り方向（Ｙ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，案内レール４１，４１上にＹ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，移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなる。装着部４２２は，一側面にＺ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。
【００３７】
さらに，レーザ光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方向に移動させるための移動手段４３を具備している。移動手段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，雄ねじロッド４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を備えている。雄ネジロッド４３１は，その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック（図示せず。）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の出力軸に減速装置（図示せず。）を介して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雌ネジブロック（図示せず。）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方向に移動せしめられる。
【００３８】
レーザ光照射ユニット５は，例えば，ユニットホルダ５１と，ユニットホルダ５１に取り付けられたレーザ光照射手段５２と，移動手段５３と，を具備している。
【００３９】
ユニットホルダ５１は，例えば，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方向に移動可能に支持される。
【００４０】
レーザ光照射手段５２は，例えば，上記ユニットホルダ５１に固定され，略水平に延出する略円筒形状のケーシング５２１と，このケーシング５２１内に配設されたレーザ光発振装置５２２およびレーザ光変調装置５２３と，レーザ加工ヘッド１００と，を備える。
【００４１】
レーザ光発振装置５２２は，例えば，ＹＡＧレーザ発振器などで構成されており，例えばＮｄ：ＹＡＧレーザ光を発振することができる。このレーザ光発振装置５２２が発振する例えばＮｄ：ＹＡＧレーザ光の出力は，ピークパワーで例えば０．５〜５ｋＷ（ＭＡＸ）であり，アベレージパワーで例えば２０〜１８０ｍＷである。かかるレーザ光発振手段５２２が発振したレーザ光は，レーザ光変調装置５２３を介してレーザ加工ヘッド１００に導かれる。
【００４２】
レーザ光変調装置５２３は，例えば，繰り返し周波数設定部，レーザ光パルス幅設定部およびレーザ光波長設定部（いずれも図示せず。）などを備えており，上記レーザ光発振装置５２２が発振したレーザ光を変調することができる。具体的には，上記繰り返し周波数設定部は，例えば，レーザ光を所定の繰り返し周波数（例えば，１ｋＨｚ）のパルスレーザ光にすることができる。また，レーザ光パルス幅設定部は，例えば，パルスレーザ光のパルス幅を所定幅（例えば３０ｎｓｅｃ）に設定することができる。さらに，レーザ光波長設定部は，例えば，パルスレーザ光の波長を所定値（例えば，５３２ｎｍ）に設定することができる。
【００４３】
レーザ加工ヘッド１００は，例えば，上記レーザ光発振装置５２２およびレーザ光変調装置５２３から発振されたパルスレーザ光（以下では，単にレーザ光という。）を集光し，被加工物に向けて出射することができる。このレーザ加工ヘッド１００は，本実施形態にかかる特徴的部分であるが，詳細については後述する。
【００４４】
移動手段５３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方向に移動させることができる。この移動手段５３は，上記各移動手段と同様に一対の案内レール４２３，４２３の間に配設された雄ネジロッド（図示せず。）と，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によって雄ネジロッド（図示せず。）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Ｚ方向に移動せしめる。
【００４５】
また，撮像手段６は，例えば，上記レーザ光照射手段５２を構成するケーシング５２１の前端部に配設されている。この撮像手段６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，この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，この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）と（いずれも図示せず。）から構成されている。この撮像手段６によって撮像された画像信号は，例えば，制御手段（図示せず。）に出力され，モニタ上に表示処理処理等される。
【００４６】
アシストガス供給手段７は，例えば，アシストガスを収容するボンベ装置（図示せず。）と，ボンベ装置内のアシストガスを所定の供給圧力で送出する送出装置（図示せず。）と，を備えている。このアシストガス供給手段７は，例えば，供給管７２を介して，上記レーザ加工ヘッド１００に対し，アシストガスを例えば３．０Ｌ／ｍｉｎの供給流量で供給することができる。このアシストガスは，レーザ光照射によるアブレーション反応を高めて，シリコン等からなる被加工物のガス化を促進させる作用を有する。
【００４７】
吸引装置８は，例えば，所定の吸引圧力で吸引可能な真空ポンプなどから構成されており，上記レーザ加工ヘッド１００とは排出管８２を介して連通されている。この吸引装置８は，例えば，レーザ加工ヘッド１００から，排出管８２を介してアシストガス等を吸引して，排出することができる。このアシストガスの排出流量は，例えば３０Ｌ／ｍｉｎであり，上記アシストガスの供給流量の例えば１０倍以上に設定することが好ましい。
【００４８】
次に，図２に基づいて，本実施形態にかかる特徴であるレーザ加工ヘッド１００の構成について詳細に説明する。なお，図２は，本実施形態にかかるレーザ加工ヘッド１００の構成を示す断面図である。
【００４９】
図２に示すように，レーザ加工ヘッド１００は，被加工物１０の直上に近接して設けられ，被加工物１０に対してレーザ光を照射するヘッド部分である。このレーザ加工ヘッド１００は，例えば，レーザ光出射部１１０と，ノズル１２０と，ガード部材１３０と，から構成される。
【００５０】
レーザ光出射部１１０は，例えば，鏡筒１１２と，集光レンズ１１４，保護ガラス１１６と，から構成される。
【００５１】
鏡筒１１２は，例えば略円筒形状を有するハウジングであり，その外径は例えば３２ｍｍである。この鏡筒１１２の内部には，集光レンズ１１４および保護ガラス１１６が配設される。集光レンズ１１４は，レーザ光を集光する対物レンズである。この集光レンズ１１４は，レンズ径が例えば２０ｍｍ，集光径が例えば１０μｍ，焦点距離が例えば２５ｍｍ，作動距離が例えば２０ｍｍである。また，保護ガラス１１６は，この集光レンズ１１４の被加工物１０側に設けられ，加工によって生じた飛散物等から集光レンズ１１４を保護することができる。
【００５２】
かかる構成のレーザ光出射部１１０には，例えば，上記レーザ光発振装置５２２が発振したレーザ光が入射される。レーザ光出射部１１０は，このように入射されたレーザ光を，例えば，集光レンズ１１４で集光して，被加工物１０に向けて出射する。このようにしてレーザ光出射部１１０が出射したレーザ光は，ノズル１２０の内部空間である隙間１５２およびノズル口１２５を通過して，被加工物１０にスポット的に照射される。
【００５３】
ノズル１２０は，上記レーザ光出射部１１０の被加工物１０側に装着される部材であり，例えば，レーザ光出射部１１０を被覆して保護する機能と，加工点付近の外部雰囲気（アシストガスを含む。）を不要物とともに吸引して排出する機能と，を有する。このノズル１２０は，例えば，各種の合成樹脂または金属などで形成されており，全体形状としては，被加工物１０側が縮径するような略筒形状を有している。このノズル１２０の大きさは，外径が大径側で例えば５２ｍｍであり，高さが例えば５４ｍｍである。
【００５４】
かかるノズル１２０は，例えば，レーザ光出射部１１０を取り囲むようにして配される胴体部１２２と，胴体部１２２とレーザ光出射部１１０とを連結する連結部１２４と，胴体部１２２と一体形成され被加工物１０側に位置するテーパ部１２６と，から構成される。
【００５５】
胴体部１２２は，例えば，略円筒形状を有しており，上記レーザ光出射部１１０の鏡筒１１２の被加工物１０側の大半を取り囲むようにして設けられる。この胴体部１２２の内径は，例えば４２ｍｍであり，上記鏡筒１１２の外径（例えば３２ｍｍ）よりも所定径だけ大きくなるように調整されている。このため，胴体部１２２の内周面と，鏡筒１１２の外周面との間には，隙間１５０が生じる。かかる隙間１５０は，例えば，鏡筒１１２を取り囲むような所定の厚さ（例えば１０ｍｍ）の略円筒形状のスペースであり，ノズル口１２５から吸い込んだ不要物等（詳細は後述する。）の排出路として機能する。
【００５６】
また，例えば，かかる胴体部１２２の一側には，所定径の排出口１２８が例えば１つ形成されている。この排出口１２８は，例えば，胴体部１２２の上端部（被加工物１０と反対側の端部）側であって，胴体部１２２の外側がガード部材１３０に覆われていない位置に形成される。かかる排出口１２８は，上記排出管８２を介して吸引装置８と連通されており，吸引装置８による真空吸引を行うことで，当該排出口１２８からノズル１２０内部の雰囲気および不要物等を外部に排出することができる。
【００５７】
連結部１２４は，例えば，胴体部１２２と鏡筒１１２を連結するＯリング部材である。この連結部１２４の外径は例えば４２ｍｍであり，上記胴体部１２２の内径と略同一であり，また，その内径は例えば３２ｍｍであり，上記鏡筒１１２の外径と略同一である。かかる連結部１２４を介して胴体部１２２を鏡筒１１２に装着することにより，胴体部１２２の内周面と鏡筒１１２の外周面との間に，上記隙間１５０を形成することができる。なお，この連結部１２４は，例えば，胴体部１２２と一体形成されてもよいし，或いは別体に形成されてもよい。
【００５８】
テーパ部１２６は，例えば，ノズル１２０の先端側（被加工物１０側）に設けられた略テーパ形状を有する筒状部分である。このテーパ部１２６は，例えば，胴体部１２２と一体形成されており，胴体部１２２との連結部分では比較的大径（外径が例えば５２ｍｍ）であるが，先端側に向かうにつれ徐々に縮径し，先端部では最小径となっている。このテーパ部１２６の内周面と鏡筒１１２先端部とが接触することがないように，テーパ部１２６のテーパ形状や，鏡筒１１２とノズル１２０の上下方向の位置関係が調整されている。このため，テーパ部１２６内部には，鏡筒１１２との間に所定の隙間１５２が生じており，この隙間１５２も不要物等の排出路として機能する。
【００５９】
また，かかるテーパ部１２６の先端面１２７（即ち，ノズル１２０の先端部であって被加工物１０と対向する面）は，例えば，被加工物１０の表面（加工面）に対して略平行な略平坦面となるように成形されている。このため，ノズル１２０を被加工物１０表面に極限まで近づけたとしても，先端面１２７と被加工物１０表面とは，比較的広い面積に渡り，微小な距離（例えば数ｍｍ程度）だけ離隔して，相互に対向することができる。
【００６０】
さらに，かかるテーパ部１２６の先端部の例えば略中央には，ノズル口１２５が形成されている。このノズル口１２５は，例えば，直径３ｍｍ程度の略円形状の孔である。かかるノズル口１２５は，例えば，上記レーザ光出射部１１０が出射したレーザ光が被加工物１０方向に向けて通過する一方，吸引された加工点付近の外部雰囲気及び不要物等が被加工物１０側からノズル１２０内部に向けて通過する。なお，かかるノズル口１２５の先端面１２７側には，例えばリンデン型のサイクロン溝加工（図示せず。）が施されているが，詳細については後述する。
【００６１】
ガード部材１３０は，例えば，略円筒形状を有する部材（外側ノズル）であり，内部に供給されたアシストガスが放散しないようにカードして，アシストガスを加工点付近に滞留させる機能を有する。このガード部材１３０の大きさは，例えば，外径が例えば７６ｍｍであり，高さが例えば３３ｍｍである。
【００６２】
このガード部材１３０は，例えば，ノズル１２０の外周面を取り囲むようにして着脱可能に装着される。より詳細には，このガード部材１３０は，例えば，その内径が上記ノズル１２０の胴体部１２２の外径と略同一（例えば５２ｍｍ）であり，かつ，ガード部材１３０の内周面上部側が胴体部１２２の外周面下部側と係合するように形成されている。このため，例えば，かかるガード部材１３０内に上側からノズル１２０を挿通するようにして，ガード部材１３０の内周面上部側と胴体部１２２の外周面下部側とを係合させることにより，ガード部材１３０をノズル１２０の外周面に装着することができる。
【００６３】
また，ガード部材１３０の被加工物１０側の端面１３４のレベル（被加工物１０からの距離）が，上記ノズル１２０の先端面１２７のレベルと略同一か，或いは当先端面１２７のレベルより若干被加工物１０に接近するように，ガード部材１３０の形状およびノズル１２０に対する取り付け位置が調整されている。
【００６４】
このようにしてガード部材１３０をノズル１２０に装着したときに，ガード部材１３０の上部側では，ガード部材１３０内周面と胴体部１２２の外周面とが密着しており，気密に保たれている。一方，ガード部材１３０の下部側では，上記ノズル１２０のテーパ部１２６が被加工物１０方向に向かうにつれ縮径しているため，ガード部材１３０の内周面と，テーパ部１２６の外周面とが離隔して隙間が生じている。
【００６５】
このような構成により，レーザ加工ヘッド１００を被加工物１０に近接して配置しときには，ガード部材１３０の内周面と，テーパ部１２６の外周面と，被加工物１０の加工面とによって囲まれた空間であるアシストガス充満用空間１５４を生成することができる。
【００６６】
また，例えば，ガード部材１３０の一側には，所定径のアシストガス供給口１３８が形成されている。このアシストガス供給口１３８は，例えば，ガード部材１３０の中央部付近であって，テーパ部１２６上部と対向する位置に形成されている。かかるアシストガス供給口１３８は，上記供給管７２を介してアシストガス供給手段７と連通されており，このアシストガス供給手段７から送られてきたアシストガスを，上記アシストガス充満用空間１５４に供給することができる。このようにして供給されたアシストガスは，ガード部材１３０にガードされて外部に放散できないので，アシストガス充満用空間１５４内に充満する。この結果，アシストガス充満用空間１５４内を，レーザ加工に好適なアシストガス雰囲気とすることができる。
【００６７】
また，ガード部材１３０の被加工物１０側の端面には，凹部であるガス溜まり部１３２が形成されている。このガス溜まり部１３２は，例えば，ガード部材１３０の端面の中央部分を陥没形成した断面略コの字形の溝であり，当該端面の円周方向に沿って略環状に形成されている。かかるガス溜まり部１３２を設けることにより，ガス溜まり部１３２内にアシストガスを滞留させて，ガード部材１３０の外部に漏れないようにすることができる。
【００６８】
さらに，ガード部材１３０の端面のレベルは，例えば，上記ガス溜まり部１３２の内側と外側との間で高低差が付けられている。即ち，例えば，ガス溜まり部１３２の外側の端面１３４が内側の端面１３６よりも被加工物１０に接近するように，外側の端面１３４のレベルと内側の端面１３６のレベルとが調整されている。このため，外側の端面１３４と被加工物１０との間に形成された隙間１５６は，内側の端面１３６と被加工物１０との間に形成された隙間１５８よりも狭くなっている。従って，アシストガスに作用する気圧は，広い内側の隙間１５８内を通過するときよりも，狭い外側の隙間１５６内の通過するときの方が大きくなるので，アシストガスが外側の隙間１５６からガード部材１３０の外部に漏れることを防止できる。
【００６９】
以上のように，ガス溜まり部１３２と，端面レベルの高低差によって，アシストガスをガード部材１３０内に閉じこめて，アシストガス充満用空間１５４内のアシストガスの密度を高めることができる。また，このガード部材１３０の外部からアシストガス充満用空間１５４に外気が入り込むことを防止することもできる。
【００７０】
ここで，上記のような構成のレーザ加工ヘッド１００における，アシストガスの概略的な流れ（図２では太い矢印で示してある。）について説明する。まず，アシストガス供給手段７から送られてきたアシストガスは，アシストガス供給口１３８を通って，アシストガス充満用空間１５４に流れ込む。次いで，アシストガスは，吸引装置８の吸引力によって，アシストガス充満用空間１５４の外周部であるガード部材１３０周辺から，中心部である加工点付近に向かって集合し，加工点の直上に近接して配されたノズル口１２５を通ってノズル１２０内に吸引される。さらに，アシストガスは，ノズル１２０内の隙間１５２および隙間１５０を通って上方に向かって流れ，略最上部に位置する排出口１２８から排出され，吸引装置８に至る。
【００７１】
このように本実施形態にかかるレーザ加工ヘッド１００においては，ノズル１２０の外側から加工点付近に供給されたアシストガスを，加工点直上に配されたノズル１２０によって吸引し，外部に排出するという構成である。このような本実施形態にかかるアシストガスの供給・排出態様は，上記従来手法▲１▼のレーザ加工装置のように，加工点直上に配された内側ノズルによってアシストガスを加工点付近に向けて噴出し，かかるアシストガスを外側ノズルで吸引するという供給・排出態様とは大きく異なる。
【００７２】
本実施形態にかかるレーザ加工ヘッド１００は，以上のような構成を採用することにより，加工点付近に向けて外周側から集めるようにしてアシストガスを供給できるため，当該アシストガスの流れによって，レーザ加工によって生じた不要物が加工点の周囲に飛散することを効果的に防止できるという利点がある。
【００７３】
また，加工点付近に集まったアシストガスをノズル１２０によって吸引する際に，この吸引されるアシストガスの流れにのせて，加工点付近で発生した不要物をも吸引することができる。このとき，ノズル１２０が，不要物の発生箇所である加工点の直上に近接して配されている（例えば，ノズル口１２５と加工点との距離が３ｍｍ以下）ため，かかるノズル１２０によって，発生した直後の不要物を即座にノズル１２０内に吸引して，効果的に除去できるという利点もある。
【００７４】
ところが，このように不要物を吸引するノズル１２０内にはレーザ光出射部１１０が配設されているので，何らの処置を施すことなく吸引したのでは，吸引した不要物がレーザ光出射部１１０に付着して汚染したり，吸引中の不要物がレーザ光の光路上に位置して，出射されたレーザ光を遮ったりするという問題がある。そこで，かかる問題に対処すべく，本実施形態にかかるノズル１２０のノズル口１２５には，以下に説明するような溝加工が施されている。
【００７５】
次に，図３に基づいて，本実施形態にかかるノズル１２０に形成された溝について説明する。なお，図３（ａ）は，本実施形態にかかるレーザ加工ヘッド１００に設けられたノズル１２０を示す底面図である。図３（ｂ）は，図３（ａ）に示したノズル１２０の中心部分を拡大して示す部分拡大図である。
【００７６】
図３（ａ）に示すように，ノズル１２０の中心部分には，例えば，略平坦面である上記先端面１２７が形成されており，さらに，この先端面１２７の中心部には，例えば所定径（例えば３ｍｍ）の略円形状の孔であるノズル口１２５が穿孔されている。このノズル口１２５の周縁部には，例えば，略螺旋状の溝（以下では，「螺旋溝」という。）１６２が形成されている。さらに，先端面１２７上には，この螺旋溝１６２の一側端と連結形成された略直線状の溝（以下では，「直線溝」という。）１６４が形成されている。以下に，かかる螺旋溝１６２および直線溝１６４について，図３（ｂ）に基づいてより詳細に説明する。
【００７７】
図３（ｂ）に示すように，螺旋溝１６２は，例えば，リンデン型のサイクロン形状の溝であり，ノズル口１２５の周縁部を例えば略半周に渡って取り巻くようにして形成されている。この螺旋溝１６２は，直線溝１６４と連結している部分では，例えば略半円状の断面形状を有し，その幅が例えば約１ｍｍ，最深部の深さが例えば約２ｍｍである。さらに，螺旋溝１６２は，例えば，ノズル口１２５の周縁部を取り巻くようにしてこの連結部から遠ざかるにつれ，ノズル口１２５に吸収されるように徐々に細くなっていき，ノズル口１２５の周縁部を例えば半周した箇所でノズル口１２５に完全に吸収されて消滅する。このような直線溝１６４は，下記の直線溝１６４を通過して流入したアシストガスを，螺旋状に回転させて渦流に変換して，ノズル口１２５内に導入することができる。リンデン型サイクロンとは，ノズル口１２５の接線方向の外側に直線溝１６４が位置しているものであり，これに対し，接線方向の内側に直線溝１６４が位置するものを接線型サイクロンと呼ぶ。ノズル口１２５付近に形成する溝は，旋回力を得るためにはリンデン型サイクロンとすることが望ましいが，これに限らず，接線型サイクロンなどであってもよい。
【００７８】
直線溝１６４は，例えば略半円状の断面形状を有する直線状の溝であり，その幅は例えば約１ｍｍ，最深部の深さは例えば約２ｍｍである。この直線溝１６４の一端は上記螺旋溝１６２の一端と連結され，他端は先端面１２７の外周縁に至っている。
【００７９】
このような直線溝１６４は，上記アシストガス充満用空間１５４内にあるアシストガスを，螺旋溝１６２に案内することができる。即ち，ノズル１２０先端部周辺にあるアシストガス等は，直線溝１６４を通ってノズル口１２５方向に向かうことができる。
【００８０】
より詳細には，上記のように，レーザ加工時には，不要物の吸引効果を高めるためには，ノズル１２０の先端面１２７と被加工物１０とを非常に近接させる必要がある。しかし，先端面１２７と被加工物１０を過度に接近させすぎると，双方の間の圧力損失が大きくなって吸引力が低下するため，アシストガスが流れにくい状態となる。そこで，外部とノズル口１２５とを連通する直線溝１６４を設けることによって，かかる直線溝１６４がアシストガス用の通気路として機能し，アシストガスがノズル口１２５に向かって容易に流入可能となる。
【００８１】
また，かかる直線溝１６４は，例えば，レーザ加工方向に対して略直交する方向に延長形成されている。即ち，かかる直線溝１６４が延長形成されている方向は，例えば，レーザ加工時における被加工物１０の送り方向と略垂直である。直線溝１６４をこのような方向に形成することによって，ノズル口１２５に向けてアシストガスを好適に流動させて，レーザ加工によって生じた不要物を最も効果的に吸引・除去できることが実験結果から判明している。
【００８２】
以上のような螺旋溝１６２および直線溝１６４を設けることによって，ノズル１２０は，ノズル１２０先端部付近のアシストガスを，レーザ加工により発生した不要物とともに螺旋状に回転させながら吸引することができる。かかるノズル１２０の吸引態様について以下に詳述する。
【００８３】
次に，図４および図５に基づいて，本実施形態にかかるレーザ加工ヘッド１００のノズル１２０が不要物を螺旋状に回転させながら吸引・除去する態様について詳細に説明する。なお，図４は，本実施形態にかかるレーザ加工装置１によってレーザ加工されている被加工物１０の加工点付近を示す拡大図である。また，図５は，本実施形態にかかるレーザ加工ヘッド１００のノズル１２０によって吸引されるアシストガスおよび不要物の態様を示す説明図である。
【００８４】
図４に示すように，レーザ光出射部から出射されたレーザ光は，ノズル口１２５を通過して，被加工物１０にスポット的に照射される。すると，この照射されたレーザ光の高密度エネルギーによって，被加工物１０の加工点付近がアブレーション反応を起こし，被加工物１０が瞬時に気化して爆発的に除去される。これによって，加工点付近には，被加工物１０が気化したガス１６（例えば，被加工物１０がシリコンウェハである場合には，シリコンガス）が生じる。ところが，除去される被加工物１０の全てが気化してガス１６となるわけでなく，加工熱によって被加工物１０が溶融したデブリ１８も発生し，加工点の上方に飛散する。かかるガス１６およびデブリ１８などは，レーザ加工の結果生じた不要物であり，加工点付近から極力除去する必要がある。
【００８５】
一方，このようなレーザ光照射による加工時には，上記アシストガス供給手段７および吸引装置８が動作せしめられている。このため，アシストガス供給手段７によって，上記アシストガス充満用空間１５４にはアシストガスが供給されるとともに，吸引装置８によって，ノズル口１２５内にはノズル１２０の外部雰囲気をノズル１２０内に吸引しようとする吸引力が働く。
【００８６】
かかる吸引力によって，アシストガス充満用空間１５４に供給されたアシストガスが，加工点付近に集まってくる。このとき，アシストガスは，上記のように，主に直線溝１６４付近を通過して，加工点に容易に到達することができる。また，アシストガスがノズル１２０外部から加工点付近に向かって流れるので，上記デブリ１８等の不要物が加工点の周囲に飛散しないようにできる。
【００８７】
上記のようにして加工点付近に到達したアシストガスは，被加工物１０のガス化を促進させる作用を発揮し，上記デブリ１８の発生を抑制する。さらに，加工点付近で作用したアシストガスは，上記螺旋溝１６２に案内されることによって，ノズル口１２５付近で螺旋状に回転させられる。これにより，アシストガスは，直流から渦流に変換された状態となり，この渦流の状態でノズル口１２５に吸入される。このように，螺旋溝１６２によって渦流に変換させられたアシストガスは，ノズル口１２５内のみならずノズル１２０内においても渦流を維持できる。さらに，かかるアシストガスの吸引時には，加工点付近に浮遊しているガス１６およびデブリ１８等の不要物もが，アシストガスとともにノズル口１２５内に吸引される。これにより，当該不要物のほとんどを加工点付近から除去して，被加工物１０表面に再付着することを好適に防止することができる。
【００８８】
以上のようにして，ノズル１２０内に吸引されたアシストガスおよび不要物は，図５に示すように，ノズル１２０の内周面に沿って螺旋状に回転しながら上昇する。具体的には，ノズル口１２５から流出したアシストガスおよび不要物は，まず，テーパ部１２６の内周側面に沿って徐々に回転半径を拡大するようにして螺旋状に回転しながら上昇し，次いで，胴体部１２２の内周面に沿って所定の回転半径で螺旋状に回転しながらさらに上昇し，最終的には排出口１２８から排出される。
【００８９】
このようにノズル１２０内では。アシストガスおよび不要物を螺旋状に回転させながら吸引することができる。このため，デブリ１８とアシストガスとを撹拝することができるので，デブリ１８のガス化を促進できる。また，遠心力によってデブリ１８のような重いものを，ノズル１２０内部における外周側に集めることができる。このため，螺旋状に回転するアシストガス等の中心部は，デブリ１８等の不要物が取り除かれた状態となっている。さらに，このように螺旋状に回転するアシストガスおよび不要物の回転軸は，レーザ光出射部１１０が出射するレーザ光の光軸と略一致している。
【００９０】
従って，ノズル１２０内の略中心に位置するレーザ光出射部１１０に，デブリ１８が付着することを好適に防止できる。加えて，デブリ１８がレーザ光軸上に位置することがないので，例えば直径が例えば１０μｍ程度と非常に細いレーザ光は，デブリ１８等の障害物によって遮られることがなく，螺旋状に回転するアシストガス等の中心部を通過して，好適に被加工物１０に到達できる。
【００９１】
次に，以上のような構成のレーザ加工装置１を用いたレーザ加工方法について説明する。なお，以下では，レーザ加工する被加工物１０として半導体ウェハを用い，かかる半導体ウェハを切削若しくは切断加工する例について説明するが，かかる例に限定されるものではない。
【００９２】
図６に示すように，被加工物１０である半導体ウェハ（以下では，半導体ウェハ１０と記載する場合もある。）は，例えばシリコン（Ｓｉ）またはガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の半導体材料で形成された例えば８インチの半導体ウェハであり，その厚さは例えば４００μｍである。この半導体ウェハ１０の表面１０ａは，例えば格子状に配列された複数のストリート（切削若しくは切断ライン）１４によって複数の矩形領域に区画されており，この区画された各領域には，それぞれＩＣ，ＬＳＩ等の回路１２が形成されている。また，レーザ加工を行う場合には，かかる半導体ウェハ１０の表面１０ａには，保護テープ１１が貼り付けられる。なお，この保護テープ１１は，例えば，前工程である半導体ウェハ１０の裏面研削工程で貼り付けられているものをそのまま用いてもよい。
【００９３】
レーザ加工を行うに際しては，まず，上記半導体ウェハ１０を，図１に示したレーザ加工装置１のチャックテーブル３６上に裏面側が上向きの状態で載置して，吸着チャック３６１によって吸着保持させる。次いで，このようにして半導体ウェハ１０を吸着保持したチャックテーブル３６を，レーザ光照射ユニット５に配設された撮像手段６の直下に配置させる。さらに，レーザ加工ヘッド１００が半導体ウェハ１０のストリート１４に沿ってレーザ光を照射できるように，撮像手段６および制御手段を用いて，レーザ光照射位置のアライメント調整を行う。その後，チャックテーブル３６をレーザ加工ヘッド１００が位置するレーザ光照射領域に移動させた上で，レーザ加工ヘッド１００を下降させて，図２に示したようにガード部材１３０の端面１３４を半導体ウェハ１０の加工面に対して近接させる。これによって，ノズル１２０の先端面１２７は，半導体ウェハ１０に対して，例えば３ｍｍ以下の距離にまで接近される。
【００９４】
以上のようにしてレーザ加工の準備が完了した後に，上記のように加工点付近にアシストガスを供給するとともにこのアシストガス等をノズル１２０で吸引しながら，レーザ光を半導体ウェハ１０に照射することによって，半導体ウェハ１０がレーザ加工される。
【００９５】
より詳細には，レーザ加工ヘッド１００は，レーザ光発振装置５２２から導かれたレーザ光を，集光レンズ１１４で集光して，半導体ウェハ１０の加工面に照射する。このレーザ光は，例えば，パルスＹＡＧレーザなどであり，そのスペックは，例えば，波長５３２ｎｍ，ピークパワー５ｋＷ，アベレージパワー１８０ｍＷ，エネルギー密度３１．８Ｊ／ｃｍ^２，パルス幅３０ｎｓ，繰り返し周波数１ｋＨｚ，スポット径１０μｍなどである。
【００９６】
かかるレーザ加工ヘッド１００が出射したレーザ光は，半導体ウェハ１０の各ストリート１４に沿って連続的に照射される。具体的には，例えば，固定したレーザ加工ヘッド１００に対して，半導体ウェハ１０を保持したチャックテーブル３６を，例えば２ｍｍ／ｓの所定の送り速度で相対移動させることにより，レーザ加工ヘッド１００が出射したレーザ光を，ストリート１４に沿って直線的に連続照射する。かかるレーザ光の連続照射によって，上記アブレーション反応が起こり，回路１２間に極薄のカーフ（切溝）が形成される。このカーフのカーフ幅は，レーザ光のスポット径などを増減させることによって調整可能であり，例えば，スポット径１０μｍがレーザ光の場合ではカーフ幅が３０μｍであった。また，カーフ深さは，半導体ウェハ１０の送り速度やレーザ出力などを増減させることによって調整可能であり，例えば，送り速度が２ｍｍ／ｓの場合には，カーフ深さが２０μｍであり，また，送り速度が４ｍｍ／ｓの場合には，カーフ深さが１２μｍであった。かかるカーフ深さを調整することにより，半導体ウェハ１０を完全に切断加工するか，或いは任意の深さまで切削加工するかを選択できる。
【００９７】
このように，あるストリート１４の加工が終了した後には，チャックテーブル３６を上記送り方向とは垂直方向に例えば１つの回路１２分だけずらし，次のストリート１４に対してレーザ光を同様に連続照射して加工する。かかる加工を全てのストリート１４に沿って順次行うことにより，半導体ウェハ１０を個々の半導体チップに分割（ダイシング）することができる。
【００９８】
また，上記のようなレーザ光照射時には，上記アブレーション反応を高めるべく，アシストガス供給手段７を動作させてアシストガス供給口１３８からガード部材１３０内にアシストガスが供給される。このときのアシストガス供給口１３８からのアシストガス供給流量は，例えば３．０Ｌ／ｍｉｎに設定される。また，供給されるアシストガスとしては，例えば六フッ化硫黄（ＳＦ_６）を用いることが好ましい。この六フッ化硫黄は，デブリ１８の発生を抑制し，発生したデブリ１８を吸引除去する効果が，非常に高いことが実験により明らかになっている。なお，アシストガスは，この六フッ化硫黄の例に限定されず，例えば，フッ化したハロゲン元素からなるガスのうち安定したもの（例えばフッ化カルボニル（ＣＯＦ_２）または三フッ化窒素（ＮＦ_３）など）を用いても，同様の効果が得られる。
【００９９】
さらに，上記レーザ光照射およびアシストガス供給にあわせて，吸引装置８を動作させて，排出口１２８からノズル１２０内の雰囲気を吸引する。これによって，ノズル１２０は，図４および図５で示したように，加工点付近に発生したガス１６やデブリ１８等の不要物をアシストガスとともに，螺旋状に回転させながら吸引して，排出口１２８から排出することができる。
【０１００】
このとき，排出口１２８からのアシストガス等の排出流量を，例えば３５Ｌ／ｍｉｎと，上記アシストガスの供給流量の少なくとも例えば１０倍以上に設定して，アシストガスの吸引圧力が，アシストガスの供給圧力の少なくとも例えば１０倍以上になるようにすることが好ましい。これによって，供給されたアシストガスが，ガード部材１３０の端面１３７と半導体ウェハ１０との間の隙間１５６から，外部に漏れないようにすることができる。
【０１０１】
即ち，上記六フッ化硫黄等のアシストガスは有毒な物質であり，ガード部材１３０の外部に漏れてしまうと，オペレータ等に重大な危害を及ぼす恐れがある。また，半導体ウェハ１０自体がガリウムヒ素などの有害物質を含む場合にも，かかる半導体ウェハ１０がアブレーション反応によって気化したガス１６が，ガード部材１３０の外部に漏れてしまうと，非常に危険である。従って，このようなアシストガスやガス１６が，ガード部材１３０の外部に飛散しないようにすることが重要である。
【０１０２】
かかる観点から，上記のようにアシストガスの吸引圧力を供給圧力の少なくとも１０倍以上に設定することによって，アシストガス充満用空間１５４内にあるアシストガス等を，強い吸引力でノズル１２０内に吸引して排出して，外部に漏らさないようにできる。また，図２で示したように，ガード部材１３０にガス溜まり部１３２を設けたり，或いは端部１３４，１３６のレベルに高低差をつけることによっても，上述した原理によりアシストガス等が外部に漏れることを好適に防止できる。
【０１０３】
以上のようにして，加工点付近にアシストガスを供給しながら，ノズル１２０で吸引することによって，ガス１６やデブリ１８等の不要物をアシストガスとともに吸引して，除去できる。このとき，ノズル１２０の先端面１２７と半導体ウェハ１０との距離が０に近いほど不要物の除去効果が高いが，双方が接触すると半導体ウェハ１０が損傷してしまうため，非接触を維持しなければならない。実験では，双方の距離が０〜３ｍｍ程度であれば，十分に不要物の除去効果があることが確かめられた。
【０１０４】
また，上記のようなレーザ加工においては，半導体ウェハ１０の送り速度が速いほど，デブリ１８の発生を抑制できるが，例えば２ｍｍ／ｓという極めて遅い送り速度（通常は例えば５０ｍｍ／ｓ程度）であっても，十分に不要物の除去効果があることが確かめられた。また，照射するレーザ光の繰り返し周波数を大きくすることにより，加工深さ（カーフ深さ）を維持しつつ，当該送り速度を速くすることができる。例えば，上記の例では，繰り返し周波数を１ｋＨｚ，送り速度を２〜４ｍｍ／ｓｅｃとして加工したが，繰り返し周波数を１００ｋＨｚにすることで，送り速度を２００ｍｍ／ｓｅｃと大幅に速めても，同様の加工深さを維持することができる。
【０１０５】
【実施例】
次に，上記のようなレーザ加工装置１を用いて半導体ウェハ１０をレーザ加工（直線的な切削加工）して，加工後の半導体ウェハ１０上に残存している不要物を観察した実験結果について説明する。
【０１０６】
かかる実験では，ノズル１２０を用いた不要物の吸引除去効果と，アシストガス（六フッ化硫黄）による半導体ウェハ１０のガス化の促進効果を確かめるため，以下の表１に示すような３つの条件で実験Ａ〜Ｃを行った。
【０１０７】
【表１】

【０１０８】
かかる実験結果を図７に示す。なお，図７は，実験Ａ，Ｂ，Ｃでレーザ加工された半導体ウェハ１０のカーフ周辺の汚染状況を示す写真図である。
【０１０９】
図７（Ａ）に示すように，実験Ａにおいて，ノズル１２０による加工点付近の吸引と，アシストガス供給手段７によるアシストガスの供給の双方を行うことなく，レーザ加工した場合には，カーフ周辺は実験Ａ〜Ｃの中で最も汚染された状態となっている。カーフの両側には比較的広い範囲に渡り，大きな塊状のデブリ１８が大量に付着しているとともに，比較的幅広の帯状の干渉膜（酸化膜）が残存している。かかるデブリ１８および干渉膜は，半導体ウェハ１０を洗浄しても除去不能であった。
【０１１０】
図７（Ｂ）に示すように，実験Ｂにおいて，アシストガスの供給を行うことなく，ノズル１２０による吸引のみを行って加工した場合には，カーフの近傍に汚れが寄り集まっており，汚染領域は上記実験Ａと比べて半分程度である。さらに，カーフ周辺にはデブリ１８の付着はほとんど観察できない。しかし，カーフ両側には，比較的幅が狭いものの帯状の干渉膜が依然として残っており，洗浄しても除去することができなかった。
【０１１１】
図７（Ｃ）に示すように，実験Ｃにおいて，アシストガスの供給と，ノズル１２０による吸引の双方を行って加工した場合には，カーフ周辺はほとんど汚染されておらず，非常に綺麗である。デブリ１８および干渉膜共にほとんど観察できなかった。
【０１１２】
以上のような実験結果によれば，ノズル１２０を用いて吸引を行うことで，加工点付近に生じたデブリ１８やガス１６の飛散を効果的に防止できるとともに，大半のデブリ１８を好適に吸引・除去できることが分かった（実験Ｂ）。さらに，かかるノズル１２０の吸引とアシストガスの供給とを併用することで，アシストガスを効果的に作用させて，さらにデブリ１８等の除去効果を高め，汚染領域を低減できることが分かった（実験Ｃ）。
【０１１３】
以上，本実施形態にかかるレーザ加工装置１，このレーザ加工装置１を用いたレーザ加工方法，およびレーザ加工実験結果について説明した。
【０１１４】
かかるレーザ加工装置１によれば，従来のように内側ノズルから噴出したアシストガスによってデブリ１８等の不要物を吹き飛ばすのではなく，当該不要物を吸引して除去するので，被加工物１０上に不要物が飛散することを防止できる。また，加工点付近にアシストガスを供給するに際しては，外側のガード部材１３０から，内側のノズル１２０の先端部に集まるようにしてアシストガスを供給できるので，加工点で発生した不要物が加工点周囲に拡散することがない。さらに，加工点直上に配されたノズル１２０によって，加工点で発生した不要物を即座に吸引することができるので，不要物を被加工物１０上に再付着させることなく，大半を吸引・除去することができる。従って，レーザ加工による被加工物上の汚染を大幅に低減できるので，レーザ加工工程後の被加工物１０表面の洗浄工程を省略する，或いは大幅に簡略化することができる。また，デブリ１８等の付着を原因とする半導体チップの製品不良を大幅に低減できる。
【０１１５】
また，ノズル１２０で吸引する際には，不要物を螺旋状に回転させながら吸入するので，ノズル１２０内では，比較的重い不要物を遠心力によって外側に集めることができる。よって，レーザ光照射部１１０等の光学系に不要物が付着して汚染することを防止できるとともに，不要物がレーザ光路の障害となることもない。
【０１１６】
さらに，ノズル１２０のノズル口１２５に，例えばリンデン型サイクロン形状の溝加工を行うことによって，ノズル１２０による吸引時における螺旋状に回転させる速度を高めることで，上記の効果を増強することができる。また，かかる溝加工により，アシストガス等の流入路を確保できるので，ノズル１２０の先端面１２７を被加工物１０に極限まで近づけてレーザ加工することが可能なる。
【０１１７】
以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１１８】
例えば，上記実施形態では，アシストガスを供給しながらレーザ加工するレーザ加工装置１について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。例えば，レーザ加工装置１は，アシストガスを供給することなく，ノズル１２０による加工点付近の外部雰囲気の吸引のみを行いながら，被加工物１０をレーザ加工するようにしてもよい。この場合には，上記実施形態と同様な装置構成のレーザ加工装置１を用いて，アシストガス供給手段７を動作させずに，レーザ加工してもよい。或いは，図８に示すように，ノズル１２０から上記ガード部材１３０を取り外した構成のレーザ加工ヘッド１００’を用いて，レーザ加工してもよい。
【０１１９】
この図８に示すレーザ加工ヘッド１００’は，図２に示したレーザ加工ヘッド１００と比して，ガード部材１３０が設けられていない点で相違するのみであり，その他の機構構成は略同一である。かかる構成のレーザ加工ヘッド１００’は，上記レーザ加工ヘッド１００の場合と同様に，吸引装置８の動作によって吸引力を得ることにより，ノズル１２０先端部付近の外部雰囲気（空気など）とともに，加工点付近に生じたデブリ１８やガス１６等の不要物を，螺旋状に回転させながらノズル１２０内に吸引して，排出口１２８から排出することできる。
【０１２０】
かかるレーザ加工ヘッド１００’を用いてレーザ加工する場合であっても，吸引される外部雰囲気が外側からノズル口１２５に向かうようにして流れるので，不要物を飛散させることがない。さらに，加工点直上に配されたノズル口１２５から，当該不要物の大半を好適に吸引・除去できるとともに，ノズル１２０内ではこれらを螺旋状に回転させるので，デブリ１８等がレーザ光照射装置１１０に付着したり，レーザ光路を妨げたりすることがない。また，アシストガス供給装置等７など設けなくて済むので，装置の低コスト化が図れるとともに，アシストガス漏れなどの危険性もない。
【０１２１】
また，上記実施形態では，レーザ光として，ＹＡＧレーザを用いたが，本発明はかかる例に限定されず，例えば，Ｈｅ−Ｎｅレーザ，ＣＯ_２レーザ（横型励起大気圧ＣＯ_２レーザ等），半導体レーザ，エキシマレーザ，イオンレーザなどを用いてもよい。
【０１２２】
また，上記実施形態では，被加工物１０として，特にデブリ１８が発生しやすい半導体ウェハを加工する例について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。例えば，被加工物１０として，その他の化合物半導体材（ガリウムヒ素，インジウムリン等），合成樹脂材（ＧＰＳ基板，ＢＧＡ基板，ガラスエポキシ樹脂，アクリル樹脂等），ガラス材（石英板，液晶，サファイア基板，光ファイバ等），セラミックス材，金属材（銅，ニッケル，ＳＵＳ鋼，超硬材等）などを加工する場合にも適用できる。
【０１２３】
また，螺旋溝１６２の形状等は，上記実施形態の例に限定されず，例えば，ノズル口１２５の略全周を取り囲むように形成してもよい。また，螺旋溝１６２は，例えば，先端面１２７上のノズル口１２５周囲のみならず，ノズル口１２５の内周面上にも略螺旋状に（例えば雌ねじ孔のように）延長形成されてもよい。
【０１２４】
また，直線溝１６４の形状，位置，大きさ等は，上記実施形態の例に限定されない。例えば，直線溝１６４は，略コの字形，Ｖ字形，Ｕ字形等の断面形状を有してもよい。また，上記では直線溝１６４を１つだけ形成する例について説明したが，かかる例に限定されず，先端面１２７上に複数の直線溝１６４を形成してもよい。より具体的には，図３（ｂ）に示した直線溝１６４に対してノズル口１２５を中心として対称な位置に，さらに別の直線溝１６４を形成しても良い。これによって，ノズル１２０の両側からアシストガスをノズル口１２５に導入することができる。また，中心のノズル口１２５から放射状に延びるように，３つ以上の直線溝１６４を設けることもできる。
【０１２５】
また，上記実施形態にかかるノズル１２０は，胴体部１２２とテーパ部１２６とからなる形状であったが，ノズル１２０の形状はかかる例に限定されない。例えば，ノズル１２０は，先端部に向かって拡径するような形状や，中央部でいったん縮径してさらに先端部では拡径するものなど，ノズル外部雰囲気を吸引・排出可能な形状であれば任意の形状してもよい。
【０１２６】
また，上記実施形態では，アシストガスとして，主に，六フッ化硫黄を用いる例について説明したが，かかる例に限定されない。アシストガスとしては，六フッ化硫黄以外にもフッ化カルボニル（ＣＯＦ_２）または三フッ化窒素（ＮＦ_３）等のフッ化されたハロゲン化ガスを用いることが好適である。また，これら以外にも，ヘリウム（Ｈｅ），アルゴン（Ａｒ），酸素（０_２）または空気などを用いるることもできる。アシストガスとして，六フッ化硫黄等のフッ化されたハロゲン化ガスや，酸素等を用いた場合には，アブレーション反応を促進できるという利点がある。また，ヘリウムを用いた場合には，冷却効果が高いとともに，気体として軽いのでデブリ１８を浮遊させ易いという利点がある。また，アルゴンを用いた場合には，粘度が高いため流体制御が容易であるという利点がある。また，アシストガスとしては，このような特性の異なる複数種類のガスを混合して使用することもできる。
【０１２７】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，レーザ光照射に伴って生じたデブリ等の不要物を，加工点近傍に配されたノズルによって，好適に吸引して除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は，第１の実施形態にかかるレーザ加工装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】図２は，第１の実施形態にかかるレーザ加工ヘッドの構成を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は，第１の実施形態にかかるレーザ加工ヘッドに設けられたノズルを示す底面図である。図３（ｂ）は，図３（ａ）に示したノズルの中心部分を拡大して示す部分拡大図である。
【図４】図４は，第１の実施形態にかかるレーザ加工装置によってレーザ加工されている被加工物の加工点付近を示す拡大図である。
【図５】図５は，第１の実施形態にかかるレーザ加工ヘッドのノズルによって吸引されるアシストガスおよび不要物の態様を示す説明図である。
【図６】図６は，第１の実施形態にかかる被加工物の一例である半導体ウェハを示す斜視図である。
【図７】図７は，実施例にかかる実験Ａ，Ｂ，Ｃでレーザ加工された半導体ウェハのカーフ周辺の汚染状況を示す写真図である。
【図８】図８は，変更例にかかるレーザ加工ヘッドの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１：レーザ加工装置
７：アシストガス供給手段
８：吸引装置
１０：被加工物（半導体ウェハ）
１６：ガス
１８：デブリ
１００：レーザ加工ヘッド
１１０：レーザ光出射部
１１２：鏡筒
１１４：集光レンズ
１２０：ノズル
１２２：胴体部
１２４：連結部
１２５：ノズル口
１２６：テーパ部
１２７：先端面
１２８：排出口
１３０：ガード部材
１３２：ガス溜まり部
１３４：ガード部材の端面
１３８：アシストガス供給口
１５４：アシストガス充満用空間
１６２：略螺旋状の溝
１６４：略直線状の溝

Claims

被加工物に向けてレーザ光を出射するレーザ光出射部と；前記レーザ光出射部の前記被加工物側に装着されたノズルと；を備え，前記レーザ光出射部が出射したレーザ光を，前記ノズルを通して前記被加工物に照射することにより，前記被加工物をレーザ加工するレーザ加工装置であって；
前記ノズルは，前記ノズルの外部雰囲気とともに前記被加工物の加工点付近に生じた不要物を螺旋状に回転させながら吸引し，
前記レーザ光出射部が出射したレーザ光の光軸と，前記螺旋状に回転させられる前記不要物の回転軸は，略一致し，
前記ノズルの先端面は，対向する前記被加工物の加工面と略平行な略平坦面となっており，
前記ノズルの先端面には，前記ノズルのノズル口に形成された略螺旋状の溝と，前記略螺旋状の溝から延長形成された１または２以上の略直線状の溝と，が形成されていることを特徴とする，レーザ加工装置。
前記略直線状の溝は，前記レーザ加工の加工方向に対して略垂直方向に延長形成されていることを特徴とする，請求項1に記載のレーザ加工装置。
被加工物に向けてレーザ光を出射するレーザ光出射部と；前記レーザ光出射部の前記被加工物側に装着されたノズルと；前記被加工物の加工点付近にアブレーション反応を促進させるためのアシストガスを供給するアシストガス供給手段と；を備え，前記加工点付近に前記アシストガスを供給しながら，前記レーザ光出射部が出射したレーザ光を，前記ノズルを通して前記被加工物に照射することにより，前記被加工物をレーザ加工するレーザ加工装置であって；
前記アシストガス供給手段は，前記ノズルの外部から前記加工点付近に前記アシストガスを供給し，
前記ノズルの先端面は，対向する前記被加工物の加工面と略平行な略平坦面となっており，
前記ノズルは，前記加工点付近に供給された前記アシストガスとともに，前記加工点付近に生じた不要物を吸引することを特徴とする，レーザ加工装置。
前記レーザ加工装置は，前記ノズルの外側面を取り囲むようにして設けられた略筒形状のガード部材を備え，
前記アシストガス供給手段は，前記ノズルの外側面と，前記ガード部材の内側面と，前記被加工物の加工面とで囲まれた空間内に，前記アシストガスを供給することを特徴とする，請求項３に記載のレーザ加工装置。
前記ノズルは，前記不要物を螺旋状に回転させながら吸引することを特徴とする，請求項３または４のいずれかに記載のレーザ加工装置。
前記レーザ光出射部が出射したレーザ光の光軸と，前記螺旋状に回転させられる前記不要物の回転軸は，略一致していることを特徴とする，請求項５に記載のレーザ加工装置。
前記ノズルのノズル口には，略螺旋状の溝が形成されていることを特徴とする，請求項５または６のいずれかに記載のレーザ加工装置。
前記ノズルの先端面には，１または２以上の略直線状の溝が前記略螺旋状の溝から延長形成されていることを特徴とする，請求項７に記載のレーザ加工装置。
前記略直線状の溝は，前記レーザ加工の加工方向に対して略垂直方向に延長形成されていることを特徴とする，請求項８に記載のレーザ加工装置。