JP5007090B2

JP5007090B2 - レーザー加工方法

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Inventors: 正博村田; 洋司森數
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Description

本発明は、被加工物に形成された直線部と曲線部とを有する加工ラインに沿ってレーザー加工を施すレーザー加工方法に関する。

CCD等の光デバイス製造工程においては、光デバイス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CCD等の光デバイスを形成する。そして、光デバイス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光デバイスウエーハを製造している。

このような光デバイスウエーハのストリートに沿った切断は、一般に切削装置によって行われている。しかるに、光デバイスウエーハを切削装置によって切削すると、切削屑が光デバイスの表面に付着して品質が低下するという問題がある。

一方、近年半導体ウエーハやガラス板等の被加工物に形成された加工ラインに沿ってパルスレーザー光線を照射することにより、被加工物を所定の加工ラインに沿って分割する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
特開平１０−３０５４２１号公報

また、レーザー加工による加工特性を良好にするためにレーザー光線の集光スポット形状を楕円形に形成してレーザー加工を施すレーザー加工方法が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）
特開２００６−５１５１７号公報

上述したレーザー加工を行う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、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、チャックテーブルとレーザー光線照射手段を加工送り方向に相対的に移動せしめる加工送り手段と、チャックテーブルとレーザー光線照射手段を加工送り方向と直交する割り出し送り方向に相対移動せしめる割り出し送り手段とによって構成されている。従って、被加工物に形成された加工ラインが直線部と曲線部とを有していても、レーザー光線照射手段から照射されるレーザー光線の集光スポット形状が円形であれば上記加工送り手段および割り出し送り手段を制御することにより直線部および曲線部に沿ってレーザー加工を施すことができる。しかるに、レーザー光線の集光スポット形状が楕円形の場合には、上記加工送り手段および割り出し送り手段を制御しても楕円形の集光スポットの長軸を加工ラインに沿って追随させることは困難で、曲線部において楕円形の集光スポットの長軸が加工領域をはみ出しレーザー加工幅が広くなり、直線部と曲線部とを有する加工ラインに沿って均一な幅のレーザー加工を施すことができない。

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、被加工物に形成された直線部と曲線部とを有する加工ラインに沿って正確にレーザー加工を施すことができるレーザー加工方法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加工送り方向（X軸方向）に相対的に移動せしめる加工送り手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段を該加工送り方向（X軸方向）と直交する割り出し送り方向(Y軸方向)に相対移動せしめる割り出し送り手段とを具備し、該レーザー光線照射手段におけるレーザー光線を発振する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器が集光スポットの形状を楕円形スポットと円形スポットに変更する集光スポット変更手段を具備しているレーザー加工装置を用い、表面に複数のデバイスが直線部と曲線部とを有する加工ラインによって区画して形成されているウエーハの加工ラインに沿ってレーザー加工を施すレーザー加工方法であって、
レーザー光線の照射位置に対してウエーハに形成された加工ラインが移動するように該加工送り手段と該割り出し送り手段を作動するとともに、加工ラインの直線部がレーザー光線の照射位置に位置する際には該集光スポット変更手段を作動し集光スポットの形状を楕円形にして楕円形スポットの長軸を加工ラインの直線部に沿って位置付け、加工ラインの曲線部がレーザー光線の照射位置に位置する際には該集光スポット変更手段を作動して集光スポットの形状を円形スポットにする、
ことを特徴とするレーザー加工方法が提供される。

本発明によるレーザー加工方法においては、ウエーハに形成された加工ラインの直線部がレーザー光線の照射位置に位置する際には集光スポット変更手段を作動し集光スポットの形状を楕円形にして楕円形スポットの長軸を加工ラインの直線部に沿って位置付け、加工ラインの曲線部がレーザー光線の照射位置に位置する際には集光スポット変更手段を作動して集光スポットの形状を円形スポットにするので、加工ラインの直線部は加工特性が良好な楕円形スポットでレーザー加工することができ、加工ラインの曲線部は円形スポットによって加工ラインに沿って正確にレーザー加工することができる。

以下、本発明によるレーザー加工方法について、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）と直角な矢印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（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。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。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（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。この加工送り量検出手段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（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。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の割り出し送り量を検出するため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。この割り出し送り量検出手段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（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。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（Y軸方向）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（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、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を具備している。また、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５２２および伝送光学系５２３と、ケーシング５２１の先端に配設されパルスレーザー光線発振手段５２２によって発振されたパルスレーザー光線を上記チャックテーブル３６に保持された被加工物に照射する加工ヘッド６を具備している。上記パルスレーザー光線発振手段５２２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５２２ａと、これに付設された繰り返し周波数設定手段５２２ｂとから構成されている。伝送光学系５２３は、ビームスプリッタの如き適宜の光学要素を含んでいる。

上記加工ヘッド６は、図３に示すように方向変換ミラー６１と、集光器７とからなっている。方向変換ミラー６１は、上記パルスレーザー光線発振手段５２２によって発振され伝送光学系５２３を介して照射されたパルスレーザー光線を集光器７に向けて方向変換する。集光器７は、図示の実施形態においては第１のシリンドリカルレンズ８１aを備えた第１のシリンドリカルレンズユニット８aと、該第１のシリンドリカルレンズ８１aと集光方向が直交する方向に位置付けられた第２のシリンドリカルレンズ８１ｂを備えた第２のシリンドリカルレンズユニット８ｂと、第１のシリンドリカルレンズユニット８aと第２のシリンドリカルレンズユニット8ｂとの間隔を調整するための後述する間隔調整機構とを具備している。上記方向変換ミラー６１と第１のシリンドリカルレンズユニット８aと第２のシリンドリカルレンズユニット８bおよび後述する間隔調整機構は、図４に示すように上記ケーシング５２１の先端に装着された加工ヘッドハウジング６０内に配設されている。

上記第１のシリンドリカルレンズユニット８aについて、図５乃至図７を参照して説明する。図５には第１のシリンドリカルレンズユニット８aの斜視図が示されており、図６には図５に示す第１のシリンドリカルレンズユニット８aの分解斜視図が示されている。
図５および図６に示す第１のシリンドリカルレンズユニット８aは、第１のシリンドリカルレンズ８１aと、該第１のシリンドリカルレンズ８１aを保持するレンズ保持部材８２と、該レンズ保持部材８２を保持する枠体８３とを具備している。

第１のシリンドリカルレンズ８１aは、図７に示すように断面が半円形状に形成された凸レンズからなっている。この第１のシリンドリカルレンズ８１aは、図示の実施形態においては焦点距離(f1)が８０mmに設定されている。第１のシリンドリカルレンズ８１aを保持するレンズ保持部材８２は、図示の実施形態においては合成樹脂によって円形に形成されている。このレンズ保持部材８２は、レンズ保持部８２１と、該レンズ保持部８２１の下面中心部から突出して形成された回動軸部８２２とからなっている。レンズ保持部８２１にはレンズ嵌合穴８２１aが設けられており、このレンズ嵌合穴８２１aに第１のシリンドリカルレンズ８１aが嵌合して保持される。回動軸部８２２には、レンズ保持部９２１に設けられたレンズ嵌合穴８２１aと連通するレーザー光線挿通穴８２２aが軸方向に貫通して形成されている。

上記レンズ保持部材８２を保持する枠体８３は、図６に示すように矩形状に形成されており、その上面には上記レンズ保持部材８２のレンズ保持部８２１が配置される凹部８３１が形成されている。また、凹部８３１の底壁８３１aには、上記レンズ保持部材８２の回動軸部８２２を回動可能に嵌合する軸穴８３１bが設けられている。このように構成された枠体８３の凹部８３１に上記レンズ保持部材８２のレンズ保持部８２１を配置し、軸穴８３１bに回動軸部８２２を嵌合することにより、レンズ保持部８２１は第１のシリンドリカルレンズ８１aを通るレーザー光線の光軸を中心として回動可能に装着される。

図示に実施形態における第１のシリンドリカルレンズユニット８aは、上記レンズ保持部材８２を回動軸部８２２を中心として回動せしめるレンズ回動手段８４を具備している。レンズ回動手段８４は、図示の実施形態においてはパルスモータ８４１と無端ベルト８４２とからなっている。パルスモータ８４１は上記枠体８３の下面に装着され、その駆動軸８４１aが凹部８３１内に突出して配設される。駆動軸８４１aにはプーリー８４３が装着され、このプーリー８４３と上記レンズ保持部材８２のレンズ保持部８２１の外周に無端ベルト８４２が掛け回される。従って、パルスモータ８４１を正転または逆転駆動することにより、プーリー８４３および無端ベルト８４２を介してレンズ保持部材８２が回動軸部８２２を中心として一方向または他方向に回動せしめられる。このレンズ回動手段８４は、後述するように第１のシリンドリカルレンズ８１aと第２のシリンドリカルレンズ８１bおよび間隔調整機構１０とからなる集光スポット変更手段によって形成される楕円形の集光スポットを光軸を中心として回動する集光スポット回動手段として機能する。

次に、第２のシリンドリカルレンズユニット8ｂについて、図８を参照して説明する。なお、図８に示す第２のシリンドリカルレンズユニット8ｂは、第２のシリンドリカルレンズ８１ｂの焦点距離および第２のシリンドリカルレンズ８１ｂが上記第１のシリンドリカルレンズ８１aと集光方向が直交する方向に位置付けられている以外は、第１のシリンドリカルレンズユニット８aと実質的に同一の構成であるので、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。この第２のシリンドリカルレンズユニット8ｂの第２のシリンドリカルレンズ８１ｂの焦点距離(f2)は、図示の実施形態においては４０mmに設定されている。

以上のように構成された第１のシリンドリカルレンズユニット８aおよび第２のシリンドリカルレンズユニット８bは、図９に示す間隔調整機構１０にセットされる。以下、間隔調整機構１０について説明する。
図１０に示す間隔調整機構１０は、支持基板１１と、該支持基板１１の下端に設けられた第１の支持テーブル１２と、支持基板１１の前面に沿って上下方向に移動可能に配設された第２の支持テーブル１３とを具備している。

支持基板１１は、前面中央部に上下方向に形成された案内溝１１１を備えている。この支持基板１１の側面中間部には、第１の調整板１１２が固定されている。第１の支持テーブル１２は、支持基板１１の前面に対して直角に突出して形成されている。この第１の支持テーブル１２には、中央部にレーザー光線が通過する穴１２１が形成されているとともに、上記第２のシリンドリカルレンズユニット8ｂのレンズ回動手段８４を構成するパルスモータ８４１が挿通する穴１２２が設けられている。また、第１の支持テーブル１２の両側端には支持基板１１の前面に対して直角に延びる位置決めレール１２３、１２４が形成されている。この位置決めレール１２３、１２４の間隔は、上記第２のシリンドリカルレンズユニット８bを構成する第２の枠体８４の幅方向寸法に対応した寸法に設定されている。

上記第２の支持テーブル１３は、支持部１４と、該支持部１４の下端に設けられたテーブル部１５とからなっている。支持部１４は、後面に上記支持基板１１に形成された案内溝１１１に嵌合する被案内レール１４１が形成されている。この被案内レール１４１が案内溝１１１に嵌合することにより、第２の支持テーブル１３は支持基板１１に案内溝１１１に沿って上下方向に移動可能に支持される。なお、支持部１４の上端には、上記第１の調整板１１２の上方に位置する第２の調整板１４２が固定されている。上記テーブル部１５は、支持部１４の前面に対して直角に突出して形成されている。このテーブル部１５には、中央部にレーザー光線が通過する穴１５１が形成されているとともに、上記第１のシリンドリカルレンズユニット８aのレンズ回動手段８４を構成するパルスモータ８４１が挿通する穴１５２が設けられている。また、テーブル部１５の両側端には支持基板１１の前面に対して直角に延びる位置決めレール１５３、１５４が形成されている。この位置決めレール１５３、１５４の間隔は、上記第１のシリンドリカルレンズユニット８aを構成する枠体８３の幅方向寸法に対応した寸法に設定されている。

図示の実施形態における間隔調整機構１０は、第２の支持テーブル１３を支持基板１１の案内溝１１１に沿って下方向に移動せしめる移動手段１６を具備している。移動手段１６は、第２の支持テーブル１３の支持部１４を側方に上下方向に配設された雄ネジロッド１６１と、該雄ネジロッド１６１を回転駆動するためのパルスモータ１６２を含んでいる。雄ネジロッド１６１は、支持部１４の上端に固定された移動板１６３に形成された雌ねじ穴１６３aに螺合して配設され、その下端がこの支持基板１１の側面に固定された軸受け１６４に回転可能に軸支されている。パルスモータ１６２は、支持基板１１に取り付けられ、その駆動軸１６２aが雄ネジロッド１６１の上端に連結されている。従って、パルスモータ１６２によって雄ネジロッド１６１を正転駆動することにより第２の支持テーブル１３を例えば下方に移動し、雄ネジロッド１６１を逆転駆動することにより第２の支持テーブル１３を例えば上方に移動する。このように移動手段１６は、パルスモータ１６２を正転または逆転駆動することにより、第２の支持テーブル１３のテーブル部１５と第１の支持テーブル１２との間隔を適宜調整することができる。

以上のように構成された間隔調整機構１０の第１の支持テーブル１２には、図１１に示すように上記第２のシリンドリカルレンズユニット８bがセットされる。即ち、第２のシリンドリカルレンズユニット８bの枠体８３を第１の支持テーブル１２における位置決めレール１２３、１２４の間に載置する。なお、第１の支持テーブル１２上の所定位置に載置された第２のシリンドリカルレンズユニット８bは、図示しない適宜の固定手段によって第１の支持テーブル１２に固定される。このようにして第１の支持テーブル１２上に配置された第２のシリンドリカルレンズユニット８bの第２のシリンドリカルレンズ８１bは、集光方向が図１０においてYで示す方向にセットされる。

また、間隔調整機構１０の第２の支持テーブル１３のテーブル部１５に上記第１のシリンドリカルレンズユニット８aがセットされる。即ち、第１のシリンドリカルレンズユニット８aの枠体８３を第２の支持テーブル１３を構成するテーブル部１５における位置決めレール１５３、１５４の間に載置する。なお、第２の支持テーブル１３のテーブル部１５上の所定位置に載置された第１のシリンドリカルレンズユニット８aは、図示しない適宜の固定手段によって第２の支持テーブル１３のテーブル部１５に固定される。このようにして第２の支持テーブル１３のテーブル部１５上に配置された第１のシリンドリカルレンズユニット８aの第１のシリンドリカルレンズ８１aは、集光方向が図１０においてXで示す方向にセットされる。

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１７が配設されている。この撮像手段１７は、撮像素子（ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を制御手段２０に送る。

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、後述する被加工物の設計値のデータや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とを備えている。制御手段２０の入力インターフェース２０５には、上記加工送り量検出手段３７４、割り出し送り量検出手段３８４および撮像手段１７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、第１のシリンドリカルレンズユニット８aのレンズ回動手段９４を構成するパルスモータ８４１、第２のシリンドリカルレンズユニット8ｂのレンズ回動手段８４を構成するパルスモータ８４１、間隔調整機構１０を構成する移動手段１６のパルスモータ１６２等に制御信号を出力する。なお、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３は、後述する被加工物に形成された加工ラインの設計値のデータを記憶する第１の記憶領域２０３aや、後述する検出値のデータを記憶する第２の記憶領域２０３bおよび他の記憶領域を備えている。

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、以下その作用について説明する。
上述したレーザー光線照射手段５２によって照射されるレーザー光線の集光スポット形状について、図１１および図１２を参照して説明する。
図１１の（a）および１１の（b）に示すように第１のシリンドリカルレンズ８１aと第２のシリンドリカルレンズ８１bの間隔(d)を４０mmに設定すると、図示の実施形態においては第１のシリンドリカルレンズ８１aの焦点距離(f1)が８０mmに設定されているので、第１のシリンドリカルレンズ８１aによって集光されるレーザー光線Lの集光点P1は図１１の（a）に示すように第２のシリンドリカルレンズユニット８bの下方４０mmの位置となる。一方、図示の実施形態においては第２のシリンドリカルレンズ８１bの焦点距離(f2)が４０mmに設定されているので、第２のシリンドリカルレンズ８１bによって集光されるレーザー光線Lの集光点P2は図１１の（b）に示すように第２のシリンドリカルレンズユニット８bの下方４０mmの位置となる。このように、集光点P1と集光点P2は一致する。この結果、第１のシリンドリカルレンズ８１aに入射された断面が円形のレーザー光線Lは、第１のシリンドリカルレンズ８１aによって矢印X方向が集光され、更に第２のシリンドリカルレンズ８１bによって矢印Y方向が集光されるので、集光点P1、P2において図１１の（c）に拡大して示すように断面が円形の集光スポットS1が形成される。従って、集光点P1、P2の位置に被加工物をセットすることにより、断面が円形の集光スポットS1によって被加工物にレーザー加工を施すことができる。

次に、図１２の（a）および１２の（b）に示すように第１のシリンドリカルレンズ８１aと第２のシリンドリカルレンズ８１bの間隔(d)を３０mmに設定すると、第１のシリンドリカルレンズ８１aの焦点距離(f1)は８０mmに設定されているので、第１のシリンドリカルレンズ８１aによって集光されるレーザー光線Lの集光点P1は図１２の（a）に示すように第２のシリンドリカルレンズユニット８bの下方５０mmの位置となる。一方、第２のシリンドリカルレンズ８１bの焦点距離(f2)は４０mmに設定されているので、第２のシリンドリカルレンズ８１bによって集光されるレーザー光線Lの集光点P2は図１２の（b）に示すように第２のシリンドリカルレンズユニット８bの下方４０mmの位置となる。従って、集光点P2の位置においては第１のシリンドリカルレンズ８１aに集光されるレーザー光線LのX方向は図１２の（a）に示すように集光点P1に達していないため、集光点P2の位置における集光スポットS2は図１２の（c）に拡大して示すように断面が楕円形となる。楕円形の集光スポットS2の長軸D1と短軸D2との比は、第１のシリンドリカルレンズ８１aと第２のシリンドリカルレンズ８１bとの間隔(d)を変更することによって調整することができる。従って、集光点P1の位置に被加工物をセットすることにより、断面が楕円形の集光スポットS2によって被加工物にレーザー加工を施すことができる。

以上のように、第１のシリンドリカルレンズ８１aと第２のシリンドリカルレンズ８１ｂおよび第１のシリンドリカルレンズ８１aと第２のシリンドリカルレンズ８１ｂとの間隔(d)を調整する間隔調整機構１０は、集光スポットの形状を楕円形スポットと円形スポットに変更する集光スポット変更手段として機能する。そして、第１のシリンドリカルレンズユニット８aのレンズ保持部材８２を回動軸部８２２を中心として回動せしめるレンズ回動手段８４および第２のシリンドリカルレンズユニット8ｂのレンズ保持部材８２を回動軸部８２２を中心として回動せしめるレンズ回動手段８４は、後述するように集光スポット変更手段によって形成される楕円形の集光スポットを光軸を中心として回動する集光スポット回動手段として機能する。

次に、図１１に示すように断面が円形の集光スポットS1と図１2に示すように断面が楕円形の集光スポットS2を用いて、被加工物にレーザー加工溝を形成する加工方法について説明する。
図１３には、被加工物としてのウエーハ１００が環状のフレームFに装着された保護テープTの表面に貼着された状態が示されている。ウエーハ１００の表面には矩形状の複数のデバイス１０１が形成されている。各デバイス１０１は、それぞれ４個の直線部１０２aと所定の半径rを有する４個の曲線部（アール部）１０２bとからなる加工ライン１０２によって区画されている。このようにウエーハ１００の表面に形成された各加工ライン１０２は、各直線部１０２aと各曲線部（アール部）１０２bとの交点a1〜a8のXY座標値のデータ（設計値）が上記制御手段２０のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３の第１に記憶領域２０３aに格納されている。

図１３に示すように、環状のフレームFに保護テープTを介して支持された被加工物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被加工物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。このように被加工物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１７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１７の直下に位置付けられると、チャックテーブル３６上の被加工物Wは、図１３に示す座標位置に位置付けられた状態となる。

次に、撮像手段１７および制御手段２０によって加工開始位置として例えばa1位置を検出する。そして、チャックテーブル３６を移動してa1位置をレーザー光線照射手段５２の集光器７の直下（加工位置）に位置付ける。次に、制御手段２０は、現在位置a1からa2までは直線部１０２aであるので、間隔調整機構１０を作動して第１のシリンドリカルレンズ８１aと第２のシリンドリカルレンズ８１ｂとの間隔(d)を図１２に示す状態とし集光スポットの形状を図１４に示すように楕円形の集光スポットS2にするとともに、第１のシリンドリカルレンズユニット８aのレンズ回動手段８４および第２のシリンドリカルレンズユニット8ｂのレンズ回動手段８４を同期して作動し楕円形の集光スポットS2の長軸D1をX軸方向に向け現在位置a1からa2まで直線部１０２aに沿って位置付ける。そして、制御手段２０は、レーザー光線照射手段５２を制御して集光器７からウエーハ１００に対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射するとともに、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、ウエーハ１００を位置a1から位置a2まで移動する。

上述したようにウエーハ１００を位置a1から位置a2まで移動したら、制御手段２０は位置a2から位置a3までは曲線部（アール部）１０２bであるので、間隔調整機構１０を構成する移動手段１６のパルスモータ１６２を作動して第１のシリンドリカルレンズ８１aと第２のシリンドリカルレンズ８１ｂとの間隔(d)を図１１に示す状態とし集光スポットの形状を図１４に示すように円形の集光スポットS1にする。そして、制御手段２０は、加工送り手段３７および第１の割り出し送り手段３８を作動してチャックテーブル３６を移動し、ウエーハ１００を位置a2から位置a3まで移動する。

上述したようにウエーハ１００を位置a2から位置a3まで移動したら、制御手段２０は第１のシリンドリカルレンズ８１aと第２のシリンドリカルレンズ８１ｂとの間隔(d)を図１２に示す状態とし集光スポットの形状を図１４に示すように楕円形の集光スポットS2とするとともに、第２のシリンドリカルレンズユニット8ｂのレンズ回動手段８４および第２のシリンドリカルレンズユニット8ｂのレンズ回動手段８４を同期して９０度回動し楕円形の集光スポットS2の長軸D1をY軸方向に向け位置a3からa4まで直線部１０２aに沿って位置付ける。なお、第１のシリンドリカルレンズユニット8aのレンズ回動手段８４および第２のシリンドリカルレンズユニット8ｂのレンズ回動手段８４を同期して９０度回動する作動は、上記位置a2から位置a3までの曲線部（アール部）１０２bを加工している間に実施することができ、位置a3に達したら第１のシリンドリカルレンズ８１aと第２のシリンドリカルレンズ８１ｂとの間隔(d)を図１２に示す状態とし集光スポットの形状を図１４に示すように楕円形の集光スポットS2にするだけでよい。このように、第１のシリンドリカルレンズユニット8aのレンズ回動手段８４および第２のシリンドリカルレンズユニット8ｂのレンズ回動手段８４を同期して９０度回動する作動を上記位置a2から位置a3までの曲線部（アール部）１０２bを加工している間に実施することにより、位置a3からの加工に円滑に移行することができる。そして、制御手段２０は、第１の割り出し送り手段３８を作動してチャックテーブル３６を移動し、ウエーハ１００を位置a3から位置a4までの直線部１０２aを移動する。このようにして、ウエーハ１００を位置a3から位置a4まで移動したら、制御手段２０は第１のシリンドリカルレンズ８１aと第２のシリンドリカルレンズ８１ｂとの間隔(d)を図１１に示す状態として円形の集光スポットS1にするとともに、加工送り手段３７および第１の割り出し送り手段３８を作動してチャックテーブル３６を移動し、ウエーハ１００を位置a4から位置a5までの曲線部（アール部）１０２bを移動する。

以後、位置a5から位置a6までは上述した直線部の加工を、位置a6から位置a7までは上述した曲線部の加工を、位置a７から位置a８までは上述した直線部の加工を実施する。この結果、ウエーハ１００にはデバイス１０１を区画する加工ライン１０２に沿ってレーザー加工溝が形成される。そして、上述した加工をウエーハ１００に形成された全てのデバイス１０１を区画する加工ライン１０２に沿って実施することにより、ウエーハ１００は個々のデバイス１０１に分割される。

なお、上記レーザー加工における加工条件は、例えば下記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
繰り返し周波数：５０〜１００ｋＨｚ
平均出力：４W
加工送り速度：５０〜３００mm／秒
円形スポット径：φ１０μｍ
楕円形スポット径：長軸(D1)１００μｍ、短軸(D2)１０μｍ

以上のように、図示の実施形態においては、加工ライン１０２の直線部１０２aについては集光スポットの形状を楕円形の集光スポットS2とし、楕円形の集光スポットS2の長軸D1を直線部１０２aに沿って位置付けてレーザー加工するので、短軸(D2)に対応した幅を有するレーザー加工溝を形成することができる。また、加工ライン１０２の曲線部（アール部）１０２bについては、集光スポットの形状を円形の集光スポットS1でレーザー加工するので、加工領域からはみ出しことなく円形スポット径に対応した幅を有するレーザー加工溝を加工ライン１０２の曲線部（アール部）１０２bに沿って正確に形成することができる。

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集光器を備えた加工ヘッドの説明図。図３に示す加工ヘッドの斜視図。図３に示す加工ヘッドの集光器を構成する第１のシリンドリカルレンズユニットの斜視図。図５に示す第１のシリンドリカルレンズユニットの構成部材を分解して示す斜視図。図５に示す第１のシリンドリカルレンズユニットを構成する第１のシリンドリカルレンズを保持したレンズ保持部材の断面図。図３に示す加工ヘッドの集光器を構成する第２のシリンドリカルレンズユニットの斜視図。図１に示すレーザー加工装置に装備され第１のシリンドリカルレンズユニットと第２のシリンドリカルレンズユニットとの間隔を調整する間隔調整機構の斜視図。図９に示す間隔調整機構に第１のシリンドリカルレンズユニットと第２のシリンドリカルレンズユニットをセットした状態を示す斜視図。第１のシリンドリカルレンズと第２のシリンドリカルレンズによって断面が円形の集光スポットを形成する状態を示す説明図。第１のシリンドリカルレンズと第２のシリンドリカルレンズによって断面が楕円形の集光スポットを形成する状態を示す説明図。図１に示すレーザー加工装置によってレーザー加工される被加工物としてのウエーハが環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着された状態を示す斜視図。図１３に示す被加工物としてのウエーハに形成された直線部と曲線部とを有する加工ラインに沿って本発明によるレーザー加工方法を実施している状態を示す説明図。

符号の説明

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
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
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：加工ヘッド
６１：方向変換ミラー
７：集光器
８a：第１のシリンドリカルレンズユニット
８b：第２のシリンドリカルレンズユニッ
８１a：第１のシリンドリカルレンズ
８１b：第２のシリンドリカルレンズ
８２：レンズ保持部材
８３：枠体
８４：レンズ回動手段
１０：間隔調整機構
１１：支持基板
１２：第１の支持テーブル
１３：第２の支持テーブル
１６：移動手段
１７：撮像手段

Claims

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加工送り方向（X軸方向）に相対的に移動せしめる加工送り手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段を該加工送り方向（X軸方向）と直交する割り出し送り方向(Y軸方向)に相対移動せしめる割り出し送り手段とを具備し、該レーザー光線照射手段におけるレーザー光線を発振する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器が集光スポットの形状を楕円形スポットと円形スポットに変更する集光スポット変更手段を具備しているレーザー加工装置を用い、表面に複数のデバイスが直線部と曲線部とを有する加工ラインによって区画して形成されているウエーハの加工ラインに沿ってレーザー加工を施すレーザー加工方法であって、
レーザー光線の照射位置に対してウエーハに形成された加工ラインが移動するように該加工送り手段と該割り出し送り手段を作動するとともに、加工ラインの直線部がレーザー光線の照射位置に位置する際には該集光スポット変更手段を作動し集光スポットの形状を楕円形にして楕円形スポットの長軸を加工ラインの直線部に沿って位置付け、加工ラインの曲線部がレーザー光線の照射位置に位置する際には該集光スポット変更手段を作動して集光スポットの形状を円形スポットにする、
ことを特徴とするレーザー加工方法。