JP5528015B2

JP5528015B2 - レーザ加工装置

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Publication number: JP5528015B2
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Inventors: 洋司森數
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Priority date: 2009-06-10
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Publication date: 2014-06-25
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Description

本発明は、一般的に被加工物を加工するレーザ加工装置に関し、特に、半導体ウエーハの分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射して半導体ウエーハにレーザ加工溝を形成するレーザ加工装置に関する。

半導体デバイス製造プロセスにおいては、略円板形状であるシリコンウエーハ、ガリウム砒素ウエーハ等の半導体ウエーハの表面に格子状に形成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、区画された各領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハは切削装置又はレーザ加工装置によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。

切削装置としては一般にダイシング装置と呼ばれる切削装置が用いられており、この切削装置ではダイアモンドやＣＢＮ等の超砥粒をメタルやレジンで固めて厚さ３０〜３００μｍ程度とした切削ブレードが約３００００ｒｐｍと高速回転しつつ半導体ウエーハへ切り込むことで切削が遂行される。

一方、レーザ加工装置は、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にパルスレーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、該チャックテーブルと該レーザビーム照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段とを少なくとも備えていて、半導体ウエーハの表面に形成された分割予定ラインに沿って半導体ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームを照射してレーザ加工溝を形成し、次いで外力を付与してレーザ加工溝に沿って半導体ウエーハを破断して個々のデバイスに分割する（例えば、特開２００７−１９２５２号公報参照）。

特開２００７−１９２５２号公報

しかし、切削ブレードを備えたダイシング装置によって半導体ウエーハを切削して形成したデバイスの抗折強度が８００ＭＰａであるのに対して、従来のレーザ加工方法によって形成したデバイスの抗折強度は４００ＭＰａと低く、電気機器の品質の低下を招くという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、抗折強度の高いデバイスを製造可能なレーザ加工装置を提供することである。

本発明によると、レーザ加工装置であって、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にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、該チャックテーブルと該レーザビーム照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段とを具備し、該レーザビーム照射手段は、第１のレーザビームを発生する第１のレーザビーム発生ユニットと、第１のレーザビームの光路と平行な光路に第２のレーザビームを発生する第２のレーザビーム発生ユニットと、第１のレーザビームを直角方向に反射するミラーと、該ミラーで反射された第１のレーザビームと該第２のレーザビーム発生ユニットとから発生された第２のレーザビームが交差する位置に配置された偏光ビームスプリッタと、該偏光ビームスプリッタを透過した第１のレーザビーム及び該偏光ビームスプリッタで反射された第２のレーザビームを、前記チャックテーブルに保持された半導体ウエーハ上に集光する集光レンズと、該ミラーと該偏光ビームスプリッタとの間に挿入された第１の１／２波長板と、該第２のレーザビーム発生ユニットと該偏光ビームスプリッタとの間に挿入された第２の１／２波長板と、を含み、該第１の１／２波長板を回転制御することにより、該集光レンズによって集光される第１のレーザビームのピークエネルギー密度を調整し、該第２の１／２波長板を回転制御することにより、該集光レンズによって集光される第２のレーザビームのピークエネルギー密度を５〜２００ＧＷ／ｃｍ^２の範囲の所定値に調整し、第１のレーザビームで半導体ウエーハにレーザ加工溝を形成し、パルス幅が２ｎｓ以下で且つピークエネルギー密度が該所定値に調整された第２のレーザビームで該レーザ加工溝に仕上げ加工を施すことを特徴とするレーザ加工装置が提供される。

好ましくは、該第１のレーザビーム発生ユニットから発生される該第１のレーザビームは、該偏光ビームスプリッタの偏光分離膜に対してＰ偏光の直線偏光ビームであり、該第２のレーザビーム発生ユニットから発生される該第２のレーザビームは、該偏光分離膜の該偏光分離膜に対してＳ偏光の直線偏光ビームである。

本発明のレーザ加工装置によると、第１のレーザビームを半導体ウエーハの分割予定ラインに照射して熱加工を施すので、比較的深い溝が形成され効率良くウエーハを個々のデバイスに分割できるとともに、第２のレーザビームを第１のレーザビームにより形成された溝に照射して非熱加工を施して溝の側壁から熱歪層を除去するので、分割された個々のデバイスの抗折強度を向上することができる。

本発明実施形態のレーザ加工装置の外観斜視図である。粘着テープを介して環状フレームにより支持された半導体ウエーハの斜視図である。第１及び第２のレーザビーム発生ユニットのブロック図である。レーザビーム照射ユニットの構成図である。レーザ加工溝形成工程の説明図である。図６（Ａ）は第１のレーザビームによるレーザ加工工程の説明図、図６（Ｂ）は第２のレーザビームによるレーザ加工工程の説明図である。分割装置の斜視図である。半導体ウエーハ分割工程の説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明実施形態のレーザ加工装置の外観斜視図が示している。レーザ加工装置２は、静止基台４上にＸ軸方向に移動可能に搭載された第１スライドブロック６を含んでいる。

第１スライドブロック６は、ボールねじ８及びパルスモータ１０から構成される加工送り手段１２により一対のガイドレール１４に沿って加工送り方向、即ちＸ軸方向に移動される。

第１スライドブロック６上には第２スライドブロック１６がＹ軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、第２スライドブロック１６はボールねじ１８及びパルスモータ２０から構成される割り出し送り手段２２により一対のガイドレール２４に沿って割り出し方向、すなわちＹ軸方向に移動される。

第２スライドブロック１６上には円筒支持部材２６を介してチャックテーブル２８が搭載されており、チャックテーブル２８は加工送り手段１２及び割り出し送り手段２２によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。チャックテーブル２８には、チャックテーブル２８に吸引保持された半導体ウエーハをクランプするクランパ３０が設けられている。

静止基台４にはコラム３２が立設されており、このコラム３２にレーザビーム照射ユニット３４が取り付けられている。レーザビーム照射ユニット３４は、ケーシング３３中に収容された図４に示す第１及び第２のレーザビーム発生ユニット３５Ａ，３５Ｂと、光学系３６と、ケーシング３３の先端に取り付けられた集光器３７とを含んでいる。

第１のレーザビーム発生ユニット３５Ａは、図３（Ａ）に示すように、ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザを発振するレーザ発振器６２ａと、繰り返し周波数設定手段６４ａと、パルス幅調整手段６６ａと、パワー調整手段６８ａとを含んでいる。特に図示しないが、レーザ発振器６２ａはブリュースター窓を有しており、レーザ発振器６２ａから出射するレーザビームは直線偏光のレーザビームである。

第２のレーザビーム発生ユニット３５Ｂは、図３（Ｂ）に示すように、ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザを発振するレーザ発振器６２ｂと、繰り返し周波数設定手段６４ｂと、パルス幅調整手段６６ｂと、パワー調整手段６８ｂとを含んでいる。特に図示しないが、レーザ発振器６２ｂはブリュースター窓を有しており、レーザ発振器６２ｂから出射するレーザビームは直線偏光のレーザビームである。

第１及び第２のレーザビーム発生ユニット３５Ａ，３５Ｂのパワー調整手段６８ａ，６８ｂにより所定パワーに調整されたレーザビームは、図４に示すレーザビーム照射ユニット３４の光学系３６に導かれる。

第１のレーザビーム発生ユニット３５Ａから発生された第１のレーザビームＬＢ１は、ミラー７０により直角方向に反射される。ミラー７０により反射された第１のレーザビームＬＢ１と、第２のレーザビーム発生ユニット３５Ｂから発生された第２のレーザビームＬＢ２が交差する位置に偏光ビームスプリッタ７４が配置されている。

好ましくは、第１のレーザビーム発生ユニット３５Ａは、偏光ビームスプリッタ７４の偏光分離膜に対してＰ偏光の偏光面を有する第１のレーザビームＬＢ１を発生し、第２のレーザビーム発生ユニット３５Ｂは、偏光ビームスプリッタ７４の偏光分離膜に対してＳ偏光の偏光面を有する第２のレーザビームＬＢ２を発生する。

ミラー７０と偏光ビームスプリッタ７４との間には、第１の１／２波長板７６が挿入されている。第１の１／２波長板７６は回転手段７８に連結されている。第２のレーザビーム発生ユニット３５Ｂと偏光ビームスプリッタ７４との間には、第２の１／２波長板８０が挿入されている。第２の１／２波長板８０は回転手段８２に連結されている。

一般的に１／２波長板は、入射光の偏光面に対して１／２波長板の光学軸が角度θであるとき、出射光の偏光面を１８０度−２θだけ回転させる。よって、回転手段７８，８２により第１の１／２波長板７６及び第２の１／２波長板８０を角度αだけそれぞれ回転させると、出射光の偏光面は２αだけ回転する。

好ましい実施形態では、第１のレーザビーム発生ユニット３５Ａから発生された第１のレーザビームＬＢ１はＰ偏光の偏光面を有し、第２のレーザビーム発生ユニット３５Ｂから発生された第２のレーザビームＬＢ２はＳ偏光の偏光面を有しているので、第１のレーザビームＬＢ１は偏光ビームスプリッタ７４を透過し、第２のレーザビームＬＢ２は偏光ビームスプリッタ７４で反射される。

偏光ビームスプリッタ７４を透過した第１のレーザビームＬＢ１及び偏光ビームスプリッタ７４で反射された第２のレーザビームＬＢ２は、集光器３７の集光レンズ３８によりチャックテーブル２８に保持された半導体ウエーハＷ上に集光される。

本実施形態の場合、第１のレーザビームＬＢ１はその殆どの成分がＰ偏光であり、第２のレーザビームＬＢ２はその殆どの成分がＳ偏光であるため、第１の１／２波長板７６及び第２の１／２波長板８０は微調整用として使用される。

即ち、回転手段７８により第１の１／２波長板７６を回転することにより、偏光ビームスプリッタ７４の分岐比を調整し、回転手段８２により第２の１／２波長板８０を回転することにより、偏光ビームスプリッタ７４の分岐比を調整する。

偏光ビームスプリッタ７４で反射された第１のレーザビームＬＢ１のＳ偏光成分及び偏光ビームスプリッタ７４を透過した第２のレーザビームＬＢ２のＰ偏光成分はビームダンパー８４に吸収される。

一方、第１のレーザビーム発生ユニット３５Ａから発生される第１のレーザビームＬＢ１が単なる直線偏光のレーザビームであり、第２のレーザビーム発生ユニット３５Ｂから発生される第２のレーザビームＬＢ２も単なる直線偏光のレーザビームである場合には、第１の１／２波長板７６及び第２の１／２波長板８０は偏光面の回転のために積極的に回転制御される。

即ち、回転手段７８により第１の１／２波長板７６を適当に回転して、第１のレーザビームＬＢ１の偏光面を偏光ビームスプリッタ７４の偏光分離膜に対してＰ偏光の偏光面となるように回転する。

また、回転手段８２により第２の１／２波長板８０を適当に回転して、第２のレーザビーム発生ユニット３５Ｂから発生された第２のレーザビームＬＢ２の偏光面を偏光ビームスプリッタ７４の偏光分離膜に対してＳ偏光の偏光面となるように回転する。

これにより、第１のレーザビームＬＢ１はその殆どの偏光成分が偏光ビームスプリッタ７４を透過し、第２のレーザビームＬＢ２はその殆どの偏光成分が偏光ビームスプリッタ７４により反射される。

ミラー７０は移動手段７２により矢印Ａ方向、即ち第１のレーザビーム発生ユニット３５Ａから発生された第１のレーザビームＬＢ１の光路と平行な方向に移動可能である。ウエーハＷに照射される第１のレーザビームＬＢ１と第２のレーザビームＬＢ２との間隔は、ミラー７０を移動手段７２により矢印Ａ方向に移動することにより調整可能である。

再び図１を参照すると、ケーシング３３の先端部には、集光器３７とＸ軸方向に整列してレーザ加工すべき加工領域を検出する撮像手段３９が配設されている。撮像手段３９は、可視光によって半導体ウエーハの加工領域を撮像する通常のＣＣＤ等の撮像素子を含んでいる。

撮像手段３９は更に、半導体ウエーハに赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射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赤外線ＣＣＤ等の赤外線撮像素子から構成される赤外線撮像手段を含んでおり、撮像した画像信号はコントローラ（制御手段）４０に送信される。

コントローラ４０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）４２と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）４４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）４６と、カウンタ４８と、入力インターフェイス５０と、出力インターフェイス５２とを備えている。

５６は案内レール１４に沿って配設されたリニアスケール５４と、第１スライドブロック６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出手段であり、加工送り量検出手段５６の検出信号はコントローラ４０の入力エンターフェイス５０に入力される。

６０はガイドレール２４に沿って配設されたリニアスケール５８と第２スライドブロック１６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出手段であり、割り出し送り量検出手段６０の検出信号はコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。

撮像手段３９で撮像した画像信号もコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。一方、コントローラ４０の出力インターフェイス５２からはパルスモータ１０、パルスモータ２０、レーザビーム照射ユニット３４等に制御信号が出力される。

図２に示すように、レーザ加工装置２の加工対象である半導体ウエーハＷの表面においては、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とが直交して形成されており、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とによって区画された領域に多数のデバイスＤが形成されている。

ウエーハＷは粘着テープであるダイシングテープＴに貼着され、ダイシングテープＴの外周部は環状フレームＦに貼着されている。これにより、ウエーハＷはダイシングテープＴを介して環状フレームＦに支持された状態となり、図１に示すクランパ３０により環状フレームＦをクランプすることによりチャックテーブル２８上に支持固定される。

本発明のレーザ加工装置２では、第１のレーザビームＬＢ１により半導体ウエーハＷの分割予定ラインに沿って溝加工を行い、第２のレーザビームＬＢ２により第１のレーザビームＬＢ１により形成されたレーザ加工溝の仕上げ加工を行う。

よって、レーザ加工溝の形成を効率良く行い、半導体ウエーハＷから分割されたデバイスＤの抗折強度を十分高くするためには、第１のレーザビームＬＢ１のピークエネルギー密度と第２のレーザビームＬＢ２のピークエネルギー密度を所定範囲内に設定する必要がある。

本発明のレーザ加工装置２による半導体ウエーハのレーザ加工方法では、半導体ウエーハＷを分割して得られるデバイスの抗折強度の向上が主な目的であるため、デバイスの抗折強度が８００ＭＰａ以上となる加工条件を調べるために以下の実験を行った。

波長１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、３５５ｎｍの各レーザビームについてパルス幅を３０ｎｓ、１０ｎｓ、５ｎｓ、３ｎｓ、２ｎｓ、１ｎｓ、１００ｐｓ、５０ｐｓ、１０ｐｓと変化させるとともに、各パルス幅において出力を変化させて所望のレーザ加工が施される１パルス当たりのエネルギーを実験で求め、そのエネルギーをパルス幅で割り算するとともに、スポットの面積で割り算してピークエネルギー密度を算出し、パルス幅とピークエネルギー密度と抗折強度との関係を調べた。

ここで、ピークエネルギー密度（Ｗ／ｃｍ^２）＝平均出力（Ｗ）／（繰り返し周波数（Ｈｚ）×スポット面積（ｃｍ^２）×パルス幅（ｓ））の関係がある。その結果、波長１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、３５５ｎｍの各レーザビームについてほとんど同様の以下の結果が得られた。

（実験１）繰り返し周波数：１０ｋＨｚ、平均出力：０．１Ｗ、パルス幅：２ｎｓ、スポット径：φ１０μｍ、送り速度：１０ｍｍ／ｓ、ピークエネルギー密度：６．３５ＧＷ／ｃｍ^２で半導体ウエーハにレーザ加工溝を形成してから個々のデバイスに分割し、デバイスの抗折強度を測定したところ８００ＭＰａであった。

（実験２）繰り返し周波数：１００ｋＨｚ、平均出力：０．１Ｗ、パルス幅：１０ｐｓ、スポット径：φ１０μｍ、送り速度：１００ｍｍ／ｓ、ピークエネルギー密度：６３．６６ＧＷ／ｃｍ^２で半導体ウエーハにレーザ加工溝を形成してから個々のデバイスに分割し、デバイスの抗折強度を測定したところ１８００ＭＰａであった。

（実験３）繰り返し周波数：１００ｋＨｚ、平均出力：０．３Ｗ、パルス幅：１０ｐｓ、スポット径：φ１０μｍ、送り速度：１００ｍｍ／ｓ、ピークエネルギー密度：１９０．９ＧＷ／ｃｍ^２で半導体ウエーハにレーザ加工溝を形成してから個々のデバイスに分割し、デバイスの抗折強度を測定したところ１０００ＭＰａであった。

（実験４）繰り返し周波数：１００ｋＨｚ、平均出力：０．４Ｗ、パルス幅：１０ｐｓ、スポット径：φ１０μｍ、送り速度：１００ｍｍ／ｓ、ピークエネルギー密度：２５４．６ＧＷ／ｃｍ^２で半導体ウエーハにレーザ加工溝を形成してから個々のデバイスに分割し、デバイスの抗折強度を測定したところ５００ＭＰａであった。

（実験５）繰り返し周波数：１０ｋＨｚ、平均出力：７Ｗ、パルス幅：３０ｎｓ、スポット径：φ１０μｍ、送り速度：１００ｍｍ／ｓ、ピークエネルギー密度：２９．６ＧＷ／ｃｍ^２で半導体ウエーハにレーザ加工溝を形成してから個々のデバイスに分割し、デバイスの抗折強度を測定したところ４００ＭＰａであった。しかし、良好な分割溝を形成することができた。

実験１〜実験３の結果から、パルス幅が２ｎｓ以下でピークエネルギー密度が５〜２００ＧＷ／ｃｍ^２のレーザビームを半導体ウエーハＷの分割予定ラインに照射してレーザ加工溝を形成し、分割装置で半導体ウエーハＷをレーザ加工溝に沿って分割してデバイスを形成すると、８００ＭＰａ以上の抗折強度が得られることから、このレーザビームは仕上げ加工に適していることがわかった。しかし、形成される溝の深さが５〜１０μｍと不十分であり、溝加工には適さないことが判明した。

実験４の結果から、ピークエネルギー密度が２５０ＧＷ／ｃｍ^２以上のレーザビームを半導体ウエーハＷの分割予定ラインに照射してレーザ加工溝を形成し、分割装置によってレーザ加工溝に沿って半導体ウエーハＷを分割してデバイスを形成すると、抗折強度が許容値より低下することから仕上げ加工には適さないことが分かった。しかし、形成される溝の深さが３０〜６０μｍと十分深いため、このレーザビームは溝加工に適していることが判明した。

実験５の結果から、ピークエネルギー密度は２９．６ＧＷ／ｃｍ^２と低いが、パルス幅が３０ｎｓと大きいレーザビームを半導体ウエーハＷの分割予定ラインに照射してレーザ加工溝を形成し、分割装置によってレーザ加工溝に沿って半導体ウエーハを分割してデバイスを形成すると、抗折強度は許容値より低下しているが、形成される溝の深さが３０〜６０μｍと十分深いため、このレーザビームは溝加工に適していることが判明した。

以下、図４乃至図８を参照して、レーザ加工装置２を使用した半導体ウエーハＷの好ましいレーザ加工方法について詳細に説明する。図４及び図５に示すように、第１のレーザビーム発生ユニット３５Ａからは半導体ウエーハＷに対して吸収性を有する波長で且つ偏光ビームスプリッタ７４の偏光分離膜に対してＰ偏光の偏光面を有する第１のレーザビームＬＢ１が発生される。

一方、第２のレーザビーム発生ユニット３５Ｂからは、半導体ウエーハＷに対して吸収性を有する波長で且つ偏光ビームスプリッタ７４の偏光分離膜に対してＳ偏光の偏光面を有する第２のレーザビームＬＢ２が発生される。

第１のレーザビームＬＢ１は偏光ビームスプリッタ７４を透過し、第２のレーザビームＬＢ２は偏光ビームスプリッタ７４で反射されて集光器３７の集光レンズ３８で半導体ウエーハＷの表面に集光される。

よって、図４及び図５に示すように、第１のレーザビームＬＢ１及び第２のレーザビームＬＢ２を集光器３７で集光して半導体ウエーハＷの表面に照射しつつ、チャックテーブル２８を矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動させる。

その結果、半導体ウエーハＷには、図６（Ａ）に示すようにストリートＳ１に沿ってレーザ加工溝９５が形成され、その直後に図６（Ｂ）に示すように、第２のレーザビームＬＢ２によりレーザ加工溝９５の側壁から熱歪層を除去する仕上げ加工を施して、レーザ加工溝９６が形成される。

全ての第１のストリートＳ１に沿ってレーザ加工溝９６を形成したら、チャックテーブル２８を９０度回転する。次いで、第１のストリートＳ１と直交する全ての第２のストリートＳ２に沿って同様なレーザ加工溝９６を形成する。その結果、半導体ウエーハＷには全てのストリートＳ１，Ｓ２に沿ってレーザ加工溝９６が形成される。

尚、第１のレーザビーム発生ユニット３５Ａの好ましいレーザ加工条件は例えば以下のとおりである。

光源：ＹＡＧパルスレーザ又はＹＶＯ４パルスレーザ
波長：３５５ｎｍ
平均出力：７Ｗ
パルス幅：３０ｎｓ
繰り返し周波数：１０ｋＨｚ
スポット径：φ１０μｍ
送り速度：１００ｍｍ／ｓ

一方、第２のレーザビーム発生ユニット３５Ｂの好ましいレーザ加工条件は以下のとおりである。

光源：ＹＡＧパルスレーザ又はＹＶＯ４パルスレーザ
波長：３５５ｎｍ
平均出力：０．１Ｗ
パルス幅：１０ｐｓ
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
スポット径：φ１０μｍ
送り速度：１００ｍｍ／ｓ

次に、図４を参照して、最適なレーザ加工条件を得るための光学系３６の作用について説明する。第１のレーザビーム発生ユニット３５Ａからは、上述した加工条件である平均出力７Ｗの偏光ビームスプリッタ７４の偏光分離膜に対するＰ偏光の偏光面を有する第１のレーザビームＬＢ１が出射される。

第２のレーザビーム発生ユニット３５Ｂからは、上述した加工条件である平均出力０．１Ｗの偏光ビームスプリッタ７４の偏光分離膜に対するＳ偏光の偏光面を有する第２のレーザビームＬＢ２が出射される。

第１のレーザビームＬＢ１は偏光ビームスプリッタ７４を透過して、集光器３７により半導体ウエーハＷ上に集光される。一方、第２のレーザビームＬＢ２は偏光ビームスプリッタ７４で反射されて、集光器３７により半導体ウエーハＷ上に集光される。

第１のレーザビームＬＢ１は実験５の加工条件と同様であるため、仕上げ加工には適していないが溝加工には適している。一方、第２のレーザビームＬＢ２は実験２の加工条件と同様であるため、抗折強度の高いデバイスを形成する仕上げ加工に適している。

よって、７Ｗの第１のレーザビームＬＢ１で半導体ウエーハＷに溝加工を施しながら、０．１Ｗの第２のレーザビームＬＢ２で仕上げ加工を施すようにして、半導体ウエーハＷの全てのストリートＳ１，Ｓ２に沿って仕上げ加工されたレーザ加工溝９６を形成する。

レーザ加工中において、第１の１／２波長板７６を回転手段７８で回転制御することにより、集光レンズ３８によって集光される第１のレーザビームＬＢ１のピークエネルギー密度を微調整し、第２の１／２波長板８０を回転手段８２で回転制御することにより、集光レンズ３８によって集光される第２のレーザビームＬＢ２のピークエネルギー密度を微調整する。

また、半導体ウエーハＷに照射される第１のレーザビームＬＢ１と第２のレーザビームＬＢ２との間隔を調整したい場合には、ミラー７０を移動手段７２により矢印Ａ方向に移動することにより、第１のレーザビームＬＢ１と第２のレーザビームＬＢ２との間隔を所望の値、例えば２０μｍ〜１００μｍに調整することができる。

このように全てのストリートＳ１，Ｓ２に沿ってレーザ加工溝９６を形成したならば、次に図７に示すような分割装置１００を使用して半導体ウエーハＷをレーザ加工溝９６に沿って個々のチップに分割するウエーハ分割工程を実施する。

図７に示す分割装置１００は、環状フレームＦを保持するフレーム保持手段１０２と、フレーム保持手段１０２に保持された環状フレームＦに装着された粘着テープＴを拡張するテープ拡張手段１０４を具備している。

フレーム保持手段１０２は、環状のフレーム保持部材１０６と、フレーム保持部材１０６の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ１０８から構成される。フレーム保持部材１０６の上面は環状フレームＦを載置する載置面１０６ａを形成しており、この載置面１０６ａ上に環状フレームＦが載置される。

そして、載置面１０６ａ上に載置された環状フレームＦは、クランプ１０８によってフレーム保持部材１０６に固定される。このように構成されたフレーム保持手段１０２はテープ拡張手段１０４によって上下方向に移動可能に支持されている。

テープ拡張手段１０４は、環状のフレーム保持部材１０６の内側に配設された拡張ドラム１１０を具備している。この拡張ドラム１１０は、環状フレームＦの内径より小さく、該環状フレームＦに装着された粘着テープＴに貼着される半導体ウエーハＷの外径より大きい内径を有している。

拡張ドラム１１０はその下端に一体的に形成された支持フランジ１１２を有している。テープ拡張手段１０４は更に、環状のフレーム保持部材１０６を上下方向に移動する駆動手段１１４を具備している。この駆動手段１１４は支持フランジ１１２上に配設された複数のエアシリンダ１１６から構成されており、そのピストンロッド１１８がフレーム保持部材１０６の下面に連結されている。

複数のエアシリンダ１１６から構成される駆動手段１１４は、環状のフレーム保持部材１０６をその載置面１０６ａが拡張ドラム１１０の上端と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム１１０の上端より所定量下方の拡張位置の間を上下方向に移動する。

以上のように構成された分割装置１００を用いて実施する半導体ウエーハ分割工程について図８（Ａ）及び図８（Ｂ）を参照して説明する。図８（Ａ）に示すように、半導体ウエーハＷを粘着テープＴを介して支持した環状フレームＦを、フレーム保持部材１０６の載置面１０６ａ上に載置し、クランプ１０８によってフレーム保持部材１０６を固定する。このとき、フレーム保持部材１０６はその載置面１０６ａが拡張ドラム１１０の上端と略同一高さとなる基準位置に位置付けられる。

次いで、エアシリンダ１１６を駆動してフレーム保持部材１０６を図８（Ｂ）に示す拡張位置に下降する。これにより、フレーム保持部材１０６の載置面１０６ａ上に固定されている環状フレームＦも下降するため、環状フレームＦに装着された粘着テープＴは拡張ドラム１１０の上端縁に当接して主に半径方向に拡張される。

その結果、粘着テープＴに貼着されている半導体ウエーハＷには放射状に引張力が作用する。このように半導体ウエーハＷに放射状に引張力が作用すると、半導体ウエーハＷはレーザ加工溝９６に沿って破断され、個々の半導体チップ（デバイス）Ｄに分割される。

Ｗ半導体ウエーハ
Ｔ粘着テープ（ダイシングテープ）
Ｆ環状フレーム
Ｄデバイス
２レーザ加工装置
２８チャックテーブル
３４レーザビーム照射ユニット
３５Ａ第１のレーザビーム発生ユニット
３５Ｂ第２のレーザビーム発生ユニット
３６光学系
３７集光器
３８集光レンズ
７４偏光ビームスプリッタ
７６第１の１／２波長板
８０第２の１／２波長板

Claims

レーザ加工装置であって、
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にレーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、
該チャックテーブルと該レーザビーム照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段とを具備し、
該レーザビーム照射手段は、第１のレーザビームを発生する第１のレーザビーム発生ユニットと、
第１のレーザビームの光路と平行な光路に第２のレーザビームを発生する第２のレーザビーム発生ユニットと、
第１のレーザビームを直角方向に反射するミラーと、
該ミラーで反射された第１のレーザビームと該第２のレーザビーム発生ユニットとから発生された第２のレーザビームが交差する位置に配置された偏光ビームスプリッタと、
該偏光ビームスプリッタを透過した第１のレーザビーム及び該偏光ビームスプリッタで反射された第２のレーザビームを、前記チャックテーブルに保持された半導体ウエーハ上に集光する集光レンズと、
該ミラーと該偏光ビームスプリッタとの間に挿入された第１の１／２波長板と、
該第２のレーザビーム発生ユニットと該偏光ビームスプリッタとの間に挿入された第２の１／２波長板と、を含み、
該第１の１／２波長板を回転制御することにより、該集光レンズによって集光される第１のレーザビームのピークエネルギー密度を調整し、
該第２の１／２波長板を回転制御することにより、該集光レンズによって集光される第２のレーザビームのピークエネルギー密度を５〜２００ＧＷ／ｃｍ^２の範囲の所定値に調整し、
第１のレーザビームで半導体ウエーハにレーザ加工溝を形成し、
パルス幅が２ｎｓ以下で且つピークエネルギー密度が該所定値に調整された第２のレーザビームで該レーザ加工溝に仕上げ加工を施すことを特徴とするレーザ加工装置。
該第１のレーザビーム発生ユニットから発生される該第１のレーザビームは、該偏光ビームスプリッタの偏光分離膜に対してＰ偏光の直線偏光ビームであり、
該第２のレーザビーム発生ユニットから発生される該第２のレーザビームは、該偏光分離膜の該偏光分離膜に対してＳ偏光の直線偏光ビームである請求項１記載のレーザ加工装置。