JP5813959B2 - レーザー光線照射機構およびレーザー加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー光線発信器から発振されたレーザー光線の出力を高速制御することができるレーザー光線照射機構および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デバイスを製造している。

半導体ウエーハのストリートに沿った切断は、通常、ダイサーと呼ばれている切削装置によって行われている。この切削装置は、被加工物である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を切削するための切断手段と、チャックテーブルと切断手段とを相対的に移動せしめる移動手段とを具備している。切断手段は、高速回転せしめられる回転スピンドルと該スピンドルに装着された切削ブレードを含んでいる。切削ブレードは円盤状の基台と該基台の側面外周部に装着された環状の切れ刃からなっており、切れ刃は例えば粒径３μｍ程度のダイヤモンド砥粒を電鋳によって固定し厚さ２０μｍ程度に形成されている。

また、近時においては、ＩＣ、ＬＳＩ等の回路の処理能力を向上するために、シリコンウエーハの如き半導体基板の表面にＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）を積層せしめた形態の半導体ウエーハが実用化されている。しかるに、Ｌｏｗ−ｋ膜は、雲母のように多層（５〜１５層）に積層されているとともに非常に脆いことから、切削ブレードによりストリートに沿って切削すると、Ｌｏｗ−ｋ膜が剥離し、この剥離が回路にまで達し半導体チップに致命的な損傷を与えるという問題がある。

上述した問題を解消するために、Ｌｏｗ−ｋ膜にレーザー光線を照射してＬｏｗ−ｋ膜を除去し、Ｌｏｗ−ｋ膜が除去されたストリートを切削ブレードにより切削する加工装置が下記特許文献１に開示されている。

しかるに、ストリート上のＬｏｗ−ｋ膜に回路の機能をテストするためのテスト エレメント グループ（Ｔｅｇ）と呼ばれるテスト用の金属パターンが部分的に配設されている半導体ウエーハにおいては、Ｌｏｗ−ｋ膜を除去するためにレーザー光線を照射しても、銅やアルミニウム等からなる金属パターンがレーザー光線を妨げＬｏｗ−ｋ膜を円滑に除去することができないという問題がある。そこで、金属パターンを除去できる程度にレーザー光線の出力を高めてストリートにレーザー光線を照射すると、Ｌｏｗ−ｋ膜のみが形成されているストリート部の半導体基板が破損してデブリが飛散し、このデブリが回路に接続されるボンディングパッド等に付着して半導体チップの品質を低下させるという新たな問題が生じる。

このような問題を解消するために、テスト用金属パターンが位置する領域と低誘電率絶縁体被膜の領域に、それぞれ異なる加工条件でレーザー光線を照射してテスト用金属パターンおよび低誘電率絶縁体被膜を除去するレーザー加工方法が下記特許文献２に開示されている。

特開２００３−３２０４６６号公報 特開２００５−１１８８３２号公報

而して、レーザー光線発信器から発振されたレーザー光線の出力を加工送り速度に追随して調整することが難しく、テスト用金属パターンが位置する領域を確実に除去することが困難であるという問題がある。

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、レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線の出力を高速制御することができるレーザー光線照射機構および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、レーザー光線を発振するレーザー光線発振器と、該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線を集光して照射する集光レンズと、該レーザー光線発振器と該集光レンズとの間に配設され該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線の出力を調整する出力調整手段と、を具備するレーザー光線照射機構であって、
該出力調整手段は、該レーザー光線発振器から発振された直線偏光のレーザー光線の偏光面を４５度回転する１／２波長板と、
該１／２波長板によって偏光面が４５度回転せしめられたレーザー光線を入光してＳ偏光成分を反射させＰ偏光成分を透過せしめる第１の偏光ビームスプリッター面および第２の偏光ビームスプリッター面を備えたプリズムと、
該第１の偏光ビームスプリッター面と対向して配設され該第１の偏光ビームスプリッター面を透過したレーザー光線のＰ偏光成分を反射するミラー面を備えた第１のミラーと、該第１のミラーに装着され印加する電圧に対応して該第１のミラーのミラー面と該第１の偏光ビームスプリッター面との間隔を調整するピエゾアクチュエータとを備え、該第１の偏光ビームスプリッター面で反射したレーザー光線のＳ偏光成分と該第１のミラーのミラー面で反射したＰ偏光成分との間に位相差(α)を生成する光路長調整手段と、
該第２の偏光ビームスプリッター面と対向して所定の間隔をもって配設され該第１のミラーのミラー面で反射し該第２の偏光ビームスプリッター面を透過したＰ偏光成分を反射するミラー面を備えた第２のミラーを備え、該第１の偏光ビームスプリッター面で反射するとともに該第２の偏光ビームスプリッター面で反射したＳ偏光成分と該第２の偏光ビームスプリッター面を透過し該第２のミラーのミラー面で反射したＰ偏光成分との間に位相差(β)を生成する偏光成分合成手段と、
該偏光成分合成手段で合成されたレーザー光線を分光する偏光ビームスプリッター面を備え、該偏光成分合成手段で合成されたレーザー光線の一部または全部を該集光レンズに導き、該偏光成分合成手段で合成されたレーザー光線の全部または一部をビームダンパーに導く分光手段と、
該光路長調整手段の該ピエゾアクチュエータに印加する電圧を制御し、該第１のミラーのミラー面と該第１の偏光ビームスプリッター面との間隔を調整することにより該偏光成分合成手段で合成されたレーザー光線のＳ偏光成分とＰ偏光成分との位相差(α＋β)を０度から１８０度の間で制御する制御手段と、を具備し、該位相差(α＋β)を変更することにより該集光レンズに導かれるレーザー光線の出力を調整する、
ことを特徴とするレーザー光線照射機構が提供される。

また、本発明によれば、被加工物を保持する保持面を有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機構と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射機構とを加工送り方向に相対的に加工送りする加工送り手段と、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機構は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振器と、該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線を集光して照射する集光レンズと、該レーザー光線発振器と該集光レンズとの間に配設され該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線の出力を調整する出力調整手段と、を具備し、
該出力調整手段は、該レーザー光線発振器から発振された直線偏光のレーザー光線の偏光面を４５度回転する１／２波長板と、
該１／２波長板によって偏光面が４５度回転せしめられたレーザー光線を入光してＳ偏光成分を反射させＰ偏光成分を透過せしめる第１の偏光ビームスプリッター面および第２の偏光ビームスプリッター面を備えたプリズムと、
該第１の偏光ビームスプリッター面と対向して配設され該第１の偏光ビームスプリッター面を透過したレーザー光線のＰ偏光成分を反射するミラー面を備えた第１のミラーと、該第１のミラーに装着され印加する電圧に対応して該第１のミラーのミラー面と該第１の偏光ビームスプリッター面との間隔を調整するピエゾアクチュエータとを備え、該第１の偏光ビームスプリッター面で反射したレーザー光線のＳ偏光成分と該第１のミラーのミラー面で反射したＰ偏光成分との間に位相差(α)を生成する光路長調整手段と、
該第２の偏光ビームスプリッター面と対向して所定の間隔をもって配設され該第１のミラーのミラー面で反射し該第２の偏光ビームスプリッター面を透過したＰ偏光成分を反射するミラー面を備えた第２のミラーを備え、該第１の偏光ビームスプリッター面で反射するとともに該第２の偏光ビームスプリッター面で反射したＳ偏光成分と該第２の偏光ビームスプリッター面を透過し該第２のミラーのミラー面で反射したＰ偏光成分との間に位相差(β)を生成する偏光成分合成手段と、
該偏光成分合成手段で合成されたレーザー光線を分光する偏光ビームスプリッター面を備え、該偏光成分合成手段で合成されたレーザー光線の一部または全部を該集光レンズに導き、該偏光成分合成手段で合成されたレーザー光線の全部または一部をビームダンパーに導く分光手段と、
該光路長調整手段の該ピエゾアクチュエータに印加する電圧を制御し、該第１のミラーのミラー面と該第１の偏光ビームスプリッター面との間隔を調整することにより該偏光成分合成手段で合成されたレーザー光線のＳ偏光成分とＰ偏光成分との位相差(α＋β)を０度から１８０度の間で制御する制御手段と、を具備し、該位相差(α＋β)を変更することにより該集光レンズに導かれるレーザー光線の出力を調整する、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

本発明によるレーザー光線照射機構は上記のように構成され、出力調整手段の光路長調整手段を構成するピエゾアクチュエータに印加する電圧値を制御し、第１のミラーのミラー面と第１の偏光ビームスプリッター面との間隔を調整することにより偏光成分合成手段で合成されたレーザー光線のＳ偏光成分とＰ偏光成分との位相差(α＋β)を０度から１８０度の間で制御し、該位相差(α＋β)を変更することにより集光レンズに導かれるレーザー光線の出力を調整するので、集光レンズから照射されるレーザー光線の出力を確実に調整することができる。しかも、第１のミラーのミラー面と第１の偏光ビームスプリッター面との間隔を調整するピエゾアクチュエータは印加する電圧値に対応して伸び、数μmの変位が可能であるため高速制御が可能である。従って、レーザー加工装置において被加工物を加工送りする加工送り速度に追随して集光レンズから被加工物に照射されるレーザー光線の出力を調整することができる。

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本発明に従って構成されたレーザー光線照射機構の第１の実施形態を示すブロック構成図。 本発明に従って構成されたレーザー光線照射機構の第２の実施形態を示すブロック構成図。 図１に示すレーザー加工装置に装備される制御手段のブロック構成図。 被加工物であるウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図。 図５に示す半導体ウエーハの断面拡大図。 図１に示すレーザー加工装置によって図５および図６に示す半導体ウエーハに実施するレーザー光線照射工程の説明図。

以下、本発明に従って構成されたレーザー光線照射機構および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光線照射機構を装備し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１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で示す集光点位置調整方向（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支持テーブル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の上面である保持面上に被加工物である例えば円形形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、半導体ウエーハ等の被加工物を保護テープを介して支持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Ｘ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１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。

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１は、上記第２の滑動ブロック３３の割り出し加工送り量を検出するための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の割り出し送り量を検出する。

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Y軸方向に移動せしめられる。

図１に基づいて説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、レーザー光線照射ユニット５のユニットホルダ５１を可動支持基台４２の装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）即ちチャックテーブル３６の保持面に対して垂直な方向に移動させるための集光点位置調整手段５３を具備している。集光点位置調整手段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、上記レーザー光線照射ユニット５を案内レール４２３、４２３に沿って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ユニット５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ユニット５を下方に移動するようになっている。

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に取り付けられた円筒形状のユニットハウジング５２を具備しており、ユニットホルダ５１が上記可動支持基台４２の装着部４２２に一対の案内レール４２３、４２３に沿って移動可能に配設されている。ユニットホルダ５１に取り付けられたユニットハウジング５２には、上記チャックテーブル３６に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射機構が配設されている。このレーザー光線照射機構の第１の実施形態について、図２を参照して説明する。

図２に示す実施形態におけるレーザー光線照射機構６は、パルスレーザー光線を発振するパルスレーザー光線発振手段６１と、該パルスレーザー光線発振手段６１から発振されたレーザー光線を集光して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集光器６２と、パルスレーザー光線発振手段６１と集光器６２の間に配設され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出力を調整する出力調整手段６３を具備している。パルスレーザー光線発振手段６１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とから構成されており、例えば波長が３５５nmのパルスレーザー光線を発振する。上記集光器６２は、パルスレーザー光線発振手段６１から発振され出力調整手段６３によって出力が調整されたパルスレーザー光線を図２において下方に向けて方向変換する方向変換ミラー６２１と、該方向変換ミラー６２１によって方向変換されたパルスレーザー光線を集光する集光レンズ６２２を具備し、該集光レンズ６２２によって集光したパルスレーザー光線をチャックテーブル３６の保持面に保持された被加工物に照射する。このように構成された集光器６２は、ユニットハウジング５２の先端に配設される。

上記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出力を調整する出力調整手段６３は、パルスレーザー光線発振手段６１から発振された直線偏光のパルスレーザー光線を４５度回転する１／２波長板６３１と、該１／２波長板６３１によって４５度回転せしめられた直線偏光のレーザー光線を入光してS偏光成分を反射させP偏光成分を透過せしめる第１の偏光ビームスプリッター面６３２aおよび第２の偏光ビームスプリッター面６３２bを備えたプリズム６３２と、該プリズム６３２の第１の偏光ビームスプリッター面６３２aに対向して配設された光路長調整手段６３３と、プリズム６３２の第２の偏光ビームスプリッター面６３２bに対向して配設された偏光成分合成手段６３６を具備している。

上記１／２波長板６３１は、パルスレーザー光線発振手段６１から発振された直線偏光のパルスレーザー光線の偏光面を第１の偏光ビームスプリッター面６３２aに対して４５度回動し、P偏光成分とS偏光成分が均等な強度分布となるように調整する。プリズム６３２の第１の偏光ビームスプリッター面６３２aおよび第２の偏光ビームスプリッター面６３２bは、１／２波長板６３１によって４５度回転せしめられた直線偏光のレーザー光線のS偏光成分を反射し、P偏光成分を透過せしめる。光路長調整手段６３３は、第１の偏光ビームスプリッター面６３２aと対向するミラー面６３４aを備えた第１のミラー６３４と、該第１のミラー６３４の背面に装着されたピエゾアクチュエータ６３５とからなっている。第１のミラー６３４は、プリズム６３２の第１の偏光ビームスプリッター面６３２aを透過したP偏光成分を反射する。ピエゾアクチュエータ６３５は、印加する電圧値に対応して伸びる圧電素子によって構成され、後述する制御手段によって制御される。このように構成された光路長調整手段６３３は、ピエゾアクチュエータ６３５に印加する電圧値に対応して第１のミラー６３４のミラー面６３４aと第１の偏光ビームスプリッター面６３２aとの間隔(d0)を調整することにより、第１の偏光ビームスプリッター面６３２aで反射した直線偏光のレーザー光線のS偏光成分と第１のミラー６３４のミラー面６３４aで反射したP偏光成分との間に位相差(α)を生成する。上記偏光成分合成手段６３６は、プリズム６３２の第２の偏光ビームスプリッター面６３２bに所定の間隔(d1)をもって対向するミラー面６３７aを備えた第２のミラー６３７からなっている。この第２のミラー６３７からなる偏光成分合成手段６３６は、上記第１の偏光ビームスプリッター面６３２aで反射しするとともに第２の偏光ビームスプリッター面６３２bで反射したS偏光成分と第２の偏光ビームスプリッター面６３２bを透過し第２のミラー６３７のミラー面６３７aで反射したP偏光成分との間に位相差(β)を生成し両偏光成分を合成する。

図２を参照して説明を続けると、図示の実施形態における出力調整手段６３は、上記第２の偏光ビームスプリッター面６３２bで反射したS偏光成分と第２の偏光ビームスプリッター面６３２bを透過し第２のミラー６３７のミラー面６３７aで反射したP偏光成分が合成されプリズム６３２から出力されたレーザー光線の方向を変換する方向変換ミラー６３８と、該方向変換ミラー６３８によって方向変換されたレーザー光線を分光する分光手段６３９を具備している。図２に示す分光手段６３９は、１／２波長板６３９aと偏光ビームスプリッター面を備えたビームスプリッター６３９bとからなっている。１／２波長板６３９aは、プリズム６３２から出力されたレーザー光線を４５度回転して元の状態に戻す。偏光ビームスプリッター面を備えたビームスプリッター６３９bは、１／２波長板６３９aによって４５度回転せしめられたレーザー光線のS偏光成分を反射してビームダンパー６４に導き、P偏光成分を透過して上記集光器６２に導く。なお、図２に示す分光手段６３９は１／２波長板６３９aと偏光ビームスプリッター面を備えたビームスプリッター６３９bとからなっている例を示したが、１／２波長板６３９aを用いずにビームスプリッター６３９bの偏光ビームスプリッター面を４５度回転するように構成してもよい。

図示の実施形態におけるレーザー光線照射機構６の出力調整手段６３は以上のように構成されており、以下出力調整の原理について説明する。
プリズム６３２の第１の偏光ビームスプリッター面６３２aおよび第２の偏光ビームスプリッター面６３２bで反射したレーザー光線のS偏光成分と、第１の偏光ビームスプリッター面６３２aを透過して光路長調整手段６３３を構成する第１のミラー６３４のミラー面６３４aで反射するとともに第２のミラー６３７のミラー面６３７aで反射したP偏光成分との間には、位相差(α＋β)が生成される。このように位相差(α＋β)が生成されたS偏光成分とP偏光成分は、分光手段６３９に向けて出力される。レーザー光線のS偏光成分とS偏光成分に対して位相差(α＋β)が加わったP偏光成分が合成されると、位相差(α＋β)の値によってレーザー光線の偏光特性が異なってくる。即ち、位相差(α＋β)が０度の場合、偏光はビームスプリッター６３９bの偏光ビームスプリッター面に対してP偏光成分のみとなり、レーザー光線は全てビームスプリッター６３９bを透過して上記集光器６２に導かれる。一方、位相差(α＋β)が１８０度の場合、偏光はビームスプリッター６３９bの偏光ビームスプリッター面に対してS偏光成分のみとなり、レーザー光線は全てビームスプリッター６３９bの偏光ビームスプリッター面で反射されビームダンパー６４に導かれる。位相差(α＋β)が０度から１８０度に変化するに従ってレーザー光線のP偏光成分が徐々に少なくなる。従って、位相差(α＋β)を０度から１８０度の間で制御することにより、レーザー光線のP偏光成分即ち集光器６２を介して被加工物に照射されるレーザー光線の出力を調整することができる。なお、位相差(α＋β)の調整は、光路長調整手段６３３を構成するピエゾアクチュエータ６３５に印加する電圧値を制御し、第１のミラー６３４のミラー面６３４aと第１の偏光ビームスプリッター面６３２aとの間隔(d0)を調整することにより達成できる。光路長調整手段６３３を構成するピエゾアクチュエータ６３５は、上述したように印加する電圧値に対応して伸びる圧電素子によって構成され、数μmの変位が可能で共振周波数が３００kHzを超えるものもあり、応答性が優れており高速制御が可能である。

次に、出力調整手段６３の第２の実施形態について、図３を参照して説明する。
なお、図３に示す出力調整手段６３は、上記図３に示す出力調整手段６３とプリズム６３２の形状が相違する以外は実質的に同一の構成であるため、同一部材には同一符合を付して、その説明は省略する。
図３に示す出力調整手段６３のプリズム６３２は、第１の偏光ビームスプリッター面６３２aおよび第２の偏光ビームスプリッター面６３２bの他に、３個の反射面６３２c、６３２d、６３２eを備えている。このように構成されたプリズム６３２は、パルスレーザー光線発振手段６１から発振され１／２波長板６３１によって４５度回転せしめられた直線偏光のレーザー光線を、次のように反射して出力する。即ち、パルスレーザー光線発振手段６１から発振され１／２波長板６３１によって４５度回転せしめられた直線偏光のレーザー光線のS偏光成分は、第１の偏光ビームスプリッター面６３２aによって反射し、更に反射面６３２cおよび６３２dを介して第２の偏光ビームスプリッター面６３２bに達する。一方、パルスレーザー光線発振手段６１から発振され１／２波長板６３７aによって４５度回転せしめられた直線偏光のレーザー光線のP偏光成分は、第１の偏光ビームスプリッター面６３２aを透過して光路長調整手段６３３を構成する第１のミラー６３４のミラー面６３４aで反射し、更に反射面６３２cおよび６３２dを介して第２の偏光ビームスプリッター面６３２bに達する。第２の偏光ビームスプリッター面６３２bに達したS偏光成分は、第２の偏光ビームスプリッター面６３２bで反射面６３２eに向けて反射する。一方、第２の偏光ビームスプリッター面６３２bに達したP偏光成分は、第２の偏光ビームスプリッター面６３２bを透過して第２のミラー６３７のミラー面６３７aで反射し、S偏光成分と合成して反射面６３２eに達する。このようにS偏光成分とP偏光成分が合成されたレーザー光線は、反射面６３２eで反射して分光手段６３９に向けて出力される。以上のようにしてプリズム６３２内を複数回反射して出力されるレーザー光線も、上記図２に示す実施形態と同様に第１の偏光ビームスプリッター面６３２a、反射面６３２cおよび６３２d、第２の偏光ビームスプリッター面６３２bで反射したレーザー光線のS偏光成分と、第１の偏光ビームスプリッター面６３２aを透過して光路長調整手段６３３を構成する第１のミラー６３４のミラー面６３４a、反射面６３２cおよび６３２d、第２の偏光ビームスプリッター面６３２bを透過して第２のミラー６３７のミラー面６３７aで反射したP偏光成分との間には、位相差(α＋β)が生成される。

図１に戻って説明を続けると、レーザー光線照射ユニット５を構成するユニットハウジング５２の前端部には、撮像手段７が配設されている。この撮像手段７は、被加工物を照明する照明手段と、該照明手段によって照明された領域を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた像を撮像する撮像素子（ＣＣＤ）等を備え、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、図４に示す制御手段８を具備している。制御手段８はマイクロ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）８１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）８２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）８３と、入力インターフェース８４および出力インターフェース８５とを備えている。このように構成された制御手段８の入力インターフェース８４には、加工送り量検出手段３７４、割り出し送り量検出手段３８４、撮像手段７等からの検出信号が入力されるとともに、入力手段９から被加工物の情報等が入力される。また、出力インターフェース８５からは、上記加工送り手段３７のパルスモータ３７２、第１の割り出し送り手段３８のパルスモータ３８２、第２の割り出し送り手段４３のパルスモータ４３２、集光点位置調整手段５３のパルスモータ５３２、レーザー光線照射機構６のパルスレーザー光線発振手段６１、出力調整手段６３の光路長調整手段６３３を構成するピエゾアクチュエータ６３５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１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５にはレーザー加工装置１によって加工処理される半導体ウエーハの斜視図が示されており、図６には図５に示す半導体ウエーハのストリートにおける拡大断面図が示されている。図５および図６に示す半導体ウエーハ１０は、シリコンウエーハからなる半導体基板１１の表面１１ａに格子状に配列された複数のストリート（切断予定ライン）１１１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１１２が形成されている。なお、この半導体ウエーハ１０は、半導体基板１１の表面１１ａに低誘電率絶縁体被膜１１３が積層して形成されており、ストリート１１１にはデバイス１１２の機能をテストするためのテスト エレメント グループ（Ｔｅｇ）と呼ばれるテスト用の金属パターン１１４が部分的に複数配設されている。このように構成された半導体ウエーハ１０の各ストリート１１１および各金属パターン１１４の設計上の座標値が入力手段９によって制御手段８に入力される。そして制御手段８は、入力された各ストリート１１１および各金属パターン１１４の設計上の座標値をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納する。

以下、上記半導体ウエーハ１０にストリート１１１に沿ってレーザー光線を照射し、低誘電率絶縁体被膜１１３および金属パターン１１４を除去する方法について説明する。
上述した半導体ウエーハ１０は、図１に示すレーザー加工装置１のチャックテーブル機構３を構成するチャックテーブル３６の吸着チャック３６１上に表面１０ａを上側にして搬送され、該吸着チャック３６１に吸引保持される。このようにしてチャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０を吸引保持したならば、制御手段８は加工送り手段３７を作動して半導体ウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３６を撮像手段７の直下に位置付ける。

チャックテーブル３６を撮像手段７の直下に位置付けたならば、制御手段８は撮像手段７を作動して半導体ウエーハ１０のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段７および制御手段８は、半導体ウエーハ１０の所定方向に形成されているストリート１１１と、ストリート１１１に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射機構６の集光器６２との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。また、撮像手段７および制御手段８は、半導体ウエーハ１０に形成されている上記所定方向と直交する方向に形成されているストリート１１１に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。

以上のようにしてチャックテーブル３６上に保持されている半導体ウエーハ１０に形成されているストリート１１１を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントを実行したならば、制御手段８は加工送り手段３７を作動してチャックテーブル３６を移動し、図７の（ａ）で示すように所定のストリート１１１の一端（図において左端）をレーザー光線照射機構６の集光器６２の直下に位置付ける。そして、制御手段８はレーザー光線発振手段６１に制御信号を出力し、集光器６２から低誘電率絶縁体被膜１１３および金属パターン１１４に対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線（波長：３５５nm、繰り返し周波数：３０ｋＨｚ）を照射しつつチャックテーブル３６を矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度（例えば２００ｍｍ／秒）で移動せしめる（レーザー光線照射工程）。このレーザー光線照射工程において制御手段８は、加工送り量検出手段３７４から検出信号を入力し、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３に格納されている金属パターン１１４の座標値が集光器６２の直下に達する都度、集光器６２から照射されるレーザー光線の出力を後述するように制御する。なお、集光器６２によって集光されるパルスレーザー光線の集光スポット径は、図示の実施形態においてはφ９．２μｍに設定されている。

上記レーザー光線照射工程においては、金属パターン１１４が存在しない領域には低誘電率絶縁体被膜１１３が除去できる出力のパルスレーザー光線を照射し、金属パターン１１４が存在する領域には金属パターン１１４と低誘電率絶縁体被膜１１３が除去できる出力のパルスレーザー光線を照射する。例えば、金属パターン１１４が存在する領域を加工する際には、制御手段８はレーザー光線照射機構６における出力調整手段６３の光路長調整手段６３３を構成するピエゾアクチュエータ６３５に印加する電圧を制御し、上記プリズム６３２を通って出力されるレーザー光線のS偏光成分とP偏光成分の位相差(α＋β)が０度になるように制御する。この結果、プリズム６３２から出力されるパルスレーザー光線の偏光は偏光ビームスプリッター面を備えたビームスプリッター６３９bに対してP偏光成分のみとなり、レーザー光線は全てビームスプリッター６３９bを透過して上記集光器６２に導かれる。このようにして集光器６２に導かれるレーザー光線の出力を、図示の実施形態においては例えば３Wに設定されている。

一方、金属パターン１１４が存在しない領域を加工する際には、低誘電率絶縁体被膜１１３のみが除去できる出力（例えば１W）のパルスレーザー光線を照射する。即ち、制御手段８はレーザー光線照射機構６における出力調整手段６３の光路長調整手段６３３を構成するピエゾアクチュエータ６３５に印加する電圧を制御して、上記プリズム６３２を通って出力されるレーザー光線のS偏光成分とP偏光成分の位相差(α＋β)を例えば１２０度になるように調整し、ビームスプリッター６３７bの偏光ビームスプリッター面に対してP偏光成分の割合が例えば１W（図示の実施形態においては全出力の１／３）となるように制御する。従って、プリズム６３２から出力されるパルスレーザー光線の偏光はビームスプリッター６３７bの偏光ビームスプリッター面に対してS偏光成分が２／３、P偏光成分１／３となる。この結果、プリズム６３２から出力されるパルスレーザー光線の全出力の２／３のS偏光成分がビームダンパー６４に導かれ、１／３のP偏光成分がビームスプリッター６３９bを透過して上記集光器６２に導かれて図示の実施形態においては出力が１Wのパルスレーザー光線が被加工物である半導体ウエーハ１０に照射される。

上述したレーザー光線照射工程を実施し、図７の(b)で示すように集光器６２の照射位置がストリート１１１の他端（図７の(b)において右端）に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止する。この結果、図７の(b)に示すように半導体ウエーハ１０の所定のストリート１１１に沿って金属パターン１１４および低誘電率絶縁体被膜１１３が除去される。このレーザー光線照射工程においては被加工物である半導体ウエーハ１０に照射されるレーザー光線の出力が、上述したように金属パターン１１４が存在する領域を加工する際には例えば３Wに設定され、金属パターン１１４が存在しない領域を加工する際には例えば１Wに設定されているので、金属パターン１１４が存在する領域では金属パターン１１４および低誘電率絶縁体被膜１１３を確実に除去することができ、また金属パターン１１４が存在しない領域では低誘電率絶縁体被膜１１３だけを除去することができる。なお、被加工物である半導体ウエーハ１０に照射するレーザー光線の出力の調整は、上述したように光路長調整手段６３３を構成するピエゾアクチュエータ６３５に印加する電圧値を制御し、第１のミラー６３４のミラー面６３４aと第１の偏光ビームスプリッター面６３２aとの間隔(d0)を調整することにより達成できるので、高速制御が可能となり加工送り速度に追随して調整することができる。

上述したように所定のストリート１１１に沿ってレーザー光線照射工程を実行したら、制御手段８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、従ってこれに保持されている半導体ウエーハ１０を矢印Ｙで示す割り出し送り方向にストリート１１１の間隔だけ割り出し送りし（割り出し工程）、上記レーザー光線照射工程を実行する。このようにして所定方向に延在する全てのストリート１１１についてレーザー光線照射工程を実行したならば、チャックテーブル３６を９０度回動せしめて、上記所定方向に対して直交する方向に延びるストリート１１１に沿って上レーザー光線照射工程を実行することにより、半導体ウエーハ１０の全てのストリート１１１に形成されているテスト用金属パターン１１４および低誘電率絶縁体被膜１１３が除去される。

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
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
５３：集光点位置調整手段
６：レーザー光線照射機構
６１：パルスレーザー光線発振手段
６１１：パルスレーザー光線発振器
６２：集光器
６２２：集光レンズ
６３：出力調整手段
６３１：１／２波長板
６３２：プリズム
６３３：光路長調整手段
６３４：第１のミラー
６３５：ピエゾアクチュエータ
６３６：偏光成分合成手段
６３７：第２のミラー
６３９：分光手段
６４：ビームダンパー
７：撮像手段
８：制御手段
１０：半導体ウエーハ

Claims (2)

1. レーザー光線を発振するレーザー光線発振器と、該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線を集光して照射する集光レンズと、該レーザー光線発振器と該集光レンズとの間に配設され該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線の出力を調整する出力調整手段と、を具備するレーザー光線照射機構であって、
   該出力調整手段は、該レーザー光線発振器から発振された直線偏光のレーザー光線の偏光面を４５度回転する１／２波長板と、
   該１／２波長板によって偏光面が４５度回転せしめられたレーザー光線を入光してＳ偏光成分を反射させＰ偏光成分を透過せしめる第１の偏光ビームスプリッター面および第２の偏光ビームスプリッター面を備えたプリズムと、
   該第１の偏光ビームスプリッター面と対向して配設され該第１の偏光ビームスプリッター面を透過したレーザー光線のＰ偏光成分を反射するミラー面を備えた第１のミラーと、該第１のミラーに装着され印加する電圧に対応して該第１のミラーのミラー面と該第１の偏光ビームスプリッター面との間隔を調整するピエゾアクチュエータとを備え、該第１の偏光ビームスプリッター面で反射したレーザー光線のＳ偏光成分と該第１のミラーのミラー面で反射したＰ偏光成分との間に位相差(α)を生成する光路長調整手段と、
   該第２の偏光ビームスプリッター面と対向して所定の間隔をもって配設され該第１のミラーのミラー面で反射し該第２の偏光ビームスプリッター面を透過したＰ偏光成分を反射するミラー面を備えた第２のミラーを備え、該第１の偏光ビームスプリッター面で反射するとともに該第２の偏光ビームスプリッター面で反射したＳ偏光成分と該第２の偏光ビームスプリッター面を透過し該第２のミラーのミラー面で反射したＰ偏光成分との間に位相差(β)を生成する偏光成分合成手段と、
   該偏光成分合成手段で合成されたレーザー光線を分光する偏光ビームスプリッター面を備え、該偏光成分合成手段で合成されたレーザー光線の一部または全部を該集光レンズに導き、該偏光成分合成手段で合成されたレーザー光線の全部または一部をビームダンパーに導く分光手段と、
   該光路長調整手段の該ピエゾアクチュエータに印加する電圧を制御し、該第１のミラーのミラー面と該第１の偏光ビームスプリッター面との間隔を調整することにより該偏光成分合成手段で合成されたレーザー光線のＳ偏光成分とＰ偏光成分との位相差(α＋β)を０度から１８０度の間で制御する制御手段と、を具備し、該位相差(α＋β)を変更することにより該集光レンズに導かれるレーザー光線の出力を調整する、
   
   ことを特徴とするレーザー光線照射機構。
2. 被加工物を保持する保持面を有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機構と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射機構とを加工送り方向に相対的に加工送りする加工送り手段と、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機構は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振器と、該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線を集光して照射する集光レンズと、該レーザー光線発振器と該集光レンズとの間に配設され該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線の出力を調整する出力調整手段と、を具備し、
   該出力調整手段は、該レーザー光線発振器から発振された直線偏光のレーザー光線の偏光面を４５度回転する１／２波長板と、
   該１／２波長板によって偏光面が４５度回転せしめられたレーザー光線を入光してＳ偏光成分を反射させＰ偏光成分を透過せしめる第１の偏光ビームスプリッター面および第２の偏光ビームスプリッター面を備えたプリズムと、
   該第１の偏光ビームスプリッター面と対向して配設され該第１の偏光ビームスプリッター面を透過したレーザー光線のＰ偏光成分を反射するミラー面を備えた第１のミラーと、該第１のミラーに装着され印加する電圧に対応して該第１のミラーのミラー面と該第１の偏光ビームスプリッター面との間隔を調整するピエゾアクチュエータとを備え、該第１の偏光ビームスプリッター面で反射したレーザー光線のＳ偏光成分と該第１のミラーのミラー面で反射したＰ偏光成分との間に位相差(α)を生成する光路長調整手段と、
   該第２の偏光ビームスプリッター面と対向して所定の間隔をもって配設され該第１のミラーのミラー面で反射し該第２の偏光ビームスプリッター面を透過したＰ偏光成分を反射するミラー面を備えた第２のミラーを備え、該第１の偏光ビームスプリッター面で反射するとともに該第２の偏光ビームスプリッター面で反射したＳ偏光成分と該第２の偏光ビームスプリッター面を透過し該第２のミラーのミラー面で反射したＰ偏光成分との間に位相差(β)を生成する偏光成分合成手段と、
   該偏光成分合成手段で合成されたレーザー光線を分光する偏光ビームスプリッター面を備え、該偏光成分合成手段で合成されたレーザー光線の一部または全部を該集光レンズに導き、該偏光成分合成手段で合成されたレーザー光線の全部または一部をビームダンパーに導く分光手段と、
   該光路長調整手段の該ピエゾアクチュエータに印加する電圧を制御し、該第１のミラーのミラー面と該第１の偏光ビームスプリッター面との間隔を調整することにより該偏光成分合成手段で合成されたレーザー光線のＳ偏光成分とＰ偏光成分との位相差(α＋β)を０度から１８０度の間で制御する制御手段と、を具備し、該位相差(α＋β)を変更することにより該集光レンズに導かれるレーザー光線の出力を調整する、
   ことを特徴とするレーザー加工装置。