JP5947056B2

JP5947056B2 - レーザー加工方法およびレーザー加工装置

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Publication number: JP5947056B2
Application number: JP2012038889A
Authority: JP
Inventors: 洋司森數
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2032-02-24
Also published as: JP2013173160A

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を所定の分割予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成するレーザー加工方法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チップを製造している。また、サファイヤ基板の表面にフォトダイオード等の受光素子やレーザーダイオード等の発光素子等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々のフォトダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。

上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに形成されたストリートに沿ってパルスレーザー光線を照射することによりレーザー加工溝を形成し、ウエーハをストリート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。）

また、ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスの処理能力を向上するために、シリコン等の基板の表面にSiO2,SiO,SiN等のガラス質材料からなる低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）と回路を形成する機能膜が積層された積層体によってデバイスを形成せしめた形態の半導体ウエーハが実用化されている。Ｌｏｗ−ｋ膜はウエーハの素材と異なるため、切削ブレードによって同時に切削することが困難である。即ち、Ｌｏｗ−ｋ膜は雲母のよう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デバイスに致命的な損傷を与えるという問題がある。このような問題を解消するために、半導体ウエーハに形成されたストリートに沿ってレーザー加工溝を形成して積層体を分断し、このレーザー加工溝に切削ブレードを位置付けて切削ブレードと半導体ウエーハを相対移動することにより、半導体ウエーハをストリートに沿って切断するウエーハの分割方法が下記特許文献２に開示されている。

特開２００６−５１５１７号公報特開２００５−１４２３８９７号公報

ウエーハに形成されたストリートに沿ってパルスレーザー光線を照射することによりレーザー加工溝を形成し、ウエーハをストリートに沿って分割するには、パルスレーザー光線をストリートに沿って所定回数照射してレーザー加工溝を所定数形成することにより完全切断する。しかるに、ウエーハの厚みにバラツキがあると、パルスレーザー光線をストリートに沿って所定回数照射してもウエーハが完全に切断されなかったり、ウエーハが貼着されている保護テープ等の保護部材まで切断してしまうという問題がある。
また、シリコン等の基板の表面に積層された積層体をストリートに沿って分断するには、パルスレーザー光線をストリートに沿って所定回数照射してレーザー加工溝を所定数形成することにより分断する。しかるに、積層体の厚みにバラツキがあると、パルスレーザー光線をストリートに沿って所定回数照射しても積層体が完全に分断されなかったり、シリコン等の基板の深くまでレーザー加工溝を形成してしまうという問題がある。

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、ウエーハ等の被加工物の厚みにバラツキがあっても、被加工物が貼着されている保護部材を切断することなく被加工物に形成された分割予定ラインに沿って完全切断することができ、また、基板に積層された積層体を確実に分断するレーザー加工溝が形成できるレーザー加工方法およびレーザー加工装置を提供することである。

上記主たる技術的課題を解決するため、本発明によれば、被加工物にレーザー光線を複数回照射することにより被加工物にレーザー加工溝を形成するレーザー加工方法であって、
被加工物にレーザー光線が照射されることによって発生するプラズマの波長を検出し、第１の波長を有するプラズマ光だけが検出されたときにはレーザー光線の照射による加工を継続し、第２の波長を有するプラズマ光が検出された場合には加工中のレーザー加工溝の終点までレーザー光線の照射による加工を継続した後に停止する、
ことを特徴とするレーザー加工方法が提供される。

また、本発明によれば、被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段に保持された被加工物にパルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、被加工物保持手段とレーザー光線照射手段と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、を具備するレーザー加工装置であって、
該レーザー光線照射手段から被加工物にレーザー光線が照射されることによって発生するプラズマの波長を検出するプラズマ検出手段と、該プラズマ検出手段からの検出信号に基づいて該レーザー光線照射手段および該加工送り手段を制御する制御手段とを具備し、
該プラズマ検出手段は、プラズマ光を第１の経路と第２の経路に分岐するビームスプリッターと、該第１の経路に配設され第１の波長のプラズマ光のみを通過させる第１のバンドパスフィルターと、該第１のバンドパスフィルターを通過した光を受光して光強度信号を該制御手段に出力する第１のホトデテクターと、該第２の経路に配設され第２の波長のプラズマ光のみを通過させる第２のバンドパスフィルターと、該第２のバンドパスフィルターを通過した光を受光して光強度信号を該制御手段に出力する第２のホトデテクターと、を具備しており、
該制御手段は、該レーザー光線照射手段を作動して被加工物にレーザー光線を複数回照射し被加工物にレーザー加工溝を形成する際に、該第１のホトデテクターおよび該第２のホトデテクターから出力される光強度信号に基づいて、該第１のホトデテクターだけから光強度信号が出力されているときにはレーザー光線の照射による加工を継続するように該レーザー光線照射手段を制御し、該第２のホトデテクターから光強度信号が出力された場合には加工中のレーザー加工溝の終点までレーザー光線の照射による加工を継続した後に停止するように該レーザー光線照射手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

本発明による被加工物にレーザー光線を複数回照射することにより被加工物にレーザー加工溝を形成するレーザー加工方法は、被加工物にレーザー光線が照射されることによって発生するプラズマの波長を検出し、第１の波長を有するプラズマ光だけが検出されたときにはレーザー光線の照射による加工を継続し、第２の波長を有するプラズマ光が検出された場合には加工中のレーザー加工溝の終点までレーザー光線の照射による加工を継続した後に停止するので、被加工物を所定の分割予定ラインに沿って切断する場合には被加工物の厚みにバラツキがあっても、保護部材を切断することなく被加工物を分割予定ラインに沿って確実に完全切断することができる。また、基板の表面に積層された積層体を分割予定ラインに沿って分断する場合にも、本発明によれば第１の波長を有するプラズマ光だけが検出されたときにはレーザー光線の照射による加工を継続し、第２の波長を有するプラズマ光が検出された場合には加工中のレーザー加工溝の終点までレーザー光線の照射による加工を継続した後に停止するので、積層体の厚みにバラツキがあっても、積層体を確実に分断するレーザー加工溝が形成できる。

また、本発明によるレーザー加工装置は、レーザー光線照射手段から被加工物にレーザー光線が照射されることによって発生するプラズマの波長を検出するプラズマ検出手段と、プラズマ検出手段からの検出信号に基づいてレーザー光線照射手段および加工送り手段を制御する制御手段とを具備し、プラズマ検出手段は、プラズマ光を第１の経路と第２の経路に分岐するビームスプリッターと、該第１の経路に配設され第１の波長のプラズマ光のみを通過させる第１のバンドパスフィルターと、該第１のバンドパスフィルターを通過した光を受光して光強度信号を該制御手段に出力する第１のホトデテクターと、第２の経路に配設され第２の波長のプラズマ光のみを通過させる第２のバンドパスフィルターと、該第２のバンドパスフィルターを通過した光を受光して光強度信号を該制御手段に出力する第２のホトデテクターと、を具備しており、制御手段は、レーザー光線照射手段を作動して被加工物にレーザー光線を複数回照射し被加工物にレーザー加工溝を形成する際に、第１のホトデテクターおよび第２のホトデテクターから出力される光強度信号に基づいて、第１のホトデテクターだけから光強度信号が出力されているときにはレーザー光線の照射による加工を継続するようにレーザー光線照射手段を制御し、第２のホトデテクターから光強度信号が出力された場合には加工中のレーザー加工溝の終点までレーザー光線の照射による加工を継続した後に停止するようにレーザー光線照射手段を制御するので、被加工物を所定の分割予定ラインに沿って切断する場合には被加工物の厚みにバラツキがあっても被加工物が貼着されている保護部材を切断することなく被加工物に形成された分割予定ラインに沿って完全切断することができ、また、基板に積層された積層体を分割予定ラインに沿って分断する場合には積層体にバラツキがあっても積層体を確実に分断するレーザー加工溝が形成できる。

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およびプラズマ検出手段の構成ブロック図。図１に示すレーザー加工装置に装備される制御手段の構成ブロック図。被加工物としての半導体ウエーハの斜視図。図４に示す半導体ウエーハを環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着した状態を示す斜視図。図１に示すレーザー加工装置によって実施するレーザー光線照射工程の説明図。シリコンウエーハにパルスレーザー光線を照射したとき発生するプラズマの光強度を検出する第１のホトデテクターの出力電圧および保護テープにパルスレーザー光線を照射したとき発生するプラズマの光強度を検出する第２のホトデテクターの出力電圧を示す図。本発明によるレーザー加工方法によって半導体ウエーハを分割予定ラインに沿って切断した状態を示す断面図。

以下、本発明による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、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１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。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、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X軸方向移動手段（加工送り手段３７）を具備している。この加工送り手段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１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は、上記チャックテーブル３６の加工送り量即ちX軸方向位置を検出するためのX軸方向位置検出手段３７４を備えている。X軸方向位置検出手段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X軸方向位置検出手段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の加工送り量即ちX軸方向の位置を検出する。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の加工送り量即ちX軸方向の位置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の加工送り量即ちX軸方向の位置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、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Y軸方向移動手段（第１の割り出し送り手段３８）を具備している。この第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は、上記第２の滑動ブロック３３の割り出し加工送り量即ちY軸方向位置を検出するためのY軸方向位置検出手段３８４を備えている。このY軸方向位置検出手段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Y軸方向位置検出手段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の割り出し送り量即ちY軸方向の位置を検出する。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の割り出し送り量即ちY軸方向の位置を検出することもできる。また、上記第１の割り出し送り手段３８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の割り出し送り量即ちY軸方向の位置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Y軸方向移動手段（第２の割り出し送り手段４３）を具備している。この第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、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Z軸方向に移動させるためのZ軸方向移動手段（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、ユニットホルダ５１およびレーザー光線照射手段５２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を含んでいる。このレーザー光線照射手段５２について、図２を参照して説明する。
図示のレーザー光線照射手段５２は、上記ケーシング５２１内に配設されたパルスレーザー光線発振手段５２２と、該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の出力を調整する出力調整手段５２３と、該出力調整手段５２３によって出力が調整されたパルスレーザー光線を上記チャックテーブル３６の保持面に保持された被加工物Wに照射する集光器５２４を具備している。

上記パルスレーザー光線発振手段５２２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器５２２aと、パルスレーザー光線発振器５２２aが発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数を設定する繰り返し周波数設定手段５２２bとから構成されている。上記出力調整手段５２３は、パルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたパルスレーザー光線の出力を所定の出力に調整する。これらパルスレーザー光線発振手段５２２のパルスレーザー光線発振器５２２a、繰り返し周波数設定手段５２２bおよび出力調整手段５２３は、図示しない後述する制御手段によって制御される。

上記集光器５２４は、パルスレーザー光線発振手段５２２から発振され出力調整手段５２３によって出力が調整されたパルスレーザー光線をチャックテーブル３６の保持面に向けて方向変換する方向変換ミラー５２４aと、該方向変換ミラー５２４aによって方向変換されたパルスレーザー光線を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する集光レンズ５２４bを具備している。このように構成された集光器５２４は、図１に示すようにケーシング５２１の先端に装着される。

上記レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の先端部には、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６が配設されている。この撮像手段６は、顕微鏡やＣＣＤカメラ等の光学手段等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。

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レーザー加工装置１は、レーザー光線照射ユニット５を構成するレーザー光線照射手段５２のケーシング５２１に取り付けられ、レーザー光線照射手段５２から被加工物にレーザー光線が照射されることによって発生するプラズマを検出するプラズマ検出手段７を備えている。このプラズマ検出手段７は、レーザー光線照射手段５２の集光器５２４から照射されるレーザー光線がチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射されることによって発生するプラズマを受光するプラズマ受光手段７１と、該プラズマ受光手段７１によって受光されたプラズマ光を第１の光路７２aと第２の光路７２bに分岐するビームスプリッター７２と、第１の光路７２aに配設され波長が第１の設定波長(後述する被加工物を形成する第１の物質が発する波長)の光のみを通過させる第１のバンドパスフィルター７３と、該第１のバンドパスフィルター７３を通過した光を受光して光強度信号を出力する第１のホトデテクター７４と、第２の光路７２bに配設された方向変換ミラー７５と、該方向変換ミラー７５によって方向変換されたプラズマ光の波長が第２の設定波長(後述する被加工物が貼着されている合成樹脂テープを形成する第２の物質が発する波長)の光のみを通過させる第２のバンドパスフィルター７６と、該第２のバンドパスフィルター７６を通過した光を受光して光強度信号を出力する第２のホトデテクター７７とを具備している。上記プラズマ受光手段７１は、集光レンズ７１１と、該集光レンズ７１１を収容するレンズケース７１２とからなり、レンズケース７１２が図１に示すようにレーザー光線照射手段５２のケーシング５２１に取り付けられる。また、図１に示すようにレンズケース７１２には角度調整用ツマミ７１３が配設されており、集光レンズ７１１の設置角度を調整することができるようになっている。なお、上記第１のバンドパスフィルター７３は、図示の実施形態においてはシリコン(Si)のプラズマ光の波長（２５１nm）のみを通過させるために波長が２４５〜２５５nmの範囲の光を通過させるようになっている。また、上記第２のバンドパスフィルター７６は図示の実施形態においては合成樹脂テープを構成する物質である炭素(C)のプラズマ光の波長（３７１nm）のみを通過させるために波長が３６５〜３７５nmの範囲の光を通過させるようになっている。図示の実施形態におけるプラズマ検出手段７は以上のように構成されており、第１のバンドパスフィルター７３を通過した光を受光した第１のホトデテクター７４および第２のバンドパスフィルター７６を通過した光を受光した第２のホトデテクター７７は、それぞれ受光した光の強度に対応する電圧信号を後述する制御手段に出力する。

図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、ケーシング５２１の前端部に配設され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撮像する撮像手段６を備えている。この撮像手段６は、顕微鏡やＣＣＤカメラ等の光学手段等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、図３に示す制御手段８を具備している。制御手段８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）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、後述する制御マップや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）８３と、カウンター８４と、入力インターフェース８５および出力インターフェース８６とを備えている。制御手段８の入力インターフェース８５には、上記X軸方向位置検出手段３７４、Y軸方向位置検出手段３８４、撮像手段６、プラズマ検出手段７の第１のホトデテクター７４および第２のホトデテクター７７等からの検出信号が入力される。そして、制御手段８の出力インターフェース８６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を構成するパルスレーザー光線発振手段５２２のパルスレーザー光線発振器５２２a、繰り返し周波数設定手段５２２bおよび出力調整手段５２３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４には、被加工物としての半導体ウエーハの斜視図が示されている。図４に示す半導体ウエーハ１０はシリコンウエーハからなり、表面１０ａに格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１０２が形成されている。このように構成された半導体ウエーハ１０を分割予定ラインに沿って加工するためには、図５の(a)および(b)に示すように半導体ウエーハ１０の裏面１０bを環状のフレームFに装着された保護部材としての保護テープTの表面に貼着する（ウエーハ支持工程）。なお、保護テープTは、ポリオレフィン等の合成樹脂シートによって形成されており、レーザー光線を照射することにより炭化し炭素(C)のプラズマ光（波長が３７１nm）を発する。

上述したウエーハ支持工程を実施したならば、図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０の保護テープ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、保護テープTを介して半導体ウエーハ１０をチャックテーブル３６上に吸引保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０は、表面１０aが上側となる。

上述したようにチャックテーブル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を作動してチャックテーブル３６を撮像手段６の直下である撮像領域に位置付ける。次に、制御手段８は撮像手段６を作動してチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ１０を撮像し、この撮像信号を入力して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、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分割予定ライン１０１と、該分割予定ライン１０１に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２の集光器５２４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６と制御手段８は、半導体ウエーハ１０に形成されている上記所定方向に対して直交する方向に延びる分割予定ライン１０１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実行する。

次に、チャックテーブル３６を移動して図６の（ａ）で示すように所定の分割予定ライン１０１の一端（図において左端）を集光器５２４の直下に位置付ける。そして、制御手段８はレーザー光線照射手段５２に制御信号を出力し、集光器５２４からシリコンウエーハに対して吸収性を有する波長（３５５ｎｍ）を有するパルスレーザー光線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で移動せしめる（レーザー加工工程）。そして、図６の（ｂ）で示すように分割予定ライン１０１の他端（図６(b)において右端）が集光器５２４の直下位置(終点)に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル３６の移動を停止する。この結果、半導体ウエーハ１０には、図６の（ｂ）に示すように所定の分割予定ライン１０１に沿ってレーザー加工溝１１０が形成される。

上記レーザー光線照射工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４
波長：３５５ｎｍ
平均出力：２W
繰り返し周波数：５０kHz
パルス幅：１０ps
集光スポット径：φ１５μｍ

上記加工条件においては、上述したレーザー光線照射工程を１回実施すると、深さが２０μm程度のレーザー加工溝が形成される。従って、半導体ウエーハ１０の厚みが例えば１２０μmの場合には、上述したレーザー光線照射工程を６回実施することにより切断することができる。しかるに、半導体ウエーハ１０の厚みにはバラツキがあり、レーザー光線照射工程を６回実施しても半導体ウエーハ１０が完全に切断されなかったり、半導体ウエーハ１０を支持する保護テープTまで切断してしまうという問題がある。

そこで、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上述したレーザー光線照射工程を実施している際に、制御手段８はプラズマ検出手段７の第１のホトデテクター７４および第２のホトデテクター７７から光強度信号を入力している。即ち、シリコン(Si)ウエーハからなる半導体ウエーハ１０にパルスレーザー光線を照射すると、波長が２５１nmのプラズマが発生する。この波長が２５１nmのプラズマは図２に示すようにプラズマ検出手段７を構成するプラズマ受光手段７１の集光レンズ７１１によって集光され、第１のバンドパスフィルター７３を通過して第１のホトデテクター７４に達する。また、ポリオレフィン等の合成樹脂シートによって形成された保護テープTにパルスレーザー光線が照射されると、炭化し波長が３７１nmのプラズマが発生する。この波長が３７１nmのプラズマは図２に示すようにプラズマ検出手段７を構成するプラズマ受光手段７１の集光レンズ７１１によって集光され、方向変換ミラー７５を介し第２のバンドパスフィルター７６を通過して第２のホトデテクター７７に達する。このようにしてプラズマ検出手段７の第１のホトデテクター７４および第２のホトデテクター７７から光強度信号を入力する制御手段８は、第１のホトデテクター７４および第２のホトデテクター７７からの光強度信号に基づいて次のように制御する。

図７の(a)は、シリコン(Si)ウエーハからなる半導体ウエーハ１０に上述したパルスレーザー光線を照射したとき発生するプラズマの光強度を検出する第１のホトデテクター７４の出力電圧を示している。図７の(a)において横軸は上記レーザー光線照射工程の実施回数を示し、縦軸は電圧値（V）を示している。そして、図７の(a)に示す実施形態においては、レーザー光線照射工程が５回までは電圧値が２．５V程度であり、レーザー光線照射工程が６回を超えると電圧値が急激に低下する。これは、上記レーザー光線照射工程が５回まではシリコン(Si)ウエーハからなる半導体ウエーハ１０だけがレーザー加工されていることを意味している。

図７の(b)には、ポリオレフィン等の合成樹脂シートによって形成された保護テープTにパルスレーザー光線を照射したとき発生するプラズマの光強度を検出する第２のホトデテクター７７の出力電圧が示されている。図７の(b)において横軸は上記レーザー光線照射工程の実施回数を示し、縦軸は電圧値（V）を示している。図７の(b)に示す実施形態においては、上記レーザー光線照射工程が６回に達すると電圧値が上昇はじめる。これは、上記レーザー光線照射工程が６回になると、保護テープTがレーザー加工され始めたことを意味している。

上述したようにプラズマ検出手段７の第１のホトデテクター７４および第２のホトデテクター７７から光強度信号を入力する制御手段８は、第１のホトデテクター７４および第２のホトデテクター７７からの光強度信号に基づいて、第１のホトデテクター７４だけから光強度信号が出力されているときにはレーザー光線の照射を継続するようにレーザー光線照射手段５２を制御し、第２のホトデテクター７７から光強度信号が出力された場合には加工中の分割予定ライン１０１の終点までレーザー光線の照射を継続した後に停止するようにレーザー光線照射手段５２を制御する。従って、図７の(a)および(b)に示す実施形態においては、分割予定ライン１０１に沿って上記レーザー光線照射工程を６回実施することになる。この結果、図８に示すように半導体ウエーハ１０には分割予定ライン１０１に沿って完全切断するレーザー加工溝１１０が形成されるとともに、保護テープTが僅かにレーザー加工された状態となる。

以上のように、図示の実施形態におけるレーザー加工装置においては、プラズマ検出手段７の第１のホトデテクター７４および第２のホトデテクター７７から光強度信号を入力する制御手段８は、第１のホトデテクター７４および第２のホトデテクター７７から光強度信号に基づいて、第１のホトデテクター７４だけから光強度信号が出力されているときにはレーザー光線の照射を継続するようにレーザー光線照射手段５２を制御し、第２のホトデテクター７７から光強度信号が出力された場合には加工中の分割予定ライン１０１の終点までレーザー光線の照射を継続した後に停止するようにレーザー光線照射手段５２を制御するので、半導体ウエーハ１０の厚みにバラツキがあっても、保護テープTを切断することなく半導体ウエーハ１０を分割予定ライン１０１に沿って確実に完全切断することができる。

以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。上記実施形態においては、半導体ウエーハ１０を分割予定ライン１０１に沿って切断する例を示したが、本発明は次のような加工に応用することができる。例えば、シリコン等の基板の表面に積層した低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）からなる積層体や、シリコン等の基板の裏面に積層した銅等の金属からなる積層体を所定の分割予定ラインに沿って分断するレーザー加工に適用することができる。

１：レーザー加工装置
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：X軸方向位置検出手段
３８：第１の割り出し送り手段
３８４：Y軸方向位置検出手段
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
５：レーザー光線照射ユニット
５２：レーザー光線照射手段
５２２：パルスレーザー光線発振手段
５２３：出力調整手段
５２４：集光器
６：撮像手段
７：プラズマ検出手段
７１：プラズマ受光手段
７２：ビームスプリッター
７３：第１のバンドパスフィルター
７４：第１のホトデテクター
７５：方向変換ミラー
７６：第２のバンドパスフィルター
７７：第２のホトデテクター
８：制御手段
１０：半導体ウエーハ
１０１：分割予定ライン

Claims

被加工物にレーザー光線を複数回照射することにより被加工物にレーザー加工溝を形成するレーザー加工方法であって、
被加工物にレーザー光線が照射されることによって発生するプラズマの波長を検出し、第１の波長を有するプラズマ光だけが検出されたときにはレーザー光線の照射による加工を継続し、第２の波長を有するプラズマ光が検出された場合には加工中のレーザー加工溝の終点までレーザー光線の照射による加工を継続した後に停止する、
ことを特徴とするレーザー加工方法。
被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段に保持された被加工物にパルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、被加工物保持手段とレーザー光線照射手段と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、を具備するレーザー加工装置であって、
該レーザー光線照射手段から被加工物にレーザー光線が照射されることによって発生するプラズマの波長を検出するプラズマ検出手段と、該プラズマ検出手段からの検出信号に基づいて該レーザー光線照射手段および該加工送り手段を制御する制御手段とを具備し、
該プラズマ検出手段は、プラズマ光を第１の経路と第２の経路に分岐するビームスプリッターと、該第１の経路に配設され第１の波長のプラズマ光のみを通過させる第１のバンドパスフィルターと、該第１のバンドパスフィルターを通過した光を受光して光強度信号を該制御手段に出力する第１のホトデテクターと、該第２の経路に配設され第２の波長のプラズマ光のみを通過させる第２のバンドパスフィルターと、該第２のバンドパスフィルターを通過した光を受光して光強度信号を該制御手段に出力する第２のホトデテクターと、を具備しており、
該制御手段は、該レーザー光線照射手段を作動して被加工物にレーザー光線を複数回照射し被加工物にレーザー加工溝を形成する際に、該第１のホトデテクターおよび該第２のホトデテクターから出力される光強度信号に基づいて、該第１のホトデテクターだけから光強度信号が出力されているときにはレーザー光線の照射による加工を継続するように該レーザー光線照射手段を制御し、該第２のホトデテクターから光強度信号が出力された場合には加工中のレーザー加工溝の終点までレーザー光線の照射による加工を継続した後に停止するように該レーザー光線照射手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。