JP2005028438A - レーザ光線を利用する加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分割ラインに沿って所要厚さの変質部を効率的に生成することができる、レーザ光線を利用する加工装置を提供する。
【解決手段】レーザ光線発生手段（６、１０６、２０６）からのレーザ光線（１２、１１２、２１２）を、単一の集光点に集光せしめるのではなくて、光軸方向に変位せしめられた少なくとも２個の集光点（２０、２２、１２０、１２２、２２０、２２２、２２３に集光せしめる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザ光線を利用する加工装置、更に詳しくは被加工物を保持するための保持手段とレーザ光線発生手段とレーザ光線発生手段からのレーザ光線を被加工物に照射するための光学手段とを具備する加工装置に関する。

例えば半導体デバイスの製造においては、周知の如くシリコン基板、サファイア基板、炭化珪素基板、リチウムタンタレート基板、ガラス基板、或いは石英基板の如き基板を含むウエーハの表面上に多数の半導体回路を形成し、しかる後にウエーハを分割して個々の半導体回路にせしめている。そして、ウエーハを分割する方法として、レーザ光線を利用する種々の方法が提案されている。

下記特許文献１及び２には、ウエーハの厚さ方向中間部にレーザ光線を集光させて、レーザ光線とウエーハとを分割ラインに沿って相対的に移動せしめ、これによって分割ラインに沿ってウエーハの厚さ方向中間部に変質部を生成し、しかる後にウエーハに外力を加えてウエーハを変質部に沿って破断せしめる、ウエーハ分割方法が開示されている。
米国特許第６，２１１，４８８号明細書 特開２００１−２７７１６３号公報

而して、ウエーハの厚さ方向中間部に変質部を生成する場合のみならず、厚さ方向中間部に代えて裏面から所定厚さの深さまでの部分或いは表面から所定深さの部分に分割ラインに沿って変質部を形成することも意図され得るが、いずれの場合においても、ウエーハに外力を加えて分割ラインに沿って充分精密に破断せしめるためには、変質部の厚さ、即ちウエーハの厚さ方向における変質部の寸法、を比較的大きくすることが必要であり、場合によってはウエーハの厚さ全体に渡るようにせしめることが必要である。そして、変質部の厚さを増大せしめるためには、変質部はレーザ光線の集光点近傍において生成される故に、レーザ光線の集光点位置をウエーハの厚さ方向に変位せしめて、レーザ光線とウエーハとを分割ラインに沿って繰り返し相対的に移動せしめることが必要である。従って、特にウエーハの厚さが比較的厚い場合、ウエーハを充分精密に破断するのに必要な厚さの変質部の生成に比較的長時間を要する。

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、分割ラインに沿って所要厚さの変質部を効率的に生成することができる、新規且つ改良されたレーザ光線を利用する加工装置を提供することである。

本発明によれば、レーザ光線発生手段からのレーザ光線を、単一の集光点に集光せしめるのではなくて、光軸方向に変位せしめられた少なくとも２個の集光点に集光せしめることによって上記主たる技術的課題を達成する。

即ち、本発明によれば、上記主たる技術的課題を達成するレーザ光線を利用する加工装置として、被加工物を保持するための保持手段と、レーザ光線発生手段と、該レーザ光線発生手段からのレーザ光線を該保持手段に保持された被加工物に照射するための光学手段とを具備する、レーザ光線を利用する加工装置において、
該光学手段は、該レーザ光線発生手段からの該レーザ光線を、光軸方向に変位せしめられた少なくとも２個の集光点に集光せしめる、ことを特徴とする加工装置が提供される。

好適形態においては、該光学手段は光軸方向に縦列配置された、口径が異なる少なくとも２個の集光レンズを含んでいる。他の好適形態においては、該光学手段は、該レーザ光線発生手段からの該レーザ光線を第一のレーザ光線と第二のレーザ光線とに分離するスプリッタと、該第二のレーザ光線の光軸を該第一のレーザ光線の光軸と合致せしめるための複数個のミラーと、該第一のレーザ光線と該第二のレーザ光線との一方の径を変更せしめる径変更手段と、共通集光レンズとを含んでいる。該径変更手段は径の変更度合が調節自在であるのが好ましい。該径変更手段は径を増大せしめるエキスパンダでよい。

本発明の加工装置においては、レーザ光線発生手段からのレーザ光線が光軸方向に変位せしめられた少なくとも２個の集光点に集光せしめられ、従って被加工物の厚さ方向に変位せしめられている少なくとも２個の部位において変質部を同時に生成せしめることができ、かくして所要厚さの変質部を充分効率的に生成することができる。

以下、本発明に従って構成された加工装置の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。

図１は本発明に従って構成された加工装置の第一の実施形態を簡略に図示している。図示の加工装置は、被加工物２を保持するための保持手段４、レーザ光線発生手段６及び光学手段８を具備している。

保持手段４は、例えば、多孔質部材或いは複数個の吸引孔及び／又は吸引溝を有する保持部材１０とかかる保持部材１０に付設された吸引手段（図示していない）から構成され、例えばウエーハである被加工物２を保持部材１０の表面に吸着する形態のものでよい。

レーザ光線発生手段６は、被加工物２を透過し得るレーザ光線を生成するものであることが重要であり、被加工物２がシリコン基板、サファイア基板、炭化珪素基板、リチウムタンタレート基板、ガラス基板、或いは石英基板の如き基板を含むウエーハである場合、例えば波長が１０６４ｎｍであるレーザ光線を生成するＹＶＯ４パルスレーザ或いはＹＡＧパルスレーザから好都合に構成することができる。図示の実施形態においては、レーザ光線発生手段６は保持手段４上に保持された被加工物２に向けてパルスレーザ光線１２を発信する。

レーザ光線発生手段６と被加工物２との間に介在せしめられている光学手段６は、光軸方向に縦列配置された２個の集光レンズ１６及び１８から構成されている。集光レンズ１６の口径は比較的大きく、集光レンズ１８の口径は比較的小さい。集光レンズ１６の下面は下方に凸形状であり上面は平面であり、集光レンズ１８の下面は平面であり上面は上方に凸形状であり、集光レンズ１６の上面に集光レンズ１８の下面が積層せしめられている。所望ならば、集光レンズ１６と集光レンズ１８とを一体に形成することもできる。

上述したとおりの加工装置においては、レーザ光線発生手段６からのレーザ光線１２は、２個の集光レンズ１６及び１８から構成された光学手段８の集光作用によって、被加工物２中において光軸方向に変位せしめられた２個の集光点２０及び２２に集光せしめられる。更に詳述すると、レーザ光線１２の一部、即ち径方向周縁部は、集光レンズ１６のみを通過して被加工物２中の集光点２０に集光せしめられる。レーザ光線１２の残部、即ち径方向中央部は、集光レンズ１８と共に集光レンズ１６を通過して被加工物２中の集光点２２に集光せしめられる。集光点２０と集光点２２とはレーザ光線１２の光軸方向に変位せしめられている。集光点２０及び２２でレーザ光線１２が集光せしめられると、集光点２０及び２２の近傍、通常は集光点２０及び２２の各々から上方に向かって幾分かの幅Ｗ１及び幅Ｗ２を有する領域において、被加工物２に変質部が生成される。幅Ｗ１と幅Ｗ２とは実質上同一でもよいし、或いは相互異なっていてもよい。幅Ｗ１の変質部と幅Ｗ２の変質部とは、図１に明確に図示する如く被加工物２の厚さ方向に間隔をおいて生成せしめてもよいし、被加工物２の厚さ方向に実質上連続して生成せしめてもよい。変質部における変質は、被加工物２の材料及び集光せしめられるレーザ光線１２の強度に依存するが、通常は溶融再固化（即ちレーザ光線１２が集光されている時に溶融されレーザ光線１２の集光が終了した後に固化される）、ボイド或いはクラックである。従って、レーザ光線発生手段６及び光学手段８と保持手段４とを、例えば図１において左右方向に延びる分割ラインに沿って相対的に移動せしめると、被加工物２には、幅Ｗ１及び幅Ｗ２で分割ラインに沿って連続的に延びる（相対的移動方向に隣接する、レーザ光線１２の集光点２０及び２２におけるスポットが部分的に重なる場合）２個の変質部、或いは幅Ｗ１及び幅Ｗ２で分割ラインに沿って間隔をおいて位置する（相対的移動方向に隣接する、レーザ光線１２の集光点のスポットが間隔をおいて位置する場合）多数の変質部が形成される。即ち、本発明に従って構成された第一の実施形態によれば、単一のレーザ光線発生手段６によって、被加工物２にその厚さ方向に変位せしめられた２個の領域に幅Ｗ１と幅Ｗ２との変質部を同時に生成することができる。

幅Ｗ１及び幅Ｗ２の変質部では分割ラインに沿って被加工物２を充分精密に分割するには不充分である場合には、レーザ光線発生手段６及び光学手段８と保持手段４とを光軸方向、即ち図１において上下方向に相対的に所定距離移動せしめ、これによって集光点２０及び２２を光軸方向、従って被加工物２の厚さ方向に変位せしめ、更にレーザ光線発生手段６及び光学手段８と保持手段４とを分割ラインに沿って相対的に移動せしめ、かくして先の変質部の形成に加えて、被加工物２の厚さ方向に変位した部位にて幅Ｗ１及び幅Ｗ２で分割ラインに沿って連続的に延びる２個の変質部、或いは幅Ｗ１及び幅Ｗ２で分割ラインに沿って間隔をおいて位置する多数の変質部を形成すればよい。

図１に図示する実施形態においては、口径が異なる２個の集光レンズ１６及び１８を有する光学手段８を使用して、光軸方向に変位せしめられた２個の集光点２０及び２２にレーザ光線１２を集光せしめているが、所望ならば、口径が異なる３個或いはそれ以上の集光レンズを有する光学手段を使用して、光軸方向に変位せしめられた３個或いはそれ以上の集光点にレーザ光線を集光せしめることもできる。

図２は本発明に従って構成された加工装置の第二の実施形態を図示している。図２に図示する加工装置は、被加工物１０２を保持するための保持手段１０４、レーザ光線発生手段１０６及び光学手段１０８を具備している。保持手段１０４及びレーザ光線発生手段１０６は図１に図示する実施形態における保持手段４及びレーザ光線発生手段６と同一の形態でよい。

図２に図示する実施形態における光学手段１０８は、スプリッタとして機能するハーフミラー１２４、ミラー１２６、ミラー１２８、ハーフミラー１３０、径変更手段として機能するエキスパンダ１３２及び共通集光レンズ１３４から構成されている。エキスパンダ１３２は２個の凸レンズ１３６及び１３８を含んでいる。レーザ光線発生手段１０６からのレーザ光線１１２は、ハーフミラー１２４を透過して直行する第一のレーザ光線１１２ａとハーフミラー１２４によって反射されて実質上直角に方向変換される第二のレーザ光線１１２ｂとに分離される。第一のレーザ光線１１２ａはエキスパンダ１３２を通過することによってその径が変更、更に詳しくはエキスパンダ１３２から遠ざかるに従って径が漸次増大する形態にせしめられ、しかる後にハーフミラー１３０を透過し、そして集光レンズ１３４によって被加工物１０２中の集光点１２０に集光せしめられる。一方、第二のレーザ光線１１２ｂは、ミラー１２６、ミラー１２８及びハーフミラー１３０によって反射されて夫々実質上直角に方向変換されて、その光軸が第一のレーザ光線１１２ａの光軸に合致する状態にせしめられ、そして集光レンズ１３４によって被加工物１０２中の集光点１２２に集光せしめられる。集光点１２０と集光点１２２とは第一のレーザ光線１１２ａ及び第二のレーザ光線１１２ｂの光軸方向に変位せしめられている。第一のレーザ光線１１２ａの集光点１２０の位置は、例えばエキスパンダ１３２を光軸方向に移動せしめることによって或いはエキスパンダ１３２のレンズ１３６又は１３８を光軸方向に移動せしめることによって、適宜に調節することができる。所望ならば、エキスパンダ１３２に代えて、例えば単一の凸レンズを使用し、かかる凸レンズの焦点が集光レンズ１３４よりも上流側に位置し、従って凸レンズの焦点を通過して径が漸次増大する形態にせしめられたレーザ光線が集光レンズ１２４に入光するようになすこともできる。

図２に図示する加工装置においても、集光点１２０及び１２２の近傍、通常は集光点１２０及び１２２の各々から上方に向かって幾分かの幅Ｗ１及び幅Ｗ２を有する領域において、被加工物１０２に変質部が生成される。従って、レーザ光線発生手段１０６及び光学手段１０８と保持手段１０４とを、例えば図２において左右方向に延びる分割ラインに沿って相対的に移動せしめると、被加工物１０２には、幅Ｗ１及び幅Ｗ２で分割ラインに沿って連続的に延びる２個の変質部、或いは幅Ｗ１及び幅Ｗ２で分割ラインに沿って間隔をおいて位置する多数の変質部が形成される。幅Ｗ１及び幅Ｗ２の変質部では分割ラインに沿って被加工物１０２を充分精密に分割するには不充分である場合には、レーザ光線発生手段１０６及び光学手段１０８と保持手段１０４とを光軸方向、即ち図２において上下方向に相対的に所定距離移動せしめ、これによって集光点１２０及び１２２を光軸方向、従って被加工物１０２の厚さ方向に変位せしめ、更にレーザ光線発生手段１０６及び光学手段１０８と保持手段１０４とを分割ラインに沿って相対的に移動せしめ、かくして先の変質部の形成に加えて、被加工物１０２の厚さ方向に変位した部位にて幅Ｗ１及び幅Ｗ２で分割ラインに沿って連続的に延びる２個の変質部、或いは幅Ｗ１及び幅Ｗ２で分割ラインに沿って間隔をおいて位置する多数の変質部を形成すればよい。

図３は本発明に従って構成された加工装置の第三の実施形態を図示している。図３に図示する加工装置は、被加工物２０２を保持するための保持手段２０４、レーザ光線発生手段２０６及び光学手段２０８を具備している。保持手段２０４及びレーザ光線発生手段２０６は図１に図示する実施形態における保持手段４及びレーザ光線発生手段６と同一の形態でよい。

図３に図示する実施形態における光学手段２０８は、第一のスプリッタとして機能するハーフミラー２２４、第二のスピリッタとして機能するハーフミラー２２５、ミラー２２６、ミラー２２７、ミラー２２８、ミラー２２９、ハーフミラー２３０、ハーフミラー２３１、第一の径変更手段として機能するエキスパンダ２３２、第二の径変更手段として機能するエキスパンダ２３３及び共通集光レンズ２３４から構成されている。エキスパンダ２３２は２個の凸レンズ２３６及び２３７を含んでおり、エキスパンダ２３３も２個の凸レンズ２３８及び２３９を含んでいる。レーザ光線発生手段２０６からのレーザ光線２１２は、ハーフミラー２２４を透過して直行する第一のレーザ光線２１２ａとハーフミラー２２４によって反射されて実質上直角に方向変換される第二のレーザ光線２１２ｂとに分離される。第一のレーザ光線２１２ａはハーフミラー２２５を通過して進行せしめられるが、この際にハーフミラー２２５によって実質上直角に反射される第三のレーザ光線２１２ｃが第一のレーザ光線２１２ａから分離される。第一のレーザ光線２１２ａはエキスパンダ２３２を通過することによってその径が変更、更に詳しくはエキスパンダ２３２から遠ざかるに従って径が漸次増大する形態にせしめられ、しかる後にハーフミラー２３０及び２３１を透過し、そして集光レンズ２３４によって被加工物２０２中の集光点２２０に集光せしめられる。第二のレーザ光線２１２ｂは、ミラー２２６及びミラー２２７によって反射されて夫々実質上直角に方向変換され、次いでエキスパンダ２３３を通過することによって径が変更、更に詳しくはエキスパンダ２３３から遠ざかるに従って径が漸次増大する形態にせしめられ、しかる後にハーフミラー２３１によって反射されて実質上直角に方向変更され、その光軸が第一のレーザ光線２１２ａの光軸に合致する状態にせしめられる。そして集光レンズ２３４によって被加工物２０２中の集光点２２２に集光せしめられる。第三のレーザ光線２１２ｃは、ミラー２２８、ミラー２２９及びハーフミラー２３０によって反射されて夫々実質上直角に方向変換されて、その光軸が第一のレーザ光線２１２ａの光軸に合致する状態にせしめられ、ハーフミラー２３１を通過し、そして集光レンズ２３４によって被加工物２０２中の集光点２２３に集光せしめられる。集光点２２０と集光点２２２と集光点２２３とは第一のレーザ光線２１２ａ、第二のレーザ光線２１２ｂ及び第三のレーザ光線２１２ｃの光軸方向に変位せしめられている。第一のレーザ光線２１２ａの集光点２２０の位置は、例えばエキスパンダ２３２を光軸方向に移動せしめることによって或いはエキスパンダ２３２のレンズ２３６又は２３７を光軸方向に移動せしめることによって、適宜に調節することができる。同様に、第二のレーザ光線２１２ｂの位置は、例えばエキスパンダ２３３を光軸方向に移動せしめることによって或いはエキスパンダ２３３のレンズ２３８又は２３９を光軸方向に移動せしめることによって、適宜に調節することができる。

図３に図示する加工装置においては、集光点２２０、２２２及び２２３の近傍、通常は集光点２２０、２２２及び２２３の各々から上方に向かって幾分かの幅Ｗ１、幅Ｗ２及び幅Ｗ３を有する領域において、被加工物２０２に変質部が生成される。従って、レーザ光線発生手段２０６及び光学手段２０８と保持手段２０４とを、例えば図３において左右方向に延びる分割ラインに沿って相対的に移動せしめると、被加工物２０２には、幅Ｗ１、幅Ｗ２及び幅Ｗ３で分割ラインに沿って連続的に延びる３個の変質部、或いは幅Ｗ１、幅Ｗ２及び幅Ｗ３で分割ラインに沿って間隔をおいて位置する多数の変質部が形成される。幅Ｗ１、幅Ｗ２及びＷ３の変質部では分割ラインに沿って被加工物２０２を充分精密に分割するには不充分である場合には、レーザ光線発生手段２０６及び光学手段２０８と保持手段２０４とを光軸方向、即ち図３において上下方向に相対的に所定距離移動せしめ、これによって集光点２２０、２２２及び２２３を光軸方向、従って被加工物２０２の厚さ方向に変位せしめ、更にレーザ光線発生手段２０６及び光学手段２０８と保持手段２０４とを分割ラインに沿って相対的に移動せしめ、かくして先の変質部の形成に加えて、被加工物２０２の厚さ方向に変位した部位にて幅Ｗ１、幅Ｗ２及び幅Ｗ３で分割ラインに沿って連続的に延びる２個の変質部、或いは幅Ｗ１、幅Ｗ２及び幅Ｗ３で分割ラインに沿って間隔をおいて位置する多数の変質部を形成すればよい。

本発明に従って構成された加工装置の第一の実施形態を示す簡略図。 本発明に従って構成された加工装置の第二の実施形態を示す簡略図。 本発明に従って構成された加工装置の第三の実施形態を示す簡略図。

符号の説明

２、１０２、２０２：被加工物
４、１０４、２０４：保持手段
６、１０６、２０６：レーザ光線発生手段
８、１０８、２０８：光学手段
１２、１１２、２１２：レーザ光線
１６，１８：集光レンズ
２０、２２、１２０，１２２、２２０，２２２，２２３：集光点
１２４、２２４、２２５：ハーフミラー（スプリッタ）
１２６、１２８、２２６，２２７、２２８，２２９：ミラー
１３０、２３０，２３１：ハーフミラー
１３２、２３２，２３３：エキスパンダ
１３４，２３４：集光レンズ

Claims (5)

1. 被加工物を保持するための保持手段と、レーザ光線発生手段と、該レーザ光線発生手段からのレーザ光線を該保持手段に保持された被加工物に照射するための光学手段とを具備する、レーザ光線を利用する加工装置において、
   該光学手段は、該レーザ光線発生手段からの該レーザ光線を、光軸方向に変位せしめられた少なくとも２個の集光点に集光せしめる、ことを特徴とする加工装置。
2. 該光学手段は光軸方向に縦列配置された、口径が異なる少なくとも２個の集光レンズを含んでいる、請求項１記載の加工装置。
3. 該光学手段は、該レーザ光線発生手段からの該レーザ光線を第一のレーザ光線と第二のレーザ光線とに分離するスプリッタと、該第二のレーザ光線の光軸を該第一のレーザ光線の光軸と合致せしめるための複数個のミラーと、該第一のレーザ光線と該第二のレーザ光線との一方の径を変更せしめる径変更手段と、共通集光レンズとを含んでいる、請求項１記載の加工装置。
4. 該径変更手段は径の変更度合が調節自在である、請求項３記載の加工装置。
5. 該径変更手段は径を増大せしめるエキスパンダである、請求項３又は４記載の加工装置。

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