JP2008212999A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボンディングパッドを溶融することなくウエーハにボンディングパッドに達するビアホールを効率よく形成することができる穴あけ方法を提供する。
【解決手段】パルスレーザー光照射手段と、コントローラを具備するレーザー加工装置であって、レーザー光照射手段は、パルスレーザー光を発振するレーザー光発振手段と、レーザー光発振手段が発振したパルスレーザー光の光軸を加工送り方向に偏向する光軸変更手段と、光軸変更されたレーザ光を集光する集光器９とを具備し、コントローラは、被加工物に設定された複数の加工位置座標を記憶するメモリを具備しており、パルスレーザー光の周波数に対応して光軸変更手段を制御し、所定の加工位置座標に１パルスずつ順次レーザーパルスを複数回照射する際に、同一の加工位置座標にパルスレーザー光線を照射する時間間隔が所定時間以上になるように加工すべき所定の加工位置座標を決定する。
【選択図】図７

Description

本発明は、基板の表面に複数のデバイスが形成されているとともにデバイスにボンディングパッドが形成されているウエーハに、基板の裏面側からパルスレーザー光線を照射してボンディングパッドに達するビアホールを効率よく形成することができる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、半導体ウエーハを分割予定ライン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。

装置の小型化、高機能化を図るため、複数の半導体チップを積層し、積層された半導体チップの電極を接続するモジュール構造が実用化されている。このモジュール構造は、半導体ウエーハにおける電極が形成された箇所に貫通孔（ビアホール）を形成し、この貫通孔（ビアホール）に電極と接続するアルミニウム等の導電性材料を埋め込む構成である。（例えば、特許文献１参照。）
特開２００３−１６３３２３号公報

上述した半導体ウエーハに形成されるビアホールは、一般にドリルによって形成されている。しかるに、半導体ウエーハに設けられるビアホールは直径が３０〜１００μmと小さく、ドリルによる穿孔では生産性の面で必ずしも満足し得るものではない。しかも、上記ボンディングパッドの厚さは１〜５μm程度であり、ボンディングパッドを破損することなくウエーハを形成するシリコン等の基板のみにビアホールを形成するためには、ドリルを極めて精密に制御しなければならない。

上記問題を解消するために本出願人は、基板の表面に複数のデバイスが形成されているとともに該デバイスにボンディングパッドが形成されているウエーハに、基板の裏面側からパルスレーザー光線を照射してボンディングパッドに達するビアホールを効率よく形成するウエーハの穿孔方法を特願２００５−２４９６４３号として提案した。

上記ウエーハの穿孔方法に用いるパルスレーザー光線は、ウエーハの基板は効率よく飛散加工(アブレーション加工)するがボンディングパッドは飛散加工されないエネルギー密度に設定されている。しかるに、ウエーハの基板にボンディングパッドに達するビアホールを形成するためには、パルスレーザー光線を所定パルス照射する必要がある。このように、ウエーハの基板にパルスレーザー光線を所定パルス照射してボンディングパッドに達するビアホールを形成すると、パルスレーザー光線の照射によって発生する熱が蓄積されたボンディングパッドの融点に達し、ボンディングパッドが溶融して穴が開くという問題がある。そこで、本出願人は、パルスレーザー光線のパルスの時間間隔を１５０ミクロン秒以上に設定することにより、ボンディングパッドを溶融することなくウエーハの基板にボンディングパッドに達するビアホールを形成することができるビアホールの加工方法を特願２００６−２６１２６９号として提案した。

而して、パルスレーザー光線のパルスの時間間隔を１５０ミクロン秒以上に設定すると、繰り返し周波数を６６００Hz以下にするか、繰り返し周波数が６６００Hz以上の場合にはパルスレーザー光線の照射を間引きしなければならず、生産性の面で必ずしも満足し得るものではない。

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、ボンディングパッドを溶融することなくウエーハの基板にボンディングパッドに達するビアホールを効率よく形成することができる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、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、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のX軸方向位置検出手段と、該X軸方向位置検出手段からの検出信号に基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コントローラと、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手段は、パルスレーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段が発振したパルスレーザー光線の光軸を加工送り方向に偏向する光軸変更手段と、該光軸変更手段によって光軸が偏向されたパルスレーザー光線を集光する集光器とを具備し、
該コントローラは、被加工物に設定された複数の加工位置座標を記憶するメモリを具備しており、該レーザー光線発振手段から発振されるパルスレーザー光線の周波数に対応して該光軸変更手段を制御し、加工すべき所定の複数の加工位置座標に１パルスずつ順次パルスレーザー光線を照射するとともに該加工すべき所定の複数の加工位置座標に所定回数繰り返して順次パルスレーザー光線を照射する際に、同一の加工位置座標にパルスレーザー光線を照射する時間間隔が所定時間以上になるように加工すべき所定の加工位置座標を決定する、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

上記光軸変更手段は、上記レーザー光線発振手段が発振したパルスレーザー光線の光軸を偏向する音響光学素子と、該音響光学素子にRFを印加するRF発振器と、該RF発振器から出力されるRFの周波数を調整する偏向角度調整手段とを備えた音響光学偏向手段からなっている。
また、上記コントローラは、上記レーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数をN(Hz)とし、上記時間間隔をX(秒)とした場合、「X＞(１秒／N)」であれば、「X≦(１秒／N)×M」となる最小の整数(M)を求め、加工すべき所定の加工位置座標の個数をM個と決定する。
上記同一の加工位置座標にパルスレーザー光線を照射する時間間隔は、１５０ミクロン秒以上に設定されていることが望ましい。

本発明によるレーザー加工装置においては、加工すべき所定の複数の加工位置座標に１パルスずつ順次パルスレーザー光線を照射するとともに、加工すべき所定の複数の加工位置座標に所定回数繰り返して順次パルスレーザー光線を照射するので、レーザー光線発振手段から発振されるパルスレーザー光線の繰り返し周波数を高い値に設定しても、同一の電極位置に照射されるパルスレーザー光線のパルスの時間間隔を所望の時間間隔以上にすることができるため、生産性を向上させることができる。

以下、本発明に従って構成された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。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機は、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。この送り量検出手段３７４の読み取りヘッド３７４b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の加工送り量を検出する。従って、加工送り量検出手段３７４は、チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出するX軸方向位置検出手段として機能する。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機は、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。従って、割り出し送り量検出手段３８４は、チャックテーブル３６のY軸方向位置を検出するY軸方向位置検出手段として機能する。なお、上記割り出し送り手段３８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の割り出し送り量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装置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。

上記レーザー光線照射手段５２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング５２１と、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６と、パルスレーザー光線発振手段６が発振したレーザー光線の光軸を加工送り方向（X軸方向）に偏向する光軸変更手段としての音響光学偏向手段７と、該音響光学偏向手段７を制御するための制御手段８を具備している。また、レーザー光線照射手段５２は、音響光学偏向手段７を通過し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集光器９を具備している。

上記パルスレーザー光線発振手段６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６１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段６２とから構成されている。パルスレーザー光線発振器６１は、繰り返し周波数設定手段６２によって設定された所定周波数のパルスレーザー光線(LB)を発振する。繰り返し周波数設定手段６２は、励起トリガー発信器６２１と発振トリガー発信器６２２とを備えている。このように構成されたパルスレーザー光線発振手段６は、励起トリガー発信器６２１から所定周期毎に出力される励起トリガーに基づいてパルスレーザー光線発振器６１が励起を開始し、発振トリガー発信器６２２から所定周期毎に出力される発振トリガーに基づいてパルスレーザー光線発振器６１がパルスレーザー光線を発振する。

上記音響光学偏向手段７は、レーザー光線発振手段６が発振したレーザー光線の光軸を加工送り方向（X軸方向）に偏向する音響光学素子７１と、該音響光学素子７１に印加するRF（radio frequency）を生成するRF発振器７２と、該RF発振器７２によって生成されたRFのパワーを増幅して音響光学素子７１に印加するRFアンプ７３と、RF発振器７２によって生成されるRFの周波数を調整する偏向角度調整手段７４と、RF発振器７１２によって生成されるRFの振幅を調整する出力調整手段７５を具備している。上記音響光学素子７１は、印加されるRFの周波数に対応してレーザー光線の光軸を偏向する角度を調整することができるとともに、印加されるRFの振幅に対応してレーザー光線の出力を調整することができる。なお、上記偏向角度調整手段７４および出力調整手段７５は、制御手段８によって制御される。

また、図示の実施形態におけるレーザー光線照射手段５２は、上記音響光学素子７１に所定周波数のRFが印加された場合に、図２において破線で示すように音響光学素子７１によって偏向されたレーザー光線を吸収するためのレーザー光線吸収手段７６を具備している。

上記制御手段８は、パルスレーザー光線発振手段６の繰り返し周波数設定手段６２からの繰り返し周波数設定信号である上記励起トリガー発信器６２１から出力される励起トリガーに基づいて、パルスレーザー光線発振器６１から発振されるパルスレーザー光線のパルスに対応した駆動パルス信号を駆動回路８１に出力する。駆動回路８１は、制御手段８からの駆動パルス信号に対応した電圧を上記音響光学偏向手段７１の偏向角度調整手段７４および出力調整手段７５に印加する。

図１に戻って説明を続けると、上記集光器９はケーシング５２１の先端に装着されており、図２に示すように上記音響光学偏向手段７によって偏向されたパルスレーザー光線を下方に向けて方向変換する方向変換ミラー９１と、該方向変換ミラー９１によって方向変換されたレーザー光線を集光する集光レンズ９２を具備している。

図示の実施形態におけるパルスレーザー照射手段５２は以上のように構成されており、以下その作用について図２を参照して説明する。
音響光学偏向手段７の偏向角度調整手段７４に上記駆動回路８１から例えば５Vの電圧が印加され、音響光学素子７１に５Vに対応する周波数のRFが印加された場合には、パルスレーザー光線発振手段６から発振されたパルスレーザー光線は、その光軸が図２において１点鎖線で示すように偏向され集光点Paに集光される。また、偏向角度調整手段７４に上記駆動回路８１から例えば１０Vの電圧が印加され、音響光学素子７１に１０Vに対応する周波数のRFが印加された場合には、パルスレーザー光線発振手段６から発振されたパルスレーザー光線は、その光軸が図２において実線で示すように偏向され、上記集光点Paから加工送り方向（X軸方向）に図２において左方に所定量変位した集光点Pbに集光される。また、偏向角度調整手段７４に上記駆動回路８１から例えば１５Vの電圧が印加され、音響光学素子７１に１５Vに対応する周波数のRFが印加された場合には、パルスレーザー光線発振手段６から発振されたパルスレーザー光線は、その光軸が図２において２点鎖線で示すように偏向され、上記集光点Pbから加工送り方向（X軸方向）に図２において左方に所定量変位した集光点Pcに集光される。一方、音響光学偏向手段７の偏向角度調整手段７４に上記駆動回路８１から例えば０Vの電圧が印加され、音響光学素子７１に０Vに対応する周波数のRFが印加された場合には、パルスレーザー光線発振手段６から発振されたパルスレーザー光線は、図２において破線で示すようにレーザー光線吸収手段７６に導かれる。このように、音響光学素子７１によって偏向されたレーザー光線は、偏向角度調整手段７４に印加される電圧に対応して加工送り方向（X軸方向）に偏向せしめられる。

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装置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１１を備えている。この撮像手段１１は、可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該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撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を後述するコントローラに送る。

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機は、コントローラ２０を具備している。コントローラ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）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。コントローラ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１１等からの検出信号が入力される。そして、コントローラ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、パルスレーザー光線発振手段６および制御手段８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、後述する被加工物の設計値のデータを記憶する第２の記憶領域２０３aや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。
図３にはレーザー加工される被加工物としての半導体ウエーハ３０の平面図が示されている。図３に示す半導体ウエーハ３０は、厚さが１００μmシリコンウエーハからなっており、その表面３０ａに格子状に配列された複数の分割予定ライン３０１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３０２がそれぞれ形成されている。この各デバイス３０２は、全て同一の構成をしている。デバイス３０２の表面にはそれぞれ図４に示すように２０個の電極３０３（３０３a〜３０３t）と３０４（３０４a〜３０４t）が形成されている。なお、図示の実施形態においては、電極３０３（３０３a〜３０３t）と３０４（３０４a〜３０４t）は、X方向位置が同一に形成されている。この複数の電極３０３（３０３a〜３０３t）と３０４（３０４a〜３０４t）部にそれぞれ裏面３０bから電極３０３、３０４に達する加工穴（ビアホール）が形成される。図示の実施形態においては、各デバイス３０２における電極３０３（３０３a〜３０３t）と３０４（３０４a〜３０４t）はそれぞれ２０個設けられており、電極３０３（３０３a〜３０３t）と３０４（３０４a〜３０４t）のX方向（図４おいて左右方向）の間隔Ａは１００μm、各デバイス３０２に形成された電極３０３（３０３a〜３０３t）と３０４（３０４a〜３０４t）における分割予定３０１を挟んでX方向（図４において左右方向）に隣接する電極即ち電極３０３tと電極３０３aおよび電極３０４tと電極３０４aとの間隔Bは３５０μm、各デバイス３０２における電極３０３（３０３a〜３０３t）と３０４（３０４a〜３０４t）のY方向（図５において上下方向）の間隔Cは１９００μm、各デバイス３０２に形成された電極３０３と３０４における分割予定ライン３０１を挟んでY方向（図４において上下方向）に隣接する電極即ち３０４と３０３との間隔Dは３５０μmに設定されている。このように構成された半導体ウエーハ３０について、図３に示す各行Ｅ1・・・・Enおよび各列F1・・・・Fnに配設されたデバイス３０２の個数と上記各間隔A,B,C,Dは、その設計値のデータが上記コントローラ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。

上述したレーザー加工装置を用い、上記半導体ウエーハ３０に形成された各デバイス３０２の電極３０３（３０３a〜３０３t）および３０４（３０４a〜３０４t）部に加工孔（ビアホール）を形成するレーザー加工の実施形態について説明する。
上記のように構成された半導体ウエーハ３０は、図５に示すように環状のフレーム４０に装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなる保護テープ５０に表面３０ａ側を貼着する。従って、半導体ウエーハ３０は、裏面３０bが上側となる。このようにして環状のフレーム４０に保護テープ５０を介して支持された半導体ウエーハ３０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５０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半導体ウエーハ３０は、保護テープ５０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４０は、クランプ３６２によって固定される。

上述したように半導体ウエーハ３０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１１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１１の直下に位置付けられると、チャックテーブル３６上の半導体ウエーハ３０は、図６に示す座標位置に位置付けられた状態となる。この状態で、チャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ３０に形成されている格子状の分割予定ライン３０１がX軸方向とY軸方向に平行に配設されているか否かのアライメント作業を実施する。即ち、撮像手段１１によってチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ３０を撮像し、パターンマッチング等の画像処理を実行してアライメント作業を行う。このとき、半導体ウエーハ３０の分割予定ライン３０１が形成されている表面３０ａは下側に位置しているが、撮像手段１１が上述したように赤外線照明手段と赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成された撮像手段を備えているので、半導体ウエーハ３０の裏面３０１ｂから透かして分割予定ライン３０１を撮像することができる。

次に、チャックテーブル３６を移動して、半導体ウエーハ３０に形成されたデバイス３０２における最上位の行E1の図６において最左端のデバイス３０２を撮像手段１１の直下に位置付ける。そして、更にデバイス３０２に形成された電極３０３（３０３a〜３０３t）における図６において左上の電極３０３aを撮像手段１１の直下に位置付ける。この状態で撮像手段１１が電極３０３aを検出したならばその座標値(a1)を第１の加工送り開始位置座標値としてコントローラ２０に送る。そして、コントローラ２０は、この座標値(a1)を第１の加工送り開始位置座標値としてランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３に格納する（加工送り開始位置検出工程）。このとき、撮像手段１１とレーザー光線照射手段５２の集光器９はX軸方向に所定の間隔を置いて配設されているので、X座標値は上記撮像手段１１と集光器９との間隔を加えた値が格納される。

このようにして図６において最上位の行E1のデバイス３０２における第１の加工送り開始位置座標値(a1)を検出したならば、チャックテーブル３６を分割予定ライン３０１の間隔だけＹ軸方向に割り出し送りするとともにX軸方向に移動して、図６において最上位から２番目の行E2における最左端のデバイス３０２を撮像手段１１の直下に位置付ける。そして、更にデバイス３０２に形成された電極３０３(３０３a〜３０３t）における図６において左上の電極３０３aを撮像手段１１の直下に位置付ける。この状態で撮像手段１１が電極３０３aを検出したならばその座標値(a2)を第２の加工送り開始位置座標値としてコントローラ２０に送る。そして、コントローラ２０は、この座標値(a2)を第２の加工送り開始位置座標値としてランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３に格納する。このとき、撮像手段１１とレーザー光線照射手段５２の集光器９は上述したようにX軸方向に所定の間隔を置いて配設されているので、X座標値は上記撮像手段１１と集光器９との間隔を加えた値が格納される。以後、コントローラ２０は、上述した割り出し送りと加工送り開始位置検出工程を図６において最下位の行Ｅｎまで繰り返し実行し、各行に形成されたデバイス３０２の加工送り開始位置座標値（a３〜aｎ）を検出して、これをランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）に格納する。

次に、半導体ウエーハ３０の各デバイス３０２に形成された各電極３０３（３０３a〜３０３t）および３０４（３０４a〜３０４t）部にレーザー加工孔（ビアホール）を穿孔する穿孔工程を実施する。この穿孔工程は、先ず加工送り手段３７を作動しチャックテーブル３６を移動して、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３に格納されている第１の加工送り開始位置座標値（a１）（電極３０３a部）をレーザー光線照射手段５２の集光器９の直下に位置付ける。そして、図示の実施形態においてはチャックテーブル３６を更に移動して、図７の(a)に示すように電極３０３c部を集光器９の直下に位置付ける。次に、コントローラ２０は、レーザー光線照射手段５２を作動し音響光学偏向手段７の偏向角度調整手段７４および出力調整手段７５を制御するための制御信号を上記制御手段８に出力する。

即ち、コントローラ２０は、上記パルスレーザー光線発振器６１から発振されるパルスレーザー光線の１パルス毎に、偏向角度調整手段７４に印加する電圧を制御するための制御信号を上記制御手段８に出力する。図示の実施形態においては、コントローラ２０はパルスレーザー光線発振器６１から発振されるパルスレーザー光線の第１のパルスに対して、図７の(a)に誇張して示すように集光器９から照射されるパルスレーザー光線(１)が電極３０３a部に照射される角度に偏向するように制御信号を出力する。次に、コントローラ２０は、パルスレーザー光線発振器６１から発振されるパルスレーザー光線の第２のパルスに対して、図７の(a)に示すように集光器９から照射されるパルスレーザー光線（２）が電極３０３b部に照射される角度に偏向するように制御信号を出力する。以後、コントローラ２０は、パルスレーザー光線発振器６１から発振されるパルスレーザー光線の第３のパルスに対してはパルスレーザー光線（３）が電極３０３cに、第４のパルスに対してはパルスレーザー光線（４）が電極３０３dに、第５のパルスに対してはパルスレーザー光線（５）が電極３０３eに照射される角度に偏向するように順次制御信号を出力する。そして、コントローラ２０は、第６のパルス以後、５パルス単位で順次パルスレーザー光線発振器６１から発振されるパルスレーザー光線の１パルス毎に電極３０３a部〜３０３e部に照射される角度に偏向するように順次制御信号を繰り返し出力する。従って、電極３０３a部〜３０３e部には、パルスレーザー光線発振器６１から発振されるパルスレーザー光線の５パルスに１回照射されることになる。

一方、コントローラ２０は、パルスレーザー光線発振器６１から発振されるパルスレーザー光線の出力を所定の値に調整するために、音響光学偏向手段７の出力調整手段７５を制御するための制御信号を上記制御手段８に出力する。なお、パルスレーザー光線の１パルス当たりのエネルギー密度は、シリコンウエーハは飛散加工(アブレーション加工)するが金属からなる電極は飛散加工されない２０〜４０J／cm²に設定することが望ましい。

上記穿孔工程における加工条件の一例について説明する。
光源 ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４
波長 ：３５５ｎｍ
繰り返し周波数 ：３０kHz
１パルス当たりのエネルギー密度：４０J／cm²
集光スポット径 ：φ３０μｍ

このような加工条件によって穿孔工程を実施すると、シリコンウエーハにはパルスレーザー光線の１パルス当たり深さが２μm程度のレーザー加工孔を形成することができる。従って、厚さが１００μmのシリコンウエーハに電極３０３に達する加工穴を形成するにはパルスレーザー光線を５０パルス照射する必要があり、上記電極３０３a部〜３０３eにそれぞれ５０パルスのパルスレーザー光線を照射することにより、図７の(b)に示すように電極３０３a〜３０３eに達する加工孔３０５を形成することができる。このようにして穿孔工程の１サイクルが終了する。

ここで、上述した加工条件において電極３０３a部〜３０３e部に照射されるパルスレーザー光線の時間間隔について説明する。
パルスレーザー光線発振器６１から発振されるパルスレーザー光線の繰り返し周波数は３０kHzであるから、パルス間隔は１／３００００秒である。上述した実施形態においては、電極３０３a部〜３０３e部にはパルスレーザー光線発振器６１から発振されるパルスレーザー光線の５パルスに１回照射されるので、それぞれに照射される時間間隔は５／３００００秒となる。本願発明者等の実験によれば、パルスレーザー光線のパルスの時間間隔が１５０ミクロン秒(μs)以上であると、照射されたパルスによって発生する熱が次に照射されるパルスまでに冷却されて、電極を溶融することなくシリコンウエーハには電極に達するビアホールを形成できることが判っている。従って、上述した実施形態においては、電極３０３a部〜３０３e部のそれぞれに照射されるパルスレーザー光線のパルスの時間間隔が５／３００００秒（約１６７ミクロン秒(μs)）であるため、半導体ウエーハ３０には電極３０３を溶融することなく電極３０３に達するビアホールを形成できる。このように、上述した実施形態においては、パルスレーザー光線発振器６１から発振されるパルスレーザー光線の繰り返し周波数を６６００Hzより遥かに高い３００００Hzに設定しても、同一の電極位置に照射されるパルスレーザー光線のパルスの時間間隔を１５０ミクロン秒以上にすることができるので、生産性を向上させることができる。

次に、１サイクルの穿孔工程において加工すべき所定の加工位置の個数について説明する。
即ち、上記コントローラ２０は、上記レーザー光線発振手段６が発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数をN(Hz)とし、同一の加工位置座標に照射するパルスレーザー光線のパルスの時間間隔をX(秒)とし場合、「X＞(１秒／N)」であれば、「X≦(１秒／N)×M」となる最小の整数(M)を求め、加工すべき所定の加工位置座標の個数をM個と決定する。従って、同一の加工位置座標に照射するパルスレーザー光線の照射パルス数をY(ショット)とした場合、同一の加工位置座標に対してパルスレーザー光線をMパルス毎にYショット照射する。ここで、上述した実施形態における所定の加工位置の個数について確認すつと、上記レーザー光線発振手段６が発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数Nが３０kHz(３００００Hz)で、同一の加工位置座標に照射するパルスレーザー光線のパルスの時間間隔を１５０ミクロン秒(μs)(１５０／１００００００秒)とし場合、「X＞(１秒／N)」であるから、「(１５０／１００００００)≦(１／３００００)×M」となる最小の整数(M)は５となり、加工すべき所定の加工位置の個数を５個と決定する。

以上のように１サイクルの穿孔工程を実施することにより、電極３０３a部〜３０３e部に電極３０３a〜３０３eに達する加工孔３０５を形成したならば、上記コントローラ２０は音響光学偏向手段７の偏向角度調整手段７４に０Vの電圧を印加する駆動パルス信号を出力するように上記制御手段８に制御信号を出力する。この結果、音響光学素子７１には０Vに対応する周波数のRFが印加され、パルスレーザー光線発振手段６から発振されたパルスレーザー光線は図２において破線で示すようにレーザー光線吸収手段７６に導かれるので、半導体ウエーハ３０に照射されることはない。

次に、チャックテーブル３６を上記図７の(a)において左方に移動して、図８の(a)に示すように電極３０３h部を集光器９の直下に位置付ける。そして、上述した穿孔工程を実施することにより、図８の(b)に示すように半導体ウエーハ３０の電極３０３f部〜３０３j部には電極３０３f〜３０３jに達する加工孔３０５が形成される。このような穿孔工程を４回繰り返すことにより、１個のデバイス３０２に形成された２０個の電極３０３(３０３a〜３０t)部に電極３０３(３０３a〜３０t)に達する加工孔３０５が形成される。

以上のようにして、半導体ウエーハ３０のE1行の最右端のデバイス３０２に形成された電極３０３に対して上記穿孔工程を実施することにより、図９の(a)に示すようにE1行の全てのデバイス３０２に形成された電極３０３(３０３a〜３０t)部に電極３０３(３０３a〜３０t)に達する加工孔３０５を形成することができる。次に、コントローラ２０は、レーザー光線照射手段５２の集光器９を図９の（a）において紙面に垂直な方向に割り出し送りするように上記第1の割り出し送り手段３８を制御する。一方、コントローラ２０は、割り出し送り量検出手段３８４の読み取りヘッド３８４bからの検出信号を入力しており、この検出信号をカウンター２０４によってカウントしている。そして、カウンター２０４によるカウント値が電極３０３の図４においてY軸方向の間隔Cに相当する値に達したら、第1の割り出し送り手段３８の作動を停止し、レーザー光線照射手段５２の集光器９の割り出し送りを停止する。この結果、図９の(b)に示すように集光器９は上記電極３０４rの直上に位置付けられる。そして、上述した穿孔工程を実施することにより、図９の(b)に示すように半導体ウエーハ３０の電極３０４t部〜３０４p部には電極３０４t〜３０４pに達する加工孔３０５が形成される。このようにして半導体ウエーハ３０に形成された全てのデバイス３０２に設けられた電極３０３(３０３a〜３０t)部および３０４(３０３a〜３０t)部に電極に達する加工孔３０５を形成する。

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装置の構成ブロック図。 被加工物としての半導体ウエーハの平面図。 図３に示す半導体ウエーハの一部を拡大して示す平面図。 図３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３に示す半導体ウエーハが図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブルの所定位置に保持された状態における座標との関係を示す説明図。 図１に示すレーザー加工装置によって実施する穿孔工程における第１のサイクルを示す説明図。 図１に示すレーザー加工装置によって実施する穿孔工程における第２のサイクルを示す説明図。 図１に示すレーザー加工装置によって実施する穿孔工程における他のサイクルを示す説明図。

符号の説明

２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３１：案内レール
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
４１：案内レール
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：レーザー光線加工装置
6：パルスレーザー光線発振手段
６１：パルスレーザー光線発振器
６２：繰り返し周波数設定手段
７：音響光学偏向手段
７１：音響光学素子
７２：RF発振器
７３：RFアンプ
７４：偏向角度調整手段
７５：出力調整手段
７６：レーザー光線吸収手段
８：制御手段
９：集光器
９１：方向変換ミラー
９２：集光レンズ
１１：撮像手段
２０：コントローラ
３０：半導体ウエーハ
３０１：分割予定ライン
３０２：デバイス
３０３：電極
３０４：レーザー加工孔
４０：環状のフレーム
５０：保護テープ

Claims (4)

1. 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、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のX軸方向位置検出手段と、該X軸方向位置検出手段からの検出信号に基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コントローラと、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手段は、パルスレーザー光線を発振するレーザー光線発振手段と、該レーザー光線発振手段が発振したパルスレーザー光線の光軸を加工送り方向に偏向する光軸変更手段と、該光軸変更手段によって光軸が偏向されたパルスレーザー光線を集光する集光器とを具備し、
   該コントローラは、被加工物に設定された複数の加工位置座標を記憶するメモリを具備しており、該レーザー光線発振手段から発振されるパルスレーザー光線の周波数に対応して該光軸変更手段を制御し、加工すべき所定の複数の加工位置座標に１パルスずつ順次パルスレーザー光線を照射するとともに該加工すべき所定の複数の加工位置座標に所定回数繰り返して順次パルスレーザー光線を照射する際に、同一の加工位置座標にパルスレーザー光線を照射する時間間隔が所定時間以上になるように加工すべき所定の加工位置座標を決定する、
   ことを特徴とするレーザー加工装置。
2. 該光軸変更手段は、該レーザー光線発振手段が発振したパルスレーザー光線の光軸を偏向する音響光学素子と、該音響光学素子にRFを印加するRF発振器と、該RF発振器から出力されるRFの周波数を調整する偏向角度調整手段とを備えた音響光学偏向手段からなっている、請求項１記載のレーザー光線照射装置。
3. 該コントローラは、上記レーザー光線発振手段が発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数をN(Hz)とし、上記時間間隔をX(秒)とした場合、「X＞(１秒／N)」であれば、「X≦(１秒／N)×M」となる最小の整数(M)を求め、加工すべき所定の加工位置座標の個数をM個と決定する、請求項１又は２記載のレーザー光線照射装置。
4. 該同一の加工位置座標にパルスレーザー光線を照射する時間間隔は、１５０ミクロン秒以上に設定されている、請求項１から３のいずれかに記載のレーザー光線照射装置。

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