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JP4648044B2 - レーザー加工装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光デバイスウエーハ等のウエーハに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装置に関する。
サファイヤ基板等の表面に格子状に形成された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窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスが形成された光デバイスウエーハは、分割予定ラインに沿って個々の発光ダイオード、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。
このような光デバイスウエーハ等のウエーハの分割予定ラインに沿った切断は、通常、切削ブレードを高速回転して切削する切削装置によって行われている。しかしながら、サファイヤ等の基板はモース硬度が高く難削材であるため、加工速度を遅くする必要があり、生産性が悪いという問題がある。
一方、ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、被加工物に形成された分割予定ライン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、このレーザー加工溝に沿ってメカニカルブレーキング装置によって割断する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
特開平１０−３０５４２１号公報
また、サファイヤ基板に該基板に対して吸収性を有するパルスレーザー光線を照射してレーザー加工溝を形成する方法が提案されている。（例えば、特許文献参照。）
特開２００４−９１３９号公報
而して、上述したレーザー加工溝を形成するために照射するレーザー光線は、吸収する物質に当たっても直進性がある。従って、ウエーハを構成する基板に対して吸収性を有するレーザー光線を照射しても、レーザー光線の全てのエネルギーが基板に吸収されることはなく、吸収されなかったレーザー光線は入射側と反対側の面に放出される。サファイヤ基板等の表面に複数の光デバイスが形成された光デバイスウエーハにレーザー加工溝を形成する場合には、基板の表面に形成された光デバイスにレーザー加工時に発生するデブリが付着することによる損傷を防止するために、ウエーハの裏面側からレーザー光線を照射している。一方、レーザー光線のエネルギーは、中心部が強く外側に行くほど弱くなるガウシアン分布をしている。しかるに、上述したように基板に吸収されなかったレーザー光線、特にガウシアン分布の外側の加工に寄与しない比較的弱いエネルギーのレーザー光線が基板の表面に至ると、基板の表面に形成されたデバイス層を損傷させ、光デバイスの品質を低下させ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、ウエーハの裏面に所定の分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射し、ウエーハの表面に損傷を与えることなくウエーハの裏面に分割予定ラインに沿ってレーザー加工溝を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に、本発明によれば、光デバイス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光デバイスウエーハに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相対移動する加工送り手段とを具備し、該レーザー光線照射手段がレーザー光線発振手段と該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光して照射する集光器を含み、光デバイスウエーハの分割予定ラインに溝を形成する、レーザー加工装置において、該集光器は、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を断面が半円状の第１のレーザー光線と第２のレーザー光線に２分割するとともに該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線の左右を入れ替える第１のプリズムと、該第１のプリズムによって２分割された該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線の光路を平行に修正する第２のプリズムと、該第２のプリズムによって光路が平行に修正された該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線のスポットをそれぞれ直線部を外側に円弧部を内側にして結像する結像レンズとを具備し、該第２のプリズムと該結像レンズの間にリレーレンズを配設し、該リレーレンズのバックフォーカス位置を該第１のプリズムの頂点位置に合わせ、該結像レンズは、該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線のスポットを該円弧部の一部を互いに重合して矩形状に形成し、レーザー光線を光デバイスウエーハの基板の裏面側に照射して該溝を形成するようにした、ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
また、上記主たる技術課題を解決するために、本発明によれば、光デバイス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光デバイスウエーハに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相対移動する加工送り手段とを具備し、該レーザー光線照射手段がレーザー光線発振手段と該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光して照射する集光器を含み、光デバイスウエーハの分割予定ラインに溝を形成する、レーザー加工装置において、該集光器は、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を断面が半円状の第１のレーザー光線と第２のレーザー光線に２分割するとともに該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線の左右を入れ替える第１のプリズムと、該第１のプリズムによって２分割された該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線の光路を平行に修正する第２のプリズムと、該第１のプリズムのレーザー光線照射方向上流側または該第２のプリズムのレーザー光線照射方向下流側に配設され、円弧を楕円弧形状に形成するシリンドリカルレンズと、該第２のプリズムによって光路が平行に修正された該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線のスポットをそれぞれ直線部を外側に円弧部を内側にして結像する結像レンズとを具備し、該結像レンズは、該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線のスポットを該円弧部の一部を互いに重合して矩形状に形成し、レーザー光線を光デバイスウエーハの基板の裏面側に照射して該溝を形成するようにした、ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
上記該第１のプリズムと該第２のプリズムの間隔を調整することにより、該結像レンズによって結像される該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線のスポットの間隔を調整する。
本発明によるレーザー加工装置によれば、レーザー加工溝を形成する第１のレーザー光線と第２のレーザー光線の結像スポットは、直線部を外側に円弧部を内側にして円弧部の一部を互いに重合して矩形状に形成されるので、レーザー光線におけるガウシアン分布の外側の比較的弱いエネルギーの部分が内側に位置し、ガウシアン分布の中心部の強いエネルギーの部分が外側に位置付けられる。従って、第１のレーザー光線と第２のレーザー光線の結像スポットにおける最外側でレーザー加工溝を形成することができるので、このレーザー加工溝の幅を超えてレーザー光線が透過することはない。このため、被加工物の裏面側からレーザー光線を照射してレーザー加工溝を形成する際に、被加工物の表面に形成されたデバイス等がレーザー光線のエネルギーによって損傷されることはない。
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で示す方向と直角な矢印Ｙで示す割り出し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で示す焦点位置調整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被加工物保持面３６１を備えており、チャックテーブル３６上に板状の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。また、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。また、チャックテーブル３６には、後述する半導体ウエーハを支持する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が装着されている。
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の出力軸に図示しない減速装置を介して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に移動せしめられる。
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の出力軸に図示しない減速装置を介して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に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。
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の出力軸に図示しない減速装置を介して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、矢印Ｚで示す方向に移動可能に支持される。
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。ケーシング５２１内には図２に示すようにパルスレーザー光線発振手段５２２と伝送光学系５２３とが配設されている。パルスレーザー光線発振手段５２２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５２２ａと、これに付設された繰り返し周波数設定手段５２２ｂとから構成されている。伝送光学系５２３は、ビームスプリッタの如き適宜の光学要素を含んでいる。上記ケーシング５２１の先端部には、上記パルスレーザー光線発振手段５２２から発振され伝送光学系５２３を介して伝送されたレーザー光線を集光する集光器５３が装着されている。
集光器５３の第１の実施形態について、図３を参照して説明する。
図３に示す集光器５３は、ケース５３１(図２参照)内に配設された方向変換ミラー５３２と、第１のプリズム５３３と、第２のプリズム５３４と、結像レンズ５３５を含んでいる。方向変換ミラー５３２は、図３に示すように上記パルスレーザー光線発振手段５２２(図２参照)から発振され伝送光学系５２３を通して照射されたレーザー光線Lを下方即ち第１のプリズム５３３に向けて方向変換する。第１のプリズム５３３は、レーザー光線発振手段５２２から発振されたレーザー光線Lを断面が半円形の第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2に２分割するとともに、該第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2の左右を入れ替える。第２のプリズム５３４は、第１のプリズム５３３によって２分割された第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2の光路を平行に修整する。結像レンズ５３５は、第２のプリズム５３４によって光路が平行に修整された第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2のスポットを結像する。
図３に示す集光器５３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。上記パルスレーザー光線発振手段５２２から発振され伝送光学系５２３を通して照射された断面が円形のレーザー光線Lは、方向変換ミラー５３２によって第１のプリズム５３３に向けて方向変換される。第１のプリズム５３３に到達した断面が円形のレーザー光線Lは、第１のプリズム５３３によって断面が半円形の第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2に２分割されるとともに、該第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2の左右が入れ替えられる。この結果、第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2は、それぞれ円弧部が内側に直線部が外側となる。このようにして２分割された第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2は、第２のプリズム５３４を通過することによって光路が平行に修整される。第２のプリズム５３４で光路が平行に修整された第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2は、結像レンズ５３５を通過することによって所定の結像位置Pに結像される。このとき、結像位置Pは結像レンズ５３５の焦点fより下流側にあるため、第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2は左右が反転し、それぞれ直線部を外側に円弧部を内側にしたスポットで結像される。この結像レンズ５３５によって結像される第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2のスポットは、円弧部の一部を互いに重合して矩形状に形成することが重要である。
なお、上述した実施形態においては、結像レンズ５３５の焦点fより下流側の結像位置Pにおける結像スポットを用いる例を示したが、焦点fから±１００μmの範囲のスポットはレーザー加工に使用することができる。
なお、図３において、第１のプリズム５３３の頂点から結像レンズ５３５までの距離を(a)、結像レンズ５３５から結像位置Pまでの距離を(b)、結像レンズ５３５の焦点距離を(f)とすると、（1/a＋1/b＝1/f）の式が成り立つ。そして、図４に示すように半円形の第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2のスポットの直径(d)（長さ）は、倍率（m）＝（b/a）によって決まる。また、第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2とからなるスポットの幅(E)は、第１のプリズム５３３と第２のプリズム５３４の間隔を変えることによって変化する。即ち、図５に示すように、第１のプリズム５３３と第２のプリズム５３４の間隔が(D1)の場合には第２のプリズム５３４を通過した第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2の幅(Ｅ1)であるが、第１のプリズム５３３と第２のプリズム５２４の間隔が(D２)に広がると第２のプリズム５３４を通過した第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2の幅(Ｅ2)となる。従って、結像レンズ５３５を通過することによって所定の結像位置P(図３参照)に結像される第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2とからなるスポットの 幅(E)も変化する。例えば、第１のプリズム５３３に入射するレーザー光線Lの直径が１mm、倍率(m)が1/50の場合、第１のプリズム５３３と第２のプリズム５３４の間隔(D)を１mm〜５mm範囲で変化させると、第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2とからなるポットの幅(E)は５μm〜２０μmの範囲で変化する。
次に、集光器５３の第２の実施形態について、図６を参照して説明する。
図６に示す集光器５３は、上記図３に示す第１の実施形態における第２のプリズム５３４と結像レンズ５３５との間にリレーレンズ５３６を配設したものである。なお、図６に示す集光器５３の他の構成部材は上記図３に示す第１の実施形態の構成部材を同一であるため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図６に示す集光器５３は、リレーレンズ５３６のバックフォーカス位置(f1)を第１のプリズム５３３の頂点位置に合わせることで、無限遠補正光学系が形成される。従って、リレーレンズ５３６と結像レンズ５３５との間隔(c)を自由に変えられるため、設計上の自由度が高い。また、図６に示す集光器５３においてはリレーレンズ５３６と結像レンズ５３５の組み合わせにより、倍率を自由に変えることができる。図６に示す集光器５３においては、第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2の結像位置Pは、結像レンズ５３５の焦点位置(f)となる。なお、図６において(f2)は、リレーレンズ５３６と結像レンズ５３５の組み合わせによる焦点である。この実施形態においても、この結像レンズ５３５によって結像される半円形の第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2のスポットは、それぞれ直線部を外側に円弧部を内側にして円弧部の一部を互いに重合して矩形状に形成することが重要である。
次に、集光器５３の第３の実施形態について、図７を参照して説明する。
図７に示す集光器５３は、上記図３に示す第１の実施形態における第１のプリズム５３３のレーザー光線照射方向上流側、即ち方向変換ミラー５３２と第１のプリズム５３３との間にシリンドリカルレンズ５３７を配設したものである。なお、図７に示す集光器５３の他の構成部材は上記図３に示す第１の実施形態の構成部材を同一であるため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図７に示す集光器５３においては、上記パルスレーザー光線発振手段５２２から発振され伝送光学系５２３を通して照射された断面が円形のレーザー光線Lは、シリンドリカルレンズ５３７を通過することにより断面が楕円形となって第１のプリズム５３３に至る。この結果、第１のプリズム５３３によって２分割された第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2も断面が半楕円形となり、第２のプリズム５３４およびリレーレンズ５３６をとおり結像レンズ５３５によって結像される第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2の結像スポットの形状も半楕円形となる。そして、この実施形態においても結像レンズ５３５によって結像される第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2のスポットは、円弧部の一部を互いに重合して矩形状に形成される。このように、第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2の結像スポットを半楕円形とし円弧部の一部を互いに重合して矩形状に形成することにより、幅Eに対して長さdの割合を大きくすることができる。従って、結像スポットの長さ方向にパルスレーザー光線が順次照射されるので、結像スポット（パルス）が重合する割合を拡大することができ、連続したレーザー加工溝１５を確実に形成することができる。
次に、集光器５３の第４の実施形態について、図８を参照して説明する。
図８に示す集光器５３は、上記図７に示す第３の実施形態におけるシリンドリカルレンズ５３７を第２のプリズム５３４のレーザー光線照射方向下流側、即ち第２のプリズム５３４と結像レンズ５３５との間に配設したものである。なお、図８に示す集光器５３の他の構成部材は上記図７に示す第３の実施形態の構成部材を同一であるため、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図７に示す集光器５３においては、上記パルスレーザー光線発振手段５２２から発振され伝送光学系５２３を通して照射された断面が円形のレーザー光線Lは、第１のプリズム５３３によって断面が半円形の第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2に２分割されるとともに、該第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2の左右が入れ替えられる。このようにして２分割された第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2は、第２のプリズム５３４を通過することによって光路が平行に修整される。第２のプリズム５３４で光路が平行に修整された第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2は、シリンドリカルレンズ５３７を通過することによりそれぞれ断面が半楕円形となって結像レンズ５３５に至る。そして、結像レンズ５３５を通過することにより、断面が半楕円形の第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2のスポットは、それぞれ直線部を外側に円弧部を内側にして円弧部の一部を互いに重合して矩形状に形成される。
なお、上述した第３の実施形態および第４の実施形態においては、シリンドリカルレンズ５３７は第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2の結像スポットの幅Eに対して長さdの割合を大きくするように配設した例を示したが、シリンドリカルレンズ５３７を９０度変位して配設してもよい。このようにシリンドリカルレンズ５３７を配設することにより、第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2の結像スポットの重合量を大きくすることができる。
図１に戻って説明を続けると、上記レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の前端部には、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、図示の実施形態において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で示す方向に移動させるための移動手段５４を具備している。移動手段５４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５４２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５４２によって図示しない雄ネジロッドを正転または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を一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す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５４２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５４２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。
ここで、上記レーザー加工装置によって加工される被加工物であるウエーハとしての光デバイスウエーハについて、図９および図１０を参照して説明する。図９には、光デバイスウエーハの斜視図が示されており、図１０には図９に示す光デバイスウエーハの要部拡大断面図が示されている。
図９および図１０に示す光デバイスウエーハ１０は、サファイヤからなる基板１１の表面に窒化ガリウム（GaN）、窒化アルミニウム・ガリウム(AlGaN)等からなる成膜が積層されたデバイス層１２によって複数のデバイス１３がマトリックス状に形成されている。そして、各デバイス１３は、格子状に形成された分割予定ライン１４によって区画されている。
このように構成された光デバイスウエーハ１０の裏面１０aにレーザー加工を施すには、図１１に示すように光デバイスウエーハ１０の表面に保護テープ２０を貼着する（保護テープ貼着工程）。
上述した保護テープ貼着工程を実施したならば、光デバイスウエーハ１０の裏面１０bに分割予定ライン１４に沿ってレーザー加工溝を形成するレーザー光線照射工程を実施する。このレーザー光線照射工程は、先ず上述した図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上に光デバイスウエーハ１０の保護テープ２０側を載置し、該チャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０を吸着保持する。従って、光デバイスウエーハ１０は、裏面１０bを上側にして保持される。
上述したように光デバイスウエーハ１０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６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６の直下に位置付けられると、撮像手段６および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ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６および図示しない制御手段は、光デバイスウエーハ１０の所定方向に形成されている分割予定ライン１４と、分割予定ライン１４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５３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、光デバイスウエーハ１０に形成されている上記所定方向に対して直角に延びる分割予定ライン１４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が遂行される。このとき、半導体ウエーハ１０の分割予定ライン１１が形成されている表面１０ａは下側に位置しているが、撮像手段６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、裏面１０ｂから透かして分割予定ライン１１を撮像することができる。
以上のようにしてチャックテーブル３６上に保持された光デバイスウエーハ１０に形成されている分割予定ライン１４を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、図１２(a)で示すようにチャックテーブル３６をレーザー光線照射手段５２の集光器５３が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定のストリート１４を集光器５３の直下に位置付ける。このとき、図１２の（ａ）で示すように光デバイスウエーハ１０は、分割予定ライン１４の一端(図１２の(a)において左端)が集光器５３の直下に位置するように位置付けられる。そして、集光器５３から照射される上記第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2の結像位置Pがストリート１４の表面に位置するように、移動手段５４を作動してレーザー光線照射手段５２の高さ位置を調整する。
次に、集光器５３からレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６即ち光デバイスウエーハ１０を図１２の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図１２の（ｂ）で示すように分割予定ライン１４の他端（図１３(b)において右端）が集光器５３の直下位置に達したら、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即ち光デバイスウエーハ１０の移動を停止する。この結果、光デバイスウエーハ１０の裏面１０bには、図１３に示すように所定の分割予定ライン１４に沿って幅(E)のレーザー加工溝１５が形成される。このようにしてレーザー加工溝１５を形成する上述した第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2の結像スポットは、直線部を外側に円弧部を内側にして円弧部の一部を互いに重合して矩形状に形成されるので、レーザー光線におけるガウシアン分布の外側の比較的弱いエネルギーの部分が内側に位置し、ガウシアン分布の中心部の強いエネルギーの部分が外側に位置付けられる。従って、第１のレーザー光線L1と第２のレーザー光線L2の結像スポットにおける最外側でレーザー加工溝１５を形成することができるので、このレーザー加工溝１５の幅(E)を超えてレーザー光線が透過することはない。このため、基板１１の表面に形成されたデバイス層１２がレーザー光線のエネルギーによって損傷されることはない。
なお、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。
レーザー光線の光源 ：ＹＶＯ４レーザーまたはＹＡＧレーザー
波長 ：３５５ｎｍ
出力 ：３．０Ｗ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
パルス幅 ：１０ｎｓ
加工送り速度 ：３０ｍｍ／秒
ストリートの幅 ：５０μm
結像スポットの幅(E) ：1０μm
上述したレーザー光線照射工程を光デバイスウエーハ１０に所定方向に形成された全ての分割予定ライン１４に沿って実施したならば、チャックテーブル３６従って光デバイスウエーハ１０を９０度回動する。そして、光デバイスウエーハ１０に上記所定方向と直交する方向に形成された全ての分割予定ライン１４に沿って上述したレーザー光線照射工程を実施する。
以上のようにして光デバイスウエーハ１０に形成された全ての分割予定ライン１４に沿って上述したレーザー光線照射工程を実施したならば、光デバイスウエーハ１０は次工程である分割工程に搬送される。そして、分割工程においては、光デバイスウエーハ１０の分割予定ライン１４に沿って形成されたレーザー加工溝１５が容易に分割できる深さに形成されているので、メカニカルブレーキングによって容易に分割することができる。
以上、本発明を光デバイスウエーハに対して実施した例を示したが、本発明は基板の表面に複数の回路が形成された半導体ウエーハのストリートに沿ったレーザー加工に適用しても同様の作用効果が得られる。
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光線照射手段の構成を簡略に示すブロック図。 図１に示すレーザー加工装置に装備される集光器の第１に実施形態を示す説明図。 図３に示す集光器によって結像された第１のレーザー光線と第２のレーザー光線のスポット形状を拡大して示す説明図。 図３に示す集光器を構成する第１にプリズムと第２のプリズムの間隔を変えることにより、第１のレーザー光線と第２のレーザー光線のスポットの間隔が変化する状態を示す説明図。 図１に示すレーザー加工装置に装備される集光器の第２に実施形態を示す説明図。 図１に示すレーザー加工装置に装備される集光器の第３に実施形態を示す説明図。 図１に示すレーザー加工装置に装備される集光器の第４に実施形態を示す説明図。 被加工物としての光デバイスウエーハの斜視図。 図９に示す光デバイスウエーハの一部断面拡大図。 図８に示す光デバイスウエーハに保護テープを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図９に示す光デバイスウエーハのストリートに沿ってレーザー加工溝を形成するレーザー光線照射工程の説明図。 図１２に示すレーザー光線照射工程を実施すことによって光デバイスウエーハに形成されたレーザー加工溝の拡大断面図。
符号の説明
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
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
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
５１：ユニットホルダ
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：伝送光学系
５３：集光器
５３２：方向変換ミラー
５３３：第１のプリズム
５３４：第１のプリズム
５３５：結像レンズ
５３６：リレーレンズ
５３７：シリンドリカルレンズ
６：撮像手段
１０：光デバイスウエーハ(被加工物)
１１：ウエーハ基板
１２：デバイス層
１３：デバイス
１４：分割予定ライン
１５：レーザー加工溝

Claims (3)

  1. 光デバイス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光デバイスウエーハに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相対移動する加工送り手段とを具備し、
    該レーザー光線照射手段がレーザー光線発振手段と該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光して照射する集光器を含み、光デバイスウエーハの分割予定ラインに溝を形成する、レーザー加工装置において、
    該集光器は、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を断面が半円状の第１のレーザー光線と第２のレーザー光線に２分割するとともに該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線の左右を入れ替える第１のプリズムと、
    該第１のプリズムによって２分割された該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線の光路を平行に修正する第２のプリズムと、
    該第２のプリズムによって光路が平行に修正された該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線のスポットをそれぞれ直線部を外側に円弧部を内側にして結像する結像レンズとを具備し、
    該第２のプリズムと該結像レンズの間にリレーレンズを配設し、該リレーレンズのバックフォーカス位置を該第１のプリズムの頂点位置に合わせ、
    該結像レンズは、該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線のスポットを該円弧部の一部を互いに重合して矩形状に形成し、レーザー光線を光デバイスウエーハの基板の裏面側に照射して該溝を形成するようにした、ことを特徴とするレーザー加工装置。
  2. 光デバイス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光デバイスウエーハに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相対移動する加工送り手段とを具備し、
    該レーザー光線照射手段がレーザー光線発振手段と該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光して照射する集光器を含み、光デバイスウエーハの分割予定ラインに溝を形成する、レーザー加工装置において、
    該集光器は、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を断面が半円状の第１のレーザー光線と第２のレーザー光線に２分割するとともに該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線の左右を入れ替える第１のプリズムと、
    該第１のプリズムによって２分割された該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線の光路を平行に修正する第２のプリズムと、
    該第１のプリズムのレーザー光線照射方向上流側または該第２のプリズムのレーザー光線照射方向下流側に配設され、円弧を楕円弧形状に形成するシリンドリカルレンズと、
    該第２のプリズムによって光路が平行に修正された該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線のスポットをそれぞれ直線部を外側に円弧部を内側にして結像する結像レンズとを具備し、
    該結像レンズは、該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線のスポットを該円弧部の一部を互いに重合して矩形状に形成し、レーザー光線を光デバイスウエーハの基板の裏面側に照射して該溝を形成するようにした、ことを特徴とするレーザー加工装置。
  3. 該第１のプリズムと該第２のプリズムの間隔を調整することにより、該結像レンズによって結像される該第１のレーザー光線と該第２のレーザー光線のスポットの間隔を調整する、請求項１記載のレーザー加工装置。
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