JP5456510B2 - レーザ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハ等のワークにレーザ光線を照射して切断や溝形成等の加工を施すレーザ加工装置に係り、特にレーザ光線の光軸調整技術に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板状の半導体ウェーハからなるワークの表面に格子状の分割予定ラインにより多数の矩形状のデバイス領域を区画してこれらデバイス領域にＩＣやＬＳＩ等の電子回路を形成し、次いで裏面を研削した後に研磨するなど必要な処理を施してから、分割予定ラインに沿って切断するダイシングを行って各デバイス領域を個片化して、１枚のワークから多数のデバイス（半導体チップ）を得ている。ワークのダイシングは、高速回転させた切削ブレードをワークに切り込ませて切断するダイサーと呼ばれる切削装置が広く用いられているが、近年では、レーザ光線を分割予定ラインに照射してレーザ加工を施し、ワークを切断する方法も試みられている（特許文献１等参照）。

レーザ光線を照射するレーザ加工装置は、発振器から発せられたレーザ光線をミラーで反射させてから集光レンズを通すことによりワークに集光して照射する構成が一般的である。このような構成にあっては、目的箇所を高精度で加工するためにワークの表面に対するレーザ光線の照射角度は垂直である必要がある。したがって装置の立ち上げ時や発振器の取替え時などには、ワークの表面に対するレーザ光線の照射角度を垂直にする照射角度調整の作業を行っている。この作業は、安全のために装置全体を遮光パーテションで覆ってレーザ光線が外部に漏れない状態とし、なおかつ遮光パーテションの中で作業員がレーザ光線遮断用の保護ゴーグルを目に装着して行っているのが現状である。

特開平１０−３０５４２０号公報

しかして、レーザ光線の照射角度調整の作業を行うたびに遮光パーテションを設置したり作業員が保護ゴーグルを装着したりすることはきわめて手間がかかって煩雑なことであり、改善策が望まれていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、煩雑な作業を伴うことなく、かつ作業員の安全が確保された状態でレーザ光線の照射角度調整の作業を的確に行うことができるレーザ加工装置を提供することにある。

本発明のレーザ加工装置は、ワークを保持する保持機構と、該保持機構に保持されたワークにレーザ光線を照射してレーザ加工を施すレーザ照射機構とを有するレーザ加工装置であって、前記レーザ照射機構は、レーザ光線を発する発振器と、該発振器から発せられたレーザ光線を所望の方向に反射させる反射ミラーと、該反射ミラーによって反射したレーザ光線を前記保持機構に保持されたワークへ向けて集光する集光レンズと、前記発振器と前記ワークへのレーザ光線の照射箇所との間における該レーザ光線の光軸上に配設され、前記集光レンズによって集光されたレーザ光線が前記ワークの表面に対して垂直に入射していることを確認するための光軸確認部と、少なくとも前記反射ミラー、前記集光レンズおよび前記光軸確認部を囲む筐体とを備え、前記光軸確認部は、レーザ光線が照射されることにより発光する蛍光板と、前記反射ミラーで反射したレーザ光線および前記保持機構に保持されたワークで反射したレーザ光線の各光軸が通る位置に前記蛍光板が着脱自在に固定される固定部と、該固定部に固定された前記蛍光板からの発光を撮像して、前記反射ミラーで反射したレーザ光線による発光点と前記ワークで反射したレーザ光線による発光点とが一致するか否かを確認可能とする撮像部とを備えることを特徴とする。

本発明のレーザ加工装置では、発振器から発せられたレーザ光線が、反射ミラーを反射することにより集光レンズに導かれ、集光レンズにより保持機構に保持されているワークに集光されて照射され、レーザ加工が施される。本発明では、光軸確認部の蛍光板を固定部に固定した状態で発振器からレーザ光線を発すると、レーザ光線は、蛍光板を通ってワークに照射され、さらにワークを反射して蛍光板を通る。蛍光板ではレーザ光線の通過する箇所が発光し、その発光点が撮像部で撮像されて確認される。ここで、レーザ光線がワークの表面に対して垂直に照射していると、ワークを反射したレーザ光線は照射側のレーザ光線と同じ光軸であるから蛍光板での発光点は１つとなる。したがって撮像部によって撮像された蛍光板での発光点が１点である場合には、レーザ光線がワークの表面に対して垂直に照射していると判断される。

一方、垂直でない場合には蛍光板での発光点は照射側と反射側の２点となり、垂直でないことが確認される。この場合には、反射ミラーでのレーザ光線の反射角度を調整するなどして蛍光板での発光点が１つになるようにワークへのレーザ光線の照射角度を調整することにより、ワークの表面への照射角度が垂直に調整される。本発明では、反射ミラー、集光レンズおよび光軸確認部が筐体で囲まれレーザ光線が視認不可能であり、ワークの表面への照射角度を垂直にする照射角度調整は撮像部の撮像を確認しながら行うことができる。このため、照射角度調整の作業を、遮光パーテションで装置を覆ったり作業員が保護ゴーグルを目に装着したりする従来の煩雑な手間が省かれながら、作業員の安全が十分に確保された状態で行うことができる。

なお、本発明で言うワークは特に限定はされないが、例えば、シリコンやガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等からなる半導体ウェーハ、チップ実装用としてウェーハの裏面に設けられるＤＡＦ（Die Attach Film）等の粘着部材、半導体製品のパッケージ、セラミックやガラス、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）系あるいはシリコン系の無機材料基板、液晶表示装置を制御駆動するＬＣＤドライバ等の各種電子部品、さらにはミクロンオーダーの加工位置精度が要求される各種加工材料等が挙げられる。

本発明によれば、煩雑な作業を伴うことなく、かつ作業員の安全が確保された状態でレーザ光線の照射角度調整の作業を的確に行うことができるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置のワーク（半導体ウェーハ）を示す斜視図であって、該ウェーハが環状のフレームに粘着テープを介して支持された状態を示している。 本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の全体斜視図であって、装置カバーを取り外した状態を示している。 一実施形態のレーザ加工装置の全体斜視図であって、装置カバーを装着した状態を示している。 図２のIII部拡大図である。 同レーザ加工装置が具備するレーザ照射機構の筐体内の構成を示す斜視図である。 同レーザ照射機構の構成を示すＸ方向から見た側面図である。 同レーザ照射機構の構成を示すＹ方向から見た側面図である。 同レーザ照射機構のＸ方向調整ミラーによりウェーハに対するレーザ光線のＸ方向の照射位置が調整される様子を示す側面図である。 同レーザ照射機構の角度調整ミラーによりウェーハに対するレーザ光線のＹ方向の照射角度が調整される様子を示す側面図である。 同レーザ照射機構の角度調整ミラーによりウェーハに対するレーザ光線のＸ方向の照射角度が調整される様子を示す側面図である。 同レーザ照射機構における光軸確認部の蛍光板の表面を示す図であって、該蛍光板を透過するレーザ光線の照射光およびウェーハからの反射光を示している。 本発明の他の実施形態に係るレーザ照射機構を示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置を説明する。
［１］ウェーハ
はじめに、図１に示す一実施形態でのワークである円板状の半導体ウェーハ（以下、ウェーハ）１を説明する。ウェーハ１は、厚さが例えば１００〜７００μｍ程度のシリコンウェーハ等であり、表面には格子状の分割予定ライン２によって多数の矩形状のデバイス領域３が区画されている。各デバイス領域３には、図示せぬＩＣやＬＳＩ等の電子回路が形成されている。ウェーハ１の周面の所定箇所には、半導体の結晶方位を示すオリエンテーション・フラットと呼ばれる直線状の切欠き４が形成されている。ウェーハ１は、図２に示すレーザ加工装置１０によって全ての分割予定ライン２がレーザ加工されてから、各デバイス領域３が個片化されて多数のデバイス（半導体チップ）にダイシングされる。

ウェーハ１は、図１に示すように、環状のフレーム５の円形状開口部５ａに粘着テープ６を介して同心状に配され、かつ一体に支持されたワークユニット７とされて、レーザ加工装置１０に供給される。粘着テープ６は片面が粘着面とされたもので、その粘着面にフレーム５とウェーハ１の裏面が貼り付けられる。フレーム５は、金属等の板材からなる剛性を有するものであり、フレーム５を支持することにより、ウェーハ１はワークユニット７ごと搬送される。

［２］レーザ加工装置
（１）レーザ加工装置の基本的な構成および動作
続いて、図２を参照して一実施形態に係るレーザ加工装置１０の基本構成を説明する。図２の符号１１は基台であり、この基台１１の奥側（Ｘ２側）の端部には壁部１２が立設されている。基台１１上には、ＸＹ移動テーブル２０が、水平なＸ方向およびＹ方向に移動自在に設けられている。ＸＹ移動テーブル２０には、ワークユニット７を保持するチャックテーブル（保持機構）３０が設置されている。チャックテーブル３０の上方には、チャックテーブル３０に保持されたウェーハ１に向けてレーザ光線を照射してレーザ加工を施すレーザ照射機構４０が、チャックテーブル３０に対向する状態に配設されている。レーザ照射機構４０は、壁部１２に固定されている。

ＸＹ移動テーブル２０は、基台１１上にＸ方向に移動自在に設けられたＸ軸ベース２１と、このＸ軸ベース２１上にＹ方向に移動自在に設けられたＹ軸ベース２２との組み合わせで構成されている。Ｘ軸ベース２１は、基台１１上に固定されたＸ方向に延びる一対の平行なガイドレール２１１に摺動自在に取り付けられており、モータ２１２でボールねじ２１３を作動させるＸ軸駆動機構２１４によってＸ方向に移動させられる。一方、Ｙ軸ベース２２は、Ｘ軸ベース２１上に固定されたＹ方向に延びる一対の平行なガイドレール２２１に摺動自在に取り付けられており、モータ２２２でボールねじ２２３を作動させるＹ軸駆動機構２２４によってＹ方向に移動させられる。

Ｙ軸ベース２２の上面には、円筒状のチャックベース３１が固定されており、このチャックベース３１の上に、チャックテーブル３０がＺ方向（鉛直方向）を回転軸として回転自在に支持されている。チャックテーブル３０は、負圧作用によりワーク（この場合はウェーハ１）を吸着して保持する一般周知の真空チャック式のものである。チャックテーブル３０は、チャックベース３１内に収容された図示せぬ回転駆動手段によって一方向または両方向に回転駆動される。チャックテーブル３０の周囲には、ワークユニット７のフレーム５を着脱自在に保持する複数のクランプ３２が配設されている。これらクランプ３２は、チャックベース３１に取り付けられている。

ＸＹ移動テーブル２０においては、Ｘ軸ベース２１がＸ方向に移動する時が、レーザ光線を分割予定ライン２に沿って照射する加工送りとされる。そして、Ｙ軸ベース２２がＹ方向に移動することにより、レーザ光線を照射する対象の分割予定ライン２を切り替える割出し送りがなされる。なお、加工送り方向と割出し送り方向は、この逆、つまり、Ｙ方向が加工送り方向、Ｘ方向が割出し送り方向に設定されてもよく、限定はされない。

レーザ照射機構４０は、壁部１２のＸ１側の前面に一端が固定され、その一端からチャックテーブル３０の上方に向かってＸ１方向に延びる直方体状の筐体４１を有している。筐体４１のＸ１側の先端下部には、レーザ光線をほぼ鉛直下方に向けて照射する照射口４１１が設けられている。

筐体４１内には、レーザ光線を発する発振器、レーザ光線を集光する集光レンズ、発振器から発せられたレーザ光線を集光レンズに導くとともにレーザ光線の光軸を調整する光軸調整手段、レーザ光線の光軸がワーク（ウェーハ１）の表面に対して垂直に入射しているか否かを確認する光軸確認部といったレーザ照射機構４０を構成する要素が収容されているが、これら構成要素に関しては後で詳述する。

レーザ加工装置１０は、レーザ光線をウェーハ１に照射する際にセットされる装置カバー１３を備えている。装置カバー１３は、下方およびＸ２側に開口する直方体状の箱体であり、天板１３１と、Ｘ１側、Ｙ１側、Ｙ２側を塞ぐ側板１３２を有している。また、天板１３１のＸ２側の中央には、レーザ照射機構４０の筐体４１が嵌合する切欠き１３３が形成されている。装置カバー１３は、図３に示すように基台１１上に載置されてセットされる。このセット状態で、筐体４１は切欠き１３３に嵌合して下部が装置カバー１３に覆われる。また、基台１１上のＸＹ移動テーブル２０やチャックテーブル３０は装置カバー１３で完全に覆われる。

また、筐体４１の先端下部であって照射口４１１の近傍には、ウェーハ１の分割予定ライン２を撮像してレーザ光線の照射位置を認識するための図示せぬアライメント手段が配設されている。このアライメント手段は、ウェーハ１の表面を照明する照明手段や光学系、該光学系で捕らえられた像を撮像するＣＣＤ等からなる撮像素子等を備えている。

以上がレーザ加工装置１０の基本構成であり、この装置１０では、まず、チャックテーブル３０にワークユニット７を保持し、次いで装置カバー１３をセットしてからウェーハ１の分割予定ライン２にレーザ光線を照射してレーザ加工を施す。

チャックテーブル３０へのワークユニット７の保持は、チャックテーブル３０を真空運転し、ウェーハ１を粘着テープを介してチャックテーブル３０に載置して吸着、保持させ表面を露出した状態とし、フレーム５をクランプ３２で保持することによりなされる。この後、装置カバー１３をセットする。装置カバー１３により、照射口４１１からウェーハ１までのレーザ光線の光路は目視できない状態になる。

分割予定ライン２へのレーザ加工は、上記アライメント手段で分割予定ライン２を撮像し、レーザ光線の照射位置を認識してから行われる。レーザ加工は、ＸＹ移動テーブル２０のＸ軸ベース２１をＸ方向に移動させながら、レーザ照射機構４０の照射口４１１からＸ方向と平行にされた分割予定ライン２に沿ってレーザ光線を照射することによって行われる。分割予定ライン２をＸ方向すなわち加工送り方向と平行にするには、チャックテーブル３０を回転させてウェーハ１を自転させることによりなされる。また、レーザ光線を照射する分割予定ライン２の選択は、ＸＹ移動テーブル２０のＹ軸ベース２２をＹ方向に移動させて、照射口４１１から照射されるレーザ光線の照射位置のＹ方向位置を加工対象の分割予定ライン２に合わせる割出し送りによってなされる。

なお、分割予定ライン２に沿って施す本実施形態でのレーザ加工は、分割予定ライン２を完全に切断するフルカットが挙げられるが、この他には、分割予定ライン２を弱化させる加工も採用することができる。フルカットは、ウェーハ１の成分を溶融・蒸散させるアブレーション加工で行われる。また、弱化加工は、アブレーション加工によって分割予定ライン２の表面側に一定深さの溝を形成したり、あるいはウェーハ１の内部に脆弱な変質層を形成したりすることにより行われる。これらレーザ加工の種類は、照射するレーザ光線の種類（波長、出力）や照射回数などによって選択される。

全ての分割予定ライン２にレーザ光線を照射してレーザ加工を施したら、レーザ照射機構４０によるレーザ光線の照射を停止し、また、チャックテーブル３０の真空運転を停止してウェーハ１の保持を解除する。そして装置カバー１３を取り外し、クランプ３２によるフレーム５の保持を解除してから、ワークユニット７をチャックテーブル３０から取り上げる。この後、ウェーハ１は洗浄工程等を経てから、個片化されたデバイス領域３すなわちデバイス（半導体チップ）を粘着テープ６からピックアップする工程に移される。なお、分割予定ライン２が上記のようにフルカットされた場合はそのままピックアップ工程に移されるが、上記弱化加工の場合には、外力を付与することにより弱化した分割予定ライン２を割断した後、ピックアップ工程に移される。

（２）レーザ照射機構
次に、上記レーザ照射機構４０を詳述する。
上記筐体４１内には、図５に示すように、レーザ光線Ｌを発する発振器４２と、上記光軸調整手段を構成するＹ方向調整ミラー（反射ミラー）４３、Ｘ方向調整ミラー（反射ミラー）４４および角度調整ミラー（反射ミラー）４５と、１／２λ波長板４６と、集光レンズ４７と、光軸確認部４８等が収容されている。

発振器４２は、ウェーハ１のレーザ加工に応じたレーザ光線（例えばパルスレーザ光線等）を発生させるもので、図６に示すように、筐体４１内のＹ２側の端部の底部に固定されている。発振器４２からは、水平なレーザ光線ＬがＹ１方向に照射される。発振器４２から照射されたレーザ光線Ｌは、図５〜図７に示すように、１／２λ波長板４６を透過してからＹ方向調整ミラー４３、Ｘ方向調整ミラー４４、角度調整ミラー４５の順に反射した後、下方に進行し、集光レンズ４７を透過してチャックテーブル３０に保持されたウェーハ１に照射される。

Ｙ方向調整ミラー４３は、この場合偏光ビームスプリッタで構成されており、１／２λ波長板４６を透過したレーザ光線Ｌは、図６に示すようにＹ方向調整ミラー４３を透過する成分（透過光Ｌ１）と反射する成分（反射光Ｌ２）の２つに分離される。Ｙ方向調整ミラー４３を透過したレーザ光線Ｌ１はアブソーバ４９で吸収され進行が停止する。一方、Ｙ方向調整ミラー４３で反射したレーザ光線Ｌ２は９０°の角度で上方のＸ方向調整ミラー４４に向かう。Ｙ方向調整ミラー４３で反射してＸ方向調整ミラー４４に向かうレーザ光線Ｌ１は、ウェーハ１のレーザ加工に用いられる加工用の光束である。

１／２λ波長板４６は回転可能に設置されており、回転させることにより、Ｙ方向調整ミラー４３で反射するレーザ光線と透過するレーザ光線の割合が変化するようになっている。すなわち、１／２λ波長板４６を回転させることにより、Ｙ方向調整ミラー４３で反射する加工用のレーザ光線Ｌ（Ｌ２）の量が調整されて当該レーザ照射機構４０の実質的なレーザ光線の出力が調整されるようになっている。本実施形態ではＹ方向調整ミラー４３がレーザ光線の出力調整機能も有しているため、レーザ光線の出力調整機構を別途具備させる必要がなく、その結果、部品点数の削減ならびに軽量化や、コスト低減といった利点を得ることができる。

Ｙ方向調整ミラー４３によって上方に９０°の角度で反射したレーザ光線Ｌは、Ｘ方向調整ミラー４４に入射して９０°の角度でＸ１方向に反射し、次いで角度調整ミラー４５に入射し、この角度調整ミラー４５によりほぼ９０°の角度で下方に向けて反射される。そして角度調整ミラー４５により下方に向けられたレーザ光線Ｌは、角度調整ミラー４５の下方の上記照射口４１１に着脱可能に配設された集光レンズ４７により集光されてウェーハ１に照射される。上記各調整ミラー４３，４４，４５は、それぞれ筐体４１内の所定位置に固定された移動部４３１，４４１，４５１に、所定の方向に移動可能に設けられている。

Ｙ方向調整ミラー４３は、図５および図６に示すように、筐体４１内のＹ１側の端部の底部に固定されたＹ方向移動部４３１の上面に、Ｙ方向に直線的に移動可能に支持されている。Ｙ方向移動部４３１には、Ｙ方向調整ミラー４３をＹ方向に移動させる操作部材としてＹ方向調整ダイヤル４３２を有している。Ｙ方向調整ダイヤル４３２は、筐体４１の側面からＹ１方向に突出して外部に露出しており、このＹ方向調整ダイヤル４３２をつまんで回転させると、Ｙ方向調整ミラー４３が図５の矢印Ａに示すようにＹ方向に直線的に移動するようになっている。このようにＹ方向調整ミラー４３をＹ方向に移動させることにより、図６に示すように（点線が移動後とする）、Ｙ方向調整ミラー４３でのレーザ光線ＬのＹ方向の入射／反射位置が変化する。その結果として、ウェーハ１の表面に照射されるレーザ光線Ｌの照射位置におけるＹ方向の位置が調整される。

Ｘ方向調整ミラー４４は、図５〜図７に示すように、Ｙ方向調整ミラー４３の上方に位置付けられて筐体４１内の上面に固定されたＸ方向移動部４４１のＸ１側の側面に、上下方向に直線的に移動可能に支持されている。Ｘ方向移動部４４１には、Ｘ方向調整ミラー４４を上下方向に移動させる操作部材としてＸ方向調整ダイヤル４４２が設けられている。Ｘ方向調整ダイヤル４４２は、筐体４１の上面から上方に突出して外部に露出しており、このＸ方向調整ダイヤル４４２をつまんで回転させると、Ｘ方向調整ミラー４４が図５の矢印Ｂに示すように上下方向に直線的に移動するようになっている。このようにＸ方向調整ミラー４４を上下方向に移動させることにより、図８に示すように（点線が移動後とする）、Ｘ方向調整ミラー４４でのレーザ光線Ｌの上下方向の入射／反射位置が変化する。これにより、角度調整ミラー４５でのレーザ光線Ｌの入射／反射位置がＸ方向に変化し、結果としてウェーハ１の表面に照射されるレーザ光線Ｌの照射位置におけるＸ方向の位置が調整される。

角度調整ミラー４５は、図５および図７に示すように、Ｘ方向調整ミラー４４のＸ１側に対向配置されて筐体４１内に固定された回転移動部４５１におけるＸ２側の端面に支持されている。回転移動部４５１は、筐体４１に固定された支持部４５２と、この支持部４５２のＸ２側の端面にＺ方向（鉛直方向）を回転軸として水平方向に回転可能に支持された水平回転部４５３と、この水平回転部４５３のＸ２側の端面にＹ方向を回転軸として上下方向に回転可能に支持された上下回転部４５４とを備えている。

水平回転部４５３は、支持部４５２に設けられたＹ方向角度調整ダイヤル４５５をつまんで回転させることにより、図５の矢印Ｃに示すように水平方向に回転移動するようになっている。このように水平回転部４５３を水平方向に回転移動させることにより、図９に示すように（点線が移動後とする）、角度調整ミラー４５によって下方に反射するレーザ光線ＬのＹ方向への反射角度が調整される。その結果、ウェーハ１の表面に照射されるレーザ光線ＬのＹ方向の照射角度が調整される。

また、上下回転部４５４は、水平回転部４５３に設けられたＸ方向角度調整ダイヤル４５６をつまんで回転させることにより、図５の矢印Ｄに示すように上下方向に回転移動するようになっている。このように上下回転部４５４を上下方向に回転移動させると、図１０に示すように（点線が移動後とする）、角度調整ミラー４５によって下方に反射するレーザ光線ＬのＸ方向への反射角度が調整される。その結果、ウェーハ１の表面に照射されるレーザ光線ＬのＸ方向の照射角度が調整される。

Ｙ方向角度調整ダイヤル４５５は、筐体４１の側面からＹ１方向に突出して外部に露出している。また、Ｘ方向角度調整ダイヤル４５６は、筐体４１の上面から上方に突出して外部に露出している。これら角度調整ミラー４５５，４５６を適宜に回転操作することにより、角度調整ミラー４５によって下方に反射するレーザ光線ＬのＸ・Ｙ方向の照射角度が調整され、結果として上記のようにウェーハ１に対するレーザ光線のＸ・Ｙ方向の照射角度が調整される。

図４に示すように、上記Ｙ方向調整ダイヤル４３２、Ｘ方向調整ダイヤル４４２、Ｙ方向角度調整ダイヤル４５５、Ｘ方向角度調整ダイヤル４５６は、装置カバー１３をセットした状態において露出し、回転操作が可能となっている。本実施形態では、Ｙ方向調整ミラー４３と該ミラー４３をＹ方向に移動させるＹ方向移動部４３１、Ｘ方向調整ミラー４４と該ミラー４４をＸ方向に移動させるＸ方向移動部４４１、および角度調整ミラー４５と該ミラー４５の角度をＹ方向・Ｘ方向に変化させる回転移動部４５１により、本発明の光軸調整手段が構成されている。

図７に示すように、筐体４１内の角度調整ミラー４５と集光レンズ４７との間に、上記光軸確認部４８が配設されている。光軸確認部４８は、直方体状のケーシング４８１と、ケーシング４８１内に収容された蛍光板４８２と、蛍光板４８２の表面側を撮像する撮像部４８３とを備えている。ケーシング４８１には、角度調整ミラー４５によって下方に反射したレーザ光線Ｌが透過する透過孔４８１ａ，４８１ｂが上下に形成されており、蛍光板４８２は、下側の透過孔４８１ｂを塞ぐ状態にケーシング４８１に固定されている。撮像部４８３は、蛍光板４８２の表面を撮像し得る位置に配され、ケーシング４８１に固定されている。

角度調整ミラー４５によって下方に反射したレーザ光線Ｌは、ケーシング４８１の上側の透過孔４８１ａ、蛍光板４８２、下側の透過孔４８１ｂを透過して集光レンズ４７に至り、集光レンズ４７によってウェーハ１に集光される。蛍光板４８２はレーザ光線Ｌが照射されると撮像部４８３が認識し得る波長の光を発光する特性を有しており、したがってレーザ光線Ｌが透過する照射光の位置がスポット状に発光する。また、ウェーハ１に集光して照射されたレーザ光線Ｌはウェーハ１の表面で反射し、その反射光が蛍光板４８２を照射してその照射位置が発光する。

図１０の破線で示すように、ウェーハ１の表面に対するレーザ光線Ｌの照射角度が垂直である場合には、ウェーハ１からの反射光は照射光と一致するため、図１１のＬａ点のように蛍光板４８２での発光点は１箇所になる。一方、図１０の一点鎖線で示すように、ウェーハ１の表面に対するレーザ光線Ｌの照射角度が垂直でない場合には、ウェーハ１からの反射光は照射光と一致せず、図１１のＬｂ点、Ｌｃ点のように蛍光板４８２での発光点は２箇所になる（Ｌｂ点が照射光、Ｌｃ点が反射光）。このような蛍光板４８２での発光状態は撮像部４８３で撮像され、撮像は図示せぬモニタによって確認される。

光軸確認部４８はケーシング４８１ごと１つのユニットとして取り扱われ、図７に示すように筐体４１内に設けられた固定部４８４にケーシング４８１が着脱自在にセットされる。したがって、蛍光板４８２は所定位置にケーシング４８１ごと着脱自在に固定される。光軸確認部４８は、筐体４１の側面開口４１２から出し入れされて固定部４８４に対し着脱される。側面開口４１２は、着脱自在なカバー４１３で覆われる。

（３）レーザ照射機構の作用
次に、上記レーザ照射機構４０の作用を説明する。このレーザ照射機構４０によれば、次のような光軸調整を行うことができる。

（３−１）ウェーハに対するレーザ光線の照射角度を垂直にする調整
ウェーハ１の表面に対するレーザ光線Ｌの照射角度は、目的箇所を高精度で加工するために垂直である必要がある。本装置１０では、ウェーハ１の表面に対する照射角度は光軸確認部４８によって確認され、照射角度の調整は、Ｙ方向角度調整ダイヤル４５５およびＸ方向角度調整ダイヤル４５６により角度調整ミラー４５の反射角度を調整することで行うことができる。

照射角度の調整作業は、まず、照射口４１１から集光レンズ４７を外した状態とする。そして装置カバー１３をセットし、レーザ光線Ｌが外部に漏れないようにする。次いで、発振器４２を作動させてレーザ光線Ｌをチャックテーブル３０に保持したウェーハ１に照射する。そして、撮像部４８３で蛍光板４８２を撮像し、その撮像をモニタで確認する。

蛍光板４８２は、図１１に示したようにレーザ光線Ｌの照射光とウェーハ１からの反射光が透過することにより発光する。その発光点が、図１１のＬａ点で示したように１箇所であれば反射光は照射光と一致しており、したがってウェーハ１の表面に対するレーザ光線Ｌの照射角度は垂直であると判断される。

ところが、図１１のＬｂ点(照射光)およびＬｃ点(反射光)で示したように、蛍光板４８２での発光点が２箇所である場合には、反射光が照射光と同じ位置を通っておらずウェーハ１の表面への照射角度は垂直ではないと判断され、垂直にする調整作業を行う必要がある。それには、モニタを確認しながら、Ｙ方向角度調整ダイヤル４５５およびＸ方向角度調整ダイヤル４５６を操作して、蛍光板４８２の発光点が互いに近付き、やがて１箇所になるように角度調整ミラー４５の角度を適宜に調整する。

本実施形態によれば、筐体４１および装置カバー１３でレーザ光線Ｌを完全に覆った状態で、ウェーハ１に対するレーザ光線Ｌの照射角度を垂直にする光軸調整を行うことができる。これはすなわち筐体４１から各ダイヤル４５５，４５６が露出しており操作が可能であるためである。このため、装置を遮光パーテションで覆ってレーザ光線が外部に漏れることを防いだ状態として遮光パーテションの中で作業員がレーザ光線遮断用の保護ゴーグルを目に装着するといった、従来行われていた煩雑な手間が省かれる。そして、照射角度の調整を容易、かつ短時間で、しかも作業員の安全が十分に確保された状態で行うことができる。

また、本実施形態では、光軸確認部４８がケーシング４８１ごと１つのユニットとして構成されているため、蛍光板４８２と撮像部４８３との相対位置等は、組み立ての際に撮像可能な状態に適切に設定して固定しておけば、その後に調整する必要がなく、使い勝手がよいという利点がある。

なお、光軸確認部４８はウェーハ１に対するレーザ光線Ｌの照射角度の確認および調整を行う時にのみ、固定部４８４にセットされ、通常のレーザ加工時にはレーザ光線Ｌの光路から外される。また、光軸確認部４８は、作業員の手によって固定部４８４にセットするような構成でもよく、また、搬送装置によってレーザ光線Ｌの光路から外れた退避位置と固定部４８４へのセット位置との間を搬送する構成を採ってもよい。

また、筐体４１内に収容される光軸確認部４８は、上記一実施形態では角度調整ミラー４５と集光レンズ４７との間に配置されているが、レーザ光線Ｌの光路の途中であればいかなる箇所に配置されていてもよい。ウェーハ１に対するレーザ光線Ｌの照射角度が垂直でない場合には、ウェーハ１から遠いほど照射光と反射光の振れ幅が大きくなるので、僅かな傾きも検出することができるようになり、ウェーハ１への照射角度の垂直度合いの精度をより高くすることができる。この観点から、光軸確認部４８は、レーザ光線Ｌの光路中においてウェーハ１からなるべく遠い箇所に配置されることが好ましい。

また、光軸確認部４８は１つに限定されず、例えば２つの光軸確認部４８を、レーザ光線Ｌの光路中において１つは上記一実施形態のように角度調整ミラー４５と集光レンズ４７との間であってウェーハ１に近い場所に配置し、他の１つをウェーハ１から比較的離れた遠い場所（例えば発振器４２と１／２λ波長板４６との間）に配置する形態としてもよい。このように光軸確認部４８をレーザ光線Ｌの光路の離間した２箇所に配置した場合には、はじめにウェーハ１に近い側の光軸確認部４８で比較的大まかな一次調整を行い、次にウェーハ１から遠い側の光軸確認部４８で精密な二次調整を行うといった調整方法を採ることにより、的確に、かつ高精度でウェーハ１へのレーザ光線Ｌの照射角度を垂直にする作業を行うことができる。なお、ウェーハ１へのレーザ光線Ｌの照射角度が大幅に傾いていてウェーハ１から遠い側の二次調整用の光軸確認部４８を反射光が通らない場合がある。このような状況にあっては、上記一次調整を行うことで二次調整用の光軸確認部４８に反射光を通すことができる。つまり、一次調整用の光軸確認部４８は二次調整用の光軸確認部４８に反射光を確実に導くという役割も有しているのである。

（３−２）集光レンズの中心にレーザ光線の光軸を通す調整
目的箇所を高精度で加工するためには、発振器４２から発せられたレーザ光線Ｌの光軸が集光レンズ４７の中心を通ることも必要である。本装置１０では、Ｙ方向調整ダイヤル４３２を操作してＹ方向調整ミラー４３をＹ方向に移動させることにより、集光レンズ４７に入射するレーザ光線Ｌの光軸がＹ方向に移動して調整される。また、Ｘ方向調整ダイヤル４４２を操作してＸ方向調整ミラー４４をＸ方向に移動させることにより、集光レンズ４７に入射するレーザ光線Ｌの光軸がＸ方向に移動して調整される。したがって、この２つのダイヤル４３２，４４２を適宜に操作することにより、レーザ光線Ｌの光軸が集光レンズ４７の中心を通るようにすることができる。

このようにして集光レンズ４７の中心にレーザ光線Ｌの光軸を通す調整作業は、上記照射角度調整を行った後に行うことが好ましく、調整は集光レンズ４７を照射口４１１に装着して行う。なお、集光レンズ４７の中心にレーザ光線Ｌの光軸が通っているか否かを確認する手法は任意であるが、例えば、試験的にウェーハ１にレーザ光線Ｌを照射し、ウェーハ１への加工痕の位置を顕微鏡で確認するといった方法が採られる。そして加工痕の位置に基づいて、レーザ光線Ｌの光軸をＸ・Ｙ方向に調整する。

本実施形態では、集光レンズ４７ではなくレーザ光線Ｌの光軸の方を動かすことにより、集光レンズ４７の中心をレーザ光線Ｌの光軸が通るように調整することができるため、集光レンズ４７を動かす必要がない。本実施形態とは逆に、集光レンズ４７の方を動かしてレーザ光線Ｌの光軸を集光レンズ４７の中心に通るように調整した場合には、レーザ光線Ｌの照射位置が大きく変わるおそれがある。このため、例えば装置に記憶させたレーザ光線Ｌの照射位置情報を設定し直す必要が生じ、煩雑なことになるといった不具合を招く。ところが本実施形態のように集光レンズ４７は動かさずにレーザ光線Ｌの光軸を動かすといった形態によれば、光軸のずれは比較的小さくて済み、位置情報を設定し直す手間が省ける場合もあり得る。

（４）レーザ照射機構の他の実施形態
図１２は、上記レーザ照射機構４０の他の実施形態を示している。この形態では、上記一実施形態でのＸ方向調整ミラー４４と角度調整ミラー４５を１つのミラー（ここでは角度調整ミラー４５と称することにする）で構成している。換言すると、角度調整ミラー４５がＸ方向調整ミラー４４を兼用している。このため、Ｘ方向調整ミラー４４が省略される。

図１２に示すように、発振器４２から発せられたレーザ光線ＬはＹ方向調整ミラー４３に入射するが、この形態ではＹ方向調整ミラ４３ーに入射したレーザ光線ＬはＸ１方向に反射し、角度調整ミラー４５に直接入射する。そして、角度調整ミラー４５に入射したレーザ光線Ｌは下方に反射されてウェーハ１に照射される。

角度調整ミラー４５を回転移動可能に支持する上記回転移動部４５１は、筐体４１に固定されたＸ方向移動部４５７のＸ２側の側面に、上下方向（Ｚ方向）に直線的に移動可能に支持されている。そして回転移動部４５１は、Ｘ方向移動部４５７に設けられたＸ方向調整ダイヤル４５８をつまんで回転させることにより、矢印Ｅに示すように上下方向に移動するようになっている。

Ｘ方向調整ダイヤル４５８は、図示はしないが筐体４１の上面から上方に突出して外部に露出しており、筐体４１の外部から操作可能とされている。Ｘ方向調整ダイヤル４５８によって回転移動部４５１を上下方向に移動させることにより、角度調整ミラー４５が回転移動部４５１と一体に上下方向に移動する。これにより、角度調整ミラー４５によるレーザ光線ＬのＸ方向の反射位置が調整され、結果としてウェーハ１へのレーザ光線ＬのＸ方向の照射位置が調整される。

この実施形態では、先の一実施形態におけるＸ方向調整ミラー４４が省略されてミラーの数が削減され、構成の簡素化、コスト低減などが図られるといった利点がある。

１…半導体ウェーハ（ワーク）
１０…レーザ加工装置
１３…装置カバー
２０…ＸＹ移動テーブル
３０…チャックテーブル（保持機構）
４０…レーザ照射機構
４１…筐体
４２…発振器
４３…Ｙ方向調整ミラー（反射ミラー）
４４…Ｘ方向調整ミラー（反射ミラー）
４５…角度調整ミラー（反射ミラー）
４７…集光レンズ
４８…光軸確認部
４８２…蛍光板
４８３…撮像部
４８４…固定部
Ｌ…レーザ光線

Claims (1)

1. ワークを保持する保持機構と、該保持機構に保持されたワークにレーザ光線を照射してレーザ加工を施すレーザ照射機構と、を有するレーザ加工装置であって、
   前記レーザ照射機構は、
   レーザ光線を発する発振器と、該発振器から発せられたレーザ光線を所望の方向に反射させる反射ミラーと、該反射ミラーによって反射したレーザ光線を前記保持機構に保持されたワークへ向けて集光する集光レンズと、前記発振器と前記ワークへのレーザ光線の照射箇所との間における該レーザ光線の光軸上に配設され、前記集光レンズによって集光されたレーザ光線が前記ワークの表面に対して垂直に入射していることを確認するための光軸確認部と、少なくとも前記反射ミラー、前記集光レンズおよび前記光軸確認部を囲む筐体と、を備え、
   前記光軸確認部は、
   レーザ光線が照射されることにより発光する蛍光板と、前記反射ミラーで反射したレーザ光線および前記保持機構に保持されたワークで反射したレーザ光線の各光軸が通る位置に前記蛍光板が着脱自在に固定される固定部と、該固定部に固定された前記蛍光板からの発光を撮像して、前記反射ミラーで反射したレーザ光線による発光点と前記ワークで反射したレーザ光線による発光点とが一致するか否かを確認可能とする撮像部と、
   を備えることを特徴とするレーザ加工装置。

Images