JP6022223B2

JP6022223B2 - レーザー加工装置

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Publication number: JP6022223B2
Application number: JP2012135039A
Authority: JP
Inventors: 圭司能丸
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2016-11-09
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Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物の表面に形成されたストリートに沿ってレーザー光線を照射してレーザー加工溝を形成するのに適す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、シリコン等の半導体基板の表面に絶縁膜と機能膜が積層された積層体によって複数のＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスをマトリックス状に形成した半導体ウエーハが形成される。このように形成された半導体ウエーハは上記デバイスがストリートと呼ばれる分割予定ラインによって区画されており、このストリートに沿って分割することにより個々のデバイスを製造している。

このような半導体ウエーハのストリートに沿った分割は、通常、ダイサーと呼ばれている切削装置によって行われている。この切削装置は、被加工物である半導体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半導体ウエーハを切削するための切削手段と、チャックテーブルと切削手段とを相対的に移動せしめる移動手段とを具備している。切削手段は、高速回転せしめられる回転スピンドルと該スピンドルに装着された切削ブレードを含んでいる。切削ブレードは円盤状の基台と該基台の側面外周部に装着された環状の切れ刃からなっており、切れ刃は例えば粒径３μｍ程度のダイヤモンド砥粒を電鋳によって固定して形成され、厚みが例えば２０〜３０μmに形成されている。

近時においては、ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスの処理能力を向上するために、シリコン等の半導体基板の表面にＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜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半導体チップ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。

また、半導体ウエーハのストリートにテストエレメントグループ（TEG）と云われる金属パターンを部分的に配設し、半導体ウエーハを分割する前に金属パターンを通して回路の機能をテストするように構成した半導体ウエーハも実用化されている。

上述したＬｏｗ−ｋ膜やテストエレメントグループ（TEG）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、この剥離がデバイス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。また、テストエレメントグループ（TEG）は金属によって形成されているため、切削ブレードによって切削するとバリが発生する。

上記問題を解消するために、半導体ウエーハの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ストリートを形成するＬｏｗ−ｋ膜やストリートに配設されたテストエレメントグループ（TEG）を除去し、その除去した領域に切削ブレードを位置付けて切削する加工方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）

しかるに、上記特許文献１に開示された加工方法のようにウエーハの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Ｌｏｗ−ｋ膜やテストエレメントグループ（TEG）を除去する場合は、切削ブレードの厚みより広い幅のレーザー加工溝を形成する必要がある。このため、レーザー光線の集光スポット径が１０μm程度の場合、ストリートに沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射工程を幅方向に複数回実施しなければならず生産性が悪いという問題がある。

このような問題を解消するために、レーザー光線を複数分岐して複数の集光スポット（集光点）を形成し、広い幅のレーザー加工溝を同時に形成することによりＬｏｗ−ｋ膜やテストエレメントグループ（TEG）を効率よく除去することができるレーザー加工装置が下記特許文献２に記載されている。（例えば、特許文献２参照。）

特開２００５−１４２３９８号公報特開２０１１−１５６５５１号公報

而して、特許文献２に記載された技術は、複数に分岐されたレーザー光線の複数の集光スポット（集光点）の間隔を調整することが困難であり、ストリートに対応した幅に複数の集光スポット（集光点）を位置付けることができないという問題がある。

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、複数に分岐されたレーザー光線の複数の集光スポット（集光点）の間隔を容易に調整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に相対移動する加工送り手段と、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、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から発振されたレーザー光線を集光して該チャックテーブルに保持された被加工物に照射する集光器と、該レーザー光線発振手段と該集光器との間に配設され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複数のレーザー光線に分岐するレーザー光線分岐機構と、を具備し、
該レーザー光線分岐機構は、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線の広がり角を調整する広がり角調整手段と、該広がり角調整手段を通過したレーザー光線を複数のレーザー光線に分岐する分岐ユニットとを具備しており、
該広がり角調整手段は、該広がり角調整手段から出力されるレーザー光線の広がり角を収束角から拡散角の範囲で調整可能に構成されており、
該分岐ユニットは、１／２波長板と、該１／２波長板を通過したレーザー光線をＰ偏光とＳ偏光に分離する第１のビームスプリッターと、該第１のビームスプリッターで分離されたＰ偏光を反射する第１のミラーと、該第１のビームスプリッターで分離されたＳ偏光を反射する第２のミラーと、該第１のミラーと該第２のミラーで反射されたＰ偏光とＳ偏光を同一方向の光路に導く第２のビームスプリッターとを備え、該第１のミラーと該第２のミラーは該第２のビームスプリッターによって同一方向の光路に導かれるＰ偏光とＳ偏光が僅かな間隔を持って導かれるように配設されており、さらに、該分岐ユニットが複数個配設され、上流側の該分岐ユニットを通過したＰ偏光とＳ偏光は次の該分岐ユニットの該１／２波長板によって偏光面が４５度傾けられＰ偏光はさらにＰ偏光とＳ偏光に、Ｓ偏光は更にＰ偏光とＳ偏光に分岐されて該集光器に導かれるものであり、
該広がり角調整手段によってレーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線の広がり角を収束角から拡散角の範囲で調整することにより、該分岐ユニットを介して該集光器によって集光されるＰ偏光とＳ偏光とからなる複数のレーザー光線の集光点の間隔が調整される、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

本発明によるレーザー加工装置においては、レーザー光線発振手段と集光器との間に配設されレーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を複数のレーザー光線に分岐するレーザー光線分岐機構は、レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線の広がり角を調整する広がり角調整手段と、広がり角調整手段を通過したレーザー光線を複数のレーザー光線に分岐する分岐ユニットとを具備しており、該広がり角調整手段は、該広がり角調整手段から出力されるレーザー光線の広がり角を収束角から拡散角の範囲で調整可能に構成されており、分岐ユニットは、１／２波長板と、１／２波長板を通過したレーザー光線をＰ偏光とＳ偏光に分離する第１のビームスプリッターと、第１のビームスプリッターで分離されたＰ偏光を反射する第１のミラーと、第２のビームスプリッターで分離されたＳ偏光を反射する第２のミラーと、第１のミラーと第２のミラーで反射されたＰ偏光とＳ偏光を同一方向の光路に導く第２のビームスプリッターとを備え、第１のミラーと第２のミラーは第２のビームスプリッターによって同一方向の光路に導かれるＰ偏光とＳ偏光が僅かな間隔を持って導かれるように配設されており、さらに、該分岐ユニットが複数個配設され、上流側の該分岐ユニットを通過したＰ偏光とＳ偏光は次の該分岐ユニットの該１／２波長板によって偏光面が４５度傾けられＰ偏光はさらにＰ偏光とＳ偏光に、Ｓ偏光は更にＰ偏光とＳ偏光に分岐されて該集光器に導かれるものであり、広がり角調整手段によってレーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線の広がり角を収束角から拡散角の範囲で調整することにより、分岐ユニットを介して集光器によって集光されるＰ偏光とＳ偏光とからなる複数のレーザー光線の集光点の間隔が調整されるので、複数に分岐されたレーザー光線の複数の集光スポット（集光点）の間隔を容易に調整することができる。

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を示すブロック図構成図。図２に示すレーザー光線照射手段を構成する広がり角調整手段によるレーザー光線の広がり角について示す説明図。図２に示すレーザー光線照射手段を構成する分岐ユニットを示す説明図。図２に示すレーザー光線照射手段によって照射される複数のレーザー光線の説明図。図１に示すレーザー加工装置に装備される制御手段のブロック構成図。被加工物としての半導体ウエーハの斜視図および一部断面拡大図。図７に示す半導体ウエーハを環状のフレームに保護テープの表面に貼着する状態を示す説明図。図１に示すレーザー加工装置によって図７に示す半導体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９に示すレーザー光線照射工程を実施すことによって半導体ウエーハに形成されたレーザー加工溝の拡大断面図。

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（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で示す焦点位置調整方向（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軸方向である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、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軸方向である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Y軸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軸方向である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、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集光点位置調整手段５４を具備している。集光点位置調整手段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に沿って焦点位置調整方向（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。

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、該パルスレーザー光線発振手段６から発振されたレーザー光線を集光して上記チャックテーブル３６に保持された被加工物Wに照射する集光器７と、該パルスレーザー光線発振手段６と該集光器７との間に配設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を複数のレーザー光線に分岐するレーザー光線分岐機構８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、パルスレーザー光線発振器６１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。これらパルスレーザー光線発振手段６のパルスレーザー光線発振器６１および繰り返し周波数設定手段６２は、後述する制御手段によって制御される。

上記集光器７は集光対物レンズ７１を備えており、図示の実施形態においては図１に示すようにケーシング５２１の先端に配設されている。

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光線分岐機構８は、上記パルスレーザー光線発振手段６から発振されたレーザー光線の広がり角を調整する広がり角調整手段８０と、該広がり角調整手段８０を通過したレーザー光線を複数のレーザー光線に分岐する分岐ユニット９０とを具備している。

広がり角調整手段８０は、第１の集光レンズ８１および第２の集光レンズ８２と、該第１の集光レンズ８１および第２の集光レンズ８２をそれぞれ支持する第１の支持部材８３および第２の支持部材８４と、第１の支持部材８３を固定する支持基台８５と、該支持基台８５上に配設され第２の支持部材８４を第１の支持部材８３に対して近接および離反する方向（図２において左右方向）に移動可能に案内する案内レール８６と、第２の支持部材８４に連結され支持基台８５に設けられた図示しない案内溝を通して配設された移動ブロック８７と、支持基台８５における案内レール８６と反対側に案内レール８６に沿って配設され移動ブロック８７に設けられた雌ネジ穴と螺合する雄ネジロッド８８と、該雄ネジロッド８８の一端に連結されたパルスモータ８９と、雄ネジロッド８8の他端を回転可能に支持する軸受けブロック８８０とからなっている。このように構成された広がり角調整手段８０は、パルスモータ８９を一方向に回動することにより、第２の支持部材８４を図２において右方に移動し、パルスモータ８９を他方向に回動することにより、第２の支持部材８４を図２において左方に移動する。従って、パルスモータ８９を一方向または他方向に回動することにより、第２の支持部材８４に支持された第２の集光レンズ８２を、第１の支持部材８３に支持された第１の集光レンズ８１に対して接近または離反せしめられる。

ここで、広がり角調整手段８０によって調整されるパルスレーザー光線発振手段６から発振されたレーザー光線の広がり角について図３を参照して説明する。
図３の(ａ)に示すように第１の集光レンズ８１の焦点位置（f1）と第２の集光レンズ８２の焦点位置（f2）を一致した位置に位置付けると、パルスレーザー光線発振手段６から発振されたレーザー光線は第１の集光レンズ８１および第２の集光レンズ８２を通過することにより平行光となり、広がり角は生じない。
次に、図３の(ｂ)に示すように第１の集光レンズ８１の焦点位置（f1）と第２の集光レンズ８２の焦点位置（f2）を互いの焦点位置の内側に位置付けると、パルスレーザー光線発振手段６から発振されたレーザー光線は第１の集光レンズ８１および第２の集光レンズ８２を通過することにより拡散角の広がり角を持って照射される。
一方、図３の(ｃ)に示すように第１の集光レンズ８１の焦点位置（f1）と第２の集光レンズ８２の焦点位置（f2）を互いの焦点位置の外側に位置付けると、パルスレーザー光線発振手段６から発振されたレーザー光線は第１の集光レンズ８１および第２の集光レンズ８２を通過することにより収束角の広がり角を持って照射される。
従って、第１の集光レンズ８１の焦点位置（f1）と第２の集光レンズ８２の間隔を調整することにより、パルスレーザー光線発振手段６から発振されたレーザー光線の広がり角（拡散角、収束角）を調整することができる。

次に、広がり角調整手段８０を通過したレーザー光線を複数のレーザー光線に分岐する分岐ユニット９０について説明する。
図示の実施形態におけるレーザー光線分岐機構８は、分岐ユニット９０を分岐ユニット９０a、分岐ユニット９０b、分岐ユニット９０cとして３個備えている。分岐ユニット９０a、分岐ユニット９０b、分岐ユニット９０cは、それぞれ１／２波長板９１と、第１のビームスプリッター９２と、第１のミラー９３と、第２のミラー９４と、第２のビームスプリッター９５とからなっている。このように構成される分岐ユニット９０a、分岐ユニット９０b、分岐ユニット９０cの作用について、図４を参照して説明する。１／２波長板９１に入光するレーザー光線は、１／２波長板９１によって偏光面が４５度傾けられる。偏光面が４５度傾けられレーザー光線は、第１のビームスプリッター９２によってP偏光とS偏光に分離される。第１のビームスプリッター９２で分光されたP偏光は、第１のミラー９３によって反射して第２のビームスプリッター９５に導かれる。また、第１のビームスプリッター９２で分岐されたS偏光も、第２のミラー９４によって反射して第２のビームスプリッター９５に導かれる。このようにして第２のビームスプリッター９５に導かれたP偏光とS偏光は、第２のビームスプリッター９５によって同一方向の光路に導かれる。このとき、第２のビームスプリッター９５によって同一方向の光路に導かれるP偏光とS偏光が僅かな間隔を持って導かれるように上記第１のミラー９３と第２のミラー９４が配設されている。即ち、第１のミラー９３と第２のミラー９４は、反射したP偏光とS偏光が第２のビームスプリッター９５の同一位置に入光しないように位置付けられる。

分岐ユニット９０を構成する分岐ユニット９０a、分岐ユニット９０b、分岐ユニット９０cは以上のように構成されており、広がり角調整手段８０を通過したレーザー光線は、分岐ユニット９０aによってP偏光とS偏光に分岐され、分岐ユニット９０bによってP偏光が更にP偏光とS偏光に分岐されるとともにS偏光が更にP偏光とS偏光に分岐される。そして、更に分岐ユニット９０cによって分岐された各P偏光が更にP偏光とS偏光に分岐されるとともに各S偏光が更にP偏光とS偏光に分岐される。このように、広がり角調整手段８０を通過したレーザー光線は、分岐ユニット９０aによってP偏光とS偏光に分岐され、分岐ユニット９０bによって２本のP偏光と２本のS偏光に分岐され、分岐ユニット９０cによって４本のP偏光と４本のS偏光に分岐される。このようにして、８本に分岐されたレーザー光線は、集光器７に達し、集光対物レンズ７１によって集光される。このとき、分岐ユニット９０に入光するレーザー光線は、上記広がり角調整手段８０によって調整された広がり角を持っているので、８本に分岐されたレーザー光線は図５に示すように集光対物レンズ７１によって集光点P1〜P8に集光される。図示の実施形態においては、集光対物レンズ７１によって集光されるレーザー光線の集光点P1〜P8はY軸方向に沿って位置付けられるように構成されている。なお、集光対物レンズ７１によって集光されるレーザー光線の集光点P1〜P8の間隔は、上記広がり角調整手段８０によってレーザー光線の広がり角を変更することにより調整することができる。

図２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、集光対物レンズ７１によって集光されるレーザー光線の集光点P1〜P8の間隔を確認するための集光スポット間隔モニターユニット１１を具備している。集光スポット間隔モニターユニット１１は、分岐ユニット９０cと集光器７との間の光路に配設されるハーフミラー１１１と、該ハーフミラー１１１に反射されたレーザー光線の波長に対応する波長の光を通過させるバンドパスフィルター１１２と、該バンドパスフィルター１１２を通過したレーザー光線を結像する結像レンズ１１３と、該結像レンズ１１３によって結像されたレーザー光線の集光点(集光スポット)を撮像するCCDカメラ１１４とからなっている。このように構成された集光スポット間隔モニターユニット１１は、分岐ユニット９０cによって４本のP偏光と４本のS偏光からなる８本に分岐されたレーザー光線をハーフミラー１１１、バンドパスフィルター１１２を介して結像レンズ１１３に導く。結像レンズ１１３に導かれた８本に分岐されたレーザー光線は、上記集光対物レンズ７１と同様に結像レンズ１１３によって集光点P1〜P8が結像され、この結像された集光点P1〜P8がCCDカメラ１１４によって撮像される。このようにしてCCDカメラ１１４によって撮像された集光点P1〜P8は、後述する制御手段に送られ後述する表示手段に表示される。なお、上記ハーフミラー１１１は、光路に位置付けられる作用位置と、光路から外れた退避位置とに位置付けられるように構成することが望ましい。

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１２が配設されている。この撮像手段１２は、被加工物を照明する照明手段と、該照明手段によって照明された領域を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた像を撮像する撮像素子（ＣＣＤ）等を備え、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加工装置は、図６に示す制御手段１０を具備している。制御手段１０は、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）１０１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１０２と、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）１０３と、入力インターフェース１０４および出力インターフェース１０５とを備えている。このように構成された制御手段１０の入力インターフェース１０４には、上記集光スポット間隔モニターユニット１１のCCDカメラ１１４、撮像手段１２等からの検出信号が入力される。また、出力インターフェース１０５からは、上記加工送り手段３７のパルスモータ３７２、第１の割り出し送り手段３８のパルスモータ３８２、第２の割り出し送り手段４３のパルスモータ４３２、集光点位置調整手段５４のパルスモータ５４２、レーザー光線照射手段５２のパルスレーザー光線発振手段６、広がり角調整手段８０のパルスモータ８９、表示手段１５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７の（a）および(ｂ)には、被加工物としての半導体ウエーハの斜視図および要部拡大断面図が示されている。図７の（ａ）および(ｂ)に示す半導体ウエーハ２０は、シリコン等の半導体基板２１の表面に絶縁膜と回路を形成する機能膜が積層された機能層２２によって複数のＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス２３がマトリックス状に形成されている。そして、各デバイス２３は、格子状に形成されたストリート２４によって区画されている。なお、図示の実施形態においては、機能層２２を形成する絶縁膜は、ＳｉＯ２膜または、ＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）からなっている。このように構成された半導体ウエーハ２０のストリート２４に沿って機能層２２にレーザー加工溝を形成する方法について説明する。

上述した半導体ウエーハ２０をストリート２４に沿って分割するには、半導体ウエーハ２０を図８の(ａ)および(ｂ)に示すように環状のフレームFに装着された保護テープTの表面に貼着する。このとき、半導体ウエーハ２０は、表面２０ａを上にして裏面側を保護テープTに貼着する。

次に、半導体ウエーハ２０のストリート２４に沿ってレーザー光線を照射し、ストリート上の積層体２２を除去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上に保護テープTを介して環状のフレームFに支持された半導体ウエーハ２０を載置し、該チャックテーブル３６上に保護テープTを介して半導体ウエーハ２０を吸着保持する。従って、半導体ウエーハ２０は、表面２０aを上側にして保持される。なお、半導体ウエーハ２０を保護テープTを介して支持している環状のフレームF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２０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１２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１２の直下に位置付けられると、撮像手段１２および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ２０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１２および図示しない制御手段は、半導体ウエーハ２０の所定方向に形成されているストリート２４と、ストリート２４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７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、半導体ウエーハ２０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ストリート２４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。

以上のようにしてチャックテーブル３６上に保持された半導体ウエーハ２０に形成されているストリート２４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９(ａ)で示すようにチャックテーブル３６をレーザー光線を照射する集光器７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２４を集光器７の直下に位置付ける。このとき、図９の（ａ）で示すように半導体ウエーハ２０は、ストリート２４の一端(図９の(ａ)において左端)が集光器７の直下に位置するように位置付けられる。この状態においては、図９の（ｂ）で示すように集光器７から照射される上記８本のレーザー光線の集光点P1〜P8における各集光スポットS1〜S8がストリート2４の幅方向に位置付けられる。そして、8本のレーザー光線の各集光スポットS1〜S8がストリート２４の表面に位置するように、集光点位置調整手段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、レーザー光線照射手段５２を作動して集光器７からウエーハに対して吸収性を有する波長の上記８本のレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６を図９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（レーザー光線照射工程）。そして、図９の（ｃ）で示すようにストリート２４の他端（図９の（ｃ）において右端）が集光器７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の移動を停止する。

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：１０Ｗ
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
パルス幅：１ｎｓ
集光スポット径：５μm
加工送り速度：１００ｍｍ／秒

上述した加工条件において集光スポット径が５μmの集光スポットS1〜S8を図９の（ｂ）で示すように互いに接触した状態に設定することにより、半導体ウエーハ２０のストリート２４には、図１０に示すように上記８本のレーザー光線によって幅(E)が例えば４０μmで積層体２２より深いレーザー加工溝２１０が同時に形成される。なお、集光スポットS 1〜S 8の間隔は、上記広がり角調整手段８０によってレーザー光線の広がり角を変更することにより容易に調整することができる。
このようにして、上述したレーザー光線照射工程を半導体ウエーハ２０に形成された全てのストリート２４に実施する。このようにして、ストリート２４に沿ってレーザー加工溝２１０が形成された半導体ウエーハ２０は、分割工程が実施される切削装置に搬送される。

以上、本発明によるレーザー加工装置を用いて被加工物に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射してアブレーション加工を施しレーザー加工溝を形成する例を示したが、本発明によるレーザー加工装置は被加工物に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を被加工物の内部に位置付けて照射し、被加工物の内部に改質層を形成する加工にも適用することができる。
また、上述した実施形態においてはレーザー光線の集光点P1〜P8を加工送り方向（X軸方向）と直交するY軸方向に沿って位置付ける例を示したが、加工条件によってはレーザー光線の集光点P1〜P8を加工送り方向（X軸方向）に沿って位置付けて加工することもできる。
なお、レーザー光線の複数の集光点の始点と終点の最大幅が１５０μm程度であれば集光器の集光対物レンズは一般的な凸レンズで構成してもよいが、最大幅が１mm以上の場合にはfθレンズや像側テレセントリックレンズで構成することが望ましい。

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
５４：集光点位置調整手段
６：パルスレーザー光線発振手段
７：集光器
７１：集光対物レンズ
８：レーザー光線分岐機構
８０：広がり角調整手段
８１：第１の集光レンズ
８２：第２の集光レンズ
９０：分岐ユニット
９１：１／２波長板
９２：第１のビームスプリッター
９３：第１のミラー
９４：第２のミラー
９５：第２のビームスプリッター
１０：制御手段
１１：集光スポット間隔モニターユニット
１２：撮像手段
２０：半導体ウエーハ

Claims

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に相対移動する加工送り手段と、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、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から発振されたレーザー光線を集光して該チャックテーブルに保持された被加工物に照射する集光器と、該レーザー光線発振手段と該集光器との間に配設され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複数のレーザー光線に分岐するレーザー光線分岐機構と、を具備し、
該レーザー光線分岐機構は、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線の広がり角を調整する広がり角調整手段と、該広がり角調整手段を通過したレーザー光線を複数のレーザー光線に分岐する分岐ユニットとを具備しており、
該広がり角調整手段は、該広がり角調整手段から出力されるレーザー光線の広がり角を収束角から拡散角の範囲で調整可能に構成されており、
該分岐ユニットは、１／２波長板と、該１／２波長板を通過したレーザー光線をＰ偏光とＳ偏光に分離する第１のビームスプリッターと、該第１のビームスプリッターで分離されたＰ偏光を反射する第１のミラーと、該第１のビームスプリッターで分離されたＳ偏光を反射する第２のミラーと、該第１のミラーと該第２のミラーで反射されたＰ偏光とＳ偏光を同一方向の光路に導く第２のビームスプリッターとを備え、該第１のミラーと該第２のミラーは該第２のビームスプリッターによって同一方向の光路に導かれるＰ偏光とＳ偏光が僅かな間隔を持って導かれるように配設されており、さらに、該分岐ユニットが複数個配設され、上流側の該分岐ユニットを通過したＰ偏光とＳ偏光は次の該分岐ユニットの該１／２波長板によって偏光面が４５度傾けられＰ偏光はさらにＰ偏光とＳ偏光に、Ｓ偏光は更にＰ偏光とＳ偏光に分岐されて該集光器に導かれるものであり、
該広がり角調整手段によってレーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線の広がり角を収束角から拡散角の範囲で調整することにより、該分岐ユニットを介して該集光器によって集光されるＰ偏光とＳ偏光とからなる複数のレーザー光線の集光点の間隔が調整される、
ことを特徴とするレーザー加工装置。