(57)【要約】      （修正有）【課題】切断時間を短縮することができ、装置構成が簡単であるレーザ加工装置を提供する。【解決手段】レーザ光を照射して半導体ウェハ（加工対象物）を切断する装置であって、レーザ光を発生させるレーザ光源１０と、レーザ光を半導体ウェハに集光する集光用レンズ１２とを備える。集光用レンズ１２は、レーザ光の光軸Ｌに対して垂直方向に並べられた２つのレンズ部分１２ａ，１２ｂを有する。２つのレンズ部分１２ａ，１２ｂは、それぞれ光軸Ｌの方向の高さの異なる焦点を持つ。集光用レンズ１２は、２つのレンズ部分１２ａ，１２ｂが一体的に形成された一枚のレンズからなる。【選択図】図１
2010167449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を照射して加工対象物を切断するレーザ加工装置であって、
前記レーザ光を発生させるレーザ光源と、
前記レーザ光を前記加工対象物に集光する集光用レンズとを備え、
前記集光用レンズは、前記レーザ光の光軸に対して垂直方向に並べられた少なくとも２つのレンズ部分を有し、
前記少なくとも２つのレンズ部分は、それぞれ前記光軸の方向の高さの異なる焦点を持つことを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
前記集光用レンズは、前記少なくとも２つのレンズ部分が一体的に形成された一枚のレンズからなることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を照射して加工対象物を切断するレーザ加工装置に関し、特に切断時間を短縮することができ、装置構成が簡単であるレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の半導体素子が形成された半導体ウェハを個々の半導体素子に分離するためにレーザ加工装置が用いられる。レーザ加工装置は、レーザ光を半導体ウェハに集光するための集光用レンズを備えている。
【０００３】
従来のレーザ加工装置で厚い半導体ウェハを切断する場合、１回のレーザの走査で半導体ウェハを切断することができず、切断時間が長いという問題があった。この問題を解決するために、高さの異なる複数の焦点を持つ集光用レンズを用いたレーザ加工装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のレーザ加工装置は、複数のシリンドリカルレンズを組み合わせた集光用レンズを用いているため、装置構成が複雑になるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、切断時間を短縮することができ、装置構成が簡単であるレーザ加工装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、レーザ光を照射して加工対象物を切断するレーザ加工装置であって、前記レーザ光を発生させるレーザ光源と、前記レーザ光を前記加工対象物に集光する集光用レンズとを備え、前記集光用レンズは、前記レーザ光の光軸に対して垂直方向に並べられ、一体的に形成された少なくとも２つのレンズ部分を有し、前記少なくとも２つのレンズ部分は、それぞれ前記光軸の方向の高さの異なる焦点を持つことを特徴とするレーザ加工装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、切断時間を短縮することができ、装置構成が簡単であるレーザ加工装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係るレーザ加工装置を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係るレーザ加工装置によりレーザ光を照射して半導体ウェハを切断する様子を示す斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ´における拡大断面図である。
【図４】参考例に係るレーザ加工装置を示す断面図である。
【図５】参考例に係るレーザ加工装置により半導体ウェハを切断する様子を示す斜視図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ´における拡大断面図である。
【図７】実施の形態２に係るレーザ加工装置を示す断面図である。
【図８】実施の形態３に係るレーザ加工装置を示す断面図である。
【図９】実施の形態４に係るレーザ加工装置によりレーザ光を照射して半導体ウェハを切断する様子を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るレーザ加工装置を示す断面図である。このレーザ加工装置は、レーザ光を発生させるレーザ光源１０と、レーザ光を加工対象物に集光する集光用レンズ１２とを備える。
【００１１】
集光用レンズ１２の形状は、レーザ光の光軸Ｌを挟んで左右非対称である。集光用レンズ１２は、レーザ光の光軸Ｌに対して垂直方向に並べられた２つのレンズ部分１２ａ，１２ｂを有する。２つのレンズ部分１２ａ，１２ｂは、それぞれの厚みが異なり、それぞれ光軸Ｌの方向の高さの異なる焦点を持つ。２つのレンズ部分１２ａ，１２ｂは、一体的に形成された一枚のレンズである。
【００１２】
レーザ光源１０から発射されたレーザ光１４は、集光用レンズ１２の２つのレンズ部分１２ａ，１２ｂによりそれぞれ集光される。薄い方のレンズ部分１２ａは厚い方のレンズ部分１２ｂよりも曲率半径が短いので、レンズ部分１２ａにより集光されたレーザ光１６ａの焦点はレンズ部分１２ｂにより集光されたレーザ光１６ｂの焦点よりも低い。例えばレーザ光１６ａとレーザ光１６ｂの焦点の高さの差が９０μｍ程度になるように設定する。
【００１３】
図２は、実施の形態１に係るレーザ加工装置によりレーザ光を照射して半導体ウェハを切断する様子を示す斜視図である。加工対象物である半導体ウェハ１８には複数の半導体素子が行列状に形成されている。集光用レンズ１２によりレーザ光１６ａ，１６ｂを半導体ウェハ１８の半導体素子間に設けられた切断用ラインに集光し、半導体ウェハ１８を個々の半導体素子に分離する。集光用レンズ１２は、レーザ光１６ａ，１６ｂが半導体ウェハ１８上に焦点が合うように上下動する機構を備えている。
【００１４】
図３は、図２のＡ−Ａ´における拡大断面図である。厚い方のレンズ部分１２ｂにより集光されたレーザ光１６ｂにより半導体ウェハ１８を表面から９０μｍ程度の高さまで切断する。そして、薄い方のレンズ部分１２ａにより集光されたレーザ光１６ａにより半導体ウェハ１８を更に深い位置まで切断する。これにより、１回のレーザの走査で半導体ウェハ１８を切断することができる。
【００１５】
実施の形態１に係るレーザ加工装置の効果について参考例と比較しながら説明する。図４は、参考例に係るレーザ加工装置を示す断面図である。図５は、参考例に係るレーザ加工装置により半導体ウェハを切断する様子を示す斜視図である。図６は、図５のＢ−Ｂ´における拡大断面図である。
【００１６】
参考例の集光用レンズ２０の形状は、レーザ光の光軸Ｌを挟んで左右対称である。従って、集光用レンズ２０に集光されたレーザ光１６ｃは１つの焦点を持つ。参考例の装置でＧａＡｓウェハを切断する場合、１回のレーザの走査で９０μｍ程度の高さまでしか切断できないという実験結果が得られた。そのため、９０μｍより厚いＧａＡｓウェハを切断するには２回以上のレーザの走査が必要になり、切断に時間がかかる。
【００１７】
これに対し、実施の形態１の装置では、集光用レンズ１２が高さの異なる複数の焦点を持つため、１回のレーザの走査で半導体ウェハ１８を完全に切断することができる。従って、切断時間を短縮することができる。
【００１８】
また、実施の形態１では、２つのレンズ部分１２ａ，１２ｂをレーザ光の光軸Ｌに対して垂直方向に並べることで、高さの異なる複数の焦点を持つ集光用レンズ１２を簡単な構造で実現している。そして、２つのレンズ部分１２ａ，１２ｂを一体的に形成した一枚のレンズを集光用レンズ１２とすることで更に構造が簡単になっている。従って、実施の形態１の装置は、複数のシリンドリカルレンズを組み合わせた集光用レンズを用いた従来の装置に比べて装置構成が簡単である。
【００１９】
実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係るレーザ加工装置を示す断面図である。実施の形態１の集光用レンズ１２は、光軸Ｌを挟んで２つのレンズ部分１２ａ，１２ｂが階段状に急峻に切り替わっている。これに対し、実施の形態２の集光用レンズ２２は光軸Ｌを挟んで２つのレンズ部分２２ａ，２２ｂが滑らかに接続されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。これにより実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２０】
実施の形態３．
図８は、実施の形態３に係るレーザ加工装置を示す断面図である。実施の形態１，２の集光用レンズは２つのレンズ部分を並べたものである。これに対し、実施の形態３の集光用レンズ２４は、４つのレンズ部分２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄをレーザ光の光軸Ｌに対して垂直方向に並べている。その他の構成は実施の形態２と同様である。これにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
なお、実施の形態１〜３においてレンズ部分が２つの場合と４つの場合について説明したが、これに限らず、焦点の高さが異なる少なくとも２つのレンズ部分をレーザ光の光軸に対して垂直方向に並べて集光用レンズを形成すれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
実施の形態４．
図９は、実施の形態４に係るレーザ加工装置によりレーザ光を照射して半導体ウェハを切断する様子を示す斜視図である。実施の形態４に係るレーザ加工装置は、実施の形態１に係るレーザ加工装置と同じものを複数設けている。これにより半導体ウェハ１８の複数個所を同時に切断することができるため、切断時間を更に短縮することができる。
【符号の説明】
【００２３】
１０  レーザ光源
１２，２２，２４  集光用レンズ
１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ  レンズ部分
１４，１６ａ，１６ｂ  レーザ光
１８  半導体ウェハ（加工対象物）
Ｌ  光軸
【図１】
2010167449.tif 000003
【図２】
2010167449.tif 000004
【図３】
2010167449.tif 000005
【図４】
2010167449.tif 000006
【図５】
2010167449.tif 000007
【図６】
2010167449.tif 000008
【図７】
2010167449.tif 000009
【図８】
2010167449.tif 000010
【図９】
2010167449.tif 000011