(57)【要約】【課題】  レーザ光線（３０）を照射することによって生成されるデブリ（３６）を可及的に被加工物（２）外に排出して溝側面に残留するデブリを可及的に少なくし、これによってデブリに起因する熱歪の生成を回避乃至抑制し、かくして被加工物における抗折強度の低下を充分に回避乃至抑制することができる、レーザ光線を利用した加工方法及び装置を提供する。【解決手段】  集光点（３２Ａ）の幅がＤ１である第一のレーザ光線（３０Ａ）と、集光点（３２Ｂ）が第一のレーザ光線の集光点よりも光線進行方向において上流側であり、第一のレーザ光線の集光点における光線スポットの幅がＤ１よりも大きいＤ２（Ｄ２＞Ｄ１）になる第二のレーザ光線（３０Ｂ）とを重複せしめて被加工物に照射せしめる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物にレーザ光線を照射しながら該被加工物と該レーザ光線とを相対的に移動せしめる加工方法において、
集光点の幅がＤ１である第一のレーザ光線と、集光点が第一のレーザ光線の集光点よりも光線進行方向において上流側であり、該第一のレーザ光線の集光点における光線スポットの幅が該Ｄ１よりも大きいＤ２（Ｄ２＞Ｄ１）になる第二のレーザ光線とを重複せしめて該被加工物に照射せしめる、ことを特徴とする加工方法。
【請求項２】
該第一のレーザ光線の集光点において、該第一のレーザ光線の光線スポット形状は楕円形であり、該第二のレーザ光線の光線スポット形状は円形であり、該円形の直径は該楕円形の長径よりは短く該楕円形の短径よりは長い、請求項２記載の加工方法。
【請求項３】
該被加工物の表面に該第一のレーザ光線の集光点を合致せしめる、請求項１又は２記載の加工装置。
【請求項４】
被加工物を保持するための保持手段と、該保持手段に保持された被加工物にレーザ光線を照射するためのレーザ光線照射手段と、該保持手段と該レーザ光線照射手段とを相対的に移動せしめるための移動手段とを具備する加工装置において、
該レーザ光線照射手段は、集光点の幅がＤ１である第一のレーザ光線と、集光点が第一のレーザ光線の集光点よりも光線進行方向において上流側であり、該第一のレーザ光線の集光点における光線スポットの幅が該Ｄ１よりも大きいＤ２（Ｄ２＞Ｄ１）になる第二のレーザ光線とを重複せしめて被加工物に照射せしめる、ことを特徴とする加工装置。
【請求項５】
該第一のレーザ光線の集光点において、該第一のレーザ光線の光線スポット形状は楕円形であり、該第二のレーザ光線の光線スポット形状は円形であり、該円形の直径は該楕円形の長径よりは短く該楕円形の短径よりは長い、請求項４記載の加工装置。
【請求項６】
該レーザ光線照射手段は被加工物の表面に該第一のレーザ光線の集光点を合致せしめる、請求項４又は５記載の加工装置。
【請求項７】
該レーザ光線照射手段は、平行レーザ光線を生成する共通レーザ光線源、該レーザ光線源からのレーザ光線を第一のレーザ光線と第二のレーザ光線とにスプリットするスプリット手段、該第二のレーザ光線を非平行レーザ光線にせしめる非平行レンズ手段、及び第一のレーザ光線及び第二のレーザ光線を集光するための集光レンズ手段を含み、該集光レンズ手段は集光方向が直交する第一のシリンドリカルレンズと第二のシリンドリカルレンズとから構成されている、請求項４から６までのいずれかに記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光線を利用する加工方法及び装置、更に詳しくは半導体ウエーハの如き被加工物にレーザ光線を照射しながら被加工物とレーザ光線とを相対的に移動せしめる加工方法及び加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体デバイスの製造においては、周知の如くシリコン基板、サファイア基板、炭化珪素基板、リチウムタンタレート基板、ガラス基板或いは石英基板の如き基板を含む半導体ウエーハの表面上に、格子状に配列されたストリートによって多数の矩形領域を規定し、かかる矩形領域の各々に半導体回路を形成する。しかる後に、半導体ウエーハをストリートに沿って分割して個々の半導体回路にせしめている。
【０００３】
半導体ウエーハをストリートに沿って分割する方法及び装置として、近時においてはレーザ光線を利用した加工方法及び装置が提案されている。例えば下記特許文献１及び２には、半導体ウエーハの表面におけるストリートにレーザ光線を照射しながら被加工物とレーザ光線とをストリートに沿って相対的に移動せしめ、かくして半導体ウエーハの表面にストリートに沿って溝を形成し、次いで半導体ウエーハに外力を加えて溝に沿って破断せしめる加工方法及び装置が開示されている。
【特許文献１】特公昭６２−３９５３９号公報
【特許文献２】特開平６−１２０３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
而して、本発明者等の実験によれば、レーザ光線を利用する上述したとおりの従来の加工方法及び装置によって半導体ウエーハを分割して個々の半導体回路を製造した場合、抗折強度が比較的小さくなってしまう。そして、かかる抗折強度の低下は、被加工物にレーザ光線を照射すると、照射部位において被加工物が溶融されるが、従来の加工方法及び装置では溶融によって生成される所謂デブリが被加工物から充分に除去されず、生成された溝の側面に付着残留せしめられ、これによって溝近傍にデブリから伝えられる熱による熱歪が生成されてしまうことに起因することが判明した。
【０００５】
本発明は、本発明者等が鋭意実験の結果認識した上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的目的は、レーザ光線を照射することによって生成されるデブリを可及的に半導体ウエーハ外に排出して溝側面に残留するデブリを可及的に少なくし、これによってデブリに起因する熱歪の生成を回避乃至抑制し、かくして被加工物における抗折強度の低下を充分に回避乃至抑制することができる、レーザ光線を利用した加工方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、集光点の幅がＤ１である第一のレーザ光線と、集光点が第一のレーザ光線の集光点よりも光線進行方向において上流側であり、第一のレーザ光線の集光点における光線スポットの幅がＤ１よりも大きいＤ２（Ｄ２＞Ｄ１）になる第二のレーザ光線とを重複せしめて被加工物に照射せしめることによって、上記主たる技術的課題が達成される。
【０００７】
本発明の第一の局面によれば、上記主たる技術的課題を達成する加工方法として、被加工物にレーザ光線を照射しながら該被加工物と該レーザ光線とを相対的に移動せしめる加工方法において、
集光点の幅がＤ１である第一のレーザ光線と、集光点が第一のレーザ光線の集光点よりも光線進行方向において上流側であり、該第一のレーザ光線の集光点における光線スポットの幅が該Ｄ１よりも大きいＤ２（Ｄ２＞Ｄ１）になる第二のレーザ光線とを重複せしめて該被加工物に照射せしめる、ことを特徴とする加工方法が提供される。
【０００８】
本発明の第二の局面によれば、上記主たる技術的課題を達成する加工装置として、被加工物を保持するための保持手段と、該保持手段に保持された被加工物にレーザ光線を照射するためのレーザ光線照射手段と、該保持手段と該レーザ光線照射手段とを相対的に移動せしめるための移動手段とを具備する加工装置において、
該レーザ光線照射手段は、集光点の幅がＤ１である第一のレーザ光線と、集光点が第一のレーザ光線の集光点よりも光線進行方向において上流側であり、該第一のレーザ光線の集光点における光線スポットの幅が該Ｄ１よりも大きいＤ２（Ｄ２＞Ｄ１）になる第二のレーザ光線とを重複せしめて被加工物に照射せしめる、ことを特徴とする加工装置が提供される。
【０００９】
該第一のレーザ光線の集光点において、該第一のレーザ光線の光線スポット形状は楕円形であり、該第二のレーザ光線の光線スポット形状は円形であり、該円形の直径は該楕円形の長径よりは短く該楕円形の短径よりは長いのが好適である。該被加工物の表面に該第一のレーザ光線の集光点を合致せしめるのが好都合である。該レーザ光線照射手段は、平行レーザ光線を生成する共通レーザ光線源、該レーザ光線源からのレーザ光線を第一のレーザ光線と第二のレーザ光線とにスプリットするスプリット手段、該第二のレーザ光線を非平行レーザ光線にせしめる非平行レンズ手段、及び第一のレーザ光線及び第二のレーザ光線を集光するための集光レンズ手段を含み、該集光レンズ手段は集光方向が直交する第一のシリンドリカルレンズと第二のシリンドリカルレンズとから構成されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の加工方法及び装置においては、第一のレーザ光線と第二のレーザ光線との重複照射によって被加工物２が溶融され、かかる溶融によって生成され溝の側面に付着し残留せんとするデブリが、第一のレーザ光線の光線スポットの幅を超えて存在する第二のレーザ光線の幅方向外側部の作用によって溝から外部に排除され、かくして残留デブリに起因する熱歪の発生が回避乃至抑制され、従って被加工物の抗折強度の低下が充分に回避乃至抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明に従って構成された加工方法及び装置の好適実施形態について、更に詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明に従って構成された加工装置の好適実施形態を簡略に図示している。図示の加工装置は半導体ウエーハの如き被加工物２を保持するための保持手段４と、全体を番号６で示すレーザ光線照射手段とから構成されている。保持手段４は、例えば多孔質部材或いは複数個の吸引孔及び／又は溝が形成された部材から構成され、真空源（図示していない）に選択的に連通せしめられる真空吸着式チャックでよい。保持手段４は適宜の駆動手段（図示していない）によって図１において左右方向及び紙面に垂直な方向に移動せしめられ、そしてまた図１において上下方向に延びる回転軸線を中心として回転せしめられる。一方、レーザ光線照射手段６は図１において上下方向に移動せしめられ、これによって被加工物２に対するレーザ光線の照射状態が調整される。
【００１３】
図示の実施形態におけるレーザ光線照射手段６は共通レーザ光線源８とかかるレーザ光線源８からのレーザ光線を被加工物２に照射するための光学手段１０とから構成されている。レーザ光線源８は、例えば波長が５３２ｎｍ、３５５ｎｍ或いは２６６ｎｍである平行レーザ光線を生成するＹＶＯ４パルスレーザ或いはＹＡＧパスルレーザでよい。レーザ光線の繰り返し周波数は１０ｋＨｚ、平均出力は３乃至５Ｗ程度でよい。
【００１４】
レーザ光線源８が生成する平行レーザ光線を被加工物２に照射するための光学手段１０は、ハーフミラーから構成することができるスプリット手段１２、第一の反射ミラー１４、誘電体ミラー１６、集光手段１８、第二の反射ミラー２０、エキスパンダー２２、微細縮径レンズから構成することができる非平行レンズ手段２４を含んでいる。集光手段１８は第一のシリンドリカルレンズ２６と第二のシリンドリカルレンズ２８とから構成されている。図１と共に集光手段２４の側面図である図２を参照することによって明確に理解される如く、第一のシリンドリカルレンズ２６の集光方向と第二のシリンドリカルレンズ２８の集光方向とは直交せしめられており、第一のシリンドリカルレンズ２６の集光方向は図１において左右方向、図２において紙面に垂直な方向であり、第二のシリンドリカルレンズ２８の集光方向は図１において紙面に垂直な方向、図２において左右方向である。
【００１５】
図１を参照して説明を続けると、レーザ光線源８から投射される平行レーザ光線３０はスプリット手段１２によって第一のレーザ光線３０Ａと第二のレーザ光線３０Ｂとにスプリットされる。次いで、第一のレーザ光線３０Ａは第一の反射ミラー１４に反射され、誘電体ミラー１６を透過して集光手段１８に入射する。そして、図３に明確に図示する如く、集光手段１８の第一のシリンドリカルレンズ２６及び第二のシリンドリカルレンズ２８の集光作用によって集光点３２Ａに集光される。集光点３２Ａにおける光線スポット形状は図４に図示する如く短径（幅）Ｄ１と長径（相対的移動方向における長さ）Ｄ３を有する楕円形である。短径Ｄ１は１５μｍ程度で長径Ｄ３は２００μｍ程度であるのが好都合である。第一のレーザ光線３０Ａの集光点３２Ａは被加工物２の表面乃至その近傍であるのが好適である。
【００１６】
一方、第二のレーザ光線３０Ｂの反射ミラー２０に反射されてエキスパンダー２２に入射し、エキスパンダー２２によって光線径が増大せしめられる。しかる後に、非平行レンズ手段２４に入射して進行方向前方に向って漸次径が減少する非平行レーザ光線にせしめられる。次いで、誘電体ミラー１６に反射されて集光手段１８に入射され、図３に明確に図示する如く集光手段２４の第一のシリンドリカルレンズ２６及び第二のシリンドリカルレンズ２８による集光作用によって集光点３２Ｂに集光される。第二のレーザ光線３０Ｂの集光点３２Ｂは第一のレーザ光線３０Ａの集光点３２Ａよりも光線進行方向において所定距離ｘだけ上流に位置せしめられることが重要である。距離ｘは２０μｍ程度でよい。集光点３２Ｂにおける第二のレーザ光線３０Ｂの光線スポット形状は円形である。第二のレーザ光線３０Ｂは集光点３２Ｂから更に進行し、第一のレーザ光線３０Ａに重複せしめて被加工物２の表面に投射されるが、集光点３２Ｂから遠ざかるにつれて光線スポット径が漸次増大せしめられ、第一のレーザ光線３０Ａの集光点３２Ａにおける光線スポットはＤ２の径（幅及び長さ）を有する円形である。第一のレーザ光線３０Ａの集光点３２Ａにおいて、第二のレーザ光線３０Ｂの光線スポット径Ｄ２（即ち幅）は、第一のレーザ光線３０Ａの光線スポットの上記短径Ｄ１（即ち幅）よりも大きいことが重要であり、第一のレーザ光線３０Ａの光線スポットの上記長径Ｄ３よりは短いのが好適である。第二のレーザ光線３０Ｂの光線スポットの上記径Ｄ２は２０μｍ程度でよい。
【００１７】
上述したとおりにして被加工物２の表面に第一のレーザ光線３０Ａ及び第二のレーザ光線を照射しながら、被加工物２を保持した保持手段４を図１において左右方向に移動せしめると、被加工物２の表面には図５に図示する如き断面形状を有し図１において左右方向に延在する溝３４が形成される。かかる溝３４の形成について更に詳述すると、本発明に従って構成された加工方法及び装置によれば、第一のレーザ光線３０Ａと第二のレーザ光線３０Ｂとの重複領域において被加工物２の表面が溶融されて溝３４が形成される。そして、かかる被加工物２の溶融によって生成されたデブリが溝３４の側面に付着し残留せんとする。しかしながら、第二のレーザ光線３０Ｂにおける第一のレーザ光線３０Ａの光線スポットの幅を超えて存在する幅方向外側部が、溝３４の側面に付着し残留せんとするデブリに作用してかかるデブリを効果的に外部に排出する。かくして、デブリが付着し残留することが充分に回避乃至特性された溝３４が形成され、従ってデブリに起因する熱歪の発生を充分に回避乃至抑制することができる。溝３４が形成された被加工物２は適宜に外力を加えることによって溝３４に沿って破断せしめることができる。
【００１８】
これに対して、レーザ光線源８からのレーザ光線３０を第一のレーザ光線３０Ａと第二のレーザ光線３０Ｂとにスプリットすることなく、例えば第一の反射ミラー１４、誘電体ミラー１６を介して集光手段１８に入射せしめて被加工物２に照射した場合には、図５に二点鎖線で示す如く、溝３４の側面にデブリ３６が付着し残留する傾向がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に従って構成された加工装置の好適実施形態を示す簡略図。
【図２】図１に示す加工装置における集光手段の側面図。
【図３】図１に示す加工装置における第一のレーザ光線及び第二のレーザ光線の集光点近傍を示す拡大図。
【図４】図１に示す加工装置における、被加工物の表面上での第一のレーザ光線の光線スポット形状及び第二のレーザ光線の光線スポット形状を示す簡略図。
【図５】被加工物に形成された溝を示す断面図。
【符号の説明】
【００２０】
２：被加工物
４：保持手段
６：レーザ光線照射手段
８：共通レーザ光線源
１０：光学手段
１２：スプリット手段
１８：集光手段
２４：非平行レンズ手段
２６：第一のシリンドリカルレンズ
２８：第二のシリンドリカルレンズ
３０：レーザ光線
３０Ａ：第一のレーザ光線
３０Ｂ：第二のレーザ光線
３２Ａ：第一のレーザ光線の集光点
３２Ｂ：第二のレーザ光線の集光点
３４：溝
３６：デブリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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