(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射して加工を施すレーザー光線照射手段と、該保持手段と該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする送り手段と、から少なくとも構成されるレーザー加工装置であって、
該レーザー光線照射手段は、レーザー光線を発振する発振器と、該発振器が発振したレーザー光線を集光して被加工物に照射する集光器と、該発振器と該集光器との間に配設され光路を分岐する分岐部と、該分岐された光路に配設され該集光器を介して該保持手段に保持された被加工物に光を照射して反射光の受光状態によって被加工物の高さを計測する高さ位置計測器と、該分岐部と該集光器との間に配設され該発振器が発振したレーザー光線の外周を遮光するマスク部材と、を含み構成され、
該マスク部材は、光を透過する透過部と該透過部を囲繞し光を遮光する遮光部とから構成され、
該遮光部は該発振器が発振する波長のレーザー光線を遮光するが該高さ位置計測器が発振する光を透過する誘電体多層膜で構成されているレーザー加工装置。
【請求項２】
前記分岐部は、前記発振器が発振する波長のレーザー光線を透過し前記高さ位置計測器から照射される波長の光を反射するダイクロイックミラーで構成される請求項１に記載のレーザー加工装置。
【請求項３】
前記分岐部は、前記発振器が発振する波長のレーザー光線を反射し前記高さ位置計測器から照射される波長の光を透過するダイクロイックミラーで構成される請求項１に記載のレーザー加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャックテーブルに保持された半導体ウエーハ等の被加工物の高さ位置を検出する高さ位置検出装置を備え、被加工物に対してレーザー加工を行うレーザー加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造工程においては、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適宜の基板を含むウエーハの表面に格子状に形成されたストリートと呼ばれる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ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体デバイスを製造し、分割された各デバイスは携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。
【０００３】
前記した半導体デバイスを構成する半導体ウエーハの板状の被加工物を分割する方法として、その被加工物に対して透過性を有するパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、被加工物の一方の面側から内部に集光点を合わせて被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、被加工物の内部にストリートに沿って改質層を連続的に形成し、この改質層が形成されることによって強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、被加工物を分割するものである。このように被加工物に形成されたストリートに沿って内部に改質層を形成する場合、被加工物の上面から所定の深さ位置にレーザー光線の集光点を位置付けることが重要である。
【０００４】
ここで、半導体ウエーハ等の板状の被加工物にはうねりがあり、その厚さにばらつきがあるため、均一なレーザー加工を施すのは難しい。そこで、チャックテーブルに保持された半導体ウエーハ等の被加工物の上面高さを検出する高さ位置検出装置を設け、被加工物の分割予定のストリートラインの高さ位置情報を予め記憶し、当該高さ位置情報に基づいてレーザー加工を行うことが知られている（例えば、下記特許文献１、２を参照）。当該特許文献１、２に開示された高さ位置検出装置は、検出用のレーザー光線を、集光レンズを通してチャックテーブルに保持された被加工物の表面に照射し、被加工物で反射した反射光の形状、あるいは面積に基づいてチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０４６０７９号公報
【特許文献２】特開２０１３−０７２７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかるに、効果的なレーザー加工を施すために、レーザー光線のスポット形状を成形するマスクが集光器に隣接して当該集光器内の光軸上に配設されていると、高さ位置検出装置から照射される光も成形されてしまい、そのままでは被加工物の高さを正確に計測することが困難となる。
【０００７】
本発明は、上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、加工用のパルスレーザー光線のスポット形状を成形するマスクが集光器に隣接して配設されていると共に、被加工物の高さを計測する計測器を備えているレーザー加工装置において、被加工物の高さを正確に計測できるレーザー加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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保持手段と、該保持手段に保持された被加工物にレーザー光線を照射して加工を施すレーザー光線照射手段と、該保持手段と該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする送り手段と、から少なくとも構成されるレーザー加工装置であって、該レーザー光線照射手段は、レーザー光線を発振する発振器と、該発振器が発振したレーザー光線を集光して被加工物に照射する集光器と、該発振器と該集光器との間に配設され光路を分岐する分岐部と、該分岐された光路に配設され該集光器を介して該保持手段に保持された被加工物に光を照射して反射光の受光状態によって被加工物の高さを計測する高さ位置計測器と、該分岐部と該集光器との間に配設され該発振器が発振したレーザー光線の外周を遮光するマスク部材と、を含み構成され、該マスク部材は、光を透過する透過部と該透過部を囲繞し光を遮光する遮光部とから構成され、該遮光部は該発振器が発振する波長のレーザー光線を遮光するが該高さ位置計測器が発振する光を透過する誘電体多層膜で構成されているレーザー加工装置が提供される。
【０００９】
また、本発明によれば、前記分岐部は、前記発振器が発振する波長のレーザー光線を透過し前記高さ位置計測器から照射される波長の光を反射するダイクロイックミラーで構成される。
【００１０】
さらに、本発明によれば、前記分岐部は、前記発振器が発振する波長のレーザー光線を反射し前記高さ位置計測器から照射される波長の光を透過するダイクロイックミラーで構成されることもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるレーザー加工装置は、以上のように構成され、少なくとも、レーザー光線照射手段が、レーザー光線を発振する発振器と、該発振器が発振したレーザー光線を集光して被加工物に照射する集光器と、該発振器と該集光器との間に配設され光路を分岐する分岐部と、該分岐された光路に配設され該集光器を介して該保持手段に保持された被加工物に光を照射して反射光の受光状態によって被加工物の高さを計測する高さ計測器と、該分岐部と該集光器との間に配設され該発振器が発振したレーザー光線の外周を遮光するマスク部材と、を含み構成され、該マスク部材は、光を透過する透過部と該透過部を囲繞し光を遮光する遮光部とから構成され、該遮光部は該発振器が発振する波長のレーザー光線を遮光するが該高さ計測器が発振する光を透過する誘電体多層膜で構成されているため、該高さ計測器により被加工物の高さを計測する際に該高さ位置計測器から発振されるレーザー光線がマスク部材に妨げられることなく検出できるので、レーザー光線によるレーザー加工を良好に実施することができると共に、被加工物の高さ位置を正確に計測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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２】図１に記載されたレーザー加工装置におけるレーザー光線照射手段の第１の実施形態を示す概略図。
【図３】図１に記載されたレーザー加工装置において被加工物をレーザー光線照射手段により加工している状態を示す要部概略図。
【図４】図２に記載されたレーザー光線照射手段に適用されるマスク部材の斜視図。
【図５】図２に記載されたレーザー光線照射手段において、加工用のレーザー光線Ｌと、高さ位置計測用のレーザー光線Ｌ´が照射されている状態を示す概略図。
【図６】図１に記載されたレーザー加工装置におけるレーザー光線照射手段の第２の実施形態を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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に上記矢印Ｘで示す方向と直角な矢印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。
【００１４】
上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上に矢印Ｘで示す加工送り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で示す加工送り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上に矢印Ｙで示す割り出し送り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カバーテーブル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た吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１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。このように構成され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。なお、チャックテーブル３６には、後述する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。
【００１５】
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で示す加工送り方向に移動させるための加工送り手段３７を具備しており、少なくとも該第１の滑動ブロック３２を駆動するパルスモータ３７１により構成される。
【００１６】
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で示す割り出し送り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で示す割り出し送り方向に移動させるための割り出し送り手段４３を具備している。該割り出し送り手段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に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。
【００１７】
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が設けられており、この被案内溝を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、矢印Ｚで示す焦点位置調整方向（Ｚ軸方向）に移動可能に支持される。
【００１８】
前記レーザー光線照射ユニット５は、レーザー光線照射手段５２のＺ軸方向位置を検出するためのＺ軸方向位置検出手段５５を具備している。Ｚ軸方向位置検出手段５５は、上記案内レール４２３、４２３と平行に配設されたリニアスケール５５１と、上記ユニットホルダ５１に取り付けられ該ユニットホルダ５１とともにリニアスケール５５１に沿って移動する読み取りヘッド５５２とからなっている。このＺ軸方向位置検出手段５５の読み取りヘッド５５２は、図示の実施形態においては１μｍ毎に１パルスのパルス信号を後述する制御部に送る。
【００１９】
前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とその先端部に集光器ユニット５３を少なくとも有している。図２に示すように、このケーシング５２１内には加工用のパルスレーザー光線発振器５２２を備え、該集光器ユニット５３内には該パルスレーザー光線発振器５２２からのレーザー光線Ｌをチャックテーブル３６に向けて方向変換する反射体５３１と、該反射体５３１によって方向変換された加工用パルスレーザー光線を集光する集光器としての集光レンズ５３２が具備されている。この加工用のパルスレーザー光線発振器５２２は、被加工物がシリコン基板、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を含むウエーハである場合、例えば、波長が１０６４ｎｍであるレーザー光線を発振するＹＡＧレーザー発振器等のパルスレーザー発振器を用いることができる。
【００２０】
さらに図示のケーシング５２１内には、チャックテーブル３６に保持された被加工物である半導体ウエーハＷの上面高さ位置を計測するための高さ位置計測器５２３が具備されている。半導体ウエーハＷの内部に改質層を形成する際に、半導体ウエーハＷの厚さにばらつきがあると、所定の深さに均一に改質層を形成することができない。そこで、当該高さ位置計測器５２３を有していることにより、レーザー加工を被加工物に施す前に、当該高さ位置計測器５２３によってチャックテーブル３６に保持されている半導体ウエーハＷの高さ位置を計測する。
【００２１】
前記高さ位置計測器５２３により、当該半導体ウエーハＷ上に形成された全ての分割予定のストリートラインの一端から他端までの高さが計測され、該高さ位置情報は図示しない制御部のランダムアクセスメモリに格納される。そして、当該計測された高さ位置情報に従い、半導体ウエーハＷの内部の所定の高さ位置にレーザー光線の集光点が設定され、図３に示すようにレーザー光線照射手段の集光器ユニット５３に対して前記チャックテーブル３６に載置されフレームＦ、シートＴと一体化された半導体ウエーハＷを矢印Ｘ方向に移動するように加工送りしながら、該半導体ウエーハＷに対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射して内部に改質層を形成するレーザー加工が施される。
【００２２】
本発明に基づき構成されるレーザー光線照射手段５２について、さらに詳述する。図２に示すように、加工用のパルスレーザー光線発振器５２２から照射されたレーザー光線Ｌは集光器ユニット５３内に配置される反射体５３１によりその光路が変更される。そして、当該集光器ユニット５３内の前記反射体５３１と、集光器としての前記集光レンズ５３２との間に、高さ位置計測器５２３から照射されるレーザー光線Ｌ´（例えば、波長６３２ｎｍ）を反射してチャックテーブル３６側に光路を変更する分岐部としてのダイクロイックミラー５３３が備えられている。当該ダイクロイックミラー５３３は、上記レーザー加工に用いられる波長が１０６４ｎｍであるレーザー光線を透過するように、例えば、１０００〜１１００ｎｍの波長のみを透過するように設定され、当該波長帯域以外の波長を有するレーザー光線は反射する特性を有するものである。
【００２３】
そして、集光器ユニット５３内の光軸上であって、前記ダイクロイックミラー５３３と前記集光レンズ５３２との間には、図４に示すようなマスク部材５３４が配設されている。当該マスク部材５３４は、光軸上に位置する中央部分に透過部Ｈを有しており、パルスレーザー光線発振器５２２から照射されたレーザー光線Ｌが当該透過部Ｈ近傍を通過することにより、当該透過部Ｈの形状に応じて当該レーザー光線Ｌのガウス分布が弱い外周部分がカットされ、チャックテーブル３６上の半導体ウエーハＷにおける加工点においてレーザー光線のエネルギーが弱い側でもシャープな加工を施すことができるようになっている。
【００２４】
ここで、本発明により構成される前記マスク部材５３４についてさらに詳述する。当該マスク部材５３４は、透明ガラス板５３４ａを基材とし、その中央部に形成される透過部Ｈを除き、その表面に対して所定の屈折率を有する誘電体材料からなる光学薄膜を多数積層した誘電体多層膜５３４ｂが形成され、当該誘電体多層膜５３４ｂは、１０００〜１１００ｎｍの波長を有するレーザー光線を反射し、それ以外の波長の光線を透過する特性を有するように設定されている。そして、当該マスク部材５３４がこのように構成されていることから、図５に示すように、透過部Ｈの形状に応じて波長が１０６４ｎｍからなる加工用のレーザー光線Ｌのガウス分布が弱い外周部分がカットされると共に、高さ位置計測器５２３から照射される波長が６３２ｎｍからなるレーザー光線Ｌ´は、透過部Ｈの形状に関わらず外周部分がカットされずに、そのまま透過する機能を有する。
【００２５】
本発明に従って構成された上記第１の実施形態によって得られる作用効果について以下に説明する。上記したように、被加工物である半導体ウエーハＷには、微かなうねり、高さばらつきがあるため、レーザー加工を施すに当たり、高さ位置計測器５２３により半導体ウエーハ上の各分割予定ラインにおける高さ位置を計測する必要がある。その際、当該高さ位置計測器５２３からは、加工用のレーザー光線Ｌの波長(１０６４ｎｍ）とは異なる波長（６３２ｎｍ）のレーザー光線Ｌ´が照射される。当該レーザー光線Ｌ´は、集光器ユニット５３内の分岐部として機能するダイクロイックミラー５３３にて反射され、光路方向は被加工物側に変換される。方向が変換されたレーザー光線Ｌ´は、加工用のレーザー光線と同様に、ダイクロイックミラー５３３と集光器たる集光レンズ５３２との間に配置されたマスク部材５３４を通過する。
【００２６】
当該マスク部材５３４は、中央部に設けられた透過部以外の領域が、加工用のレーザー光線Ｌを反射（遮光）するものであるが、高さ位置計測器５２３から照射されたレーザー光線Ｌ´の波長は透過するように設定された誘電体多層膜により構成されており、被加工物において反射した当該レーザー光線Ｌ´は、反射（遮光）されることなくそのままマスク部材５３４を通過すると共にダイクロイックミラー５３３にて反射され、加工用のレーザー光線Ｌの光路から分岐して高さ位置計測器５２３に戻り、高さ位置計測器５２３内の図示しないホトデテクター（受光器）により受光した光量に基づいて高さ位置を算出することができる。そして、図３に示すレーザー光線による加工状態と同様に、被加工物である半導体ウエーハＷが矢印Ｘで示される方向に移動せしめられ、各分割予定ラインの全長に渡ってその高さ位置が計測され制御部に記憶される。なお、高さ位置計測器５２３における計測方法の詳細については、上記した特許文献１、特許文献２に記載されているように種々の方法が知られており、本発明の要部を構成しないため、詳細な算出方法については省略する。
【００２７】
以上のように、当該第１の実施形態によれば、加工用のレーザー光線Ｌと、高さ位置計測器５２３から照射されるレーザー光線Ｌ´が、集光器５３２とマスク部材５３４とを備えた集光器ユニット５３内においてその光路を共有しながらも、加工用のレーザー光線Ｌを照射する際には、マスク部材５３４の機能により、所望のスポット形状に成形することが可能であり、高さ位置を計測する際にはマスク部材５３４の遮光機能の影響を受けることなくレーザー光線が透過して、高さ位置を正確に計測することが可能となる。
【００２８】
次に、図６を参照し、本発明に従って構成された第２の実施形態について説明する。当該第２の実施形態では、第１の実施形態の高さ位置計測器、およびパルスレーザー光線発振器の配設位置が相違しており、それ以外の構成では一致している。よって、当該相違点を中心に説明する。
【００２９】
図６に示すように、当該第２の実施形態においては、第１の実施形態にて加工用のパルスレーザー発振器が配設されていた位置に、高さ位置計測器５２３を配置し、高さ位置計測器が配設されていた位置に加工用のパルスレーザー光線発振器５２２を配置している。そして、加工用のレーザー光線Ｌを反射して被加工物に向け光路を変換するダイクロイックミラー５３３´は、第１の実施形態にて採用されていたものとは異なり、６００〜６５０ｎｍの波長帯域のみ透過し、それ以外の波長の光線は反射するように設定されている。すなわち、高さ位置計測器５２３から照射される波長６３２ｎｍのレーザー光線は当該ダイクロイックミラー５３３´を透過し、加工用のレーザー光線Ｌの波長（１０６４ｎｍ）は反射するように構成されている。
【００３０】
前記第２の実施形態によるレーザー加工装置においても、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、加工用のレーザー光線Ｌ（波長１０６４ｎｍ）と、高さ位置計測器５２３から照射されるレーザー光線Ｌ´（波長６３２ｎｍ）が、集光器５３２とマスク部材５３４とを備えた集光器ユニット５３内においてその光路を共有しながらも、加工用のレーザー光線Ｌを照射する際には、マスク部材５３４の機能により、所望のスポット形状に成形することが可能であり、高さ位置計測器５２３により高さ位置を計測する際にはマスク部材５３４の影響を受けることなく高さ位置を正確に計測することが可能となる。
【符号の説明】
【００３１】
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
５：レーザー光線照射ユニット
３６：チャックテーブル
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器（発振器）
５２３：高さ位置計測器
５３：集光器ユニット
５３１：反射体
５３２：集光レンズ（集光器）
５３３、５３３´：ダイクロイックミラー（分岐部）
５３４：マスク部材
Ｈ：透過部
【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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【図６】
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