(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を保持する被加工物保持手段と、該被加工物保持手段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、該被加工物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加工送り手段と、を具備するレーザー加工装置であって、
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する集光器と、該集光器によって集光されたレーザー光線の光軸に沿って水柱を生成し該被加工物保持手段に保持された被加工物に該集光器によって集光されたレーザー光線を導く水柱形成機構と、を具備し、
該水柱形成機構は、上壁と下壁および側壁を備え高圧水室を形成する高圧水室形成ハウジングと、該高圧水室形成ハウジングの該高圧水室に高圧水を供給する高圧水供給手段とを備え、
該高圧水室形成ハウジングを構成する上壁には該集光器によって集光されたレーザー光線を透過せしめる透明板からなる窓が設けられ、該高圧水室形成ハウジングを構成する下壁には該高圧水室に供給された高圧水によって糸状の水柱を生成する噴出孔が形成されており、
該高圧水室形成ハウジングを構成する上壁に設けられた透明板からなる窓の上面には平凸レンズの平面が載置され凸部が該集光器と対向して配設され、
該平凸レンズの凸部は、該集光器によって集光されたレーザー光線の集光方向と直交する曲面となる曲率半径で形成されている、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
該高圧水室形成ハウジングを構成する上壁に設けられた透明板からなる窓と該平凸レンズは、水の屈曲率に近い屈曲率を有する石英ガラスで形成されている、請求項１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、噴射ノズルから噴射された水柱に沿ってレーザー光線を照射して被加工物にレーザー加工を施す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、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列された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、半導体ウエーハを分割予定ライン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ている。
【０００３】
近年半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、被加工物に形成された分割予定ラインに沿ってパルスレーザー光線を照射することによりレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿ってメカニカルブレーキング装置によって割断する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
レーザー加工装置を用いて半導体ウエーハの分割予定ラインに沿ってパルスレーザー光線を照射することによりレーザー加工溝を形成すると、半導体ウエーハへのレーザー光線の照射によりデブリが発生し、このデブリがデバイスの表面に付着してデバイスの品質を低下させるという問題がある。従って、半導体ウエーハの分割予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成する際には、予め半導体ウエーハの表面に保護被膜を被覆し、この保護被膜を通してレーザー光線を照射するようにしているが、半導体ウエーハの表面に保護被膜を被覆する工程を追加しなければならず、生産性が悪い。また、半導体ウエーハにレーザー光線を照射するとデバイスが加熱されるため、デバイスの品質を低下させるという問題もある。
【０００５】
レーザー光線を照射することにより発生するデブリの影響を解消するとともに、ウエーハ等の被加工物の加熱を防ぐレーザー加工方法として、噴射ノズルから糸状の水柱を噴射し、この水柱に沿ってレーザー光線を照射するようにしたレーザー加工方法が提案されている。このレーザー加工方法は、集光されたレーザー光線を糸状の水柱を介して被加工物まで導くので、集光レンズの焦点の位置に関係なくレーザー加工ができるメリットがあるとともに、レーザー加工時に発生する熱が冷却されるため熱によるウエーハ等の被加工物の品質低下を防止できるという利点がある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３０５４２１号公報
【特許文献２】特開２００９−１１３１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
而して、水柱を生成する水柱生成手段に形成された透明板からなる窓の上方に位置付けられた集光器によってレーザー光線が適正に集光されても、集光器を通過したレーザー光線は空気中から透明板を透過して水柱の一端に至る際に透明板の収差に起因して適正に集光されず、スポット径が広がりレーザー光線のパワーが減衰するという問題がある。
【０００８】
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、集光器によって集光されたレーザー光線の集光スポットを透明板を透過して水柱の一端に位置付けることが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】
【０００９】
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被加工物保持手段と、該被加工物保持手段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、該被加工物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加工送り手段と、を具備するレーザー加工装置であって、
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する集光器と、該集光器によって集光されたレーザー光線の光軸に沿って水柱を生成し該被加工物保持手段に保持された被加工物に該集光器によって集光されたレーザー光線を導く水柱形成機構と、を具備し、
該水柱形成機構は、上壁と下壁および側壁を備え高圧水室を形成する高圧水室形成ハウジングと、該高圧水室形成ハウジングの該高圧水室に高圧水を供給する高圧水供給手段とを備え、
該高圧水室形成ハウジングを構成する上壁には該集光器によって集光されたレーザー光線を透過せしめる透明板からなる窓が設けられ、該高圧水室形成ハウジングを構成する下壁には該高圧水室に供給された高圧水によって糸状の水柱を生成する噴出孔が形成されており、
該高圧水室形成ハウジングを構成する上壁に設けられた透明板からなる窓の上面には平凸レンズの平面が載置され凸部が該集光器と対向して配設され、
該平凸レンズの凸部は、該集光器によって集光されたレーザー光線の集光方向と直交する曲面となる曲率半径で形成されている、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
【００１０】
上記高圧水室形成ハウジングを構成する上壁に設けられた透明板からなる窓と平凸レンズは、水の屈曲率に近い屈曲率を有する石英ガラスで形成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるレーザー加工装置においては、集光器によって集光されたレーザー光線の光軸に沿って水柱を生成し被加工物保持手段に保持された被加工物に集光器によって集光されたレーザー光線を導く水柱形成機構が、上壁と下壁および側壁を備え高圧水室を形成する高圧水室形成ハウジングと、高圧水室形成ハウジングの高圧水室に高圧水を供給する高圧水供給手段とを備え、高圧水室形成ハウジングを構成する上壁には集光器によって集光されたレーザー光線を透過せしめる透明板からなる窓が設けられ、高圧水室形成ハウジングを構成する下壁には高圧水室に供給された高圧水によって糸状の水柱を生成する噴出孔が形成されており、高圧水室形成ハウジングを構成する上壁に設けられた透明板からなる窓の上面には平凸レンズの平面が載置され凸部が集光器と対向して配設され、平凸レンズの凸部が集光器によって集光されたレーザー光線の集光方向と直交する曲面となる曲率半径で形成されているので、平凸レンズによってレーザー光線は直進し収差を生じることなく水柱の一端に適正に集光する。従って、集光器を通過したレーザー光線が空気中から透明板を透過して水柱の一端に至る際に透明板の収差に起因して適正に集光されず、スポット径が広がりレーザー光線のパワーが減衰するという問題が解消する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明によって構成されたレーザー加工装置の斜視図。
【図２】図１に示すレーザー加工装置に装備されるパルスレーザー光線照射手段の構成ブロック図。
【図３】図２に示すパルスレーザー光線照射手段を構成する水柱形成機構の要部を拡大して示す断面図。
【図４】被加工物としての半導体ウエーハが環状のフレームに装着されたダイシングテープの表面に貼着された状態の斜視図。
【図５】図１に示すレーザー加工装置を用いて図４に示す半導体ウエーハに実施するレーザー加工溝形成工程の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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、基台２上に配設されたレーザー光線照射手段としてのレーザー光線照射ユニット４とを具備している。
【００１５】
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上に加工送り方向（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た吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１の上面である保持面上に被加工物である例えば円形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、半導体ウエーハ等の被加工物を保護テープを介して支持する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。
【００１６】
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軸方向に移動せしめられる。
【００１７】
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割り出し送り手段３８を具備している。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軸方向に移動せしめられる。
【００１８】
上記レーザー光線照射ユニット４は、上記基台２上に配設された支持部材４１と、該支持部材４１によって支持され実質上水平に延出するケーシング４２と、該ケーシング４２に配設されたレーザー光線照射手段５と、ケーシング４２の前端部に配設されレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段７を具備している。なお、撮像手段７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。
【００１９】
上記レーザー光線照射手段５について、図２を参照して説明する。
レーザー光線照射手段５は、パルスレーザー光線発振手段５１と、該パルスレーザー光線発振手段５１から発振されたパルスレーザー光線LBの出力を調整する出力調整手段５２と、該出力調整手段５２によって出力が調整されたパルスレーザー光線を集光する加工ヘッド６を具備している。パルスレーザー光線発振手段５１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５１１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段５１２とから構成されている。
【００２０】
上記加工ヘッド６は、ヘッドハウジング６１と、該ヘッドハウジング６１内に配設されパルスレーザー光線発振手段５１から発振され出力調整手段５２によって出力が調整されたパルスレーザー光線LBを下方に向けて方向変換する方向変換ミラー６２と、該方向変換ミラー６２によって方向変換されたパルスレーザー光線LBを集光する集光レンズ６３aを備えた集光器６３と、該集光器６３によって集光されたパルスレーザー光線の光軸に沿って水柱を生成しチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに集光器６３によって集光されたパルスレーザー光線LBを導く水柱形成機構６４を具備しており、図１に示すようにケーシング４２の先端部に配設されている。
【００２１】
図２を参照して説明を続けると、水柱形成機構６４は、高圧水室６５０を形成する高圧水室形成ハウジング６５と、該高圧水室形成ハウジング６５の高圧水室６５０に高圧水を供給する高圧水供給手段６６を具備している。高圧水室形成ハウジング６５は、円形状の上壁６５１および下壁６５２と、該上壁６５１と下壁６５２の周囲を密閉する環状の側壁６５３とによって構成されている。高圧水室形成ハウジング６５を構成する上壁６５１には、集光器６３によって集光されたパルスレーザー光線LBを透過せしめる透明板からなる窓６５１aが設けられているとともに、高圧水導入口６５１bが設けられている。高圧水室形成ハウジング６５を構成する上壁６５１に設けられた透明板からなる窓６５１aには、平凸レンズ６５４の平面６５４aが載置され凸部６５４bが集光器６３と対向して配設されている。平凸レンズ６５４の凸部６５４bは、図３に示すように集光器６３によって集光されたパルスレーザー光線LBの集光方向と直交する曲面となる曲率半径で形成されている。上記高圧水室形成ハウジング６５を構成する下壁６５２には、パルスレーザー光線LBの光軸上に形成され後述するように高圧水供給手段６６によって高圧水室６５０に供給される高圧水によって糸状の水柱６６０を生成する噴出孔６５２aが形成されている。この水柱６６０の一端となる噴出孔６５２aには、集光器６３によって集光されるパルスレーザー光線LBの集光点Ｐが位置付けられる。
【００２２】
図示の実施形態における水柱形成機構６４は以上のように構成され、高圧水室形成ハウジング６５を構成する上壁６５１に設けられた透明板からなる窓６５１aの上面には平凸レンズ６５４の平面６５４aが載置され凸部６５４bが集光器６３と対向して配設され、平凸レンズ６５４の凸部６５４bが集光器６３によって集光されたパルスレーザー光線の集光方向と直交する曲面となる曲率半径で形成されているので、平凸レンズ６５４によってパルスレーザー光線LBは直進し収差を生じることなく水柱６６０の一端となる噴出孔６５２aの位置に適正に集光する。従って、集光器６３を通過したレーザー光線が空気中から透明板を透過して水柱の一端に至る際に透明板の収差に起因して適正に集光されず、スポット径が広がりレーザー光線のパワーが減衰するという問題が解消する。
【００２３】
図２を参照して説明を続けると、上記高圧水供給手段６６は、高圧水供給源６６１と、該高圧水供給源６６１と上記高圧水室形成ハウジング６５を構成する上壁６５１に設けられた高圧水導入口６５１bとを接続する配管６６２と、該配管６６２中に配設された電磁開閉弁６６３とからなっている。電磁開閉弁６６３は、除勢(OFF)されている状態では高圧水供給源６６１と高圧水導入口６５１bとの連通を遮断しており、附勢(ON)されると高圧水供給源６６１と高圧水導入口６５１bとを連通するように構成されている。なお、このように構成された高圧水供給手段６６は、例えば２５MPaの圧力を有する高圧水を上記高圧水導入口６５１bを通して高圧水室６５０に供給する。高圧水供給手段６６によって高圧水室６５０に供給された高圧水は、図３に示すように噴出孔６５２aから水柱６６０となってチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに向けて噴射される。なお、水柱６６０の直径は、図示の実施形態においてはφ５０μmに設定されている。このようにして生成される水柱６６０は、上述したように一端に集光されたパルスレーザー光線LBをチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに導く。
【００２４】
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４には、上述したレーザー加工装置によって加工される被加工物としての半導体ウエーハ１０が環状のフレームFに装着されたダイシングテープTの表面に貼着された状態の斜視図が示されている。半導体ウエーハ１０は、表面１０aに格子状の分割予定ライン１０１が形成され、格子状の分割予定ライン１０１によって区画された複数の領域にIC、LSI等のデバイス１０２が形成されている。このように構成された半導体ウエーハ１０に分割予定ライン１０１に沿ってレーザー加工溝を形成するには、図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０のダイシングテープT側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、半導体ウエーハ１０はダイシングテープTを介してチャックテーブル３６上に吸引保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル３６上にダイシングテープTを介して吸引保持された半導体ウエーハ１０は、表面１０ａが上側となる。なお、ダイシングテープTが装着された環状のフレームFは、チャックテーブル３６に配設されたクランプ３６２によって固定される。このようにして半導体ウエーハ１０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６の直下に位置付けられる。
【００２５】
上記のようにしてチャックテーブル３６が撮像手段７の直下に位置付けられると、撮像手段７および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ１０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６および図示しない制御手段は、半導体ウエーハ１０の所定方向に形成されている分割予定ライン１０１とレーザー光線照射手段５の加工ヘッド６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、アライメントを遂行する。また、半導体ウエーハ１０に形成されている所定方向と直交する方向に形成されている分割予定ライン１０１に対しても、同様にアライメントが遂行される。
【００２６】
以上のようにしてチャックテーブル３６上に保持されている半導体ウエーハ１０に形成されている分割予定ライン１０１を検出し、レーザー光線照射領域のアライメントが行われたならば、半導体ウエーハ１０を保持したチャックテーブル３６を上記加工ヘッド６によるレーザー光線照射領域のレーザー加工開始位置に移動する。このとき、図５の(a)に示すように半導体ウエーハ１０は加工すべき分割予定ライン１０１の一端（図５の(a)において左端）が加工ヘッド６の直下に位置するように位置付けられる。そして、上記高圧水供給手段６６を作動して水柱形成機構６４の高圧水室６５０に供給することにより噴出孔６５２aから水柱６６０を生成するとともに、パルスレーザー光線発振手段５１を作動してシリコンウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線LBを発振し集光器６３により水柱６６０の一端に集光させる。この結果、水柱６６０の一端に集光されたパルスレーザー光線LBはチャックテーブル３６に保持された被加工物Wに導かれる。そして、チャックテーブル３６を図５の(a)においてX1で示す方向に加工送りし、図５の(b)で示すように分割予定ライン１０１の他端（図５の（ｂ）において右端）が加工ヘッド６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（レーザー加工溝形成工程）。このようにして上述したレーザー加工溝形成工程を実施することにより、半導体ウエーハ１０には図５の（ｂ）および図５の（c）に示すように分割予定ライン１０１に沿ってレーザー加工溝１１０が形成される。そして、上述したレーザー加工溝形成工程を半導体ウエーハ１０に形成された全ての分割予定ライン１０１に沿って実施する。
【００２７】
なお、上記レーザー加工溝形成工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
レーザー光線の波長  ：５３２ｎｍ
平均出力            ：７〜３０Ｗ
繰り返し周波数      ：４０ｋＨｚ
水柱の径            ：φ５０μｍ
【００２８】
上記レーザー加工溝形成工程においては、パルスレーザー光線LBは上述したように水柱６６０の一端となる噴出孔６５２aの位置に適正に集光されパワーが減衰されることがないので、所望のレーザー加工溝を確実に形成することができる。
【符号の説明】
【００２９】
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
４３：第２の割り出し送り手段
５：レーザー光線照射手段
５１：パルスレーザー光線発振手段
５２：出力調整手段
６：加工ヘッド
６３：集光器
６４：水柱形成機構
６５：高圧水室形成ハウジング
６５０：高圧水室
６５４：平凸レンズ
６６：高圧水供給手段
６６０：水柱
【図１】
0006407740.tif 000002
【図２】
0006407740.tif 000003
【図３】
0006407740.tif 000004
【図４】
0006407740.tif 000005
【図５】
0006407740.tif 000006