(57)【要約】【課題】被加工物におけるレーザー光線が照射される側の面にダメージを与えることなく、被加工物の内部に変質層を形成することができるレーザー加工装置を提供する。【解決手段】ウエーハを保持するチャックテーブルと、チャックテーブルに保持されたウエーハにレーザー光線を照射するレーザー光線照射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、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レンズを備えた集光器とを具備し、該集光レンズは、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光点に向かって空間強度分布が一様な分布から集光点に達して急峻な分布に遷移するように構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ウエーハにレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、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する集光レンズを備えた集光器とを具備し、
該集光レンズは、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光点に向かって空間強度分布が一様な分布から集光点に達して急峻な分布に遷移するように構成されている、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
【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ウエーハ等の被加工物の一方の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、ウエーハの内部にストリートに沿って変質層を形成する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、半導体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、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（例えば１０６４ｎｍ）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変質層を連続的に形成し、この変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。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特許第３４０８８０５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、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線をウエーハの内部に集光させても、ウエーハにおけるレーザー光線が照射される側の面にダメージを与えるという問題がある。このような問題は、レーザー光線を集光する集光レンズがガウシアン分布によるエネルギー分布を形成するからである。即ち、図８に示すように球面レンズからなる一般の集光レンズＬは、集光点Pにおいてレーザー光線LBのエネルギーが最も高いガウシアン分布を形成する。また、集光レンズＬは、集光点Pに至るまでのレーザー光線LBのエネルギー分布もガウシアン分布を形成する。そして、集光点Pにおけるピークエネルギーを１とすると、集光点Pより例えば１００μm上流側の位置Sにおけるピークエネルギーは略０．０５もある。従って、ウエーハWの上面から１００μm内部にレーザー光線LBの集光点を位置付けても、ウエーハWの上面には集光点Pにおけるピークエネルギーの５％が作用し、ウエーハの上面（レーザー光線が照射される側の面）にダメージを与えることになる。
【０００５】
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、被加工物におけるレーザー光線が照射される側の面にダメージを与えることなく、被加工物の内部に変質層を形成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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、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する集光レンズを備えた集光器とを具備し、
該集光レンズは、該レーザー光線発振手段から発振されたレーザー光線を集光点に向かって空間強度分布が一様な分布から集光点に達して急峻な分布に遷移するように構成されている、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、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レンズは、レーザー光線を集光点に向かって空間強度分布が一様な分布から集光点に達して急峻な分布に遷移するように構成されているので、集光レンズによって集光される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することにより、被加工物の内部はレーザー光線のピークエネルギーによって加工される。この結果、被加工物の内部には変質層が形成される。一方、レーザー光線における集光点より上流側のエネルギーは空間強度分布が一様な分布となるので、レーザー光線が照射される面付近におけるエネルギーが極めて低くなる。従って、被加工物におけるレーザー光線が照射される側の面にダメージを与えることなく、被加工物の内部に変質層を形成することができる
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明による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、該レーザー光線ユニット支持機構４に矢印Ｚで示す焦点位置調整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。
【０００９】
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で示す方向に移動可能に配設された第一の滑動ブロック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上に板状の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。
【００１０】
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、その上面に矢印Ｙで示す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に沿って矢印Ｘで示す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に沿って矢印Ｘで示す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の出力軸に図示しない減速装置を介して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、第一の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられる。
【００１１】
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、矢印Ｙで示す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に沿って矢印Ｙで示す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の出力軸に図示しない減速装置を介して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に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。
【００１２】
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、該雄ねじロッド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の出力軸に図示しない減速装置を介して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。
【００１３】
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、矢印Ｚで示す方向に移動可能に支持される。
【００１４】
上記レーザー光線照射手段５２について、図１および図２を参照して説明する。
図示のレーザー光線照射手段５２は、上記ユニットホルダ５１に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング５２１と、該ケーシング５２１内に配設されたパルスレーザー光線発振手段５２２および出力調整手段５２３と、ケーシング５２１の先端に装着されパルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたレーザー光線を集光する集光器５２４を具備している。
【００１５】
上記パルスレーザー光線発振手段５２２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５２２aと、これに付設された繰り返し周波数設定手段５２２bとから構成されている。上記出力調整手段５２３は、パルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたパルスレーザー光線LBの出力を所定の出力に調整する。これらパルスレーザー光線発振手段５２２および出力調整手段５２３は、図示しない制御手段によって制御される。
【００１６】
上記集光器５２４は、図２に示すようにハウジング５２４aと、該ハウジング５２４a内に配設されパルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたレーザー光線LBを下方に向けて方向変換する方向変換ミラー５２４bと、該方向変換ミラー５２４bによって方向変換されたレーザー光線を集光する集光レンズ５２４cを具備している。この集光レンズ５２４cは、レーザー光線発振手段５２２から発振されたレーザー光線LBを集光点に向かって空間強度分布が一様な分布から集光点に達して急峻な分布に遷移するように構成されている。このよう構成された集光レンズ５２４cによって集光されるレーザー光線LBのエネルギー分布について、図３を参照して説明する。図３に示すように集光レンズ５２４cによって集光されウエーハWに照射されるレーザー光線LBのエネルギー分布は、集光点Pに向かって空間強度分布が一様に分布され、集光点Pにおいて急峻なガウシアン分布を形成する。このようなエネルギー分布においては、集光点Pにおけるピークエネルギーを１とすると、集光点Pより例えば１００μm上流側の位置Sにおけるピークエネルギーは０．０２（２％）程度である。従って、集光点Pより例えば１００μm上流側の位置Sにおけるピークエネルギーは、上記図８に示す従来一般に用いられている集光レンズLの集光点Pより１００μm上流側の位置Sにおけるピークエネルギーと比較して２／５に低下する。このような集光レンズ５２４cは、非球面レンズ、回析光学素子またはマスク光学系によって構成することができる。
【００１７】
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６が配設されている。この撮像手段６は、図示の実施形態においては可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
【００１８】
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に沿って矢印Ｚで示す方向に移動させるための移動手段５４を具備している。移動手段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に沿って矢印Ｚで示す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。
【００１９】
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。
ここで、上記レーザー加工装置によって加工される被加工物であるウエーハとしての半導体ウエーハについて、図４を参照して説明する。図４に示す半導体ウエーハ１０は、厚みが例えば１５０μmのシリコンウエーハからなっており、表面１０ａに複数のストリート１１が格子状に形成されているとともに、該複数のストリート１１によって区画された複数の領域にIC、LSI等のデバイス１２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の内部にレーザー光線の集光点を位置付けてストリート１１に沿ってレーザー加工を施し、半導体ウエーハ１０の内部にストリート１１に沿って変質層を形成するには、図５に示すように半導体ウエーハ１０の表面１０aに保護テープ２０を貼着する（保護テープ貼着工程）。
【００２０】
上述した保護テープ貼着工程を実施したならば、半導体ウエーハ１０の内部にレーザー光線の集光点を位置付けてストリート１１に沿ってレーザー加工を施し、半導体ウエーハ１０の内部にストリート１１に沿って変質層を形成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上に半導体ウエーハ１０の保護テープ２０側を載置し、該チャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０を吸着保持する。従って、半導体ウエーハ１０は、裏面１０bを上側にして保持される。
【００２１】
上述したように半導体ウエーハ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。チャックテーブル３６が撮像手段６の直下に位置付けられると、撮像手段６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ストリート１１と、ストリート１１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５２４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１０に形成されている上記所定方向に対して直角に延びるストリート１１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。このとき、半導体ウエーハ１０のストリート１１が形成されている表面１０ａは下側に位置しているが、撮像手段６が上述したように赤外線照明手段と赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成された撮像手段を備えているので、裏面１０ｂから透かしてストリート１１を撮像することができる。
【００２２】
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１０に形成されているストリート１１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６(a)で示すようにチャックテーブル３６をレーザー光線照射手段５２の集光器５２４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１１を集光器５２４の直下に位置付ける。このとき、図６の（ａ）で示すように半導体ウエーハ１０は、ストリート１１の一端(図６の(a)において左端)が集光器５２４の直下に位置するように位置付けられる。次に、集光器５２４からパルスレーザー光線LBを照射しつつチャックテーブル３６を図６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。そして、図６の（ｂ）で示すようにストリート１１の他端（図６(b)において右端）が集光器５２４の直下位置に達したら、パルスレーザー光線LB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。このとき、集光器５２４から照射されるパルスレーザー光線LBの集光点Pを図６の(a)および図７の(a)に示すように半導体ウエーハ１０の裏面１０b（上面）から例えば１００μm下方位置に位置付ける。この結果、半導体ウエーハ１０の内部の集光点Pにおいては図７の(a)に示すようにレーザー光線のエネルギーがガウシアン分布のピークエネルギーによって加工される。この結果、図６の(b)および図７の(b)に示すように半導体ウエーハ１０の内部にはストリート１１に沿って変質層１１０が形成される。一方、半導体ウエーハ１０におけるレーザー光線が照射される側の裏面１０b（上面）、即ち集光点Pより１００μm上流側の位置Sに照射されるレーザー光線LBのピークエネルギーは上述したように集光点Pにおけるピークエネルギーの２％程度となる。即ち、集光点Pより１００μm上流側の位置Sに照射されるレーザー光線LBのピークエネルギーは、図８に示す従来一般に用いられている集光レンズLの集光点Pより１００μm上流側の位置Sにおけるピークエネルギーと比較して２／５と低くなる。従って、半導体ウエーハ１０の内部には図６の(b)および図７の(b)に示すようにストリート１１に沿って変質層１１０が形成されるが、半導体ウエーハ１０におけるレーザー光線LBが照射される側の裏面１０b（上面）がレーザー光線のエネルギーによってダメージを受けることはない。
【００２３】
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                    ：１０６４ｎｍ
出力                    ：１Ｗ
繰り返し周波数          ：１００ｋＨｚ
集光スポット径          ：φ１０μm
加工送り速度            ：３００ｍｍ／秒
【００２４】
上述したレーザー光線照射工程を半導体ウエーハ１０に所定方向に形成された全てのストリート１１に沿って実施したならば、チャックテーブル３６を９０度回動する。そして、半導体ウエーハ１０に上記所定方向と直交する方向に形成された全てのストリート１１に沿って上述したレーザー光線照射工程を実施する。
【００２５】
以上のようにして光デバイスウエーハ１０に形成された全てのストリート１１に沿って上述したレーザー光線照射工程を実施したならば、半導体ウエーハ１０は次工程である分割工程に搬送される。そして、分割工程において、半導体ウエーハ１０は内部に変質層が形成され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、個々のデバイスに容易に分割することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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の構成を簡略に示すブロック図。
【図３】図２に示すレーザー光線照射手段の集光器を構成する集光レンズによって集光されるレーザー光線のエネルギー分布を示す説明図。
【図４】ウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図。
【図５】図４に示す半導体ウエーハの表面に保護テープを貼着した状態を示す斜視図。
【図６】図１に示すレーザー加工装置を用いて実施するレーザー光線照射工程の説明図。
【図７】図６に示すレーザー光線照射工程によってレーザー加工される光デバイスウエーハの要部拡大断面図。
【図８】従来用いられているレーザー光線照射手段の集光器を構成する集光レンズによって集光されるレーザー光線のエネルギー分布を示す説明図。
【符号の説明】
【００２７】
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
５２２：パルスレーザー光線発振手段
５２３：出力調整手段
５２４：集光器
５２４c：集光レンズ
６：撮像手段
１０：半導体ウエーハ
１１：ストリート
１１０：変質層
１２：デバイス
２０：保護テープ
【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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【図７】
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【図８】
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