レーザー加工装置
【課題】加工幅を任意に調整可能にすることにより、１回の加工工程により任意の加工幅を有するレーザー加工溝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】チャックテーブル３６に保持された被加工物１００にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、チャックテーブルとレーザー光線照射手段を加工送り方向（X軸方向）に相対的に移動せしめる加工送り手段と、X軸方向と直交する割り出し送り方向(Y軸方向)に相対移動せしめる割り出し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、発振されたレーザー光線を集光する集光器７とを具備し、集光器は集光スポットの形状を楕円形に形成する楕円スポット形成手段と、形成された楕円形の集光スポットにおける長軸のX軸方向に対する角度θを調整する加工幅調整手段とを具備している。
【解決手段】チャックテーブル３６に保持された被加工物１００にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、チャックテーブルとレーザー光線照射手段を加工送り方向（X軸方向）に相対的に移動せしめる加工送り手段と、X軸方向と直交する割り出し送り方向(Y軸方向)に相対移動せしめる割り出し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、発振されたレーザー光線を集光する集光器７とを具備し、集光器は集光スポットの形状を楕円形に形成する楕円スポット形成手段と、形成された楕円形の集光スポットにおける長軸のX軸方向に対する角度θを調整する加工幅調整手段とを具備している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光線を照射して形成するレーザー加工溝の加工幅を任意に調整することができるレーザー加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
当業者には周知の如く、半導体デバイス製造工程においては、シリコン等の半導体基板の表面に絶縁膜と機能膜が積層された積層体によって複数のＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスをマトリックス状に形成した半導体ウエーハが形成される。このように形成された半導体ウエーハは上記デバイスがストリートと呼ばれる分割予定ラインによって区画されており、このストリートに沿って分割することによって個々のデバイスを製造している。
【０００３】
このような半導体ウエーハのストリートに沿った分割は、通常、ダイサーと呼ばれる切削装置によって行われている。この切削装置は、被加工物である半導体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半導体ウエーハを切削するための切削手段と、チャックテーブルと切削手段とを相対的に移動せしめる移動手段とを具備している。切削手段は、高速回転せしめられる回転スピンドルと該スピンドルに装着された切削ブレードを含んでいる。切削ブレードは円盤状の基台と該基台の側面外周部に装着された環状の切れ刃からなっており、切れ刃は例えば粒径３μｍ程度のダイヤモンド砥粒を電鋳によって固定され厚みが２０μｍ程度に形成されている。
【０００４】
近時においては、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップの処理能力を向上するために、シリコン等の半導体基板の表面にＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）と回路を形成する機能膜が積層された積層体によって半導体チップを形成せしめた形態の半導体ウエーハが実用化されている。
【０００５】
上述したＬｏｗ−ｋ膜はシリコン等の半導体基板の素材と異なるため、切削ブレードによって同時に切削することが困難である。即ち、Ｌｏｗ−ｋ膜は雲母のように非常に脆いことから、切削ブレードによりストリートに沿って切削すると、Ｌｏｗ−ｋ膜が剥離し、この剥離が回路にまで達し半導体チップに致命的な損傷を与えるという問題がある。
【０００６】
上記問題を解消するために、半導体ウエーハに形成されたストリートに沿って２条のレーザー加工溝を形成して積層体を分断し、この２条のレーザー加工溝の外側間に切削ブレードを位置付けて切削ブレードと半導体ウエーハを相対移動することにより、半導体ウエーハをストリートに沿って切断するウエーハの分割方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−６４２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
而して、上述した半導体ウエーハに形成されたストリートに沿って２条のレーザー加工溝を形成して積層体を分断する方法は、レーザー光線の集光スポットをストリートの両側に位置付けてレーザー加工溝を形成しなければならず、生産性が悪いという問題がある。また、半導体ウエーハに形成されたストリートに沿って２条のレーザー加工溝を形成して積層体を分断する方法は、２条のレーザー加工溝に挟まれたストリートの中央部に積層体が残存するため、切削ブレードの直進性が損なわれデバイスを損傷させるという問題もある。更に、半導体ウエーハに形成されたストリートに沿って２条のレーザー加工溝を形成して積層体を分断する方法は、ストリートの幅が３０〜１００μmとウエーハによって異なることから、形成すべきレーザー加工溝の間隔をその都度調整しなければならず、生産性が更に悪化する。
【０００９】
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、加工幅を任意に調整可能にすることにより、１回の加工工程により任意の加工幅を有するレーザー加工溝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】
【００１０】
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、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段を加工送り方向（X軸方向）に相対的に移動せしめる加工送り手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段を該加工送り方向（X軸方向）と直交する割り出し送り方向(Y軸方向)に相対移動せしめる割り出し送り手段と、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によって発振されたレーザー光線を集光する集光器とを具備し、
該集光器は、集光スポットの形状を楕円形に形成する楕円スポット形成手段と、該楕円スポット形成手段によって形成された楕円形の集光スポットにおける長軸のX軸方向に対する角度を調整する加工幅調整手段とを具備している、
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】
【００１１】
本発明によるレーザー加工装置においては、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によって発振されたレーザー光線を集光する集光器とを具備し、集光器が集光スポットの形状を楕円形に形成する楕円スポット形成手段と、該楕円スポット形成手段によって形成された楕円形の集光スポットにおける長軸のX軸方向に対する角度を調整する加工幅調整手段とを具備しているので、楕円スポット形成手段によって形成された楕円形の集光スポットにおける長軸のX軸方向に対する角度を調整することにより、加工幅を任意に調整可能となり、１回の加工工程により任意の加工幅を有するレーザー加工溝を形成することができる。従って、例えば半導体ウエーハのストリートに沿って半導体基板の表面に積層された積層体を除去するためにレーザー加工溝を形成する場合、中央部に積層体を残存させることなく所望の加工幅に形成することができるので、半導体ウエーハをレーザー加工溝に沿って切削ブレードにより切削する際に切削ブレードの直進性が維持される。従って、中央部に積層体が残存することにより切削ブレードの直進性が損なわれデバイスを損傷させるという問題を未然に防止することができる。また、ウエーハに形成されるストリートの幅が３０〜１００μmと異なっていても、集光器から照射されるレーザー光線の楕円形の集光スポットにおける長軸のX軸方向に対する角度を調整することによりレーザー加工溝の加工幅を容易に変更することができる。
【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ブロック図。
【図３】図２に示すレーザー光線照射手段を構成する第１の実施形態における集光器を備えた加工ヘッドの説明図。
【図４】図３に示す加工ヘッドの斜視図。
【図５】図３に示す加工ヘッドの集光器を構成するシリンドリカルレンズユニットの斜視図。
【図６】図５に示すシリンドリカルレンズユニットの構成部材を分解して示す斜視図。
【図７】図５に示すシリンドリカルレンズユニットを構成するシリンドリカルレンズを保持したレンズ保持部材の断面図。
【図８】図１に示すレーザー加工装置に装備され集光レンズとシリンドリカルレンズユニットとの間隔を調整する間隔調整機構の斜視図。
【図９】図８に示す間隔調整機構にシリンドリカルレンズユニットをセットした状態を示す斜視図。
【図１０】図１に示すレーザー加工装置に装備される制御手段の構成ブロック図。
【図１１】集光レンズと凸レンズからなるシリンドリカルレンズによって断面が円形の集光スポットを形成する状態を示す説明図。
【図１２】集光レンズと凸レンズからなるシリンドリカルレンズによって断面が楕円形の集光スポットを形成する状態を示す説明図。
【図１３】集光レンズと凹レンズからなるシリンドリカルレンズによって断面が楕円形の集光スポットを形成する状態を示す説明図。
【図１４】図５および図６に示すシリンドリカルレンズユニットを構成する加工幅調整手段によって楕円形の集光スポットを光軸を中心として回動し、長軸をX軸方向に対する角度調整した状態を示す説明図。
【図１５】図５および図６に示すシリンドリカルレンズユニットを構成する加工幅調整手段のパルスモータに印加する駆動パルス数と楕円形の集光スポットにおける長軸のX軸方向に対する角度θとの関係を示す制御マップ。
【図１６】被加工物としての半導体ウエーハの斜視図および要部拡大断面図。
【図１７】図１６に示す半導体ウエーハを環状のフレームFに装着された保護テープに貼着した状態を示す斜視図。
【図１８】図１に示すレーザー加工装置によって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について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【００１４】
図１には、本発明に従って構成された加工装置としての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で示す集光点位置調整方向（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。
【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。
【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、第一の滑動ブロック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】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出するためのX軸方向位置検出手段３７４を備えている。X軸方向位置検出手段３７４は、案内レール３１に沿って配設されたリニアスケール３７４aと、第１の滑動ブロック３２に配設され第１の滑動ブロック３２とともにリニアスケール３７４aに沿って移動する読み取りヘッド３７４bとからなっている。このX軸方向位置検出手段３７４の読み取りヘッド３７４b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手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出する。なお、上記加工送り手段３７の駆動源としてパルスモータ３７２を用いた場合には、パルスモータ３７２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出することもできる。また、上記加工送り手段３７の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出することもできる。
【００１８】
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で示す割り出し送り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。
【００１９】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記第２の滑動ブロック３３のY軸方向位置を検出するためのY軸方向位置検出手段３８４を備えている。Y軸方向位置検出手段３８４は、案内レール３２２に沿って配設されたリニアスケール３８４aと、第２の滑動ブロック３３に配設され第２の滑動ブロック３３とともにリニアスケール３８４aに沿って移動する読み取りヘッド３８４bとからなっている。このY軸方向位置検出手段３８４の読み取りヘッド３８４b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手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６のY軸方向位置を検出する。なお、上記第１の割り出し送り手段３８の駆動源としてパルスモータ３８２を用いた場合には、パルスモータ３８２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６のY軸方向位置を検出することもできる。また、上記第１の割り出し送り手段３８の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６のY軸方向位置を検出することもできる。
【００２０】
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Ｙ軸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、一方の側面にZ軸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Ｙ軸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Ｙ軸方向に移動せしめられる。
【００２１】
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、Z軸方向に移動可能に支持される。
【００２２】
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Z軸方向に移動させるための集光点位置調整手段５３を具備している。集光点位置調整手段５３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５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２によって図示しない雄ネジロッドを正転および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を案内レール４２３、４２３に沿ってZ軸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５３２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５３２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。
【００２３】
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を具備している。また、レーザー光線照射手段５２は、図２に示すようにケーシング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の先端に配設されパルスレーザー光線発振手段５２２によって発振されたパルスレーザー光線を上記チャックテーブル３６に保持された被加工物に照射する加工ヘッド６を具備している。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。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の出力を調整する。
【００２４】
上記加工ヘッド６は、図３に示すように方向変換ミラー６１と、集光器７とからなっている。方向変換ミラー６１は、上記パルスレーザー光線発振手段５２２によって発振され出力調整手段５２３を介して照射されたパルスレーザー光線を集光器７に向けて方向変換する。集光器７は、図示の第１の実施形態においては上記チャックテーブル３６に保持された被加工物と対向する集光レンズ８と、該集光レンズ８よりレーザー光線照射方向上流側、即ち集光レンズ８と方向変換ミラー６１との間に配設されたシリンドリカルレンズユニット９と、集光レンズ８とシリンドリカルレンズユニット９との間隔を調整するための後述する間隔調整機構とを具備している。上記方向変換ミラー６１とシリンドリカルレンズユニット９および後述する間隔調整機構は、図４に示すように上記ケーシング５２１の先端に装着された加工ヘッドハウジング６０内に配設されている。また、上記集光レンズ８は、加工ヘッドハウジング６０の下端に装着されるレンズハウジング８０内に配設されている。この集光レンズ８は、図示の実施形態においては焦点距離が４０mmに設定されている。なお、上記集光レンズ８とシリンドリカルレンズ９１および間隔調整機構１０は、後述するように集光スポットの形状を楕円形に形成する楕円スポット形成手段として機能する。
【００２５】
上記シリンドリカルレンズユニット９について、図５乃至図７を参照して説明する。図５にはシリンドリカルレンズユニット９の斜視図が示されており、図６には図５に示すシリンドリカルレンズユニット９の分解斜視図が示されている。
図５および図６に示すシリンドリカルレンズユニット９は、シリンドリカルレンズ９１と、該シリンドリカルレンズを保持するレンズ保持部材９２と、該レンズ保持部材９２を保持する枠体９３とを具備している。
【００２６】
シリンドリカルレンズ９１は、図７に示すように断面が半円形状に形成された凸レンズからなっている。このシリンドリカルレンズ９１は、図示の実施形態においては焦点距離が４０mmに設定されている。シリンドリカルレンズ９１を保持するレンズ保持部材９２は、図示の実施形態においては合成樹脂によって円形に形成されている。このレンズ保持部材９２は、レンズ保持部９２１と、該レンズ保持部９２１の下面中心部から突出して形成された回動軸部９２２とからなっている。レンズ保持部９２１にはレンズ嵌合穴９２１aが設けられており、このレンズ嵌合穴９２１aにシリンドリカルレンズ９１が嵌合して保持される。回動軸部９２２には、レンズ保持部９２１に設けられたレンズ嵌合穴９２１aと連通するレーザー光線挿通穴９２２aが軸方向に貫通して形成されている。
【００２７】
上記レンズ保持部材９２を保持する枠体９３は、図６に示すように矩形状に形成されており、その上面には上記レンズ保持部材９２のレンズ保持部９２１が配置される凹部９３１が形成されている。また、凹部９３１の底壁９３１aには、上記レンズ保持部材９２の回動軸部９２２を回動可能に嵌合する軸穴９３１bが設けられている。このように構成された枠体９３の凹部９３１に上記レンズ保持部材９２のレンズ保持部９２１を配置し、軸穴９３１bに回動軸部９２２を嵌合することにより、レンズ保持部９２１はシリンドリカルレンズ９１を通るレーザー光線の光軸を中心として回動可能に装着される。
【００２８】
図示の実施形態におけるシリンドリカルレンズユニット９は、上記レンズ保持部材９２を回動軸部９２２を中心として回動し楕円形の集光スポットにおける長軸のX軸方向に対する角度を調整する加工幅調整手段９４を具備している。加工幅調整手段９４は、図示の実施形態においてはパルスモータ９４１と無端ベルト９４２とからなっている。パルスモータ９４１は上記枠体９３の下面に装着され、その駆動軸９４１aが凹部９３１内に突出して配設される。駆動軸９４１aにはプーリー９４３が装着され、このプーリー９４３と上記レンズ保持部材９２のレンズ保持部９２１の外周に無端ベルト９４２が掛け回される。従って、パルスモータ９４１に駆動パルスを印加することにより、プーリー９４３および無端ベルト９４２を介してレンズ保持部材９２が回動軸部９２２を中心として所定方向に回動せしめられる。この加工幅調整手段９４は、後述するように集光レンズ８とシリンドリカルレンズ９１および間隔調整機構１０とからなる楕円スポット形成手段によって形成される楕円形の集光スポットを光軸を中心として回動し楕円形の集光スポットにおける長軸のX軸方向に対する角度を調整する。
【００２９】
以上のように構成されたシリンドリカルレンズユニット９は、図８に示す間隔調整機構１０にセットされる。以下、間隔調整機構１０について説明する。
図８に示す間隔調整機構１０は、支持基板１１と、該支持基板１１の下端に設けられた集光レンズ支持板１２と、該支持基板１１の前面に沿って上下方向に移動可能に配設された支持テーブル１３とを具備している。
【００３０】
支持基板１１は、前面中央部に上下方向に形成された案内溝１１１を備えている。この支持基板１１の側面中間部には、第１の調整板１１２が固定されている。集光レンズ支持板１２は、支持基板１１の前面に対して直角に突出して形成されている。この集光レンズ支持板１２には、中央部に穴１２１が形成されている。このように構成された集光レンズ支持板１２の下面における穴１２１と対応する位置に集光レンズ８が配設されたレンズハウジング８０が装着される。
【００３１】
上記支持テーブル１３は、支持部１４と、該支持部１４の下端に設けられたテーブル部１５とからなっている。支持部１４は、後面に上記支持基板１１に形成された案内溝１１１に嵌合する被案内レール１４１が形成されている。この被案内レール１４１が案内溝１１１に嵌合することにより、支持テーブル１３は支持基板１１に案内溝１１１に沿って上下方向に移動可能に支持される。なお、支持部１４の上端には、上記第１の調整板１１２の上方に位置する第２の調整板１４２が固定されている。上記テーブル部１５は、支持部１４の前面に対して直角に突出して形成されている。このテーブル部１５には、中央部にレーザー光線が通過する穴１５１が形成されているとともに、上記加工幅調整手段９４のパルスモータ９４１が挿通する穴１５２が設けられている。また、テーブル部１５の両側端には支持基板１１の前面に対して直角に延びる位置決めレール１５３、１５４が形成されている。この位置決めレール１５３、１５４の間隔は、上記シリンドリカルレンズユニット９を構成する枠体９３の幅方向寸法に対応した寸法に設定されている。
【００３２】
上記第２の調整板１４２には調整ネジ手段１６が配設されている。この調整ネジ手段１６は、第２の調整板１４２に装着された支持筒１６１と、該支持筒１６１に進退可能に配設された計測ロッド１６２と、該計測ロッド１６２を進退せしめる調整ダイアル１６３とからなっており、マイクロメーターと同様の機構に構成されている。このように構成された調整ネジ手段１６は、計測ロッド１６２の先端（下端）が上記第１の調整板１１２の上面に当接することにより支持テーブル１３を構成する支持部１４の上下方向位置を規制する。従って、調整ダイアル１６３を一方向または他方向に回動して計測ロッド１６２を進退させることにより支持部１４の上下方向位置即ち支持部１４の下端に設けられたテーブル部１５と集光レンズ支持板１２との間隔を変更することができる。このとき、支持筒１６１および調整ダイアル１６３に形成された目盛りに基いて計測ロッド１６２の進退量を調整することにより、支持テーブル１３のテーブル部１５と集光レンズ支持板１２との間隔を適宜調整することができる。
【００３３】
以上のように構成された間隔調整機構１０の支持テーブル１３を構成するテーブル部１５には、図９に示すように上記シリンドリカルレンズユニット９がセットされる。即ち、シリンドリカルレンズユニット９の枠体９３を支持テーブル１３を構成するテーブル部１５における位置決めレール１５３、１５４の間に載置する。なお、支持テーブル１３のテーブル部１５上の所定位置に載置されたシリンドリカルレンズユニット９は、図示しない適宜の固定手段によって支持テーブル１３のテーブル部１５に固定される。
【００３４】
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１７が配設されている。この撮像手段１７は、撮像素子（ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。
【００３５】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、図１０に示す制御手段２０を具備している。制御手段２０は、コンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）２０１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）２０２と、後述する被加工物の設計値のデータや演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３と、カウンター２０４と、入力インターフェース２０５および出力インターフェース２０６とを備えている。制御手段２０の入力インターフェース２０５には、上記X軸方向位置検出手段３７４、Y軸方向位置検出手段３８４、撮像手段１７、入力手段２１０等からの検出信号が入力される。そして、制御手段２０の出力インターフェース２０６からは、上記パルスモータ３７２、パルスモータ３８２、パルスモータ４３２、パルスモータ５３２、レーザー光線照射手段５２、パルスモータ９４１等に制御信号を出力する。
【００３６】
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。
上述したレーザー光線照射手段５２によって照射されるレーザー光線の集光スポット形状について、図１１および図１２を参照して説明する。
先ず、図１１の（a）および１１の（b）に示すようにシリンドリカルレンズ９１と集光レンズ８の間隔(d1)をシリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f2)と同一の４０mmに設定した場合について説明する。この場合、レーザー光線Lは、シリンドリカルレンズ９１によってY方向は集光されず、集光レンズ８のみによってY方向に集光される。即ち、図１１の（a）に示すようにシリンドリカルレンズ９１を通過したレーザー光線Lは、集光レンズ８の焦点距離(f1)である４０mm下方の集光点(P1)で集光される。
【００３７】
一方、レーザー光線Lは、シリンドリカルレンズ９１によってX方向が集光される。即ち、シリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f1)が４０mmに設定されているので、図１１の（b）に示すようにシリンドリカルレンズ９１によってレーザー光線L がX方向に集光される集光点P2は集光レンズ８の中心位置となる。このようにして集光レンズ８の中心位置で集光されたレーザー光線Lは、集光レンズ８の下面に向けて広がり、集光レンズ８の下面から上記集光点P1で再度集光される。集光された状態で集光レンズ８を通過する。このように、シリンドリカルレンズ９１と集光レンズ８の間隔(d1)をシリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f1)と同一にすると、シリンドリカルレンズ９１に入射された断面が円形のレーザー光線Lは、シリンドリカルレンズ９１によって矢印X方向が集光され、集光レンズ８によって矢印Y方向が集光されるので、集光点P1において図１１の（c）に拡大して示すように断面が円形の集光スポットS1が形成される。従って、集光点P1の位置に被加工物をセットすることにより、断面が円形の集光スポットS1によって被加工物にレーザー加工を施すことができる。
【００３８】
次に、図１２の（a）および１２の（b）に示すようにシリンドリカルレンズ９１と集光レンズ８の間隔(d1)をシリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f1)の半分の２０mmに設定した場合について説明する。この場合もレーザー光線Lは、シリンドリカルレンズ９１によってY方向は集光されず、集光レンズ８のみによってY方向に集光される。即ち、図１２の（a）に示すようにシリンドリカルレンズ９１を通過したレーザー光線Lは、集光レンズ８の焦点距離(f1)である４０mm下方の集光点(P1)で集光される。
【００３９】
一方、シリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f2)が４０mmに設定されているので、図１２の（b）に示すようにシリンドリカルレンズ９１によってX方向に集光されるレーザー光線Lは集光される途中で集光レンズ８に入光し、集光レンズ８によって更に集光され集光点P3で集光された後被加工物に達するまで矢印Xで示す方向に広げられる。この結果、集光点P1の位置においては、図１２の（c）に拡大して示すように断面が楕円形の集光スポットS2が形成される。この楕円形の集光スポットS2は、長軸D1が矢印Xで示す方向に向けて形成される。なお、楕円形の集光スポットS2の長軸D1と短軸D2との比は、集光レンズ８とシリンドリカルレンズ９１との間隔(d1)を変更することによって調整することができる。従って、集光点P1の位置に被加工物をセットすることにより、断面が楕円形の集光スポットS2によって被加工物にレーザー加工を施すことができる。
【００４０】
次に、上記シリンドリカルレンズユニット９を構成するシリンドリカルレンズ９１が凹レンズによって形成されている場合について、図１３を参照して説明する。なお、凹レンズからなるシリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f2)を−４０mmに設定し、シリンドリカルレンズ９１と集光レンズ８の間隔(d1)を２０mmに設定した場合について説明する。
この場合もレーザー光線Lは、シリンドリカルレンズ９１によってY方向は集光されず、集光レンズ８のみによってY方向に集光される。即ち、図１３の（a）に示すようにシリンドリカルレンズ９１を通過したレーザー光線Lは、集光レンズ８の焦点距離(f1)である４０mm下方の集光点(P1)で集光される。
【００４１】
一方、凹レンズからなるシリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f2)が−４０mmに設定されているので、図１３の（b）に示すようにシリンドリカルレンズ９１によってX方向に拡散されるレーザー光線Lは集光レンズ８によって集光されるが、シリンドリカルレンズ９１によってX方向に拡散されているので集光レンズ８による集光途中で集光レンズ８の焦点距離(f1)である上記集光点(P1)に達する。この結果、集光レンズ８の焦点距離(f1)である集光点(P1)の位置においては、図１３の（c）に拡大して示すように断面が楕円形の集光スポットS2が形成される。この楕円形の集光スポットS2は、長軸D1が矢印Xで示す方向に向けて形成される。なお、楕円形の集光スポットS2の長軸D1と短軸D2との比は、集光レンズ８とシリンドリカルレンズ９１との間隔(d1)を変更することによって調整することができる。従って、集光点P1の位置に被加工物をセットすることにより、断面が楕円形の集光スポットS2によって被加工物にレーザー加工を施すことができる。
【００４２】
以上のように、集光レンズ８とシリンドリカルレンズ９１との間隔(d1)を調整する間隔調整機構１０は、集光スポットの形状を楕円形に形成する楕円スポット形成手段として機能する。そして、上記レンズ保持部材９２を回動軸部９２２を中心として回動せしめる加工幅調整手段９４は、断面が楕円形の集光スポットS2を光軸を中心として回動し、長軸D1のX軸方向に対する角度を調整する。即ち、図１４の(a)に示すように楕円形の集光スポットS2の長軸D1をX軸方向に合わせると加工幅は短軸D2の幅となり、図１４の(b)に示すように図１４の(a)に示す状態から９０度回動して楕円形の集光スポットS2の長軸D1をX軸方向と直交する方向（Y軸方向）に合わせると加工幅は長軸D1の長さとなる。そして、図１４の(c)に示すように楕円形の集光スポットS2の長軸D1をX軸方向に対して角度θをもって位置付けると加工幅はD1sinθとなる。このように楕円形の集光スポットS2における長軸D1のX軸方向に対する角度を調整することにより加工幅を調整するために、加工幅調整手段９４のパルスモータ９４１に印加する駆動パルス数と楕円形の集光スポットS2における長軸D1のX軸方向に対する角度θとの関係が図１５に示す制御マップのように設定されている。図１５に示す制御マップは、横軸が駆動パルス数で縦軸が楕円形の集光スポットS2における長軸D1のX軸方向に対する角度θを示しており、制御手段２０のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３に格納されている。
【００４３】
次に、上述した図１に示すレーザー加工装置において図１２および図１３に示すように楕円形の集光スポットS2を用いて、被加工物にレーザー加工溝を形成する加工方法について説明する。
図１６(a)には被加工物としての半導体ウエーハの斜視図が示されており、図１６(b)には図１６(a)に示す半導体ウエーハの要部拡大断面図が示されている。図１６(a)および図１６(b)に示す半導体ウエーハ１００は、シリコン等の半導体基板１０１の表面に絶縁膜と回路を形成する機能膜が積層された積層体１０２によって複数のＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１０３がマトリックス状に形成されている。そして、各デバイス１０３は、格子状に形成されたストリート１０４によって区画されている。なお、図示の実施形態においては、積層体１０２を形成する絶縁膜は、ＳｉＯ２膜または、ＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）からなっている。
【００４４】
上述した半導体ウエーハ１００にストリート１０４に沿ってレーザー加工溝を形成して積層体１０２を除去するには、半導体ウエーハ１００を図１７に示すように環状のフレームFに装着された保護テープTに貼着する。このとき、半導体ウエーハ１００は、表面１００ａを上にして裏面側を保護テープTに貼着する。
【００４５】
なお、半導体ウエーハ１００にストリート１０４に沿ってレーザー加工溝を形成して積層体１０２を除去するには、積層体１０２を除去するレーザー加工溝の溝幅を設定するために、オペレータは入力手段２１０から上記楕円形の集光スポットS2における長軸D1のX軸方向に対する角度θを入力する。このように、楕円形の集光スポットS2における長軸D1のX軸方向に対する角度θが入力されると、制御手段２０はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３に格納された図１５に示す制御マップを参照して加工幅調整手段９４のパルスモータ９４１に印加する駆動パルス数を決定し、パルスモータ９４１に駆動パルス制御信号を出力する。この結果、上述したようにパルスモータ９４１の駆動軸９４１aに装着されたプーリー９４３および無端ベルト９４２を介してレンズ保持部材９２が回動軸部９２２を中心として回動せしめられ、楕円形の集光スポットS2における長軸D1がX軸方向に対して角度θとなるように調整される。
【００４６】
図１７に示すように、環状のフレームFに保護テープTを介して支持された半導体ウエーハ１００は、図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上に保護テープ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１００は、保護テープTを介してチャックテーブル３６上に吸引保持される。また、環状のフレームFは、クランプ３６２によって固定される。このように半導体ウエーハ１００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１７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１７の直下に位置付けられると、撮像手段１７および制御手段２０によって半導体ウエーハ１００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１７および制御手段２０は、半導体ウエーハ１００の所定方向に形成されているストリート１０４と、ストリート１０４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７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１００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１０４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。
【００４７】
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１００に形成されているストリート１０４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１８の(a)で示すようにチャックテーブル３６を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７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１０４を集光器７の直下に位置付ける。次に、集光器7からパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６を図１８の(a)において矢印Ｘ１で示す方向に所定の送り速度で加工送りする。このようにして集光器7から照射されるパルスレーザー光線は、図１８の(b)で示すようにX軸方向に延びる所定のストリート１０４上において楕円形の集光スポットS2における長軸D1がX軸方向に対して角度θを有している。このようにして集光器7からパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６を加工送りし、図１８の(c)で示すように集光器７から照射されるレーザー光線の照射位置にストリート１０４の他端（図１８において右端）が達したら、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。この結果、図１８の(c)および図１８の(d)に示すように半導体ウエーハ１００のストリート１０４に沿って半導体基板１０１の表面に積層された積層体１０２が除去されたレーザー加工溝１０５が形成される（レーザー加工溝形成工程）。このようにして形成されたレーザー加工溝１０５は、集光器7から照射されるパルスレーザー光線の楕円形の集光スポットS2における長軸D1がX軸方向に対して角度θを有しているので、１回の加工で後述する切削ブレードの切れ刃の厚みより広い必要な加工幅が得られる。
【００４８】
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。
レーザー光線の光源 ：ＹＶＯ４レーザーまたはＹＡＧレーザー
波長 ：３５５ｎｍ
繰り返し周波数 ：１０ｋＨｚ
平均出力 ：７Ｗ
スポット形状 ：短軸（１０μｍ）長軸（１００μｍ）の楕円形
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒
【００４９】
上述したようにして半導体ウエーハ１００の所定方向に延在する全てのストリート１０４についてレーザー加工溝形成工程を実施したならば、チャックテーブル３６を９０度回動せしめて、上記所定方向に対して直交する方向に延びる各ストリート１０４に沿って上記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１００に形成されている全てのストリート１０４に沿って積層体１０２を除去したレーザー加工溝１０５を形成することができる。
【００５０】
以上のようにして半導体ウエーハ１００に形成されている全てのストリート１０４に沿って積層体１０２を除去したレーザー加工溝１０５を形成したならば、半導体ウエーハ１００はストリート１０４に形成されたレーザー加工溝１０５に沿って切断し、個々のデバイスに分割する切削工程に搬送される。この切削工程は、厚みが２０μｍ程度の切れ刃を有する切削ブレードを備えた切削装置によって実施されるが、レーザー加工溝１０５の幅は切削ブレードの切れ刃の厚みより広くしかも中央部に積層体１０２が残存しないので、切削ブレードの直進性が維持される。従って、中央部に積層体が残存することにより切削ブレードの直進性が損なわれデバイスを損傷させるという問題を未然に防止することができる。また、ウエーハに形成されるストリートの幅が３０〜１００μmと異なっていても、集光器７から照射されるレーザー光線の楕円形の集光スポットS2における長軸D1のX軸方向に対する角度θを調整することによりレーザー加工溝１０５の加工幅を容易に変更することができる。
【符号の説明】
【００５１】
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
３７４：X軸方向位置検出手段
３８：第１の割り出し送り手段
３８４：Y軸方向位置検出手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４２：可動支持基台
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
６：加工ヘッド
６１：方向変換ミラー
７：集光器
８：集光レンズ
９：シリンドリカルレンズユニット
９１：シリンドリカルレンズ
９２：レンズ保持部材
９３：枠体
９４：加工幅調整手段
１０：間隔調整機構
１１：支持基板
１２：集光レンズ支持板
１３：支持テーブル
１６：調整ネジ手段
１００：半導体ウエーハ
１０１：半導体基板
１０２：積層体
１０３：デバイス
１０４：ストリート
１０５：レーザー加工溝
F：環状のフレーム
T：保護テープ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光線を照射して形成するレーザー加工溝の加工幅を任意に調整することができるレーザー加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
当業者には周知の如く、半導体デバイス製造工程においては、シリコン等の半導体基板の表面に絶縁膜と機能膜が積層された積層体によって複数のＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスをマトリックス状に形成した半導体ウエーハが形成される。このように形成された半導体ウエーハは上記デバイスがストリートと呼ばれる分割予定ラインによって区画されており、このストリートに沿って分割することによって個々のデバイスを製造している。
【０００３】
このような半導体ウエーハのストリートに沿った分割は、通常、ダイサーと呼ばれる切削装置によって行われている。この切削装置は、被加工物である半導体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半導体ウエーハを切削するための切削手段と、チャックテーブルと切削手段とを相対的に移動せしめる移動手段とを具備している。切削手段は、高速回転せしめられる回転スピンドルと該スピンドルに装着された切削ブレードを含んでいる。切削ブレードは円盤状の基台と該基台の側面外周部に装着された環状の切れ刃からなっており、切れ刃は例えば粒径３μｍ程度のダイヤモンド砥粒を電鋳によって固定され厚みが２０μｍ程度に形成されている。
【０００４】
近時においては、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップの処理能力を向上するために、シリコン等の半導体基板の表面にＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）と回路を形成する機能膜が積層された積層体によって半導体チップを形成せしめた形態の半導体ウエーハが実用化されている。
【０００５】
上述したＬｏｗ−ｋ膜はシリコン等の半導体基板の素材と異なるため、切削ブレードによって同時に切削することが困難である。即ち、Ｌｏｗ−ｋ膜は雲母のように非常に脆いことから、切削ブレードによりストリートに沿って切削すると、Ｌｏｗ−ｋ膜が剥離し、この剥離が回路にまで達し半導体チップに致命的な損傷を与えるという問題がある。
【０００６】
上記問題を解消するために、半導体ウエーハに形成されたストリートに沿って２条のレーザー加工溝を形成して積層体を分断し、この２条のレーザー加工溝の外側間に切削ブレードを位置付けて切削ブレードと半導体ウエーハを相対移動することにより、半導体ウエーハをストリートに沿って切断するウエーハの分割方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−６４２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
而して、上述した半導体ウエーハに形成されたストリートに沿って２条のレーザー加工溝を形成して積層体を分断する方法は、レーザー光線の集光スポットをストリートの両側に位置付けてレーザー加工溝を形成しなければならず、生産性が悪いという問題がある。また、半導体ウエーハに形成されたストリートに沿って２条のレーザー加工溝を形成して積層体を分断する方法は、２条のレーザー加工溝に挟まれたストリートの中央部に積層体が残存するため、切削ブレードの直進性が損なわれデバイスを損傷させるという問題もある。更に、半導体ウエーハに形成されたストリートに沿って２条のレーザー加工溝を形成して積層体を分断する方法は、ストリートの幅が３０〜１００μmとウエーハによって異なることから、形成すべきレーザー加工溝の間隔をその都度調整しなければならず、生産性が更に悪化する。
【０００９】
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、加工幅を任意に調整可能にすることにより、１回の加工工程により任意の加工幅を有するレーザー加工溝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】
【００１０】
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、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段を加工送り方向（X軸方向）に相対的に移動せしめる加工送り手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段を該加工送り方向（X軸方向）と直交する割り出し送り方向(Y軸方向)に相対移動せしめる割り出し送り手段と、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によって発振されたレーザー光線を集光する集光器とを具備し、
該集光器は、集光スポットの形状を楕円形に形成する楕円スポット形成手段と、該楕円スポット形成手段によって形成された楕円形の集光スポットにおける長軸のX軸方向に対する角度を調整する加工幅調整手段とを具備している、
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】
【００１１】
本発明によるレーザー加工装置においては、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によって発振されたレーザー光線を集光する集光器とを具備し、集光器が集光スポットの形状を楕円形に形成する楕円スポット形成手段と、該楕円スポット形成手段によって形成された楕円形の集光スポットにおける長軸のX軸方向に対する角度を調整する加工幅調整手段とを具備しているので、楕円スポット形成手段によって形成された楕円形の集光スポットにおける長軸のX軸方向に対する角度を調整することにより、加工幅を任意に調整可能となり、１回の加工工程により任意の加工幅を有するレーザー加工溝を形成することができる。従って、例えば半導体ウエーハのストリートに沿って半導体基板の表面に積層された積層体を除去するためにレーザー加工溝を形成する場合、中央部に積層体を残存させることなく所望の加工幅に形成することができるので、半導体ウエーハをレーザー加工溝に沿って切削ブレードにより切削する際に切削ブレードの直進性が維持される。従って、中央部に積層体が残存することにより切削ブレードの直進性が損なわれデバイスを損傷させるという問題を未然に防止することができる。また、ウエーハに形成されるストリートの幅が３０〜１００μmと異なっていても、集光器から照射されるレーザー光線の楕円形の集光スポットにおける長軸のX軸方向に対する角度を調整することによりレーザー加工溝の加工幅を容易に変更することができる。
【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ブロック図。
【図３】図２に示すレーザー光線照射手段を構成する第１の実施形態における集光器を備えた加工ヘッドの説明図。
【図４】図３に示す加工ヘッドの斜視図。
【図５】図３に示す加工ヘッドの集光器を構成するシリンドリカルレンズユニットの斜視図。
【図６】図５に示すシリンドリカルレンズユニットの構成部材を分解して示す斜視図。
【図７】図５に示すシリンドリカルレンズユニットを構成するシリンドリカルレンズを保持したレンズ保持部材の断面図。
【図８】図１に示すレーザー加工装置に装備され集光レンズとシリンドリカルレンズユニットとの間隔を調整する間隔調整機構の斜視図。
【図９】図８に示す間隔調整機構にシリンドリカルレンズユニットをセットした状態を示す斜視図。
【図１０】図１に示すレーザー加工装置に装備される制御手段の構成ブロック図。
【図１１】集光レンズと凸レンズからなるシリンドリカルレンズによって断面が円形の集光スポットを形成する状態を示す説明図。
【図１２】集光レンズと凸レンズからなるシリンドリカルレンズによって断面が楕円形の集光スポットを形成する状態を示す説明図。
【図１３】集光レンズと凹レンズからなるシリンドリカルレンズによって断面が楕円形の集光スポットを形成する状態を示す説明図。
【図１４】図５および図６に示すシリンドリカルレンズユニットを構成する加工幅調整手段によって楕円形の集光スポットを光軸を中心として回動し、長軸をX軸方向に対する角度調整した状態を示す説明図。
【図１５】図５および図６に示すシリンドリカルレンズユニットを構成する加工幅調整手段のパルスモータに印加する駆動パルス数と楕円形の集光スポットにおける長軸のX軸方向に対する角度θとの関係を示す制御マップ。
【図１６】被加工物としての半導体ウエーハの斜視図および要部拡大断面図。
【図１７】図１６に示す半導体ウエーハを環状のフレームFに装着された保護テープに貼着した状態を示す斜視図。
【図１８】図１に示すレーザー加工装置によって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について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【００１４】
図１には、本発明に従って構成された加工装置としての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で示す集光点位置調整方向（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。
【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。
【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、第一の滑動ブロック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】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出するためのX軸方向位置検出手段３７４を備えている。X軸方向位置検出手段３７４は、案内レール３１に沿って配設されたリニアスケール３７４aと、第１の滑動ブロック３２に配設され第１の滑動ブロック３２とともにリニアスケール３７４aに沿って移動する読み取りヘッド３７４bとからなっている。このX軸方向位置検出手段３７４の読み取りヘッド３７４b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手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出する。なお、上記加工送り手段３７の駆動源としてパルスモータ３７２を用いた場合には、パルスモータ３７２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出することもできる。また、上記加工送り手段３７の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６のX軸方向位置を検出することもできる。
【００１８】
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で示す割り出し送り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。
【００１９】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記第２の滑動ブロック３３のY軸方向位置を検出するためのY軸方向位置検出手段３８４を備えている。Y軸方向位置検出手段３８４は、案内レール３２２に沿って配設されたリニアスケール３８４aと、第２の滑動ブロック３３に配設され第２の滑動ブロック３３とともにリニアスケール３８４aに沿って移動する読み取りヘッド３８４bとからなっている。このY軸方向位置検出手段３８４の読み取りヘッド３８４b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手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６のY軸方向位置を検出する。なお、上記第１の割り出し送り手段３８の駆動源としてパルスモータ３８２を用いた場合には、パルスモータ３８２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６のY軸方向位置を検出することもできる。また、上記第１の割り出し送り手段３８の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６のY軸方向位置を検出することもできる。
【００２０】
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Ｙ軸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、一方の側面にZ軸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Ｙ軸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Ｙ軸方向に移動せしめられる。
【００２１】
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、Z軸方向に移動可能に支持される。
【００２２】
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Z軸方向に移動させるための集光点位置調整手段５３を具備している。集光点位置調整手段５３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５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２によって図示しない雄ネジロッドを正転および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を案内レール４２３、４２３に沿ってZ軸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５３２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５３２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。
【００２３】
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を具備している。また、レーザー光線照射手段５２は、図２に示すようにケーシング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の先端に配設されパルスレーザー光線発振手段５２２によって発振されたパルスレーザー光線を上記チャックテーブル３６に保持された被加工物に照射する加工ヘッド６を具備している。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。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の出力を調整する。
【００２４】
上記加工ヘッド６は、図３に示すように方向変換ミラー６１と、集光器７とからなっている。方向変換ミラー６１は、上記パルスレーザー光線発振手段５２２によって発振され出力調整手段５２３を介して照射されたパルスレーザー光線を集光器７に向けて方向変換する。集光器７は、図示の第１の実施形態においては上記チャックテーブル３６に保持された被加工物と対向する集光レンズ８と、該集光レンズ８よりレーザー光線照射方向上流側、即ち集光レンズ８と方向変換ミラー６１との間に配設されたシリンドリカルレンズユニット９と、集光レンズ８とシリンドリカルレンズユニット９との間隔を調整するための後述する間隔調整機構とを具備している。上記方向変換ミラー６１とシリンドリカルレンズユニット９および後述する間隔調整機構は、図４に示すように上記ケーシング５２１の先端に装着された加工ヘッドハウジング６０内に配設されている。また、上記集光レンズ８は、加工ヘッドハウジング６０の下端に装着されるレンズハウジング８０内に配設されている。この集光レンズ８は、図示の実施形態においては焦点距離が４０mmに設定されている。なお、上記集光レンズ８とシリンドリカルレンズ９１および間隔調整機構１０は、後述するように集光スポットの形状を楕円形に形成する楕円スポット形成手段として機能する。
【００２５】
上記シリンドリカルレンズユニット９について、図５乃至図７を参照して説明する。図５にはシリンドリカルレンズユニット９の斜視図が示されており、図６には図５に示すシリンドリカルレンズユニット９の分解斜視図が示されている。
図５および図６に示すシリンドリカルレンズユニット９は、シリンドリカルレンズ９１と、該シリンドリカルレンズを保持するレンズ保持部材９２と、該レンズ保持部材９２を保持する枠体９３とを具備している。
【００２６】
シリンドリカルレンズ９１は、図７に示すように断面が半円形状に形成された凸レンズからなっている。このシリンドリカルレンズ９１は、図示の実施形態においては焦点距離が４０mmに設定されている。シリンドリカルレンズ９１を保持するレンズ保持部材９２は、図示の実施形態においては合成樹脂によって円形に形成されている。このレンズ保持部材９２は、レンズ保持部９２１と、該レンズ保持部９２１の下面中心部から突出して形成された回動軸部９２２とからなっている。レンズ保持部９２１にはレンズ嵌合穴９２１aが設けられており、このレンズ嵌合穴９２１aにシリンドリカルレンズ９１が嵌合して保持される。回動軸部９２２には、レンズ保持部９２１に設けられたレンズ嵌合穴９２１aと連通するレーザー光線挿通穴９２２aが軸方向に貫通して形成されている。
【００２７】
上記レンズ保持部材９２を保持する枠体９３は、図６に示すように矩形状に形成されており、その上面には上記レンズ保持部材９２のレンズ保持部９２１が配置される凹部９３１が形成されている。また、凹部９３１の底壁９３１aには、上記レンズ保持部材９２の回動軸部９２２を回動可能に嵌合する軸穴９３１bが設けられている。このように構成された枠体９３の凹部９３１に上記レンズ保持部材９２のレンズ保持部９２１を配置し、軸穴９３１bに回動軸部９２２を嵌合することにより、レンズ保持部９２１はシリンドリカルレンズ９１を通るレーザー光線の光軸を中心として回動可能に装着される。
【００２８】
図示の実施形態におけるシリンドリカルレンズユニット９は、上記レンズ保持部材９２を回動軸部９２２を中心として回動し楕円形の集光スポットにおける長軸のX軸方向に対する角度を調整する加工幅調整手段９４を具備している。加工幅調整手段９４は、図示の実施形態においてはパルスモータ９４１と無端ベルト９４２とからなっている。パルスモータ９４１は上記枠体９３の下面に装着され、その駆動軸９４１aが凹部９３１内に突出して配設される。駆動軸９４１aにはプーリー９４３が装着され、このプーリー９４３と上記レンズ保持部材９２のレンズ保持部９２１の外周に無端ベルト９４２が掛け回される。従って、パルスモータ９４１に駆動パルスを印加することにより、プーリー９４３および無端ベルト９４２を介してレンズ保持部材９２が回動軸部９２２を中心として所定方向に回動せしめられる。この加工幅調整手段９４は、後述するように集光レンズ８とシリンドリカルレンズ９１および間隔調整機構１０とからなる楕円スポット形成手段によって形成される楕円形の集光スポットを光軸を中心として回動し楕円形の集光スポットにおける長軸のX軸方向に対する角度を調整する。
【００２９】
以上のように構成されたシリンドリカルレンズユニット９は、図８に示す間隔調整機構１０にセットされる。以下、間隔調整機構１０について説明する。
図８に示す間隔調整機構１０は、支持基板１１と、該支持基板１１の下端に設けられた集光レンズ支持板１２と、該支持基板１１の前面に沿って上下方向に移動可能に配設された支持テーブル１３とを具備している。
【００３０】
支持基板１１は、前面中央部に上下方向に形成された案内溝１１１を備えている。この支持基板１１の側面中間部には、第１の調整板１１２が固定されている。集光レンズ支持板１２は、支持基板１１の前面に対して直角に突出して形成されている。この集光レンズ支持板１２には、中央部に穴１２１が形成されている。このように構成された集光レンズ支持板１２の下面における穴１２１と対応する位置に集光レンズ８が配設されたレンズハウジング８０が装着される。
【００３１】
上記支持テーブル１３は、支持部１４と、該支持部１４の下端に設けられたテーブル部１５とからなっている。支持部１４は、後面に上記支持基板１１に形成された案内溝１１１に嵌合する被案内レール１４１が形成されている。この被案内レール１４１が案内溝１１１に嵌合することにより、支持テーブル１３は支持基板１１に案内溝１１１に沿って上下方向に移動可能に支持される。なお、支持部１４の上端には、上記第１の調整板１１２の上方に位置する第２の調整板１４２が固定されている。上記テーブル部１５は、支持部１４の前面に対して直角に突出して形成されている。このテーブル部１５には、中央部にレーザー光線が通過する穴１５１が形成されているとともに、上記加工幅調整手段９４のパルスモータ９４１が挿通する穴１５２が設けられている。また、テーブル部１５の両側端には支持基板１１の前面に対して直角に延びる位置決めレール１５３、１５４が形成されている。この位置決めレール１５３、１５４の間隔は、上記シリンドリカルレンズユニット９を構成する枠体９３の幅方向寸法に対応した寸法に設定されている。
【００３２】
上記第２の調整板１４２には調整ネジ手段１６が配設されている。この調整ネジ手段１６は、第２の調整板１４２に装着された支持筒１６１と、該支持筒１６１に進退可能に配設された計測ロッド１６２と、該計測ロッド１６２を進退せしめる調整ダイアル１６３とからなっており、マイクロメーターと同様の機構に構成されている。このように構成された調整ネジ手段１６は、計測ロッド１６２の先端（下端）が上記第１の調整板１１２の上面に当接することにより支持テーブル１３を構成する支持部１４の上下方向位置を規制する。従って、調整ダイアル１６３を一方向または他方向に回動して計測ロッド１６２を進退させることにより支持部１４の上下方向位置即ち支持部１４の下端に設けられたテーブル部１５と集光レンズ支持板１２との間隔を変更することができる。このとき、支持筒１６１および調整ダイアル１６３に形成された目盛りに基いて計測ロッド１６２の進退量を調整することにより、支持テーブル１３のテーブル部１５と集光レンズ支持板１２との間隔を適宜調整することができる。
【００３３】
以上のように構成された間隔調整機構１０の支持テーブル１３を構成するテーブル部１５には、図９に示すように上記シリンドリカルレンズユニット９がセットされる。即ち、シリンドリカルレンズユニット９の枠体９３を支持テーブル１３を構成するテーブル部１５における位置決めレール１５３、１５４の間に載置する。なお、支持テーブル１３のテーブル部１５上の所定位置に載置されたシリンドリカルレンズユニット９は、図示しない適宜の固定手段によって支持テーブル１３のテーブル部１５に固定される。
【００３４】
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１７が配設されている。この撮像手段１７は、撮像素子（ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。
【００３５】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、図１０に示す制御手段２０を具備している。制御手段２０は、コンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）２０１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）２０２と、後述する被加工物の設計値のデータや演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３と、カウンター２０４と、入力インターフェース２０５および出力インターフェース２０６とを備えている。制御手段２０の入力インターフェース２０５には、上記X軸方向位置検出手段３７４、Y軸方向位置検出手段３８４、撮像手段１７、入力手段２１０等からの検出信号が入力される。そして、制御手段２０の出力インターフェース２０６からは、上記パルスモータ３７２、パルスモータ３８２、パルスモータ４３２、パルスモータ５３２、レーザー光線照射手段５２、パルスモータ９４１等に制御信号を出力する。
【００３６】
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。
上述したレーザー光線照射手段５２によって照射されるレーザー光線の集光スポット形状について、図１１および図１２を参照して説明する。
先ず、図１１の（a）および１１の（b）に示すようにシリンドリカルレンズ９１と集光レンズ８の間隔(d1)をシリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f2)と同一の４０mmに設定した場合について説明する。この場合、レーザー光線Lは、シリンドリカルレンズ９１によってY方向は集光されず、集光レンズ８のみによってY方向に集光される。即ち、図１１の（a）に示すようにシリンドリカルレンズ９１を通過したレーザー光線Lは、集光レンズ８の焦点距離(f1)である４０mm下方の集光点(P1)で集光される。
【００３７】
一方、レーザー光線Lは、シリンドリカルレンズ９１によってX方向が集光される。即ち、シリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f1)が４０mmに設定されているので、図１１の（b）に示すようにシリンドリカルレンズ９１によってレーザー光線L がX方向に集光される集光点P2は集光レンズ８の中心位置となる。このようにして集光レンズ８の中心位置で集光されたレーザー光線Lは、集光レンズ８の下面に向けて広がり、集光レンズ８の下面から上記集光点P1で再度集光される。集光された状態で集光レンズ８を通過する。このように、シリンドリカルレンズ９１と集光レンズ８の間隔(d1)をシリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f1)と同一にすると、シリンドリカルレンズ９１に入射された断面が円形のレーザー光線Lは、シリンドリカルレンズ９１によって矢印X方向が集光され、集光レンズ８によって矢印Y方向が集光されるので、集光点P1において図１１の（c）に拡大して示すように断面が円形の集光スポットS1が形成される。従って、集光点P1の位置に被加工物をセットすることにより、断面が円形の集光スポットS1によって被加工物にレーザー加工を施すことができる。
【００３８】
次に、図１２の（a）および１２の（b）に示すようにシリンドリカルレンズ９１と集光レンズ８の間隔(d1)をシリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f1)の半分の２０mmに設定した場合について説明する。この場合もレーザー光線Lは、シリンドリカルレンズ９１によってY方向は集光されず、集光レンズ８のみによってY方向に集光される。即ち、図１２の（a）に示すようにシリンドリカルレンズ９１を通過したレーザー光線Lは、集光レンズ８の焦点距離(f1)である４０mm下方の集光点(P1)で集光される。
【００３９】
一方、シリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f2)が４０mmに設定されているので、図１２の（b）に示すようにシリンドリカルレンズ９１によってX方向に集光されるレーザー光線Lは集光される途中で集光レンズ８に入光し、集光レンズ８によって更に集光され集光点P3で集光された後被加工物に達するまで矢印Xで示す方向に広げられる。この結果、集光点P1の位置においては、図１２の（c）に拡大して示すように断面が楕円形の集光スポットS2が形成される。この楕円形の集光スポットS2は、長軸D1が矢印Xで示す方向に向けて形成される。なお、楕円形の集光スポットS2の長軸D1と短軸D2との比は、集光レンズ８とシリンドリカルレンズ９１との間隔(d1)を変更することによって調整することができる。従って、集光点P1の位置に被加工物をセットすることにより、断面が楕円形の集光スポットS2によって被加工物にレーザー加工を施すことができる。
【００４０】
次に、上記シリンドリカルレンズユニット９を構成するシリンドリカルレンズ９１が凹レンズによって形成されている場合について、図１３を参照して説明する。なお、凹レンズからなるシリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f2)を−４０mmに設定し、シリンドリカルレンズ９１と集光レンズ８の間隔(d1)を２０mmに設定した場合について説明する。
この場合もレーザー光線Lは、シリンドリカルレンズ９１によってY方向は集光されず、集光レンズ８のみによってY方向に集光される。即ち、図１３の（a）に示すようにシリンドリカルレンズ９１を通過したレーザー光線Lは、集光レンズ８の焦点距離(f1)である４０mm下方の集光点(P1)で集光される。
【００４１】
一方、凹レンズからなるシリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f2)が−４０mmに設定されているので、図１３の（b）に示すようにシリンドリカルレンズ９１によってX方向に拡散されるレーザー光線Lは集光レンズ８によって集光されるが、シリンドリカルレンズ９１によってX方向に拡散されているので集光レンズ８による集光途中で集光レンズ８の焦点距離(f1)である上記集光点(P1)に達する。この結果、集光レンズ８の焦点距離(f1)である集光点(P1)の位置においては、図１３の（c）に拡大して示すように断面が楕円形の集光スポットS2が形成される。この楕円形の集光スポットS2は、長軸D1が矢印Xで示す方向に向けて形成される。なお、楕円形の集光スポットS2の長軸D1と短軸D2との比は、集光レンズ８とシリンドリカルレンズ９１との間隔(d1)を変更することによって調整することができる。従って、集光点P1の位置に被加工物をセットすることにより、断面が楕円形の集光スポットS2によって被加工物にレーザー加工を施すことができる。
【００４２】
以上のように、集光レンズ８とシリンドリカルレンズ９１との間隔(d1)を調整する間隔調整機構１０は、集光スポットの形状を楕円形に形成する楕円スポット形成手段として機能する。そして、上記レンズ保持部材９２を回動軸部９２２を中心として回動せしめる加工幅調整手段９４は、断面が楕円形の集光スポットS2を光軸を中心として回動し、長軸D1のX軸方向に対する角度を調整する。即ち、図１４の(a)に示すように楕円形の集光スポットS2の長軸D1をX軸方向に合わせると加工幅は短軸D2の幅となり、図１４の(b)に示すように図１４の(a)に示す状態から９０度回動して楕円形の集光スポットS2の長軸D1をX軸方向と直交する方向（Y軸方向）に合わせると加工幅は長軸D1の長さとなる。そして、図１４の(c)に示すように楕円形の集光スポットS2の長軸D1をX軸方向に対して角度θをもって位置付けると加工幅はD1sinθとなる。このように楕円形の集光スポットS2における長軸D1のX軸方向に対する角度を調整することにより加工幅を調整するために、加工幅調整手段９４のパルスモータ９４１に印加する駆動パルス数と楕円形の集光スポットS2における長軸D1のX軸方向に対する角度θとの関係が図１５に示す制御マップのように設定されている。図１５に示す制御マップは、横軸が駆動パルス数で縦軸が楕円形の集光スポットS2における長軸D1のX軸方向に対する角度θを示しており、制御手段２０のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３に格納されている。
【００４３】
次に、上述した図１に示すレーザー加工装置において図１２および図１３に示すように楕円形の集光スポットS2を用いて、被加工物にレーザー加工溝を形成する加工方法について説明する。
図１６(a)には被加工物としての半導体ウエーハの斜視図が示されており、図１６(b)には図１６(a)に示す半導体ウエーハの要部拡大断面図が示されている。図１６(a)および図１６(b)に示す半導体ウエーハ１００は、シリコン等の半導体基板１０１の表面に絶縁膜と回路を形成する機能膜が積層された積層体１０２によって複数のＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１０３がマトリックス状に形成されている。そして、各デバイス１０３は、格子状に形成されたストリート１０４によって区画されている。なお、図示の実施形態においては、積層体１０２を形成する絶縁膜は、ＳｉＯ２膜または、ＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）からなっている。
【００４４】
上述した半導体ウエーハ１００にストリート１０４に沿ってレーザー加工溝を形成して積層体１０２を除去するには、半導体ウエーハ１００を図１７に示すように環状のフレームFに装着された保護テープTに貼着する。このとき、半導体ウエーハ１００は、表面１００ａを上にして裏面側を保護テープTに貼着する。
【００４５】
なお、半導体ウエーハ１００にストリート１０４に沿ってレーザー加工溝を形成して積層体１０２を除去するには、積層体１０２を除去するレーザー加工溝の溝幅を設定するために、オペレータは入力手段２１０から上記楕円形の集光スポットS2における長軸D1のX軸方向に対する角度θを入力する。このように、楕円形の集光スポットS2における長軸D1のX軸方向に対する角度θが入力されると、制御手段２０はランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３に格納された図１５に示す制御マップを参照して加工幅調整手段９４のパルスモータ９４１に印加する駆動パルス数を決定し、パルスモータ９４１に駆動パルス制御信号を出力する。この結果、上述したようにパルスモータ９４１の駆動軸９４１aに装着されたプーリー９４３および無端ベルト９４２を介してレンズ保持部材９２が回動軸部９２２を中心として回動せしめられ、楕円形の集光スポットS2における長軸D1がX軸方向に対して角度θとなるように調整される。
【００４６】
図１７に示すように、環状のフレームFに保護テープTを介して支持された半導体ウエーハ１００は、図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上に保護テープ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１００は、保護テープTを介してチャックテーブル３６上に吸引保持される。また、環状のフレームFは、クランプ３６２によって固定される。このように半導体ウエーハ１００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１７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１７の直下に位置付けられると、撮像手段１７および制御手段２０によって半導体ウエーハ１００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１７および制御手段２０は、半導体ウエーハ１００の所定方向に形成されているストリート１０４と、ストリート１０４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７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１００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１０４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。
【００４７】
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１００に形成されているストリート１０４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１８の(a)で示すようにチャックテーブル３６を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７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１０４を集光器７の直下に位置付ける。次に、集光器7からパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６を図１８の(a)において矢印Ｘ１で示す方向に所定の送り速度で加工送りする。このようにして集光器7から照射されるパルスレーザー光線は、図１８の(b)で示すようにX軸方向に延びる所定のストリート１０４上において楕円形の集光スポットS2における長軸D1がX軸方向に対して角度θを有している。このようにして集光器7からパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６を加工送りし、図１８の(c)で示すように集光器７から照射されるレーザー光線の照射位置にストリート１０４の他端（図１８において右端）が達したら、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。この結果、図１８の(c)および図１８の(d)に示すように半導体ウエーハ１００のストリート１０４に沿って半導体基板１０１の表面に積層された積層体１０２が除去されたレーザー加工溝１０５が形成される（レーザー加工溝形成工程）。このようにして形成されたレーザー加工溝１０５は、集光器7から照射されるパルスレーザー光線の楕円形の集光スポットS2における長軸D1がX軸方向に対して角度θを有しているので、１回の加工で後述する切削ブレードの切れ刃の厚みより広い必要な加工幅が得られる。
【００４８】
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。
レーザー光線の光源 ：ＹＶＯ４レーザーまたはＹＡＧレーザー
波長 ：３５５ｎｍ
繰り返し周波数 ：１０ｋＨｚ
平均出力 ：７Ｗ
スポット形状 ：短軸（１０μｍ）長軸（１００μｍ）の楕円形
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒
【００４９】
上述したようにして半導体ウエーハ１００の所定方向に延在する全てのストリート１０４についてレーザー加工溝形成工程を実施したならば、チャックテーブル３６を９０度回動せしめて、上記所定方向に対して直交する方向に延びる各ストリート１０４に沿って上記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１００に形成されている全てのストリート１０４に沿って積層体１０２を除去したレーザー加工溝１０５を形成することができる。
【００５０】
以上のようにして半導体ウエーハ１００に形成されている全てのストリート１０４に沿って積層体１０２を除去したレーザー加工溝１０５を形成したならば、半導体ウエーハ１００はストリート１０４に形成されたレーザー加工溝１０５に沿って切断し、個々のデバイスに分割する切削工程に搬送される。この切削工程は、厚みが２０μｍ程度の切れ刃を有する切削ブレードを備えた切削装置によって実施されるが、レーザー加工溝１０５の幅は切削ブレードの切れ刃の厚みより広くしかも中央部に積層体１０２が残存しないので、切削ブレードの直進性が維持される。従って、中央部に積層体が残存することにより切削ブレードの直進性が損なわれデバイスを損傷させるという問題を未然に防止することができる。また、ウエーハに形成されるストリートの幅が３０〜１００μmと異なっていても、集光器７から照射されるレーザー光線の楕円形の集光スポットS2における長軸D1のX軸方向に対する角度θを調整することによりレーザー加工溝１０５の加工幅を容易に変更することができる。
【符号の説明】
【００５１】
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
３７４：X軸方向位置検出手段
３８：第１の割り出し送り手段
３８４：Y軸方向位置検出手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４２：可動支持基台
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
６：加工ヘッド
６１：方向変換ミラー
７：集光器
８：集光レンズ
９：シリンドリカルレンズユニット
９１：シリンドリカルレンズ
９２：レンズ保持部材
９３：枠体
９４：加工幅調整手段
１０：間隔調整機構
１１：支持基板
１２：集光レンズ支持板
１３：支持テーブル
１６：調整ネジ手段
１００：半導体ウエーハ
１０１：半導体基板
１０２：積層体
１０３：デバイス
１０４：ストリート
１０５：レーザー加工溝
F：環状のフレーム
T：保護テープ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段を加工送り方向（X軸方向）に相対的に移動せしめる加工送り手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段を該加工送り方向（X軸方向）と直交する割り出し送り方向(Y軸方向)に相対移動せしめる割り出し送り手段と、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によって発振されたレーザー光線を集光する集光器とを具備し、
該集光器は、集光スポットの形状を楕円形に形成する楕円スポット形成手段と、該楕円スポット形成手段によって形成された楕円形の集光スポットにおける長軸のX軸方向に対する角度を調整する加工幅調整手段とを具備している、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項１】
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、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段を加工送り方向（X軸方向）に相対的に移動せしめる加工送り手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段を該加工送り方向（X軸方向）と直交する割り出し送り方向(Y軸方向)に相対移動せしめる割り出し送り手段と、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によって発振されたレーザー光線を集光する集光器とを具備し、
該集光器は、集光スポットの形状を楕円形に形成する楕円スポット形成手段と、該楕円スポット形成手段によって形成された楕円形の集光スポットにおける長軸のX軸方向に対する角度を調整する加工幅調整手段とを具備している、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−３５００３（Ｐ２０１３−３５００３Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７１２２９（Ｐ２０１１−１７１２２９）
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
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