レーザー加工装置
【課題】複雑な構成にすることなく改質層の厚みを可変して形成するレーザー加工装置を提供する。
【解決手段】パルスレーザー光線の繰り返し周波数調整手段と、チャックテーブルに保持された被加工物に照射せしめる集光対物レンズとを具備するレーザー加工装置であって、該パルスレーザー光線発振器と集光対物レンズとの間に配設され高周波を生成するピエゾ素子を備えピエゾ素子によって生成される高周波の周期に対応して焦点距離が変化する可変焦点レンズと、ピエゾ素子に印加する高周波電流の周波数を調整する高周波電流周波数調整手段と、繰り返し周波数調整手段および高周波電流周波数調整手段を制御する制御手段とを具備し、制御手段は発振されるパルスレーザー光線の繰り返し周波数と該可変焦点レンズのピエゾ素子に印加する高周波電流の周波数との間に位相差が生じるように繰り返し周波数調整手段および高周波電流周波数調整手段を制御する。
【解決手段】パルスレーザー光線の繰り返し周波数調整手段と、チャックテーブルに保持された被加工物に照射せしめる集光対物レンズとを具備するレーザー加工装置であって、該パルスレーザー光線発振器と集光対物レンズとの間に配設され高周波を生成するピエゾ素子を備えピエゾ素子によって生成される高周波の周期に対応して焦点距離が変化する可変焦点レンズと、ピエゾ素子に印加する高周波電流の周波数を調整する高周波電流周波数調整手段と、繰り返し周波数調整手段および高周波電流周波数調整手段を制御する制御手段とを具備し、制御手段は発振されるパルスレーザー光線の繰り返し周波数と該可変焦点レンズのピエゾ素子に印加する高周波電流の周波数との間に位相差が生じるように繰り返し周波数調整手段および高周波電流周波数調整手段を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、被加工物の内部に改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、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（機能素子）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デバイスを製造している。
【０００３】
上述したウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに対して透過性を有する波長の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が試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの一方の面側から内部に集光点を合わせてウエーハに対して透過性を有する例えば波長が１０６４ｎｍのパルス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、ウエーハを分割するものである。
【０００４】
しかるに、上述したレーザー加工においてウエーハに形成される改質層の厚さはパルスレーザー光線の集光点近傍において２０〜３０μm程度であるため、ウエーハの厚みが例えば２００μmである場合には、改質層を４乃至５層形成する必要がある。このため、パルスレーザー光線の集光点の位置をウエーハの厚さ方向に変位せしめて、パルスレーザー光線とウエーハとをストリートに沿って４乃至５回繰り返し相対的に移動させる必要があるために長時間を要する。
【０００５】
上述した問題を解決するために、パルスレーザー光線を光軸方向に変位せしめられた２個の集光点に集光せしめるように構成し、改質層を同時に２層形成することができるレーザー加工装置が下記特許文献１および２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３３７９０２号公報
【特許文献２】特開２００４−３３７９０３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、上記特許文献１に記載された技術は構成が複雑であり、また、上記特許文献２に記載された技術はレーザー光源を２個備える必要があるため、コスト高にな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、複雑な構成にすることなく改質層の厚みを可変にして形成することができ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】
【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パルス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とを相対的に加工送りする加工送り手段とを具備し、
該レーザー光線照射手段は、パルスレーザー光線を発振するパルスレーザー光線発振器と、該パルスレーザー光線発振器が発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数を調整する繰り返し周波数調整手段と、該パルスレーザー光線発振器が発振するパルスレーザー光線を集光して該チャックテーブルに保持された被加工物に照射せしめる集光対物レンズとを含んでいる、レーザー加工装置において、
該パルスレーザー光線発振器と該集光対物レンズとの間に配設され高周波を生成するピエゾ素子を備え該ピエゾ素子によって生成される高周波の周期に対応して焦点距離が変化する可変焦点レンズと、該ピエゾ素子に印加する高周波電流の周波数を調整する高周波電流周波数調整手段と、該繰り返し周波数調整手段および該高周波電流周波数調整手段を制御する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該パルスレーザー光線発振器によって発振されるパルスレーザー光線の繰り返し周波数と該可変焦点レンズの該ピエゾ素子に印加する高周波電流の周波数との間に位相差が生じるように該繰り返し周波数調整手段および該高周波電流周波数調整手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
【００１０】
上記可変焦点レンズは光軸上に配設された第１の可変焦点レンズと第２の可変焦点レンズとからなり、上記制御手段は第１の可変焦点レンズのピエゾ素子に印加する高周波電流と第２の可変焦点のピエゾ素子に印加する高周波電流が１８０度の位相差になるように制御する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に従って構成されたレーザー加工装置においては、繰り返し周波数調整手段によって設定された繰り返し周波数のパルスレーザー光線を発振するパルスレーザー光線発振器と集光対物レンズとの間に配設され高周波を生成するピエゾ素子を備え該ピエゾ素子によって生成される超音波の周期に対応して焦点距離が変化する可変焦点レンズと、ピエゾ素子に印加する高周波電流の周波数を調整する高周波電流周波数調整手段と、繰り返し周波数調整手段および高周波電流周波数調整手段を制御する制御手段とを具備し、制御手段はパルスレーザー光線発振器によって発振されるパルスレーザー光線の繰り返し周波数と可変焦点レンズのピエゾ素子に印加する高周波電流の周波数との間に位相差が生じるように繰り返し周波数調整手段および高周波電流周波数調整手段を制御するので、集光対物レンズから照射されるパルスレーザー光線の集光点を光軸方向に変位させることができる。従って、パルスレーザー光線を１回走査することにより被加工物の内部に所望の厚みを有する改質層を形成することができる。
【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の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一実施形態を示す概略構成図。
【図３】図２に示すレーザー光線照射手段を構成するパルスレーザー光線発振器は発振する繰り返し周波数と、可変焦点レンズを構成するピエゾ素子に印加する高周波電流の周波数との関係を示す説明図。
【図４】図１のレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段を構成する可変焦点レンズの他の実施形態を示す概略構成図。
【図５】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６】図５に示す半導体ウエーハを環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着した状態を示す斜視図。
【図７】図１のレーザー加工装置によって実施する改質層形成工程の説明図。
【図８】図７に示す改質層形成工程において照射されるパルスレーザー光線の照射位置を示す説明図。
【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。
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、該レーザー光線照射ユニット支持機構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。
【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上に被加工物としての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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【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６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で示す焦点位置調整方向に移動可能に支持される。
【００１９】
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６を一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す焦点位置調整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６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６を下方に移動するようになっている。
【００２０】
図示の実施形態におけるレーザー光線照射手段６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６１を含んでいる。このレーザー光線照射手段６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６は、パルスレーザー光線発振器６１と、パルスレーザー光線発振器６１が発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数を調整する繰り返し周波数調整手段６２と、パルスレーザー光線発振器６１が発振するパルスレーザー光線を集光して上記チャックテーブル３６に保持された被加工物に照射せしめる加工ヘッド７を具備している。パルスレーザー光線発振器６１は、ＹＡＧレーザー発振器やＹＶＯ４レーザー発振器等からなり、チャックテーブル３６に保持された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発振する。繰り返し周波数調整手段６２は後述する制御手段によって制御され、パルスレーザー光線発振器６１が発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数を調整する。
【００２１】
加工ヘッド７は、パルスレーザー光線発振器６１から発振されたパルスレーザー光線をチャックテーブル３６の被加工物保持面３６１（図１参照）に向けて方向変換する方向変換ミラー７１と、印加される高周波の周期に対応して焦点距離が変化する可変焦点レンズ７２と、該可変焦点レンズ７２を通過したパルスレーザー光線を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物に照射せしめる集光器７３を具備している。可変焦点レンズ７２は、レンズケース７２１と、該レンズケース７２１内に封入されたレンズ液７２２と、該レンズ液７２２に高周波を付与する環状のピエゾ素子７２３とからなっている。レンズケース７２１は、円筒状のケース本体７２１aと、該円筒状のケース本体７２１aの上端および下端を塞ぐ円筒状のガラス等の透明部材７２１bおよび７２１cとからなっている。このように形成されたレンズケース７２１内にレンズ液７２２が封入されるとともに、ピエゾ素子７２３が配置される。以上のように構成された可変焦点レンズ７２は、ピエゾ素子７２３に高周波電流を印加することにより、レンズ液７２２の屈折率が変化して高周波の谷側においては凹レンズとして機能し、高周波の山側においては凸レンズとして機能することにより、高周波の周期に対応して焦点距離が変化する。このような可変焦点レンズ７２は、米国Princeton 大学のCraig Arnold 教授によって開発されたもので、動作原理の詳細については以下に示す論文に記載されている。
“High-Speed varifocal imaging with a tunable acoustic gradient index of refraction lens”,Alexandre Mermillod-Brollondin,Euan McLeod,and Craig B.Arnold Opt.Lell.,33,2146’2008.
【００２２】
上記集光器７３は、ケース７３１と、該ケース７３１内に配設された集光対物レンズ７３２とからなっており、上記可変焦点レンズ７２を通過したパルスレーザー光線を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物に照射せしめる。
【００２３】
図２を参照して説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー光線照射手段６は、上記可変焦点レンズ７２を構成するピエゾ素子７２３に高周波電流を印加する高周波電流印加手段７４を具備している。高周波電流印加手段７４は、交流電源７４１と、該交流電源７４１の電圧を調整する電圧調整手段７４２と、該電圧調整手段７４２によって電圧が調整された高周波電流の周波数を調整する高周波電流周波数調整手段７４３を具備しており、後述するように電圧および周波数が制御された高周波電流を上記ピエゾ素子７２３に印加する。図示の実施形態におけるレーザー光線照射手段６は、上記パルスレーザー光線発振器６１、繰り返し周波数調整手段６２、電圧調整手段７４２、高周波電流周波数調整手段７４３を制御する制御手段８を具備している。
【００２４】
図２に示すレーザー光線照射手段６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。
制御手段８は、パルスレーザー光線発振器６１が発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数を例えば１００kHzになるように繰り返し周波数調整手段６２に制御信号を出力する。また、制御手段８は、高周波電流印加手段７４によって可変焦点レンズ７２を構成するピエゾ素子７２３に印加する高周波電流の周波数を例えば９９kHzになるよう高周波電流周波数調整手段７４３に制御信号を出力する。この結果、パルスレーザー光線発振器６１からは繰り返し周波数が１００kHzのパルスレーザー光線が発振され、可変焦点レンズ７２を構成するピエゾ素子７２３には９９kHzの高周波電流が印加される。従って、可変焦点レンズ７２に入射されるパルスレーザー光線の繰り返し周波数とピエゾ素子７２３によってレンズ液７２２付与される高周波の周波数には図３に示すように位相差が生ずる。この位相差は、１サイクルで３．６°（位相差＝３６０°−（高周波電流周波数／繰り返し周波数）×３６０°＝３６０°−（９９kHz／１００kHz）×３６０°＝３６０°−３５６．４°＝３．６°）となる。
【００２５】
上述したようにパルスレーザー光線発振器６１から発振されるパルスレーザー光線の繰り返し周波数を１００kHzに設定するとともに、可変焦点レンズ７２を構成するピエゾ素子７２３に印加する高周波電流の周波数を９９kHzに設定してパルスレーザー光線発振器６１からパルスレーザー光線を発振する。図２に示すようにパルスレーザー光線発振器６１から発振されたパルスレーザー光線LBは、方向変換ミラー７１を介して可変焦点レンズ７２に入射する。可変焦点レンズ７２に入光したパルスレーザー光線LBは、レンズ液７２２を通過するが、レンズ液７２２にはピエゾ素子７２３に印加する高周波電流の周波数に対応した高周波が付与されている。従って、レンズ液７２２を通過するパルスレーザー光線LBは、レンズ液７２２に付与される高周波の谷側においては１点鎖線で示すように屈折せしめられ、レンズ液７２２に付与される高周波の山側においては２点鎖線で示すように屈折せしめられる。従って、可変焦点レンズ７２によって１点鎖線で示すように屈折せしめられたパルスレーザー光線は、集光対物レンズ７３２によって集光点Paに集光される。一方、可変焦点レンズ７２によって２点鎖線で示すように屈折せしめられたパルスレーザー光線は、集光対物レンズ７３２によって集光点Pbに集光される。なお、集光点Paおよび集光点Pbの位置は、上述したようにパルスレーザー光線LBの繰り返し周波数とピエゾ素子７２３によってレンズ液７２２付与される高周波の周波数が位相差（図示の実施形態においては３．６°）を有しているので、レンズ液７２２に付与される高周波のどの状態のときにパルスレーザー光線LBのパルスが通過するかによって光軸上において変位する。なお、集光点Paと集光点Pbの最大幅は、ピエゾ素子７２３に印加する高周波電流の電圧を調整し、レンズ液７２２付与される超音波の振幅を変化させることによって調整することができる。
【００２６】
次に、上記可変焦点レンズの他の実施形態について、図４を参照して説明する。
図４に示す可変焦点レンズ７２は、第１の可変焦点レンズ７２aと第２の可変焦点レンズ７２bとからなっており、第１の可変焦点レンズ７２aが入射側（パルスレーザー光線発振器６１側）に配設され、第２の可変焦点レンズ７２bが出射側（集光器７３側）に配設される。なお、第１の可変焦点レンズ７２aと第２の可変焦点レンズ７２bは、上記可変焦点レンズ７２と実質的に同一の構成であり、従って同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
【００２７】
図４に示す可変焦点レンズにおいては、第１の可変焦点レンズ７２aのピエゾ素子７２３に印加する高周波電流と第２の可変焦点レンズ７２bのピエゾ素子７２３に印加する高周波電流は、逆位相（１８０度の位相差）になるように制御される。従って、第１の可変焦点レンズ７２aが凹レンズとして機能する際には第２の可変焦点レンズ７２bは凸レンズとして機能し、第１の可変焦点レンズ７２aが凸レンズとして機能する際には第２の可変焦点レンズ７２bは凹レンズとして機能する。このように構成された第１の可変焦点レンズ７２aと第２の可変焦点レンズ７２bからなる可変焦点レンズに入射されるパルスレーザー光線LBは、第１の可変焦点レンズ７２aが凹レンズとして機能し第２の可変焦点レンズ７２bが凸レンズとして機能する際には１点鎖線で示すように屈折せしめられて集光対物レンズ７３２に至り、集光対物レンズ７３２によって集光点Paに集光される。一方、第１の可変焦点レンズ７２aが凸レンズとして機能し第２の可変焦点レンズ７２bが凹レンズとして機能する際には、パルスレーザー光線LBは２点鎖線で示すように屈折せしめられて集光対物レンズ７３２に至り、集光対物レンズ７３２によって集光点Pbに集光される。このように図４に示す可変焦点レンズ７２においては、第１の可変焦点レンズ７２aのピエゾ素子７２３に印加する高周波電流と第２の可変焦点レンズ７２bのピエゾ素子７２３に印加する高周波電流を、逆位相（１８０度の位相差）になるように制御する。そして、第１の可変焦点レンズ７２aのピエゾ素子７２３に印加する高周波電流の電圧と第２の可変焦点レンズ７２bのピエゾ素子７２３に印加する高周波電流の電圧を制御し、第２の可変焦点レンズ７２bの屈折率が第１の可変焦点レンズ７２aの屈折率の例えば２倍となるようにすることにより、第１の可変焦点レンズ７２aおよび第２の可変焦点レンズ７２bを介して集光対物レンズ７２２に入射されるパルスレーザー光線のビームサイズを一定にすることが可能となる。被加工物の内部にパルスレーザー光線の集光点を位置付けて改質層を形成するレーザー加工においては、集光対物レンズに入射するパルスレーザー光線の均一なエネルギーをできるだけ維持することが重要である。そのためには、集光対物レンズに入射するパルスレーザー光線のビームサイズをできる限り一定にしておくことが望ましい。しかるに、図４に示す可変焦点レンズにおいては、上述したように集光対物レンズ７３２に入射されるパルスレーザー光線のビームサイズを一定にすることが可能であり、集光対物レンズ７３２に入射されるパルスレーザー光線はNAに大きな変化がないため、集光点位置のみを変化することができる。
【００２８】
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６を構成するケーシング６１の前端部には、上記レーザー光線照射手段６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９が配設されている。この撮像手段９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上記制御手段８に送る。
【００２９】
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。
【００３０】
図５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いる。図５に示す半導体ウエーハ１０は、例えば厚みが２００μmのシリコンウエーハからなっており、表面１０ａには格子状に形成された複数のストリート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。このように形成された半導体ウエーハ１０は、図６に示すように環状のフレームFに装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなる保護テープTに表面１０ａ側を貼着する（保護テープ貼着工程）。従って、半導体ウエーハ１０は、裏面１０bが上側となる。
【００３１】
上述した保護テープ貼着工程を実施したならば、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、保護テープTを介して光半導体ウエーハ１０をチャックテーブル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に保持された半導体ウエーハ１０は、裏面１０bが上側となる。
【００３２】
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９の直下に位置付けられる。このようにしてチャックテーブル３６が撮像手段９の直下に位置付けられると、撮像手段９および制御手段８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９および制御手段８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１０１と、ストリート１０１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６を構成する集光器７３の集光対物レンズ７３２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交する方向に延びるストリート１０１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１０１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９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１０１を撮像することができる。
【００３３】
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１０１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７の(a)で示すようにチャックテーブル３６を集光器７３が位置するレーザー光線照射領域に移動し、半導体ウエーハ１０に形成された所定のストリート１０１の一端（図７の（a）において左端）を集光器７３の直下に位置付ける。そして、集光器７３の集光対物レンズ７３２を通して照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ１０の厚み方向中心付近に位置付ける。
【００３４】
次に、レーザー光線照射手段６を作動して集光器７３からパルスレーザー光線を照射するとともに、加工送り手段３７を作動してチャックテーブル３６を図７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（改質層形成工程）。そして、図７の(b)で示すように集光器７３の照射位置がストリート１２０の他端（図７の(b)において右端）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。この結果、半導体ウエーハ１０の内部には、図７の(b)に示すように所定のストリート１０１に沿って厚さＴを有する改質層１１０が形成される。
【００３５】
なお、上記改質層形成工程の加工条件は、例えば次のように設定されている。
パルスレーザー光線の波長 ：１０６４ｎｍ
出力 ：１W
繰り返し周波数 ：１００ｋHｚ
可変焦点レンズのピエゾ素子に印加する高周波電流の周波数 ：９９kHz
集光スポット径 ：φ１０μｍ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒
【００３６】
上記パルスレーザー光線発振器６１によって発振され可変焦点レンズ７２を介して集光対物レンズ７３２によって集光されるパルスレーザー光線の集光点は上述したように光軸上で変位する。そして、被加工物である半導体ウエーハ１０が１００ｍｍ／秒の加工送り速度で移動していると、半導体ウエーハ１０の内部には図８に示すように１００パルスのスポット(S)で１つの山が形成され、この山が１００ｍｍ／秒の間に１０００個形成されることになる。従って、半導体ウエーハ１０の内部にはストリート１０１に沿って厚さ(t)を有する改質層が形成される。この改質層の厚さ(t)は、可変焦点レンズ７２のピエゾ素子７２３に印加する高周波電流の電圧を調整することにより変化させることができる。このように、図示の実施形態におけるレーザー加工装置においては、パルスレーザー光線を１回走査することにより半導体ウエーハ１０の内部に所望の厚み（例えば５０〜２００μm）の改質層を形成することができる。
【００３７】
上述したように、半導体ウエーハ１０の所定方向に形成された全てのストリート１０１に沿って上記改質層形成工程を実施したならば、半導体ウエーハ１０を保持したチャックテーブル３６を９０度回動した位置に位置付ける。そして、半導体ウエーハ１０の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１０１に沿って上記改質層形成工程を実施する。
【００３８】
以上のようにして、改質層形成工程が全てのストリート１０１に沿って実施された半導体ウエーハ１０は、改質層が形成されたストリート１０１に沿って破断するウエーハ分割工程に搬送される。
【符号の説明】
【００３９】
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
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
５３：集光点位置調整手段
６：レーザー光線照射手段
６１：パルスレーザー光線発振器
６２：繰り返し周波数調整手段
７：加工ヘッド
７１：方向変換ミラー
７２：可変焦点レンズ
７３：集光器
７４：高周波電流印加手段
７４１：交流電源
７４２：電圧調整手段
７４３：高周波電流周波数調整手段
８：制御手段
１０：半導体ウエーハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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、被加工物の内部に改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、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（機能素子）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デバイスを製造している。
【０００３】
上述したウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに対して透過性を有する波長の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が試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの一方の面側から内部に集光点を合わせてウエーハに対して透過性を有する例えば波長が１０６４ｎｍのパルス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、ウエーハを分割するものである。
【０００４】
しかるに、上述したレーザー加工においてウエーハに形成される改質層の厚さはパルスレーザー光線の集光点近傍において２０〜３０μm程度であるため、ウエーハの厚みが例えば２００μmである場合には、改質層を４乃至５層形成する必要がある。このため、パルスレーザー光線の集光点の位置をウエーハの厚さ方向に変位せしめて、パルスレーザー光線とウエーハとをストリートに沿って４乃至５回繰り返し相対的に移動させる必要があるために長時間を要する。
【０００５】
上述した問題を解決するために、パルスレーザー光線を光軸方向に変位せしめられた２個の集光点に集光せしめるように構成し、改質層を同時に２層形成することができるレーザー加工装置が下記特許文献１および２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３３７９０２号公報
【特許文献２】特開２００４−３３７９０３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、上記特許文献１に記載された技術は構成が複雑であり、また、上記特許文献２に記載された技術はレーザー光源を２個備える必要があるため、コスト高にな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、複雑な構成にすることなく改質層の厚みを可変にして形成することができ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】
【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パルス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とを相対的に加工送りする加工送り手段とを具備し、
該レーザー光線照射手段は、パルスレーザー光線を発振するパルスレーザー光線発振器と、該パルスレーザー光線発振器が発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数を調整する繰り返し周波数調整手段と、該パルスレーザー光線発振器が発振するパルスレーザー光線を集光して該チャックテーブルに保持された被加工物に照射せしめる集光対物レンズとを含んでいる、レーザー加工装置において、
該パルスレーザー光線発振器と該集光対物レンズとの間に配設され高周波を生成するピエゾ素子を備え該ピエゾ素子によって生成される高周波の周期に対応して焦点距離が変化する可変焦点レンズと、該ピエゾ素子に印加する高周波電流の周波数を調整する高周波電流周波数調整手段と、該繰り返し周波数調整手段および該高周波電流周波数調整手段を制御する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該パルスレーザー光線発振器によって発振されるパルスレーザー光線の繰り返し周波数と該可変焦点レンズの該ピエゾ素子に印加する高周波電流の周波数との間に位相差が生じるように該繰り返し周波数調整手段および該高周波電流周波数調整手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
【００１０】
上記可変焦点レンズは光軸上に配設された第１の可変焦点レンズと第２の可変焦点レンズとからなり、上記制御手段は第１の可変焦点レンズのピエゾ素子に印加する高周波電流と第２の可変焦点のピエゾ素子に印加する高周波電流が１８０度の位相差になるように制御する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に従って構成されたレーザー加工装置においては、繰り返し周波数調整手段によって設定された繰り返し周波数のパルスレーザー光線を発振するパルスレーザー光線発振器と集光対物レンズとの間に配設され高周波を生成するピエゾ素子を備え該ピエゾ素子によって生成される超音波の周期に対応して焦点距離が変化する可変焦点レンズと、ピエゾ素子に印加する高周波電流の周波数を調整する高周波電流周波数調整手段と、繰り返し周波数調整手段および高周波電流周波数調整手段を制御する制御手段とを具備し、制御手段はパルスレーザー光線発振器によって発振されるパルスレーザー光線の繰り返し周波数と可変焦点レンズのピエゾ素子に印加する高周波電流の周波数との間に位相差が生じるように繰り返し周波数調整手段および高周波電流周波数調整手段を制御するので、集光対物レンズから照射されるパルスレーザー光線の集光点を光軸方向に変位させることができる。従って、パルスレーザー光線を１回走査することにより被加工物の内部に所望の厚みを有する改質層を形成することができる。
【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の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一実施形態を示す概略構成図。
【図３】図２に示すレーザー光線照射手段を構成するパルスレーザー光線発振器は発振する繰り返し周波数と、可変焦点レンズを構成するピエゾ素子に印加する高周波電流の周波数との関係を示す説明図。
【図４】図１のレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段を構成する可変焦点レンズの他の実施形態を示す概略構成図。
【図５】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６】図５に示す半導体ウエーハを環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着した状態を示す斜視図。
【図７】図１のレーザー加工装置によって実施する改質層形成工程の説明図。
【図８】図７に示す改質層形成工程において照射されるパルスレーザー光線の照射位置を示す説明図。
【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。
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、該レーザー光線照射ユニット支持機構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。
【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上に被加工物としての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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【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６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で示す焦点位置調整方向に移動可能に支持される。
【００１９】
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６を一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す焦点位置調整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６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６を下方に移動するようになっている。
【００２０】
図示の実施形態におけるレーザー光線照射手段６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６１を含んでいる。このレーザー光線照射手段６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６は、パルスレーザー光線発振器６１と、パルスレーザー光線発振器６１が発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数を調整する繰り返し周波数調整手段６２と、パルスレーザー光線発振器６１が発振するパルスレーザー光線を集光して上記チャックテーブル３６に保持された被加工物に照射せしめる加工ヘッド７を具備している。パルスレーザー光線発振器６１は、ＹＡＧレーザー発振器やＹＶＯ４レーザー発振器等からなり、チャックテーブル３６に保持された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発振する。繰り返し周波数調整手段６２は後述する制御手段によって制御され、パルスレーザー光線発振器６１が発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数を調整する。
【００２１】
加工ヘッド７は、パルスレーザー光線発振器６１から発振されたパルスレーザー光線をチャックテーブル３６の被加工物保持面３６１（図１参照）に向けて方向変換する方向変換ミラー７１と、印加される高周波の周期に対応して焦点距離が変化する可変焦点レンズ７２と、該可変焦点レンズ７２を通過したパルスレーザー光線を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物に照射せしめる集光器７３を具備している。可変焦点レンズ７２は、レンズケース７２１と、該レンズケース７２１内に封入されたレンズ液７２２と、該レンズ液７２２に高周波を付与する環状のピエゾ素子７２３とからなっている。レンズケース７２１は、円筒状のケース本体７２１aと、該円筒状のケース本体７２１aの上端および下端を塞ぐ円筒状のガラス等の透明部材７２１bおよび７２１cとからなっている。このように形成されたレンズケース７２１内にレンズ液７２２が封入されるとともに、ピエゾ素子７２３が配置される。以上のように構成された可変焦点レンズ７２は、ピエゾ素子７２３に高周波電流を印加することにより、レンズ液７２２の屈折率が変化して高周波の谷側においては凹レンズとして機能し、高周波の山側においては凸レンズとして機能することにより、高周波の周期に対応して焦点距離が変化する。このような可変焦点レンズ７２は、米国Princeton 大学のCraig Arnold 教授によって開発されたもので、動作原理の詳細については以下に示す論文に記載されている。
“High-Speed varifocal imaging with a tunable acoustic gradient index of refraction lens”,Alexandre Mermillod-Brollondin,Euan McLeod,and Craig B.Arnold Opt.Lell.,33,2146’2008.
【００２２】
上記集光器７３は、ケース７３１と、該ケース７３１内に配設された集光対物レンズ７３２とからなっており、上記可変焦点レンズ７２を通過したパルスレーザー光線を集光してチャックテーブル３６に保持された被加工物に照射せしめる。
【００２３】
図２を参照して説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー光線照射手段６は、上記可変焦点レンズ７２を構成するピエゾ素子７２３に高周波電流を印加する高周波電流印加手段７４を具備している。高周波電流印加手段７４は、交流電源７４１と、該交流電源７４１の電圧を調整する電圧調整手段７４２と、該電圧調整手段７４２によって電圧が調整された高周波電流の周波数を調整する高周波電流周波数調整手段７４３を具備しており、後述するように電圧および周波数が制御された高周波電流を上記ピエゾ素子７２３に印加する。図示の実施形態におけるレーザー光線照射手段６は、上記パルスレーザー光線発振器６１、繰り返し周波数調整手段６２、電圧調整手段７４２、高周波電流周波数調整手段７４３を制御する制御手段８を具備している。
【００２４】
図２に示すレーザー光線照射手段６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。
制御手段８は、パルスレーザー光線発振器６１が発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数を例えば１００kHzになるように繰り返し周波数調整手段６２に制御信号を出力する。また、制御手段８は、高周波電流印加手段７４によって可変焦点レンズ７２を構成するピエゾ素子７２３に印加する高周波電流の周波数を例えば９９kHzになるよう高周波電流周波数調整手段７４３に制御信号を出力する。この結果、パルスレーザー光線発振器６１からは繰り返し周波数が１００kHzのパルスレーザー光線が発振され、可変焦点レンズ７２を構成するピエゾ素子７２３には９９kHzの高周波電流が印加される。従って、可変焦点レンズ７２に入射されるパルスレーザー光線の繰り返し周波数とピエゾ素子７２３によってレンズ液７２２付与される高周波の周波数には図３に示すように位相差が生ずる。この位相差は、１サイクルで３．６°（位相差＝３６０°−（高周波電流周波数／繰り返し周波数）×３６０°＝３６０°−（９９kHz／１００kHz）×３６０°＝３６０°−３５６．４°＝３．６°）となる。
【００２５】
上述したようにパルスレーザー光線発振器６１から発振されるパルスレーザー光線の繰り返し周波数を１００kHzに設定するとともに、可変焦点レンズ７２を構成するピエゾ素子７２３に印加する高周波電流の周波数を９９kHzに設定してパルスレーザー光線発振器６１からパルスレーザー光線を発振する。図２に示すようにパルスレーザー光線発振器６１から発振されたパルスレーザー光線LBは、方向変換ミラー７１を介して可変焦点レンズ７２に入射する。可変焦点レンズ７２に入光したパルスレーザー光線LBは、レンズ液７２２を通過するが、レンズ液７２２にはピエゾ素子７２３に印加する高周波電流の周波数に対応した高周波が付与されている。従って、レンズ液７２２を通過するパルスレーザー光線LBは、レンズ液７２２に付与される高周波の谷側においては１点鎖線で示すように屈折せしめられ、レンズ液７２２に付与される高周波の山側においては２点鎖線で示すように屈折せしめられる。従って、可変焦点レンズ７２によって１点鎖線で示すように屈折せしめられたパルスレーザー光線は、集光対物レンズ７３２によって集光点Paに集光される。一方、可変焦点レンズ７２によって２点鎖線で示すように屈折せしめられたパルスレーザー光線は、集光対物レンズ７３２によって集光点Pbに集光される。なお、集光点Paおよび集光点Pbの位置は、上述したようにパルスレーザー光線LBの繰り返し周波数とピエゾ素子７２３によってレンズ液７２２付与される高周波の周波数が位相差（図示の実施形態においては３．６°）を有しているので、レンズ液７２２に付与される高周波のどの状態のときにパルスレーザー光線LBのパルスが通過するかによって光軸上において変位する。なお、集光点Paと集光点Pbの最大幅は、ピエゾ素子７２３に印加する高周波電流の電圧を調整し、レンズ液７２２付与される超音波の振幅を変化させることによって調整することができる。
【００２６】
次に、上記可変焦点レンズの他の実施形態について、図４を参照して説明する。
図４に示す可変焦点レンズ７２は、第１の可変焦点レンズ７２aと第２の可変焦点レンズ７２bとからなっており、第１の可変焦点レンズ７２aが入射側（パルスレーザー光線発振器６１側）に配設され、第２の可変焦点レンズ７２bが出射側（集光器７３側）に配設される。なお、第１の可変焦点レンズ７２aと第２の可変焦点レンズ７２bは、上記可変焦点レンズ７２と実質的に同一の構成であり、従って同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
【００２７】
図４に示す可変焦点レンズにおいては、第１の可変焦点レンズ７２aのピエゾ素子７２３に印加する高周波電流と第２の可変焦点レンズ７２bのピエゾ素子７２３に印加する高周波電流は、逆位相（１８０度の位相差）になるように制御される。従って、第１の可変焦点レンズ７２aが凹レンズとして機能する際には第２の可変焦点レンズ７２bは凸レンズとして機能し、第１の可変焦点レンズ７２aが凸レンズとして機能する際には第２の可変焦点レンズ７２bは凹レンズとして機能する。このように構成された第１の可変焦点レンズ７２aと第２の可変焦点レンズ７２bからなる可変焦点レンズに入射されるパルスレーザー光線LBは、第１の可変焦点レンズ７２aが凹レンズとして機能し第２の可変焦点レンズ７２bが凸レンズとして機能する際には１点鎖線で示すように屈折せしめられて集光対物レンズ７３２に至り、集光対物レンズ７３２によって集光点Paに集光される。一方、第１の可変焦点レンズ７２aが凸レンズとして機能し第２の可変焦点レンズ７２bが凹レンズとして機能する際には、パルスレーザー光線LBは２点鎖線で示すように屈折せしめられて集光対物レンズ７３２に至り、集光対物レンズ７３２によって集光点Pbに集光される。このように図４に示す可変焦点レンズ７２においては、第１の可変焦点レンズ７２aのピエゾ素子７２３に印加する高周波電流と第２の可変焦点レンズ７２bのピエゾ素子７２３に印加する高周波電流を、逆位相（１８０度の位相差）になるように制御する。そして、第１の可変焦点レンズ７２aのピエゾ素子７２３に印加する高周波電流の電圧と第２の可変焦点レンズ７２bのピエゾ素子７２３に印加する高周波電流の電圧を制御し、第２の可変焦点レンズ７２bの屈折率が第１の可変焦点レンズ７２aの屈折率の例えば２倍となるようにすることにより、第１の可変焦点レンズ７２aおよび第２の可変焦点レンズ７２bを介して集光対物レンズ７２２に入射されるパルスレーザー光線のビームサイズを一定にすることが可能となる。被加工物の内部にパルスレーザー光線の集光点を位置付けて改質層を形成するレーザー加工においては、集光対物レンズに入射するパルスレーザー光線の均一なエネルギーをできるだけ維持することが重要である。そのためには、集光対物レンズに入射するパルスレーザー光線のビームサイズをできる限り一定にしておくことが望ましい。しかるに、図４に示す可変焦点レンズにおいては、上述したように集光対物レンズ７３２に入射されるパルスレーザー光線のビームサイズを一定にすることが可能であり、集光対物レンズ７３２に入射されるパルスレーザー光線はNAに大きな変化がないため、集光点位置のみを変化することができる。
【００２８】
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６を構成するケーシング６１の前端部には、上記レーザー光線照射手段６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９が配設されている。この撮像手段９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上記制御手段８に送る。
【００２９】
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。
【００３０】
図５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いる。図５に示す半導体ウエーハ１０は、例えば厚みが２００μmのシリコンウエーハからなっており、表面１０ａには格子状に形成された複数のストリート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。このように形成された半導体ウエーハ１０は、図６に示すように環状のフレームFに装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなる保護テープTに表面１０ａ側を貼着する（保護テープ貼着工程）。従って、半導体ウエーハ１０は、裏面１０bが上側となる。
【００３１】
上述した保護テープ貼着工程を実施したならば、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、保護テープTを介して光半導体ウエーハ１０をチャックテーブル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に保持された半導体ウエーハ１０は、裏面１０bが上側となる。
【００３２】
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９の直下に位置付けられる。このようにしてチャックテーブル３６が撮像手段９の直下に位置付けられると、撮像手段９および制御手段８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９および制御手段８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１０１と、ストリート１０１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６を構成する集光器７３の集光対物レンズ７３２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交する方向に延びるストリート１０１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１０１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９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１０１を撮像することができる。
【００３３】
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１０１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７の(a)で示すようにチャックテーブル３６を集光器７３が位置するレーザー光線照射領域に移動し、半導体ウエーハ１０に形成された所定のストリート１０１の一端（図７の（a）において左端）を集光器７３の直下に位置付ける。そして、集光器７３の集光対物レンズ７３２を通して照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ１０の厚み方向中心付近に位置付ける。
【００３４】
次に、レーザー光線照射手段６を作動して集光器７３からパルスレーザー光線を照射するとともに、加工送り手段３７を作動してチャックテーブル３６を図７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（改質層形成工程）。そして、図７の(b)で示すように集光器７３の照射位置がストリート１２０の他端（図７の(b)において右端）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。この結果、半導体ウエーハ１０の内部には、図７の(b)に示すように所定のストリート１０１に沿って厚さＴを有する改質層１１０が形成される。
【００３５】
なお、上記改質層形成工程の加工条件は、例えば次のように設定されている。
パルスレーザー光線の波長 ：１０６４ｎｍ
出力 ：１W
繰り返し周波数 ：１００ｋHｚ
可変焦点レンズのピエゾ素子に印加する高周波電流の周波数 ：９９kHz
集光スポット径 ：φ１０μｍ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒
【００３６】
上記パルスレーザー光線発振器６１によって発振され可変焦点レンズ７２を介して集光対物レンズ７３２によって集光されるパルスレーザー光線の集光点は上述したように光軸上で変位する。そして、被加工物である半導体ウエーハ１０が１００ｍｍ／秒の加工送り速度で移動していると、半導体ウエーハ１０の内部には図８に示すように１００パルスのスポット(S)で１つの山が形成され、この山が１００ｍｍ／秒の間に１０００個形成されることになる。従って、半導体ウエーハ１０の内部にはストリート１０１に沿って厚さ(t)を有する改質層が形成される。この改質層の厚さ(t)は、可変焦点レンズ７２のピエゾ素子７２３に印加する高周波電流の電圧を調整することにより変化させることができる。このように、図示の実施形態におけるレーザー加工装置においては、パルスレーザー光線を１回走査することにより半導体ウエーハ１０の内部に所望の厚み（例えば５０〜２００μm）の改質層を形成することができる。
【００３７】
上述したように、半導体ウエーハ１０の所定方向に形成された全てのストリート１０１に沿って上記改質層形成工程を実施したならば、半導体ウエーハ１０を保持したチャックテーブル３６を９０度回動した位置に位置付ける。そして、半導体ウエーハ１０の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１０１に沿って上記改質層形成工程を実施する。
【００３８】
以上のようにして、改質層形成工程が全てのストリート１０１に沿って実施された半導体ウエーハ１０は、改質層が形成されたストリート１０１に沿って破断するウエーハ分割工程に搬送される。
【符号の説明】
【００３９】
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
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
５３：集光点位置調整手段
６：レーザー光線照射手段
６１：パルスレーザー光線発振器
６２：繰り返し周波数調整手段
７：加工ヘッド
７１：方向変換ミラー
７２：可変焦点レンズ
７３：集光器
７４：高周波電流印加手段
７４１：交流電源
７４２：電圧調整手段
７４３：高周波電流周波数調整手段
８：制御手段
１０：半導体ウエーハ
【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パルス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とを相対的に加工送りする加工送り手段とを具備し、
該レーザー光線照射手段は、パルスレーザー光線を発振するパルスレーザー光線発振器と、該パルスレーザー光線発振器が発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数を調整する繰り返し周波数調整手段と、該パルスレーザー光線発振器が発振するパルスレーザー光線を集光して該チャックテーブルに保持された被加工物に照射せしめる集光対物レンズとを含んでいる、レーザー加工装置において、
該パルスレーザー光線発振器と該集光対物レンズとの間に配設され高周波を生成するピエゾ素子を備え該ピエゾ素子によって生成される高周波の周期に対応して焦点距離が変化する可変焦点レンズと、該ピエゾ素子に印加する高周波電流の周波数を調整する高周波電流周波数調整手段と、該繰り返し周波数調整手段および該高周波電流周波数調整手段を制御する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該パルスレーザー光線発振器によって発振されるパルスレーザー光線の繰り返し周波数と該可変焦点レンズの該ピエゾ素子に印加する高周波電流の周波数との間に位相差が生じるように該繰り返し周波数調整手段および該高周波電流周波数調整手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
該可変焦点レンズは、光軸上に配設された第１の可変焦点レンズと第２の可変焦点レンズとからなり、
該制御手段は、該第１の可変焦点レンズのピエゾ素子に印加する高周波電流と該第２の可変焦点のピエゾ素子に印加する高周波電流が１８０度の位相差になるように制御する、請求項１記載のレーザー加工装置。
【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パルス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とを相対的に加工送りする加工送り手段とを具備し、
該レーザー光線照射手段は、パルスレーザー光線を発振するパルスレーザー光線発振器と、該パルスレーザー光線発振器が発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数を調整する繰り返し周波数調整手段と、該パルスレーザー光線発振器が発振するパルスレーザー光線を集光して該チャックテーブルに保持された被加工物に照射せしめる集光対物レンズとを含んでいる、レーザー加工装置において、
該パルスレーザー光線発振器と該集光対物レンズとの間に配設され高周波を生成するピエゾ素子を備え該ピエゾ素子によって生成される高周波の周期に対応して焦点距離が変化する可変焦点レンズと、該ピエゾ素子に印加する高周波電流の周波数を調整する高周波電流周波数調整手段と、該繰り返し周波数調整手段および該高周波電流周波数調整手段を制御する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、該パルスレーザー光線発振器によって発振されるパルスレーザー光線の繰り返し周波数と該可変焦点レンズの該ピエゾ素子に印加する高周波電流の周波数との間に位相差が生じるように該繰り返し周波数調整手段および該高周波電流周波数調整手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
該可変焦点レンズは、光軸上に配設された第１の可変焦点レンズと第２の可変焦点レンズとからなり、
該制御手段は、該第１の可変焦点レンズのピエゾ素子に印加する高周波電流と該第２の可変焦点のピエゾ素子に印加する高周波電流が１８０度の位相差になるように制御する、請求項１記載のレーザー加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−７５２（Ｐ２０１３−７５２Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３１３３８（Ｐ２０１１−１３１３３８）
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【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１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１３日（２０１１．６．１３）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
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