發明背景在半導體元件製造程序中，以於矽等半導體基板之表面積層有絕緣膜及功能膜之積層體形成將複數IC、LSI等元件形成矩陣狀之半導體晶圓。如此形成之半導體晶圓是上述元件以稱為切割道之分割預定線劃分，沿著此切割道分割，藉此，製造諸個元件。
沿著此種半導體晶圓之切割道之分割通常以稱為切割器之切削裝置進行。此切削裝置包含有保持作為被加工物之半導體晶圓之夾頭台、用以切削保持於該夾頭台之半導體晶圓之切削機構、使夾頭台與切削機構相對地移動之移動機構。切削機構具有高速旋轉之旋轉心軸及裝設於該心軸之切削刀片。切削刀片由圓盤狀基台與裝設於該基台之側面外周部之環狀切刀構成，切刀是將例如粒徑3μm左右之鑽石磨石以電鑄固定形成，厚度形成例如20~30μm。
在最近，為提高IC、LSI等元件之處理能力，下述形態之半導體晶圓已實用化，前述形態之半導體晶圓是以於矽等半導體基板之表面積層有由SiOF、BSG(SiOB)等無機物系膜或聚醯亞胺系、聚對二甲苯系等聚合物膜之有機物系膜構成的低介電常數絕緣體被膜(Low-k膜)及形成電路之功能膜之積層體形成有半導體元件。
又，構造成於半導晶圓之切割道部份配設稱為測試式元件組(TEG)之金屬圖形且於分割半導體晶圓前透過金屬圖形來測試電路之功能之半導體晶圓亦實用化。
由於上述Low-k膜或測試式元件組(TEG)與晶圓之原材料不同，故不易以切削刀片同時切削。即，因Lok-k膜如雲母般脆弱，故當以切削刀片沿著切割道切削時，有Low-k膜剝離而此剝離到達元件而對元件造成嚴重之損傷之問題。又，由於測試式元件組(TEG)以金屬形成，故當以切削刀片切削時，產生毛邊。
為解決上述問題，提出一種加工方法，該加工方法是藉沿著半導體晶圓之切割道照射脈衝雷射光線，去除形成切割道之Low-k膜或配設於切割道之測試式元件組(TEG)，將切削刀片定位於該所去除之區域而切削(例如參照專利文獻1)。
然而，如揭示於上述專利文獻1之加工方法般，藉沿著晶圓之切割道照射脈衝雷射光線，去除Low-k膜或測試式元件組(TEG)時，需形成較切削刀片之厚度大之寬度的雷射加工溝。因此，雷射光線之聚光點徑是10μm左右時，必須於寬度方向實施複數次沿著切割道照射雷射光線之雷射光線照射步驟，而有生產性差之問題。
為解決此種問題，一種雷射加工裝置記載於下述專利文獻2，該雷射加工裝置是將雷射光線分歧成複數，形成複數聚光光點(聚光點)，同時形成大寬度之雷射加工溝，而可以良好效率去除Low-k膜或測試式元件組(TEG)(例如參照專利文獻2)。
先行技術文獻專利文獻專利文獻1 日本專利公開公報2005-142398號
專利文獻2 日本專利公開公報2011-156551號
用以實施發明之最佳形態以下，就根據本發明構成之雷射加工裝置之較佳實施形態，參照附加圖式，詳細地說明。
於圖1顯示根據本發明構成之雷射加工裝置之立體圖。圖1所示之雷射加工裝置包含有靜止基台2、以可於以箭號X所示之加工進給方向(X軸方向)移動之狀態配設於該靜止基台而保持被加工物之夾頭台設備3、以可於與X軸方向垂直相交之以箭號Y所示之分度進給方向(Y軸方向)移動之狀態配設於靜止基台2之雷射光線照射單元支撐設備4、以可於以箭號Z顯示之焦點位置調整方向(Z軸方向)移動之狀態配設於該雷射光線照射單元支撐設備4之雷射光線照射單元5。
上述夾頭台設備3具有沿著X軸方向平行地配設於靜止基台2上之一對引導軌道31、31、以可於X軸方向移動之狀態配設於該引導軌道31、31上之第1滑動塊32、以可於Y軸方向移動之狀態配設於該第1滑動塊32上之第2滑動塊33、以圓筒構件34支撐於該第2滑動塊33上之支撐台35、作為被加工物保持機構之夾頭台36。此夾頭台36由多孔性材料形成且具有被加工物保持面361，而可以圖中未示之吸引機構將為被加工物之例如圓盤狀半導體晶圓保持於夾頭台36上。又，以配設於圓筒構件34內之圖中未示之脈衝馬達使夾頭台36旋轉。又，於夾頭台36裝設有用以固定支撐後述半導體晶圓之環狀框架之夾362。
上述第1滑動塊32於其下面設有與上述一對引導軌道31、31嵌合之一對被引導溝321、321，並且，於其上面設有沿著Y軸方向平行地形成之一對引導軌道322、322。如此構成之第1滑動塊32藉被引導溝321、321嵌合於一對引導軌道31、31，構造成可沿著一對引導軌道31、31於X軸方向移動。夾頭台設備3具有用以使第1滑動塊32沿著一對引導軌道31、31於X軸方向移動之加工進給機構37。加工進給機構37具有平行地配設於上述一對引導軌道31與31之間之陽螺桿371、用以將該陽螺桿371旋轉驅動之脈衝馬達372等驅動源。陽螺桿371其一端旋轉自如地支撐於固定在上述靜止基台2之軸承塊373，其另一端傳動連結於上述脈衝馬達372之輸出軸。此外，陽螺桿371螺合於形成在突出設於第1滑動塊32之中央部下面之圖中未示之陰螺紋塊的貫穿陰螺紋孔。因而，藉以脈衝馬達372將陽螺桿371正轉及反轉驅動，可使第1滑動塊32沿著引導軌道31、31於為X軸方向之加工進給方向移動。
上述第2滑動塊33於其下面設有與設於上述第1滑動塊32之上面之一對引導軌道322、322嵌合之一對被引導溝331、331，藉將此被引導溝331、331嵌合於一對引導軌道322、322，構造成可於Y軸方向移動。圖中所示之實施形態之夾頭台設備3具有用以使第2滑動塊33沿著設於第1滑動塊32之一對引導軌道322、322於Y軸方向移動之第1分度進給機構38。第1分度進給機構38具有平行地配設於上述一對引導軌道322與322之間之陽螺桿381、用以將該陽螺桿381旋轉驅動之脈衝馬達382等驅動源。陽螺桿381其一端旋轉自如地支撐於固定在上述第1滑動塊32之上面之軸承塊383，其另一端傳動連結於上述脈衝馬達382之輸出軸。此外，陽螺桿381螺合於形成在突出設於第2滑動塊33之中央部下面之圖中未示之陰螺紋塊的貫穿陰螺紋孔。因而，藉以脈衝馬達382將陽螺桿381正轉及反轉驅動，可使第2滑動塊33沿著引導軌道322、322於為Y軸方向之分度進給方向移動。
上述雷射光線照射單元支撐設備4具有沿著Y軸方向平行地配設於靜止基台2上之一對引導軌道41、41、可於Y軸方向移動地配設於該引導軌道41、41上之可動支撐基台42。此可動支撐基台42由可移動地配設於引導軌道41、41上之移動支撐部421、安裝於該移動支撐部421之裝設部422構成。裝設部422於一側面平行地設有於Z軸方向延伸之一對引導軌道423、423。圖中所示之實施形態之雷射光線照射單元支撐設備4具有用以使可動支撐基台42沿著一對引導軌道41、41於Y軸方向移動之第2分度進給機構43。第2分度進給機構43具有平行地配設於上述一對引導軌道41、41間之陽螺桿431、用以將該陽螺桿431旋轉驅動之脈衝馬達432等驅動源。陽螺桿431其一端旋轉自如地支撐於固定在上述靜止基台2之圖中未示之軸承塊，其另一端傳動連結於上述脈衝馬達432之輸出軸。此外，陽螺桿431螺合於形成在突出設於構成可動支撐基台42之移動支撐部421之中央部下面之圖中未示的陰螺紋塊之陰螺紋孔。因此，藉以脈衝馬達432將陽螺桿431正轉及反轉驅動，可使可動支撐基台42沿著引導軌道41、41於為Y軸方向之分度進給方向移動。
雷射光線照射單元5具有單元支持器51、安裝於該單元支持器51之雷射光線照射機構52。單元支持器51設有可滑動地嵌合於設在上述裝設部422之一對引導軌道423、423之一對被引導溝511、511，藉將此被引導溝511、511嵌合於上述引導軌道423、423，可支撐成於Z軸方向移動。
雷射光線照射單元5具有用以使單元支持器51沿著一對引導軌道423、423於Z軸方向移動之聚光點位置調整機構54。聚光點位置調整機構54具有配設於一對引導軌道423、423間之陽螺桿(圖中未示)、用以將該陽螺桿旋轉驅動之脈衝馬達542等驅動源，藉以脈衝馬達542將圖中未示之陽螺桿正轉或反轉驅動，可使單元支持器51及雷射光線照射機構52沿著一對引導軌道423、423於焦點位置調整方向(Z軸方向)移動。此外，在圖中所示之實施形態中，藉將脈衝馬達542正轉驅動，可將雷射光線照射機構52移動至上方，藉將脈衝馬達542反轉驅動，可將雷射光線照射機構52移動至下方。
上述雷射光線照射機構52具有實質上配置成水平之圓筒形殼體521、如圖2所示配設於殼體521內之脈衝雷射光線振盪機構6、將從該脈衝雷射光線振盪機構6振盪之雷射光線聚光而照射於保持在上述夾頭台36之被加工物W之聚光器7、配設於該脈衝雷射光線振盪機構6與該聚光器7間且將從脈衝雷射光線振盪機構6振盪之脈衝雷射光線分歧成複數雷射光線之雷射光線分歧設備8。
上述脈衝雷射光線振盪機構6由由YAG雷射振盪器或YVO4雷射振盪器構成之脈衝雷射振盪器61、附設於此之重複頻率設定機構62構成。脈衝雷射振盪器61是將已藉由重複頻率設定機構62設定之預定頻率之脈衝雷射光線(LB)振盪。重複頻率設定機構62設定脈衝雷射振盪器61振盪之脈衝雷射之重複頻率。該等脈衝雷射光線振盪機構6之脈衝雷射振盪器61及重複頻率設定機構62以後述控制機構控制。
上述聚光器7具有聚光物鏡71，在圖中所示之實施形態中，如圖1所示，配設於殼體521之前端。
參照圖2，繼續說明，雷射光線分歧設備8具有調整從上述脈衝雷射光線振盪機構6振盪之雷射光線之發散角之發散角調整機構80、將通過該發散角調整機構80之雷射光線分歧成複數雷射光線之分歧單元90。
發散角調整機構80由第1聚光透鏡81及第2聚光透鏡82、分別支撐該第1聚光透鏡81及第2聚光透鏡82之第1支撐構件83及第2支撐構件84、固定第1支撐構件83之支撐基台85、配設於該支撐基台85上且將第2支撐構件84引導成可於第1支撐構件83靠近及背離之方向(在圖2為左右方向)移動之引導軌道86、連結於第2支撐構件84且通過設於支撐基台85之圖中未示之引導溝而配設之移動塊87、於支撐基台85之與引導軌道86相反之側沿著引導軌道86配設而與設在移動塊87之陰螺紋孔螺合之陽螺桿88、連結於該陽螺桿88之一端之脈衝馬達89、將陽螺桿88之另一端支撐成可旋轉之軸承塊880構成。如此構成之發散角調整機構80藉將脈衝馬達89往一方向旋動，而使第2支撐構件84在圖2移動至右方，藉將脈衝馬達89往另一方向旋動，而將第2支撐構件84在圖2中移動至左方。因而，藉將脈衝馬達89往一方向或另一方向旋動，可使支撐於第2支撐構件84之第2聚光透鏡82對支撐於第1支撐構件83之第1聚光透鏡81靠近或背離。
在此，就從以發散角調整機構80調整之脈衝雷射光線振盪機構6振盪之雷射光線的發散角，參照圖3來說明。如圖3(a)所示，當將第1聚光透鏡81之焦點位置(f1)與第2聚光透鏡82之焦點位置(f2)定位於一致之位置時，從脈衝雷射光線振盪機構6振盪之雷射光線藉通過第1聚光透鏡81及第2聚光透鏡82，形成為平行光，不致產生發散角。
接著，如圖3(b)所示，當將第1聚光透鏡81之焦點位置(f1)與第2聚光透鏡82之焦點位置(f2)定位於相互之焦點位置之內側時，從脈衝雷射光線振盪機構6振盪之雷射光線藉通過第1聚光透鏡81及第2聚光透鏡82，以擴散角之發散角照射。
另一方面，如圖3(c)所示，當將第1聚光透鏡81之焦點位置(f1)與第2聚光透鏡82之焦點位置(f2)定位於相互之焦點位置之外側時，從脈衝雷射光線振盪機構6振盪之雷射光線藉通過第1聚光透鏡81及第2聚光透鏡82，以收斂角之發散角照射。
因而，藉調整第1聚光透鏡81之焦點位置(f1)與第2聚光透鏡82之間隔，可調整從脈衝雷射光線振盪機構6振盪之雷射光線之發散角(擴散角、收斂角)。
接著，就將通過發散角調整機構之雷射光線分歧成複數雷射光線之分歧單元90作說明。雷射光線分歧設備8具有3個分歧單元90作為第1分歧單元90a、第2分歧單元90b、第3分歧單元90c。第1分歧單元90a、第2分歧單元90b、第3分歧單元90c分別由1/2波長板91、第1偏光分光器92、第1鏡93、第2鏡94、第2偏光分光器95構成。就如此構成之第1分歧單元件90a、第2分歧單元90b、第3分歧單元90c之作用，參照圖4來說明。入射至1/2波長板91之雷射光線以1/2波長板91將偏光面旋轉45度。偏光面已旋轉45度之雷射光線以第1偏光分光器92分離成P偏光及S偏光。已藉由第1偏光分光器92分歧之P偏光以第1鏡93反射而引導至第2偏光分光器95。又，已藉由第1偏光分光器92分歧之S偏光亦以第2鏡94反射而引導至第2偏光分光器95。如此進行而引導至第2偏光分光器95之P偏光與S偏光以第2偏光分光器95引導至同一方向之光程。此時，上述第1鏡93及第2鏡94配設成以第2偏光分光器95引導至同一方向之光程之P偏光與S偏光以些微之間隔引導。即，第1鏡93及第2鏡94定位成所反射之P偏光與S偏光不入射至第2偏光分光器95之同一位置。
構成分歧單元90之第1分歧單元90a、第2分歧單元90b、第3分歧單元90c如以上構成，通過發散角調整機構80之雷射光線以第1分歧單元90a分歧成P偏光及S偏光，P偏光以第2分歧單元90b進一步分歧成P偏光及S偏光，同時，S偏光進一步分歧成P偏光及S偏光。又，進一步以第3分歧單元90c將已藉由第2分歧單元90b分歧之各P偏光進一步分歧成P偏光及S偏光，同時，將各S偏光進一步分歧成P偏光及S偏光。如此，通過發散角調整機構80之雷射光線以第1分歧單元90a分歧成P偏光及S偏光，以第2分歧單元90b分歧成2條P偏光及2條S偏光，以第3分歧單元90c分歧成4條件P偏光及4條S偏光。如此進行，分歧成8條之雷射光線到達聚光器7，以聚光物鏡71聚光。此時，由於入射至分歧單元90之雷射光線具有已藉由上述發散角調整機構80調整之發散角，故分歧成8條之雷射光線如圖5所示，以聚光物鏡71聚光成聚光點P1~P8。在本實施形態中，以聚光物鏡71聚光之雷射光線之聚光點P1~P8構造成沿著Y軸方向定位。此外，以聚光透鏡71聚光之雷射光線之聚光點P1~P8之間隔可藉以上述發散角調整機構80，變更雷射光線之發散角而調整。
返回圖2，繼續說明，雷射加工裝置具有用以確認以聚光物鏡71聚光之雷射光線之聚光點P1~P8之間隔的聚光光點間隔監視單元11。聚光光點間隔監視單元11具有配設於第3分歧單元90c與聚光器7間之光程之半反射鏡111、使對應於為該半反射鏡111所反射之雷射光線之波長之波長的光通過之帶通濾波器112、將通過該帶通濾波器112之雷射光線成像之成像透鏡113、拍攝以該成像透鏡113成像之雷射光線之聚光點(聚光光點)之CCD照相機114構成。如此構成之聚光光點間隔監視單元11將以第3分歧單元90c分歧成由4條P偏光及4條S偏光構成之8條雷射光線藉由半反射鏡111、帶通濾波器112而引導至成像透鏡113。引導至成像透鏡113之分歧成8條之雷射光線與上述聚光透鏡71同樣地，以成像透鏡113將聚光點P1~P8成像，以CCD照相機114拍攝此所成像之聚光點P1~P8。如此進行而以CCD照相機114拍攝之聚光點P1~P8發送至後述控制機構且顯示於後述顯示機構。此外，上述半反射鏡111宜構造成定位於定位在光程之作用位置及偏離光程之退避位置。
返回圖1，繼續說明，於構成上述雷射光線照射機構52之殼體521之前端部配設有檢測應以上述雷射光線照相機構52雷射加工之加工區域的拍攝機構12。此拍攝機構12具有照明被加工物之照明機構、捕捉以該照明機構照明之區域之光學系統、拍攝以該光學系統所捕捉之像之拍攝器件(CCD)等，將所拍攝之圖像信號發送至圖中未示之控制機構。
雷射加工裝置具有圖6所示之控制機構10。控制機構10具有根據控制程式進行運算處理之中央處理裝置(CPU)101、儲存控制程式等之唯讀記憶體(ROM)102、儲存運算結果等之可讀取之隨機存取記憶體(RAM)103、輸入介面104及輸出介面105。於如此構成之控制機構10之輸入介面104輸入來自聚光光點間隔監視單元11之CCD照相機114、拍攝機構12等之檢測信號。又，從輸出介面105將控制信號輸出至上述加工進給機構37之脈衝馬達372、第1分度進給機構38之脈衝馬達382、第2分度進給機構43之脈衝馬達432、聚光點位置調整機構54之脈衝馬達542、雷射光線照射機構52之脈衝雷射光線振盪機構6、發散角調整機構80之脈衝馬達80、顯示機構15等。
雷射加工裝置如以上構成，以下，就其作用作說明。於圖7(a)及圖7(b)顯示作為被加工物之半導體晶圓之立體圖及主要部份放大截面圖。圖7(a)及圖7(b)所示之半導體晶圓20以於矽等半導體基板21之表面積層有絕緣膜及形成電路之功能膜的功能層22形成複數IC、LSI等元件23形成矩陣狀。又，各元件23以形成格子狀之切割道24劃分。此外，在本實施形態中，形成功能層22之絕緣膜由SiO2膜、或SiOF、BSG(SiOB)等無機物系膜、或聚醯亞胺系、聚對二甲苯系等聚合物膜之有機物系膜構成的低介電常數絕緣體被膜(Low-k膜)構成。就沿著如此構成之半導體晶圓20之切割道24於功能層22形成雷射加工溝之方法作說明。
要將上述半導體晶圓20沿著切割道24分割是將半導體晶圓20如圖8(a)及圖8(b)所示，貼附於裝設在環狀框架F之保護帶T之表面。此時，半導體晶圓20是以表面20a為上而將背面側貼附於保護帶T。
接著，實施雷射光線照射步驟，該雷射光線照射步驟是沿著半導體晶圓20之切割道24照射雷射光線，去除切割道上之積層體22。此雷射光線照射步驟首先將藉由保護帶T而支撐於環狀框架F之半導體晶圓20載置於上述圖1所示之雷射加工裝置之夾頭台36上，而藉由保護帶T將半導體晶圓20吸附保持於該夾頭台36上。因而，半導體晶圓20以表面20a為上側而保持。此外，藉由保護帶T支撐半導體晶圓20之環狀框架F以夾362固定。
如上述，吸引保持有半導體晶圓20之夾頭台36以加工進給機構37定位於拍攝機構12之正下方。當將夾頭台36定位於拍攝機構12之正下方時，執行以拍攝機構12及圖中未示之控制機構檢測半導體晶圓20之應雷射加工之加工區域的校準作業。即，拍攝機構12及圖中未示之控制機構執行用以進行形成於半導體晶圓20之第1方向之切割道24與沿著切割道24照射雷射光線之雷射光線照射機構52之聚光器7的對位之型樣匹配等圖像處理，而完成雷射光線照射位置之校準。又，對於對形成於半導體晶圓20之上述第1方向垂直相交之第2方向延伸之切割道24亦同樣地完成雷射光線照射位置之校準。
如以上進行，當檢測形成於保持在夾頭台36上之半導體晶圓20之切割道24，進行雷射光線照射位置之校準後，如圖9(a)所示，將夾頭台36移動至照射雷射光線之聚光器7所在之雷射光線照射區域，將預定切割道24定位於聚光器7之正下方。此時，如圖9(a)所示，半導體晶圓20定位成切割道24之一端(在圖9(a)中為左端)位於聚光器7之正下方。在此狀態下，如圖9B之放大平面圖所示，將從聚光器7照射之上述8條雷射光線之聚光點P1~P8之各聚光點S1~S8定位於切割道24的寬度方向。然後，使聚光點位置調整機構54作動，將雷射光線照射機構52之高度位置調整成8條雷射光線之各聚光光點S1~S8位於切割道24之表面。
接著，使雷射光線照射機構52作動，一面從聚光器7對晶圓照射具吸收性之波長之上述8條雷射光線，一面使夾頭台36於在圖9(a)中以箭號X1所示之方向以預定加工進給速度移動(雷射光線照射步驟)。然後，如圖9(c)所示，當切割道24之另一端(在圖9(c)中為右端)到達聚光器7之正下方位置後，停止脈衝雷射光線之照射，同時，停止夾頭台36之移動。
此外，上述雷射光線照射步驟之加工條件如下設定。
雷射光線之光源：YVO4雷射或YAG雷射
波長：355nm
輸出：10W
重複頻率：100kHz
脈衝寬度：1ns
聚光光點徑：5μm
加工進給速度：100mm/秒
在上述加工條件中，藉將聚光光點徑為5μm之聚光光點S1~S8設定成如圖9(b)所示相互接觸之狀態，而於半導體晶圓20之切割道24如圖10所示，以上述8條雷射光線同時形成寬度(E)為例如40μm且較積層體22深之雷射加工溝210。此外，聚光光點徑S1~S8之間隔可藉以上述發散角調整機構80變更雷射光線之發散角而易調整。
如此進行，於形成於半導體晶圓20之所有切割道24實施上述雷射光線照射步驟。沿著切割道24形成有雷射加工溝210之半導體晶圓20搬送至可實施分割步驟之切削裝置。
以上，顯示了一例，該例為使用本發明之雷射加工裝置，照射對被加工物具吸收性之波長之雷射光線，施行剝蝕加工，而形成雷射加工溝，本發明之雷射加工裝置亦適用於下述加工，前述加工為對被加工物具穿透性之波長之雷射光線的聚光點定位於被加工物之內部來照射，而於被加工物之內部形成改質層。
又，在上述實施形態中，顯示了將雷射光線之聚光點P1~P8沿著與加工進給方向(X軸方向)垂直相交之Y軸方向定位之例，亦可根據加工條件，將雷射光線之聚光點P1~P8沿著加工進給方向(X軸方向)定位而加工。
此外，若雷射光線之複數聚光點之起點與終點之最大寬度是150μm左右，聚光器之聚光物鏡亦可以以一般之凸透鏡構成，最大寬度為1mm以上時，宜以f θ透鏡或像側遠心透鏡構成。