JP2008018440A - レーザー加工装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】メタルコンタミを発生させることなくボンディングパッドに達するビアホールを効率よく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】被加工物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、チャックテーブルと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、チャックテーブルとレーザー光線照射手段とを加工送り方向と直行する方向に割り出し送りす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、１パルス当たりのエネルギー密度を２０〜６０J／cm2に設定した第１のパルスレーザー光線を照射する第１のレーザー光線照射手段と、１パルス当たりのエネルギー密度を３〜２０J／cm2に設定した第２のパルスレーザー光線を照射する第２のレーザー光線照射手段とを具備している。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板の表面に複数のデバイスが形成されているとともにデバイスに電極が形成されているウエーハに、基板の裏面から電極に達する細孔を穿設するためのレーザー加工装置に関する。
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チップを製造している。
装置の小型化、高機能化を図るため、複数の半導体チップを積層し、積層された半導体チップの電極を接続するモジュール構造が実用化されている。このモジュール構造は、半導体ウエーハの表面には電極が形成されており、この電極が形成された箇所にウエーハの裏面側から電極に達する細孔（ビアホール）を穿設し、この細孔（ビアホール）に電極と接続するアルミニウム等の導電性材料を埋め込む構成である。（例えば、特許文献１参照。）
特開２００３−１６３３２３号公報
上述した半導体ウエーハに設けられる細孔（ビアホール）は、一般にドリルによって形成されている。しかるに、半導体ウエーハに設けられる細孔（ビアホール）は直径が１００〜３００μmと小さく、ドリルによる穿孔では生産性の面で必ずしも満足し得るものではない。しかも、上記電極の厚さは１〜５μ程度であり、電極を破損することなくウエーハを形成するシリコン等の基板のみに細孔（ビアホール）を形成するためには、ドリルを極めて精密に制御しなければならない。
上記問題を解消するために本出願人は、基板の表面に複数のデバイスが形成されているとともに該デバイスにボンディングパッドが形成されているウエーハに、基板の裏面側からパルスレーザー光線を照射してボンディングパッドに達するビアホールを効率よく形成するウエーハの穿孔方法を特願２００５−２４９６４３号として提案した。
上述したように基板に形成されたビアホールにはアルミニウム、銅等の導電性材料が埋め込まれるが、ビアホールに直接アルミニウムや銅を埋め込むと、アルミニウムや銅の原子がシリコン等からなる基板の内部に拡散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、ビアホールの内周面に絶縁膜を被覆した後に、アルミニウム、銅等の導電性材料を埋め込んでいる。
しかるに、上述したようにパルスレーザー光線を照射してビアホールを形成すると、シリコン等からなる基板を穿孔したレーザー光線は、僅かにボンディングパッドの裏面に照射されるので、ボンディングパッドを形成する金属の金属原子が飛散しメタルコンタミとなってビアホールの内周面に付着する。ビアホールの内面にアルミニウムや銅の原子が付着すると、この原子がシリコン等からなる基板の内部に拡散してデバイスの品質を低下させるという問題がある。
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、ビアホールを形成した際にボンディングパッドにパルスレーザー光線が照射されることによって飛散したメタルコンタミがビアホールの内周面に付着しても、このメタルコンタミを効率よく除去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。
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とを相対的に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを該加工送り方向と直行する方向に割り出し送りす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、１パルス当たりのエネルギー密度を２０〜６０J／cm2に設定した第１のパルスレーザー光線を照射する第１のレーザー光線照射手段と、１パルス当たりのエネルギー密度を３〜２０J／cm2に設定した第２のパルスレーザー光線を照射する第２のレーザー光線照射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。
上記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手段と、該パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を上記第１のパルスレーザー光線と上記第２のパルスレーザー光線に分光するビームスプリッターを具備している。
上記第２のレーザー光線照射手段は、上記ビームスプリッターによって分光された第２のパルスレーザー光線の光軸を加工送り方向に偏向する第１の音響光学偏向手段と、上記第２のパルスレーザー光線の光軸を割り出し送り方向に偏向する第２の音響光学偏向手段とを具備している。
上記第１のレーザー光線照射手段は、形成したいビアホールの直径をDとした場合、第１のパルスレーザー光線のスポット径を０．７５〜０．９Dに設定し、上記第２のレーザー光線照射手段は、第２のパルスレーザー光線スポット径を０．２〜０．３Dに設定している。
本発明によるレーザー加工装置においては、第１のレーザー光線照射手段によって照射される比較的高いエネルギー密度（２０〜６０J／cm2）を有する第１のパルスレーザー光線によって基板にボンディングパッドに達するビアホールを形成し、このビアホールを形成した際にボンディングパッドに第１のパルスレーザー光線が照射されることによって飛散したメタルコンタミがビアホールの内周面に付着しても、第２のレーザー光線照射手段によって照射される比較的低いエネルギー密度（３〜２０J／cm2）を有する第２のパルスレーザー光線によってビアホールの内周面に付着したメタルコンタミを効率よく除去することができる。なお、第２のレーザー光線照射手段によって照射される第２のパルスレーザー光線のエネルギー密度は比較的低いため、基板を加工することはない。
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、更に詳細に説明する。
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１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で示す割り出し送り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。
上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上に矢印Ｘで示す加工送り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で示す加工送り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。
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で示す割り出し送り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で示す加工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で示す加工送り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。
図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、上記チャックテーブル３６の加工送り量を検出するための加工送り量検出手段３７４を備えている。加工送り量検出手段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。この送り量検出手段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の加工送り量を検出する。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の加工送り量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の加工送り量を検出することもできる。
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に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り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。
図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、上記第２の滑動ブロック３３の割り出し加工送り量を検出するための割り出し送り量検出手段３８４を備えている。割り出し送り量検出手段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。この送り量検出手段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の割り出し送り量を検出する。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の割り出し送り量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の割り出し送り量を検出することもできる。
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で示す割り出し送り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。
図示の実施形態の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。
図示のレーザー光線照射手段５２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング５２１を含んでいる。ケーシング５２１内には図２に示すようにパルスレーザー光線発振手段６１と、出力調整手段６２と、パルスレーザー光線発振手段６１が発振したパルスレーザー光線LBを第１のパルスレーザー光線LB１と第２のパルスレーザー光線LB２に分光するビームスプリッター６３と、該ビームスプリッター６３によって分光された第１のパルスレーザー光線LB１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第１のレーザー光線照射手段６４と、上記ビームスプリッター６３によって分光された第２のパルスレーザー光線LB2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第２のレーザー光線照射手段６５を具備している。
上記パルスレーザー光線発振手段６１は、パルスレーザー光線発振器６１１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段６１２とから構成されている。パルスレーザー光線発振器６１１は、図示の実施形態においてはＹＶＯ４レーザーまたはＹＡＧレーザー発振器からなり、シリコン等の被加工物に対して吸収性を有する波長(例えば３５５ｎｍ)のパルスレーザー光線LBを発振する。上記出力調整手段６２は、パルスレーザー光線発振手段６１から発振されたパルスレーザー光線LBを所定の出力に調整する。上記ビームスプリッター６３は、パルスレーザー光線発振手段６１から発振され出力調整手段６２によって所定の出力に調整されたパルスレーザー光線LBを所定の比率で第１のパルスレーザー光線LB１と第２のパルスレーザー光線LB２に分光する。
上記第１のレーザー光線照射手段６４は、上記ビームスプリッター６３によって分光された第１のパルスレーザー光線LB１を集光し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ための第１の集光器６４１と、第１のパルスレーザー光線LB１の光軸を加工送り方向（X軸方向）に偏向する音響光学偏向手段６４２を備えている。上記第１の集光器６４１は、上記音響光学偏向手段６４２を通過した第１のパルスレーザー光線LB１を集光する集光レンズ６４１aを備えており、ケーシング５２１の先端に配設されている。
上記音響光学偏向手段６４２は、ビームスプリッター６３によって分光された第１のパルスレーザー光線LB１の光軸を加工送り方向（X軸方向）に偏向する音響光学素子６４２a、該音響光学素子６４２aに印加するRF（radio frequency）を生成するRF発振器６４２bと、該RF発振器６４２bによって生成されたRFのパワーを増幅して音響光学素子６４２aに印加する第１のRFアンプ６４２cと、第１のRF発振器６４２bによって生成されるRFの周波数を調整する偏向角度調整手段６４２dと、RF発振器６４２bによって生成されるRFの振幅を調整する出力調整手段６４２eを具備している。上記音響光学素子６４２aは、印加されるRFの周波数に対応してレーザー光線の光軸を偏向する角度を調整することができるとともに、印加されるRFの振幅に対応してレーザー光線の出力を調整することができる。なお、上記偏向角度調整手段６４２dおよび出力調整手段６４２eは、後述する制御手段によって制御される。
また、図示の実施形態における第１のレーザー光線照射手段６４は、上記音響光学素子６４２aに所定の周波数を有するRFが印加された場合に、図２において１点差線で示すように音響光学素子６４２aによって偏向されたレーザー光線を吸収するためのレーザー光線吸収手段６４４を具備している。
図示の実施形態における第１のレーザー光線照射手段６４は以上のように構成されており、音響光学素子６４２aにRFが印加されていない場合には、ビームスプリッター６３によって分光された第１のパルスレーザー光線LB１は、その光軸が図２において実線で示すように偏向され集光点Paに集光される。また、第１の音響光学素子６４２aに例えば１０kHzの周波数を有するRFが印加されると、ビームスプリッター６３によって分光された第１のパルスレーザー光線LB１は、その光軸が図２において破線で示すように偏向され、上記集光点Paから加工送り方向（X軸方向）に所定量変位した集光点Pbに集光される。一方、上記音響光学素子６４２に例えば５０kHzの周波数を有するRFが印加されると、ビームスプリッター６３によって分光された第１のパルスレーザー光線LB１は、音響光学素子６４２aを介して図２において１点鎖線で示すようにレーザー光線吸収手段６４４に導かれる。
上記第２のレーザー光線照射手段６５は、上記ビームスプリッター６３によって分光された第２のパルスレーザー光線LB2を集光し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ための第２の集光器６５１と、第２のパルスレーザー光線LB2の光軸を加工送り方向（X軸方向）に偏向する第１の音響光学偏向手段６５２と、第２のパルスレーザー光線LB2の光軸を割り出し送り方向（Y軸方向）に偏向する第２の音響光学偏向手段６５３を具備している。上記第２の集光器６５１は、上記第１の音響光学偏向手段６５２および第２の音響光学偏向手段６５３を通過した第２のパルスレーザー光線LB2を下方に向けて方向変換する方向変換ミラー６５１aと、該方向変換ミラー６５１aによって方向変換された第２のパルスレーザー光線LB2を集光する集光レンズ６５１bを具備しており、ケーシング５２１の先端に配設されている。
上記第１の音響光学偏向手段６５２は、上記第１のレーザー光線照射手段６４の音響光学素子６４２と同様に、ビームスプリッター６３によって分光された第２のパルスレーザー光線LB2の光軸を加工送り方向（X軸方向）に偏向する第１の音響光学素子６５２a、該第１の音響光学素子６５２aに印加するRF（radio frequency）を生成する第１のRF発振器６５２bと、該第１のRF発振器６５２bによって生成されたRFのパワーを増幅して第１の音響光学素子６５２aに印加する第１のRFアンプ６５２cと、第１のRF発振器６５２bによって生成されるRFの周波数を調整する第１の偏向角度調整手段６５２dと、第１のRF発振器６５２bによって生成されるRFの振幅を調整する第１の出力調整手段６５２eを具備している。上記第１の音響光学素子６５２aは、印加されるRFの周波数に対応してレーザー光線の光軸を偏向する角度を調整することができるとともに、印加されるRFの振幅に対応してレーザー光線の出力を調整することができる。なお、上記第１の偏向角度調整手段６５２dおよび第１の出力調整手段６５２eは、後述する制御手段によって制御される。
上記第２の音響光学偏向手段６５３は、ビームスプリッター６３によって分光された第２のパルスレーザー光線LB2の光軸を加工送り方向（X軸方向）と直交する割り出し送り方向に偏向する第２の音響光学素子６５３aと、該第２の音響光学素子６５３aに印加するRFを生成する第２のRF発振器６５３bと、該RF発振器６５３bによって生成されたRFのパワーを増幅して第２の音響光学素子６５３aに印加する第２のRFアンプ６５３cと、第２のRF発振器６５３bによって生成されるRFの周波数を調整する第２の偏向角度調整手段６５３dと、第２のRF発振器６５３bによって生成されるRFの振幅を調整する第２の出力調整手段６５３eを具備している。上記第２の音響光学素子６５３aは、印加されるRFの周波数に対応してレーザー光線の光軸を偏向する角度を調整することができるとともに、印加されるRFの振幅に対応してレーザー光線の出力を調整することができる。なお、上記第２の偏向角度調整手段６５３dおよび第２の出力調整手段６５３eは、後述する制御手段によって制御される。
また、図示の実施形態における第２のレーザー光線照射手段６５は、上記第１の音響光学素子６５２aにRFが印加されない場合に、図２において１点差線で示すように第１の音響光学素子６５２aによって偏向されないレーザー光線を吸収するためのレーザー光線吸収手段６５４を具備している。
図示の実施形態における第２のレーザー光線照射手段６５は以上のように構成されており、第１の音響光学素子６５２aおよび第２の音響光学素子６５３aにRFが印加されていない場合には、ビームスプリッター６３によって分光された第２のパルスレーザー光線LB2は、第１の音響光学素子６５２a、第２の音響光学素子６５３aを介して図２において１点鎖線で示すようにレーザー光線吸収手段６５４に導かれる。一方、第１の音響光学素子６５２aに例えば１０kHzの周波数を有するRFが印加されると、ビームスプリッター６３によって分光された第２のパルスレーザー光線LB2は、その光軸が図２において実線で示すように偏向され集光点Pcに集光される。また、第１の音響光学素子６５２aに例えば２０kHzの周波数を有するRFが印加されると、ビームスプリッター６３によって分光された第２のパルスレーザー光線LB2は、その光軸が図２において破線で示すように偏向され、上記集光点Pcから加工送り方向（X軸方向）に所定量変位した集光点Pdに集光される。なお、第２の音響光学素子６５３aに所定周波数を有するRFが印加されると、ビームスプリッター６３によって分光された第２のパルスレーザー光線LB2は、その光軸を加工送り方向（X軸方向）と直交する割り出し送り方向（Y軸方向：図２において紙面に垂直な方向）に所定量変位した集光点に集光される。
従って、第１の音響光学偏向手段６５２および第２の音響光学偏向手段６５３を作動してパルスレーザー光線の光軸をX軸方向とY軸方向に順次偏向させることにより、図３に示すようにパルスレーザー光線のスポットSを環状に移動するトレパニング加工を実施することができる。
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の先端部には、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７が配設されている。この撮像手段７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後述する制御手段に送る。
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（吸着チャック３６１の上面である保持面に対して垂直な方向）に移動させるための集光点位置付け手段５３を具備している。集光点位置付け手段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および第１の集光器６４１、第２の集光器６５１を備えたレーザー光線照射手段５２を案内レール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。
図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、制御手段１０を具備している。制御手段１０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）１０１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１０２と、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）１０３と、カウンター１０４と、入力インターフェース１０５および出力インターフェース１０６とを備えている。制御手段１０の入力インターフェース１０５には、上記加工送り量検出手段３７４、割り出し送り量検出手段３８４および撮像手段７等からの検出信号が入力される。制御手段１０の入力インターフェース１０５には、上記加工送り量検出手段３７４、割り出し送り量検出手段３８４、撮像手段７等からの検出信号が入力される。そして、制御手段１０の出力インターフェース１０６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、パルスレーザー光線発振手段５２のパルスレーザー光線発振手段６１および出力調整手段６２、第１のレーザー光線照射手段６４の音響光学偏向手段６４２を構成する偏向角度調整手段６４２dおよび出力調整手段６４２e、第２のレーザー光線照射手段６５を構成する第１の音響光学偏向手段６５２の第１の偏向角度調整手段６５２dおよび第１の出力調整手段６５２e、第２の音響光学偏向手段６５３を構成する第２の偏向角度調整手段６５３dおよび第２の出力調整手段６５３e、等に制御信号を出力する。
図示のレーザー加工装置１は以上のように構成されており、以下レーザー加工装置１を用いて実施するビアホールの加工方法について説明する。
図４には、ウエーハとしての半導体ウエーハ２０の斜視図が示されている。図４に示す半導体ウエーハ２は、厚さが例えば１００μmのシリコンによって形成された基板２１の表面２１aに格子状に配列された複数のストリート２２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２３がそれぞれ形成されている。この各デバイス２３は、全て同一の構成をしている。デバイス２３の表面にはそれぞれ複数のボンディングパッド２４が形成されている。このボンディングパッド２４は、アルミニウム、銅、金、白金、ニッケル等の金属材からなっており、厚さが１〜５μmに形成されている。このように形成された半導体ウエーハ２０は、図５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２１ａ側を貼着する。従って、半導体ウエーハ２０は、裏面２１bが上側となる。
図５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２０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２０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。
上述したように半導体ウエーハ２０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７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７の直下に位置付けられると、撮像手段７および制御手段１０によって半導体ウエーハ２０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７および制御手段１０は、半導体ウエーハ２０の所定方向に形成されているストリート２２と、ストリート２２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の第１の集光器６４１および第２の集光器６５１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２０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ストリート２２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２０のストリート２２が形成されている表面２０ａは下側に位置しているが、撮像手段７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２１ｂから透かして分割予定ライン２２を撮像することができる。
上述したようにアライメントが行われると、チャックテーブル３６に吸引保持された半導体ウエーハ２０は、図６の（ａ）に示す座標位置に位置付けられた状態となる。なお、図６の（ｂ）はチャックテーブル３６即ち半導体ウエーハ２０を図６の（ａ）に示す状態から９０度回転した状態を示している。なお、半導体ウエーハ２０の基板２１の表面２１aに形成された複数のデバイス２３にそれぞれ設けられた複数のボンディングパッド２４の座標は、その設計値が上記制御手段１０のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３に格納されている。
上述したように半導体ウエーハ２０を吸引保持したチャックテーブル３６は、図示しない加工送り機構によって撮像手段７の直下に位置付けられる。次に、チャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ２０に形成されている格子状のストリート２２がX方向とY方向に平行に配設されているか否かのアライメント作業を実施する。即ち、撮像手段７によってチャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ２０を撮像し、パターンマッチング等の画像処理を実行してアライメント作業を行う。このとき、半導体ウエーハ２０のストリート２２が形成されている基板２１の表面２１ａは下側に位置しているが、撮像手段７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、基板２１の裏面２１ｂから透かしてストリート２２を撮像することができる。
上述したアライメント作業を実施したならば、図７に示すようにチャックテーブル３６を移動し、半導体ウエーハ２０の基板２１に所定方向に形成された複数のデバイス２３における図７において最左端のデバイス２３を第１の集光器６４１および第２の集光器６５１の直下に位置付ける。そして、図７において最左端のデバイス２３に形成された複数のボンディングパッド２４における最左端のボンディングパッド２４を第１の集光器６４１の直下に位置付ける。
次に、レーザー光線照射手段５２を作動して第１のレーザー光線照射手段６４の第１の集光器６４１から第１のパルスレーザー光線LB１を基板２１の裏面２１ｂ側から照射し、基板２１に裏面２１ｂからボンディングパッド２４に達するビアホールを形成するビアホール形成工程を実施する。このビアホール形成工程を実施する際には、第２のレーザー光線照射手段６５の第１の音響光学素子６５２aおよび第２の音響光学素子６５３aにRFが印加されていない状態とし、ビームスプリッター６３によって分光された第２のパルスレーザー光線LB2を第１の音響光学素子６５２aおよび第２の音響光学素子６５３aを介して図２において１点鎖線で示すようにレーザー光線吸収手段６５４に導くようにする。一方、第１のレーザー光線照射手段６４は、音響光学素子６４２aに例えば１０kHzの周波数を有するRFが印加されるようにし、ビームスプリッター６３によって分光された第１のパルスレーザー光線LB１の光軸が図２において実線で示すように集光点Paに集光されるようにする。
そして、制御手段１０は、第１の集光器６４１から照射される第１のパルスレーザー光線LB１の１パルス当たりのエネルギー密度がビームスプリッター６３によって所定の比率で分光された後、２０〜６０J／cm2になるように出力調整手段６２を制御する。なお、第１のパルスレーザー光線LB１の１パルス当たりのエネルギー密度を更に調整する場合には、音響光学偏向手段６４２の出力調整手段６４２eによって調整すればよい。なお、第１のパルスレーザー光線LB１を集光する第１の集光器６４１は、集光スポット径が形成したいビアホールの直径をDとした場合、０．７５〜０．９Dになるように設定されている。
このようにして加工条件を設定したならば、制御手段１０はレーザー光線照射手段５２を作動して第１のレーザー光線照射手段６４の第１の集光器６４１から第１のパルスレーザー光線LB１を基板２１の裏面２１ｂ側から照射する。例えば、エネルギー密度を４０J／cm2にすると、半導体ウエーハ２の基板２１がシリコンによって形成されている場合は、図７に示すように上記スポット径のスポットS1を基板２１の裏面２１b(上面)に合わせることにより、パルスレーザー光線１パルスによって２μmの深さの孔を形成することができる。従って、シリコンからなる基板２１の厚さが１００μmの場合には、パルスレーザー光線を５０パルス照射することにより、図８に示すように基板２１には裏面２１bから表面２１a即ちボンディングパッド２４に達するビアホール２５を形成することができる。このようにして形成されたビアホール２５は、内周面が基板２１の裏面２１b側から表面２１aに向けて先細りとなるテーパー面２５１に形成される。なお、シリコンからなる基板２１の厚さが１００μmの場合には、ビアホール２５のテーパー面２５１は裏面２１b側の直径がφ１００μmの場合、表面２１a側の直径がφ６０μm程度となる。
上述したビアホール形成工程を実施すると、穿孔したパルスレーザー光線は僅かにボンディングパッド２４の裏面に照射されるので、ボンディングパッド２４を形成する金属の金属原子が飛散しメタルコンタミとなってビアホール２５の内周面であるテーパー面２５１に静電気力により付着する。このビアホール２５のテーパー面２５１に付着したメタルコンタミは、上述したように金属原子が基板２１の内部に拡散してデバイス２３の品質を低下させるので、除去することが望ましい。
そこで、パルスレーザー光線を基板２１に形成されたビアホール２５の内周面であるテーパー面２５１に照射し、ビアホール形成工程においてビアホール２５のテーパー面２５１に付着したメタルコンタミを除去するクリーニング工程を実施する。このクリーニング工程は、上述したレーザー加工装置１を構成するレーザー光線照射手段５２のビームスプリッター６３によって分光された第２のパルスレーザー光線LB2を用いてトレパニング加工を実施する。
レーザー光線照射手段５２のビームスプリッター６３によって分光された第２のパルスレーザー光線LB2を用いてトレパニング加工を実施する際には、第２のレーザー光線照射手段６５の第１の音響光学素子６５２aおよび第２の音響光学素子６５３aを作動してレーザー光線照射手段５２のビームスプリッター６３によって分光された第２のパルスレーザー光線LB2の光軸をX軸方向とY軸方向に順次偏向させることにより、図３に示すようにパルスレーザー光線のスポットS2を環状に移動するトレパニング加工を実施する。
そして、制御手段１０は、第２の集光器６５１から照射される第２のパルスレーザー光線LB2の１パルス当たりのエネルギー密度がビームスプリッター６３によって所定の比率で分光された後、３〜２０J／cm2になるように出力調整手段６２が既に調整されている。
なお、第２のパルスレーザー光線LB2の１パルス当たりのエネルギー密度を更に調整する場合には、第１の音響光学偏向手段６５２no第１の出力調整手段６５２および第２の音響光学偏向手段６５３の第２の出力調整手段６５３eによって調整すればよい。なお、第２のパルスレーザー光線LB2を集光する第２の集光器６５１は、集光スポット径が形成したいビアホールの直径をDとした場合、０．２〜０．３Dになるように設定されている。
上記加工条件によってクリーニング工程を実施するには、図９に示すように上記レーザー光線照射手段２２の第２の集光器６５１から照射される第２のパルスレーザー光線LB2のスポットS2が基板２１に形成されたビアホール２５の内周面であるテーパー面２５１に位置付けられるように調整する。そして、レーザー光線照射手段５２およびチャックテーブル３６を作動して上記図３に示すようにトレパニング加工を実施する。このとき、パルスレーザー光線のスポットS2の中心（ガウシアン分布がピークとなる位置）がボンディングパッド２４に当たらないようにすることが重要である。この結果、基板２１に形成されたビアホール２５の内周面であるテーパー面２５１に沿ってパルスレーザー光線が照射され、テーパー面２５１に静電気力により付着しているメタルコンタミは除去される。なお、このクリーニング工程において照射するパルスレーザー光線のエネルギー密度は小さいため、基板２１を加工することはない。
なお、図示の実施形態におけるレーザー加工装置においては、第２のレーザー光線照射手段６５を用いて第２のパルスレーザー光線LB2によりトレパニング加工を実施することにより、異なる径の穴加工を施すことができる。
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２に示すレーザー光線照射手段の第２のレーザー光線照射手段により実施するトレパニング加工の説明図。 板状の被加工物としての半導体ウエーハの斜視図。 図４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４に示す半導体ウエーハが図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブルの所定位置に保持された状態における座標位置との関係を示す説明図。 図１に示すレーザー加工装置を用いて実施するビアホール形成工程の説明図。 図７に示すビアホール形成工程が実施されることによってビアホールが形成された半導体ウエーハの一部拡大断面図。 図１に示すレーザー加工装置を用いて実施するクリーニング工程の説明図。
符号の説明
１：レーザー加工装置
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
５１：ユニットホルダ
５２：レーザー光線加工手段
５３：集光点位置付け手段
６１：パルスレーザー光線発振手段
６２：出力調整手段
６３：ビームスプリッター
６４：第１のレーザー光線照射手段
６４１：第１の集光器
６４２：音響光学偏向手段
６５：第２のレーザー光線照射手段
６５１：第２の集光器
６５２：第１の音響光学偏向手段
６５３：第２の音響光学偏向手段
７：撮像手段
１０：制御手段
２０：半導体ウエーハ
２１：半導体ウエーハの基板
２２：ストリート
２３：デバイス
F：環状のフレーム
T：保護テープ

Claims (4)

  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とを相対的に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを該加工送り方向と直行する方向に割り出し送りす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、１パルス当たりのエネルギー密度を２０〜６０J／cm2に設定した第１のパルスレーザー光線を照射する第１のレーザー光線照射手段と、１パルス当たりのエネルギー密度を３〜２０J／cm2に設定した第２のパルスレーザー光線を照射する第２のレーザー光線照射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。
  2. 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手段と、該パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を該第１のパルスレーザー光線と該第２のパルスレーザー光線に分光するビームスプリッターを具備している、請求項１記載のレーザー加工装置。
  3. 該第２のレーザー光線照射手段は、該ビームスプリッターによって分光された該第２のパルスレーザー光線の光軸を加工送り方向に偏向する第１の音響光学偏向手段と、該第２のパルスレーザー光線の光軸を割り出し送り方向に偏向する第２の音響光学偏向手段とを具備している、請求項１又は２記載のレーザー加工装置。
  4. 該第１のレーザー光線照射手段は、形成したいビアホールの直径をDとした場合、該第１のパルスレーザー光線のスポット径を０．７５〜０．９Dに設定し、該第２のレーザー光線照射手段は、該第２のパルスレーザー光線スポット径を０．２〜０．３Dに設定している、請求項１から３のいずれかに記載のレーザー加工装置。
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