JP5766523B2

JP5766523B2 - 像側テレセントリック対物レンズおよびレーザー加工装置

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Publication number: JP5766523B2
Application number: JP2011133592A
Authority: JP
Inventors: 優作伊藤
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2011-06-15
Filing date: 2011-06-15
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2031-06-15
Also published as: JP2013003317A

Description

本発明は、像側テレセントリック対物レンズおよびその像側テレセントリック対物レンズを備え半導体ウエーハ等の被加工物にレーザー加工を施す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、複数のデバイスを積層し、積層されたデバイスに設けられたボンディングパッド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、半導体ウエーハにおけるボンディングパッドが設けられた箇所に貫通孔（ビアホール）を形成し、このビアホールにボンディングパッド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。）

上述した半導体ウエーハに設けられるビアホールは、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ビアホールは直径が５０〜３００μmと小さく、ドリルによる穿孔では生産性が悪いという問題がある。

上記問題を解消するために、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形成する加工方法が実用化されている。そして、複数のビアホールを効率よく形成するレーザー加工装置が下記特許文献２に開示されている。下記特許文献２に開示されたレーザー加工装置は、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XY方向に偏向するスキャナーと、該スキャナーによってXY方向に偏向されたレーザー光線を集光してウエーハに照射するf-tanθレンズからなる対物レンズを具備し、対物レンズに対する入射角θが変化しても焦点距離が一定であるとともに対物レンズの光軸に対して略平行に照射するように構成されている。

特開２００３−２４９６２０号公報特開２００４−２３０４６６号公報

而して、上記特許文献２に開示されたf-tanθレンズからなる対物レンズを備えたレーザー加工装置は、ウエーハの径が２００mmと大径になり入射角θの画角が大きくなると、ウエーハに照射されるレーザー光線が対物レンズの光軸に対して平行でなくなり、ビアホールをボンディングパッドに対して垂直に形成することができない。

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、入射角θの画角に依存せず、レーザー光線を対物レンズの光軸に対して平行に照射することができる像側テレセントリック対物レンズおよびその像側テレセントリック対物レンズを備えた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、投光側から入射した光の光軸がレンズの光軸と平行に像側に出射される像側テレセントリック対物レンズであって、
該像側テレセントリック対物レンズは、投光側から順次配設され互いに対向する面が凹面を有する第１の負レンズと第２の負レンズにより空気レンズを構成する負の屈折率を有する第１レンズ群Ｇ１と、正レンズのみから構成される正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負レンズのみから構成される負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成され、光学系の合成焦点距離をＦ、該第１レンズ群Ｇ１の合成焦点距離をＦ１、該第１レンズ群Ｇ１の空気レンズの焦点距離をＦａ、該第２レンズ群Ｇ２の合成焦点距離をＦ２、該第３レンズ群Ｇ３の合成焦点距離をＦ３としたとき、
０．９＜｜Ｆ１／Ｆ２｜＜３．５
１．２＜｜Ｆ３／Ｆ２｜＜５．０
１．３＜｜Ｆ／Ｆａ｜＜２．５５
の条件を満足することを特徴とする像側テレセントリック対物レンズが提供される。

上記第１レンズ群G1の第１の負レンズの焦点距離をｆ11、第２の負レンズの焦点距離をｆ12としたとき、０．３＜ｆ11／ｆ12＜７．１の条件を満足するように設定される。
また、開口絞りから第１レンズ群G1の第１の負レンズまでの距離をL1としたとき、L1／F＜０．５１の条件を満足することが望ましい。
更に、上記第2レンズ群G2は少なくとも５枚の正レンズを有し、上記第3レンズ群G3は少なくとも１枚の負レンズを有している。

また、本発明によれば、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該レーザー光線照射手段は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振器と、該レーザー光線発振器によって発振されたレーザー光線の光軸を偏向するスキャナーと、該スキャナーによって光軸が偏向されたレーザー光線を集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射する集光器と、を具備し、
該集光器は、投光側から順次配設され互いに対向する面が凹面を有する第１の負レンズと第２の負レンズにより空気レンズを構成する負の屈折率を有する第１レンズ群Ｇ１と、正レンズのみから構成される正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負レンズのみから構成される負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成され、光学系の合成焦点距離をＦ、該第１レンズ群Ｇ１の合成焦点距離をＦ１、該第１レンズ群Ｇ１の空気レンズの焦点距離をＦａ、該第２レンズ群Ｇ２の合成焦点距離をＦ２、該第３レンズ群Ｇ３の合成焦点距離をＦ３としたとき、
０．９＜｜Ｆ１／Ｆ２｜＜３．５
１．２＜｜Ｆ３／Ｆ２｜＜５．０
１．３＜｜Ｆ／Ｆａ｜＜２．５５
の条件を満足する像側テレセントリック対物レンズによって構成されている、
ことを特徴とするレーザー光線照射装置が提供される。

本発明による像側テレセントリック対物レンズは、投光側から順次配設される負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とを具備し、第１レンズ群Ｇ１を互いに対向する面が凹面を有する第１の負レンズと第２の負レンズとで構成し、第１の負レンズと第２の負レンズにより空気レンズを形成することで、光軸上で発生する球面収差、光軸外で発生する非点収差を効果的に補正し、且つ像側テレセントリックを実現している。
また、本発明によるレーザー光線照射装置は、上記像側テレセントリック対物レンズによって構成された集光器を備えているので、照射されるパルスレーザー光線が像側テレセントリック対物レンズの中心から周辺まで光軸に対して平行となり、被加工物に対する入射角が垂直となるため、均一な品質で加工孔を形成することができる。従って、被加工物が例えば直径が２００ｍｍのウエーハであっても、中心から周辺まで正確で且つスループットの高いレーザー加工を実現することができる。

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１に示すレーザー加工装置に装備される集光器に用いられる本発明に従って構成された像側テレセントリック対物レンズの数値実施例１の断面図。図１に示すレーザー加工装置に装備される集光器に用いられる本発明に従って構成された像側テレセントリック対物レンズの数値実施例２の断面図。図１に示すレーザー加工装置に装備される集光器に用いられる本発明に従って構成された像側テレセントリック対物レンズの数値実施例３の断面図。図１に示すレーザー加工装置に装備される集光器に用いられる本発明に従って構成された像側テレセントリック対物レンズの数値実施例４の断面図。図１に示すレーザー加工装置に装備される集光器に用いられる本発明に従って構成された像側テレセントリック対物レンズの数値実施例５の断面図。図１に示すレーザー加工装置に装備される集光器に用いられる本発明に従って構成された像側テレセントリック対物レンズの数値実施例６の断面図。図３に示す数値実施例１の球面収差および非点収差を示す収差曲線図。図４に示す数値実施例２の球面収差および非点収差を示す収差曲線図。図５に示す数値実施例３の球面収差および非点収差を示す収差曲線図。図６に示す数値実施例４の球面収差および非点収差を示す収差曲線図。図７に示す数値実施例５の球面収差および非点収差を示す収差曲線図。図８に示す数値実施例６の球面収差および非点収差を示す収差曲線図。図１に示すレーザー加工装置に装備される制御手段のブロック構成図。ウエーハとしての半導体ウエーハの平面図。図１６に示す半導体ウエーハの一部を拡大して示す平面図。図１６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１６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図６に示す半導体ウエーハにレーザー加工孔（ビアホール）を穿孔する穿孔工程の説明図。

以下、本発明に従って構成された像側テレセントリック対物レンズおよびその像側テレセントリック対物レンズを備え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は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す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X軸方向と直交する矢印Ｙで示す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。

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た第１の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上にY軸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。

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X軸方向移動手段３７を具備している。このX軸方向移動手段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１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。

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軸方向移動量即ち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。この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軸方向移動量即ちX軸方向の位置を検出する。なお、上記X軸方向移動手段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の移動量即ちX軸方向の位置を検出することもできる。また、上記X軸方向移動手段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軸方向移動量即ちX軸方向の位置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、Y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Y軸方向移動手段３８を具備している。この第１のY軸方向移動手段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。

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軸方向移動量即ち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。この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軸方向移動量即ちY軸方向の位置を検出する。なお、上記第１のY軸方向移動手段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軸方向移動量即ちY軸方向の位置を検出することもできる。また、上記第１のY軸方向移動手段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軸方向移動量即ちY軸方向の位置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（Y軸方向）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、一側面にチャックテーブル３６の保持面に対して垂直な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Y軸方向移動手段４３を具備している。この第２のY軸方向移動手段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。

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。

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としてのZ軸方向移動手段５３を具備している。Z軸方向移動手段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。

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６と、パルスレーザー光線発振手段６から発振されパルスレーザー光線の光軸をX軸方向およびY軸方向に偏向するスキャナー７と、該スキャナー７によって光軸が偏向された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する像側テレセントリック対物レンズで構成された集光器８とを具備している。

上記パルスレーザー光線発振手段６は、パルスレーザー光線発振器６１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段６２とから構成されている。パルスレーザー光線発振器６１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。繰り返し周波数設定手段６２は、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周波数を設定する。

スキャナー７は、図示の実施形態においてはガルバノミラーによって構成され、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から発振されるパルスレーザー光線をX軸方向およびY軸方向に揺動して集光器８に導く。なお、スキャナー７としては、ポリゴンミラーやピエゾミラーを用いることができる。

次に、上記像側テレセントリック対物レンズで構成された集光器８について、図３乃至図８を参照して説明する。
図３乃至図８に示す像側テレセントリック対物レンズで構成された集光器８は、それぞれ上記スキャナー７である投光側から順次配設される負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有す第２レンズ群Ｇ２と、負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とからなっている。第１レンズ群Ｇ１は、互いに対向する面が凹面を有する第１の負レンズＧ１‐１と第２の負レンズＧ１‐２により空気レンズＧ１‐３を構成している。第２レンズ群Ｇ２は、少なくとも４枚の正レンズによって構成される。第３レンズ群Ｇ３は、少なくとも１枚の負レンズによって構成される。なお各レンズは、合成石英によって形成されている。

上述したように屈折力を有する第１レンズ群G1と正の屈折力を有す第2レンズ群G2および負の屈折力を有する第3レンズ群G3によって構成された像側テレセントリック対物レンズは、光学系の合成焦点距離をF、第１レンズ群G1の合成焦点距離をF1、第１レンズ群G1の空気レンズG1-3の焦点距離をFa、第2レンズ群G2の合成焦点距離をF2、第3レンズ群G3の合成焦点距離をF3としたとき、
０．９＜│F1／F2│＜３．４・・・・・（１）
１．２＜｜F3／F2│＜５．０・・・・・（２）
１．３＜│F／Fa│＜２．５５・・・・・（３）
の条件を満足することが重要である。

また、上記第１レンズ群Ｇ１の第１の負レンズＧ１‐１の焦点距離をｆ１１、第２の負レンズＧ１‐２の焦点距離をｆ１２としたとき、
０．３＜ｆ１１／ｆ１２＜７．１・・・・・（４）
の条件を満足することが望ましい。
更に、開口絞り（スキャナー７）から第１レンズ群Ｇ１の第１の負レンズＧ１‐１までの距離をＬ１としたとき、
Ｌ１／Ｆ＜０．５１・・・・・・・・・・（５）
の条件を満足することが望ましい。

図３乃至図８に示す像側テレセントリック対物レンズは、それぞれ上述した条件式（１）（２）（３）（４）（５）を満足するように以下に示す数値実施例のように構成されている。なお、数値実施例に記載した記号の意味は次の通りである。
ｍ：スキャナー７である投光側からみた各レンズの面番号
ri：各レンズ面の曲率半径（ｍｍ）
di：各レンズの厚みおよび間隔（ｍｍ）
n：各レンズの屈折率

図３に示す像側テレセントリック対物レンズの数値実施例１は次の通りである。

図４に示す像側テレセントリック対物レンズの数値実施例２は次の通りである。

図５に示す像側テレセントリック対物レンズの数値実施例３は次の通りである。

図６に示す像側テレセントリック対物レンズの数値実施例４は次の通りである。

図７に示す像側テレセントリック対物レンズの数値実施例５は次の通りである。

図８に示す像側テレセントリック対物レンズの数値実施例６は次の通りである。

上記数値実施例１乃至６に示した像側テレセントリック対物レンズの収差曲線図が図９乃至図１４に示されている。図９の（ａ）は数値実施例１の球面収差を示し、図９の（ｂ）は数値実施例１の非点収差を示している。図１０の（ａ）は数値実施例２の球面収差を示し、図１０の（ｂ）は数値実施例２の非点収差を示している。図１１の（ａ）は数値実施例３の球面収差を示し、図１１の（ｂ）は数値実施例３の非点収差を示している。図１２の（ａ）は数値実施例４の球面収差を示し、図１２の（ｂ）は数値実施例４の非点収差を示している。図１３の（ａ）は数値実施例５の球面収差を示し、図１３の（ｂ）は数値実施例５の非点収差を示している。図１４の（ａ）は数値実施例６の球面収差を示し、図１４の（ｂ）は数値実施例６の非点収差を示している。このように、図示の実施形態における像側テレセントリック対物レンズは、第１レンズ群Ｇ１を互いに対向する面が凹面を有する第１の負レンズＧ１‐１と第２の負レンズＧ１‐２とで構成し、第１の負レンズＧ１‐１と第２の負レンズＧ１‐２により空気レンズＧ１‐３を形成することで、光軸上で発生する球面収差、光軸外で発生する非点収差を効果的に補正し、且つ像側テレセントリックを実現している。

ここで、上述した条件式（１）（２）（３）（４）（５）における上限値および下限値の設定について説明する。
上記条件式（１）は、第１レンズ群G1と第2レンズ群G2のレンズ焦点距離の比を規定したものである。
条件式（１）の下限（０．９＜│F1／F2│）に近づくと図７に示す数値実施例５のように第１レンズ群G1の負のパワーが強くなる（負の焦点距離が短くなる）。従って、条件式（１）の下限（０．９＜│F1／F2│）を超える領域になると、第１レンズ群G1の負のパワーが強すぎるため、公差感度が厳しくなる。
条件式（１）の上限（│F1／F2│＜３．５）に近づくと図４に示す数値実施例２のように第１レンズ群G1の負のパワーが弱くなる（負の焦点距離が長くなる）。従って、条件式（１）の上限（│F1／F2│＜３．５）を超える領域になると、第１レンズ群G1の負のパワーが弱いため、像面湾曲収差の補正不足となり、収差性能が悪化する。また、この収差性能の悪化を第3レンズ群G3で補正するので、このレンズのパワーが非常に大きくなる。第3レンズ群G3は曲率半径を小さくし大きな湾曲面が必要なため、フランジバックが短くなる。これにより、レーザー加工によるデブリなどの不純物が付着しやすくなる。

上記条件式（２）は、第２レンズ群G2と第３レンズ群G3のレンズ焦点距離の比を規定したものである。
条件式（２）の下限（１．２＜｜F3／F2│）に近づくと図４に示す数値実施例２のように第3レンズ群G3の負のパワーが強くなる（負の焦点距離が短くなる）。従って、条件式（２）の下限（１．２＜｜F3／F2│）を超える領域になると、第3レンズ群G3の負のパワーが強すぎるため、公差感度が厳しくなる。
条件式（２）の上限（＜｜F3／F2│＜５．０）に近づくと図５に示す数値実施例３のように第3レンズ群G3のフィールドフラットナーとしての役割が小さくなる。従って、条件式（２）の上限（＜｜F3／F2│＜５．０）を超える領域になると、第3レンズ群G3のフィールドフラットナーとしての役割が小さく、像面湾曲収差が増大し、収差性能が悪化する。

上記条件式（３）は、光学系の合成焦点距離をFと第１レンズ群G1の空気レンズG1-3の焦点距離Faの比を規定したものである。
条件式（３）の下限（１．３＜│F／Fa│）に近づくと図８に示す数値実施例６の収差曲線図（図１４）のように収差補正効果が低下する。従って、条件式（３）の下限（１．３＜│F／Fa│）を超える領域になると、十分な収差補正効果が得られず、第２レンズ群G2で発生する諸収差の補正が困難となる。
条件式（３）の上限（│F／Fa│＜２．５５）に近づくと図６に示す数値実施例４のように第１レンズ群G1の第２の負レンズG1-2が同心に近い強い湾曲レンズ形状となる。従って、条件式（３）の上限（│F／Fa│＜２．５５）を超える領域になると、ほとんどパワーのない同心に近い強い湾曲レンズ形状が必要となる。従って、芯出しの難易度を示す所謂Z係数が小さくなりすぎ、加工困難となる。

上記条件式（４）は、第１レンズ群G1の第１の負レンズG1-１の焦点距離ｆ11と第２の負レンズG1-2の焦点距離ｆ12の比を規定したものである。
条件式（４）の下限（０．３＜ｆ11／ｆ12）に近づくと図６に示す数値実施例４のように第１レンズ群G1の第２の負レンズG1-2が同心に近い強い湾曲レンズ形状となる。従って、条件式（４）の下限（０．３＜ｆ11／ｆ12）を超える領域になると、第１レンズ群G1の第２の負レンズG1-2のパワーがほとんどなく、同心に近いレンズ形状となる。このため、芯出しの難易度を示す所謂Z係数が小さくなりすぎ、加工困難となる。
条件式（４）の上限（ｆ11／ｆ12＜７．１）に近づくと図７に示す数値実施例５のように第１レンズ群G1の第１の負レンズG1-１が同心に近い強い湾曲レンズ形状となる。従って、条件式（４）の上限（ｆ11／ｆ12＜７．１）を超える領域になると、第１レンズ群G1の第１の負レンズG1-１の加工が困難となる。更に、下限値と異なる点は、比較的光線が広がった位置に負のパワーの第２の負レンズG1-2が配置されるため、公差感度が厳しくなる。

上記条件式（５）は、光学系の合成焦点距離をFに対する開口絞り（スキャナー７）から第１レンズ群G1の第１の負レンズG1-１までの距離L1の比を規定したものである。
この場合、スキャナー７が第１レンズ群G1の第１の負レンズG1-１に近づく程、異なる画角に対して光線が低い位置を透過するため収差補正が容易となる。更に、第１の負レンズG1-１の口径も小さくできる。従って、スキャナー７は配置が許す限り第１の負レンズG1-１に近い方がよい。このため、下限値はない。
上記条件式（５）の上限（L1／Ｆ＜０．５１）を超える領域になると、第１レンズ群G1のパワーを小さくしないと光線がより高い位置を透過するため収差補正が困難となる。従って、できる限り第１レンズ群G1のパワーを小さくする必要があり、像面湾曲収差の補正不足となり、収差性能が悪化する。

図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、ケーシング５２１の前端部に配設され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１１を備えている。この撮像手段１１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加工装置は、図１５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、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および撮像手段１１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、パルスレーザー光線照射手段５２のパルスレーザー光線発振手段６、スキャナー７等に制御信号を出力する。

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。
図１６にはレーザー加工される被加工物としての半導体ウエーハ３０の平面図が示されている。図１６に示す半導体ウエーハ３０は、例えば厚みが１００μmのシリコン基板３００の表面３００ａに格子状に配列された複数の分割予定ライン３０１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３０２がそれぞれ形成されている。この各デバイス３０２は、全て同一の構成をしている。デバイス３０２の表面にはそれぞれ図１７に示すように複数のボンディングパッド３０３（３０３a〜３０３j）が形成されている。このボンディングパッド３０３（３０３a〜３０３j）は、図示の実施形態においてはアルミニウムによって形成されている。なお、図示の実施形態においては、３０３aと３０３f、３０３bと３０３g、３０３cと３０３h、３０３dと３０３i、３０３eと３０３jは、X方向位置が同一である。このように各デバイス３０２に形成されたボンディングパッド３０３（３０３a〜３０３j）のX,Y座標値は、その設計値のデータが上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３に格納されている。また、半導体ウエーハ３０の中心S（図１６参照）のX,Y座標値の設計値のデータが上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３に格納されている。

上述したレーザー加工装置を用い、半導体ウエーハ３０に形成された各デバイス３０２のボンディングパッド３０３（３０３a〜３０３j）部にレーザー加工孔（ビアホール）を形成するレーザー加工の実施形態について説明する。
半導体ウエーハ３０は、図１８に示すように環状のフレーム４０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５０に表面３００ａを貼着する。従って、半導体ウエーハ３０は、裏面３００bが上側となる。このようにして環状のフレーム４０に保護テープ５０を介して支持された半導体ウエーハ３０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５０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３０は、保護テープ５０を介してチャックテーブル３６上に吸引保持される。従って、半導体ウエーハ３０は、裏面３００bを上側にして保持される。また、環状のフレーム４０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３０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１１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１１の直下に位置付けられると、チャックテーブル３６上の半導体ウエーハ３０は、図９に示す座標位置に位置付けられた状態となる。この状態で、チャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ３０に形成されている格子状の分割予定ライン３０１がX軸方向とY軸方向に平行に配設されているか否かのアライメント工程を実施する。即ち、撮像手段１１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３０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３０の分割予定ライン３０１が形成されている表面３００ａは下側に位置しているが、撮像手段１１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、半導体ウエーハ３０の裏面３００ｂから透かして分割予定ライン３０１を撮像することができる。このようにしてアライメント工程が実施されたチャックテーブル３６上の半導体ウエーハ３０は、図１９に示す座標値に位置付けられたことになる。

次に、半導体ウエーハ３０の各デバイス３０２に形成された各ボンディングパッド３０３(３０３a〜３０３j）部にレーザー加工孔（ビアホール）を穿孔する穿孔工程を実施する。穿孔工程は、先ずX軸方向移動手段３７および第１のY軸方向移動手段３８を作動してチャックテーブル３６を移動し、上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３に格納されている図１９に示す半導体ウエーハ３０の中心Sの座標値を、図２０の(a)で示すようにレーザー光線照射手段５２の集光器８の直下に位置付ける。そして、制御手段２０は、パルスレーザー光線照射手段５２のパルスレーザー光線発振手段６を作動するとともにスキャナー７を制御し、上述した像側テレセントリック対物レンズで構成された集光器８から上記ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２０３に格納されている各デバイス３０２に形成された各ボンディングパッド３０３(３０３a〜３０３j）部の座標値にパルスレーザー光線を照射する。そして、各ボンディングパッド３０３（３０３a〜３０３j）部に例えば１００ショットのパルスレーザー光線を照射する。この結果、図２０の(b)で示すように半導体ウエーハ３０に形成されたデバイス３０２設けられている全てのボンディングパッド３０３a〜３０３j部（加工位置）に１回の穿孔工程において加工孔３０４を形成することができる。

なお、上記穿孔工程における加工条件は、例えば下記の通り設定されている。
光源：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４
波長：３５５ｎｍ
平均出力：４W
繰り返し周波数：５０〜１００kHz
集光スポット径：φ５０μｍ

以上のように、上述した実施形態における像側テレセントリック対物レンズは、第１レンズ群Ｇ１を互いに対向する面が凹面を有する第１の負レンズＧ１‐１と第２の負レンズＧ１‐２とで構成し、第１の負レンズＧ１‐１と第２の負レンズＧ１‐２により空気レンズＧ１‐３を形成することで、光軸上で発生する球面収差、光軸外で発生する非点収差を効果的に補正し、且つ像側テレセントリックを実現している。図３に示す像側テレセントリック対物レンズにおいては、光学系の合成焦点距離Ｆが３０７．７mm、画角が２１．０度において、ペッツバール半径は約１１００００ｍｍ、テレセントリック角度（被加工物の表面に対する垂線との差の角度）は±０．１度以内に収めることができる。これにより、照射されるパルスレーザー光線が像側テレセントリック対物レンズの中心から周辺まで光軸に対して平行となり、被加工物である半導体ウエーハ３０に対する入射角が垂直となるため、均一な品質で加工孔３０４を形成することができる。従って、直径が２００ｍｍの半導体ウエーハであっても、中心から周辺まで正確で且つスループットの高いレーザー加工を実現することができる。

２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３１：案内レール
３６：チャックテーブル
３７：X軸方向移動手段
３７４：X軸方向位置検出手段
３８：第１のY軸方向移動手段
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
４１：案内レール
４２：可動支持基台
４３：第２のY軸方向移動手段
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
５３：Z軸方向移動手段
６：パルスレーザー光線発振手段
７：スキャナー
８：集光器
１１：撮像手段
２０：制御手段
３０：半導体ウエーハ
３０１：分割予定ライン
３０２：デバイス
３０３：ボンディングパッド
３０４：加工孔
４０：環状のフレーム
５０：保護テープ

Claims

投光側から入射した光の光軸がレンズの光軸と平行に像側に出射される像側テレセントリック対物レンズであって、
該像側テレセントリック対物レンズは、投光側から順次配設され互いに対向する面が凹面を有する第１の負レンズと第２の負レンズにより空気レンズを構成する負の屈折率を有する第１レンズ群Ｇ１と、正レンズのみから構成される正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負レンズのみから構成される負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成され、
光学系の合成焦点距離をＦ、該第１レンズ群Ｇ１の合成焦点距離をＦ１、該第１レンズ群Ｇ１の空気レンズの焦点距離をＦａ、該第２レンズ群Ｇ２の合成焦点距離をＦ２、該第３レンズ群Ｇ３の合成焦点距離をＦ３としたとき、
０．９＜│Ｆ１／Ｆ２│＜３．５
１．２＜│Ｆ３／Ｆ２│＜５．０
１．３＜│Ｆ／Ｆａ│＜２．５５
の条件を満足することを特徴とする像側テレセントリック対物レンズ。
該第１レンズ群Ｇ１の第１の負レンズの焦点距離をｆ１１、第２の負レンズの焦点距離をｆ１２としたとき、
０．３＜ｆ１１／ｆ１２＜７．１
の条件を満足する請求項１記載の像側テレセントリック対物レンズ。
開口絞りから該第１レンズ群Ｇ１の第１の負レンズまでの距離をＬ１としたとき、
Ｌ１／Ｆ＜０．５１
の条件を満足する請求項１又は２記載の像側テレセントリック対物レンズ。
該第２レンズ群Ｇ２は少なくとも５枚の正レンズを有し、該第３レンズ群Ｇ３は少なくとも１枚の負レンズを有している、請求項１記載の像側テレセントリック対物レンズ。
被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該レーザー光線照射手段は、レーザー光線を発振するレーザー光線発振器と、該レーザー光線発振器によって発振されたレーザー光線の光軸を偏向するスキャナーと、該スキャナーによって光軸が偏向されたレーザー光線を集光してチャックテーブルに保持された被加工物に照射する集光器と、を具備し、
該集光器は、投光側から順次配設され互いに対向する面が凹面を有する第１の負レンズと第２の負レンズにより空気レンズを構成する負の屈折率を有する第１レンズ群Ｇ１と、正レンズのみから構成される正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２と、負レンズのみから構成される負の屈折力を有する第３レンズ群Ｇ３とから構成され、
光学系の合成焦点距離をＦ、該第１レンズ群Ｇ１の合成焦点距離をＦ１、該第１レンズ群Ｇ１の空気レンズの焦点距離をＦａ、該第２レンズ群Ｇ２の合成焦点距離をＦ２、該第３レンズ群Ｇ３の合成焦点距離をＦ３としたとき、
０．９＜│Ｆ１／Ｆ２│＜３．５
１．２＜│Ｆ３／Ｆ２│＜５．０
１．３＜│Ｆ／Ｆａ│＜２．５５
の条件を満足する像側テレセントリック対物レンズによって構成されている、
ことを特徴とするレーザー光線照射装置。
該第１レンズ群Ｇ１の第１の負レンズの焦点距離をｆ１１、第２の負レンズの焦点距離をｆ１２としたとき、
０．３＜ｆ１１／ｆ１２＜７．１
の条件を満足する請求項５記載のレーザー光線照射装置。
該スキャナーを開口絞りとして該第１レンズ群Ｇ１の第１の負レンズまでの距離をＬ１としたとき、
Ｌ１／Ｆ＜０．５１
の条件を満足する請求項５又は６記載のレーザー光線照射装置。