(57)【要約】      （修正有）【課題】被加工物によらずに一定の高さ位置にレーザー加工を施すことのできるレーザー加工方法及び装置を提供する。【解決手段】板状物１１の第２面１１ｂの高さ位置及び第１面１１ａの高さ位置を検出する高さ位置検出ステップと、第１面１１ａの高さ位置から所定の高さを加算して集光点位置を求める集光点位置算出ステップと、第２面１１ｂの高さ位置から集光点位置算出ステップで算出された集光点位置を減じた値をレーザービーム照射深さとして算出するレーザービーム照射深さ算出ステップと、第２面１１ｂの高さ位置をＨ２、レーザービーム照射深さをｄ、集光点Ｐ１の第２面１１ｂからの距離を１、集光点Ｐ２の第２面１１ｂからの距離をｎとしたとき、Ｈ２−（ｄ／ｎ）の位置にレーザービームの集光点を位置付けて第２面１１ｂ側からレーザービームを照射し、板状物の第１面１１ａから所定の高さ位置にレーザー加工を施すレーザー加工ステップとを備えた。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザービームを集光する集光手段を備えたレーザー加工装置を用いて、第１面と該第１面の背面の第２面とを有する板状物の内部にレーザー加工を施すレーザー加工方法であって、
板状物の該第１面側に保護部材を配設する保護部材配設ステップと、
該保護部材配設ステップを実施した後、板状物の該保護部材側をチャックテーブルで保持する保持ステップと、
該チャックテーブルに保持された板状物の該第２面の高さ位置を検出する第２面高さ位置検出ステップと、
該チャックテーブルに保持された板状物の該第１面の高さ位置を検出する第１面高さ位置検出ステップと、
該第１面の高さ位置から所定の高さを加算してレーザー加工すべき集光点位置を求める集光点位置算出ステップと、
該第２面の高さ位置から該集光点位置算出ステップで算出された該集光点位置を減じた値をレーザービーム照射深さとして算出するレーザービーム照射深さ算出ステップと、
該第２面の高さ位置をＨ２、該レーザービーム照射深さをｄ、該集光手段の開口数に基づく集光点の該第２面からの距離を１、被加工物の屈折率に基づく集光点の該第２面からの距離をｎとしたとき、
Ｈ２−（ｄ／ｎ）の位置に該レーザービームの集光点を位置付けて該第２面側からレーザービームを板状物に照射し、板状物の該第１面から該所定の高さ位置にレーザー加工を施すレーザー加工ステップと、
を備えたレーザー加工方法。
【請求項２】
前記板状物は複数の加工予定ラインを有しており、
一の加工予定ラインに対して前記第２面高さ位置検出ステップと前記第１面高さ位置検出ステップとを実施した後、又は該第２面高さ位置検出ステップと該第１面高さ位置検出ステップとを実施しつつ、該一の加工予定ラインに対して前記レーザー加工ステップを実施することを全加工予定ラインにおいて繰り返す請求項１記載のレーザー加工方法。
【請求項３】
レーザー加工装置であって、
レーザービームを発振するレーザービーム発振手段と、該レーザービーム発振手段で発振されたレーザービームを集光する集光手段とを有するレーザービーム照射手段と、
板状物を保持するチャックテーブルと、
該集光手段で集光されるレーザービームの集光点位置を変位させる集光点位置調整手段と、
該チャックテーブルに保持された板状物の上面高さ位置を検出する上面高さ位置検出手段と、
該チャックテーブルに保持された板状物の下面高さ位置を検出する下面高さ位置検出手段と、
該上面高さ位置検出手段で検出された板状物の上面高さ位置と該下面高さ位置検出手段で検出された板状物の下面高さ位置とに基づいて該集光点位置調整手段を調整する制御手段と、
を具備したことを特徴とするレーザー加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエーハ等の被加工物の内部にレーザー加工を施すレーザー加工方法及びレーザー加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが加工予定ライン（分割予定ライン）によって区画され表面に形成されたシリコンウエーハ等の半導体ウエーハは、加工装置によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。
【０００３】
ウエーハの分割には、ダイサーと呼ばれる切削装置を用いたダイシング方法が広く採用されている。ダイシング方法では、ダイアモンド等の砥粒を金属や樹脂で固めて厚さ３０μｍ程度とした切削ブレードを、３００００ｒｐｍ程度の高速で回転させつつウエーハへと切り込ませることでウエーハを切削し、個々のデバイスチップへと分割する。
【０００４】
一方、近年では、ウエーハに対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザービームの集光点を加工予定ラインに対応するウエーハの内部に位置付けて、レーザービームを加工予定ラインに沿って照射してウエーハ内部に改質層を形成し、その後分割装置によりウエーハに外力を付与してウエーハを改質層を分割起点として個々のデバイスチップに分割する方法が提案されている（例えば、特開２００５−８６１６１号公報参照）。
【０００５】
レーザービームを用いる加工方法は、ダイサーによるダイシング方法に比べて加工速度を早くすることができるとともに、サファイアやＳｉＣ等の硬度の高い素材からなるウエーハであっても比較的容易に加工することができる。
【０００６】
従来は、シリコンウエーハ等の被加工物に対してレーザー加工を施す場合、被加工物上面（レーザービーム入射面）を基準にレーザービームの集光点位置を調整し、被加工物にレーザービームを照射している（例えば、特開２００５−１２９８５１号公報参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−８６１６１号公報
【特許文献２】特開２００５−１２９８５１号公報
【特許文献３】特開２０１０−６８００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、被加工物によっては、面内で厚みばらつきを有しているものもあり、このような被加工物では、被加工物のレーザービーム入射面から一定距離離れた位置に集光点を位置付けレーザービームを照射すると、被加工物内部の一定の高さ位置にレーザー加工を施せないという問題が生じる。
【０００９】
特に、特開２０１０−６８００９号公報に開示されたような半導体チップの製造方法では、被加工物の表面から所定距離離れた被加工物内部に改質層を形成することが重要であり、改質層の形成位置がばらつくと、十分にクラックが表面側に伸長せずに分割されない領域が発生したり、形成したチップに改質層が残存してチップの抗折強度を低下させてしまうという恐れがある。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被加工物によらずに一定の高さ位置にレーザー加工を施すことのできるレーザー加工方法及び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】
【００１１】
請求項１記載の発明によると、レーザービームを集光する集光手段を備えたレーザー加工装置を用いて、第１面と該第１面の背面の第２面とを有する板状物の内部にレーザー加工を施すレーザー加工方法であって、板状物の該第１面側に保護部材を配設する保護部材配設ステップと、該保護部材配設ステップを実施した後、板状物の該保護部材側をチャックテーブルで保持する保持ステップと、該チャックテーブルに保持された板状物の該第２面の高さ位置を検出する第２面高さ位置検出ステップと、該チャックテーブルに保持された板状物の該第１面の高さ位置を検出する第１面高さ位置検出ステップと、該第１面の高さ位置から所定の高さを加算してレーザー加工すべき集光点位置を求める集光点位置算出ステップと、該第２面の高さ位置から該集光点位置算出ステップで算出された該集光点位置を減じた値をレーザービーム照射深さとして算出するレーザービーム照射深さ算出ステップと、該第２面の高さ位置をＨ２、該レーザービーム照射深さをｄ、該集光手段の開口数に基づく集光点の該第２面からの距離を１、被加工物の屈折率に基づく集光点の該第２面からの距離をｎとしたとき、Ｈ２−（ｄ／ｎ）の位置に該レーザービームの集光点を位置付けて該第２面側からレーザービームを板状物に照射し、板状物の該第１面から該所定の高さ位置にレーザー加工を施すレーザー加工ステップと、を備えたレーザー加工方法が提供される。
【００１２】
好ましくは、前記板状物は複数の加工予定ラインを有しており、一の加工予定ラインに対して前記第２面高さ位置検出ステップと前記第１面高さ位置検出ステップとを実施した後、又は該第２面高さ位置検出ステップと該第１面高さ位置検出ステップとを実施しつつ、該一の加工予定ラインに対して前記レーザー加工ステップを実施することを全加工予定ラインにおいて繰り返す。
【００１３】
請求項３記載の発明によると、レーザー加工装置であって、レーザービームを発振するレーザービーム発振手段と、該レーザービーム発振手段で発振されたレーザービームを集光する集光手段とを有するレーザービーム照射手段と、板状物を保持するチャックテーブルと、該集光手段で集光されるレーザービームの集光点位置を変位させる集光点位置調整手段と、該チャックテーブルに保持された板状物の上面高さ位置を検出する上面高さ位置検出手段と、該チャックテーブルに保持された板状物の下面高さ位置を検出する下面高さ位置検出手段と、該上面高さ位置検出手段で検出された板状物の上面高さ位置と該下面高さ位置検出手段で検出された板状物の下面高さ位置とに基づいて該集光点位置調整手段を調整する制御手段と、を具備した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】
【００１４】
本発明のレーザー加工方法によると、板状物の上面高さ位置と下面高さ位置を検出し、検出した上面高さ位置と下面高さ位置とを元にレーザービームの集光点を位置付けるため、被加工物内部の一定の高さ位置にレーザー加工を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】レーザー加工装置の概略斜視図である。
【図２】位置計測兼レーザービーム照射ユニットのブロック図である。
【図３】図２に示す位置計測装置を構成する制御手段によって求められる分光干渉波形の一例を示す図である。
【図４】図２に示す位置計測装置を構成する制御手段によって求められる被加工物の表面までの光路長差と被加工物の裏面までの光路長差及び被加工物の厚みを示す光路長差を示す説明図である。
【図５】半導体ウエーハの表面側斜視図である。
【図６】半導体ウエーハの表面を外周部が環状フレームに装着された粘着テープに貼着する様子を示す分解斜視図である。
【図７】保持ステップを示す一部断面側面図である。
【図８】半導体ウエーハの第２面（上面）高さ位置検出ステップ及び第１面（下面）高さ位置検出ステップを説明する一部断面側面図である。
【図９】レーザービームの集光点の設定方法を説明する拡大模式図である。
【図１０】レーザー加工ステップを示す一部断面側面図である。
【図１１】本発明により形成される改質層及び該改質層から半導体ウエーハの表面側に伸長するクラックを説明する模式図である。
【図１２】裏面研削且つ分割ステップを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明のレーザー加工方法により分割起点となる改質層を形成するのに適したレーザー加工装置２の概略斜視図が示されている。
【００１７】
レーザー加工装置２は、静止基台４上にＸ軸方向に移動可能に搭載された第１スライドブロック６を含んでいる。第１スライドブロック６は、ボールねじ８及びパルスモータ１０から構成される加工送り手段１２により一対のガイドレール１４に沿って加工送り方向、すなわちＸ軸方向に移動される。
【００１８】
第１スライドブロック６上には第２スライドブロック１６がＹ軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、第２スライドブロック１６はボールねじ１８及びパルスモータ２０から構成される割り出し送り手段２２により一対のガイドレール２４に沿って割り出し方向、すなわちＹ軸方向に移動される。
【００１９】
第２スライドブロック１６上には円筒支持部材２６を介してチャックテーブル２８が回転可能に搭載されており、チャックテーブル２８は加工送り手段１２及び割り出し送り手段２２によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。チャックテーブル２８には、チャックテーブル２８に吸引保持されたウエーハを支持する環状フレームをクランプするクランプ３０が設けられている。
【００２０】
静止基台４にはコラム３２が立設されており、このコラム３２には位置計測兼レーザービーム照射ユニット３４を収容するケーシング３５が取り付けられている。ケーシング３５の先端部にはレーザーヘッド３６と、レーザーヘッド３６とＸ軸方向に整列して加工すべき加工領域を検出する撮像ユニット３８が配設されている。撮像ユニット３８は、可視光によって半導体ウエーハ１１の加工領域を撮像する通常のＣＣＤ等の撮像素子を含んでいる。
【００２１】
撮像ユニット３８は更に、半導体ウエーハ１１に赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、この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赤外線ＣＣＤ等の赤外線撮像素子から構成される赤外線撮像手段を含んでおり、撮像した画像信号はコントローラ（制御手段）４０に送信される。
【００２２】
コントローラ４０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）４２と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）４４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）４６と、カウンタ４８と、入力インターフェイス５０と、出力インターフェイス５２とを備えている。
【００２３】
５６は案内レール１４に沿って配設されたリニアスケール５４と、第１スライドブロック６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出手段であり、加工送り量検出手段５６の検出信号はコントローラ４０の入力エンターフェイス５０に入力される。
【００２４】
６０はガイドレール２４に沿って配設されたリニアスケール５８と第２スライドブロック１６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出手段であり、割り出し送り量検出手段６０の検出信号はコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。
【００２５】
撮像手段３８で撮像した画像信号もコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。一方、コントローラ４０の出力インターフェイス５２からはパルスモータ１０、パルスモータ２０、レーザービーム照射ユニット３４等に制御信号が出力される。
【００２６】
次に図２を参照して、位置計測兼レーザービーム照射ユニット３４の全体構成について説明する。位置計測兼レーザービーム照射ユニット３４は、位置計測装置６２と、レーザービーム照射手段９６とを含んでいる。
【００２７】
位置計測装置６２は、所定の波長領域を有する赤外光を発する赤外線発光源６４と、赤外線発光源６４からの赤外光を第１の経路６８ａに導くとともに第１の経路６８ａを逆行する反射光を第２の経路６８ｂに導く第１の光分岐手段６６と、第１の経路６８ａに導かれた赤外光をコリメートビームに変換するコリメートレンズ７０と、コリメートレンズ７０によってコリメートビームに変換された赤外光を第３の経路６８ｃと第４の経路６８ｄに分岐する第２の光分岐手段７２とを備えている。位置計測装置６２は、上面高さ位置検出手段として作用するとともに下面高さ位置検出手段として作用する。
【００２８】
赤外線発光源６４としては、例えば赤外レーザーダイオード（ＬＤ）、赤外発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源を用いることができる。第１の光分岐手段６６は、例えば偏波面保存光ファイバーカプラーから構成することができる。
【００２９】
第２の光分岐手段７２は、ビームスプリッタ７４と、方向変換ミラー７６とによって構成されている。尚、本実施形態では、赤外線発光源６４から第１の光分岐手段６６までの経路及び第１の経路６８ａは、光ファイバーによって構成されている。
【００３０】
第３の経路６８ｃには、ビームスプリッタ７４によって第３の経路６８ｃに分岐された赤外光をチャックテーブル２８に保持された半導体ウエーハ１１に導く対物レンズ８２と、対物レンズ８２とビームスプリッタ７４との間に集光レンズ７８が配設されている。
【００３１】
集光レンズ７８は、ビームスプリッタ７４により第３の経路６８ｃに分岐されたコリメートビームを集光し対物レンズ８２内に集光点を位置付けて、対物レンズ８２からの赤外光を疑似コリメートビームに形成する。
【００３２】
このように対物レンズ８２とビームスプリッタ７４との間に集光レンズ７８を配設して対物レンズ８２からの赤外光を疑似コリメートビームに形成することにより、チャックテーブル２８に保持された半導体ウエーハ１１で反射した反射光が対物レンズ８２、集光レンズ７８、ビームスプリッタ７４及びコリメートレンズ７０を介して逆行する際に、第１の経路６８ａを構成する光ファイバーに反射光を光結合することができる。
【００３３】
対物レンズ８２はレンズケース８０内に装着されており、レンズケース８０はボイスコイルモータ、リニアモータ等からなる集光点位置調整手段８６により図２において上下方向、即ちチャックテーブル２８の保持面に対して垂直な集光点位置調整方向に移動される。集光点位置調整手段８６は制御手段（コントローラ）４０によって制御される。
【００３４】
第４の経路６８ｄには、第２の光分岐手段７２によって第４の経路６８ｄに導かれたコリメートビームを反射して第４の経路６８ｄに反射光を逆行させる反射ミラー８４が配設されている。反射ミラー８４は、対物レンズ８２のレンズケース８０に装着されている。
【００３５】
一方、第２の経路６８ｂには、コリメートレンズ８８と、回析格子９０と、集光レンズ９２と、ラインイメージセンサ９４が配設されている。コリメートレンズ８８は、第１の経路６８ａを逆行し、第１の光分岐手段６６で第２の経路６８ｂに導かれた反射光をコリメートビームに変換する。
【００３６】
回析格子９０は、コリメートレンズ８８によってコリメートビームに変換された半導体ウエーハ１１表面からの反射光及び反射ミラー８４からの反射光の干渉を回析し、各波長に対応する回析信号を集光レンズ９２を介してラインイメージセンサ９４に入力する。ラインイメージセンサ９４は、回析格子９０によって回析した反射光の各波長における光強度を検出し、検出信号を制御手段４０に送出する。
【００３７】
制御手段（コントローラ）４０は、ラインイメージセンサ９４による検出信号から分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数とに基づいて波形解析を実行し、第３の経路６８ｃにおけるチャックテーブル２８に保持された半導体ウエーハ１１までの光路長と、第４の経路６８ｄにおける反射ミラー８４までの光路長との光路長差を求め、該光路長差に基づいてチャックテーブル２８の表面からチャックテーブル２８に保持された半導体ウエーハ１１の上面までの距離を求める。
【００３８】
即ち、制御手段４０は、ラインイメージセンサ９４からの検出信号に基づいて、図３に示すような分干渉波形を求める。図３において、横軸は反射光の波長を示し、縦軸は光強度を示している。
【００３９】
以下、制御手段４０が図３に示した分光干渉波形と理論上の波形関数とに基づいて実行する波形解析の一例について説明する。第３の経路６８ｃにおけるビームスプリッタ７４からチャックテーブル２８の表面に保持された半導体ウエーハ１１までの光路長をＬ１とし、第４の経路６８ｄにおけるビームスプリッタ７４から反射ミラー８４までの光路長をＬ２とし、光路長Ｌ２とＬ１との差を光路長差（ｄ＝Ｌ２−Ｌ１）とする。
【００４０】
一方、第３の経路６８ｃにおけるビームスプリッタ７４からチャックテーブル２８の表面までの光路長Ｌ０と第４の経路におけるビームスプリッタ７４から反射ミラー８４までの光路長差（ｄ０＝Ｌ２−Ｌ０）は、本実施形態において、例えば２００μｍに設定されているものとする。
【００４１】
次いで、制御手段４０は、分光干渉波形と理論上の波形関数とに基づいて波形解析を実行する。この波形解析は、例えばフーリエ変換式を用いて実行することができるが、本明細書では、特開２０１１−１２２８９４号公報に記載された内容を参考資料として取り込み、その詳細な説明を省略することにする。
【００４２】
半導体ウエーハ１１は、図５に示すように、例えば厚さが７２５μｍのシリコンウエーハからなっており、表面１１ａに複数の加工予定ライン（分割予定ライン）１３が格子状に形成されているとともに、加工予定ライン１３によって区画された各領域にデバイス１５が形成されている。
【００４３】
本実施形態のレーザー加工方法を実施するのにあたり、好ましくは図６に示すように、半導体ウエーハ１１の表面１１ａを外周部分が環状フレームＦに貼着された粘着テープＴに貼着し、半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂを露出させる。従って半導体ウエーハの上面は半導体ウエーハの裏面となり、半導体ウエーハの下面が半導体ウエーハの表面となる。半導体ウエーハ１１の表面１１ａに形成されたデバイス１５を保護するために、他の保護部材を表面１１ａ側に配設してもよい。
【００４４】
被加工物が半導体ウエーハ１１のように赤外光が透過する場合には、半導体ウエーハ１１に照射された赤外光は半導体ウエーハ１１の上面（第２面）１１ｂで反射する反射光と、半導体ウエーハ１１の下面（第１面）１１ａで反射する反射光が生成され、これらの反射光が対物レンズ８２、集光レンズ７８、ビームスプリッタ７４、コリメートレンズ７０及び第１の経路６８ａを逆行して、第１の光分岐手段６６により第２の経路６８ｂに導かれる。
【００４５】
一方、反射ミラー８４によって反射した反射光も第４の経路６８ｄと、第２の光分岐手段７２と、コリメートレンズ７０及び第１の経路６８ａを逆行して、第１の光分岐手段６６により第２の経路６８ｂに導かれる。
【００４６】
第２の経路６８ｂに導かれた各反射光はコリメートレンズ８８によってコリメートビームに変換され、更に回析格子９０によって回析された回析光が集光レンズ９２を介してラインイメージセンサ９４に入力される。
【００４７】
そして、ラインイメージセンサ９４は回析格子９０によって回析された反射光の各波長における光強度を検出し、検出信号を制御手段４０に送出する。このように半導体ウエーハ１１の上面（第２面）１１ｂと下面（第１面）１１ａ及び反射ミラー８４によって反射した各反射光による分光干渉波形と理論上と波形関数とに基づいて波形解析を実行すると、例えば図４に示すように、信号強度が高い光路長差（ｄ）が３個求められる。図４において、横軸は光路長差（ｄ）を示し、縦軸は信号強度を示している。
【００４８】
図４に示した例においては、光路長差（ｄ）が９２５μｍの位置と、光路長差（ｄ）が２００μｍの位置と、光路長差（ｄ）が７２５μｍの位置で信号強度が高く表わされている。（Ａ）で示す光路長差（ｄ）が９２５μｍの位置における信号強度は、半導体ウエーハ１１の上面（第２面）１１ｂを表し、この場合チャックテーブル２８の表面から半導体ウエーハ１１の上面（第２面）１１ｂまでの距離は７２５μｍである。
【００４９】
また、（Ｂ）で示す光路長差（ｄ）が２００μｍの位置の信号強度は、半導体ウエーハ１１の下面（第１面）１１ａを表し、この場合チャックテーブル２８の表面から半導体ウエーハ１１の下面までの距離が零（０）である。
【００５０】
一方、（Ｃ）で示す光路長差（ｄ）が７２５μｍの位置の信号強度は、半導体ウエーハ１１の厚みを表しており、半導体ウエーハ１１の厚みが７２５μｍであることが直接求められる。尚、制御手段４０は、図４に示す解析結果を図示を省略した表示モニタに表示する。
【００５１】
図４の例ではチャックテーブル２８上に直に載置された半導体ウエーハ１１に対して波形解析を行っているが、粘着テープやサブストレート等の保護部材上に配設された被加工物では、検出された被加工物の下面を表す信号張度と光路長差（ｄ０）とから保護部材の厚みも求めることができる。
【００５２】
以上詳述したように、本実施形態の位置計測装置６２を用いると、赤外光が透過する物質から形成された半導体ウエーハ１１の上面（第２面）１１ｂの高さ位置、下面（第１面）１１ａの高さ位置及びその厚みを容易に求めることができる。
【００５３】
図２を再び参照すると、位置計測兼レーザービーム照射ユニット３４のレーザービーム照射手段９６は、パルスレーザービーム発振手段９８と、パルスレーザービーム発振手段９８から発振されたパルスレーザービームを対物レンズ８２に向けて方向変換するダイクロイックミラー１０４を備えている。
【００５４】
パルスレーザービーム発振手段９８は、ＹＡＧレーザー発振器又はＹＶＯ４レーザー発振器等からなるパルスレーザー発振器１００と、パルスレーザー発振器１００に付設された繰り返し周波数設定手段１０２とを含んでおり、例えば波長が１０６４ｎｍのパルスレーザーを発振する。
【００５５】
ダイクロイックミラー１０４は、集光レンズ７８と対物レンズ８２との間に配設され、集光レンズ７８からの赤外光は透過させるが、パルスレーザービーム発振手段９８から発振されたパルスレーザービームは対物レンズ８２に向けて反射する。
【００５６】
従って、パルスレーザービーム発振手段９８から発振されたパルスレーザービームＬＢは、ダイクロイックミラー１０４によって反射されて対物レンズ８２に入射し、対物レンズ８２によって集光されてチャックテーブル２８に保持された半導体ウエーハ１１に照射される。
【００５７】
ここでは、対物レンズ８２は集光レンズ（集光手段）として機能する。制御手段４０によりボイスコイルモータ等から構成される集光点位置調整手段８６を制御することにより、パルスレーザービームＬＢの集光点位置を上下方向に調整することができる。
【００５８】
次に、図７乃至図１２を参照して、本発明実施形態に係るレーザー加工方法について詳細に説明する。まず、図７に示すように、レーザー加工装置２のチャックテーブル２８で半導体ウエーハ１１を粘着テープＴを介して吸引保持し、裏面１１ｂを露出させる。そして、環状フレームＦをクランプ３０でクランプして固定する（保持ステップ）。
【００５９】
保持ステップ実施後、撮像ユニット３８の赤外線撮像素子で半導体ウエーハ１１をその裏面１１ｂ側から撮像し、加工予定ライン１３に対応する領域をレーザーヘッド３６とＸ軸方向に整列させるアライメントを実施する。このアライメントには、よく知られたパターンマッチング等の画像処理を利用する。
【００６０】
第１の方向に伸長する加工予定ライン１３のアライメント実施後、チャックテーブル２８を９０度回転してから、第１の方向に直交する第２の方向に伸長する加工予定ライン１３のアライメントを実施する。
【００６１】
アライメント実施後、図８に示すように、チャックテーブル２８を矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、レーザーヘッド３８でアライメントされた加工予定ライン１３上をスキャンして、位置計測装置６２により半導体ウエーハ１１の上面（第２面）１１ｂの高さ位置を検出する第２面高さ位置検出ステップ及び半導体ウエーハの下面（第１面）１１ａの高さ位置を検出する第１面高さ位置検出ステップを実施する。更に、上面（第２面）１１ｂの高さ位置から下面（第１面）１１ａの高さ位置を減ずることにより、半導体ウエーハ１１の厚みを算出する。
【００６２】
この第２面高さ位置検出ステップと第１面高さ位置検出ステップを、第１の方向に伸長する全ての加工予定ライン１３に沿って実施した後、チャックテーブル２８を９０度回転してから、第２の方向に伸長する全ての加工予定ライン１３に沿っても同様な第２面高さ位置検出ステップと第１面高さ位置検出ステップを実施する。検出した高さ位置は、制御手段（コントローラ）４０のＲＡＭ４６に格納する。
【００６３】
次に、図９の模式図を参照して、集光レンズ（集光手段）として機能する対物レンズ８２の集光点の設定方法について説明する。半導体ウエーハ１１の上面（第２面）１１ｂの高さ位置をＨ２、下面（第１面）１１ａの高さ位置をＨ１とし、更に改質層を形成するために集光点を位置付けるべき実際の集光点位置を下面（第１面）１１ａから所定高さ位置、即ちＨ１＋ｈ０（所定高さ）とする。
【００６４】
更に上面（第２面）１１ｂからのレーザービームの照射深さをｄとすると、ｄ＝Ｈ２−（Ｈ１＋ｈ０）となる。半導体ウエーハ１１の屈折率が大気と同じと仮定した場合に、半導体ウエーハの上面（第２面）に照射されたレーザービームが集光される点を仮想集光点Ｐ１とし、半導体ウエーハの上面（第２面）に照射されたレーザービームが実際に集光される点を実集光点Ｐ２とする。
【００６５】
更に、半導体ウエーハ１１の上面（第２面）１１ｂから対物レンズ８２の開口数に基づく仮想集光点Ｐ１までの距離を仮想集光点距離＝１とし、半導体ウエーハの上面（第２面）から半導体ウエーハ１１の屈折率に基づく実集光点Ｐ２までの集光点距離を実集光点距離＝ｎとした場合、仮想集光点距離に対する実集光点距離の比はｎで表わされる。
【００６６】
従って、制御手段４０により集光点位置調整手段８６を制御して、Ｈ２−（ｄ／ｎ）の位置に対物レンズ８２の集光点を位置付けた状態でレーザービームを照射すると、実際の集光点Ｐ２は半導体ウエーハ１１の下面１１ａから所定距離ｈ０の位置となり、半導体ウエーハ１１の一定の高さ位置にレーザー加工を施すことができる。
【００６７】
次に、図１０を参照して、半導体ウエーハ１１に対して透過性を有する波長のパルスレーザービームを使用して、半導体ウエーハ１１の内部の一定の高さ位置に改質層２１を形成するレーザー加工ステップについて説明する。
【００６８】
レーザー加工ステップの第１の実施形態では、第１の方向に伸長する全ての加工ライン１３及び第２の方向に伸長する全ての加工ライン１３について上述した第２面高さ位置検出ステップと第１面高さ位置検出ステップを実施し、レーザービーム照射深さｄを算出する。
【００６９】
次いで、図１０に示すように、レーザーヘッド３６を半導体ウエーハ１１の加工予定ライン１３の一端に位置付け、対物レンズ８２でパルスレーザービーム発振手段９８から発振されたパルスレーザービームの集光点をＨ２−（ｄ／ｎ）に位置付けながら、チャックテーブル２８をＸ１方向に加工送りすることにより、半導体ウエーハ１１の内部の所定位置に、即ち、下面（第１面）１１ａから所定の高さｈ０の位置に分割起点となる改質層２１を形成する。
【００７０】
チャックテーブル２８をＹ軸方向に割出送りしながら第１の方向に伸長する全ての加工予定ライン１３に対応するウエーハ１１の内部に改質層２１を形成する。次いで、チャックテーブル２８を９０度回転してから、第１の方向に直交する第２の方向に伸長する全ての加工予定ライン１３に対応するウエーハ１１の内部に同様な改質層２１を形成する。
【００７１】
改質層２１は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいう。例えば、溶融再硬化領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等を含み、これらの領域が混在した領域も含むものである。
【００７２】
レーザー加工ステップを実施すると、図１１に示すように、改質層２１から半導体ウエーハ１１の表面１１ａ側に複数のクラック２３が伸長する。図１１でｔ１は半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂを研削する際の仕上げ厚みであり、半導体チップの厚みとなる。
【００７３】
このレーザー加工ステップの加工条件は、例えば次のように設定されている。
【００７４】
光源                    ：ＬＤ励起Ｑスイッチ  Ｎｄ：ＹＶＯ４パルスレーザー
波長                    ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数          ：１００ｋＨｚ
パルス出力              ：１０μＪ
集光スポット径          ：φ１μｍ
加工送り速度            ：１００ｍｍ／秒
【００７５】
レーザー加工ステップの第２実施形態では、一つの加工予定ライン１３に対してチャックテーブル２８の加工送りの往路で第２面高さ位置検出ステップと第１面高さ位置検出ステップを実施してレーザービーム照射深さｄを算出し、チャックテーブル２８の復路で同一の加工予定ラインに対してレーザー加工ステップを実施する。このような高さ位置検出ステップ及びレーザー加工ステップを全加工予定ライン１３について繰り返す。
【００７６】
レーザー加工ステップの第３実施形態では、第２面高さ位置検出ステップと第１面高さ位置検出ステップ及びレーザービーム照射深さ算出ステップを実施しつつ、一つの加工予定ライン１３に対してレーザー加工ステップを同時に実施する。これを全加工予定ライン１３において繰り返す。
【００７７】
レーザー加工ステップ実施後、半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂを研削する裏面研削ステップを実施する。この裏面研削ステップは、図１２にその要部を示す研削装置の研削ユニット１１０を用いて実施する。
【００７８】
研削ユニット１１０は、モータにより回転駆動されるスピンドル１１２と、スピンドル１１２の先端に固定されたホイールマウント１１４と、ホイールマウント１１４に複数のねじ１１８により着脱可能に装着された研削ホイール１１６とを含んでいる。研削ホイール１１６は、環状基台１２０と、環状基台１２０の下面外周に固着された複数の研削砥石１２２とから構成される。
【００７９】
裏面研削ステップでは、内部に分割起点としての改質層２１が形成された半導体ウエーハ１１をチャックテーブル１２４で吸引保持し、半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂを露出させる。
【００８０】
そして、チャックテーブル１２４を矢印ａ方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール１１６を矢印ｂ方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させながら、研削ユニット送り機構を駆動して所定の研削送り速度（例えば３μｍ／ｓ）で研削ホイール１１６を下方に研削送りしながら、研削砥石１２２で半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂの研削を遂行する。
【００８１】
図１１に示すように、半導体ウエーハ１１の内部には分割起点としての改質層２１と、改質層２１から半導体ウエーハ１１の表面１１ａ側に伸長するクラック２３が形成されているため、半導体ウエーハ１１を仕上げ厚みｔ１まで研削すると、改質層２１が除去されるとともに、半導体ウエーハ１１は改質層２１を分割起点に個々の半導体デバイスチップ１５に分割される。
【００８２】
上述した実施形態では、本発明のレーザー加工方法を半導体ウエーハ１１に適用した例について説明したが、被加工物は半導体ウエーハ１１に限定されるものではなく、照射するレーザービームに対して透明な光デバイスウエーハ、ガラス等の被加工物に対しても本発明を同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００８３】
２    レーザー加工装置
１１    半導体ウエーハ
１３    加工予定ライン（分割予定ライン）
１５    デバイス
２１    改質層
２３    クラック
２８    チャックテーブル
３４    位置測定兼レーザービーム照射ユニット
３６    レーザーヘッド
３８    撮像ユニット
４０    制御手段（コントローラ）
６２    位置測定装置
６４    赤外線発光源
６６    第１の光分岐手段
６８ａ    第１の経路
６８ｂ    第２の経路
６８ｃ    第３の経路
６８ｄ    第４の経路
７２    第２の光分岐手段
７４    ビームスプリッタ
７８    集光レンズ
８２    対物レンズ
８６    集光点位置調整手段
９０    回析格子
９４    ラインイメージセンサ
１１０    研削ユニット
１１６    研削ホイール
１２２    研削砥石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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