(57)【要約】【課題】  基板表面の観察と基板内部の任意の位置へのレーザ光集光という機能を同時に果たすレーザ加工装置を提供する。【解決手段】  基板表面１１から基板内部の所定の深度の集光点Ａにレーザ光Ｌを集光させて内部加工領域を形成する際に、レーザ光Ｌを基板内部に集光するためのアフォーカル光学系を備えた光学系と、基板表面１１を観察するための自動焦点機構５２ｃを備えた光学系と、２つの光学系に共有される対物レンズ５２ａと、により、基板内部のレーザ光集光位置の調整と自動焦点機構による基板表面１１の被照射面の観察用焦点の調整とはそれぞれ独立して調整可能である。【選択図】  図７
2006147817.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被割断部材を割断する際に、被割断部材表面から被割断部材内部の所定の深さの集光点にレーザ光を集光させて内部加工領域を形成するレーザ加工装置であって、
前記内部加工領域を形成するレーザ光を前記被割断部材内部に集光するためのレーザ光集光位置調整機構を備えた第１の光学系と、
前記被割断部材表面を観察するための自動焦点機構を備えた第２の光学系と、
前記第１の光学系と前記第２の光学系とに共有されて前記被割断部材表面と対向する対物レンズと、
を有し、
前記レーザ光集光位置調整機構によるレーザ光集光位置調整と前記自動焦点機構による自動焦点調整とは、それぞれ独立して調整可能であることを特徴とするレーザ加工装置。
【請求項２】
レーザ光集光位置調整機構は、アフォーカル光学系から射出される光線の角度を変えることでレーザ光集光位置を変位させることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
【請求項３】
アフォーカル光学系は、第１の光学系の光軸方向に当該アフォーカル光学系を構成するレンズを変位させることで射出される光線の角度を変えることを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工装置。
【請求項４】
被割断部材を割断する際に、被割断部材表面から被割断部材内部の所定の深さの集光点にレーザ光を集光させて内部加工領域を形成するレーザ加工方法であって、
前記内部加工領域を形成するレーザ光を前記被割断部材内部に集光するためのレーザ光集光位置調整機構を備えた第１の光学系と、前記被割断部材表面を観察するための自動焦点機構を備えた第２の光学系と、前記第１の光学系と前記第２の光学系とに共有されて前記被割断部材表面と対向する対物レンズと、を配し、前記レーザ光集光位置調整機構によるレーザ光集光位置調整と前記自動焦点機構による自動焦点調整とはそれぞれ独立して調整可能とすることを特徴とするレーザ加工方法。
【請求項５】
レーザ光集光位置調整機構は、アフォーカル光学系から射出される光線の角度を変えることでレーザ光集光位置を変位させることを特徴とする請求項４に記載のレーザ加工方法。
【請求項６】
アフォーカル光学系は、第１の光学系の光軸方向に当該アフォーカル光学系を構成するレンズを変位させることで射出される光線の角度を変えることを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被割断部材を割断するために被割断部材内部にレーザ光を集光させて内部加工領域を形成するレーザ加工装置およびレーザ加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被割断部材内部にレーザ光を集光させて割断することで、被割断部材の表面を複数の領域に分離する技術がある。その一例として例えば、シリコンウエハ等の半導体基板をチップ状に精密切断する等の場合に、従来、幅数十〜数百μｍの円周形状のブレードを高速回転させ、ブレード表面の研磨材が基板を研削することによって切断するブレードダイシング法が知られている。この際、切断に伴う発熱や磨耗を低減させるために、切断面には冷却水を噴射するが、切断に伴って発生する基板自体の切屑や研磨材の微粒子、基板と加工テーブルを固定する粘着テープの粘着剤粒子等のゴミが冷却水に混ざって広範囲に飛散する。特に、基板が半導体基板の場合には、その基板表面には微細な機能素子が多数形成されているので、機能素子そのものの信頼性に重大な影響を及ぼすおそれがある。
【０００３】
この問題を解決するためには、切断に冷却水を用いず、ドライな環境で実施できることが望ましい。そこで、基板に吸収性の高い波長のレーザ光を基板表面に集光させて、基板を切断する加工方法が用いられる。しかしこの方法では、基板表面で、切断部の周辺も熱溶融してしまうという問題がある。特に、基板が半導体基板の場合には基板上に設けられたロジック回路等を損傷させる問題がある。また、レーザ加工はレーザ入射側から射出側へ基板を溶融して進行するため、基板表面には溶融物の再凝固物が付着してゴミとなってしまう。従って、ブレードダイシングと同様、ゴミに起因する問題が発生する。
【０００４】
また、基板内部に吸収性の高いレーザ光を集光することによって基板を切断する加工方法として、例えば特許文献１および特許文献２に開示された方法は、被加工材料である基板に対して透過性の高い特定波長のレーザ光を、基板の内部に集光して形成した内部加工領域を切断の起点とするもので、基板表面に溶融領域を形成しないため、ゴミの少ない切断を可能とするものである。
【０００５】
このような変質層形成のためのレーザ光は、加工位置観察のための顕微鏡対物レンズを通して基板内部に集光する。レーザ加工は、その集光状態を保ちながら、基板を割断予定線に沿ってステージなどのアクチュエータで駆動しつつ行われる。
【特許文献１】特開２００２−１９２３７０号公報
【特許文献２】特開２００２−２０５１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の方法では、被割断部材の一例である基板表面の割断予定線に沿って正確に基板を割断するためには、割断予定線の直下の基板内部にレーザ光を集光させなければならないが、そのためには、レーザ加工中においても顕微鏡対物レンズ等を用いてレーザ光の基板表面への照射状態を観察し続けることが必要である。ところが、その顕微鏡対物レンズは、一方で基板内部の集光位置へのレーザ光の集光にも用いられているので、基板表面の観察と基板内部の任意の位置へのレーザ光集光という機能を同時に果たす必要があった。
【０００７】
また、レーザ光をシリコン基板内部の一定位置に保つためには、シリコン表面はシリコン基板下の受け台や、シリコン基板自体のもつ変形を考慮した加工方式が必要となってくる。
【０００８】
しかしながら、通常は自動焦点機構を用いてシリコン表面に顕微鏡対物レンズのピントを合わせ、加工することになるが、このままでは顕微鏡対物レンズは自動焦点機構に組み込まれているため、観察用の光学系の焦点を調整している間は、レーザ光集光用の光学系による基板内部の任意の位置へのレーザ光の集光ができなかった。
【０００９】
特に、基板がシリコンウエハの場合では、シリコン基板および素子形成の際の工業的誤差等により、割断予定線とその直下に位置すべきレーザ光の集光点との間にずれが存在する場合は、上記のレーザ加工方法では亀裂が基板の表面に進行する過程で割断予定線を逸脱し、素子部のロジック回路等を破壊する可能性が高い。基板がインクジェットノズル等の吐出口が形成された液体吐出ヘッドの素子基板では、吐出口の下にインク等液体を供給するための開口構造が存在するため、亀裂がそれらに進展し、基板を破壊するという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、共通する対物レンズを用いて被割断部材内部にレーザ光を集光したレーザ加工と自動焦点された表面観察を同時に行うことを可能とするレーザ加工装置およびレーザ加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明は、被割断部材を割断する際に、被割断部材表面から被割断部材内部の所定の深さの集光点にレーザ光を集光させて内部加工領域を形成するレーザ加工装置であって、前記内部加工領域を形成するレーザ光を前記被割断部材内部に集光するためのレーザ光集光位置調整機構を備えた第１の光学系と、前記被割断部材表面を観察するための自動焦点機構を備えた第２の光学系と、前記第１の光学系と前記第２の光学系とに共有されて前記被割断部材表面と対向する対物レンズと、を有し、前記レーザ光集光位置調整機構によるレーザ光集光位置調整と前記自動焦点機構による自動焦点調整とは、それぞれ独立して調整可能であることを特徴とする。
【００１２】
また、上記目的を達成するための他の本発明は、被割断部材を割断する際に、被割断部材表面から被割断部材内部の所定の深さの集光点にレーザ光を集光させて内部加工領域を形成するレーザ加工方法であって、前記内部加工領域を形成するレーザ光を前記被割断部材内部に集光するためのレーザ光集光位置調整機構を備えた第１の光学系と、前記被割断部材表面を観察するための自動焦点機構を備えた第２の光学系と、前記第１の光学系と前記第２の光学系とに共有されて前記被割断部材表面と対向する対物レンズと、を配し、前記レーザ光集光位置調整機構によるレーザ光集光位置調整と前記自動焦点機構による自動焦点調整とはそれぞれ独立して調整可能とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、レーザ加工用のレーザ光集光位置調整および自動焦点調整を独立させることで被割断部材内部のレーザ光集光位置（加工位置）と被割断部材表面の自動焦点調整とが任意に設定可能となるので、１つの対物レンズを用いて被割断部材内部の任意の位置のレーザ加工と自動焦点された表面観察とを同時に行いながら、割断予定線に対する精度を保ちつつレーザ光による被割断部材の内部加工領域の形成といった内部加工が可能となる。これにより、割断予定線に沿った精度の高い割断を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１において被割断部材の一実施例としてのシリコン基板１０を用いて説明する。
【００１５】
基板表面からの内部の所定の深さに位置する基板内部の集光点にレーザ光を集光させ、基板表面１１に到達しない内部加工領域（例えば、溶融、亀裂、結晶構造が変化した状態等をいう。）を形成する。ここでは、内部亀裂１２（１２ａ〜１２ｃ）を形成する。その際に、１つの対物レンズを用いて基板内部の所定の位置のレーザ加工と自動焦点された表面観察とを同時に行うことができるように、レーザ加工用集光位置調整と観察用自動焦点調整とを独立して調整可能に構成する。これにより、レーザ加工位置と観察位置とを任意に設定することが可能となり、割断予定線の直下の基板内部に、レーザ光による内部加工領域の形成といった内部加工が行われる。
【００１６】
また、内部加工領域形成のための加工用レーザ光の光学系にアフォーカル光学系を用い、このアフォーカル光学系は、光学系の光軸方向に当該アフォーカル光学系を構成するレンズを変位させることでアフォーカル光学系のパワーを変化させ、射出される光線の角度を変えて、基板内部のレーザ光集光位置を任意に設定することができる。
【実施例】
【００１７】
図２に、本発明に係る基板の一実施例として、シリコン基板表面に碁盤の目状に多数のインクジェットヘッドチップが作りこまれたシリコンウエハを示す。図２の（ａ）、（ｂ）に示すシリコン基板１０は、同図の（ｃ）に示すように、表面が（１００）面に形成された、厚み６２５μｍのシリコンウエハ１を基体とし、シリコンウエハ１の表面には、厚さ１μｍ程度の酸化膜２が形成され、その上には、インク等液体吐出用の機構、およびそれらを駆動するロジック素子、配線等を内蔵したエポキシ樹脂製の構造物であるノズル層３が配置され、各ロジック素子部１０ａを構成している。
【００１８】
このように液体吐出用の機構等を内蔵したノズル層３の直下に、開口部である液体供給口（インク供給口）４をシリコンウエハ１の異方性エッチングにより形成する。ノズル層３は、製造工程の最終段階でシリコンウエハ１を各素子チップに割断できるように、互いに割断予定線Ｃを挟んで配置される。割断予定線Ｃはシリコンウエハ１の結晶方位に沿って形成され、隣接するノズル層３の間隔Ｓは最小で４００μｍ程度である。
【００１９】
図３はシリコン基板１０を個々の素子チップとなるロジック素子部１０ａに分離する割断プロセスを説明するフローチャートであり、このプロセスは、ステップ１のテープマウント工程、ステップ２のウエハ補正工程、ステップ３の表面線状加工工程（表面加工工程）、ステップ４の内部亀裂形成工程（内部内部加工領域形成工程）、ステップ５の割断工程、ステップ６のリペア工程、ステップ７のピックアップ工程の７工程からなる。ここでは、ステップ１〜ステップ５までの各工程について説明する。
【００２０】
（テープマウント工程）
図４に示すように、シリコン基板１０は、まず、割断までの工程で素子が分離するのを防止するためのテープマウントを行う。テープマウントは、ダイシングフレームＭが貼り付けられた、粘着性を有するダイシングテープＴをシリコン基板１０の裏面に貼り付けることによりなる。
【００２１】
ダイシングテープとしては、紫外線硬化型あるいは感圧型粘着剤が塗工された粘着テープや、自己粘着層を有する粘着テープを用いる。
【００２２】
（ウエハ補正工程）
上述のようにシリコン基板１０の表面に形成される樹脂層であるノズル層３は硬化時に熱収縮を起こすため、シリコン基板１０の全体が図５の（ａ）に示すように変形している。このように変形した状態で、後述のレーザ照射を行うと基板表面１１で局部的に入射角度が異なり、精度よく加工することができない。したがって予めこの変形を矯正しておく必要がある。そこで、図５の（ｂ）に示すように、ダイシングテープＴの側からシリコン基板１０を吸着ステージＤにて吸引することで、シリコン基板１０を平坦化し変形を矯正する。
【００２３】
（表面線状加工工程）
続いてシリコン基板１０の各ロジック素子部１０ａの割断を精度よく行うために、基板表面１１において割断予定線Ｃに亀裂の伝播を誘導する表面加工痕１１ａを表面に凹状に形成する。すなわち、割断予定線Ｃに沿って表面加工痕１１ａを形成することで、後の工程で外力による割断の際に応力集中が起こり、割れが表面加工痕１１ａへ誘導される。または表面加工痕１１ａが起点となり割れが内部に進行する。従って、ロジック回路等を破壊するような不必要な割れを生じることがない。
【００２４】
表面加工痕１１ａの形成は図６に示すように、割断予定線Ｃに沿って超硬刃、ダイヤモンド刃等の工具４０を用いたスクライバーにてケガキを入れればよい。表面加工痕１１ａは、幅２μｍ以上、深さ１μｍ以上が好ましい。ただし、内部亀裂１２を加工するレーザ光Ｌの光路を妨げない大きさにする必要がある。加工深さは、割断時に表面加工痕１１ａと亀裂間において応力集中を起こす深さが適している。その加工深さであれば、図６に示すようにシリコン基板１０の表面層である酸化膜２の厚さより小さくてもよいし、酸化膜２の厚さと同じか若しくはそれ以上の深さとなっても問題はない。
【００２５】
また、表面加工痕１１ａは少なくともロジック素子部１０ａを有する基板表面１１に対しては必須であるが、シリコン基板１０の表側表面と裏側表面の双方に形成してもよい。
【００２６】
また、工具を用いたケガキ加工にて表面加工痕１１ａを形成する場合、本実施例のように後述の内部亀裂形成前に表面加工痕１１ａを形成することで、加工負荷による不必要な割れを回避することができる。また、表面加工痕１１ａを先に形成することにより、加工痕自体が後工程でのレーザ照射時の加工位置を示す基準（線）とすることができ、レーザ照射の作業効率を向上することができる。
【００２７】
なお、表面加工痕１１ａは、レーザ光Ｌによる内部亀裂形成工程（内部加工領域形成工程）の後に形成してもよく、この場合は内部亀裂形成時にレーザ光のケラレの影響（表面加工痕１１ａができた表面の凹部斜面が照射されたレーザ光を反射することで、基板内部へ到達するレーザ光量が減少する現象）が無いため、より効率良く内部亀裂形成を行うことができる。
【００２８】
（内部亀裂形成工程）
図７（ａ）に示す加工装置５０を用いて、図１に示した内部亀裂１２を形成する。この加工装置５０は、光源５１、ビーム拡大系５１ａ、ミラー５１ｂ等を有する光源光学系と、顕微鏡対物レンズ５２ａ、ミラー５２ｂ、自動焦点機構５２ｃ、アフォーカル光学系５２ｄ等を有するレーザ光集光光学系と、Ｘステージ５３ａ、Ｙステージ５３ｂ、微動調整ステージ５３ｃ等を有する自動ステージ機構５３と、ワークＷであるシリコン基板１０のオリエンテーションフラット１０ｂ（図２参照）によるアライメントを行う図示しないアライメント光学系と、を備えている。光源５１としては、パルスＹＡＧレーザの基本波（１０６４ｎｍ）を用いる。パルス幅は１５〜１０００ｎｓ前後で、その周波数は１０〜１００ＫＨｚである。
【００２９】
図７（ｂ）は、加工装置５０において、レーザ光集光光学系の詳細を示す模式図である。
【００３０】
ＹＡＧレーザである加工用レーザ光Ｌは、ミラー５１ｂ、５２ｂで反射してレンズユニット２０３、２０４からなるアフォーカル光学系５２ｄを通過する。ミラー５１ｂ、５２ｂは、おのおの独立した動きを行う。特にミラー５２ｂは、その他の光学素子と連動して微動するものとする。
【００３１】
アフォーカル系５２ｄは、レンズユニット２０３の光軸に平行に入った光束をレンズユニット２０４からその光軸に平行に射出する。レンズユニット２０３は光軸方向に微動可能であり、そのレンズユニット２０３の動きによって、レンズユニット２０４から射出される光束は、収束する方向にも発散する方向にも、その射出角度を変えるように制御されることが可能となる。これにより、レーザ光Ｌの集光位置を制御することが可能となる。
【００３２】
レンズユニット２０４から射出された光束は補正レンズ２０５を通る。通常、対物レンズ５２ａは空気中にて物質表面を観察するための道具であり、シリコンなどの物質内部で最良の集光を行うものではない。一般的な顕微鏡対物レンズで内部集光を最良にするためには、そのための補正レンズ２０５が必要となる。補正レンズ２０５から射出された光束は、ダイクロックミラー２０６を通って対物レンズ５２ａへ至る。対物レンズ５２ａによって、レーザ光Ｌは視野の中心に集光する。
【００３３】
観察光学系は、照明用光源２１１から射出された光がレンズ２１２を介してハーフミラー２０８とダイクロックミラー２０６を通過し、対物レンズ５２ａを通って基板表面（加工面）を照明するように構成されている。照明用光源２１１の射出面と対物レンズ５２ａの入射瞳とは共役となっているため、ケーラー照明系を構成している。
【００３４】
対物レンズ５２ａと結像レンズ２０９とは、無限遠顕微鏡系を構成している。この２つのレンズの作用により、カメラ２１０が基板表面のレーザ光被照射面と共役となっている。つまり、加工用レーザ光Ｌとして用いるＹＡＧレーザ光の集光点が、カメラ２１０にて観察可能となる。このとき、注意しなくてはならないのは、観察対象物のレーザ光反射率である。このように加工用レーザ光Ｌで顕微鏡を用いた加工を行った場合、基板表面のレーザ光被照射面とカメラ２１０とが共役となるため、レーザ光被照射面の反射率によってはカメラ２１０が損傷してしまう場合がある。そのため、対物レンズ５２ａと結像レンズ２０９の間に加工用レーザ光Ｌに対するフィルターをいれる場合もある。特に、シリコンのような高屈折率部材では、反射率は３０％程度あり、損傷の可能性が高い。
【００３５】
加工用レーザ光Ｌの対物レンズ５２ａによる焦点位置とアフォーカル光学系５２ｄのレンズユニット２０３による集光点（レンズユニット２０３による入射光束に対する像）とは、共役となるように配置されている。そのため、レンズユニット２０３をその光軸方向（基板内部に内部加工領域を形成するレーザ光の光学系の光路方向）に沿って微動させることで、対物レンズ５２ａによる加工用レーザ光Ｌの集光位置を動かすことが可能である。つまり、アフォーカル光学系のパワーを変えることで、対物レンズ５２ａによる加工用レーザ光の集光位置を変えることができる構成となっている。なお、アフォーカル光学系５２ｄは、本実施例のように、レンズユニット２０３、２０４を用いた構成の他に、３つ以上のレンズユニットを用いて構成された光学系であっても構わない。
【００３６】
また、対物レンズ５２ａは自動焦点機構５２ｃにより、対物レンズ５２ａにより集光されるレーザ光Ｌのレーザ光被照射面とカメラ２１０とが共役になるようにも設定された光学系を備えている。そして、自動焦点機構５２ｃは、加工用レーザの集光点調整機構のように、アフォーカル光学系５２ｄのレンズユニット２０３を光軸方向に沿って移動させる構成とは異なり、対物レンズ５２ａ、結像レンズ２０９、カメラ２１０を結ぶ光学系全体を動かすことで、焦点の調整を行う。本実施例では、カメラ２１０からの画像信号を用いて自動焦点制御ユニット２１３で移動量を算出する。画像信号による方式は加工時間に対して長い時間がかかるので、１走査に一回の割合で走査直前に自動焦点調整動作を行う。つまり、カメラ２１０の焦点面（基板表面のレーザ光被照射面）と加工用レーザ光Ｌの集光位置（基板内部の内部加工領域形成位置）とは、異なる光学系の集光構成により設定できることになる。しかし、それぞれの光学系の集光調整は、好ましくは、対物レンズ５２ａの基板表面のレーザ光被照射面に対して自動焦点制御ユニット２１３を用いて焦点調整を行った後、レーザ光被照射面と対物レンズ５２ａとの位置関係（間隔）を維持したまま、アフォーカル光学系５２ｄのパワー変化を用いて加工用レーザ光Ｌを基板内部の内部加工領域形成予定位置に集光するための集光位置調整を行うものとする。
【００３７】
自動焦点機構５２ｃとしては、本実施例にあるようなカメラ２１０の画像を用いる方法以外にも、測距手段としてレーザ光等を用いた能動式の自動焦点機構でもかまわない。
【００３８】
レーザ光の選定は、シリコン基板の分光透過率より決定される。そのため、集光点にて強電界が形成可能でシリコン透過性がある波長域の光であれば、どれでもかまわない。
【００３９】
集光光学系の顕微鏡対物レンズ５２ａは、シリコンの屈折率を考慮し、基板表面の顕微鏡観察にも適用可能な、シリコン内部加工に最適な集光レンズを用いる。
【００４０】
内部加工を行う際の光学条件は、基板表面１１に凹状等の断面形状を有する表面加工痕１１ａが存在してもかまわないように設定される。すなわち、表面加工痕１１ａによる加工用レーザ光Ｌのエネルギー損失を考慮してパワーを上げるか、表面加工痕１１ａを避けて入射するように光束を選定する等の方策をとる。このようにして、基板表面１１から入射した光束はシリコン基板１０内を屈折して、内部の所定の深度（ａ）の集光点Ａ（図１）に集光して内部亀裂１２を生じる。
【００４１】
実験によれば、図１に示す最上端の内部亀裂１２ｃの亀裂先端は基板表面１１より１０μｍ以上離れるように、集光位置や酸化膜２の膜構成、使用するレーザ波長等に応じて加工条件を設定することが望ましい。加工中に不用意に内部亀裂１２ｃと基板表面１１との連結が生じたり、レーザ照射条件によっては基板表面１１が損傷してしまうことがあり、これを防ぐためである。
【００４２】
集光点Ａの深度（ａ）はシリコン基板１０であるワークＷあるいはレーザ光集光光学系（レーザ光による内部加工領域形成のための加工用光学系）のいずれかを光軸方向に移動させ、集光位置をずらすことで制御できる。しかしながら、本実施例では、基板表面のレーザ光の被照射面を観察する必要性から、レーザ光集光光学系にあるアフォーカル光学系５２ｄのレンズユニット２０３を光軸方向に沿って移動させる構成としている。
【００４３】
シリコン基板１０の波長１０６４ｎｍに対する屈折率をｎとし、機械的な移動量（シリコン基板１０あるいはレーザ光集光光学系のいずれかを光軸方向に移動させたときの移動量）をｄとした時、集光点Ａの光学的な移動量はｎｄである。シリコン基板１０の屈折率ｎは波長１．１〜１．５μｍで３．５近傍であり、実際に実験で測定して屈折率の値とも比較すると、ｎは３．５に近いものであった。つまり、機械的な移動量が１００μｍであると、レーザ光の集光点は表面より３５０μｍの深さの位置に形成される。
【００４４】
また、屈折率が３．５近傍であるということは反射率が大きいことを示している。一般に垂直入射での反射は（（ｎ−１）／（ｎ＋１））２であるから、シリコン基板では３０％程度となる。残りのエネルギーが内部に到達するが、シリコン基板自体による光吸収も考慮すると、集光点での最終的なエネルギーはさらに小さくなる。厚さ６２５μｍのシリコン基板にて実測したところ、２０％程度の透過率であった。
【００４５】
集光点Ａにレーザ光Ｌが集光すると、部分的にシリコン基板の材質が変化した内部加工領域が形成される。本実施例では、集光部分にあるシリコン基板の結晶状態が変化し、その結果、内部亀裂１２が形成されることになる。実験結果では集光点Ａに加わる応力による相違はあるものの、レーザ光Ｌの入射側の基板表面に近づく方向及び遠ざかる方向（基板表面に対する深さ方向）に走ることを確認し、その亀裂長さ（ｂ）は２〜１００μｍ程度であった。
【００４６】
このようにシリコン基板１０の内部の一点から内部亀裂１２を形成し、集光点Ａを割断予定線Ｃに沿いつつ基板表面に沿って相対移動させることで、割断予定線Ｃの直下の深さ方向の内部加工を行う。
【００４７】
以上、説明したように、内部加工領域を形成するレーザ光Ｌを基板内部の任意の位置に集光するためのレーザ光集光位置調整機構を備えた光学系としては、レーザ光集光位置調整機構としてのレンズユニット２０３、２０４を備えたアフォーカル光学系５２ｄと対物レンズ５２ｄとを有するものであり、更に本実施例のような構成においては、補正レンズ２０５とミラー（ダイクロックミラー）２０６とを有している。また、これに、光源５１、ビーム拡大系５１ａ、ミラー５１ｂ、５２ｂを加えてもよいが、レーザ光集光位置調整に直接関与するものではない。
【００４８】
また、基板表面を観察するための自動焦点機構を備えた光学系としては、対物レンズ５２ａ、結像レンズ２０９、カメラ２１０を結ぶ光学系全体をワークＷである基板１０に対して接近方向と離間方向とのいずれにも変位可能とする自動焦点機構５２ｃに加え、観察用照射系と、対物レンズ５２ａと結像レンズ２０９とカメラ２１０とを有するものである。なお、観察照射系としては、本実施例では、光源２１１、照明レンズ２１２、ハーフミラー２０８を有している。
【００４９】
シリコン基板１０であるワークＷは、ＸＹ方向に移動可能な自動ステージ５３に載置されることで、ＸＹ方向の位置の調整を行うことができる。一方、ワークＷの光軸方向（深さ方向、Ｚ方向）の位置調整は、ワークＷを搭載してＺ方向に自動ステージ５３を変位可能とする構成としてもよいが、本実施例では、Ｚ方向に移動可能なＺステージとしての自動焦点機構５２ｃを設けることにより、対物レンズ５２ａとワークＷとの間の間隔を可変としている。ここで、自動焦点機構５２ｃの変位により、アフォーカル光学系５２ｄと対物レンズ５２ａとを結ぶ光学系と、対物レンズ５２ａと観察像を視認するためのカメラ２１０とを結ぶ光学系と、を同時に変位する構成となっている。
【００５０】
次に、具体的なレーザ光Ｌによる基板内部の内部加工領域形成のための内部加工について説明する。
【００５１】
まず、図２に示すように、シリコン基板１０の割断予定線Ｃには、オリエンテーションフラット１０ｂを基準にして互いに直交する２方向の割断予定線Ｃ１、Ｃ２があり、加工を開始するに当り以下の点に留意する。
【００５２】
図８に示すように、ワークＷであるシリコン基板１０の端点よりレーザ加工をはじめるが、端点付近は中央部より加工し難い状態であるため、端点近傍を加工するときはレーザエネルギーをワークＷの中央部より上げる等の加工条件の変更が必要である。このとき、本実施例の構成によると、端点近傍の表面を良好な画面を介して観察しながら、レーザ光Ｌの基板内部の任意の位置への集光を行うことができる。
【００５３】
また、図９に示すように、長方形の形状の異形チップを加工する場合は、より確実に異形チップを分離するために、まずその長辺側の割断予定線Ｃ１を第一割断方向として内部亀裂１２を形成し、その次に第二割断方向として短辺側の割断予定線Ｃ２沿った内部亀裂１２を形成する。このとき、本実施例の構成によると、割断予定線Ｃ１、Ｃ２を目視で確認しながらも、基板内部の任意の深さに設定した内部加工領域にレーザ光Ｌを集光することができる。
【００５４】
上述のように、１つの集光点で形成される亀裂長さは２〜１００μｍであり、対象となるシリコン基板の厚みは６２５μｍであるので、このシリコン基板を割断するためには複数回の内部加工（内部改質）を行うことが必要となる。また、１つのポイントでの内部加工の順番は基板の表側表面から遠い側（基板の内部側）よりはじめて、表面に近づけてゆく。また、内部亀裂を形成する内部加工時には、基板表面の近傍で形成される内部亀裂が表面加工痕１１ａを有する基板表面へ到達するような加工は行わないものとする。また、集光点近くの既存の内部亀裂が、レーザ照射による熱などの影響で成長し、基板表面へ到達するような加工条件は選択しないものとする。
【００５５】
しかし、基板内部においてはその限りではなく、図１に示すように内部亀裂１２ａ〜１２ｃが深さ方向に分断されていてもよいし、あるいは連結していてもよい。また、基板表面１１に最も近い内部亀裂１２ｃは、シリコン基板の基板表面１１から１０〜１００μｍの深度で、しかも表面加工痕１１ａと連通しない位置に設けられる。
【００５６】
次に、各亀裂群の加工順序を説明する。
【００５７】
第１の方法は図１０の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、複数あるいは全ての割断予定線Ｃに対して、表面よりある深さの亀裂群、例えば実質的に同じ深度の内部亀裂１２ａの亀裂群の形成を終了した後、深さの異なる内部亀裂１２ｂの亀裂群を形成する。各深さごとの亀裂群の形成がシリコン基板１０の内部で段階的に行われるため、隣接する割断予定線Ｃによる影響を低減できる。
【００５８】
第２の方法は、図１０の（ｃ）に示すように、１つの割断予定線Ｃの直下の基板内部において、深さの異なる内部亀裂１２ａ、１２ｂ、１２ｃの亀裂群をそれぞれ形成した後、他の割断予定線Ｃの同様の亀裂群を形成する。この方法は、シリコン基板１０の平面性に対する焦点位置の補正が必要な場合、加工開始点における基板表面への自動焦点動作回数を減らすことができる。
【００５９】
また第１の方法は、図１０の（ａ）、（ｂ）に示すように、集光点を割断予定線に沿って片方向に移動させる場合と、図１０（ｃ）に示すように集光点を割断予定線に沿って往復移動させる場合がある。後者は、総動作距離が短くなるため、加工時間を短縮することができる。
【００６０】
本実施例では後者の方を選択しているが、対象物の状態（シリコン基板の平行度、うねり）などから総合的に判断して決定するものである。
【００６１】
いずれにしても、このようなレーザ加工を行う場合においては、本実施例の構成によることで、必ずしも平面ではない基板表面に対しても、いずれのＸＹ面内位置でも基板表面のレーザ光被照射面に焦点を自動的に合せた被照射面の観察を行うことができるので、割断予定線に沿ったＸＹ面内でのレーザ光照射位置移動を正確に行うことができる。同時に、被照射面に観察用の焦点を合せながらも、基板内部の任意の深さでのレーザ光Ｌの集光も行うことができるので、図１０（ａ）〜（ｄ）に示したようなμｍオーダーの細かな加工を正確に行うことができる。
【００６２】
なお、図９に示したように、２つ割断方向を有する割断予定線Ｃ１、Ｃ２ではそれらが交差する点（交差点Ｃ１２）が存在する。交差点Ｃ１２付近では第一割断方向に沿って形成された内部加工帯に第二割断方向での同じ深度の内部加工のためのレーザ光束がさえぎられてしまう。これは、第二割断方向の内部加工帯全体に発生するものではなく、局部的な現象であるが、エネルギー損失を考慮して、加工条件を交差点Ｃ１２の近傍で変更するか、第二割断方向に移行するときに加工条件を変更し、第二割断方向全体にわたって第一割断方向とは異なる加工条件で加工するのが望ましい。このような加工に対しても、本実施例の構成によることで、交差点Ｃ１２の位置を正確に視認しつつ、任意の深さの内部加工領域形成を正確に行うことができる。
【００６３】
ここで、各割断予定線Ｃごとに表面加工痕１１ａおよび複数の内部亀裂１２ａ、１２ｂ、１２ｃを形成したシリコン基板１０は、少なくとも表面加工痕１１ａと表面直下の内部亀裂１２ｃとは連結しておらず、従って、レーザ加工後のシリコン基板１０の個々のロジック素子部１０ａは割断されていない。そこで、以下のような方法によって、この状態のシリコン基板１０を素子チップに割断する。
【００６４】
（割断工程）
表面加工痕１１ａと内部亀裂１２の形成後のシリコン基板１０を、ダイシングテープＴにマウントしたまま、シリコン基板１０の裏面が上となるように、割断装置のシリコーンゴムあるいはフッ素ゴムなどの弾力性のあるゴムシート上に置き、ステンレスのローラー等でダイシングテープＴを介してシリコン基板１０を圧迫することで、シリコン基板１０の素子チップへの割断がなされる。
【００６５】
この結果、表面加工痕１１ａを起点として亀裂が発生し、亀裂は基板内部のレーザ照射による内部亀裂１２ａ、１２ｂ、１２ｃを連結することで基板裏面へ進行して、基板裏面に至り、割断予定線Ｃ１  に沿ってシリコン基板１０が割断される。この亀裂の進行はシリコン基板１０の結晶方位に沿って起こるが、割断は表面加工痕１１ａとの連結により行われるため、基板表面１１上の割断予定線Ｃ１から大きくずれることはない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】実施例の基板内部の亀裂を示す模式図である。
【図２】基板としての一例であるシリコン基板を説明する模式図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は（ａ）の一部分を拡大して示す部分拡大斜視図、（ｃ）は（ｂ）の断面を示す部分断面図である。
【図３】実施例による割断プロセスを示すフローチャートである。
【図４】テープマウント工程を説明する図である。
【図５】ウエハ補正工程を説明する図である。
【図６】表面加工痕を形成する表面線状加工を説明する図である。
【図７】内部亀裂形成工程を説明するもので、（ａ）はレーザ光を照射する加工装置を示す模式図、（ｂ）は加工装置の光学系部分を示した模式図である。
【図８】基板の端部における内部亀裂形成を説明する図である。
【図９】異形の素子チップを切り出す場合を説明する図である。
【図１０】深度の異なる亀裂群を形成するときのレーザ光の走査方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  シリコンウエハ
２  酸化膜
２ａ  溝
３  ノズル層
４  液体供給口
１０  シリコン基板
１０ａ  ロジック素子部
１１  基板表面
１１ａ  表面加工痕
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ  内部亀裂
【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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