(57)【要約】【課題】改質領域の加工深さの変化に対する自由度が高く、ウェーハの内部に改質領域を精度良く形成することが可能なレーザーダイシング装置及びダイシング方法を提供する。【解決手段】レーザーダイシング装置１０は、加工用レーザー光Ｌ１を出射するレーザー光源２１と、加工用レーザー光Ｌ１の光路と一部光路を共有するＡＦ用レーザー光Ｌ２を出射するＡＦ用光源３１と、第１及び第２レーザー光Ｌ１、Ｌ２の共有光路上に配置される集光レンズ２４と、ウェーハ表面で反射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光に基づいてフォーカス誤差信号を生成するＡＦ信号処理部４０と、フォーカス誤差信号に基づいて集光レンズ２４とウェーハ表面との距離が一定となるように集光レンズ２４をウェーハ厚み方向に移動させる制御部５０と、加工用レーザー光Ｌ１の集光点の位置を固定した状態でＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点の位置をウェーハ厚み方向に調整するフォーカスレンズ群３７と、を備える。【選択図】図４
2015186825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１レーザー光をウェーハの内部に集光させることにより前記ウェーハの内部に改質領域を形成するレーザーダイシング装置であって、
前記第１レーザー光を出射する第１レーザー光源と、
前記第１レーザー光の光路と一部光路を共有し、前記ウェーハの表面で反射させるための第２レーザー光を出射する第２レーザー光源と、
前記第１レーザー光の光路と前記第２レーザー光の光路との共有光路上に配置され、前記第１レーザー光と前記第２レーザー光とを集光する集光レンズと、
前記ウェーハの表面で反射した前記第２レーザー光の反射光に基づいて、前記第２レーザー光の集光点と前記ウェーハの表面との距離を示すフォーカス誤差信号を生成するフォーカス誤差信号生成手段と、
前記フォーカス誤差信号に基づいて、前記集光レンズと前記ウェーハの表面との距離が一定となるように前記集光レンズを前記ウェーハの厚み方向に移動させる制御手段と、
前記第１レーザー光の集光点の位置を固定した状態で前記第２レーザー光の集光点の位置を前記ウェーハの厚み方向に調整する集光点調整手段と、
を備えるレーザーダイシング装置。
【請求項２】
前記集光点調整手段は、前記第２レーザー光の光路上であって前記共有光路とは独立した位置に配置された１又は複数のレンズからなるフォーカスレンズ群を有し、前記フォーカスレンズ群の少なくとも一部のレンズが前記第２レーザー光の光路に沿って移動可能に構成される請求項１に記載のレーザーダイシング装置。
【請求項３】
前記フォーカスレンズ群は、前記ウェーハ側から順に正レンズ及び負レンズを有し、前記負レンズが前記第２レーザー光の光路に沿って移動可能に構成される請求項２に記載のレーザーダイシング装置。
【請求項４】
前記集光レンズの射出瞳と前記正レンズとの光学的距離が１２０ｍｍ以下である請求項３に記載のレーザーダイシング装置。
【請求項５】
前記正レンズの焦点距離が２０ｍｍ以上８０ｍｍ以下である請求項３又は４に記載のレーザーダイシング装置。
【請求項６】
前記正レンズの焦点距離と前記負レンズの焦点距離との差が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下である請求項３〜５のいずれか１項に記載のレーザーダイシング装置。
【請求項７】
前記集光レンズにより集光され前記ウェーハの表面に照射される前記第１レーザー光の集光像の直径が５μｍ以上５０μｍ以下である請求項３〜６のいずれか１項に記載のレーザーダイシング装置。
【請求項８】
前記フォーカス誤差信号生成手段は、ナイフエッジ法により前記フォーカス誤差信号を生成する請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザーダイシング装置。
【請求項９】
前記フォーカス誤差信号生成手段は、非点収差法により前記フォーカス誤差信号を生成する請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザーダイシング装置。
【請求項１０】
第１レーザー光をウェーハの内部に集光させることにより前記ウェーハの内部に改質領域を形成するダイシング方法であって、
前記第１レーザー光の光路と前記ウェーハの表面で反射させるための第２レーザー光の光路との共有光路上に配置された集光レンズにより前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を集光させる集光工程と、
前記ウェーハの表面で反射した前記第２レーザー光の反射光に基づいて、前記第２レーザー光の集光点と前記ウェーハの表面との距離を示すフォーカス誤差信号を生成するフォーカス誤差信号生成工程と、
前記フォーカス誤差信号に基づいて、前記集光レンズと前記ウェーハの表面との距離が一定となるように前記集光レンズを前記ウェーハの厚み方向に移動させる制御する制御工程と、
前記第１レーザー光の集光点の位置を固定した状態で前記第２レーザー光の集光点の位置を前記ウェーハの厚み方向に調整する集光点調整工程と、
を含むダイシング方法。
【請求項１１】
前記集光点調整工程は、前記第２レーザー光の光路上であって前記共有光路とは独立した位置に配置された１又は複数のレンズからなるフォーカスレンズ群の少なくとも一部のレンズを前記第２レーザー光の光路に沿って移動させることにより、前記第２レーザー光の集光点の位置を前記ウェーハの厚み方向に調整する請求項１０に記載のダイシング方法。
【請求項１２】
前記フォーカスレンズ群は、前記ウェーハ側から順に正レンズ及び負レンズを有し、
前記集光点調整工程は、前記負レンズを前記第２レーザー光の光路に沿って移動させることにより、前記第２レーザー光の集光点の位置を前記ウェーハの厚み方向に調整する請求項１１に記載のダイシング方法。
【請求項１３】
前記集光レンズの射出瞳と前記正レンズとの光学的距離が１２０ｍｍ以下である請求項１２に記載のダイシング方法。
【請求項１４】
前記正レンズの焦点距離が２０ｍｍ以上８０ｍｍ以下である請求項１２又は１３に記載のダイシング方法。
【請求項１５】
前記正レンズの焦点距離と前記負レンズの焦点距離との差が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下である請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のダイシング方法。
【請求項１６】
前記集光レンズにより集光され前記ウェーハの表面に照射される前記第１レーザー光の集光像の直径が５μｍ以上５０μｍ以下である請求項１２〜１５のいずれか１項に記載のダイシング方法。
【請求項１７】
前記フォーカス誤差信号生成工程は、ナイフエッジ法により前記フォーカス誤差信号を生成する請求項１０〜１６のいずれか１項に記載のダイシング方法。
【請求項１８】
前記フォーカス誤差信号生成工程は、非点収差法により前記フォーカス誤差信号を生成する請求項１０〜１６のいずれか１項に記載のダイシング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置や電子部品等が形成されたウェーハを個々のチップに分割するレーザーダイシング装置及びダイシング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、表面に半導体装置や電子部品等が形成されたウェーハを個々のチップに分割するには、細かなダイヤモンド砥粒で形成された厚さ３０μｍ程度の薄い砥石により、ウェーハに研削溝を入れてウェーハをカットするダイシング装置が用いられていた。
【０００３】
ダイシング装置では、薄い砥石（以下、ダイシングブレードと称する）を例えば３０，０００〜６０，０００ｒｐｍで高速回転させてウェーハを研削し、ウェーハを完全切断（フルカット）又は不完全切断（ハーフカット或いはセミフルカット）を行う。
【０００４】
しかし、このダイシングブレードによる研削加工の場合、ウェーハが高脆性材料であるため脆性モード加工となり、ウェーハの表面や裏面にチッピングが生じ、このチッピングが分割されたチップの性能を低下させる要因になっていた。特に裏面に生じたチッピングは、クラックが徐々に内部に進行するため大きな問題となっていた。
【０００５】
このような問題に対して、従来のダイシングブレードによる切断に替えて、ウェーハの内部に集光点を合わせてレーザー光を入射し、ウェーハ内部に多光子吸収による改質領域を形成して個々のチップに分割するレーザーダイシング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなレーザーダイシング装置では、ウェーハの内部に形成する改質領域をウェーハ表面から一定の深さに形成するため、オートフォーカス機構を用いてウェーハの表面の位置（高さ）を検出してレーザー光の集光点の位置を高精度に制御する必要がある。
【０００６】
例えば、特許文献１に開示された技術では、集光レンズによって、改質領域を形成するための加工用レーザー光と、ウェーハの表面の位置を検出するためのＡＦ用（測距用）レーザー光とが共有する光路上でウェーハに向けて集光される。このとき、ウェーハの表面で反射されたＡＦ用レーザー光の反射光が検出され、この検出信号に応じて加工用レーザー光の集光点の位置がウェーハの表面から一定の距離に位置するように集光レンズの位置がウェーハ厚み方向に微調整される。これにより、ウェーハの表面の変位に追従するように加工用レーザー光の集光点の位置を制御しながら、ウェーハの内部の所望の位置に改質領域を形成するリアルタイム加工を行うことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１６７９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述したような従来のレーザーダイシング装置では、開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）が高い集光レンズ（高ＮＡレンズ）が用いられるため、オートフォーカス機構の感度がきわめて高く、高精度検出の範囲が合焦位置の近傍に限られる。そのため、ウェーハの表面の変位を検出可能な測定範囲（フォーカス引き込み範囲）が極めて狭く、例えば通常数μｍの範囲でのみ測定が可能である。また、ウェーハの内部に形成される改質領域のウェーハの表面からの深さ（以下、「加工深さ」という。）を変えるために、加工用レーザー光の集光点を変更すると、それに伴ってＡＦ用レーザー光の集光点の位置も変更されるため、ウェーハの表面の変位を検出できなくなってしまう。すなわち、改質領域の加工深さの変更に対して自由度がないことが問題となっている。
【０００９】
例えば、７７５μｍの厚さを有するウェーハの表面から十数μｍから七百μｍを超える深さに改質領域を形成する場合、薄いウェーハ用のオートフォーカス機構では測定範囲を超えてしまうため、リアルタイムでの加工は不可能となる。この場合、事前に測定スキャンすることによりウェーハ表面の形状を測定して記憶し、記憶されたウェーハ表面形状データに基づきウェーハを加工していくトレース加工を実施する必要がある。
【００１０】
しかし、このような方法では実際の加工を行う前段階で測定スキャンを実施してウェーハ表面形状の測定と記憶を行うため、実際の加工に加えて測定スキャンのための時間が必要となりスループット（加工効率）の低下を招く要因となっている。
【００１１】
一方、それぞれの加工深さに対応可能なオートフォーカス機構を別々のユニットとして用意することも考えられるが、コストアップや装置の複雑化を招くため好ましくない。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、改質領域の加工深さの変化に対する自由度が高く、ウェーハの内部に改質領域を精度良く形成することが可能なレーザーダイシング装置及びダイシング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の第１態様に係るレーザーダイシング装置は、第１レーザー光をウェーハの内部に集光させることによりウェーハの内部に改質領域を形成するレーザーダイシング装置であって、第１レーザー光を出射する第１レーザー光源と、第１レーザー光の光路と一部光路を共有し、ウェーハの表面で反射させるための第２レーザー光を出射する第２レーザー光源と、第１レーザー光の光路と第２レーザー光の光路との共有光路上に配置され、第１レーザー光と第２レーザー光とを集光する集光レンズと、ウェーハの表面で反射した第２レーザー光の反射光に基づいて、第２レーザー光の集光点とウェーハの表面との距離を示すフォーカス誤差信号を生成するフォーカス誤差信号生成手段と、フォーカス誤差信号に基づいて、集光レンズとウェーハの表面との距離が一定となるように集光レンズをウェーハの厚み方向に移動させる制御手段と、第１レーザー光の集光点の位置を固定した状態で第２レーザー光の集光点の位置をウェーハの厚み方向に調整する集光点調整手段と、を備える。
【００１４】
本発明の第２態様に係るレーザーダイシング装置は、第１態様において、集光点調整手段は、第２レーザー光の光路上であって共有光路とは独立した位置に配置された１又は複数のレンズからなるフォーカスレンズ群を有し、フォーカスレンズ群の少なくとも一部のレンズが第２レーザー光の光路に沿って移動可能に構成される。
【００１５】
本発明の第３態様に係るレーザーダイシング装置は、第２態様において、フォーカスレンズ群は、ウェーハ側から順に正レンズ及び負レンズを有し、負レンズが第２レーザー光の光路に沿って移動可能に構成される。
【００１６】
本発明の第４態様に係るレーザーダイシング装置は、第３態様において、前記集光レンズの射出瞳と前記正レンズとの光学的距離が１２０ｍｍ以下である。
【００１７】
本発明の第５態様に係るレーザーダイシング装置は、第３態様又は第４態様において、前記正レンズの焦点距離が２０ｍｍ以上８０ｍｍ以下である。
【００１８】
本発明の第６態様に係るレーザーダイシング装置は、第３〜５態様のいずれかにおいて、前記正レンズの焦点距離と前記負レンズの焦点距離との差が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。
【００１９】
本発明の第７態様に係るレーザーダイシング装置は、第３〜６態様のいずれかにおいて、前記集光レンズにより集光され前記ウェーハの表面に照射される前記第１レーザー光の集光像の直径が５μｍ以上５０μｍ以下である。
【００２０】
本発明の第８態様に係るレーザーダイシング装置は、第１〜７態様のいずれかにおいて、フォーカス誤差信号生成手段は、ナイフエッジ法によりフォーカス誤差信号を生成する。
【００２１】
本発明の第９態様に係るレーザーダイシング装置は、第１〜７態様のいずれかにおいて、フォーカス誤差信号生成手段は、非点収差法によりフォーカス誤差信号を生成する。
【００２２】
本発明の第１０態様に係るダイシング方法は、第１レーザー光をウェーハの内部に集光させることによりウェーハの内部に改質領域を形成するダイシング方法であって、第１レーザー光の光路とウェーハの表面で反射させるための第２レーザー光の光路との共有光路上に配置された集光レンズにより第１レーザー光及び第２レーザー光を集光させる集光工程と、ウェーハの表面で反射した第２レーザー光の反射光に基づいて、第２レーザー光の集光点とウェーハの表面との距離を示すフォーカス誤差信号を生成するフォーカス誤差信号生成工程と、フォーカス誤差信号に基づいて、集光レンズとウェーハの表面との距離が一定となるように集光レンズをウェーハの厚み方向に移動させる制御工程と、第１レーザー光の集光点の位置を固定した状態で第２レーザー光の集光点の位置をウェーハの厚み方向に調整する集光点調整工程と、を含む。
【００２３】
本発明の第１１態様に係るダイシング方法は、第１０態様において、集光点調整工程は、第２レーザー光の光路上であって共有光路とは独立した位置に配置された１又は複数のレンズからなるフォーカスレンズ群の少なくとも一部のレンズを第２レーザー光の光路に沿って移動させることにより、第２レーザー光の集光点の位置をウェーハの厚み方向に調整する。
【００２４】
本発明の第１２態様に係るダイシング方法は、第１１態様において、フォーカスレンズ群は、ウェーハ側から順に正レンズ及び負レンズを有し、集光点調整工程は、負レンズを第２レーザー光の光路に沿って移動させることにより、第２レーザー光の集光点の位置をウェーハの厚み方向に調整する。
【００２５】
本発明の第１３態様に係るダイシング方法は、第１２態様において、前記集光レンズの射出瞳と前記正レンズとの光学的距離が１２０ｍｍ以下である。
【００２６】
本発明の第１４態様に係るダイシング方法は、第１２態様又は第１３態様において、前記正レンズの焦点距離が２０ｍｍ以上８０ｍｍ以下である。
【００２７】
本発明の第１５態様に係るダイシング方法は、第１２〜１４態様のいずれかにおいて、前記正レンズの焦点距離と前記負レンズの焦点距離との差が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。
【００２８】
本発明の第１６態様に係るダイシング方法は、第１２〜１５態様のいずれかにおいて、前記集光レンズにより集光され前記ウェーハの表面に照射される前記第１レーザー光の集光像の直径が５μｍ以上５０μｍ以下である。
【００２９】
本発明の第１７態様に係るダイシング方法は、第１０〜１６態様のいずれかにおいて、フォーカス誤差信号生成工程は、ナイフエッジ法によりフォーカス誤差信号を生成する。
【００３０】
本発明の第１８態様に係るダイシング方法は、第１０〜１６態様のいずれかにおいて、フォーカス誤差信号生成工程は、非点収差法によりフォーカス誤差信号を生成する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、第１レーザー光（加工用レーザー光）の集光点と第２レーザー光（ＡＦ用レーザー光）の集光点との相対的な距離を調整することができるので、改質領域の加工深さに応じてウェーハの表面近傍に第２レーザー光の集光点を合わせることが可能となり、ウェーハの表面の変位を安定かつ高精度に検出することができる。したがって、改質領域の加工深さの変化に対する自由度が高く、ウェーハの内部の所望の位置に改質領域を精度良く形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザーダイシング装置の概略を示した構成図
【図２】フレームにテープを介してマウントされたウェーハを示した斜視図
【図３】ウェーハ内部の集光点近傍に形成される改質領域を説明する概念図
【図４】ＡＦ装置の構成例を示した概略図
【図５】２分割フォトダイオードの受光面に形成される集光像の様子を示した図
【図６】フォーカス誤差信号の出力特性を示したグラフ
【図７】ＡＦ用レーザー光の集光点がウェーハ厚み方向に変化する様子を示した図
【図８】本実施形態のレーザーダイシング装置を用いたダイシング方法の流れを示したフローチャート
【図９】図８に示すキャリブレーション動作の詳細な流れを示したフローチャート
【図１０】キャリブレーション動作によって測定されるフォーカス誤差信号の出力特性の一例を示した図
【図１１】図８に示すリアルタイム加工動作の詳細な流れを示したフローチャート
【図１２】シミュレーションによる評価結果（加工深さ毎のフォーカス誤差信号の出力特性）を示した図
【図１３】シミュレーションによる評価結果（加工深さ毎のフォーカス誤差信号の出力特性）を示した図
【図１４】シミュレーションによる評価結果（加工深さ毎のフォーカス誤差信号の出力特性）を示した図
【図１５】シミュレーションによる評価結果（加工深さ毎のフォーカス誤差信号の出力特性）を示した図
【図１６】シミュレーションによる評価結果（加工深さ毎のフォーカス誤差信号の出力特性）を示した図
【図１７】ＡＦ装置３０の他の構成例を示した概略図
【図１８】４分割フォトダイオードの受光面を示した図
【図１９】ＡＦ装置３０の更に他の構成例を示した概略図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、添付図面に従って本発明の実施の形態について説明する。
【００３４】
図１は、本発明の一実施形態に係るレーザーダイシング装置１０の概略を示した構成図である。同図に示すように、レーザーダイシング装置１０は、ウェーハＷを移動させるステージ１２と、ウェーハＷにレーザー光を照射するレーザーヘッド２０と、レーザーダイシング装置１０の各部を制御する制御部５０とを備える。
【００３５】
ステージ１２は、ＸＹＺθ方向に移動可能に構成され、ウェーハＷを吸着保持する。ウェーハＷは、図２に示すように、一方の面に粘着材を有するダイシングシートＳが貼付され、このダイシングシートＳを介してフレームＦと一体化された状態でステージ１２に載置される。
【００３６】
レーザーヘッド２０は、ウェーハＷに対向する位置に配置されており、ウェーハＷの内部に多光子吸収による改質領域を形成するための加工用レーザー光Ｌ１をウェーハＷに対して照射する。
【００３７】
制御部５０は、ＣＰＵ、メモリ、入出力回路部等からなり、レーザーダイシング装置１０の各部の動作や加工に必要なデータの記憶等を行う。
【００３８】
レーザーダイシング装置１０はこの他に、図示しないウェーハ搬送手段、操作板、テレビモニタ、及び表示灯等から構成されている。
【００３９】
操作板には、レーザーダイシング装置１０の各部の動作を操作するスイッチ類や表示装置が取り付けられている。テレビモニタは、図示しないＣＣＤカメラで撮像したウェーハ画像の表示、又はプログラム内容や各種メッセージ等を表示する。表示灯は、レーザーダイシング装置１０の加工中、加工終了、非常停止等の稼働状況を表示する。
【００４０】
次に、レーザーヘッド２０の詳細構成について説明する。
【００４１】
図１に示すように、レーザーヘッド２０は、レーザー光源（第１レーザー光源）２１と、ダイクロイックミラー２３と、集光レンズ２４と、第１アクチュエータ２５と、ＡＦ装置３０とを備える。
【００４２】
レーザー光源２１は、ウェーハＷの内部に改質領域を形成するための加工用レーザー光（第１レーザー光）Ｌ１を出射する。例えば、レーザー光源２１は、パルス幅が１μｓ以下であって、集光点におけるピークパワー密度が１×１０8（Ｗ／ｃｍ2）以上となるレーザー光を出射する。
【００４３】
加工用レーザー光Ｌ１の第１光路上には、レーザー光源２１側から順に、ダイクロイックミラー２３と、集光レンズ２４とが配置される。ダイクロイックミラー２３は、加工用レーザー光Ｌ１を透過し、かつ後述するＡＦ装置３０から出射されるＡＦ用レーザー光（第２レーザー光）Ｌ２を反射する。なお、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の第２光路は、ダイクロイックミラー２３により加工用レーザー光Ｌ１の第１光路と一部光路を共有するように屈曲され、その共有光路上に集光レンズ２４が配置される。
【００４４】
レーザー光源２１から出射された加工用レーザー光Ｌ１は、ダイクロイックミラー２３を通過した後、集光レンズ２４によりウェーハＷの内部に集光される。加工用レーザー光Ｌ１の集光点のＺ方向位置（ウェーハ厚み方向位置）は、第１アクチュエータ２５によって集光レンズ２４をＺ方向に微小移動させることにより調節される。なお、詳細は後述するが、第１アクチュエータ２５は、集光レンズ２４とウェーハＷの表面との距離が一定となるように、制御部５０によって駆動が制御される。
【００４５】
図３は、ウェーハ内部の集光点近傍に形成される改質領域を説明する概念図である。図３（ａ）は、ウェーハＷの内部に入射された加工用レーザー光Ｌ１が集光点に改質領域Ｐを形成した状態を示し、図３（ｂ）は断続するパルス状の加工用レーザー光Ｌ１の下でウェーハＷが水平方向に移動され、不連続な改質領域Ｐ、Ｐ、…が並んで形成された状態を表している。図３（ｃ）は、ウェーハＷの内部に改質領域Ｐが多層に形成された状態を示している。
【００４６】
図３（ａ）に示すように、ウェーハＷの表面から入射した加工用レーザー光Ｌ１の集光点がウェーハＷの厚さ方向の内部に設定されていると、ウェーハＷの表面を透過した加工用レーザー光Ｌ１は、ウェーハＷの内部の集光点でエネルギーが集中し、ウェーハＷの内部の集光点近傍に多光子吸収によるクラック領域、溶融領域、屈折率変化領域等の改質領域が形成される。図３（ｂ）に示すように、断続するパルス状の加工用レーザー光Ｌ１をウェーハＷに照射して複数の改質領域Ｐ、Ｐ、…をダイシングストリートに沿って形成することで、ウェーハＷは分子間力のバランスが崩れ、改質領域Ｐ、Ｐ、…を起点として自然に割断するか、或いは僅かな外力を加えることによって割断される。
【００４７】
また、厚さの厚いウェーハＷの場合は、改質領域Ｐの層が１層では割断できないので、図３（ｃ）に示すように、ウェーハＷの厚さ方向に加工用レーザー光Ｌ１の集光点を移動し、改質領域Ｐを多層に形成させて割断する。
【００４８】
なお、図３（ｂ）、（ｃ）に示した例では、断続するパルス状の加工用レーザー光Ｌ１で不連続な改質領域Ｐ、Ｐ、…を形成した状態を示したが、加工用レーザー光Ｌ１の連続波の下で連続的な改質領域Ｐを形成するようにしてもよい。不連続の改質領域Ｐを形成した場合は、連続した改質領域Ｐを形成した場合に比べて割断され難いので、ウェーハＷの厚さや搬送中の安全等の状況によって、加工用レーザー光Ｌ１の連続波を用いるか、断続波を用いるかが適宜選択される。
【００４９】
ＡＦ装置３０は、ウェーハＷの表面の基準位置からのＺ方向（ウェーハ厚み方向）の変位を検出するためのＡＦ用レーザー光（第２レーザー光）Ｌ２を出射し、ウェーハＷの表面で反射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光を受光し、その受光した反射光に基づいて、ウェーハＷの表面の基準位置からのＺ方向の変位を検出する。
【００５０】
図４は、ＡＦ装置３０の構成例を示した概略図である。図４に示すＡＦ装置３０は、ナイフエッジ法を用いてウェーハＷの表面の基準位置からのＺ方向の変位を検出するものである。
【００５１】
ＡＦ装置３０は、ＡＦ用光源（第２レーザー光源）３１と、集光レンズ３２と、ピンホール３３と、ナイフエッジ３４と、照明系レンズ３５と、ハーフミラー３６と、フォーカスレンズ群３７と、結像レンズ３８と、ディテクタ３９と、ＡＦ信号処理部４０と、第２アクチュエータ４１と、を備える。
【００５２】
ＡＦ用光源３１は、例えばＬＤ（Laser Diode）光源やＳＬＤ（Super Luminescent Diode）光源等からなり、加工用レーザー光Ｌ１とは異なる波長であってウェーハＷの表面で反射可能な波長を有するＡＦ用レーザー光Ｌ２を出射する。
【００５３】
ＡＦ用光源３１から出射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２は、集光レンズ３２、ピンホール３３を通過した後、ナイフエッジ３４によってその一部が遮光される、そして、ナイフエッジ３４によって遮光されることなく進行した光は、照明系レンズ３５を通過した後、ハーフミラー３６で反射されて、フォーカスレンズ群３７を介して、ダイクロイックミラー２３に導かれる。このダイクロイックミラー２３により反射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２は、加工用レーザー光Ｌ１との共有光路に沿って進行し、集光レンズ２４により集光されてウェーハＷに照射される。なお、ナイフエッジ３４はピンホール３３とハーフミラー３６の間にあればよく、照明系レンズ３５の後に配置しても同様の効果を得られる。
【００５４】
ウェーハＷの表面で反射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光は、集光レンズ２４に戻って共有光路に沿って進行し、ダイクロイックミラー２３により反射される。このダイクロイックミラー２３により反射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光は、フォーカスレンズ群３７、ハーフミラー３６を順次通過する。ハーフミラー３６を通過したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光は、結像レンズ３８により集光され、ディテクタ３９上に照射され、ディテクタ３９の受光面に集光像を形成する。
【００５５】
ディテクタ３９は、２分割された受光素子（光電変換素子）を有する２分割フォトダイオードからなり、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光の集光像を分割して受光し、それぞれの光量に応じた出力信号（電気信号）をＡＦ信号処理部４０に出力する。
【００５６】
ＡＦ信号処理部４０は、ディテクタ３９の各受光素子から出力された出力信号に基づいて、ウェーハＷの表面の基準位置からのＺ方向の変位（ウェーハＷの表面とＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点とのデフォーカス距離）を示すフォーカス誤差信号を生成して制御部５０に出力する。なお、ＡＦ信号処理部４０は、本発明のフォーカス誤差信号生成手段に相当する。
【００５７】
ここで、ウェーハＷの表面の変位の検出原理について説明する。
【００５８】
図５は、ディテクタ３９を構成する２分割フォトダイオード４２の受光面に形成される集光像の様子を示した図である。なお、図５（ａ）〜（ｃ）は、図４においてウェーハＷの表面がそれぞれｈ１、ｈ２、ｈ３で示す位置にあるときに、２分割フォトダイオード４２の受光面に形成される集光像の様子を示している。
【００５９】
まず、ウェーハＷの表面がｈ２の位置にある場合、すなわち、ウェーハＷの表面とＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点とが一致している場合、図５（ｂ）に示すように、２分割フォトダイオード４２の受光面には真ん中にシャープな像（真円）が形成される。このとき、２分割フォトダイオード４２の受光素子４２Ａ、４２Ｂで受光される光量は共に等しくなり、ウェーハＷの表面は合焦位置にあることが分かる。
【００６０】
一方、ウェーハＷの表面がｈ１の位置にある場合、すなわち、ウェーハＷの表面がＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点よりも集光レンズ２４に近い位置にある場合、図５（ａ）に示すように、２分割フォトダイオード４２の受光面には、受光素子４２Ａ側に半円状の集光像が形成され、その大きさ（ぼけ量）はウェーハＷと集光レンズ２４との距離に応じて変化する。
【００６１】
また、ウェーハＷの表面がｈ３の位置にある場合、すなわち、ウェーハＷの表面がＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点よりも集光レンズ２４から遠い位置にある場合、図５（ｃ）に示すように、２分割フォトダイオード４２の受光面には、受光素子４２Ｂ側に半円状の集光像が形成され、その大きさ（ぼけ量）はウェーハＷと集光レンズ２４との距離に応じて変化する。
【００６２】
このように、２分割フォトダイオード４２の受光素子４２Ａ、４２Ｂで受光される光量は、ウェーハＷの表面の変位に応じて変化する。したがって、このような性質を利用してウェーハＷの表面の変位を検出することができる。
【００６３】
ＡＦ信号処理部４０では、２分割フォトダイオード４２の受光素子４２Ａ、４２Ｂから出力された出力信号をそれぞれＡ、Ｂとしたとき、フォーカス誤差信号Ｅを、次式（１）に従って求める。
【００６４】
Ｅ＝（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）      ・・・（１）
図６は、フォーカス誤差信号の出力特性を示したグラフであり、横軸はウェーハＷの表面の基準位置からＺ方向（ウェーハ厚み方向）の変位を示し、縦軸はフォーカス誤差信号の出力値を示している。なお、ウェーハＷの表面の基準位置（原点）にＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点が一致するように予め調整されているものとする。
【００６５】
図６に示すように、フォーカス誤差信号の出力特性は、ウェーハＷの表面の基準位置（原点）をゼロクロス点としたＳ字状の曲線となる。また、ウェーハＷの表面の位置が、図中に矢印で示した範囲、すなわち、ウェーハＷの表面の変位を検出可能な測定範囲（フォーカス引き込み範囲）内にあるとき、ウェーハＷの表面の変位とフォーカス誤差信号の出力との関係は、原点を通る単調な曲線となる。つまり、フォーカス誤差信号の出力がゼロであれば、ウェーハＷの表面がＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点と一致する合焦位置にあることが分かり、フォーカス誤差信号の出力がゼロでなければ、ウェーハＷの表面の変位方向及び変位量を知ることができる。
【００６６】
このような出力特性を有するフォーカス誤差信号は、ウェーハＷの表面の基準位置からＺ方向の変位を示すウェーハ変位情報としてＡＦ信号処理部４０で生成され、制御部５０に出力される。
【００６７】
制御部５０は、ＡＦ信号処理部４０から出力されたフォーカス誤差信号に基づいて、集光レンズ２４とウェーハＷの表面との距離が一定となるように、第１アクチュエータ２５の駆動を制御する。これにより、ウェーハＷの表面の変位に追従するように集光レンズ２４がＺ方向（ウェーハ厚み方向）に微小移動され、ウェーハＷの表面から一定の距離（深さ）に加工用レーザー光Ｌ１の集光点が位置するようになるので、ウェーハＷの内部の所望の位置に改質領域を形成することができる。なお、制御部５０は、本発明の制御手段に相当するものである。
【００６８】
ところで、本実施形態のように、加工用レーザー光Ｌ１の第１光路とＡＦ用レーザー光Ｌ２の第２光路との共有光路上に集光レンズ２４が配置される構成においては、改質領域の加工深さを変えるために集光レンズ２４とウェーハＷとの相対的な距離が変化すると、加工用レーザー光Ｌ１の集光点とともにＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点もウェーハＷに対するＺ方向位置が変化する。
【００６９】
例えば、図７（ａ）に示すように、ウェーハＷの表面から浅い位置に改質領域を形成する場合において、ウェーハＷの表面にＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点が一致していたとする。このような場合、図７（ｂ）に示すように、ウェーハＷの表面から深い位置に改質領域を形成するために、集光レンズ２４とウェーハＷとの相対的な距離を変化させると、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点がウェーハＷの表面からＺ方向（ウェーハ厚み方向）に大きくずれてしまう。そして、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点とウェーハＷの表面との距離が測定範囲（フォーカス引き込み範囲）を超えてしまうと、ウェーハＷの表面の変位を検出することができなくなってしまう。特に、集光レンズ２４は高ＮＡレンズが用いられるため、ウェーハＷの表面の変位を検出可能な測定範囲がＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点（合焦位置）の近傍に限られるため、上記問題はより顕著なものとなる。
【００７０】
そこで、本実施形態のＡＦ装置３０は、加工用レーザー光Ｌ１の集光点とは独立してＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点をＺ方向（ウェーハ厚み方向）に変化させる集光点調整手段としてフォーカスレンズ群３７を備えている。
【００７１】
フォーカスレンズ群３７は、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の第２光路上であって加工用レーザー光Ｌ１の第１光路との共有光路とは独立した位置に配置される。具体的には、ダイクロイックミラー２３とハーフミラー３６との間に配置される。
【００７２】
フォーカスレンズ群３７は、少なくとも第２光路に沿って移動可能に構成された移動レンズを含む複数のレンズからなり、本例では、被写体側（ウェーハＷ側）から順に、第２光路に沿って移動不能に設けられた固定レンズ（正レンズ）３７Ａと、第２光路に沿って移動可能に設けられた移動レンズ（負レンズ）３７Ｂとから構成される。
【００７３】
第２アクチュエータ４１は、移動レンズ３７Ｂを第２光路に沿って移動させる。移動レンズ３７Ｂが第２光路に沿って移動すると、加工用レーザー光Ｌ１の集光点のＺ方向位置は固定された状態で、移動レンズ３７Ｂの移動方向及び移動量に応じてＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点のＺ方向位置が変化する。すなわち、加工用レーザー光Ｌ１の集光点とＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点との相対的な距離が変化する。
【００７４】
制御部５０は、ＡＦ信号処理部４０から出力されるフォーカス誤差信号に基づいて、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点がウェーハＷの表面に一致するように（具体的には、フォーカス誤差信号がゼロとなるように）、第２アクチュエータ４１の駆動を制御する。
【００７５】
このように、制御部５０が、ＡＦ信号処理部４０から出力されるフォーカス誤差信号に基づいて、第２アクチュエータ４１の駆動を制御することにより、加工用レーザー光Ｌ１の集光点とは独立してＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点をウェーハＷの表面に一致させることが可能となる。
【００７６】
これにより、図７（ａ）に示した状態から図７（ｂ）に示した状態のように、改質領域の加工深さを変化させるために集光レンズ２４とウェーハＷとの相対的な距離が変化する場合においても、上記のようにフォーカスレンズ群３７の移動レンズ３７Ｂを第２光路に沿って移動させることにより、図７（ｃ）に示した状態のように、加工用レーザー光Ｌ１の集光点のＺ方向位置を固定した状態で、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点をウェーハＷの表面に一致させることが可能となる。
【００７７】
このようなフォーカスレンズ群３７の構成が好ましい理由について説明する。
【００７８】
ウェーハＷの内部に加工用レーザー光Ｌ１の集光点を合わせた内部加工の状態において、集光レンズ２４とウェーハＷとの相対的な距離が短くなると、ウェーハＷの表面に集光するＡＦ用レーザー光Ｌ２は集光レンズ２４からは発散光となる。フォーカスレンズ群３７としては負レンズ先行タイプもあるが、集光レンズ２４からの光が発散光であることを考慮すれば、本実施形態のように、正レンズ先行タイプが合理的である。正レンズ（群）及び負レンズ（群）のうちどちらを動かして集光点調整（フォーカス調整）するかについても、正レンズを動かすタイプ、負レンズを動かすタイプがあり得るが、集光点調整によって集光レンズ２４及びフォーカスレンズ群３７の合成焦点距離の変動がなるべく小さい方が好ましい。この観点から負レンズを動かすタイプが好ましい。
【００７９】
以上のような理由により、本実施形態においては、フォーカスレンズ群３７は、被写体（ウェーハＷ側）から順に、固定レンズ（正レンズ）３７Ａ、移動レンズ（負レンズ）３７Ｂとからなる構成が好ましく採用される。
【００８０】
次に、本実施形態のレーザーダイシング装置１０を用いたダイシング方法について説明する。図８は、本実施形態のレーザーダイシング装置１０を用いたダイシング方法の流れを示したフローチャートである。なお、ウェーハＷは、図３に示すように、一方の面に粘着材を有するダイシングシートＳが貼付され、このダイシングシートＳを介してフレームＦと一体化された状態でステージ１２に吸着保持されているものとする。また、ステージ１２に吸着保持されたウェーハＷは、画像処理装置を有するアライメント手段（不図示）によってアライメントが適宜行われるものとする。
【００８１】
図８に示すように、レーザーダイシング装置１０は、後述するリアルタイム加工動作に先立って、オートフォーカス誤差信号の出力特性を測定するキャリブレーション動作を実
行する（ステップＳ１０）。
【００８２】
キャリブレーション動作が完了した後、レーザーダイシング装置１０は、ウェーハＷの表面の変位に追従するように加工用レーザー光Ｌ１の集光点のＺ方向位置を調整しながらウェーハＷの内部に改質領域を形成するリアルタイム加工動作を実行する（ステップＳ１２）。
【００８３】
図９は、図８に示すキャリブレーション動作の詳細な流れを示したフローチャートである。
【００８４】
まず、制御部５０は、第２アクチュエータ４１の駆動を制御して、フォーカスレンズ群３７の移動レンズ３７Ｂを改質領域の加工深さに応じた位置に移動させる（ステップＳ２０）。なお、制御部５０のメモリ部（不図示）には、改質領域の加工深さとフォーカスレンズ群３７の移動レンズ３７Ｂの位置との対応関係が保持されている。
【００８５】
続いて、制御部５０は、ステージ１２の移動を制御して、ウェーハＷの表面の基準位置を集光レンズ２４の直下に移動させる（ステップＳ２２）。なお、ウェーハＷの表面の基準位置は、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点を一致させる位置であって、ウェーハＷの表面のＺ方向位置の変位の基準となる位置なので、ウェーハＷの表面の段差が少ない部分（平滑面）であることが望ましく、例えば、ウェーハＷの外周部を除く中央部分の所定位置を基準位置とする。
【００８６】
続いて、制御部５０は、集光点調整工程として、第２アクチュエータ４１の駆動を制御して、ＡＦ信号処理部４０から出力されるオートフォーカス誤差信号がゼロとなるように、フォーカスレンズ群３７の移動レンズ３７Ｂを第２光路に沿って移動させる（ステップＳ２４）。これにより、図７（ｂ）に示すように、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点とウェーハＷの表面の基準位置とにずれがある場合でも、図７（ｃ）に示すように、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点がウェーハＷの表面の基準位置と一致するように集光点調整が行われる。なお、制御部５０は、メモリ部（不図示）に保持されているフォーカスレンズ群３７の移動レンズ３７Ｂの位置を、集光点調整後の移動レンズ３７Ｂの位置（補正位置）に書き換える。
【００８７】
続いて、制御部５０は、第１アクチュエータ２５の駆動を制御して、集光レンズ２４をＺ方向に沿って移動可能範囲の全体にわたって移動させながらＡＦ信号処理部４０から出力されるオートフォーカス誤差信号の出力特性を測定して、その出力特性をルックアップテーブルとしてメモリ部（不図示）に保持しておく（ステップＳ２６）。
【００８８】
なお、ウェーハＷの内部に改質領域の層を複数形成する場合には、ステップＳ２０からステップＳ２６までの処理を改質領域の加工深さ毎に実行する。
【００８９】
以上の処理により、制御部５０は、図８のステップＳ１２のリアルタイム加工動作において、メモリ部（不図示）に保持されたルックアップテーブルを参照することにより、ＡＦ信号処理部４０から出力されるオートフォーカス誤差信号の出力値からウェーハＷの表面の基準位置からのＺ方向の変位（ウェーハＷの表面とＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点とのデフォーカス距離）を簡単に求めることができるので、リアルタイム加工動作における加工効率（スループット）を向上させることが可能となる。
【００９０】
図１０は、キャリブレーション動作によって測定されるフォーカス誤差信号の出力特性の一例を示した図であり、改質領域の加工深さＭを０〜８００μｍの範囲で変化させたときの出力特性を示している。
【００９１】
本実施形態では、改質領域の加工深さに応じてＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点のＺ方向位置がウェーハＷの表面の基準位置と一致するように調節されるので、図１０に示すように、各加工深さに対応するフォーカス誤差信号の出力特性は略揃ったものとなり、いずれもウェーハＷの表面の基準位置（原点）をゼロクロス点としたＳ字状の曲線となる。したがって、このような出力特性を有するフォーカス誤差信号を用いてリアルタイム加工動作を実行することにより、改質領域の加工深さの変更に影響されることなく、ウェーハＷの表面の変位を安定かつ高精度に検出することが可能となる。
【００９２】
図１１は、図８に示すリアルタイム加工動作の詳細な流れを示したフローチャートである。
【００９３】
まず、制御部５０は、図９のステップＳ２０と同様に、第２アクチュエータ４１の駆動を制御して、フォーカスレンズ群３７の移動レンズ３７Ｂを改質領域の加工深さに応じた位置に移動させる（ステップＳ３０）。このとき、制御部５０は、メモリ部（不図示）に保持されている移動レンズ３７Ｂの位置（補正位置）に移動させる。これにより、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点がウェーハＷの表面の基準位置と一致し、ＡＦ装置３０は、ウェーハＷの表面の基準位置を基準としたＺ方向の変位を検出することが可能となる。
【００９４】
続いて、制御部５０は、ステージ１２の移動を制御して、ステージ１２に吸着保持されたウェーハＷを所定の加工開始位置に移動させる（ステップＳ３２）。
【００９５】
続いて、制御部５０は、レーザー光源２１をＯＮとした後、ウェーハＷを水平方向（ＸＹ方向）に移動させながら、レーザー光源２１から出射された加工用レーザー光Ｌ１により、ダイシングストリートに沿ってウェーハＷの内部に改質領域を形成する（ステップＳ３４）。
【００９６】
このとき、制御部５０は、レーザー光源２１をＯＮにするタイミングと略同時、或いはそれよりも先のタイミングで、ＡＦ用光源３１をＯＮとする。これにより、集光工程として、加工用レーザー光Ｌ１とＡＦ用レーザー光Ｌ２が集光レンズ２４によりウェーハＷに向かって集光される。ＡＦ用光源３１から出射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２はウェーハＷの表面で反射され、その反射光はディテクタ３９の受光面に集光像を形成する。ＡＦ信号処理部４０は、フォーカス誤差信号生成工程として、ディテクタ３９から出力された出力信号（電気信号）に基づいて、ウェーハＷの表面の基準位置からのＺ方向の変位を示すフォーカス誤差信号を生成して制御部５０に出力する。
【００９７】
そして、制御部５０は、制御工程として、ＡＦ信号処理部４０から出力されるフォーカス誤差信号に基づいて、第１アクチュエータ２５の駆動を制御することによって、加工用レーザー光Ｌ１の集光点のＺ方向位置を調整しながら、ウェーハＷの内部に改質領域を形成する。
【００９８】
続いて、制御部５０は、ウェーハＷの全てのダイシングストリートに対して改質領域の形成が終了しているか否かを判断する（ステップＳ３６）。全てのダイシングストリートに対して改質領域の形成が終了していない場合（Ｎｏの場合）、次のダイシングストリートに移動し（ステップＳ３８）、そのダイシングストリートについてステップＳ３４からステップＳ３６までの処理を繰り返す。一方、全てのダイシングストリートに対して改質領域の形成が終了した場合（Ｙｅｓの場合）、次のステップＳ４０に進む。
【００９９】
続いて、制御部５０は、全ての加工深さについて改質領域の形成が終了しているか否かを判断する（ステップＳ４０）。全ての加工深さについて改質領域の形成が終了していない場合には、次の加工深さに移動し（ステップＳ４２）、ステップＳ３０からステップＳ３６までの処理を繰り返す。一方、全ての加工深さについて改質領域の形成が終了した場合には、リアルタイム加工動作を終了する。
【０１００】
このようにして、ウェーハの内部の所望の位置に改質領域を形成することにより、改質領域を起点としてウェーハＷを複数のチップに分割することが可能となる。
【０１０１】
以上のとおり、本実施形態によれば、加工用レーザー光Ｌ１の集光点とは独立してＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点のＺ方向位置（ウェーハ厚み方向位置）を調整可能な集光点調整手段としてフォーカスレンズ群３７を備えたので、加工用レーザー光Ｌ１の集光点とＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点との相対的な距離を調整することができる。これにより、改質領域の加工深さに応じてウェーハＷの表面近傍にＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点を合わせることが可能となり、ウェーハＷの表面の変位を安定かつ高精度に検出することができる。したがって、改質領域の加工深さの変化に対する自由度が高く、ウェーハの内部の所望の位置に改質領域を精度良く形成することが可能となる。
【０１０２】
ところで、本発明者が鋭意検討したところによれば、集光レンズ２４とフォーカスレンズ群３７との光学的距離とフォーカス引き込み範囲、フォーカス感度には相関があり、良好な結果を得るためには、この光学的距離Ｄをある範囲に保つことが必要であることを見出した。具体的には、集光レンズ２４の射出瞳とフォーカスレンズ群３７の固定レンズ（正レンズ）３７Ａとの光学的距離Ｄが長すぎると加工深さ毎のフォーカス誤差信号の出力特性のばらつきが大きくなることから、光学的距離Ｄは１２０ｍｍ以下であることが好ましい。
【０１０３】
ここで、上述した本実施形態のレーザーダイシング装置１０と実質的に等価なモデルを用いてシミュレーションを行い、光学的距離Ｄを変化させたときの加工深さ毎のフォーカス誤差信号の出力特性（ＡＦ特性）の変化について評価した結果について図１２及び図１３を参照して説明する。
【０１０４】
図１２及び図１３は、光学的距離Ｄをそれぞれ所定値に設定したときの加工深さ毎のフォーカス誤差信号の出力特性を示したものである。なお、Ｄの単位はｍｍとする（以下、同様とする）。
【０１０５】
図１２はＤ＝３０とした場合であり、図１３はＤ＝９０とした場合である。これらの図に示すように、光学的距離Ｄが長くなるにつれて、フォーカス引き込み範囲は広くなるものの、フォーカス誤差信号の出力特性のカーブの傾き（合焦位置（すなわち、変位＝０）を中心とした比例関係にある略直線部分の傾き）が緩やかのものとなり、フォーカス感度が低下する傾向にある。また、加工深さ毎のフォーカス誤差信号の出力特性のばらつきが大きくなる。
【０１０６】
したがって、集光レンズ２４の射出瞳とフォーカスレンズ群３７の固定レンズ３７Ａとの光学的距離Ｄは１２０ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、フォーカス感度が高く、フォーカス引き込み範囲が広く、加工深さによらず安定したＡＦ特性を得ることが可能となる。
【０１０７】
また、本実施形態では、フォーカスレンズ群３７は、固定レンズ（正レンズ）３７Ａ及び移動レンズ（負レンズ）３７Ｂから構成されるが、その固定レンズ３７Ａの焦点距離は２０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることが好ましい。固定レンズ３７Ａの焦点距離が長すぎると移動レンズ３７Ｂの移動量が大きくなりすぎる。また、固定レンズ３７Ａの焦点距離が短すぎると加工深さ毎のフォーカス誤差信号の出力特性のばらつきが大きくなる。したがって、これらの点を考慮すると、固定レンズ３７Ａの焦点距離は上記範囲であることが好ましく、移動レンズ３７Ｂの移動量を小さくでき、かつ加工深さ毎のフォーカス誤差信号の出力特性のばらつきを小さくすることができる。
【０１０８】
また、本実施形態では、固定レンズ３７Ａの焦点距離（絶対値）と移動レンズ３７Ｂとの焦点距離（絶対値）との差が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましい。固定レンズ３７Ａと移動レンズ３７Ｂとの焦点距離の差が２ｍｍよりも小さい場合には、ウェーハＷの表面にＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点を調整する際に固定レンズ３７Ａと移動レンズ３７Ｂとの距離が短くなりすぎるため、フォーカスレンズ群３７を構成する上で困難となる。一方、この焦点距離の差が大きすぎると、移動レンズ３７Ｂの焦点距離が小さくなり、収差上の観点から望ましくない。これらの点を考慮すると、固定レンズ３７Ａの焦点距離（絶対値）と移動レンズ３７Ｂとの焦点距離（絶対値）との差を２ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましく、フォーカスレンズ群３７を容易に構成することができ、収差の発生を抑制することができる。
【０１０９】
また、本実施形態では、集光レンズ２４により集光されウェーハＷの表面に照射されるＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光像（ピンホール像）の直径（スポット径）Ｎは５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
【０１１０】
ここで、上述した本実施形態のレーザーダイシング装置１０と実質的に等価なモデルを用いてシミュレーションを行い、スポット径Ｎを変化させたときの加工深さ毎のＡＦ特性の変化について評価した結果について図１４〜図１６を参照して説明する。
【０１１１】
図１４〜図１６は、スポット径Ｎをそれぞれ所定値に設定したときの加工深さ毎のフォーカス誤差信号の出力特性を示したものである。なお、Ｎの単位はμｍとする。また、光学的距離Ｄは６０ｍｍとした。
【０１１２】
図１４は、Ｎ＝１０とした場合のフォーカス誤差信号の出力特性を示した図である。図１４に示すように、Ｎ＝１０とした場合には、合焦位置（変位＝０）付近でフォーカス誤差信号の出力特性のカーブが急激に変化し、合焦位置以外ではほぼ一定の値となっている。
【０１１３】
図１５は、Ｎ＝１００とした場合のフォーカス誤差信号の出力特性を示した図である。図１５に示すように、Ｎ＝１００とした場合には、Ｎ＝１０とした場合に比べて（図１４参照）、合焦位置付近のフォーカス誤差信号の出力特性のカーブの変化が緩やかなものとなる。このことから、フォーカス引き込み範囲を拡大するためには、スポット径Ｎを大きくすればよいことが分かる。
【０１１４】
図１６は、Ｎ＝２００とした場合のフォーカス誤差信号の出力特性を示した図である。図１６に示すように、Ｎ＝２００とした場合には、フォーカス誤差信号の出力特性のカーブの振幅が減少し、そのカーブに変曲点が発生する現象が生じる。また、改質領域の加工深さが深くなるほど、フォーカス誤差信号の出力特性のカーブの傾き（合焦位置を中心とした比例関係にある略直線部分の傾き）が緩やかなものとなり、フォーカス感度が低下する問題も生じる。
【０１１５】
これらの結果から分かるように、スポット径Ｎは５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、フォーカス感度が高く、フォーカス引き込み範囲が広く、加工深さによらず安定したＡＦ特性を得ることが可能となる。
【０１１６】
なお、本実施形態では、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光を受光する手段としてのディテクタ３９が２分割フォトダイオードで構成される例を示したが、これに限らず、光量バランスを測定できるもの（例えば、４分割フォトダイオード、２次元撮像素子等）を用いてもよい。
【０１１７】
また、本実施形態では、ウェーハＷの表面の変位を検出する方法としてナイフエッジ法を用いたが、これに限らず、例えば、非点収差法等を用いることも可能である。
【０１１８】
図１７は、ＡＦ装置３０の他の構成例を示した概略図である。なお、図１７において、図４と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【０１１９】
図１７に示すＡＦ装置３０は、非点収差法を用いてウェーハＷの表面の変位を検出するものである。ＡＦ装置３０は、図４に示したナイフエッジ３４に代えて、結像レンズ３８とディテクタ３９との間に、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光に非点収差を付与する非点収差付与手段としてシリンドリカルレンズ４３が配置される。また、ディテクタ３９は、４分割フォトダイオードによって構成される。
【０１２０】
非点収差法によるウェーハＷの表面の検出原理については公知であるため（例えば特開２００９−１５２２８８号公報参照）、ここでは詳細な説明は省略するが、簡単に説明すれば、ディテクタ３９を構成する４分割フォトダイオードの受光面上に形成されるＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光の集光像は、ウェーハＷの表面とＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点が一致している場合には真円となる。一方、ウェーハＷの表面とＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点がずれている場合には、ウェーハＷの表面の変位方向に応じて集光像が縦方向又は横方向に引き伸ばされた楕円となり、その大きさはウェーハＷの表面の変位量に依存する。したがって、この性質を利用することで、ウェーハＷの表面の変位を検出することができる。
【０１２１】
図１８は、４分割フォトダイオードの受光面を示した図である。同図に示すように、４分割フォトダイオード４４は、４つの受光素子（光電変換素子）４４Ａ〜４４Ｄを有し、各受光素子４４Ａ〜４４Ｄは、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光の集光像を分割して受光し、それぞれの光量に応じた出力信号（電気信号）をＡＦ信号処理部４０に出力する。
【０１２２】
ＡＦ信号処理部４０では、各受光素子４４Ａ〜４４Ｄからそれぞれ出力される出力信号をＡ〜Ｄとしたとき、フォーカス誤差信号Ｅを、次式（２）に従って求める。
【０１２３】
Ｅ＝[（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）]／[（Ａ＋Ｃ）＋（Ｂ＋Ｄ）]      ・・・（２）
制御部５０は、ＡＦ信号処理部４０から出力されるフォーカス誤差信号に基づいて、上述した実施形態と同様に、第１アクチュエータ２５や第２アクチュエータ４１の駆動を制御することにより、改質領域の加工深さに対する変更に影響を受けることなく、ウェーハＷの表面の変位を追従するように加工用レーザー光Ｌ１の集光点を高精度に制御することができ、ウェーハＷの内部の所望の位置に改質領域を高精度に形成することが可能となる。
【０１２４】
図１９は、ＡＦ装置３０の更に他の構成例を示した概略図である。なお、図１９において、図４と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【０１２５】
図１９に示すＡＦ装置３０は、２つのディテクタで受光された反射光の光量比を利用してウェーハＷの表面の変位を検出するものである。ＡＦ装置３０は、図４に示したナイフエッジ３４、結像レンズ３８、ディテクタ３９に代えて、ハーフミラー４５、集光レンズ４６、マスク（遮光板）４７、第１ディテクタ４８、第２ディテクタ４９を備えて構成される。
【０１２６】
ＡＦ用光源３１から出射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２は、集光レンズ３２、ピンホール３３、照明系レンズ３５を経由して、ハーフミラー３６で反射される。更に、このＡＦ用レーザー光Ｌ２は、フォーカスレンズ群３７を経由して、ダイクロイックミラー２３で反射され、加工用レーザー光Ｌ１との共有光路に沿って進行し、集光レンズ２４により集光されてウェーハＷに照射される。
【０１２７】
ウェーハＷの表面で反射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光は、集光レンズ２４により屈折され、ダイクロイックミラー２３で反射され、フォーカスレンズ群３７を経由して、ハーフミラー３６を透過する。更に、この反射光は、ハーフミラー４５によって２つの分岐経路に分岐される。一方の分岐経路に分岐された反射光は、集光レンズ４６により１００％集光され第１ディテクタ４８の受光面に結像される。そして、第１ディテクタ４８は、受光した光量に応じた出力信号（電気信号）をＡＦ信号処理部４０に出力する。他方の分岐経路に分岐された反射光は、マスク４７の孔部を通過して（受光領域が制限され）、第２ディテクタ４９の受光面に結像される。そして、第２ディテクタ４９は、受光した光量に応じた出力信号（電気信号）をＡＦ信号処理部４０に出力する。
【０１２８】
ＡＦ信号処理部４０は、第１ディテクタ４８及び第２ディテクタ４９から出力された出力信号に基づいて、ウェーハＷの表面の基準位置からのＺ方向の変位（デフォーカス距離）を示すＡＦ信号を生成して制御部５０に出力する。
【０１２９】
ここで、ウェーハＷの表面の変位の検出原理について説明する。
【０１３０】
第１ディテクタ４８に受光される反射光は、集光レンズ４６によって１００％集光されるので受光量は一定であり、第１ディテクタ４８の出力は一定となる。一方、第２ディテクタ４９に受光される反射光は、マスク４７によって受光領域が中心部分に制限されるので、集光レンズ２４からウェーハＷの表面までの距離、すなわち、ウェーハＷの表面の高さ位置（Ｚ方向位置）によって第２ディテクタ４９の受光量は変化する。そのため、第２ディテクタ４９の出力は、ＡＦ用レーザー光が照射されるウェーハＷの表面の高さ位置によって変化する。したがって、このような性質を利用することで、ウェーハＷの表面の変位を検出することができる。
【０１３１】
ＡＦ信号処理部４０では、第１ディテクタ４８及び第２ディテクタ４９から出力された出力信号をそれぞれＳ１、Ｓ２としたとき、フォーカス誤差信号Ｅを、次式（３）に従って求める。
【０１３２】
Ｅ＝Ｓ１／Ｓ２      ・・・（３）
制御部５０は、ＡＦ信号処理部４０から出力されるフォーカス誤差信号に基づいて、上述した実施形態と同様に、第１アクチュエータ２５や第２アクチュエータ４１の駆動を制御することにより、改質領域の加工深さに対する変更に影響を受けることなく、ウェーハＷの表面の変位を追従するように加工用レーザー光Ｌ１の集光点を高精度に制御することができ、ウェーハＷの内部の所望の位置に改質領域を高精度に形成することが可能となる。
【０１３３】
なお、ディテクタ３９は、４分割フォトダイオードに限らず、光量バランスを測定できるものであればよく、例えば、２次元撮像素子等を用いてもよい。
【０１３４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【０１３５】
１０…レーザーダイシング装置、１２…ステージ、２０…レーザーヘッド、２１…レーザー光源、２３…ダイクロイックミラー、２４…集光レンズ、２５…第１アクチュエータ、３０…ＡＦ装置、３１…ＡＦ用光源、３２…集光レンズ、３３…ピンホール、３４…ナイフエッジ、３５…照明系レンズ、３６…ハーフミラー、３７…フォーカスレンズ群、３７Ａ…固定レンズ、３７Ｂ…移動レンズ、３８…結像レンズ、３９…ディテクタ、４０…ＡＦ信号処理部、４１…第２アクチュエータ、４２…２分割フォトディテクタ、４３…シリンドリカルレンズ、４４…４分割フォトダイオード、４５…ハーフミラー、４６…集光レンズ、４７…マスク、４８…第１ディテクタ、４９…第２ディテクタ、５０…制御部、Ｌ１…加工用レーザー光、Ｌ２…ＡＦ用レーザー光
【図１】
2015186825.tif 000003
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年3月20日(2015.3.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１レーザー光をウェーハの内部に集光させることにより前記ウェーハの内部に改質領域を形成するレーザーダイシング装置であって、
前記第１レーザー光を出射する第１レーザー光源と、
前記第１レーザー光の光路と一部光路を共有し、前記ウェーハの表面で反射させるための第２レーザー光を出射する第２レーザー光源と、
前記第１レーザー光の光路と前記第２レーザー光の光路との第１共有光路上に配置され、前記第１レーザー光と前記第２レーザー光とを集光する集光レンズと、
前記第２レーザー光の光路に配置され、前記ウェーハの表面で反射した前記第２レーザー光の反射光を前記第２レーザー光の光路から分岐光路に分岐させる光分岐手段と、
前記第２レーザー光源と前記光分岐手段との間に配置されるピンホールと、
前記光分岐手段により前記分岐光路に分岐した前記第２レーザー光の反射光を受光する光検出器を有し、前記光検出器で受光した前記第２レーザー光の反射光に基づいて、前記第２レーザー光の集光点と前記ウェーハの表面との距離を示すフォーカス誤差信号を生成するフォーカス誤差信号生成手段と、
前記フォーカス誤差信号に基づいて、前記集光レンズと前記ウェーハの表面との距離が一定となるように前記集光レンズを前記ウェーハの厚み方向に移動させる制御手段と、
前記第１レーザー光の集光点の位置を固定した状態で前記第２レーザー光の集光点の位置を前記ウェーハの厚み方向に調整する集光点調整手段と、
を備え、
前記集光点調整手段は、前記第２レーザー光の光路上であって前記第１共有光路とは独立した位置であり、かつ前記第２レーザー光と前記第２レーザー光の反射光との第２共有光路上に配置される、
レーザーダイシング装置。
【請求項２】
前記集光点調整手段は、１又は複数のレンズからなるフォーカスレンズ群を有し、前記フォーカスレンズ群の少なくとも一部のレンズが前記第２レーザー光の光路に沿って移動可能に構成される請求項１に記載のレーザーダイシング装置。
【請求項３】
前記フォーカスレンズ群は、前記ウェーハ側から順に正レンズ及び負レンズを有し、前記負レンズが前記第２レーザー光の光路に沿って移動可能に構成される請求項２に記載のレーザーダイシング装置。
【請求項４】
前記集光レンズの射出瞳と前記正レンズとの光学的距離が１２０ｍｍ以下である請求項３に記載のレーザーダイシング装置。
【請求項５】
前記正レンズの焦点距離が２０ｍｍ以上８０ｍｍ以下である請求項３又は４に記載のレーザーダイシング装置。
【請求項６】
前記正レンズの焦点距離と前記負レンズの焦点距離との差が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下である請求項３〜５のいずれか１項に記載のレーザーダイシング装置。
【請求項７】
前記集光レンズにより集光され前記ウェーハの表面に照射される前記第１レーザー光の集光像の直径が５μｍ以上５０μｍ以下である請求項３〜６のいずれか１項に記載のレーザーダイシング装置。
【請求項８】
前記フォーカス誤差信号生成手段は、ナイフエッジ法により前記フォーカス誤差信号を生成する請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザーダイシング装置。
【請求項９】
前記フォーカス誤差信号生成手段は、非点収差法により前記フォーカス誤差信号を生成する請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザーダイシング装置。
【請求項１０】
第１レーザー光をウェーハの内部に集光させることにより前記ウェーハの内部に改質領域を形成するダイシング方法であって、
第１光源から前記第１レーザー光を出射するとともに、第２光源から前記ウェーハの表面で反射させるための第２レーザー光を出射するレーザー光出射工程と、
前記第１レーザー光の光路と前記第２レーザー光の光路との第１共有光路上に配置された集光レンズにより前記第１レーザー光及び前記第２レーザー光を集光させる集光工程と、
前記第２レーザー光の光路に配置された光分岐手段により、前記ウェーハの表面で反射した前記第２レーザー光の反射光を前記第２レーザー光の光路から分岐光路に分岐させる光分岐工程と、
前記光分岐工程により前記分岐光路に分岐した前記第２レーザー光の反射光を光検出器で受光し、前記光検出器で受光した前記第２レーザー光の反射光に基づいて、前記第２レーザー光の集光点と前記ウェーハの表面との距離を示すフォーカス誤差信号を生成するフォーカス誤差信号生成工程と、
前記フォーカス誤差信号に基づいて、前記集光レンズと前記ウェーハの表面との距離が一定となるように前記集光レンズを前記ウェーハの厚み方向に移動させる制御工程と、
前記第２レーザー光の光路上であって前記第１共有光路とは独立した位置であり、かつ前記第２レーザー光と前記第２レーザー光の反射光との第２共有光路上に配置される集光点調整手段を用いて、前記第１レーザー光の集光点の位置を固定した状態で前記第２レーザー光の集光点の位置を前記ウェーハの厚み方向に調整する集光点調整工程と、
を含み、
前記第２レーザー光源と前記光分岐手段との間にはピンホールが配置される、
ダイシング方法。
【請求項１１】
前記集光点調整手段は、１又は複数のレンズからなるフォーカスレンズ群の少なくとも一部のレンズを前記第２レーザー光の光路に沿って移動させることにより、前記第２レーザー光の集光点の位置を前記ウェーハの厚み方向に調整する請求項１０に記載のダイシング方法。
【請求項１２】
前記フォーカスレンズ群は、前記ウェーハ側から順に正レンズ及び負レンズを有し、
前記集光点調整工程は、前記負レンズを前記第２レーザー光の光路に沿って移動させることにより、前記第２レーザー光の集光点の位置を前記ウェーハの厚み方向に調整する請求項１１に記載のダイシング方法。
【請求項１３】
前記集光レンズの射出瞳と前記正レンズとの光学的距離が１２０ｍｍ以下である請求項１２に記載のダイシング方法。
【請求項１４】
前記正レンズの焦点距離が２０ｍｍ以上８０ｍｍ以下である請求項１２又は１３に記載のダイシング方法。
【請求項１５】
前記正レンズの焦点距離と前記負レンズの焦点距離との差が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下である請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のダイシング方法。
【請求項１６】
前記集光レンズにより集光され前記ウェーハの表面に照射される前記第１レーザー光の集光像の直径が５μｍ以上５０μｍ以下である請求項１２〜１５のいずれか１項に記載のダイシング方法。
【請求項１７】
前記フォーカス誤差信号生成工程は、ナイフエッジ法により前記フォーカス誤差信号を生成する請求項１０〜１６のいずれか１項に記載のダイシング方法。
【請求項１８】
前記フォーカス誤差信号生成工程は、非点収差法により前記フォーカス誤差信号を生成する請求項１０〜１６のいずれか１項に記載のダイシング方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の第１態様に係るレーザーダイシング装置は、第１レーザー光をウェーハの内部に集光させることによりウェーハの内部に改質領域を形成するレーザーダイシング装置であって、第１レーザー光を出射する第１レーザー光源と、第１レーザー光の光路と一部光路を共有し、ウェーハの表面で反射させるための第２レーザー光を出射する第２レーザー光源と、第１レーザー光の光路と第２レーザー光の光路との第１共有光路上に配置され、第１レーザー光と第２レーザー光とを集光する集光レンズと、第２レーザー光の光路に配置され、ウェーハの表面で反射した第２レーザー光の反射光を第２レーザー光の光路から分岐光路に分岐させる光分岐手段と、第２レーザー光源と光分岐手段との間に配置されるピンホールと、光分岐手段により分岐光路に分岐した第２レーザー光の反射光を受光する光検出器を有し、光検出器で受光した第２レーザー光の反射光に基づいて、第２レーザー光の集光点とウェーハの表面との距離を示すフォーカス誤差信号を生成するフォーカス誤差信号生成手段と、フォーカス誤差信号に基づいて、集光レンズとウェーハの表面との距離が一定となるように集光レンズをウェーハの厚み方向に移動させる制御手段と、第１レーザー光の集光点の位置を固定した状態で第２レーザー光の集光点の位置をウェーハの厚み方向に調整する集光点調整手段と、を備え、集光点調整手段は、第２レーザー光の光路上であって第１共有光路とは独立した位置であり、かつ第２レーザー光と第２レーザー光の反射光との第２共有光路上に配置される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明の第２態様に係るレーザーダイシング装置は、第１態様において、集光点調整手段は、１又は複数のレンズからなるフォーカスレンズ群を有し、フォーカスレンズ群の少なくとも一部のレンズが第２レーザー光の光路に沿って移動可能に構成される。 
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
本発明の第１０態様に係るダイシング方法は、第１レーザー光をウェーハの内部に集光させることによりウェーハの内部に改質領域を形成するダイシング方法であって、第１光源から第１レーザー光を出射するとともに、第２光源からウェーハの表面で反射させるための第２レーザー光を出射するレーザー光出射工程と、第１レーザー光の光路と第２レーザー光の光路との第１共有光路上に配置された集光レンズにより第１レーザー光及び第２レーザー光を集光させる集光工程と、第２レーザー光の光路に配置された光分岐手段により、ウェーハの表面で反射した第２レーザー光の反射光を第２レーザー光の光路から分岐光路に分岐させる光分岐工程と、光分岐工程により分岐光路に分岐した第２レーザー光の反射光を光検出器で受光し、光検出器で受光した第２レーザー光の反射光に基づいて、第２レーザー光の集光点とウェーハの表面との距離を示すフォーカス誤差信号を生成するフォーカス誤差信号生成工程と、フォーカス誤差信号に基づいて、集光レンズとウェーハの表面との距離が一定となるように集光レンズをウェーハの厚み方向に移動させる制御工程と、第２レーザー光の光路上であって第１共有光路とは独立した位置であり、かつ第２レーザー光と第２レーザー光の反射光との第２共有光路上に配置される集光点調整手段を用いて、第１レーザー光の集光点の位置を固定した状態で第２レーザー光の集光点の位置をウェーハの厚み方向に調整する集光点調整工程と、を含み、第２レーザー光源と光分岐手段との間にはピンホールが配置される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本発明の第１１態様に係るダイシング方法は、第１０態様において、集光点調整手段は、１又は複数のレンズからなるフォーカスレンズ群の少なくとも一部のレンズを第２レーザー光の光路に沿って移動させることにより、第２レーザー光の集光点の位置をウェーハの厚み方向に調整する。