JP2019147191A - レーザー加工領域の確認装置及び確認方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物の内部に形成されたレーザー加工領域の形成位置や加工ダメージを非破壊で確認できるレーザー加工装置の確認装置及び確認方法を提供する。
【解決手段】被加工物を透過する波長域の照明光を出力する照明光源４２と、照明光を被加工物に集光するとともに集光点からの反射光を受光する観察用対物レンズ４６と、観察用対物レンズ４６の集光点を被加工物の深さ方向に変更するアクチュエータ４８と、観察用対物レンズ４６で受光された反射光を撮像し、アクチュエータ４８によって変更された集光点毎に複数の撮像画像を取得する赤外線カメラ５０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面に複数のデバイスが形成されたウェーハの内部に集光点を合わせてレーザー光を照射することにより、ウェーハの切断予定ラインに沿ってウェーハの内部に改質領域を形成するレーザー加工装置及びレーザー加工方法に関するものである。

従来、表面に複数のデバイス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。

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。

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。

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照射することにより、ウェーハ内部に多光子吸収による改質領域（改質層）を形成して個々のチップに分割する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００９−３４７２３号公報 特開２０１０−５８１２８号公報

しかしながら、上述したような技術では、ウェーハの内部にレーザー光を集光させて改質領域を形成する際、ウェーハの内部に形成された改質領域の形成位置（特にウェーハ深さ方向位置）を確認ないし測定するためには、ウェーハを切断予定ラインで分断した後、分断されたウェーハの断面を顕微鏡で観察する方法しかなかった。このため、製品ウェーハでの検証は困難で、検証用にウェーハを別途容易する必要があった。また、加工ダメージについては、裏面に錫や金などを蒸着したウェーハを用いて加工を行った後、そのウェーハを別の顕微鏡にて観察しなければならず、例えばロット途中でのトラブルを検出することができなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ウェーハの内部に形成される改質領域の形成位置や加工ダメージを非破壊で確認、測定できるレーザー加工装置及びレーザー加工方法を提供することを目的とする。

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加工装置は、ウェーハの内部に集光点を合わせてレーザー光を照射することにより、ウェーハの切断予定ラインに沿ってウェーハの内部に改質領域を形成するレーザー加工装置であって、ウェーハを透過する波長域の照明光を出力する照明光源と、照明光をウェーハに集光するとともに集光点からの反射光を受光する対物レンズと、対物レンズの集光点をウェーハ深さ方向に変更する集光点変更手段と、対物レンズで受光された反射光を撮像し、集光点変更手段によって変更された集光点毎に複数の撮像画像を取得する撮像手段と、を備える。

本発明の第２態様に係るレーザー加工装置は、第１態様において、集光点変更手段は、対物レンズを光軸方向に移動させることで対物レンズの集光点をウェーハ深さ方向に変更する対物レンズ移動手段を有する。

本発明の第３態様に係るレーザー加工装置は、第１態様又は第２態様において、集光点変更手段は、撮像手段と対物レンズとの間の光路上に配設されたチューナブルレンズと、チューナブルレンズの曲率を変更することで対物レンズの集光点をウェーハ深さ方向に変更するチューナブルレンズ曲率変更手段と、を有する。

本発明の第４態様に係るレーザー加工装置は、第１態様〜第３態様のいずれかにおいて、レーザー光をウェーハの内部に集光する集光レンズと、ウェーハをレーザー光に対して相対的に移動させる移動手段と、を備え、対物レンズの集光点は、集光レンズの集光点に対してウェーハの移動方向下流側に配置される。

本発明の第５態様に係るレーザー加工装置は、第１態様〜第４態様のいずれかにおいて、レーザー光を変調する空間光変調器と、ウェーハの内部においてレーザー光照射面からの深さが互いに異なり、かつウェーハの移動方向に互いに離れた複数の位置にレーザー光が同時に集光されるように空間光変調器を制御する制御部と、空間光変調器とは別に構成され、ウェーハの内部においてレーザー光の集光点を合わせる複数の位置でレーザー光の収差が所定の収差以下となるように補正する収差補正手段と、を備える。

本発明の第６態様に係るレーザー加工装置は、第５態様において、制御部は、ウェーハ深さ方向における第１の位置にレーザー光が集光されるとともに、第１の位置とはウェーハ深さ方向に異なる第２の位置にレーザー光が集光されるように空間光変調器を制御する。

本発明の第７態様に係るレーザー加工方法は、ウェーハの内部に集光点を合わせてレーザー光を照射することにより、ウェーハの切断予定ラインに沿ってウェーハの内部に改質領域を形成するレーザー加工方法であって、ウェーハを透過する波長域の照明光をウェーハに対物レンズで集光するとともに集光点からの反射光を対物レンズで受光する受光工程と、対物レンズの集光点をウェーハ深さ方向に変更する集光点変更工程と、対物レンズで受光された反射光を撮像手段で撮像し、集光点変更工程で変更された集光点毎に複数の撮像画像を取得する撮像工程と、を含む。

本発明の第８態様に係るレーザー加工方法は、第７態様において、集光点変更工程は、対物レンズを光軸方向に移動させることで対物レンズの集光点をウェーハ深さ方向に変更する工程を含む。

本発明の第９態様に係るレーザー加工方法は、第７態様又は第８態様において、集光点変更工程は、撮像手段と対物レンズとの間の光路上に配設されたチューナブルレンズの曲率を変更することで対物レンズの集光点をウェーハ深さ方向に変更する工程を含む。

本発明の第１０態様に係るレーザー加工方法は、第７態様〜第９態様のいずれかにおいて、レーザー光によってウェーハの内部に改質領域を形成しながら、集光点変更工程により対物レンズの集光点をウェーハ深さ方向に変更しつつ、撮像工程により集光点変更工程
で変更された集光点毎に複数の撮像画像を取得する。

本発明の第１１態様に係るレーザー加工方法は、第７態様〜第１０態様のいずれかにおいて、レーザー光を空間光変調器で変調する変調工程と、空間光変調器で変調されたレーザー光をウェーハの内部に集光する集光工程と、ウェーハをレーザー光に対して相対的に移動させる移動工程と、ウェーハの内部においてレーザー光照射面からの深さが互いに異なり、かつウェーハの移動方向に互いに離れた複数の位置にレーザー光が同時に集光されるように空間光変調器を制御する制御工程と、空間光変調器とは別に構成され、ウェーハの内部においてレーザー光の集光点を合わせる複数の位置でレーザー光の収差が所定の収差以下となるように補正する収差補正工程と、を含む。

本発明の第１２態様に係るレーザー加工方法は、第１１態様において、制御工程は、ウェーハ深さ方向における第１の位置にレーザー光が集光されるとともに、第１の位置とはウェーハ深さ方向に異なる第２の位置にレーザー光が集光されるように空間光変調器を制御する。

本発明によれば、ウェーハの内部に形成される改質領域の形成位置や加工ダメージを非破壊で確認、測定できる。

本発明の第１の実施形態に係るレーザー加工装置の概略を示した構成図 ウェーハの内部に改質領域が形成される様子を示した概念図 ウェーハ内部に形成された改質領域から亀裂がウェーハ深さ方向に伸展する様子を概念図 赤外線カメラで取得される複数の撮像画像を示した概略図 上側改質層及び下側改質層を含む撮像画像の一例を示した図 収差補正量と総亀裂長さの関係を示したグラフ 収差補正量と亀裂下端長さの関係を示したグラフ ウェーハの内部に改質領域が形成される様子を示した概念図であり、レーザー光が集光される２つの位置（集光位置）の他の形態を説明するための図 本発明の第２の実施形態に係るレーザー加工装置の概略を示した構成図 本発明の第３の実施形態に係るレーザー加工装置の概略を示した構成図

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について詳説する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーザー加工装置の概略を示した構成図である。図１に示すように、本実施形態のレーザー加工装置１は、主として、ウェーハ移動部１１、レーザーヘッド２０、制御部６０等から構成されている。

ウェーハ移動部１１は、ウェーハＷを吸着保持する吸着ステージ１３と、レーザー加工装置１の本体ベース１６に設けられ、吸着ステージ１３をＸＹＺθ方向に精密に移動させるＸＹＺθテーブル１２等からなる。このウェーハ移動部１１によって、ウェーハＷが図のＸＹＺθ方向に精密に移動される。なお、ウェーハ移動部１１は、移動手段の一例である。

ウェーハＷは、デバイスが形成された表面に粘着材を有するバックグラインドテープ（以下、ＢＧテープ）が貼付され、裏面が上向きとなるように吸着ステージ１３に載置される。ウェーハＷの厚さは、特に制限はないが、典型的には７００μｍ以上、より典型的には７００〜８００μｍである。

なお、ウェーハＷは、一方の面に粘着材を有するダイシングシートが貼付され、このダイシングシートを介してフレームと一体化された状態で吸着ステージ１３に載置されるようにしてもよい。

レーザーヘッド２０は、ウェーハＷに加工用のレーザー光Ｌを照射するための加工光学系と、ウェーハＷの内部に形成された改質領域の形成位置や加工ダメージを確認ないし測定するための観察光学系とを備えている。

レーザーヘッド２０の加工光学系は、レーザー光源２２、空間光変調器２８、集光レンズ３８等を備えている。

レーザー光源２２は、制御部６０の制御に従って、ウェーハＷの内部に改質領域を形成するための加工用のレーザー光Ｌを出力する。レーザー光Ｌの条件としては、例えば、光源が半導体レーザー励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、波長が波長：１．１μｍ、レーザー光スポット断面積が３．１４×１０^−８ｃｍ^２、発振形態がＱスイッチパルス、繰り返し周波数が８０〜１２０ｋＨｚ、パルス幅が１８０〜３８０ｎｓ、出力が８Ｗである。

空間光変調器２８は、位相変調型のものであり、レーザー光源２２から出力されたレーザー光Ｌを入力し、２次元配列された複数の画素それぞれにおいてレーザー光Ｌの位相を変調する所定のホログラムパターンを呈示して、その位相変調後のレーザー光Ｌを出力する。このホログラムパターンは、集光位置の異なる複数のフレネルレンズパターンを重ね合せたものである。これにより、詳細を後述するように、ウェーハＷの内部においてレーザー光照射面（ウェーハＷの裏面）からの深さが互いに異なり、かつ図１のＸ方向に平行なウェーハ移動方向（加工送り方向）Ｍに互いに離れた２つの位置にレーザー光Ｌが集光レンズ３８により同時に集光される。

空間光変調器２８としては、例えば、反射型液晶（LCOS：Liquid Crystal on Silicon
）の空間光変調器（SLM：Spatial Light Modulator）が用いられる。空間光変調器２８の動作、及び空間光変調器２８で呈示されるホログラムパターンは、制御部６０によって制御される。なお、空間光変調器２８の具体的な構成や空間光変調器２８で呈示されるホログラムパターンについては既に公知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

集光レンズ３８は、レーザー光ＬをウェーハＷの内部に集光させる対物レンズ（赤外対物レンズ）である。集光レンズ３８の開口数（ＮＡ）は０．６〜０．８（例えば０．６５）のものが用いられる。

集光レンズ３８は、ウェーハＷの内部において生じるレーザー光Ｌの収差を補正するために補正環付き対物レンズで構成される。この集光レンズ３８に設けられる補正環（不図示）は手動で回転自在に構成されており、補正環を所定方向に回転させると、集光レンズ３８を構成しているレンズ群の間隔が変更され、ウェーハＷのレーザー光照射面（裏面）から所定の深さの位置でレーザー光Ｌの収差が所定の収差以下となるように収差を補正することができる。なお、集光レンズ３８の補正環は、収差補正手段の一例である。

なお、集光レンズ３８の補正環は、図示しない補正環駆動部によって電動で回転されるように構成されていてもよい。この場合、制御部６０は、補正環駆動部の動作を制御して、補正環を回転させることによってレーザー光Ｌの収差が所望の状態となるように補正を行う。

レーザーヘッド２０の加工光学系は、上記構成の他、ビームエキスパンダ２４、λ／２波長板２６、縮小光学系３６等を備えている。

ビームエキスパンダ２４は、レーザー光源２２から出力されたレーザー光Ｌを空間光変調器２８のために適切なビーム径に拡大する。λ／２波長板２６は、空間光変調器２８へのレーザー光入射偏光面を調整する。縮小光学系３６は、第１のレンズ３６ａ及び第２のレンズ３６ｂからなるアフォーカル光学系（両側テレセントリックな光学系）であり、空間光変調器２８で変調されたレーザー光Ｌを集光レンズ３８に縮小投影する。

レーザーヘッド２０の観察光学系は、照明光源４２、ハーフミラー４４、観察用対物レンズ４６、アクチュエータ４８、赤外線カメラ５０等を備えている。

照明光源４２は、例えばＬＤ（Laser Diode）光源やＳＬＤ（Super Luminescent Diode）光源等からなり、ウェーハＷを透過する波長域（赤外域）の照明光（赤外光）を出力する。

照明光源４２から出力された照明光は、その光路上に配置されるハーフミラー４４を透過し、観察用対物レンズ４６を経由してウェーハＷに照射される。観察用対物レンズ４６の開口数（ＮＡ）は０．５〜０．９（好ましくは０．６〜０．８）のものが用いられる。また、観察用対物レンズ４６による集光点のＺ方向位置（ウェーハ深さ方向位置）は、アクチュエータ４８によって観察用対物レンズ４６をＺ方向（観察用対物レンズ４６の光軸方向）に移動させることにより調節される。アクチュエータ４８は、対物レンズ移動手段の一例である。

ウェーハＷで反射した反射光（すなわち、観察用対物レンズ４６による集光点からの反射光）は、観察用対物レンズ４６で受光される。さらに、観察用対物レンズ４６で受光された反射光は、ハーフミラー４４で反射され、赤外線カメラ５０に入射する。

赤外線カメラ５０は、撮像手段の一例であり、ウェーハＷのレーザー光入射面（裏面）側からウェーハＷを撮像するものである。赤外線カメラ５０は、赤外光の波長域に対して感度を有する撮像素子（不図示）を備えている。したがって、アクチュエータ４８によって観察用対物レンズ４６をＺ方向（観察用対物レンズ４６の光軸方向）に移動させてウェーハＷの内部に観察用対物レンズ４６による集光点を合わせた状態で、赤外線カメラ５０によりウェーハＷを撮像すると、ウェーハＷの内部の状態を確認することができる。また、ウェーハＷの表面（レーザー光入射面とは反対側の面）に観察用対物レンズ４６による集光点を合わせることにより、ウェーハＷの内部の状態を確認することができる。赤外線カメラ５０で撮像された撮像画像は、レーザー加工装置１の記憶部（不図示）に記憶される。

赤外線カメラ５０としては、例えばＩｎＧａＡｓ（インジウムガリウムヒ素）カメラに代表される近赤外領域（１μｍ以上の波長領域）で高い感度を有するカメラ（近赤外線カメラ）が好ましく用いられる。

本実施形態では、図１に示したように、観察光学系によるウェーハＷの観察位置、すなわち、赤外線カメラ５０によるウェーハＷの撮像位置（観察用対物レンズ４６の集光点）は、加工光学系によるウェーハＷの加工位置（集光レンズ３８によるレーザー光Ｌの集光点）に対してウェーハ移動方向Ｍの下流側（図１の右側）に一直線上に配置される。この構成により、赤外線カメラ５０は、加工光学系によるウェーハＷの加工位置と同一の切断予定ライン上でウェーハＷを撮像することができ、ウェーハＷの内部に形成された改質領域の形成位置や加工ダメージ等をリアルタイムで確認、測定することが可能となっている。

また、図示を省略したが、レーザーヘッド２０には、ウェーハＷとのアライメントを行うためのアライメント光学系、ウェーハＷと集光レンズ３８との間の距離（ワーキングディスタンス）を一定に保つためのオートフォーカスユニット等が備えられている。

制御部６０は、ＣＰＵ、メモリ、入出力回路部等からなり、レーザー加工装置１の各部の動作を制御する。具体的には、ウェーハＷの厚み、ウェーハＷの送り速度を制御し、最適な条件で各部（ウェーハ移動部１１やレーザーヘッド２０等）の動作を制御し、改質領域の形成を行う。

また、制御部６０は、空間光変調器２８の動作を制御し、所定のホログラムパターンを空間光変調器２８に呈示させる。具体的には、ウェーハＷの内部において互いに異なる２つの位置（すなわち、レーザー光照射面からの深さが互いに異なり、かつ図１のＸ方向に平行なウェーハ移動方向Ｍに互いに離れた２つの位置）にレーザー光Ｌが集光レンズ３８により同時に集光されるように、レーザー光Ｌを変調するためのホログラムパターンを空間光変調器２８に呈示させる。なお、ホログラムパターンは、改質領域の形成位置、照射するレーザー光Ｌの波長、及び集光レンズ３８やウェーハＷの屈折率等に基づいて予め導出され、制御部６０に記憶されている。

また、制御部６０は、ウェーハＷの内部に形成された改質領域の形成位置や加工ダメージを確認ないし測定する際、観察用対物レンズ４６による集光点がＺ方向に微小ステップ（例えば２μｍの間隔）で移動するように、アクチュエータ４８の駆動を制御する。

レーザー加工装置１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。

操作板には、レーザー加工装置１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、赤外線カメラ５０で撮像された撮像画像（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、レーザー加工装置１の加工中、加工終了、非常停止等の稼働状況を表示する。

以上のように構成された本実施形態のレーザー加工装置１の作用について説明する。ここでは、ウェーハＷとして、厚さが７７５μｍのシリコン基板を加工する場合を一例に説明する。

まず、集光レンズ３８に備えられた補正環を手動（または電動）で回転させることにより、ウェーハＷの内部においてレーザー光Ｌを集光させる位置（改質領域の加工深さ）でレーザー光Ｌの収差が所定の収差以下となるように収差補正量を調整する。なお、本明細書において、「収差補正量」とは、ウェーハＷのレーザー光照射面からの深さに換算した値である。すなわち、例えば収差補正量が５００μｍである場合には、ウェーハＷのレーザー光照射面からの深さが５００μｍの付近位置でレーザー光の収差が最小となることを意味する。本例では、詳細を後述するように、ウェーハＷの厚さが７７５μｍである場合には、補正環による収差補正量は５００μｍに設定されることが好ましい。

次に、加工対象となるウェーハＷを吸着ステージ１３に載置した後、図示しないアライメント光学系を用いてウェーハＷのアライメントが行われる。

次に、ＸＹＺθテーブル１２をウェーハ移動方向Ｍに加工送りしながら（すなわち、ウェーハＷをレーザー光Ｌに対してウェーハ移動方向Ｍに相対的に移動しながら）、レーザーヘッド２０からウェーハＷに対してレーザー光Ｌを照射する。

このとき、レーザー光源２２から出力されたレーザー光Ｌは、ビームエキスパンダ２４によってビーム径が拡大され、第１ミラー３０によって反射され、λ／２波長板２６によって偏光方向が変更されて空間光変調器２８に入射される。

空間光変調器２８に入射されたレーザー光Ｌは、空間光変調器２８に呈示された所定のホログラムパターンに従って変調される。その際、制御部６０は、ウェーハＷの内部において互いに異なる２つの位置にレーザー光Ｌが集光レンズ３８により同時に集光されるように、レーザー光Ｌを変調するためのホログラムパターンを空間光変調器２８に呈示させる制御を行う。

空間光変調器２８から出射されたレーザー光Ｌは、第２ミラー３１、第３ミラー３２によって順次反射された後、第１のレンズ３６ａを通過し、さらに第４ミラー３３、第５ミラー３４によって反射され、第２のレンズ３６ｂを通過し、集光レンズ３８に入射される。これにより、空間光変調器２８から出射されたレーザー光Ｌは、第１のレンズ３６ａ、第２のレンズ３６ｂからなる縮小光学系３６によって集光レンズ３８に縮小投影される。そして、集光レンズ３８に入射されたレーザー光Ｌは、集光レンズ３８によりウェーハＷの内部において互いに異なる２つの位置に集光される。

図２は、ウェーハＷの内部に改質領域が形成される様子を示した概念図である。図２に示すように、空間光変調器２８によって変調されたレーザー光Ｌは、集光レンズ３８によってウェーハＷの内部においてレーザー光照射面（ウェーハＷの裏面）からの深さが互いに異なり、かつウェーハ移動方向Ｍに互いに離れた２つの位置に同時に集光される。これにより、それぞれの集光位置の近傍には多光子吸収による改質領域Ｐ１、Ｐ２が形成される。また、改質領域Ｐ１、Ｐ２が形成されると、それぞれの改質領域Ｐ１、Ｐ２からウェーハ深さ方向（ウェーハ厚さ方向）に延びる亀裂（クラック）Ｋ１、Ｋ２が形成される。

ここで、レーザー光Ｌが集光される２つの位置（集光位置）について詳細に説明すると、本実施形態では、ウェーハＷの内部においてウェーハ深さ方向における第１の位置Ｑ１（図２において右側の集光点）にレーザー光Ｌが集光されるとともに、第１の位置Ｑ１とはウェーハ深さ方向に異なる第２位置Ｑ２（図２において左側の集光点）にレーザー光が集光される。

さらに本実施形態においては、第２の位置Ｑ２は、第１の位置Ｑ１よりもウェーハ移動方向Ｍの上流側（図２の左側）に配置され、かつウェーハＷのレーザー光照射面から第１の位置Ｑ１よりも深い位置に配置される。なお、第１の位置Ｑ１と第２の位置Ｑ２との距離（間隔）の一例を示すと、ウェーハ深さ方向の距離は５０μｍである。また、ウェーハ移動方向Ｍの距離は３０μｍである。

この状態でウェーハＷがレーザー光Ｌに対して相対的に移動することにより、図３に示すように、レーザー光Ｌの２つの集光点（集光位置Ｑ１、Ｑ２）の移動軌跡に沿って、ウェーハＷの内部には改質領域Ｐ１、Ｐ２が形成される。これにより、ウェーハＷの切断予定ラインに沿って、ウェーハＷ内部に改質領域Ｐ１と改質領域Ｐ２とが所定の間隔で重ねられた状態で１ラインずつ形成される。

このように改質領域Ｐ１と改質領域Ｐ２とが所定の間隔で重ねられた状態で形成されると、ウェーハ深さ方向に重なる２つの改質領域Ｐ１、Ｐ２のうち、時間的に遅れて形成される改質領域Ｐ１の形成時の衝撃により、図３に示すように、改質領域Ｐ１の亀裂Ｋ１と改質領域Ｐ２の亀裂Ｋ２がつながり、さらに改質領域Ｐ２から延びる亀裂Ｋ２がウェーハＷのレーザー光照射面とは反対側の面（ウェーハＷの表面）側に向かって伸展する。

すなわち、空間光変調器２８によってレーザー光Ｌを変調することで、ウェーハＷの内部において互いに異なる位置にレーザー光Ｌを同時に集光させることで、スループットを低下させることなく、ウェーハＷの表面からのウェーハＷの最終厚みＴ２の位置を示す目標面とウェーハＷの表面との間の所望の位置まで亀裂を伸展させることができる。なお、図２及び図３において、Ｔ１は、ウェーハＷの初期厚み（本例では７７５μｍ）を示す。

切断予定ラインに沿って改質領域Ｐ１、Ｐ２が１ラインずつ形成されると、ＸＹＺθテーブル１２がＹ方向に１ピッチ割り出し送りされ、次のラインも同様に改質領域Ｐ１、Ｐ２が形成される。

全てのＸ方向と平行な切断予定ラインに沿って改質領域Ｐ１、Ｐ２が形成されると、ＸＹＺθテーブル１２が９０°回転され、先程のラインと直交するラインも同様にして全て改質領域Ｐ１、Ｐ２が形成される。

これにより、全ての切断予定ラインに沿って改質領域Ｐ１、Ｐ２が形成される。なお、改質領域Ｐ１、Ｐ２は、平面上の位置（ウェーハＷの裏面又は表面から見た位置）は同じであり共に切断予定ラインに沿って形成されるが、ウェーハＷの厚さ方向（ウェーハ深さ方向）の位置のみが異なる。

以上のようにして切断予定ラインに沿って改質領域Ｐ１、Ｐ２が形成された後、図示しない研削装置を用いて、ウェーハＷの裏面を研削して、ウェーハＷの厚さ（初期厚み）Ｔ１を所定の厚さ（最終厚み）Ｔ２（例えば、３０〜５０μｍ）に加工する裏面研削工程が行われる。

裏面研削工程の後、ウェーハＷの裏面にエキスパンドテープ（ダイシングテープ）が貼付され、ウェーハＷの表面に貼付されているＢＧテープが剥離された後、ウェーハＷの裏面に貼付されたエキスパンドテープに張力を加えて引き伸ばすエキスパンド工程が行われる。

これにより、ウェーハＷの表面側まで伸展した亀裂（クラック）を起点にしてウェーハＷが切断される。すなわち、ウェーハＷが切断予定ラインに沿って切断され、複数のチップに分割される。

ここで、本実施形態におけるレーザー加工装置１では、図１に示したように、レーザー光ＬによってウェーハＷの内部に切断予定ラインに沿って改質領域を形成しながら、ウェーハＷの内部に形成された改質領域の形成位置や加工ダメージを確認するためのウェーハ加工確認処理がリアルタイムで行われる。

ウェーハ加工確認処理では、加工光学系によってウェーハＷの内部に形成される改質領域と同一の切断予定ライン上でウェーハＷのレーザー光入射面（裏面）側から赤外線カメラ５０で撮像する。

このとき、制御部６０は、アクチュエータ４８の駆動を制御して観察用対物レンズ４６を光軸方向（Ｚ方向）に微小ステップ（例えば２μｍ程度）で移動させながら（すなわち、観察用対物レンズ４６の集光点（焦点）の位置をウェーハ深さ方向に微小ステップで移動させながら）、赤外線カメラ５０で撮像する。本実施形態では、ウェーハＷのレーザー光入射面（裏面）からデバイス面（表面）にわたって観察用対物レンズ４６の集光点の位置を変化させる。これにより、図４に示すように観察用対物レンズ４６の集光点毎にウェーハ深さ方向の位置が互いに異なる複数の撮像画像（各集光点の位置におけるＸＹ画像）６２（６２−１、６２−２、・・・６２−ｎ）が赤外線カメラ５０で順次取得される。赤外線カメラ５０で順次取得された複数の撮像画像６２は、レーザー加工装置１の記憶部（不図示）に記憶される。また、記憶部に記憶された各撮像画像は、ユーザの操作に従ってテレビモニタに表示することが可能となっている。

ウェーハ加工確認処理において赤外線カメラ５０で得られた複数の撮像画像のうち、上側改質層（改質領域Ｐ１）及び下側改質層（改質領域Ｐ２）を含む撮像画像の一例を図５に示す。

改質領域Ｐ１や改質領域Ｐ２がウェーハ深さ方向（Ｚ方向）に適正に形成された場合には、赤外線カメラ５０で撮像された複数の撮像画像のうち、図５に示すように、所望のウェーハ深さ方向位置における撮像画像に改質領域を確認することができる。

一方、改質領域Ｐ１や改質領域Ｐ２がウェーハ深さ方向に適正に形成されていない場合には、所望のウェーハ深さ方向位置における撮像画像に改質領域を確認することができない。

したがって、赤外線カメラ５０で撮像された複数の撮像画像から、改質領域Ｐ１や改質領域Ｐ２が確認された撮像画像が所望のウェーハ深さ方向位置における撮像画像であるか否かを判定することにより、各改質領域Ｐ１、Ｐ２のウェーハ深さ方向位置や各改質領域Ｐ１、Ｐ２の間隔など改質領域の形成位置が適正であるか否かを確認することができる。

本実施形態において、この判定処理は、制御部６０において自動的に行われる。制御部６０は、その内部に設けられる画像処理部６０ａで各撮像画像を画像処理することにより、ウェーハＷの内部における各改質領域Ｐ１、Ｐ２の３次元的な位置関係を検出する。これにより、各改質領域Ｐ１、Ｐ２のウェーハ深さ方向位置（Ｚ方向位置）だけでなく、加工送り方向位置（Ｘ方向位置）やインデックス送り方向位置（Ｙ方向位置）が適正な位置に形成されているか否かを容易に判定することができる。したがって、切断加工予定ラインに対するレーザー光Ｌの入射点の水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）の位置ズレなども確認することができる。

また、観察用対物レンズ４６の集光点の位置がウェーハＷのデバイス面またはその付近に設定されたときに赤外線カメラ５０で撮像された撮像画像からウェーハＷのデバイス面側に生じる加工ダメージを確認することができる。

以上のとおり、本実施形態によれば、レーザー光ＬによってウェーハＷの内部に切断予定ラインに沿って改質領域を形成しながら、ウェーハＷの内部に形成された改質領域の形成位置や加工ダメージを確認、測定するためのウェーハ加工確認処理がリアルタイムで行われる。このウェーハ加工確認処理では、上述したように、観察用対物レンズ４６の集光点（焦点）の位置をウェーハ深さ方向に変化させながら、赤外線カメラ５０で観察用対物レンズ４６の集光点毎に複数の撮像画像を順次取得することが行われる。これにより、赤外線カメラ５０で取得した複数の撮像画像から、ウェーハＷの内部に形成された改質領域の形成位置や加工ダメージを、ウェーハＷを破壊することなく非破壊で確認、測定することができる。

また、本実施形態では、ウェーハ加工確認処理で確認ないし測定した結果を改質領域の形成位置やレーザー加工条件にフィードバック制御する構成を好ましく採用することができる。この構成によれば、改質領域の形成位置やレーザー加工条件を自動的に修正しながら、ウェーハの分割に適した改質領域を形成することが可能となるとともに加工ダメージを防ぐことも可能となり、安定した品質のチップを得ることができる。

なお、本実施形態では、一例として、レーザー加工装置１に設けられた画像処理部６０ａで上記判定処理を自動的に行う態様を示したが、これに限らず、例えば、赤外線カメラ５０で取得した複数の撮像画像をテレビモニタに表示して、ユーザがウェーハＷの内部に形成された改質領域の形成位置や加工ダメージを確認、測定するようにしてもよい。

また、本実施形態では、空間光変調器２８を用いて複数の位置にレーザー光Ｌを集光レンズ３８で同時に集光させつつ、集光レンズ３８の補正環を用いてレーザー光Ｌの集光点を合わせる位置の収差が所定の収差以下となるように補正するようにしたので、ウェーハＷの厚さが厚い場合でも、ウェーハ深さ方向の深い位置にレーザー光Ｌを効率良く集光させることが可能となる。また、ウェーハ深さ方向に重なる改質領域Ｐ１、Ｐ２が形成されたときに生じる亀裂をウェーハＷのレーザー光照射面とは反対側の面（ウェーハＷの表面）側まで十分に伸展させることができる。したがって、効率よくウェーハＷをチップに分割することが可能となり、安定した品質のチップを効率よく得ることができる。

ここで、上記効果を検証するために本発明者等が行った実験について説明する。

この実験では、実施例として、上述した実施形態のレーザー加工装置１を用いた。また、比較例として、上述した特許文献２と同様の構成を有する装置、すなわち、空間光変調器を用いて、ウェーハの内部において互いに異なる２つの位置にレーザー光を集光させつつ、それぞれの位置における収差補正を行う装置（第１の比較例）、及び空間光変調器を用いずに（すなわち、１つの集光位置にレーザー光を集光させ）、補正環を用いて収差補正を行う装置（第２の比較例）を用いた。

実験条件としては、厚さが７７５μｍのウェーハ（シリコン基板）に対し、それぞれの装置で収差補正量を変化させながら改質領域を形成したときのウェーハ深さ方向に生じる総亀裂長さ（亀裂の全体長さ）と亀裂下端長さ（改質領域の下端からウェーハ表面側に延びる亀裂の長さ）を測定した（図３参照）。

図６は、収差補正量と総亀裂長さの関係を示したグラフである。図７は、収差補正量と亀裂下端長さの関係を示したグラフである。図６及び図７において、横軸は収差補正量を示し、縦軸はそれぞれ各装置により生じた総亀裂長さ、亀裂下端長さをそれぞれ示している。

図６及び図７から分かるように、実施例では、第１の比較例や第２の比較例に比べて、すべての収差補正量にわたって総亀裂長さが長くなり、しかも亀裂下端長さも長くなる結果が得られた。

特に収差補正量が５００μｍである場合、実施例では、総亀裂長さが約２５０μｍ、亀裂下端長さが約８０μｍとなり、第１の比較例や第２の比較例よりも非常に優れた結果が得られている。この結果より、本実施形態のレーザー加工装置１においては、厚さが７７５μｍのウェーハＷを加工する場合には、補正環による収差補正量を５００μｍ（すなわち、ウェーハＷのレーザー光照射面（ウェーハＷの裏面）からの深さが５００μｍの位置で収差が最小となるように）に設定することが好ましい。そして、この深さ（５００μｍ）の近傍でレーザー光Ｌが互いの深さが異なる２つの位置に集光レンズ３８で同時に集光されるように空間光変調器２８でレーザー光を変調することにより、ウェーハＷの内部に形成される改質領域からウェーハ深さ方向に延びる亀裂を十分に伸展させることができる。これにより、効率よくウェーハをチップに分割することが可能となり、安定した品質のチップを効率よく得ることができる。

なお、本実施形態では、収差補正手段が、集光レンズ３８に備えられた補正環で構成される態様を示したが、これに限定されず、集光レンズ３８と空間光変調器２８との間のレーザー光Ｌの光路上（例えば、集光レンズ３８と第２のレンズ３６ｂとの間）に補正光学系を配置した構成としてもよい。この場合、図示しない駆動手段で補正光学系を構成する複数のレンズ群の間隔を変化させることにより、ウェーハＷの内部において発生するレーザー光Ｌの収差を補正することができる。

また、補正環付き対物レンズを使用する代わりに、集光レンズ３８として、ウェーハＷの内部においてウェーハ深さ方向の所定の位置でレーザー光Ｌの収差が最小となるように予め補正機能を組み込んだ対物レンズ（赤外対物レンズ）を用いてよい。この場合、ウェーハＷの厚みやレーザー光の集光位置（改質領域の加工深さ）に応じて収差補正量は固定的なものとなるが、例えば収差補正量が５００μｍとなる位置で収差が最小となる対物レンズを用いることにより、改質領域からウェーハ深さ方向に亀裂を十分に伸展させることができる。

また、本実施形態においては、ウェーハＷの内部においてウェーハ深さ方向に互いに異なる２つの位置にレーザー光Ｌを同時に集光させて、それぞれの集光位置に改質領域Ｐ１、Ｐ２を同時に形成する２段加工を行った後、ウェーハＷの裏面を研削する裏面研削工程を行い、ウェーハＷを個々のチップに分割する方法を採用したが、これに限定されず、例えば、必要に応じてウェーハＷの内部においてレーザー光Ｌを集光させる位置（改質領域の加工深さ）を変えながら複数回レーザー加工を行ってもよい。その際、改質領域の加工深さに応じて、空間光変調器２８に呈示させるホログラムパターンに、ウェーハＷの内部の収差を補正する補正パターン（この場合は、補正環による補正を打ち消す方向のパターン）を重畳させることにより、ウェーハＷのレーザー光照射面から比較的深い部分に対しても、適切な収差補正が可能となる。

また、本実施形態においては、図２に示したように、レーザー光Ｌが集光される２つの位置（集光位置）Ｑ１、Ｑ２の配置関係として、第２の位置Ｑ２は、第１の位置Ｑ１よりもウェーハ移動方向Ｍの上流側（図２の左側）に配置され、かつウェーハＷのレーザー光照射面から第１の位置Ｑ１よりも深い位置に配置される構成を採用したが、これに限定されず、図８に示すように、図２に示した構成とは逆の構成でもよい。すなわち、第２の位置Ｑ２は、第１の位置Ｑ１よりもウェーハ移動方向Ｍの上流側（図８の左側）に配置され、かつウェーハＷのレーザー光照射面から第１の位置Ｑ１よりも浅い位置に配置される構成であってもよい。

また、本実施形態では、ウェーハＷの内部において互いに異なる２つの位置にレーザー光Ｌが集光レンズ３８で同時に集光されるように空間光変調器２８でレーザー光Ｌの変調を行っているが、レーザー光Ｌを集光させる位置は２つに限らず、３つ以上であってもよい。

また、本実施形態では、空間光変調器２８として、反射型の空間光変調器（ＬＣＯＳ−ＳＬＭ）を用いたが、これに限定されず、ＭＥＭＳ−ＳＬＭ又はＤＭＤ(デフォーマブルミラーデバイス)等であってもよい。また、空間光変調器２８は、反射型に限定されず、透過型であってもよい。更に、空間光変調器２８としては、液晶セルタイプ又はＬＣＤタイプ等が挙げられる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。

図９は、第２の実施形態に係るレーザー加工装置の概略を示した構成図である。図９中、図１と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施形態では、レーザーヘッド２０の観察光学系は、ハーフミラー４４と赤外線カメラ５０との間の反射光の光路上にチューナブルレンズ５２が配設される。チューナブルレンズ５２は、制御部６０の制御に従って、その曲率を変更することで観察用対物レンズ４６の集光点をウェーハ深さ方向（Ｚ方向）に変更する。なお、制御部６０は、チューナブルレンズ曲率変更手段の一例である。

第２の実施形態によれば、チューナブルレンズ５２により観察用対物レンズ４６の集光点をウェーハ深さ方向に大きく高速に移動させ、かつアクチュエータ４８により観察用対物レンズ４６の集光点をウェーハ深さ方向に微小距離だけ高精度に移動させることが可能となる。したがって、第１の実施形態のようにアクチュエータ４８のみで観察用対物レンズ４６の集光点を変更する場合に比べて、観察用対物レンズ４６の集光点を高速かつ高精度に移動させることができるため、赤外線カメラ５０によるウェーハＷの撮像時間の短縮化を図ることができ、ウェーハ加工確認処理に対するスループットを向上させることができる。

なお、第２の実施形態では、一例として、観察用対物レンズ４６の集光点を変化させる手段（集光点変更手段）として、チューナブルレンズ５２とアクチュエータ４８とを組み合わせて用いる態様を示したが、これに限らず、例えば、アクチュエータ４８を具備せず、チューナブルレンズ５２のみで観察用対物レンズ４６の集光点を変化させるようにしてもよい。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。

図１０は、第３の実施形態に係るレーザー加工装置の概略を示した構成図である。図１０中、図１と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

第３の実施形態は、レーザーヘッド２０における観察光学系の一部が加工光学系の光軸と同軸に配置された構成となっている。具体的には、加工光学系の光路上において集光レンズ３８と第２のレンズ３６ｂとの間にハーフミラー４４が配置されており、集光レンズ３８は加工光学系と観察光学系とで共有されている。そのため、レーザー光源２２から出力されたレーザー光Ｌは、空間光変調器２８等を経由して、集光レンズ３８によりウェーハＷの内部に集光されるととともに、ウェーハＷの内部で反射したレーザー光Ｌの反射光は集光レンズ３８を経由して、ハーフミラー４４で反射され、赤外線カメラ５０に入射する。また、集光レンズ３８による集光点のＺ方向位置（ウェーハ深さ方向位置）は、アクチュエータ５４によって集光レンズ３８をＺ方向（集光レンズ３８の光軸方向）に移動させることにより調節される。

第３の実施形態によれば、レーザーヘッド２０における観察光学系の一部が加工光学系の光軸と同軸に配置された構成となっているので、赤外線カメラ５０によるウェーハＷの撮像位置が加工光学系によるウェーハＷの加工位置と同一位置に設定される。したがって、レーザー光ＬによってウェーハＷの内部に改質領域を形成する際、改質領域の形成と同時に赤外線カメラ５０で改質領域の形成位置を瞬時かつ高精度に確認、測定することが可能となる。

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。

１０…レーザー加工装置、１１…ウェーハ移動部、１２…ＸＹＺθテーブル、１３…吸着ステージ、２０…レーザーヘッド、２２…レーザー光源、２４…ビームエキスパンダ、２６…λ／２波長板、２８…空間光変調器、３６…縮小光学系、３８…集光レンズ、４２…照明光源、４４…ハーフミラー、４６…観察用対物レンズ、４８…アクチュエータ、５０…赤外線カメラ、５２…チューナブルレンズ、５４…アクチュエータ，６０…制御部、６０ａ…画像処理部

Claims (6)

1. 被加工物の内部に形成されたレーザー加工領域の確認装置であって、
   前記被加工物を透過する波長域の照明光を出力する照明光源と、
   前記照明光を前記被加工物に集光するとともに集光点からの反射光を受光する対物レンズと、
   前記対物レンズの集光点を前記被加工物の深さ方向に変更する集光点変更手段と、
   前記対物レンズで受光された前記反射光を撮像し、前記集光点変更手段によって変更された集光点毎に複数の撮像画像を取得する撮像手段と、
   を備える、レーザー加工領域の確認装置。
2. 前記集光点変更手段は、前記対物レンズを光軸方向に移動させることで前記対物レンズの集光点を前記深さ方向に変更する対物レンズ移動手段を有する、
   請求項１に記載のレーザー加工領域の確認装置。
3. 前記集光点変更手段は、前記撮像手段と前記対物レンズとの間の光路上に配設されたチューナブルレンズと、前記チューナブルレンズの曲率を変更することで前記対物レンズの集光点を前記深さ方向に変更するチューナブルレンズ曲率変更手段と、を有する、
   請求項１又は２に記載のレーザー加工領域の確認装置。
4. 被加工物の内部に形成されたレーザー加工領域の確認方法であって、
   前記被加工物を透過する波長域の照明光を前記被加工物に対物レンズで集光するとともに集光点からの反射光を前記対物レンズで受光する受光工程と、
   前記対物レンズの集光点を前記被加工物の深さ方向に変更する集光点変更工程と、
   前記対物レンズで受光された前記反射光を撮像手段で撮像し、前記集光点変更工程で変更された集光点毎に複数の撮像画像を取得する撮像工程と、
   を含む、レーザー加工領域の確認方法。
5. 前記集光点変更工程は、前記対物レンズを光軸方向に移動させることで前記対物レンズの集光点を前記深さ方向に変更する工程を含む、
   請求項４に記載のレーザー加工領域の確認方法。
6. 前記集光点変更工程は、前記撮像手段と前記対物レンズとの間の光路上に配設されたチューナブルレンズの曲率を変更することで前記対物レンズの集光点を前記深さ方向に変更する工程を含む、
   請求項４又は５に記載のレーザー加工領域の確認方法。