JP2005028423A - レーザー加工方法およびレーザー加工装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 板状物の厚さにバラツキがあっても板状物における所望位置に変質層を形成することができるレーザー加工方法およびレーザー加工装置を提供する。
【解決手段】 表面に格子状の分割予定ラインが形成された板状物をチャックテーブルに保持し、該チャックテーブルに保持された該板状物に該分割予定ラインに沿って透過性を有するレーザー光線を照射して、該板状物の内部に該分割予定ラインに沿って変質層を形成するレーザー加工方法であって、該チャックテーブルに保持された該板状物の該分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射する側の面の高さ位置を検出する高さ位置検出工程と、該位置検出工程によって検出された高さ位置に対応してレーザー光線の焦点位置を制御しつつ該分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射工程と、を含む。
【選択図】 図５
【解決手段】 表面に格子状の分割予定ラインが形成された板状物をチャックテーブルに保持し、該チャックテーブルに保持された該板状物に該分割予定ラインに沿って透過性を有するレーザー光線を照射して、該板状物の内部に該分割予定ラインに沿って変質層を形成するレーザー加工方法であって、該チャックテーブルに保持された該板状物の該分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射する側の面の高さ位置を検出する高さ位置検出工程と、該位置検出工程によって検出された高さ位置に対応してレーザー光線の焦点位置を制御しつつ該分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射工程と、を含む。
【選択図】 図５
Description
本発明は、表面に格子状の分割予定ラインが形成された板状物をチャックテーブルに保持し、チャックテーブルに保持された板状物に分割予定ラインに沿って透過性を有するレーザー光線を照射して、板状物の内部に分割予定ラインに沿って変質層を形成するレーザー加工方法および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（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等の回路を形成する。そして、半導体ウエーハを分割予定ラインに沿って切断することにより回路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。また、サファイヤ基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハも分割予定ラインに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。
上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の分割予定ラインに沿った切断は、通常、ダイサーと称されている切削装置によって行われている。この切削装置は、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の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を切削するための切削手段と、チャックテーブルと切削手段とを相対的に移動せしめる移動手段とを具備している。切削手段は、高速回転せしめられる回転スピンドルと該スピンドルに装着された切削ブレードを含んでいる。切削ブレードは円盤状の基台と該基台の側面外周部に装着された環状の切れ刃からなっており、切れ刃は例えば粒径３μｍ程度のダイヤモンド砥粒を電鋳によって基台に固定し厚さ２０μｍ程度に形成されている。
しかるに、サファイヤ基板、炭化珪素基板、リチウムタンタレート基板等はモース硬度が高いため、上記切削ブレードによる切断は必ずしも容易ではない。また、切削ブレードは２０μｍ程度の厚さを有するため、デバイスを区画する分割予定ラインとしては幅が５０μｍ程度必要となる。このため、例えば大きさが３００μｍ×３００μｍ程度のデバイスの場合には、分割予定ラインが占める面積比率が大きく、生産性が悪いという問題がある。
一方、近年半導体ウエーハ等の板状物を分割する方法として、その板状物に対して透過性を有するレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてレーザー光線を照射するレーザー加工方法も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、板状物の一方の面側から内部に集光点を合わせて板状物に対して透過性を有する例えば赤外光領域のレーザー光線を照射し、板状物の内部に分割予定ラインに沿って変質層を連続的に形成し、この変質層が形成されることによって強度が低下した分割予定ラインに沿って外力を加えることにより、板状物を分割するものである。（例えば、特許文献１参照。）
また、上述したように分割予定ラインに沿って内部に変質層が形成された板状物を分割予定ラインに沿って外力を加えて分割する際に、この分割を円滑にするため板状物におけるレーザー光線を照射する側と反対側の面に変質層を僅かに露出させるようにしたレーザー加工方法が提案されている。
而して、板状物の厚さにバラツキがあると、板状物におけるレーザー光線を照射する側と反対側の面に変質層を均一に露出させことができないという問題がある。即ち、図８の（ａ）に示すように板状物（Ｗ）が所定の厚さ（ｔ）に形成されている場合には、レーザー光線（ＬＢ）を所定の内部位置に焦点（Ｐ）を合わせて照射することにより、板状物（Ｗ）におけるレーザー光線（ＬＢ）を照射する側と反対側の面に変質層（Ａ）を均一に露出させことができる。しかるに、図８の（ｂ）に示すように板状物（Ｗ）の厚さが所定の厚さ（ｔ）より薄い厚さ（ｔ１）の場合には、レーザー光線（ＬＢ）を図８の（ａ）に示す場合と同じ高さから照射すると、レーザー光線（ＬＢ）の屈折率の関係でレーザー光線（ＬＢ）を照射する側と反対側の面から焦点（Ｐ１）までの距離が大きくなってしまう。この結果、レーザー光線（ＬＢ）によって形成される変質層（Ａ）がレーザー光線を照射する側と反対側の面に露出しない。一方、図８の（ｃ）に示すように板状物（Ｗ）の厚さが所定の厚さ（ｔ）より厚い厚さ（ｔ２）の場合には、レーザー光線（ＬＢ）を図８の（ａ）に示す場合と同じ高さから照射すると、レーザー光線（ＬＢ）の屈折率の関係でレーザー光線（ＬＢ）を照射する側と反対側の面から焦点（Ｐ２）までの距離が小さくなってしまう。この結果、レーザー光線（ＬＢ）によって形成される変質層（Ａ）がレーザー光線を照射する側と反対側の面に大きく露出してしまう。従って、図８の（ｄ）で示すように中央部の厚さが厚く外周に向かって徐々に薄くなるように形成された板状物（Ｗ）に中央部を基準高さとしてレーザー光線を照射して内部に変質層を形成すると、中央部から離れると変質層（Ａ）がレーザー光線を照射する側と反対側の面（図において下面）に達せず、外周に行くに従ってレーザー光線を照射する側と反対側の面（図において下面）に変質層（Ａ）との距離が大きくなり、変質層（Ａ）を所望位置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、板状物の厚さにバラツキがあっても板状物における所望位置に変質層を形成することができるレーザー加工方法および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、表面に格子状の分割予定ラインが形成された板状物をチャックテーブルに保持し、該チャックテーブルに保持された該板状物に該分割予定ラインに沿って透過性を有するレーザー光線を照射して、該板状物の内部に該分割予定ラインに沿って変質層を形成するレーザー加工方法であって、
該チャックテーブルに保持された該板状物の該分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射する側の面の高さ位置を検出する高さ位置検出工程と、
該位置検出工程によって検出された高さ位置に対応してレーザー光線の焦点位置を制御しつつ該分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射工程と、を含む、
ことを特徴とするレーザー加工方法が提供される。
該チャックテーブルに保持された該板状物の該分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射する側の面の高さ位置を検出する高さ位置検出工程と、
該位置検出工程によって検出された高さ位置に対応してレーザー光線の焦点位置を制御しつつ該分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射工程と、を含む、
ことを特徴とするレーザー加工方法が提供される。
また本発明によれば、表面に格子状の分割予定ラインが形成された板状物に該分割予定ラインに沿って透過性を有するレーザー光線を照射して、該板状物の内部に該分割予定ラインに沿って変質層を形成するレーザー加工装置において、
該板状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該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、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段を水平面内で相対移動する加工送り手段と、該レーザー光線照射手段によって照射するレーザー光線の焦点位置を調整する焦点位置調整手段と、該チャックテーブルに保持された該板状物の該分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射する側の面の高さ位置を検出する高さ位置検出手段と、該高さ位置検出手段によって検出された高さ位置情報を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された情報に基づいて該焦点位置調整手段を制御する制御手段と、を具備している、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
該板状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該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、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段を水平面内で相対移動する加工送り手段と、該レーザー光線照射手段によって照射するレーザー光線の焦点位置を調整する焦点位置調整手段と、該チャックテーブルに保持された該板状物の該分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射する側の面の高さ位置を検出する高さ位置検出手段と、該高さ位置検出手段によって検出された高さ位置情報を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された情報に基づいて該焦点位置調整手段を制御する制御手段と、を具備している、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
上記制御手段は、基準位置での高さ位置と現在位置での高さ位置との差と板状物の屈折係数に基づいて補正値を求め、該補正値に基づいて該焦点位置調整手段を制御する。
また、上記高さ位置検出手段は板状物における所定の数点の高さ位置を検出し、上記制御手段は高さ位置検出手段によって検出された各高さ位置から分割予定ラインの起伏関数ｆ（ｘ）を求め、該起伏関数ｆ（ｘ）と板状物の屈折係数に基づいて補正値を求め、該補正値に基づいて該焦点位置調整手段を制御する。
また、上記高さ位置検出手段は板状物における所定の数点の高さ位置を検出し、上記制御手段は高さ位置検出手段によって検出された各高さ位置から分割予定ラインの起伏関数ｆ（ｘ）を求め、該起伏関数ｆ（ｘ）と板状物の屈折係数に基づいて補正値を求め、該補正値に基づいて該焦点位置調整手段を制御する。
本発明においては、チャックテーブルに保持された板状物の分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射する側の面の高さ位置を検出し、該高さ位置に対応してレーザー光線の焦点位置を制御しつつ分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射するので、板状物の厚さにバラツキがあっても板状物の所望位置に変質層を形成することができる。
以下、本発明によるレーザー加工方法およびレーザー加工装置について、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で示す加工送り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に上記矢印Ｘで示す方向と直角な矢印Ｙで示す割り出し送り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、該レーザー光線ユニット支持機構４に矢印Ｚで示す焦点位置調整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上に矢印Ｘで示す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で示す方向に移動可能に配設された第一の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上に矢印Ｙで示す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支持テーブル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。また、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。
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、その上面に矢印Ｙで示す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に沿って矢印Ｘで示す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に沿って矢印Ｘで示す方向に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段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の出力軸に図示しない減速装置を介して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、第一の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられる。
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、矢印Ｙで示す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に沿って矢印Ｙで示す方向に移動させるための第１の割り出し送り手段３８を具備している。第１の割り出し送り手段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の出力軸に図示しない減速装置を介して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に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。
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上に矢印Ｙで示す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、一側面に矢印Ｚで示す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に沿って割り出し送り方向である矢印Ｙで示す方向に移動させるための第２の割り出し送り手段４３を具備している。第２の割り出し送り手段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、該雄ねじロッド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の出力軸に図示しない減速装置を介して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に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り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、矢印Ｚで示す方向に移動可能に支持される。
図示のレーザー光線照射手段５２は、上記ユニットホルダ５１に固定され実質上水平に延出する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に示すようにレーザー光線発振手段５２２とレーザー光線変調手段５２３とが配設されている。レーザー光線発振手段５２２としてはＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器を用いることができる。レーザー光線変調手段５２３は繰り返し周波数設定手段５２３ａ、レーザー光線パルス幅設定手段５２３ｂ、およびレーザー光線波長設定手段５２３ｃを含んでいる。レーザー光線変調手段５２３を構成する繰り返し周波数設定手段５２３ａ、レーザー光線パルス幅設定手段５２３ｂおよびレーザー光線波長設定手段５２３ｃは当業者には周知の形態のものでよく、それ故にこれらの構成についての詳細な説明は本明細書においては省略する。上記ケーシング５２１の先端には、それ自体は周知の形態でよい集光器５２４が装着されている。
上記レーザー光線発振手段５２２が発振するレーザー光線はレーザー光線変調手段５２３を介して集光器５２４に到達する。レーザー光線変調手段５２３における繰り返し周波数設定手段５２３ａはレーザー光線を所定繰り返し周波数のパルスレーザー光線にし、レーザー光線パルス幅設定手段５２３ｂはパルスレーザー光線のパルス幅を所定幅に設定し、そしてレーザー光線波長設定手段５２３ｃはパルスレーザー光線の波長を所定値に設定する。
上記レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の前端部には、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アライメント手段６が配設されている。このアライメント手段６は、図示の実施形態において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。
また、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上に保持される被加工物としての板状物におけるレーザー光線を照射する側の面（チャックテーブル３６上に保持される板状物の上面）の高さ位置を検出する高さ位置検出手段７を備えている。この高さ位置検出手段７は、実施形態においてはレーザー光線照射手段５２を構成する集光器５２４に装着され、エアーギャップセンサーや超音波センサー等を用いることができ、検出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に沿って矢印Ｚで示す方向に移動させるための焦点位置調整手段５３を具備している。焦点位置調整手段５３は、上記各送り手段と同様に一対の案内レール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およびレーザビーム照射手段５２を案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す焦点位置調整方向に移動せしめる。従って、焦点位置調整手段５３は、レーザー光線照射手段５２によって照射するレーザー光線の焦点位置を調整する機能を有する。
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、制御手段１０を具備している。制御手段１０はマイクロ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）１０１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１０２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）１０３と、入力インターフェース１０４および出力インターフェース１０５とを備えている。なお、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３は、上記高さ位置検出手段７によって検出された板状物におけるレーザー光線を照射する側の面の高さ位置を記憶する記憶手段として機能する。このように構成された制御手段１０の入力インターフェース１０４には、上記アライメント手段６や高さ位置検出手段７等からの検出信号が入力される。また、出力インターフェース１０５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、レーザー光線照射手段５２等に制御信号を出力する。
次に、上述したレーザー加工装置を用いて板状物としての半導体ウエーハを加工処理するレーザー加工方法について説明する。
図３には本発明によるレーザー加工方法によって加工処理される半導体ウエーハの斜視図が示されている。図３に示す半導体ウエーハ２０は、シリコンウエーハからなる半導体基板２１の表面２１ａに格子状に配列された複数のストリート（切断予定ライン）２１１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等の回路２１２が形成されている。
図３には本発明によるレーザー加工方法によって加工処理される半導体ウエーハの斜視図が示されている。図３に示す半導体ウエーハ２０は、シリコンウエーハからなる半導体基板２１の表面２１ａに格子状に配列された複数のストリート（切断予定ライン）２１１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等の回路２１２が形成されている。
上述したように構成された半導体ウエーハ２０は、表面２１ａに保護テープが貼着され図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル機構３を構成するチャックテーブル３６の吸着チャック３６１上に裏面２０ｂを上側にして搬送され、該吸着チャック３６１に保護テープ側が吸引保持される。このようにして半導体ウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７の作動により案内レール３１、３１に沿って移動せしめられレーザー光線照射ユニット５に配設されたアライメント手段６の直下に位置付けられる。
チャックテーブル３６がアライメント手段６の直下に位置付けられると、アライメント手段６および制御手段１０によって半導体ウエーハ２０のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、アライメント手段６および制御手段１０は、半導体ウエーハ２０の所定方向に形成されている切断予定ライン２１１と、切断予定ライン２１１に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射ユニット５の集光器５２４との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。また、半導体ウエーハ２０に形成されている上記所定方向に対して直角に延びる切断予定ライン２１１に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。このとき、半導体ウエーハ２０の切断予定ライン２１１が形成されている表面２１ａは下側に位置しているが、アライメント手段６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、裏面２１ｂから透かして切断予定ライン２１１を撮像することができる。
以上のようにしてチャックテーブル３６上に保持されている半導体ウエーハ２０に形成されているストリート２１１を検出し、レーザビーム照射位置のアライメントが行われたならば、チャックテーブル３６を移動して図４の（ａ）で示すように所定の切断予定ライン２１１の一端（図において左端）を高さ位置検出手段７の直下に位置付ける。そして、チャックテーブル３６を矢印Ｘ１で示す方向に移動し、図４の（ｂ）で示すように半導体ウエーハ２０の所定の切断予定ライン２１１の他端（図において右端）まで移動する間に高さ位置検出手段７によってレーザー光線を照射する側の面（チャックテーブル３６上に保持される板状物の上面）の高さ位置を検出し、その検出信号を制御手段１０に送る。そして、制御手段１０は、高さ位置検出手段７から送られた高さ位置検出信号と、チャックテーブル３６の移動位置から所定の切断予定ライン２１１に沿ったレーザー光線を照射する側の面のＸ，Ｚ座標値を演算し、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３に一時格納する（高さ位置検出工程）。
次に、チャックテーブル３６を移動して上述したように半導体ウエーハ２０におけるレーザー光線を照射する側の面のＸ，Ｚ座標値が検出された所定の切断予定ライン２１１の他端を（図において右端）図５の（ａ）で示すようにレーザー光線照射手段５２の集光器５２４の直下に位置付ける。そして、集光器５２４からレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６を矢印Ｘ２で示す方向に所定の加工送り速度で図５の（ｂ）で示すように半導体ウエーハ２０の所定の切断予定ライン２１１の他端（図において右端）まで移動せしめる（レーザー光線照射工程）。この間において制御手段１０は、上述した高さ位置検出工程においてランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３に格納されたレーザー光線を照射する側の面のＸ，Ｚ座標値に基づいて焦点位置調整手段５３のパルスモータ５３２を制御し集光器５２４の高さ位置、即ちＺ軸方向位置を調整する。即ち、制御手段１０は、先ず半導体ウエーハ２０におけるレーザー光線を照射する側の面のＸ，Ｚ座標値に対応した補正値を次式によって求める。
補正値＝（基準値−現在地）×屈折係数
ここで、基準値は、基準位置（例えば、ウエーハの標準厚さ）での高さ位置
現在地は、現在位置での高さ位置
屈折係数は、大気中に対する被加工物の屈曲係数（例えば、シリコンの場
合は０．２５）
上記のようにして補正値を求めたならば、制御手段１０は、集光器５２４のＺ軸方向位置を次式によって求める。
Ｚ軸方向位置＝設定高さ位置＋補正値
ここで、設定高さ位置は、基準位置でのＺ軸方向位置
上記のようにして求めたＺ軸方向位置に基づいて、制御手段１０は焦点位置調整手段５３のパルスモータ５３２を制御して集光器５２４をＺ軸方向位置に位置付ける。
この結果、半導体ウエーハ２０の内部に形成される変質層２１０は、レーザー光線を照射する側と反対側の面（チャックテーブル３６上に保持される板状物の下面）に均一に露出して形成される。このように図示の実施形態においては、半導体ウエーハ２０の厚さ方向の所望位置に変質層を形成することができる。
補正値＝（基準値−現在地）×屈折係数
ここで、基準値は、基準位置（例えば、ウエーハの標準厚さ）での高さ位置
現在地は、現在位置での高さ位置
屈折係数は、大気中に対する被加工物の屈曲係数（例えば、シリコンの場
合は０．２５）
上記のようにして補正値を求めたならば、制御手段１０は、集光器５２４のＺ軸方向位置を次式によって求める。
Ｚ軸方向位置＝設定高さ位置＋補正値
ここで、設定高さ位置は、基準位置でのＺ軸方向位置
上記のようにして求めたＺ軸方向位置に基づいて、制御手段１０は焦点位置調整手段５３のパルスモータ５３２を制御して集光器５２４をＺ軸方向位置に位置付ける。
この結果、半導体ウエーハ２０の内部に形成される変質層２１０は、レーザー光線を照射する側と反対側の面（チャックテーブル３６上に保持される板状物の下面）に均一に露出して形成される。このように図示の実施形態においては、半導体ウエーハ２０の厚さ方向の所望位置に変質層を形成することができる。
なお、上記レーザー光線照射工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
レーザー ；ＹＶＯ４ パルスレーザー
波長 ；１０６４ｎｍ
パルスエネルギー ；１０μＪ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
パルス幅 ；２５ｎｓ
集光スポット径 ；φ１μｍ
集光点のピークパワー密度；５．１×１０Ｅ１０Ｗ／ｃｍ２
加工送り速度 ；１００ｍｍ／秒
レーザー ；ＹＶＯ４ パルスレーザー
波長 ；１０６４ｎｍ
パルスエネルギー ；１０μＪ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
パルス幅 ；２５ｎｓ
集光スポット径 ；φ１μｍ
集光点のピークパワー密度；５．１×１０Ｅ１０Ｗ／ｃｍ２
加工送り速度 ；１００ｍｍ／秒
なお、半導体ウエーハ２０の厚さが厚い場合には、図６に示すように集光点Ｐを段階的に変えて上述したレーザー光線照射工程を複数回実行することにより、複数の変質層２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを形成することが望ましい。この変質層２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃの形成は、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃの順番でレーザー光線の集光点を段階的に変位して行うことが好ましい。
上述した実施形態においては、高さ位置検出工程およびレーザー光線照射工程を１本の切断予定ライン毎にそれぞれ実行する例を示したが、高さ位置検出工程は全ての切断予定ラインについて実行し、レーザー光線照射工程の遂行に先立って全切断予定ラインの情報をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３に記憶させておいてもよい。
以上のようにして、半導体ウエーハ２０の全てのストリート２１１に沿って変質層を形成したならば、半導体ウエーハ２０を保持しているチャックテーブル３６は、最初に半導体ウエーハ２０を吸引保持した位置に戻され、ここで半導体ウエーハ２０の吸引保持を解除する。そして、半導体ウエーハ２０は、図示しない搬送手段によって分割工程に搬送される。
次に、レーザー光線の焦点位置を制御するの他の実施形態について説明する。
この実施形態においては、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように中央部の厚さが厚く外周に向かって徐々に薄くなるような特性を有する円形状の板状物（Ｗ）について適用される。即ち、この実施形態においては、板状物（Ｗ）がチャックテーブル上に保持された状態でチャックテーブルの表面を原点として数点の高さ位置を検出し、この数点の高さ位置に基づいて起伏関数ｆ（ｘ）を求めることにより、レーザー光線の焦点位置を制御する。
図７（ａ）および図７（ｂ）において板状物（Ｗ）の中心部の上面高さ位置（ａ）と、中心部を通る図７（ｂ）において左右方向の第１の方向の分割予定ラインの左端部上面高さ位置（ｂ）と、該第１の方向の分割予定ラインの右端部上面高さ位置（ｃ）と、中心部を通る図７（ｂ）において上下方向の第２の方向の分割予定ラインの上端部上面高さ位置（ｄ）と、該第２の方向の分割予定ラインの下端部上面高さ位置（ｅ）を検出する。そして、板状物（Ｗ）の半径を（ｒ）、中心部を通る第１の方向の分割予定ラインをＸ軸座標、中心部を通る第２の方向の分割予定ラインをＹ軸座標とし、第１の方向の分割予定ラインの全てをＸ軸座標を基準として局座標（ｒθ）で表した場合、第１の方向の分割予定ラインの起伏関数ｆ（ｘ）は、数式１および数式２で表される。
この実施形態においては、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように中央部の厚さが厚く外周に向かって徐々に薄くなるような特性を有する円形状の板状物（Ｗ）について適用される。即ち、この実施形態においては、板状物（Ｗ）がチャックテーブル上に保持された状態でチャックテーブルの表面を原点として数点の高さ位置を検出し、この数点の高さ位置に基づいて起伏関数ｆ（ｘ）を求めることにより、レーザー光線の焦点位置を制御する。
図７（ａ）および図７（ｂ）において板状物（Ｗ）の中心部の上面高さ位置（ａ）と、中心部を通る図７（ｂ）において左右方向の第１の方向の分割予定ラインの左端部上面高さ位置（ｂ）と、該第１の方向の分割予定ラインの右端部上面高さ位置（ｃ）と、中心部を通る図７（ｂ）において上下方向の第２の方向の分割予定ラインの上端部上面高さ位置（ｄ）と、該第２の方向の分割予定ラインの下端部上面高さ位置（ｅ）を検出する。そして、板状物（Ｗ）の半径を（ｒ）、中心部を通る第１の方向の分割予定ラインをＸ軸座標、中心部を通る第２の方向の分割予定ラインをＹ軸座標とし、第１の方向の分割予定ラインの全てをＸ軸座標を基準として局座標（ｒθ）で表した場合、第１の方向の分割予定ラインの起伏関数ｆ（ｘ）は、数式１および数式２で表される。
上記数式１、数式２および数式３、数式４によって第１の方向の分割予定ラインおよび第２の方向の分割予定ラインの起伏関数ｆ（ｘ）が求められたならば、次式によって補正値を求める。
補正値＝（基準値−ｆ（ｘ））×屈折係数
そして、制御手段１０は、集光器５２４のＺ軸方向位置を次式によってもとめる。
Ｚ軸方向位置＝設定高さ位置＋補正値
上記のようにして求めたＺ軸方向位置に基づいて、制御手段１０は焦点位置調整手段５３のパルスモータ５３２を制御して集光器５２４をＺ軸方向位置に位置付ける。
補正値＝（基準値−ｆ（ｘ））×屈折係数
そして、制御手段１０は、集光器５２４のＺ軸方向位置を次式によってもとめる。
Ｚ軸方向位置＝設定高さ位置＋補正値
上記のようにして求めたＺ軸方向位置に基づいて、制御手段１０は焦点位置調整手段５３のパルスモータ５３２を制御して集光器５２４をＺ軸方向位置に位置付ける。
上述した各実施形態においては、チャックテーブルに板状物のチャックテーブル側、即ちレーザー光線を照射する側と反対側の面に変質層を露出して形成する例を示したが、レーザー光線を照射する上面側に板状物の起伏に沿った変質層を形成する場合には、板状物の屈折率を考慮することなく現在位置に対応してレーザー光線照射手段５２の集光器５２４をＺ軸方向に移動すればよい。
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
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
５：レーザー光線照射ユニット
５１：ユニットホルダ
５２：レーザー光線加工手段
５２２：レーザー光線発振手段
５２３：レーザー光線変調手段
５２４：集光器
６：アライメント手段
７：高さ位置検出手段
１０：制御手段
２０：半導体ウエーハ
２１：半導体基板
２１０：変質層
２１１：ストリート
２１２：回路
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
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
５：レーザー光線照射ユニット
５１：ユニットホルダ
５２：レーザー光線加工手段
５２２：レーザー光線発振手段
５２３：レーザー光線変調手段
５２４：集光器
６：アライメント手段
７：高さ位置検出手段
１０：制御手段
２０：半導体ウエーハ
２１：半導体基板
２１０：変質層
２１１：ストリート
２１２：回路
Claims (4)
- 表面に格子状の分割予定ラインが形成された板状物をチャックテーブルに保持し、該チャックテーブルに保持された該板状物に該分割予定ラインに沿って透過性を有するレーザー光線を照射して、該板状物の内部に該分割予定ラインに沿って変質層を形成するレーザー加工方法であって、
該チャックテーブルに保持された該板状物の該分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射する側の面の高さ位置を検出する高さ位置検出工程と、
該位置検出工程によって検出された高さ位置に対応してレーザー光線の焦点位置を制御しつつ該分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射工程と、を含む、
ことを特徴とするレーザー加工方法。 - 表面に格子状の分割予定ラインが形成された板状物に該分割予定ラインに沿って透過性を有するレーザー光線を照射して、該板状物の内部に該分割予定ラインに沿って変質層を形成するレーザー加工装置において、
該板状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該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、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段を水平面内で相対移動する加工送り手段と、該レーザー光線照射手段によって照射するレーザー光線の焦点位置を調整する焦点位置調整手段と、該チャックテーブルに保持された該板状物の該分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射する側の面の高さ位置を検出する高さ位置検出手段と、該高さ位置検出手段によって検出された高さ位置情報を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された情報に基づいて該焦点位置調整手段を制御する制御手段と、を具備している、
ことを特徴とするレーザー加工装置。 - 制御手段は、基準位置での高さ位置と現在位置での高さ位置との差と該板状物の屈折係数に基づいて補正値を求め、該補正値に基づいて該焦点位置調整手段を制御する、請求項２記載のレーザー加工装置。
- 該高さ位置検出手段は該板状物における所定の数点の高さ位置を検出し、該制御手段は該高さ位置検出手段によって検出された各高さ位置から分割予定ラインの起伏関数ｆ（ｘ）を求め、該起伏関数ｆ（ｘ）と該板状物の屈折係数に基づいて補正値を求め、該補正値に基づいて該焦点位置調整手段を制御する、請求項２記載のレーザー加工装置。
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