特許 5983923 レーザダイシング装置及び方法並びにウェーハ処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5983923

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年9月6日

(54)【発明の名称】レーザダイシング装置及び方法並びにウェーハ処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/301 20060101AFI20160823BHJP

   B23K 26/40 20140101ALI20160823BHJP

   B23K 26/10 20060101ALI20160823BHJP

   B23K 26/12 20140101ALI20160823BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/78 B

   H01L21/78 L

   B23K26/40

   B23K26/10

   B23K26/12

【請求項の数】5

【全頁数】31

(21)【出願番号】特願2012-171364(P2012-171364)

(22)【出願日】2012年8月1日

(65)【公開番号】特開2014-33024(P2014-33024A)

(43)【公開日】2014年2月20日

【審査請求日】2015年6月17日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000151494

【氏名又は名称】株式会社東京精密

(74)【代理人】

【識別番号】100083116

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲三

(72)【発明者】

【氏名】藤田 隆

(72)【発明者】

【氏名】清水 翼

【審査官】 宮久保 博幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１２４４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３４０８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０２９９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０３７７８０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−２８１３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１３６４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１３２５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１８１６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１０１２３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０１

Ｂ２３Ｋ ２６／１０

Ｂ２３Ｋ ２６／１２

Ｂ２３Ｋ ２６／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウェーハに対して、レーザ光を照射し、該ウェーハの内部に改質層を形成するレーザダイシング装置において、
前記レーザ光を透過可能に形成され、前記ウェーハの裏面側を密着保持する平坦な保持面を有するウェーハテーブルと、
前記レーザ光を前記ウェーハの裏面側から前記ウェーハテーブルを介して照射するレーザ照射手段と、を備え、
前記レーザ照射手段の集光レンズ面と前記ウェーハテーブルのレーザ光入射面との間の間隙には、空気よりも屈折率の大きな液膜が保持されていることを特徴とするレーザダイシング装置。

【請求項2】

前記ウェーハテーブルの前記レーザ光入射面及び前記保持面は、粗面処理されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザダイシング装置。

【請求項3】

ウェーハに対して、レーザ照射手段からレーザ光を照射し、該ウェーハの内部に改質層を形成するレーザダイシング方法において、
前記レーザ光を透過可能に形成されるとともに、前記ウェーハの裏面側を密着保持する平坦な保持面を有するウェーハテーブルによって前記ウェーハを保持するウェーハ保持工程と、
前記レーザ照射手段の集光レンズ面と前記ウェーハテーブルのレーザ光入射面との間が所定距離の間隙となるように前記レーザ照射手段及び／又は前記ウェーハテーブルを接近移動させる移動工程と、
前記間隙に空気よりも屈折率の大きな液膜を形成する液膜形成工程と、
前記レーザ光を前記ウェーハの裏面から前記ウェーハテーブルを介して照射する照射工程と、を備えたことを特徴とするレーザダイシング方法。

【請求項4】

前記ウェーハテーブルの前記レーザ光入射面及び前記保持面は、粗面処理されていることを特徴とする請求項３に記載のレーザダイシング方法。

【請求項5】

表面に複数のデバイスが形成されるとともに、裏面に貼着されたテープを介してフレームにマウントされたウェーハに対して、レーザ光を照射し、該ウェーハの内部に改質層を形成するレーザダイシング工程と、
レーザダイシング処理された前記ウェーハの前記テープをエキスパンドすることにより、前記テープ上で個々のチップに分割するエキスパンド工程と、を有するウェーハ処理方法において、
前記レーザダイシング工程では、請求項３又は４に記載のレーザダイシング方法を用いることを特徴とするウェーハ処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザダイシング装置及び方法並びにウェーハ処理方法に関し、特に表面に複数のデバイスが形成されたウェーハを処理するレーザダイシング装置及び方法並びにウェーハ処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

表面に複数のデバイス（半導体素子）が形成されたウェーハを個々のチップに分割する方法として、レーザを用いたダイシング方法（レーザダイシング）が知られている。レーザダイシングは、ストリート（分割予定ライン）に沿ってウェーハにレーザ光を入射することにより、ウェーハの内部に多光子吸収による改質層を形成する方法である。レーザダイシングされたウェーハは、その後、ウェーハに外的応力を印加することにより、改質層を起点として個々のチップに分割される。このレーザダイシングによれば、チッピングをほとんど発生させることなく、分割できるという利点がある。

【0003】

このようなレーザダイシングを行う方法及び装置は、例えば特許文献１〜３がある。

【0004】

特許文献１は、ウェーハをダイシングテープ及びリングフレームにて貼合支持固定し、その状態でダイシングテープ側からウェーハ裏面側にレーザ光を入射させレーザダイシングすることが記載されている。

【0005】

特許文献２では、一対の透明ガラス板でウェーハを挟んで支持し、ウェーハの表裏両側からレーザ光を入射できるようにすることが提案されている。

【0006】

特許文献３では、ウェーハ表面の周縁部に設けられたデバイスが形成されていない領域を接触保持する環状の保持面を有する保持手段を備え、デバイス形成領域に触れずにウェーハを保持し、ウェーハの裏面からダイシングテープ越しにレーザ光を入射して、ウェーハ内部に改質層を形成することが提案されている。

【0007】

特許文献１〜３から分かるように、一般的にウェーハの表面側には回路パターン等が形成されており、ストリート付近に回路パターン等の金属膜が形成されているとレーザ光を反射してしまうため、ウェーハの裏面からレーザ光を入射させることが行われている。

【0008】

また、特許文献４では、屈折液（例えば水）で満たされた浸漬槽の底部に設けられたステージ上にウェーハを配置し、レーザヘッドの集光レンズを屈折液に浸漬させた状態でレーザダイシング加工することが記載されている。また、浸漬槽内の屈折液は水の噴射により流動させると記載されている。これにより、レーザ光の反射を抑制することができるので、レーザ光の照射効率を向上できるとされている。

【0009】

これら特許文献１〜４の何れの場合にも、レーザダイシングは、ウェーハ厚みの一定の集光点深度（焦点深度ともいう）位置にレーザ光を照射効率よく照射し、ストリートに沿って一定深さ位置に改質層を連続的に形成することが重要になる。

【0010】

ところで、近年においては、例えばＴＳＶ（シリコン貫通ビア）用等のウェーハのような厚みが極めて薄い、例えば５０μｍ以下のウェーハについてレーザダイシングを行うことが要求されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２００７−１２３４０４号公報

【特許文献2】特開２００５−１０９０４５号公報

【特許文献3】特開２０１０−０２９９２７号公報

【特許文献4】特開２００７−１３６４８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかしながら、特許文献１〜４の方法及び装置では、薄いウェーハ、例えば５０μｍ以下のウェーハに対してレーザダイシングを行う際に発生し易い以下の問題を解決できないという欠点がある。

【0013】

（１）薄いウェーハはアブレーションが生じ易い。

【0014】

アブレーションとは、ウェーハに照射されたレーザ光による溶融によって、ウェーハ内部からウェーハのレーザ光入射面（ウェーハ裏面から照射する場合にはウェーハ裏面）まで連続した孔が形成されてしまう現象を言う。アブレーションが生じると、溶融した溶融物が飛散してウェーハに付着し、付着した部分の素子を破壊してしまう。

【0015】

（２）薄いウェーハはレーザ光の照射効率が悪くなる。

【0016】

ウェーハの厚みが薄い場合には、ウェーハ内部におけるレーザ光の集光点深度を浅くせざるをえないため、幅広い角度からレーザ光を入射させる必要がある。しかし、幅広い角度からレーザ光を入射させると、空気とウェーハとの屈折率差が大きいためにその界面（ウェーハ面）でレーザ光が反射し、その分、レーザ光の照射効率が低下する。これにより、改質を十分に行うことができない。そうかと言って、レーザパワーを大きくし過ぎると、アブレーションが生じ易くなる。

【0017】

（３）薄いウェーハは極めて高い精度ワークディスタンスが要求される。

【0018】

ここで、ワークディスタンスとは、集光レンズの先端とウェーハ内部に設定された集光点位置との距離を言う。ワークディスタンスが一定でなくなると、ウェーハのストリート（分割予定ライン）に沿ってレーザ光を照射した際に、レーザ光の集光点深度が変わるため、一定の深さ位置に改質層を形成できなくなる。これにより、ウェーハの分割性能が低下するだけでなく、ワークディスタンスが短くなる方向に変動する場合にはウェーハのレーザ光入射面近傍が溶融されるのでアブレーションの原因になる。したがって、ウェーハが薄い場合には、ワークディスタンスが僅かに短くなる方向に変動しただけでアブレーションが生じてしまう。

【0019】

更には、薄いウェーハ特有の反りや撓みがワークディスタンスの一定化を阻害している。このウェーハの反りや撓みの問題に対しては、ウェーハをテーブルで保持してレーザ光の入射を行うことで矯正することは可能である。

【0020】

しかし、特許文献１では、ウェーハの裏面にレーザ光を入射できるようにするために、ウェーハの表面側をテーブルで吸着保持する構成としている。このようにウェーハの表面側をテーブルで吸着保持すると、例えば、ＭＥＭＳ素子（Micro Electro Mechanical System）のように微細構造の素子等が形成されたウェーハの場合、吸着により素子が破壊されてしまうという欠点がある。このような問題は、透明ガラス板でウェーハを挟持する特許文献２のレーザダイシング装置でも生じる。

【0021】

また、特許文献３に記載されるように、環状の保持面を有する保持手段でウェーハの周縁部のみを支持することも考えられるが、ウェーハの周縁部のみを支持すると、ウェーハに撓みが生じ、所定の領域に改質層を形成できないという欠点がある。

【0022】

更には、一般にウェーハの裏面に貼着されるダイシングテープ（特に薄いテープの場合）の表面（テープ表面）は、ガラスのような硬質体のような平坦な平面を形成する場合は少なく、大体うねりを持つことが多い。また、物によっては、微小に荒れている場合が多い。このため、ウェーハの裏面からダイシングテープ越しにレーザ光を入射しようとすると、テープ表面における散乱の影響でレーザ光が効率的に入射しないという問題がある。

【0023】

また、特許文献３では、保持手段に設けられた凹部とウェーハとで形成される空間内にブロー手段から空気を導入するとともに、反り矯正手段によりウェーハの裏面を押止することによって、ウェーハの反りやうねりを矯正しようとしている。しかし、このように特許文献３に開示される方法では、ウェーハの反りやうねりを完全に矯正することは原理的に困難である。このため、ウェーハの裏面からレーザ光を入射する際、ウェーハの内部の所定位置にレーザ光の集光点（フォーカス）を合わせることができず、ウェーハの内部にレーザ光による改質層を精度よく形成することができない。

【0024】

また、ウェーハの裏面をガラス板で支持しながら、ウェーハの裏面からガラス板越しにレーザ光を入射する場合、ガラス面とウェーハの裏面（ダイシングテープの貼着された面）の間に空気層が介在すると、それらの界面において繰り返し反射が起こり、ウェーハの所望の部分以外のところに、レーザ光が散乱してしまい、レーザ焼けを起こすことになる。そうした散乱光によるロスは、そのロスした分だけ、その付近でエネルギーが消費されることになり、ガラス面における表面劣化や、劣化に伴う破片のダイシングテープへの付着など、その付近のレーザ光の散乱に伴う弊害を受けることになる。

【0025】

更には、ガラス面とウェーハの裏面が密着していない場合、レーザパワーを大きくしてレーザを投入したとしても、ガラス面とウェーハの裏面との間におこる散乱の影響により、効率的にウェーハ内部に改質層が形成されないという問題がある。

【0026】

また、ワークディスタンスが一定になりにくい別の要因としては、集光レンズとウェーハのレーザ光入射面との間のレーザ光路における屈折率の変動がある。特許文献４の場合、集光レンズを浸漬槽内の屈折液に浸漬させた状態でレーザ照射を行うので、屈折液の屈折率が変動し易く、反射防止は抑制できてもワークディスタンスが一定になりにくい。即ち、ストリートに沿ってレーザダイシングするためにステージを移動させたり、屈折液を噴射して浸漬槽内の屈折液を流動させたりすることによって、浸漬槽内の屈折液がゆらいだり、屈折液に渦や気泡が発生し易くなる。また、特許文献４は、集光レンズを浸漬槽内の屈折液に浸漬させた状態でレーザ照射を行うので、集光レンズの近傍の液温が他の部分に比べて高くなり、浸漬槽内に対流が生じる。これらの要因によって、集光レンズとウェーハのレーザ光入射面との間の光路上において屈折率が変動し易いため、ワークディスタンスが一定でなくなる。

【0027】

即ち、特許文献４における屈折液は、反射を抑制して照射効率の上昇には寄与するが、ワークディスタンスの一定化にとっては悪く作用する。これにより、特許文献４の技術を単に使用しただけでは、薄いウェーハ、特に５０μｍ以下のウェーハを精度良くレーザダイシングすることはできない。

【0028】

特にワークディスタンスが一定でない場合、特に、薄いウェーハに対してもアブレーションを起こさずにウェーハ内部のみに精度よく改質層を形成するという課題に対応することができない。即ち、たとえオートフォーカスして表面形状に追従させながら、表面から一定深さに調整しようとしても、高速にスキャンする中では、表面から絶えず一定深さに改質層を形成することは難しく、また間に介在する液体のゆらぎによる屈折率変化などからも改質層が形成される高さ位置がばらつくことになる。特に非常に薄いウェーハに対して、精度よく一定深さ位置に改質層を形成する場合においては、改質層が形成される深さ位置がレーザ照射側の表面付近にずれると、ウェーハ内部の改質のみならず、ウェーハ表面からアブレーションを引き起こすことにつながる。このようなことになると、ウェーハ表面は無傷でウェーハ内部だけに改質層を形成する本願の目的には合致しなくなる。

【0029】

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、特に５０μｍ以下の薄いウェーハに対してレーザダイシングを行う場合であっても、アブレーションを防止し、ワークディスタンスを一定にでき、照射効率を向上できるので、精度の良いレーザダイシングを行うことができるレーザダイシング装置及び方法並びにウェーハ処理方法を提供する。

【0030】

更に本発明は、ウェーハ表面に形成された微細構造のデバイスを破壊することなくウェーハの反りや撓みを矯正してワークディスタンスを一定化することができるので、ウェーハ、特に５０μｍ以下の薄いウェーハであってもウェーハ内部に改質層を精度良く形成することができるレーザダイシング装置及び方法並びにウェーハ処理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】

【0031】

本発明のレーザダイシング装置は、前記目的を達成するために、表面に複数のデバイスが形成されたウェーハに対して、レーザ光を照射し、該ウェーハの内部に改質層を形成するレーザダイシング装置において、前記レーザ光を透過可能に形成され、前記ウェーハの裏面側を密着保持する平坦な保持面を有するウェーハテーブルと、前記レーザ光を前記ウェーハの裏面側から前記ウェーハテーブルを介して照射するレーザ照射手段と、を備え、前記レーザ照射手段の集光レンズ面と前記ウェーハテーブルのレーザ光入射面との間の間隙には、空気よりも屈折率の大きな屈折液Ａの液膜が界面張力によって保持されていることを特徴とする。

【0032】

また、本発明のレーザダイシング方法は、前記目的を達成するために、表面に複数のデバイスが形成されたウェーハに対して、レーザ照射手段からレーザ光を照射し、該ウェーハの内部に改質層を形成するレーザダイシング方法において、前記レーザ光を透過可能に形成されるとともに、前記ウェーハの裏面側を密着保持する平坦な保持面を有するウェーハテーブルによって前記ウェーハを保持するウェーハ保持工程と、前記レーザ照射手段の集光レンズ面と前記ウェーハテーブルのレーザ光入射面との間が所定距離の間隙となるように前記レーザ照射手段及び／又は前記ウェーハテーブルを接近移動させる移動工程と、前記間隙に空気よりも屈折率の大きな屈折液Ａを供給して液膜を形成する液膜形成工程と、前記レーザ光を前記ウェーハの裏面側から前記ウェーハテーブルを介して照射する照射工程と、を備えたことを特徴とする。

【0033】

本発明のレーザダイシング装置及び方法は、ウェーハの厚みに関係なく適用できるが、特に５０μｍ以下の薄いウェーハの場合に有効である。ウェーハ厚みの下限は設けなかったが３０μｍ以上であることが好ましい。

【0034】

また、「平坦な保持面」における平坦とは、完全な平坦を意味するものではなく、ウェーハを密着してウェーハの反りや撓みを矯正できる平坦性を言う。更に、ウェーハテーブルの一方面がレーザ光入射面であり、他方面が保持面である。

【0035】

本発明のレーザダイシング装置及び方法によれば、レーザ照射手段の集光レンズ面とウェーハテーブルのレーザ光入射面との間の間隙には、空気よりも屈折率の大きな屈折液Ａの液膜が界面張力によって保持されている。

【0036】

このように、集光レンズ面とウェーハテーブルのレーザ光入射面との間の間隙に空気よりも屈折率の大きな屈折液Ａの液膜が存在するよりも開口数を大きくすることができるので、ウェーハテーブルに入射するレーザ光の入射角を大きくできるとともに、ウェーハテーブルに入射したレーザ光の屈折角を大きくできる。

【0037】

レーザ光の入射角が小さくなることによって、集光レンズの両端から出たレーザ光が全反射することを防止でき、ウェーハテーブルを介してウェーハ内部に入射させることができるので、照射効率を向上できる。照射効率が良くなることによって、小さなレーザ光のエネルギーでウェーハ内部の改質を行えるので、アブレーションが起こりにくくなる。

【0038】

また、ウェーハテーブルに入射するレーザ光の屈折角が大きくなることによって幅広い角度からレーザ光を集光して集光点を結ぶことができるので、浅い集光点深度位置にレーザ光の集光点を結び易くなる。これにより、薄いウェーハのレーザダイシングに対応させることができる。更には、幅広い角度からレーザ光を集光して集光点を結ぶことによって、ウェーハのレーザ光入射面における照射面積を大きくして単位面積当りのエネルギーを小さくし、これによりウェーハのレーザ光入射面での溶融を防止できる。その一方、ウェーハ内部の集光点位置でのレーザ光を絞り込むことができ、集光点領域での照射面積を小さくして単位面積当りのエネルギーを大きくすることができる。これにより集光点領域での溶融を促進することができる。この結果、薄いウェーハ、特に５０μｍ以下のウェーハであってもウェーハ内部の集光点領域、即ち改質を行う領域のみが溶融するので、アブレーションが発生しない。

【0039】

また、屈折液Ａの液膜は、集光レンズ面とウェーハテーブルのレーザ光入射面との間の間隙のみに界面張力によって保持されている。これにより、ストリートに沿ってウェーハ内部の一定深さ位置に精度よく改質層を連続的に形成するために、集光レンズとウェーハテーブルとが相対的に高速移動しても、液膜が波立ったり、ゆらいだりすることはない。これにより、屈折液Ａによる屈折率の変動がないので、ワークディスタンスを一定化させることに寄与する。

【0040】

更に、本発明のレーザダイシング装置及び方法によれば、レーザダイシングされるウェーハは、レーザ光を透過可能に形成され、ウェーハの裏面側を密着保持する平坦な保持面を有するウェーハテーブルによって保持されるので、ウェーハの反りや撓みが矯正される。

【0041】

また、本発明のレーザダイシング装置及び方法によれば、集光レンズからウェーハまでのレーザ光路のうち、屈折液Ａを薄膜にして、大部分のレーザ光路をウェーハテーブルのように固体媒質にすることによって、光路途中における屈折率の変動を極めて小さくすることが可能となる。

【0042】

上記したように、開口数を高めて屈折角を大きくし、液膜における屈折率の変動を抑制し、ウェーハの反りや撓みを矯正し、レーザ光路全般での屈折率の変動を抑制することによって、小さなレーザパワーでウェーハの浅い集光点深度位置に一定のワークディスタンスでレーザ光を照射することができるので、一定のウェーハ深さに改質層を精度良く連続形成することができる。

【0043】

これにより、本発明のレーザダイシング装置及び方法は、ウェーハ、特に５０μｍ以下の薄いウェーハに対してレーザダイシングを行う場合であっても、アブレーションを防止し、ワークディスタンスを一定にでき、照射効率を向上できるので、精度の良いレーザダイシングを行うことができる。

【0044】

また、ウェーハ表面に形成された微細構造のデバイスを破壊することなくウェーハの反りや撓みを矯正してワークディスタンスを一定化することができるので、ウェーハ、特に５０μｍ以下の薄いウェーハであってもウェーハ内部に改質層を精度良く形成することができる。

【0045】

本発明においては、集光レンズ面とウェーハテーブルのレーザ光入射面との間の間隙は、最短距離が０．０１〜２ｍｍの範囲であることが好ましい。更に好ましくは、特に装置の動作精度にもよるが、集光レンズ面とウェーハテーブルのレーザ光入射面とが接触しない限度において０．２ｍｍ以下程度であることが望ましい。この範囲において、集光レンズ、ウェーハテーブル、屈折液Ａとの間に界面張力が効果的に作用し易いからである。すなわち、高速に相対的に動作しても、屈折液Ａが界面張力によって、集光レンズに追従するからである。ここで「最短距離」としたのは、集光レンズは凸状をしているためである。

【0046】

なお、屈折液Ａの表面張力や粘度、集光レンズ、ウェーハテーブルの材質や表面状態によって界面張力は異なるので、最短距離を０．０１〜２ｍｍに限定するものではなく、要は界面張力を効果的に発生させる間隙距離を設定することが重要である。

【0047】

ただし、この集光レンズとウェーハテーブルの距離そのものは一定に設定する必要がある。レーザの波長や、材料の屈折率、集光点の位置によって、ワークディスタンスの設定は微小に変わる。しかし、それによって、屈折液Ａの厚みの設定が大きく変化してはならない。屈折液Ａの厚みは、集光レンズとウェーハテーブルの間が相互に高速に移動したとしても、透明性を維持しながら潤滑性を高め、界面張力によって相互の移動に追従する必要性があるためである。

【0048】

また、ウェーハテーブルの表面状態も、液体の界面張力による屈折液Ａの移動を安定化させる上で一定の状態にしておく必要がある。

【0049】

例えば、引用文献４に記載の技術において、レーザによる加工対象のウェーハ等の基板材料やその上の膜材料について特段の制約は記載されていない。様々な基板材料に対して同じ要領でレーザ加工をする必要がある。そこで、集光レンズと基板の間に屈折液を入れて基板を屈折液で満たす条件では、基板表面が親水性の材料から構成される場合と、基板表面が疎水性の材料から構成される場合とでは、集光レンズと基板とが相互に高速に動作する状況下で屈折液の追従性は大きく変化し、屈折率のゆらぎも大きく変化することがある。場合によっては、疎水性の表面を有する場合、屈折液をはじいてしまう等の問題もあり、安定した高屈折媒質内に光を通すという目論見に対し意味を成さないこともある。本願発明の場合は、集光レンズとウェーハテーブルという透明な固体と固体によって近接して微小隙間を持って構成された状態に、極少量の屈折液Ａを介在させることで、高速動作においても屈折液Ａが双方の表面に支持され、屈折液Ａの安定した界面張力を巧みに利用して、相互の固体の直接接触を防ぎつつ潤滑しながら安定した光の経路を確保している。また、ウェーハテーブルと集光レンズともに同じガラスとして屈折率を１．５に近い材料で構成し、その上で、その間を埋める屈折液Ａも１．５に近い液体を使用することで、集光レンズからウェーハテーブルまでほとんど同じ屈折率とすることができる。この屈折率の一定化は、途中の反射による光導入の損失を防ぎながら、高い開口数ＮＡを確保し、レーザ集光点における見込み角を大きくすることで、厚みの薄いウェーハ等の基板材料であってもアブレーションしない条件にすることに大きく貢献している。なお、「見込み角」については、後述する開口数ＮＡの説明の中で説明しているので、参照されたい。

【0050】

また、ウェーハテーブルのレーザ光入射面を粗面処理することが好ましい。粗面処理により、ウェーハテーブルのレーザ光入射面の実質的な表面積が大きくなり、その大きい表面積に働く個液間の界面張力も大きくなる。これにより、屈折液Ａの液膜が集光レンズとウェーハテーブルのレーザ光入射面との間の間隙に保持され易くなる。屈折液Ａとしては、イソプロピルアルコールを含む液体であることが好ましい。水と比べてイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）は表面張力が低いため、集光レンズとウェーハテーブルとの間の隙間にくまなく入り込み、集光レンズとウェーハテーブルとの間に屈折液Ａを保持し易くなる。

【0051】

本発明においては、ウェーハテーブルは、レーザ光が透過可能であって表裏面が平坦なテーブル板を有し、該テーブル板は石英ガラス、ゲルマニウム、シリコン、プラスチック樹脂の何れかで形成されていることが好ましい。特に、ゲルマニウム、シリコンのようにレーザ光路の屈折率がウェーハの屈折率に近い材質でウェーハテーブルを形成することが好ましい。この場合、ゲルマニウム、シリコンは、レーザ光の透過性のものを選択することが重要である。

【0052】

本発明においては、ウェーハの裏面側が空気よりも屈折率の大きな屈折液Ｂが介在された状態でウェーハテーブルの保持面に密着保持されることが好ましい。

【0053】

このように屈折液Ｂによりウェーハがウェーハテーブルに密着保持されることにより、ウェーハが撓みなく平坦な状態で保持される。これにより、ワークディスタンスを一層一定化することができる。そして、レーザ光をウェーハの裏面側からウェーハテーブルを介して照射することにより、ウェーハの内部に改質層を精度良く形成することが可能となる。また、ウェーハの表面に一切触れることなく、ダイシング処理を行うことができる。したがって、ウェーハの表面に形成されたデバイスを破壊することなく、ダイシング処理を行うことが可能となる。

【0054】

特に、ウェーハとウェーハテーブルの微小な隙間に屈折液Ｂを導入させ介在させることにより、屈折液Ｂは微小な隙間に毛細管現象によって自動的に一様に広がる。また、屈折液Ｂとウェーハテーブルの保持面の界面間で作用する界面張力や、屈折液とウェーハ（テープが貼着される場合にはテープが貼着される面）の界面間で作用する界面張力の影響により、ウェーハは全面一様に隙間なく、ウェーハテーブルに密着するようになる。

【0055】

これにより、ウェーハテーブルを介してレーザ光を照射し、ウェーハ内部に改質層を形成する場合、レーザ光は途中経路で大きくエネルギーロスすることなく、効率的にウェーハ内部で結像して改質層を形成することが可能となる。

【0056】

また、本発明においては、ウェーハの裏面にレーザ光を透過可能なテープが貼着されていてもよいし、貼着されていなくてもよい。前者の場合、一般にテープは表面が荒れている場合が多く、空気が介在すると散乱を起こしやすい。しかし、本発明のように液体（屈折液Ｂ）を介在させると荒れている面を持つ面の方がかえって、表面積が広くなる影響で界面張力が大きくなり、濡れ性は高まる。また、微小な粗さも液体がその微小な粗さの凹凸を埋めることになるため、かえって荒らされたテープ表面に対して、液体が一様に広がり、一層、屈折率の分布が小さくなって散乱を起こしにくく、より効率的にレーザ光が透過するという利点も有する。

【0057】

また、屈折液Ａ及び屈折液Ｂとしては、水、エタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）などを用いることが可能である。なお、本発明では、エタノールやＩＰＡが好ましく用いられるが、水 (屈折率は１．３)であっても、空気(屈折率１)と比べて一般的に屈折率が高く、屈折液として用いることができる。

【0058】

屈折液Ａ及び屈折液Ｂの種類は異なっていてもよいが、同じであることがより好ましい。

【0059】

また、ウェーハテーブルはレーザ光を透過するが、例えば、ウェーハテーブルとして石英ガラスが用いられる場合、その屈折率は１．４５であるため、気体よりも液体の方が、これらのウェーハテーブルやテープに対して屈折率は近い値を持つ。屈折率が近い場合、それだけその界面において反射や散乱が少なくなり、レーザ光を照射する際のエネルギーロスを大幅に減らすことが可能となる。

【0060】

また、屈折液Ａ及び屈折液Ｂとして、ウェーハテーブルやテープと同等の屈折率を有する液体を使用すると、界面でのレーザ光のロスはほとんどなくなり、効率よくレーザ光を透過し、ウェーハ内部に改質層を形成することが可能となる。

【0061】

このように本発明によれば、ウェーハの表面に形成されたデバイスを破壊することなく、ウェーハの裏面からレーザ光を照射しつつもウェーハ内部に精度よく一定の深さ位置に改質層を形成し、また、レーザ光の途中経路における散乱を低減して効率よく安定した改質層をウェーハ内部に形成するとともに、途中経路の散乱により、レーザ光の散乱によるレーザ焼けをなくし、レーザ焼けによる各部品の劣化、性能低下を防ぐことが可能となる。

【0062】

また、屈折液Ｂは、イソプロピルアルコールを含む液体であることが好ましい。これにより、ウェーハにウォーターマークが発生するのを抑止することができるとともに、屈折液Ａで述べたと同様の理由から、ウェーハの裏面とウェーハテーブルの間を更に一様に密着させることが可能となる。

【0063】

また、ウェーハの裏面とウェーハテーブルの間を一様に密着させることに加えて、これらの間に一様な液体が介在することで、レーザ光の経路中における屈折率のウェーハ面内におけるばらつきもほとんどなく、面内一様な状態を形成することができる。

【0064】

本発明においては、ウェーハテーブルの保持面は、粗面処理されていることが好ましい。これにより大きな密着力でウェーハを密着保持することが可能となる。即ち、ウェーハテーブルの粗面処理により、ウェーハテーブルの実質的な表面積が大きくなり、その大きい表面積に働く個液間の界面張力も大きくなる。よって、ウェーハの裏面（テープが貼着される場合にはテープが貼着される面）とウェーハテーブルとは更に密着するともに、ウェーハの裏面とウェーハテーブル間の屈折率差はなくなり、効率よくレーザ光による改質層をウェーハ内部に形成することが可能となる。

【0065】

本発明においては、前記ウェーハテーブルは、前記保持面を下に向けて水平に設置され、前記レーザ照射手段は、前記ウェーハテーブルの上方から前記ウェーハテーブルに保持されたウェーハにレーザ光を照射することが好ましい。

【0066】

本発明では、集光レンズとウェーハテーブルとの間の間隙に屈折液Ａを界面張力によって保持する必要があるため、集光レンズよりも面積の大きなウェーハテーブルが集光レンズの下方に配置されていた方が屈折液Ａを保持し易い。

【0067】

本発明においては、前記保持面から離間した位置にレーザ反射防止板が設置されることが好ましい。

【0068】

これにより、ウェーハを透過したレーザ光の不要な反射が防止でき、反射焼け等の不具合が生じるのを効果的に防止することができる。

【0069】

本発明のウェーハ処理方法は、前記目的を達成するために、表面に複数のデバイスが形成されるとともに、裏面に貼着されたテープを介してフレームにマウントされたウェーハに対して、レーザ光を照射し、該ウェーハの内部に改質層を形成するレーザダイシング工程と、レーザダイシング処理された前記ウェーハの前記テープをエキスパンドすることにより、前記テープ上で個々のチップに分割するエキスパンド工程と、を有するウェーハ処理方法において、前記レーザダイシング工程では、請求項１０から１７の何れか１項に記載のレーザダイシング方法を用いることを特徴とする。

【0070】

本発明によれば、レーザダイシング工程では、請求項１０から１７の何れか１項に記載のレーザダイシング方法を用いるようにしたので、ウェーハ、特に５０μｍ以下の薄いウェーハに対してレーザダイシングを行う場合であっても、精度の良いレーザダイシングを行うことができる。したがって、その後のエキスパンド工程においてウェーハを個々のチップに分割する際にも精度良く分割することができる。

【発明の効果】

【0071】

本発明によれば、ウェーハ、特に５０μｍ以下の厚みの薄いウェーハに対してレーザダイシングを行う場合であっても、アブレーションを防止し、照射効率を向上でき、ワークディスタンスを一定にできるので、精度の良いレーザダイシング加工を行うことができる。

【0072】

また、本発明によれば、ウェーハ表面に形成された微細構造のデバイスを破壊することなくウェーハの反りや撓みを矯正してワークディスタンスを一定化することができるので、ウェーハ、特に５０μｍ以下の薄いウェーハであってもウェーハ内部に改質層を精度良く形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0073】

【図1】本発明に係るレーザダイシング装置の一実施形態を示す概略構成図

【図2】本発明に係るレーザダイシング装置によってウェーハに改質層を形成している断面図

【図2A】集光レンズの周りに屈折液を閉じ込める囲い部材を設けた要部拡大図

【図3】ダイシングフレームにマウントされた状態のウェーハを示す斜視図

【図4】薄いウェーハがアブレーションを発生し易い説明図

【図5】アブレーションと見込み角との関係を説明する模式図

【図6】屈折液Ａと空気とによるレーザ光路の違いを説明する説明図

【図7】レーザダイシング装置の他の実施の形態を示す概略構成図

【図8】ウェーハテーブルの保持面の粗面処理の一態様を示す説明図

【図9】エキスパンド処理の説明図

【図10】ウェーハユニットの作成方法

【図11】ウェーハユニットの剥離方法

【発明を実施するための形態】

【0074】

以下、添付図面に従って本発明のレーザダイシング装置及び方法並びにウェーハ処理方法の好ましい実施の形態について説明する。

【0075】

［レーザダイシング装置］
図１は、本発明に係るレーザダイシング装置の一実施形態を示す概略構成図である。また、図２は、本発明に係るレーザダイシング装置によってウェーハに改質層を形成している断面図である。

【0076】

図１及び図２に示すように、本実施の形態のレーザダイシング装置１０は、主として、ウェーハＷを保持するウェーハテーブル２０と、ウェーハテーブル２０に保持されたウェーハＷにレーザ光を入射するレーザ照射装置６０と、レーザ照射装置６０の集光レンズ６６のレンズ面６６Ａ（レーザ光出射面）とウェーハテーブル２０のテーブル板２２のテーブル面２２Ｂ（レーザ光入射面）との間の間隙のみに界面張力によって保持され、空気よりも屈折率の大きな屈折液Ａで形成された液膜２６Ａと、レーザ反射防止板５０と、で構成される。

【0077】

まず、本実施の形態のレーザダイシング装置１０で加工対象とするウェーハＷについて説明する。

【0078】

本実施の形態のレーザダイシング装置１０で加工対象とするウェーハＷは、表面に複数のデバイス（例えばＭＥＭＳ素子等）が形成されたウェーハＷであり、ダイシングフレームＦにマウントされた状態で加工処理される。

【0079】

図３は、ダイシングフレームＦにマウントされた状態のウェーハＷを示す斜視図である。

【0080】

図３に示すように、ウェーハＷは、ダイシングテープＴを介してダイシングフレームＦにマウントされる。ダイシングフレームＦは、枠状に形成され、その内部にダイシングテープＴが貼り付けられる。ウェーハＷは、その裏面をダイシングテープＴに貼着されて、ダイシングフレームＦにマウントされる。

【0081】

ここで、このダイシングフレームＦに貼り付けられるダイシングテープＴは、延性を有する素材で形成されるとともに、レーザ照射装置６０から出射されるレーザ光を透過可能な素材で形成される。本例では、延性を有し、透明な素材で形成される。なお、通気性を有することが更に好ましい。

【0082】

ダイシングフレームＦにマウントされたウェーハＷは、そのダイシングテープＴが貼着された面（裏面）をウェーハテーブル２０に保持される。

【0083】

ウェーハテーブル２０は、図１に示すように、主として、テーブル板２２と、そのテーブル板２２を保持するテーブル板保持フレーム２４とで構成される。

【0084】

テーブル板２２は、加工対象とするウェーハＷに対応した円盤状に形成され、その表面及び裏面は共に平坦に形成される。テーブル板２２は、加工対象とするウェーハＷの全面を支持できるように、加工対象とするウェーハＷよりも大径の円盤状に形成される。このテーブル板２２は、レーザ照射装置６０から出射されるレーザ光を透過可能な素材で形成される。一例として、本実施の形態では、透明な石英ガラスで形成される。また、このテーブル板２２は、加工対象とするウェーハＷを撓みなく保持することができるように、必要十分な厚さを持って形成される。

【0085】

テーブル板２２は、図１の下面側がウェーハＷを保持するための保持面２２Ａとされる。保持面２２ＡとウェーハＷのダイシングテープＴが貼着された面（裏面）との間には屈折液Ｂによる均一かつ薄膜状の液膜２６Ｂが介在しており、ウェーハＷが液膜２６Ｂを介してテーブル板２２に密着保持される。なお、後で詳しく説明するが、屈折液Ｂの一例としては、水、エタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）などがある。

【0086】

テーブル板保持フレーム２４は、円環状に形成される。テーブル板２２は、このテーブル板保持フレーム２４の内周部に保持される。

【0087】

テーブル板保持フレーム２４は、図示しない回転駆動機構によって軸周りに回転するとともに、図示しない昇降駆動機構によって上下方向（Ｚ方向）に昇降する。また、図示しない前後駆動機構によって水平面上を前後方向（Ｙ方向）に移動するとともに、図示しない左右駆動機構によって水平面上を左右方向（Ｘ方向）に移動する。

【0088】

これにより、テーブル板２２は、テーブル板保持フレーム２４が回転することにより、軸回りに回転する。また、テーブル板保持フレーム２４が昇降することにより、上下に昇降する。更に、テーブル板保持フレーム２４が前後方向に移動することにより、前後に移動し、左右方向に移動することにより、左右に移動する。

【0089】

レーザ照射装置６０は、ウェーハテーブル２０の上方に設置され、ウェーハテーブル２０に向けてレーザ光を垂直に出射する。

【0090】

図２に示すように、レーザ照射装置６０は、主として、レーザ発振装置６２と、コリメータレンズ６４と、集光レンズ（コンデンサレンズ）６６と、アクチュエータ６８とで構成される。

【0091】

そして、集光レンズ６６のレンズ面６６Ａ（レーザ光出射面）と、テーブル板２２のテーブル面２２Ｂ（レーザ光入射面）との間の間隙には、界面張力によって保持され、空気よりも屈折率の大きな屈折液Ａで形成された液膜２６Ａが介在される。

【0092】

テーブル板２２のテーブル面２２Ｂは粗面処理されていることが好ましい。粗面処理としては、例えば、ＧＣ砥粒の＃２０００番を使用し、テーブル面２２Ｂを２０分程度ラッピング加工しても良い。また、＃５００番程度の砥粒を使用してもよい。ＧＣ以外でもＷＡなどの砥粒を使用して、テーブル面２２Ｂを荒らしてもよい。このようにすることで、テーブル面２２Ｂはすりガラス上になって、空気中では表面の荒れによって散乱し、曇ったようになる。表面粗さとしては、Ｒａで０．１ｍｍ以下であればよいが、これに縛られず、界面張力が増大するように粗さの隙間に液体が埋まり込み、表面積が大きいほどよい。

【0093】

このようにテーブル板２２のテーブル面２２Ｂに粗面処理を施しておくことによって、集光レンズ６６とテーブル板２２との間には、微小な間隙空間が形成され、毛細管現象によって屈折液Ａが間隙に一様に且つ効率的に広がる。その結果、屈折液Ａを集光レンズ６６とテーブル板２２との間の間隙に界面張力でしっかりと保持し易くなる。この屈折液Ａについても、後で詳しく説明するが、上記した屈折液Ｂと同様に、水、エタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）などを使用することができる。

【0094】

また、屈折液Ａと屈折液Ｂとは、異なる種類のものを使用することもできるが、同じものであることがより好ましい。

【0095】

レーザ発振装置６２は、ウェーハＷの加工条件に従ったレーザ光を発振する。レーザ発振装置６２から発振されたレーザ光は、コリメータレンズ６４によって平行光とされた後、集光レンズ６６で集光点Ｐに集光される。これにより、集光点ＰをウェーハＷの内部に設定して、ウェーハＷにレーザ光を入射すると、ウェーハＷの内部に改質領域が形成される。この状態でウェーハＷを水平に移動させると、集光点Ｐの移動軌跡に沿って改質領域が連続的に形成され、改質層Ｌが形成される。ウェーハの分割時は、この改質層をストリート（分割予定ライン）に沿って形成する。

【0096】

アクチュエータ６８は、集光レンズ６６を光軸方向（Ｚ軸方向）に微小移動させる。即ち、集光レンズ６６は、図示しないレンズ枠に保持されて、光軸方向に移動自在に支持されており、このアクチュエータ６８に駆動されて、光軸方向に微小移動する。

【0097】

アクチュエータ６８を駆動して、集光レンズ６６を光軸方向に移動させることにより、レーザ光の集光点Ｐの位置がＺ方向に変位する。これにより、改質層Ｌを形成する位置（Ｚ方向の位置）を調整することができる。また、集光点ＰのＺ方向の位置を変えて、ウェーハＷに複数回レーザ光を入射することにより、ウェーハＷの内部に複数の改質層Ｌを形成することができる。

【0098】

この集光点ＰのＺ方向の位置調整に加えて、集光レンズ６６のレンズ面６６Ａと、テーブル板２２のテーブル面２２Ｂとの間の間隙の距離を調整し、上記した液膜２６Ａが界面張力によって間隙に保持されるように調整する。即ち、集光レンズ６６、テーブル板２２、及び屈折液Ａの表面張力並びに集光レンズ６６と屈折液Ａ、及びテーブル板２２と屈折液Ａとの界面張力、更には屈折液Ａの粘度等の物性にもよるが、集光レンズ６６のレンズ面６６Ａと、テーブル板２２のテーブル面２２Ｂとの間隙の最短距離Ｄ（図２参照）を０．０１〜２ｍｍの範囲になるように設定する。

【0099】

なお、集光点Ｐが所定位置になるように集光レンズ６６の位置を調整したときに、間隙距離が１ｍｍを超える場合には、テーブル板２２の厚みを厚くすることで調整することができる。予め、予備試験を行ってテーブル板２２の厚みを決定しておけばよい。

【0100】

レーザ反射防止板５０は、ウェーハテーブル２０の下部に設置される。このレーザ反射防止板５０は、上面部にレーザ光の反射防止処理（たとえば、黒色処理）が施された平板状に形成され、ウェーハテーブル２０の保持面２２Ａから所定距離離れた位置に水平に設置される。即ち、ウェーハテーブル２０の保持面２２Ａとレーザ反射防止板５０との間には所定の空間が形成される。

【0101】

レーザ照射装置６０から出射されてウェーハＷを透過したレーザ光は、このレーザ反射防止板５０に入射する。これにより、不要な反射が防止でき、反射焼け等が生じるのを防止できる。

【0102】

本実施の形態のレーザダイシング装置１０は、以上のように構成される。

【0103】

なお、レーザダイシング装置１０の動作は、図示しない制御装置で制御される。制御装置は、所定の制御プログラムを実行して、各部の動作を制御し、ウェーハＷの加工処理を実行する。

【0104】

［レーザダイシング方法］
次に、上記の如く構成されたレーザダイシング装置１０を用いたレーザダイシング方法について説明する。

【0105】

上記のように、ウェーハＷは、ダイシングフレームＦにマウントされた状態で加工処理される。ウェーハＷは、裏面（デバイスが形成されていない面）をダイシングテープＴに貼着されて、ダイシングフレームＦにマウントされる。

【0106】

ダイシングフレームＦにマウントされたウェーハＷは、図示しない搬送装置（例えば、ロボットのアーム）によって、ウェーハテーブル２０の下部まで搬送される。この際、ウェーハＷは、ダイシングテープＴが貼着された面を上向きにし、表面は非接触の状態でウェーハテーブル２０の下部位置まで搬送される。

【0107】

ウェーハテーブル２０の下部位置まで搬送されたウェーハＷは、搬送装置からウェーハテーブル２０に受け渡される。受け渡しは、ウェーハＷの裏面をウェーハテーブル２０の保持面２２Ａで密着保持することにより行われる。具体的には、次のように行われる。

【0108】

まず、ウェーハＷの位置決めが行われる。即ち、ウェーハＷの中心が、ウェーハテーブル２０の中心と一致するように位置決めされる。その後、屈折液Ｂを滴下或いは塗布する屈折液Ｂ供給手段（不図示）を用いて、ウェーハＷの裏面に対して屈折液Ｂを均一に供給し液膜２６Ｂを形成する。なお、屈折液Ｂを供給して液膜２６Ｂを形成してから、ウェーハＷの位置決めを行ってもよい。また、屈折液Ｂは、ウェーハＷの裏面に代えて、或いは、ウェーハＷの裏面とともに、ウェーハテーブル２０の保持面２２Ａに供給し、保持面２２Ａに液膜２６Ｂを形成するようにしてもよい。その後、ウェーハＷの裏面にウェーハテーブル２０の保持面２２Ａを所定の圧力で押圧する。これにより、ウェーハＷの裏面とウェーハテーブル２０の保持面２２Ａとの間に屈折液Ｂが均一かつ薄膜状になって全体的に広がり、ウェーハＷがウェーハテーブル２０に液膜２６Ｂを介して密着保持される。

【0109】

このようにしてウェーハテーブル２０の保持面２２Ａには、ウェーハＷのダイシングテープＴが貼着された面が屈折液Ｂの液膜２６Ｂを介在させた状態で密着保持される。これにより、ウェーハＷを撓ませることなく平坦な状態で保持することができる。また、ウェーハＷは、ダイシングテープＴを介して裏面が密着保持されるため、表面を固体物（空気以外）に非接触の状態で保持することができる。これにより、ウェーハ表面に形成された複数のデバイス（例えばＭＥＭＳ素子等）が破損することはない。

【0110】

ウェーハＷを受け渡した搬送装置は、ウェーハテーブル２０の下部から退避する。この後、所定の前処理及びアライメント処理が行われ、レーザダイシングが開始される。

【0111】

レーザダイシングは、レーザ照射装置６０から出射されるレーザ光をストリートに沿ってウェーハＷに入射することにより行われる。

【0112】

しかし、従来のレーザダイシングでは、ウェーハＷが薄い場合、特に５０μｍ以下の薄いウェーハＷの場合には、アブレーションが発生し易いという問題がある。

【0113】

ここで、図４を使用して、薄いウェーハＷの場合にアブレーションが発生し易い理由を説明する。図４は集光レンズ６６とウェーハＷとの２つの関係で示しており、ウェーハテーブル２０は省略している。

【0114】

図４（Ａ）は理想状態のレーザダイシングを示し、図４（Ｂ）が実際のレーザダイシングを示す。また、図４（i）はレーザ光路を示す断面図であり、（ii）はレーザ光の集光状態の立体的模式図であり、（iii）はレーザ光によるウェーハの溶融状態を示した断面図である。

【0115】

図４（Ａ）の（i）及び（ii）に示すように、理想状態のレーザダイシングは、集光レンズ６６から出射されたレーザ光は、ウェーハＷの内部にピンポント（点状）に集光されて集光点Ｐを結ぶ。これにより、図４（Ａ）の（iii）に示すように、集光点Ｐの位置がピンポイントで溶融されて改質状態になる。

【0116】

しかし、実際のレーザダイシングは理想状態となることはなく、図４（Ｂ）の（i）に示すように、レーザ光路は設定された集光点Ｐの位置近傍までは直線的に進むが、集光点位置近傍において湾曲した光路を形成し、再び直線的に進む。これにより、図４（Ｂ）の（ii）に示すように、レーザ光は集光点位置においてピンポイントで集光せずに楕円状の面積を有して集光する。この結果、ウェーハＷのレーザ光入射面（本実施ではウェーハ裏面）における照射面積Ｓ１と、ウェーハ内部の集光点領域での照射面積Ｓ２との面積差が小さくなる。このように面積差が小さい場合には、ウェーハ内部の集光点領域で溶融が起きると、ウェーハＷのレーザ光入射面ａまでレーザ光のエネルギー吸収が連鎖的に起こる。この結果、図４（Ｂ）の（iii）に示すように、ウェーハＷには、集光点領域からレーザ光入射面ａまで連続した孔が形成される、所謂アブレーションが発生する。アブレーションが発生すると、溶融した溶融物が周りに飛散してウェーハＷに付着する。これにより、付着したウェーハ部分が不良品になる。

【0117】

ところで、上記の湾曲したレーザ光路部分の長さをレイリー長（Ｌ）といい、高質なレーザ光である１０６４ｍｍ波長のＹＡＧレーザ光の場合であっても、レイリー長（Ｌ）が約２０μｍ程度になる。

【0118】

これにより、ウェーハＷの厚みが薄い場合には、ウェーハ厚みとレイリー長（Ｌ）との差が小さくなるので、照射面積Ｓ１と照射面積Ｓ２との面積差が小さくなる。これにより、ウェーハＷのレーザ光入射面ａにおける溶融エネルギーと、ウェーハ内部の集光点領域における溶融エネルギーとの差が小さくなるので、アブレーションが発生し易い。このため、レーザダイシングを行うことのできるウェーハの厚み限界は３０μｍ位が限度と言われている。

【0119】

したがって、薄いウェーハＷ、特に５０μｍ以下のウェーハＷにおいてアブレーションを防止し、精度良くレーザダイシングを行うには、レイリー長（Ｌ）の影響をできだけなくして理想状態に近づけることが必要になる。そして、理想状態に近づけるためには以下の３つの条件が重要になる。

【0120】

（条件Ａ）見込み角を大きくして幅広い角度からレーザ光を集光させて集光点を結ばせることによって、ウェーハＷのレーザ光入射面ａ（本実施ではウェーハ裏面）からウェーハ内部への集光点深度を浅くするとともに、上記した照射面積Ｓ１と照射面積Ｓ２との面積差が大きくなるようにする。このためには、レーザ光が出射されてからウェーハ内の集光点へ到達するまでの絞り（集光）の過程で、幅広い面積から急激に絞り込むための大きな屈折角が必要であり、高い開口数ＮＡが要求される。

【0121】

（条件Ｂ）ワークディスタンスを一定化して集光点深度が変動しないようにする。薄いウェーハの場合には、ワークディスタンスの僅かな変動による集光点深度の変動がアブレーションの原因になる。換言すると、薄いウェーハの場合には、大きな屈折角が要求されるだけでなく、レーザ光が出射されてからウェーハ内の集光点へ到達するまでの光路において屈折率が変動しないことが要求される。

【0122】

（条件Ｃ）ウェーハの厚みが薄い場合には、ウェーハ内部におけるレーザ光の集光点深度を浅くせざるをえないため、幅広い角度からレーザ光を入射させる必要がある。したがって、幅広い角度からレーザ光を集光させても、集光レンズの端から出たレーザ光が界面で反射しないようにする。

【0123】

ここで上記した条件Ａ〜Ｃの更なる詳細な説明として、アブレーションの発生と開口率ＮＡに関連する見込み角との関係について説明する。

【0124】

すなわち、アブレーションの防止には開口数ＮＡの影響も重要な要素となる。

【0125】

ここで開口数ＮＡは、集光レンズ６６から物体に出射する光線の光軸に対する最大角度をθとし、物体と集光レンズとの間の媒質の屈折率ｎとしたときに、次式で表される。

【0126】

開口数ＮＡ＝ｎ＊ｓｉｎθ
通常、空気の場合は、屈折率が１であるため、開口数ＮＡは理論上最大でも１となるが、実際は０．９５程度が限界となる。すなわち、レーザ光の集光レンズから光の媒質が空気であれば、開口数ＮＡは、1以上になることはない。従来は、集光するレーザ光において、そのレーザ光が通過する媒質は、空気を介するので自ずと低い開口数ＮＡの条件でレーザダイシング加工していた。

【0127】

図５（Ａ）に示すように、開口数ＮＡに関連する項目として、θを２倍した２θは見込み角と呼ばれ、集光点Ｐからみた仰角となる。見込み角が大きい場合、広い角度から、レーザ光を絞ることになり、レーザ光を照射するウェーハ表面上（ウェーハのレーザ光入射面上）の照射面積に対して集光点の面積を極力小さくできる。

【0128】

これに対して、見込み角が小さい場合は、レーザ光を照射するウェーハ表面上の照射面積に対して集光点の面積がさほど変わらない場合もある。

【0129】

先ほどの開口数ＮＡとの関係で、開口数ＮＡが大きいとは、すなわち見込み角が大きいことに対応する。

【0130】

ここで、アブレーションが起こるメカニズムによれば、シリコンなどの基板材料はレーザ光の吸収係数に温度依存性があることが一つの要因になる。

【0131】

図５（Ｂ）及び（Ｃ）は、レーザ光の吸収係数に温度依存性があることによってアブレーションがどのように異なるかを、見込み角との関係で説明した図である。

【0132】

図５（Ｂ）は見込み角が小さい場合にウェーハＷに起こる事象である。レーザダイシングにおいて、パルスレーザによるウェーハＷに対する照射時間は、通常１００ｎｓ程度である。

【0133】

その１００ｎｓ内の照射時間で、まずウェーハ内部に集光されたレーザ光は、最初その集光点Ｐで最もエネルギーが吸収される。その最も集光された一点で局所的にレーザ光のエネルギーが消費されるため、その一点で爆発的に内部改質が起こる。

【0134】

次の瞬間、見込み角が小さいと、その集光点Ｐの少し上部も集光点付近に続いて大きいエネルギーが消費されるとともに急激に温度上昇する。その結果、集光点Ｐの直上付近においてレーザ光のエネルギー吸収が上昇し、集光点Ｐの内部改質から少し時間が遅れて、集光点Ｐの直上でも内部改質が起こる。続いて、そのまた上部の温度が上昇しレーザエネルギーが吸収されて、引き続き内部改質が起こるというように順々に上部に向かって連鎖的に内部改質が起こる。すなわち、初期の集光点Ｐからその上部に向けて、急激な温度上昇に伴う急激なレーザエネルギー吸収が連鎖的に起こるため、最終的にその連鎖反応がウェーハＷ表面（レーザ光入射面）に達した際に、ウェーハの表面部分が吹き飛ぶ形で穴が開くようになる。これがアブレーションのメカニズムである。(参考：大村悦二，日本学術振興会第１４５委員会第１２５回研究会資料Ｐ.９)
上記したメカニズムによるアブレーションを防ぐために重要になることは、レーザ光の集光点Ｐにおける見込み角である。すなわち、見込み角が小さい場合、集光点Ｐの内部改質エリアは、その直上のレーザ照射面積とさほど領域面積が変わらない。これにより、すぐさま集光点Ｐの直上付近の温度が上昇して急激にレーザエネルギーが吸収され、それが連鎖的に上部のエネルギー吸収を助長していくため、ウェーハ表面に至るまで連鎖的に内部改質が進行する。

【0135】

これに対して、図５（Ｃ）は見込み角が大きい場合にウェーハＷに起こる事象である。

【0136】

レーザ光の集光点Ｐにおいて見込み角が大きい場合、集光点Ｐで内部改質が起こったとしても、その直上のレーザ照射面積は急に大きくなるため、さほど急激に温度上昇しない。そのため、集光点Ｐの近傍での急激なエネルギー吸収は起こらず、集光点Ｐ付近だけが改質されるに留まる。その結果、ウェーハの集光点Ｐからウェーハ表面に向けての連鎖的な内部改質を阻止することができる。

【0137】

こうしたアブレーション発生のメカニズムによると、より薄いウェーハＷをアブレーションさせずに加工する場合、ウェーハＷに対するレーザ入射のための見込み角を大きく取ることが重要である。少しでも見込み角を大きくすれば連鎖的なレーザ吸収がウェーハ表面まで到達することで生じるアブレーション現象を防ぐことが可能となる。

【0138】

また、レーザ光が集光するウェーハ表面からの集光点深度（ｄ）は、下記式の如く、波長λに比例し開口数ＮＡの２乗に反比例する。

【0139】

ｄ＝λ／ＮＡ^２
したがって、集光点深度ｄを浅くするためには、開口数ＮＡを高く取ることが重要になる。

【0140】

そして、集光点深度ｄの大きさもアブレーションには影響する。すなわち、集光点を結ぶ範囲である楕円球部分が深さ方向に細長い形状である場合、連鎖的に改質が起こりやすいが、深さ方向に対してコンパクトな楕円球である場合、改質領域は一部の局所域に限定され、局所的な改質だけで済む。

【0141】

また、ウェーハ内部の局所的なエリアだけに大きいエネルギーを集中させるためには、解像度も重要になる。解像度δは次式で示される。

【0142】

δ＝０．６１＊λ／ＮＡ
解像度δは、波長λに比例し開口数ＮＡに反比例する。解像度δをより小さくするためには開口数ＮＡを大きくする方がよい。この点においても空気を介在させるのではなく、屈折率の高い媒質を介在させて開口数ＮＡの高いレンズを使用した方が開口数ＮＡを大きく取ることができ、より局所的なエネルギーを一箇所に集中させることに寄与する。

【0143】

そこで、本実施の形態のレーザダイシング方法では、集光レンズ６６のレンズ面６６Ａとテーブル板２２のテーブル面２２Ｂとの間に、空気よりも屈折率の大きな屈折液Ａの液膜２６Ａを介在させることによって開口数（ＮＡ）を高めるようにした。

【0144】

即ち、制御装置（図示せず）は、ウェーハＷの内部の所定位置に集光点Ｐが設定されるように、アクチュエータ６８を駆動して、集光レンズ６６の位置を調整するとともに、調整後の集光レンズ６６の出射側のレンズ面と、テーブル板２２の面との間隙距離が０．０１〜２ｍｍの範囲になるように設定する。

【0145】

そして、上記の０．０１〜２ｍｍの間隙に、毛細管現象により屈折液Ａを供給し、間隙のみに屈折液Ａの液膜２６Ａを形成する。この場合、屈折液Ａの液滴をテーブル板２２の集光レンズ真下位置に滴下してから、集光レンズ６６をテーブル板２２側に接近移動させることによって、集光レンズ６６とテーブル板２２との間に液膜２６Ａを形成してもよい。

【0146】

上記の前準備が終了した後にレーザ光を出射し、出射されたレーザ光が、ストリートに沿ってウェーハＷに入射するように、ウェーハテーブル２０を移動する。

【0147】

図６は、集光レンズ６６のレンズ面６６Ａと、テーブル板２２のテーブル面２２Ｂとの間隙に屈折液Ａの液膜２６Ａが介在される場合（図６中央の想像線右側）と、比較として集光レンズ６６のレンズ面６６Ａと、テーブル板２２のテーブル面２２Ｂとの間に空気が介在される場合（図６中央の想像線左側）での、レーザ光路を比較した図である。

【0148】

図６では、屈折液Ａとして屈折率が１．５のものを使用した。また、集光レンズ６６（屈折率１．５）、テーブル板２２（屈折率１．５）、屈折液Ｂ（屈折率１．５）、ダイシングテープＴ（屈折率１．５）、及びウェーハＷ（屈折率３．６）は、図５中央の想像線の左側及び右側ともに共通である。

【0149】

屈折率の異なる界面における屈折角は次式で表される。

【0150】

ｎ_１＊ｓｉｎθ１＝ｎ_２＊ｓｉｎθ２
屈折により材料内部に光が届くためには、屈折率の影響は大きい。

【0151】

図６から分かるように、集光レンズ６６とテーブル板２２との間に空気が介在される場合、集光レンズ６６の端から出たレーザ光は、集光レンズ６６と空気との界面で大きく屈折する。これにより、テーブル板２２への入射角度θ_１が大きくなるので、空気とテーブル板２２との界面で全反射してしまいテーブル板２２の内部には入射されない。

【0152】

これに対して、集光レンズ６６とテーブル板２２との間に屈折液Ａが介在される場合、集光レンズ６６の端から出たレーザ光は、集光レンズ６６と屈折液Ａとの界面で空気の場合よりも小さく屈折する。これにより、テーブル板２２への入射角度θ１が小さくなるので、空気とテーブル板２２との界面で全反射することなくテーブル板２２の内部に入射される。

【0153】

また、集光レンズ６６とテーブル板２２との間に空気が介在される場合、テーブル板２２の内部に入射されたレーザ光の屈折角θ２は、テーブル板２２への入射角θ１よりも小さくなるので、レーザ光が立った状態でウェーハＷに進入する。これにより、ウェーハＷに対して幅広い角度からレーザ光を集光することができなくなる。

【0154】

これに対して、集光レンズ６６とテーブル板２２との間に屈折液Ａが介在される場合、テーブル板２２の内部に入射されたレーザ光の屈折角θ２は、テーブル板２２への入射角θ１よりも大きくなるので、レーザ光が寝た状態でウェーハＷに進入する。図６の場合には、集光レンズ６６、テーブル板２２、屈折液Ｂ、ダイシングテープＴの屈折率が全て１．５で同じなので、集光レンズ６６から出射されたレーザ光は、直線的なレーザ光路を形成する。

【0155】

この結果、図６から分かるように、集光レンズ６６とテーブル板２２との間に屈折液Ａが介在される場合には、ウェーハ内部においてレーザ光が集光する集光点Ｐ１の深度を、集光レンズ６６とテーブル板２２との間に空気が介在される場合の集光点Ｐ２の深度に比べて浅くすることができる。

【0156】

このように、集光レンズ６６から同様の角度から出たレーザ光であっても、途中で空気を介在した場合、途中経路における全反射の影響で有効な角度は限られてしまい、狭いエリアのレーザ光しか材料内部に入り込まない。そのため見込み角は小さくなる。

【0157】

一方、集光レンズ６６から空気を介さず、同等の屈折率の媒質を通って、最後に材料内部に入り込む場合、全反射の影響を排除でき、広い角度からレーザ光を絞り込むことができ、見込み角は大きくなる。結果として、薄いウェーハＷであってもアブレーションは起こらない。

【0158】

また、本実施の形態では、集光レンズ６６とテーブル板２２との間に空気よりも屈折率の大きな屈折液Ａを介在させたことのみならず、テーブル板２２、ダイシングテープＴ、及びウェーハＷの裏面をテーブル板２２に密着させるための屈折液Ｂの全てについて高い屈折率の媒質とした。これにより、集光レンズ６６からウェーハＷに至るレーザ光路の全てについて高い開口数を確保するようにした。

【0159】

このように、集光レンズ６６から出たレーザ光がウェーハ内の設定された集光点に達するまでの光路を全て空気よりも高い高屈折率の媒質とすることで、ウェーハＷに対して幅広い角度からのレーザ光を集光することができるので、ウェーハＷのレーザ光入射面ａから浅い集光点深度位置に集光点を結ぶことができる。

【0160】

こうした高屈折媒質において、高拡大率、高開口数を達成する集光レンズは、ソリッドイマージョンレンズとも呼ばれる。

【0161】

例えば、こうしたレンズとしては、特開２００４−０６１５８９に示されるような液浸集光レンズなどは顕微鏡用のレンズとして使用されるものであるが、高開口数を達成する点で適用しうる。また、オリンパス製のシリコン浸集光レンズUPLSAPO30X等も、生物顕微鏡向けの集光レンズであるが、高開口数を確保できる点で本願の集光レンズとして適用しうるものである。

【0162】

以上の集光レンズは、通常空気を媒質とする従来の場合、レンズの開口数として１以上の数値を取ることは理論上存在しないが、媒質を集光レンズ６６のガラスと同等の屈折率とすることで１以上の大きい開口数ＮＡを取ることができる。

【0163】

また、本実施の形態では、集光レンズ６６とテーブル板２２との間の間隙のみに界面張力によって屈折液Ａの薄い液膜２６Ａを保持するようにしたので、特許文献４で説明したような屈折液Ａの屈折率変動に伴うワークディスタンスの変動がない。

【0164】

即ち、屈折液Ａの薄い液膜２６Ａの上面と下面は、集光レンズ６６とテーブル板２２との２つの固体媒質に接触した状態で挟持されているので、屈折液Ａは集光レンズ６６とテーブル板２２との間に安定的に保持される。

【0165】

この場合、図２Ａに示すように、集光レンズ６６の近い周囲を囲むとともにその先端がテーブル板２２に近接する位置（テーブル板には接触しない）まで延設された筒状の囲い部材６９を設けることが好ましい。これにより、集光レンズ６６がどのような形状であったとしても、上記した界面張力と相俟って集光レンズ６６とテーブル板２２との間に屈折液Ａを確実に保持できる。したがって、ストリートに沿ってレーザ照射するためにウェーハテーブル２０を水平方向に高速移動させても、囲い部材６９の狭い空間内に屈折液Ａを閉じ込めることができるので、高速移動に伴って屈折液Ａがおいていかれることがない。

【0166】

また、屈折液Ａの液膜２６Ａは、上記の通り集光レンズ６６とテーブル板２２との２つの固体媒質に接触した状態で挟持されているので、特許文献４の浸漬槽内に貯留された屈折液のような自由液面を有しない。したがって、ストリートに沿ってレーザ照射するためにウェーハテーブル２０を水平方向に高速移動させても液膜２６Ａは波打ったり、ゆらいだりすることなはない。更に、屈折液Ａの液膜２６Ａは、集光レンズ６６とテーブル板２２との相対的な移動を円滑にする潤滑剤の役目も行う。

【0167】

これにより、ウェーハテーブル２０を水平方向に高速移動させても、屈折液Ａが波立つことはなく屈折液Ａのゆらぎも抑制された状態で集光レンズ６６とテーブル板２２との間の間隙において作用する界面張力によって安定的に保持され続ける。

【0168】

ここで、特許文献４の特開２００７−１３６４８２においては、レーザの照射効率を向上させるため、すなわち反射率を低減させるために、レーザ出射部と基板面（ウェーハ面）の間に水を入れている。しかし、その課題目的は、あくまでレーザ光の照射効率を上げるためだけである。薄いウェーハのレーザダイシングにおいてアブレーションを起こさずに加工するという課題は本願独自の課題であり特許文献４はこうした課題を設定していない。

【0169】

また、本発明では、屈折液Ａの全てが集光レンズ６６に接触されており、レーザ光の照射による集光レンズ６６の熱で屈折液Ａが温まったとしても、特許文献４のように屈折液Ａに温度差が生じにくい。

【0170】

このように、集光レンズ６６とテーブル板２２との間の間隙のみに界面張力によって屈折液Ａの薄い液膜２６Ａを保持することによって、屈折液Ａが波打ったり、ゆらいだり、対流したりすることを効果的に抑制することができる。これにより、屈折液Ａの屈折率が変動することもないので、ワークディスタンスを一定にすることができる。

【0171】

集光レンズ６６とテーブル板２２との間の間隙はできるだけ狭くすることが好ましいが、ストリートに沿ってレーザ照射するために集光レンズ６６とテーブル板２２とは相対的に高速移動する。したがって、集光レンズ６６とテーブル板２２とが接触しない０．１ｍｍ以上の間隙距離が必要であり、屈折液Ａが間隙内に界面張力で保持されるためには１ｍｍ以下であることが好ましい。集光レンズ６６とテーブル板２２とを０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以下の間隙になるように配置し、この間隙に屈折液Ａを微量挿入して液膜を形成することにより、集光レンズ６６とテーブル板２２との相対的な高速移動時の接触を防止し、レーザ照射の開口数を高めることができる。

【0172】

また、ワークディスタンスの一定化は、屈折液Ａの液膜２６Ａのみならず、集光レンズ６６からウェーハＷに至るまでのレーザ光路において屈折率の変動がないことが重要になる。この点において本発明の実施の形態では、レーザ光路の大部分を固体媒質であるテーブル板２２（例えば石英ガラス）で形成したので、ワークディスタンスをより一定化することができる。即ち、固体媒質はレーザ光路途中における屈折率の変動を極めて小さくすることが可能であり、再現性良く安定した屈折率を有するレーザ透過状態を確保することができる。

【0173】

このように本発明の実施の形態では、集光レンズ６６からウェーハＷに至るまでのレーザ光路において屈折率の変動を極力防止し、ワークディスタンスを一定化するための工夫をしたので、ウェーハが例えば５０μｍ以下の薄い場合であってもアブレーションを抑制しつつ精度良くレーザダイシングを行うことができる。

【0174】

ワークディスタンスの変動は、レーザ光路での屈折率の変動以外にウェーハＷが薄く反りや撓みが生じることによっても起こることは前述した通りである。

【0175】

しかし本実施の形態において、ウェーハＷは、屈折液Ｂの液膜２６Ｂを介在させることによってウェーハテーブル２０の保持面２２Ａに密着し、反りや撓みのない状態で保持面２２Ａに保持されているため、ワークディスタンスを一定化できる。これにより、ストリートに沿って正確に改質層Ｌを形成することができる。

【0176】

また、ウェーハＷは、表面に触れることなくウェーハテーブル２０に保持されるため、表面に形成されたデバイス（ＭＥＭＳ素子等）を破壊することなく加工処理することができる。

【0177】

また、ウェーハＷの表面を密着保持していると、ウェーハＷを透過したレーザ光によって保持面２２Ａが焼けたり、溶融物が付着したりして、保持面２２Ａの平滑性を保てないが、表面に触れることなくウェーハＷを密着保持することにより、このような不具合が発生することも防止することができる。これにより、継続して加工しても、常に平坦にウェーハＷを密着保持することができる。

【0178】

更に、レーザ光は、ウェーハＷの裏面に入射されるため、表面に形成されたデバイスに影響されることなく、正確かつ確実に所定の位置に改質層Ｌを形成することができる。

【0179】

レーザ光をストリートに沿ってウェーハＷに入射し、加工処理が終了すると、ウェーハＷはウェーハテーブル２０から搬送装置に受け渡され、搬送装置によって次工程へと搬送される。

【0180】

〈第１及び屈折液Ｂ〉
次に、本実施の形態で用いられる屈折液Ａ及び屈折液Ｂについて説明する。

【0181】

本実施の形態では、上記のように、屈折液Ａは、集光レンズ６６とウェーハテーブル２０のテーブル板２２との間の間隙に液膜２６Ａとして保持される。

【0182】

また、ウェーハＷは、そのダイシングテープＴが貼着された面（裏面）を屈折液Ｂの液膜２６Ｂを介在させた状態でウェーハテーブル２０の保持面２２Ａに密着保持され、レーザ光は、ウェーハＷの裏面側から屈折液Ｂを介して入射される。

【0183】

このため、屈折液Ａ及び屈折液Ｂとして用いられる液体は、少なくともレーザ光を透過可能な液体であればよく、例えば水、エタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）などを用いることが可能である。これらの液体の中でも、エタノールやＩＰＡが好ましい。エタノールやＩＰＡは、水に比べて表面張力が低く、集光レンズ６６、テーブル板２２、及びダイシングテープＴに対する濡れ性が高い。このため、これらの液体（即ち、エタノールやＩＰＡ）は、集光レンズ６６とテーブル板２２との間隙に介在された際に液滴にならず薄膜状に濡れ広がって集光レンズ６６とテーブル板２２との間に保持される。これにより、屈折液Ａは密着性の高い状態で集光レンズ６６とテーブル板２２との間に保持することができる。

【0184】

また、これらの液体（即ち、エタノールやＩＰＡ）は、ウェーハＷのダイシングテープＴが貼着された面（裏面）とウェーハテーブル２０の保持面２２Ａとの間に均一かつ薄膜状になって全体的に濡れ広がる。これにより屈折液Ｂは、より密着性の高い状態でウェーハＷを密着保持することが可能となる。

【0185】

特に本実施の形態では、屈折液ＢとしてＩＰＡを用いる態様が好適である。ＩＰＡは、他の液体に比べて揮発性が高く、ウェーハＷにウォーターマークが発生するのを抑止することができる。また、ウェーハテーブル２０やその周辺部の有機物汚染を防止することもできる。なお、ＩＰＡの代わりに、ＩＰＡと他の液体との混合液（例えばＩＰＡと水又はエタノールの混合液）を用いる態様も好ましい。

【0186】

また本実施の形態では、屈折液Ａは、集光レンズ６６やテーブル板２２と同程度の屈折率を有する液体を用いる態様が好適である。この態様によれば、集光レンズ６６やテーブル板２２との界面での屈折率差をなくすことができ、レーザ光の透過率を向上させることに加えて、レーザ光の屈折角の変化をなくすることが可能となる。

【0187】

また、高開口数にすれば、集光レンズ６６の中心から端まで使用することになり、集光レンズ６６の使用範囲が広くなると、球面収差の問題が大きくなる。球面収差は、結果的に、集光点Ｐにおける改質層が深さ方向に大きなバラツキを持つことにつながる。特に薄いウェーハＷにおいてアブレーションを防ぎながら、レーザ光を浅い集光点Ｐに集光させたい場合は、球面収差をできるだけ小さくする必要がある。この球面収差を低減する方法として、集光レンズ６６からの屈折率差を小さくすることが望ましい。特に球面収差は、媒質内の界面における屈折率差によって屈折角が変化することによって更に大きくなる。屈折率差がなければ、光学的に媒質内の界面が存在しないよう同一媒質内を進行するように振舞うため、当然ながら入射角に対する屈折角はほぼ同じになる。

【0188】

このように屈折率差の小さい屈折液Ａとして、例えば、市販されているものとして株式会社モリテックスが販売しているカーギル標準屈折液Ａなどが好適に使用される。これは、イマージョンオイルとも呼ばれ、ガラス同士をマウントするための液体として使用される。例えば、カーギル標準屈折液のＴｙｐｅＡ，ないしはＴｙｐｅＢなどは、屈折率が１．５１である。標準的な集光レンズ６６などに使用されるガラスの屈折率も１．５程度であるため、ほとんど屈折率差が存在しない。そのため、集光レンズ６６から出たてにおいての屈折角変化も小さく、集光レンズ６６の球面収差の影響を受けにくい。

【0189】

また、ウェーハＷを支持するウェーハテーブル２０の材料も石英ガラスを使用した場合、屈折率は１．４６程度であり、屈折液Ａとほとんど同等の屈折率となる。そのため、屈折角の変化がほとんどなく、球面収差の影響による集光点Ｐの深さ方向バラツキを小さくすることができる。

【0190】

なお、屈折液Ａとして好適に使用されるイマージョンオイルに、特許文献４のように基板（ウェーハ）そのものを浸漬すると、基板がイマージョンオイルで汚染してしまい、基板が使用できなくなる。対象とする基板はシリコンのみならず、サファイアやＳｉＣなど、様々な場合が考えられるが、それらの基板に対してイマージョンオイルのなじみや汚染などは異なる。また、基盤に対して直接屈折液Ａが接触することは、屈折率安定化の点からも問題は多い。

【0191】

それに対して、集光レンズ６６がガラスである一方、ウェーハＷを支持するウェーハテーブル２０もガラスとし、その間に同じガラス素材の屈折率と同等の屈折率を有する屈折液Ａを使用する場合では、ほとんど屈折角は変化せず、集光レンズ６６の球面収差の影響も小さくすることができる。また、絶えずガラス同士の同一素材の相互運動を潤滑し、その界面張力によって移動する透明液体によって屈折率の変化を極小化できるので、安定した光路を確保することが可能となる。その結果、高開口でレーザ光を集光できるとともに、レーザエネルギーの吸収による基板表面（ウェーハ表面）への連鎖的な改質層形成により生じるアブレーションを防ぐことが可能となる。

【0192】

上記した屈折液Ａと同様の理由から、屈折液Ｂとして、ダイシングテープＴの屈折率と同程度の屈折率を有する液体を用いる態様が好適である。この態様によれば、ダイシングテープＴとの界面での屈折率差をなくすことができ、レーザ光の透過率を向上させることが可能となる。例えば、ダイシングテープＴがポリオレフィン系のポリエチレンフィルム（屈折率：約１．５４）からなる場合には、屈折液Ｂ２６としては例えばジクロロトルエン（屈折率：１．５４６）を好ましく用いることができる。

【0193】

なお、このように所定の屈折率を有する液体は、例えば京都電子工業製の屈折率標準液や島津製作所製の接触液（屈折液）、モリテックス製のカーギル標準屈折液などを使用できる。

【0194】

〈ウェーハテーブル〉
また本実施の形態では、上述したように、ウェーハテーブル２０のテーブル板２２は透明な石英ガラスで構成されているが、これに限らず、例えばゲルマニウム板、シリコン板、プラスチック樹脂板などで構成されていてもよい。また、ウェーハＷとテーブル板２２が同一素材で構成される態様によれば、その素材と同程度の屈折率を有する屈折液２６を用いることにより、屈折の影響を受けることなく、レーザ光の透過率を更に向上させることが可能となる。

【0195】

また、テーブル板２２の素材として用いられる石英ガラスなどは、赤外光領域において、吸収帯を有し、透過率が低下する場合もある。このような場合には、テーブル板２２は、石英ガラスでなくても、例えばアクリルなどの透明な樹脂材料で構成されていてもよい。

【0196】

このようにテーブル板２２の素材としては、レーザ光の選択する波長において透過率が好ましい。

【0197】

また本実施の形態では、上述のように、テーブル板２２は、加工対象とするウェーハＷを撓みなく保持することができるように、必要十分な厚さを持って形成される。また、テーブル板２２は、均一な厚みであることも必要とされる。

【0198】

このようにウェーハテーブル２０のテーブル板２２の厚みを一様とし、且つ、撓みをなくすことにより、レーザ照射装置６０の集光レンズ６６の位置から、ウェーハテーブル２０及びダイシングテープＴを介して貼り付けられたウェーハ表面までの距離がほとんど一定となる。これにより、ワークディスタンスを一定化することができるので、薄いウェーハであっても一定の集光点深度位置に改質層を精度良く形成することが可能となる。

【0199】

テーブル板２２を形成するガラスの厚み精度は、ワークディスタンスのばらつきに大きく影響するため、２００ｍｍの石英ガラスであっても、通常ＴＴＶ（Total Thickness Variation)は１μｍ以下、実際には０．５μｍ以下になるように高精度に研磨されている。

【0200】

また、テーブル板２２を、レーザ光源の集光レンズ６６に対して動作させる相対高さ精度も０．５μｍ程度にまで抑えている。それらによって、オートフォーカスを使用せずとも、高精度に一定深さ位置にレーザ光を集光させることができ、アブレーションを伴わないレーザダイシングが可能となる。

【0201】

なお、テーブル板２２に単独で撓みが生じるような場合には、例えば図７に示すように、テーブル板２２のレーザ光入射面（保持面２２Ａとは反対側の面）２２Ｂ上に外周部に沿って円環状のリム部材３０を設けるようにしてもよい。このようにテーブル板２２の外周部をリム部材３０などの補強部材により補強することによって、テーブル板２２の撓みを抑えることが可能となる。

【0202】

なお、図７に示した構成例では、テーブル板保持フレーム２４の下面（ダイシングフレームＦ側の面）の外周部には複数の吸着穴（不図示）が形成されており、ダイシングフレームＦは、吸着穴を介して真空吸着されることにより、テーブル板保持フレーム２４に密着した状態で保持されている。

【0203】

また本実施の形態では、ウェーハテーブル２０の保持面２２Ａが粗面処理されていることが好ましい。また、ウェーハテーブル２０の保持面２２Ａに代えて、或いは、ウェーハテーブル２０の保持面２２Ａとともに、ウェーハＷに貼着されるダイシングテープＴの被保持面（ウェーハＷとは反対側の面）が粗面処理されていてもよい。このようにウェーハテーブル２０の保持面２２Ａ及びダイシングテープＴの被保持面の少なくとも一方の面に粗面処理を施しておくことによって、これらの間には、微小な空間が形成され、毛細管現象によって屈折液Ｂが隙間なく効率的に広がる。その結果、粗面処理が施された面と屈折液Ｂとの接触面積が大きくなり、より大きな密着力でウェーハＷが密着保持される。

【0204】

こうしたウェーハテーブル２０の保持面２２Ａを荒らす（粗面処理）手法の一つに、テクスチャリング(フェーシングによる)方法がある。例えば図８に示すように、ガラス製のウェーハテーブル２０の保持面２２Ａに小さい溝３２を同心円状ないしは螺旋状に形成しておくことにより、屈折液２６が溝３２に沿って一様に広がるようになる。

【0205】

テクスチャリングの溝は、屈折液やウェーハテーブル２０(テーブル板２２)の材料にもよるが、約０．２ｍｍの溝幅で０．４ｍｍピッチ程度、０．１ｍｍの溝幅で０．２ｍｍピッチ程度でよく、ウェーハテーブル２０の保持面２２Ａ上でウェーハ径に対応する面全体に形成された溝でよい。

【0206】

また、テクスチャリング以外でも単純にウェーハテーブル２０の保持面２２Ａを均等に荒らす方法がある。例えば、ＧＣ砥粒の＃２０００番を使用し、保持面２２Ａを２０分程度ラッピング加工しても良い。また、＃５００番程度の砥粒を使用してもよい。ＧＣ以外でもＷＡなどの砥粒を使用して、保持面２２Ａを荒らしてもよい。このようにすることで、保持面２２Ａはすりガラス上になって、空気中では表面の荒れによって散乱し、曇ったようになる。表面粗さとしては、Ｒａで０．１ｍｍ以下であればよいが、これに縛られず、界面張力が増大するように粗さの隙間に液体が埋まり込み、表面積が大きいほどよい。

【0207】

このようにウェーハテーブル２０の保持面２２Ａをテクスチャリングなどの手法によって荒らしておくことにより、屈折率を補償する屈折液Ｂを保持面２２Ａに滴下して、ウェーハＷの裏面（ダイシングテープＴが貼着された面）と保持面２２Ａをリンギングさせると、屈折液２６は保持面２２Ａをくまなく一様に拡がり、ウェーハＷの面内で均一な屈折率分布を得ることができる。

【0208】

以上説明したように、本実施の形態のレーザダイシング装置１０によれば、ウェーハ、特に５０μｍ以下の厚みの薄いウェーハに対してレーザダイシングを行う場合であっても、アブレーションを防止し、照射効率を向上でき、ワークディスタンスを一定にできるので、精度の良いレーザダイシング加工を行うことができる。

【0209】

また、ウェーハ表面に形成された微細構造のデバイスを破壊することなくウェーハの反りや撓みを矯正してワークディスタンスを一定化することができるので、ウェーハ、特に５０μｍ以下の薄いウェーハであってもウェーハ内部に改質層を精度良く形成することができる。

【0210】

［ウェーハ処理方法］
上記のレーザダイシング方法によってダイシング処理されたウェーハＷは、その後、外的応力が印加されて、チップに分割される。この処理は、例えば、エキスパンド装置によって行われる。

【0211】

図９は、エキスパンド装置によるエキスパンド処理の概略を示す工程図である。

【0212】

レーザダイシングされたウェーハＷは、図９（ａ）に示すように、表面を上にして剥離テーブル１１０の上に載置される。また、ダイシングフレームＦが、図示しないフレーム固定機構によって所定位置に固定される。

【0213】

ウェーハＷが剥離テーブル１１０の上に載置され、ダイシングフレームＦが固定されると、図９（ｂ）に示すように、剥離テーブル１１０の周部を囲むように配置されたリング１１２が、図示しない昇降機構により押し上げられて上昇する。これにより、ウェーハＷの裏面側に貼着されたダイシングテープＴが放射状にエキスパンド（伸張）される。そして、このダイシングテープＴがエキスパンドされることにより、ウェーハＷに外的応力が印加され、改質層Ｌを起点として、ウェーハＷが分割される。改質層Ｌはストリートに沿って形成されているので、ウェーハＷはストリートに沿って分割される。ストリートは、個々のチップの間に設定されるので、ウェーハＷは、個々のチップに分割される。

【0214】

このように、レーザダイシングされたウェーハＷは、外的応力を印加することにより、個々のチップに分割される。

【0215】

［レーザダイシング装置の別態様］
図１等で説明したレーザダイシング装置では、装置に付属するウェーハテーブル２０に高精度な一様厚みのテーブル板２２を搭載し、そのテーブル板２２のテーブル面を基準にウェーハＷを貼り付けることで、ワークディスタンスを一定にするという方法である。

【0216】

しかし、薄いウェーハ内部に改質層を、アブレーションを起こすことなく形成する方法として、予め薄いウェーハＷを高精度な一様厚みの透明板(以下、「透明サポート基板２０２」という)に貼り付けた一体物として準備してもよい。この場合は、装置に搭載されたウェーハテーブル２０の代わりに、透明サポート基板２０２にウェーハＷが貼り付けられて一体となったウェーハユニット２００として扱われる。したがって、透明サポート基板２０２がウェーハテーブル２０の役割を果たす。

【0217】

ただし、ウェーハユニット２００のうち透明サポート基板２０２はダミー部分であり、改質層を形成する真の部分は透明サポート基板に貼り付けられた薄いウェーハＷである。

【0218】

このウェーハユニット２００を、ウェーハユニット２００の周縁部を保持可能なステージ装置（図示せず）に搭載する。そして、ステージ装置を上記したウェーハテーブル２０の場合と同様に動作・制御を行うことでウェーハ内部にアブレーションを発生させることなく精度よく改質層を形成することができる。

【0219】

このウェーハユニット２００を用いる方法は、例えばＴＳＶ（シリコン貫通ビア）用等のウェーハＷのように、ウェーハ表面に電極等の突起物であるバンプ２０４が形成されているために、表面自体に凹凸があり平面ではない場合などに特に有効である。

【0220】

次に、図１０により、ウェーハユニット２００を作成する工程について説明する。

【0221】

まず、図１０（Ａ）に示すように、薄いウェーハＷを支えるための透明サポート基板２０２を用意する。

【0222】

次に、図１０（Ｂ）に示すように、レーザダイシングを行うウェーハＷのバンプ２０４が形成された側を下にして透明サポート基板２０２の上に載置する。

【0223】

次に、図１０（Ｃ）に示すように、ウェーハＷと透明サポート基板２０２との外周部を、封止材２０６、例えばテープやワックス剤で封止することによって、ウェーハＷと透明サポート基板２０２との当接面に形成される隙間を囲む。

【0224】

封止材２０６として使用されるテープは、ポリオレフィン系のフィルムやポリエチレン系のフィルムを好ましく使用することができる。そして、このテープでウェーハＷの外周部と透明サポート基板２０２の外周部とに跨るように貼着して外周部を封止する。

【0225】

この状態をユニット中間体２００Ａという。封止材２０６には、後記する屈折液Ｂを前記隙間に注入するための注入細管２２２を挿通するための微細孔（図示せず）が形成されている。

【0226】

次に、図１０（Ｄ）に示すように、ユニット中間体２００Ａを、真空チャンバ２０８内の載置台２１０に載置する。真空チャンバ２０８には、真空チャンバ内を減圧する真空ポンプ２１２が配管２１４を介して接続されるとともに、配管２１４には開閉バルブ２１６が設けられる。真空チャンバ２０８には、ユニット中間体２００Ａを出し入れする開閉扉は省略して図示してある。

【0227】

また、真空チャンバ２０８には、ウェーハＷと透明サポート基板２０２との当接面に形成される隙間に屈折液Ｂを注入するための注入装置２１８が設けられる。注入装置２１８は、屈折液Ｂが貯留される貯留瓶２２０と、貯留瓶２２０から屈折液Ｂを前記隙間に注入する注入細管２２２と、貯留瓶２２０に屈折液Ｂを補充する補充管２２４とで構成される。

【0228】

そして、まず真空チャンバ２０８内が真空ポンプ２１２によって減圧される。これにより、ウェーハＷと透明サポート基板２０２との当接面に形成される隙間が減圧される。

【0229】

次に、図１０（Ｅ）に示すように、注入装置２１８の注入細管２２２を封止材２０６の微細孔から挿入し、減圧状態にある隙間に屈折液Ｂを注入する。この隙間はバンプ２０４によって形成されるものであり、隙間の間隔もバンプ高さ程度であり、極めて小さい。したがって、屈折液Ｂは、毛細管現象により隙間内に充填されていく。この注入工程では、真空ポンプ２１２は停止しておくことが好ましい。

【0230】

隙間に屈折液Ｂが充填されたら、テープの微小孔はワックス等で塞ぐ。これにより、ウェーハＷと透明サポート基板２０２とが屈折液Ｂの液膜２６Ｂによる界面張力で密着されたウェーハユニット２００が形成される。

【0231】

次に、図１０（Ｆ）に示すように、ウェーハユニット２００を真空チャンバ２０８から取り出す。ウェーハユニット２００は、外部から大気圧がかかっても、ウェーハＷと透明サポート基板２０２との間に屈折液Ｂが充填されていて極度に撓むことはなく、界面張力によって両者は密着している。

【0232】

このように形成されたウェーハユニット２００は、レーザダイシング装置の上記したステージ装置に保持され、レーザダイシング処理がなされる。

【0233】

そして、レーザダイシング処理が終了したウェーハユニット２００は、図１１に示す方法によって、透明サポート基板２０２からウェーハＷを剥離する。

【0234】

まず、図１１（Ａ）に示すように、封止材２０６を取り除いたウェーハユニット２００を、ウェーハ側を下にして剥離用の耐圧容器３００内に載置する。耐圧容器３００は容器本体３０２と蓋３０４とで構成される。容器本体３０２の底部には、ウェーハユニット２００のウェーハＷよりも一回り大きな円板状の窪み３０６が形成される。また、容器本体３０２には、容器内を減圧する真空ポンプ３０８が配管３１０を介して接続される。更に、前記した窪み３０６には、液体（例えば水）を窪み３０６に供給する液体供給配管３１２の先端部が開口される。

【0235】

そして、図１１（Ｂ）に示すように、この窪み３０６に嵌まるように、ウェーハユニット２００のウェーハ面が載置される。

【0236】

この状態で、真空ポンプ３０８を駆動して耐圧容器３００内を減圧する。この減圧によって、ウェーハＷと透明サポート基板２０２との間に介在される液膜２６Ｂを形成する屈折液Ｂが蒸発して除かれる。これにより、ウェーハＷと透明サポート基板２０２との間の界面張力がなくなる。

【0237】

次に、図１１（Ｃ）に示すように、液体供給配管３１２から僅かの液体を窪み３０６に供給してウェーハ面と窪み面との間に液膜３１４を形成する。これによって、ウェーハ面と窪み面との間が液膜３１４の界面張力によって密着する。

【0238】

この状態で、耐圧容器３００の蓋３０４を外して、別途設けた吸着パッド３１６で透明サポート基板２０２の上面を吸着し、吸着パッド３１６を上昇させる。これにより、ウェーハＷから透明サポート基板２０２が剥離される。

【0239】

本発明は、上記説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の概念を逸脱しない範囲で含まれる。

【符号の説明】

【0240】

１０…レーザダイシング装置、２０…ウェーハテーブル、２２…テーブル板、２２Ａ…保持面、２２Ｂ…テーブル面（レーザ光入射面）、２４…テーブル板保持フレーム、２６Ａ…屈折液Ａの液膜、２６Ｂ…屈折液Ｂの液膜、５０…レーザ反射防止板、６０…レーザ照射装置、６２…レーザ発振装置、６４…コリメータレンズ、６６…集光レンズ、６６Ａ…レンズ面（レーザ光出射面）、６８…アクチュエータ、６９…囲い部材、１１０…剥離テーブル、１１２…リング、２００…ウェーハユニット、２０２…透明サポート基板、２０４…バンプ、２０６…封止材、２０８…減圧チャンバ、２１０…載置台、２１２…真空ポンプ、２１４…配管、２１６…開閉弁、２１８…注入装置、２２０…貯留瓶、２２２…注入細管、２２４…補充配管、３００…剥離用の耐圧容器、３０２…容器本体、３０４…蓋、３０６…窪み、３０８…真空ポンプ、３１０…配管、３１２…液体供給配管、３１４…液膜、Ｗ…ウェーハ、Ｔ…ダイシングテープ、Ｆ…ダイシングフレーム、Ａ…屈折液、Ｂ…屈折液、ａ…ウェーハのレーザ光入射面、Ｐ…集光点

【図1】

【図2】

【図2A】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】