特開 2024-106179 レーザ加工装置及びレーザ加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024106179

(43)【公開日】2024-08-07

(54)【発明の名称】レーザ加工装置及びレーザ加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/046 20140101AFI20240731BHJP

   B23K 26/03 20060101ALI20240731BHJP

   B23K 26/53 20140101ALI20240731BHJP

   H01L 21/301 20060101ALI20240731BHJP

【ＦＩ】

B23K26/046

B23K26/03

B23K26/53

H01L21/78 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023010344

(22)【出願日】2023-01-26

(71)【出願人】

【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

(74)【代理人】

【識別番号】100170069

【弁理士】

【氏名又は名称】大原 一樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128635

【弁理士】

【氏名又は名称】松村 潔

(74)【代理人】

【識別番号】100140992

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲政

(72)【発明者】

【氏名】新井 裕介

【テーマコード（参考）】

4E168

5F063

【Ｆターム（参考）】

4E168AE01

4E168CA06

4E168CA11

4E168CB07

4E168CB12

4E168CB15

4E168CB23

4E168DA02

4E168DA24

4E168JA12

5F063AA02

5F063AA13

5F063AA48

5F063BA25

5F063CB03

5F063CB07

5F063DD29

5F063DD31

5F063DD32

5F063DE02

5F063DE03

5F063DE11

5F063DE17

5F063DE23

5F063DE34

5F063EE21

5F063EE86

(57)【要約】

【課題】対物レンズの温度変化に関係なくレーザ加工の加工品質を向上可能なレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供する。
【解決手段】レーザ光Ｌを被加工物（ウェーハ）の内部に集光させる対物レンズ３２であって、レンズ光軸Ｏ１と、補正環３５と、補正環３５の回転に応じてレンズ光軸１に沿って移動する１又は複数の移動レンズ３４ａと、を有する対物レンズ３２と、補正環３５を回転させる回転駆動部２２と、レーザ加工中に、対物レンズ３２の温度を測定する１又は複数の温度センサ２０と、レーザ加工中に、温度センサ２０の測定結果に基づいて、対物レンズ３２の温度変化に応じた焦点位置の光軸方向の変化を打ち消す方向に回転駆動部２２を駆動して補正環３５を回転させる焦点位置調整部４６と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被加工物の内部にレーザ光の焦点位置を合わせて前記レーザ光を前記被加工物に照射して、前記被加工物の内部にレーザ加工領域を形成するレーザ加工を実行するレーザ加工装置において、
前記レーザ光を前記被加工物の内部に集光させる対物レンズであって、レンズ光軸と、補正環と、前記補正環の回転に応じて前記レンズ光軸に沿って移動する１又は複数の移動レンズと、を有する対物レンズと、
前記補正環を回転させる回転駆動部と、
前記レーザ加工中に、前記対物レンズの温度を測定する１又は複数の温度センサと、
前記レーザ加工中に、前記温度センサの測定結果に基づいて、前記対物レンズの温度変化に応じた前記焦点位置の前記レンズ光軸の光軸方向の変化を打ち消す方向に前記回転駆動部を駆動して前記補正環を回転させる焦点位置調整部と、
を備えるレーザ加工装置。

【請求項2】

前記対物レンズの温度変化と、前記対物レンズの温度変化に応じた前記被加工物内での前記焦点位置の前記光軸方向の変化を打ち消す前記補正環の回転方向及び回転角度と、の関係を示す補正情報を記憶する記憶部を備え、
前記焦点位置調整部が、前記対物レンズの温度測定結果に基づいて前記記憶部内の前記補正情報を参照して前記補正環の回転方向及び回転角度を決定し、前記回転角度及び前記回転角度の決定結果に基づいて前記回転駆動部を駆動する請求項１に記載のレーザ加工装置。

【請求項3】

前記対物レンズの温度変化と、前記対物レンズの温度変化に応じた前記被加工物内での前記焦点位置の前記光軸方向の変化との関係を示す焦点位置変化情報を記憶する記憶部を備え、
前記焦点位置調整部が、前記対物レンズの温度測定結果に基づいて前記記憶部内の前記焦点位置変化情報を参照して前記被加工物内での前記焦点位置の変化方向及び変化量を判別し、前記変化方向及び前記変化量の判別結果に基づいて前記焦点位置の前記光軸方向の変化を打ち消す前記補正環の回転方向及び回転角度を決定して、前記回転角度及び前記回転角度の決定結果に基づいて前記回転駆動部を駆動する請求項１に記載のレーザ加工装置。

【請求項4】

前記温度センサが、前記対物レンズのレンズ鏡筒の外周面に設けられている請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。

【請求項5】

レンズ光軸と、補正環と、前記補正環の回転に応じて前記レンズ光軸に沿って移動する１又は複数の移動レンズと、を有する対物レンズによって被加工物の内部にレーザ光の焦点位置を合わせて前記レーザ光を前記被加工物に照射して、前記被加工物の内部にレーザ加工領域を形成するレーザ加工を実行するレーザ加工方法において、
前記レーザ加工中に、前記対物レンズの温度を測定する温度測定工程と、
前記レーザ加工中に、前記温度測定工程の測定結果に基づいて、前記対物レンズの温度変化に応じた前記焦点位置の前記レンズ光軸の光軸方向の変化を打ち消す方向に前記補正環を回転させる焦点位置調整工程と、
を有するレーザ加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被加工物の内部にレーザ加工領域を形成するレーザ加工装置及びレーザ加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

被加工物であるシリコンウェーハ（以下、ウェーハと略す）は、複数のデバイスが格子状のストリート（加工ライン、切断予定ラインともいう）によって格子状に区画されており、ウェーハをストリートに沿って割断（分割）することにより個々のデバイスが製造される。ウェーハを複数のデバイス（チップ）に割断する前工程として、レーザ加工装置によるウェーハのレーザ加工が実行される。

【0003】

例えば特許文献１に記載のレーザ加工装置は、レーザヘッドの対物レンズの焦点位置をウェーハの内部に合わせた状態でこのレーザヘッドからレーザ光をストリートに沿って照射することで、ストリートに沿ってウェーハの内部に切断の起点となるレーザ加工領域を形成するレーザ加工（内部集光加工ともいう）を実行する。これにより、レーザ加工領域からウェーハの厚さ方向に亀裂（クラックともいう）が伸展するので、後工程の割断工程においてウェーハが各デバイス（チップ）に割断される。

【0004】

このようなレーザ加工を実行する場合には、ウェーハの厚み方向（加工深さ方向）の所定位置に精密にレーザ加工領域を生成することが重要である。このため、特許文献１に記載のレーザ加工装置には、対物レンズの収差補正（対物レンズにより集光されるレーザ光の中心光線と周辺光線の集光深度差を調整）するために、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）又は補正環付き対物レンズが設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２２－１１７０６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、レーザ加工装置によるレーザ加工中には時間経過と共に対物レンズの温度が上昇することで、対物レンズによるレーザ光の焦点位置及び対物レンズの収差に変化が生じてしまう。その結果、レーザ加工の加工品質が低下、特にレーザ加工領域の加工深さ位置が上述の規定位置からずれることで、後工程でウェーハを複数のチップに割断する場合にチップの割断品質が低下する虞がある。レーザ加工の加工品質の低下はレーザ加工済みのウェーハの品質チェックにて初めて検知されるので、歩留まりの低下が避けられない。

【0007】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、対物レンズの温度変化に関係なくレーザ加工の加工品質を向上可能なレーザ加工装置及びレーザ加工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】

【0008】

本発明の目的を達成するためのレーザ加工装置は、被加工物の内部にレーザ光の焦点位置を合わせてレーザ光を被加工物に照射して、被加工物の内部にレーザ加工領域を形成するレーザ加工を実行するレーザ加工装置において、レーザ光を被加工物の内部に集光させる対物レンズであって、レンズ光軸と、補正環と、補正環の回転に応じてレンズ光軸に沿って移動する１又は複数の移動レンズと、を有する対物レンズと、補正環を回転させる回転駆動部と、レーザ加工中に、対物レンズの温度を測定する１又は複数の温度センサと、レーザ加工中に、温度センサの測定結果に基づいて、対物レンズの温度変化に応じた焦点位置のレンズ光軸の光軸方向の変化を打ち消す方向に回転駆動部を駆動して補正環を回転させる焦点位置調整部と、を備える。

【0009】

このレーザ加工装置によれば、対物レンズの温度変化に関わらず、レーザ光の焦点位置を光軸方向において一定位置（略一定位置を含む）に維持することができる。

【0010】

本発明の他の態様に係るレーザ加工装置において、対物レンズの温度変化と、対物レンズの温度変化に応じた被加工物内での焦点位置の光軸方向の変化を打ち消す補正環の回転方向及び回転角度と、の関係を示す補正情報を記憶する記憶部を備え、焦点位置調整部が、対物レンズの温度測定結果に基づいて記憶部内の補正情報を参照して補正環の回転方向及び回転角度を決定し、回転角度及び回転角度の決定結果に基づいて回転駆動部を駆動する。これにより、レーザ光の焦点位置を光軸方向において一定位置に維持することができる。

【0011】

本発明の他の態様に係るレーザ加工装置において、対物レンズの温度変化と、対物レンズの温度変化に応じた被加工物内での焦点位置の光軸方向の変化との関係を示す焦点位置変化情報を記憶する記憶部を備え、焦点位置調整部が、対物レンズの温度測定結果に基づいて記憶部内の焦点位置変化情報を参照して被加工物内での焦点位置の変化方向及び変化量を判別し、変化方向及び変化量の判別結果に基づいて焦点位置の光軸方向の変化を打ち消す補正環の回転方向及び回転角度を決定して、回転角度及び回転角度の決定結果に基づいて回転駆動部を駆動する。これにより、レーザ光の焦点位置を光軸方向において一定位置に維持することができる。

【0012】

本発明の他の態様に係るレーザ加工装置において、温度センサが、対物レンズのレンズ鏡筒の外周面に設けられている。

【0013】

本発明の目的を達成するためのレーザ加工方法は、レンズ光軸と、補正環と、補正環の回転に応じてレンズ光軸に沿って移動する１又は複数の移動レンズと、を有する対物レンズによって被加工物の内部にレーザ光の焦点位置を合わせてレーザ光を被加工物に照射して、被加工物の内部にレーザ加工領域を形成するレーザ加工を実行するレーザ加工方法において、レーザ加工中に、対物レンズの温度を測定する温度測定工程と、レーザ加工中に、温度測定工程の測定結果に基づいて、対物レンズの温度変化に応じた焦点位置のレンズ光軸の光軸方向の変化を打ち消す方向に補正環を回転させる焦点位置調整工程と、を有する。

【発明の効果】

【0014】

本発明は、対物レンズの温度変化に関係なくレーザ加工の加工品質を向上可能である。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】レーザ加工装置の概略図である。

【図2】レーザ加工装置による加工対象のウェーハの平面図である。

【図3】図２に示したウェーハの一部の断面図である。

【図4】符号４Ａは対物レンズの側面図であり、符号４Ｂ及び符号４Ｃは対物レンズの断面図である。

【図5】回転駆動部の構成を説明するための説明図である。

【図6】回転駆動部による補正環の回転駆動を説明するための説明図である。

【図7】制御装置の機能ブロック図である。

【図8】ウェーハの内部へのレーザ加工領域の形成を説明するための説明図である。

【図9】ウェーハの内部への複数層のレーザ加工領域の形成を説明するための説明図である。

【図10】焦点位置調整部によるレーザ加工中のレーザ光の焦点位置調整を説明するための説明図である。

【図11】レーザ加工装置によるウェーハのレーザ加工処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

［レーザ加工装置の構成］
図１は、本発明のレーザ加工装置１０の概略図である。図１に示すように、レーザ加工装置１０は、被加工物であるウェーハＷ（例えばシリコンウェーハ）を複数のチップ４（図２参照）に割断する割断プロセスの前工程として、ウェーハＷに対してレーザ加工（内部集光加工）を施す。なお、図中のＸＹＺ方向は互いに直交し、このうちＸ方向及びＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向（ウェーハＷの厚み方向）である。またθ方向は、Ｚ方向を回転軸とする回転方向である。

【0017】

図２は、レーザ加工装置１０による加工対象のウェーハＷの平面図である。図３は、図２に示したウェーハＷの一部の断面図である。図２及び図３に示すように、ウェーハＷには、複数のストリートＣＨ１と複数のストリートＣＨ２とが互いに交差して格子状に形成されている。これにより、ウェーハＷは、各ストリートＣＨ１，ＣＨ２により複数の領域に区画されている。この区画された各領域にはチップ４を構成するデバイス層６が設けられている。

【0018】

レーザ加工装置１０は、レーザ加工により、最初にストリートＣＨ１ごとにストリートＣＨ１に沿ってウェーハＷの内部にレーザ加工領域Ｐを形成し、次いでストリートＣＨ２ごとにストリートＣＨ２に沿ってウェーハＷの内部にレーザ加工領域Ｐを形成する。

【0019】

図１に戻って、レーザ加工装置１０は、テーブル１２（ＸＹＺθステージともいう）と、移動機構１４と、赤外線カメラ１６と、レーザヘッド１８と、温度センサ２０と、回転駆動部２２と、制御装置２４と、を備える。

【0020】

テーブル１２は、不図示のバックグラインドテープ等を介して、ウェーハＷのデバイス層６が設けられている側の表面を吸着保持するチャックテーブルである。これにより、ウェーハＷは、その表面とは反対側の裏面が後述のレーザヘッド１８と対向するようにテーブル１２に保持される。

【0021】

移動機構１４は、アクチュエータ及びモータ等により構成されており、後述の制御装置２４の下、テーブル１２をＸＹＺ方向に移動させたり、或いはテーブル１２をθ方向に回転させたりする。移動機構１４は、レーザ加工時にはテーブル１２をＸ方向（加工送り方向）に移動させる。なお、移動機構１４は、テーブル１２及びウェーハＷに対してレーザヘッド１８をＸＹＺθ方向に相対移動可能であれば特に限定されず、例えば、レーザヘッド１８を移動させてもよい。

【0022】

赤外線カメラ１６は、レーザヘッド１８と一体（別体でも可）に設けられている。この赤外線カメラ１６は、ウェーハＷのレーザ加工前にウェーハＷに形成されているアライメント基準を撮影して、このアライメント基準の撮影画像データを制御装置２４へ出力する。ここでいうアライメント基準とは、レーザ加工装置１０がウェーハＷのストリートＣＨ１，ＣＨ２の位置を認識するための基準であり、例えば、ストリートＣＨ１，ＣＨ２、或いはアライメントマーク（図示は省略）等の公知の基準が用いられる。なお、アライメント基準は、赤外線カメラ１６で撮影可能であれば、ウェーハＷの内部、表面、及び裏面等の任意の位置に設けられていてもよい。

【0023】

レーザヘッド１８は、テーブル１２のＺ方向上方側の位置（ウェーハＷの裏面に対向する位置）に配置されており、後述の制御装置２４により制御される。このレーザヘッド１８は、ウェーハＷの内部にレーザ光Ｌの焦点位置（集光点）を合わせてレーザ光ＬをウェーハＷに向けて照射することで、ストリートＣＨ１，ＣＨ２に沿ってウェーハＷの内部にレーザ加工領域Ｐを形成する。

【0024】

レーザヘッド１８は、大別して、レーザ光源３０と対物レンズ３２とを備える。なお、レーザヘッド１８には、レーザ光源３０と対物レンズ３２との間のレーザ光Ｌの光路中に公知の各種光学系が設けられているが、ここでは具体的な説明は省略する。

【0025】

レーザ光源３０は、レーザ加工用のレーザ光Ｌ（パルスレーザ光）を出射する。このレーザ光源３０及びレーザ光Ｌの条件としては、例えば、レーザ光源３０が半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、波長が波長：１．１μｍ、レーザ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１８０～２８０ｎｓ、出力が８Ｗである。

【0026】

対物レンズ３２は、所謂補正環付き対物レンズであり、レーザ光源３０から出射されたレーザ光ＬをウェーハＷの内部に集光する。これにより、レーザ加工によってウェーハＷの内部にレーザ加工領域Ｐが形成される。

【0027】

図４の符号４Ａは対物レンズ３２の側面図であり、符号４Ｂ及び符号４Ｃは対物レンズ３２の断面図である。図４の符号４Ａから符号４Ｃに示すように、対物レンズ３２は、Ｚ方向に平行なレンズ光軸Ｏ１と、レンズ鏡筒３３と、複数のレンズ３４（レンズ群）と、補正環３５と、駆動伝達機構３６と、を有する。

【0028】

レンズ鏡筒３３は、レンズ光軸Ｏ１の方向である光軸方向（Ｚ方向）に対して平行に延びた略円筒形状に形成されており、レーザヘッド１８の筐体に固定されている。このレンズ鏡筒３３の内部には光軸方向に沿って複数のレンズ３４が収納されている。これらレンズ３４の中には、後述の駆動伝達機構３６によって光軸方向に移動可能に保持されている１又は複数の移動レンズ３４ａ（移動レンズ群）が含まれている。

【0029】

補正環３５は、レンズ鏡筒３３の外周面に設けられており、レンズ光軸Ｏ１の軸周り方向に回転可能である。この補正環３５は後述の回転駆動部２２によって回転される。また、補正環３５は、図示は省略するが駆動伝達機構３６に連結されている。

【0030】

駆動伝達機構３６は、レンズ鏡筒３３の内部において移動レンズ３４ａを光軸方向に移動可能に保持している。この駆動伝達機構３６は、補正環３５がレンズ光軸Ｏ１の軸周り方向に回転した場合に、この補正環３５の回転運動を、移動レンズ３４ａをレンズ光軸Ｏ１に沿って移動可能な直線運動に変換する。これにより、補正環３５の回転（回転方向及び回転角度）に応じて移動レンズ３４ａがレンズ光軸Ｏ１に沿って移動する（図４の符号４Ｂ，４Ｃ及び矢印Ａ１参照）。その結果、公知のように対物レンズ３２の収差等を補正することができる（上記特許文献１参照）。また、補正環３５を回転させた場合には、移動レンズ３４ａの移動により対物レンズ３２の焦点位置も光軸方向（Ｚ方向）に沿って移動する。なお、駆動伝達機構３６の具体的な構成については公知技術であるのでここでは説明を省略する。

【0031】

レンズ鏡筒３３の外周面には複数個の温度センサ２０が取り付けられている。なお、本実施形態ではレンズ鏡筒３３の外周面に２個の温度センサ２０を取り付けているが、３個以上の温度センサ２０を取り付けてもよい。また、温度センサ２０の数が１個でもよい。また、レンズ鏡筒３３の外周面以外の例えば、テーブル１２などのレーザ加工装置１０内の各部の温度が測定できるように配置しても良い。

【0032】

図１に戻って、各温度センサ２０は、後述の制御装置２４の制御の下、対物レンズ３２の温度を測定してその温度測定結果を制御装置２４へ出力する。

【0033】

回転駆動部２２は、後述の制御装置２４の制御の下、補正環３５をレンズ光軸Ｏ１の軸周り方向に回転させる。

【0034】

図５は、回転駆動部２２の構成を説明するための説明図である。なお、符号５Ａは対物レンズ３２及び回転駆動部２２をＹ方向側から見た側面図であり、符号５Ｂは符号５Ａの対物レンズ３２及び回転駆動部２２をＺ方向下方側（矢印Ａ２方向側）から見た下面図である。

【0035】

また、図６は、回転駆動部２２による補正環３５の回転駆動を説明するための説明図である。なお、符号６Ａは対物レンズ３２及び回転駆動部２２をＹ方向側から見た側面拡大図であり、符号６Ｂは符号６Ａの対物レンズ３２及び回転駆動部２２をＺ方向下方側（矢印Ａ３方向側）から見た下面図である。

【0036】

図５の符号５Ａ及び符号５Ｂに示すように、回転駆動部２２は、例えば、補正環レバー２５、アーム２６、及びアーム駆動機構２７により構成される。

【0037】

補正環レバー２５は、略円環形状に形成されており、補正環３５の外周面に対して着脱自在に外嵌固定される。これにより、補正環レバー２５は、補正環３５と一体にレンズ光軸Ｏ１の軸回り方向に回転する。また、補正環レバー２５の外周面には、補正環レバー２５の径方向外側に延びる棒状のレバー部２５ａが突設されている。

【0038】

アーム２６は、２辺で構成された略Ｌ字型に形成されており、Ｙ方向に延びる第１アーム部２６ａと、Ｘ方向に延びる第２アーム部２６ｂと、を有する。

【0039】

第１アーム部２６ａの基端部は第２アーム部２６ｂに接続されている。また、第１アーム部２６ａの先端部には、補正環レバー２５に向かってＸ方向に突出する２つの突出部２６ｃが形成されている。これら２つの突出部２６ｃは互いに離隔して第１アーム部２６ａ上に形成されている。２つの突出部２６ｃの間隙（ギャップ）には補正環レバー２５のレバー部２５ａが遊嵌する。

【0040】

第２アーム部２６ｂは、アーム駆動機構２７によりＹ方向に移動自在に保持されている。

【0041】

アーム駆動機構２７は、第２アーム部２６ｂ、すなわちアーム２６をＹ方向に移動可能な公知のアクチュエータである。このアーム駆動機構２７は、後述の制御装置２４の制御の下、アーム２６をＹ方向に移動させることで補正環３５を任意の回転方向及び回転角度で回転させる。具体的にはアーム駆動機構２７がアーム２６をＹ方向に移動させると、アーム２６上の２つの突出部２６ｃのいずれか１つにレバー部２５ａが押されて、このレバー部２５ａにＹ方向の力が加えられる。これにより、図６の符号６Ａ及び符号６Ｂに示すように、レバー部２５ａを介して補正環レバー２５及び補正環３５が一体的にレンズ光軸Ｏ１の軸回り方向に回転される（矢印Ａ４参照）。

【0042】

なお、回転駆動部２２の構成は、図５及び図６に示した構成に限定されるものではなく、補正環３５を回転可能であれば特に限定はされない。

【0043】

図７は、制御装置２４の機能ブロック図である。図７及び既述の図１に示すように、制御装置２４は、移動機構１４、赤外線カメラ１６、レーザヘッド１８（レーザ光源３０）、温度センサ２０、及び回転駆動部２２（アーム駆動機構２７）などのレーザ加工装置１０の各部の動作を統括的に制御する。これにより、制御装置２４は、ウェーハＷに対するレーザヘッド１８のアライメント、及びストリートＣＨ１，ＣＨ２ごとのレーザ加工（後述のレーザ光Ｌの焦点位置の制御を含む）などを制御する。

【0044】

制御装置２４には、既述の移動機構１４、赤外線カメラ１６、レーザヘッド１８、温度センサ２０、及び回転駆動部２２などの他に、記憶部２８及び不図示の操作部（公知のキーボード、マウス、及び操作ボタン等）が接続されている。

【0045】

記憶部２８には、制御装置２４の制御プログラム（図示は省略）の他に、データテーブル４８が記憶されている。データテーブル４８は、後述のレーザ加工中のレーザ光Ｌの焦点位置の補正に用いられる。データテーブル４８はレーザ加工装置１０のメーカで作成されたものが予め記憶されている。なお、制御装置２４がレーザ加工前に外部サーバからデータテーブル４８を取得して記憶部２８に記憶させてもよい。

【0046】

制御装置２４は、不図示の制御プログラムを実行することで、検出制御部４０、レーザ加工制御部４２、温度取得部４４、及び焦点位置調整部４６として機能する。以下、本実施形態において「～部」として説明するものは「～回路」、「～装置」、又は「～機器」であってもよい。すなわち、「～部」として説明するものは、ファームウェア、ソフトウェア、及びハードウェアまたはこれらの組み合わせのいずれで構成されていてもよい。

【0047】

検出制御部４０は、レーザ加工装置１０の各部を制御して、テーブル１２に保持されているウェーハＷのストリートＣＨ１，ＣＨ２の位置（ＸＹ面内での向きを含む）を検出するアライメント検出を実行する。

【0048】

最初に検出制御部４０は、移動機構１４及び赤外線カメラ１６を制御して、ウェーハＷのアライメント基準の撮影画像データを取得（撮影）する。例えば検出制御部４０は、ウェーハＷの公知の設計情報に基づいて移動機構１４を駆動して、赤外線カメラ１６をウェーハＷのアライメント基準を撮影可能な位置に相対移動させる。この移動後に検出制御部４０は、赤外線カメラ１６にアライメント基準を含むウェーハＷの撮影を実行させる。これにより、赤外線カメラ１６によりウェーハＷのアライメント基準の撮影画像データが取得され、この撮影画像データが赤外線カメラ１６から検出制御部４０に出力される。

【0049】

次いで、検出制御部４０は、赤外線カメラ１６から入力された撮影画像データからアライメント基準を公知の画像認識法で検出することにより、ウェーハＷの各ストリートＣＨ１，ＣＨ２の位置を検出する。

【0050】

レーザ加工制御部４２は、移動機構１４及びレーザヘッド１８を制御して、ウェーハＷのストリートＣＨ１，ＣＨ２ごとにレーザ加工を実行する。このレーザ加工は、各ストリートＣＨ１に沿ってウェーハＷの内部にレーザ加工領域Ｐを形成する加工と、各ストリートＣＨ２に沿ってウェーハＷの内部にレーザ加工領域Ｐを形成する加工と、を含む。

【0051】

図８は、ウェーハＷの内部へのレーザ加工領域Ｐの形成を説明するための説明図である。図８に示すように、レーザ加工制御部４２は、検出制御部４０によるアライメント検出結果に基づいて、移動機構１４を駆動してテーブル１２をθ方向に回転させることにより、互いに交差するストリートＣＨ１，ＣＨ２のうちのストリートＣＨ１をＸ方向（加工送り方向）に平行にする。次いで、レーザ加工制御部４２は、検出制御部４０によるアライメント検出結果に基づいて、移動機構１４を駆動してテーブル１２の位置調整を実行することで、レーザヘッド１８の光軸を第１番目のストリートＣＨ１の一端に位置合わせするアライメントを実行する。

【0052】

レーザ加工制御部４２は、上述のアライメント完了後、レーザヘッド１８を制御して、レーザ光ＬをウェーハＷの裏面から所定の加工深さ位置（後述の目標位置）に集光させることで、この加工深さ位置にレーザ加工領域Ｐを形成する。

【0053】

次いで、レーザ加工制御部４２は、移動機構１４を駆動して、テーブル１２をＸ方向に移動させる。これにより、ウェーハＷの内部にレーザ光Ｌを集光させた状態で、ウェーハＷに対してレーザヘッド１８がＸ方向に相対移動される、すなわち第１番目のストリートＣＨ１に沿ってレーザヘッド１８がウェーハＷに対してＸ方向に相対移動される。その結果、第１番目のストリートＣＨ１に沿ってウェーハＷの内部に１層（単層）のレーザ加工領域Ｐが形成される。また、レーザ加工領域Ｐが形成されると、このレーザ加工領域Ｐを起点としてウェーハＷの厚さ方向（Ｚ方向）に亀裂Ｋが発生する。

【0054】

レーザ加工制御部４２は、レーザ加工領域Ｐの層数が単層である場合には、第１番目のストリートＣＨ１に対応するレーザ加工領域Ｐの形成後、移動機構１４を駆動して、レーザヘッド１８の光軸を第２番目のストリートＣＨ１の一端に位置合わせ（アライメント）する。そして、レーザ加工制御部４２は、レーザヘッド１８によりウェーハＷの内部にレーザ光Ｌを集光させた状態で、移動機構１４を駆動してテーブル１２をＸ方向に移動させる。これにより、第２番目のストリートＣＨ１に沿ってウェーハＷの内部にレーザ加工領域Ｐが形成される。

【0055】

以下同様に、全てのストリートＣＨ１に沿ってウェーハＷの内部にレーザ加工領域Ｐが形成される。次いで、レーザ加工制御部４２は、移動機構１４を駆動して、テーブル１２を９０°回転させることにより、各ストリートＣＨ２をＸ方向に平行にする。そして、レーザ加工制御部４２は、既述の各ストリートＣＨ１のレーザ加工の同様に、移動機構１４及びレーザヘッド１８等を制御して、全てのストリートＣＨ２に沿ってウェーハＷの内部にレーザ加工領域Ｐを形成する。

【0056】

図９は、ウェーハＷの内部への複数層のレーザ加工領域Ｐの形成を説明するための説明図である。図９に示すように、レーザ加工制御部４２は、ウェーハＷが厚い場合には、ストリートＣＨ１，ＣＨ２に沿ってウェーハＷの内部に複数層（２層以上）のレーザ加工領域Ｐを形成する。この場合には、レーザ加工制御部４２は、ストリートＣＨ１ごとに複数層のレーザ加工領域Ｐを連続して実行すると共に、ストリートＣＨ２ごとに複数層のレーザ加工領域Ｐを連続して実行する。

【0057】

具体的にレーザ加工制御部４２は、既述の図８で説明したように第１番目のストリートＣＨ１に対応する１層目のレーザ加工領域Ｐの形成後、レーザヘッド１８から出射されるレーザ光Ｌの集光位置をウェーハＷの内部で１層目のレーザ加工領域Ｐよりも浅い位置（Ｚ方向上方側の位置）に変更する。次いで、レーザ加工制御部４２は、移動機構１４を駆動してテーブル１２をＸ方向に移動させることで、２層目のレーザ加工領域Ｐの形成を繰り返し実行する。これにより、第１番目のストリートＣＨ１に沿って２層目のレーザ加工領域Ｐが形成される。以下同様に、３層目以降のレーザ加工領域Ｐを第１番目のストリートＣＨ１に沿って形成可能である。

【0058】

そして、レーザ加工制御部４２は、残りのストリートＣＨ１，ＣＨ２についても同様に、ストリートＣＨ１，ＣＨ２ごとに複数層のレーザ加工領域Ｐを形成する。

【0059】

このようなレーザ加工中にその時間経過と共に対物レンズ３２の温度が上昇することで対物レンズ３２によるレーザ光Ｌの焦点位置及び対物レンズ３２の収差に変化が生じる虞がある。特にレーザ光Ｌの焦点位置がＺ方向（光軸方向）に変化すると、Ｚ方向におけるレーザ加工領域Ｐの加工深さ位置が所定の目標位置（以下、単に目標位置という）から変化するため、レーザ加工後の割断工程でチップ４の割断品質が低下してしまう。

【0060】

そこで本実施形態では、レーザ加工中の温度センサ２０の温度測定結果に基づいて、対物レンズ３２の温度変化が生じた場合には回転駆動部２２を駆動して補正環３５を回転させることで、目標位置に対するレーザ光Ｌの焦点位置のＺ方向（光軸方向）のずれを補正する。すなわちレーザ光Ｌの焦点位置を目標位置に維持する。

【0061】

図７に戻って、温度取得部４４は、レーザ加工中に温度センサ２０を作動させて、温度センサ２０から出力される対物レンズ３２の温度測定結果を焦点位置調整部４６へ繰り返し（連続的）に出力する。

【0062】

図１０は、焦点位置調整部４６によるレーザ加工中のレーザ光Ｌの焦点位置調整を説明するための説明図である。図１０及び既述の図７に示すように、焦点位置調整部４６は、レーザ加工中に温度取得部４４から連続的に入力される温度センサ２０の温度測定結果に基づいて記憶部２８内のデータテーブル４８を参照して、補正環３５の回転方向及び回転角度を決定する。

【0063】

データテーブル４８は、対物レンズ３２の温度変化と、この温度変化に応じたウェーハＷ内でのレーザ光Ｌの焦点位置のＺ方向の変化を打ち消す補正環３５の回転方向及び回転角度と、の関係を示した補正情報である。このデータテーブル４８は、対物レンズ３２の温度変化に応じたウェーハＷ内でのレーザ光Ｌの焦点位置のＺ方向の変化（変化方向及び変化量）を予めシミュレーション又は実験等で求めておくことで作成可能である。なお、対物レンズ３２の温度変化とは、例えば、設計通りの焦点距離が得られる対物レンズ３２の温度（基準温度）からの温度変化量を指す。これにより、焦点位置調整部４６は、温度センサ２０の温度測定結果に基づいてデータテーブル４８を参照することで、対物レンズ３２の温度変化に応じたレーザ光Ｌの焦点位置のＺ方向の変化を打ち消す補正環３５の回転方向及び回転角度を決定可能である。

【0064】

次いで、焦点位置調整部４６は、回転駆動部２２を駆動して、データテーブル４８を参照して決定した補正環３５の回転方向及び回転角度に従って補正環３５を回転させる。これにより、図１０の符号ＸＡ及び符号ＸＢに示すように対物レンズ３２の温度変化に応じてレーザ光Ｌの焦点位置が目標位置ｈ０からＺ方向にずれた変化位置ｈ１に変化することが防止される。その結果、図１０の符号ＸＣに示すように、対物レンズ３２の温度変化に応じた焦点位置の光軸方向の変化が打ち消され、レーザ光Ｌの焦点位置が目標位置ｈ０で一定位置（略一定位置を含む、以下同じ）に維持される。

【0065】

なお、レーザ光Ｌの焦点位置調整のために補正環３５を回転させたとしても、レーザ光の焦点位置のＺ方向の変化量はウェーハＷの内部で±２～３μｍのレベルであるため、対物レンズ３２の収差への影響はほぼない。また、レーザ光Ｌを厳密に一点に集光させる必要はなく、対物レンズ３２の多少の収差変化が発生したとしても、レーザ加工領域Ｐの加工品質に重大な影響は及ぼさない。さらに、レーザ加工向けに最適化されたレーザ光Ｌの集光状態は、レーザ加工装置１０が必要とするレーザ光Ｌの集光位置のＺ方向補正を補正環３５で実施した場合でも十分なマージンを持っている。このため、このＺ方向補正を行った場合でもレーザ加工領域Ｐの加工品質への影響は及ぼさない。

【0066】

また、本実施形態では、データテーブル４８として、対物レンズ３２の温度変化と補正環３５の回転方向及び回転角度との関係を示す補正情報を作成しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、データテーブル４８として、対物レンズ３２とテーブル１２などレーザ加工装置１０の各部の温度変化と、この温度変化に応じたウェーハＷ内でのレーザ光Ｌの焦点位置のＺ方向の変化と、の関係を示す焦点位置変化情報を作成してもよい。

【0067】

この場合には焦点位置調整部４６は、レーザ加工中に温度取得部４４から温度センサ２０の温度測定結果が繰り返し入力されるごとに、温度測定結果に基づいて記憶部２８内のデータテーブル４８を参照して、対物レンズ３２の温度変化に応じたレーザ光Ｌの焦点位置のＺ方向の変化（変化方向及び変化量）を判別する。次いで、この判別結果に基づいて焦点位置調整部４６は、レーザ光Ｌの焦点位置のＺ方向の変化を打ち消す補正環３５の回転方向及び回転角度を決定する。そして、この決定結果に基づいて焦点位置調整部４６は、回転駆動部２２を駆動して補正環３５を回転させる。

【0068】

［本実施形態の作用］
図１１は、本発明のレーザ加工方法に係る上記構成のレーザ加工装置１０によるウェーハＷのレーザ加工処理の流れを示すフローチャートである。

【0069】

図１１に示すように、加工対象のウェーハＷ（製品ウェーハ）がテーブル１２に吸着保持されると、制御装置２４の検出制御部４０が作動する。検出制御部４０は、移動機構１４及び赤外線カメラ１６を制御して、ウェーハＷのアライメント基準の撮影画像データを取得する。そして、検出制御部４０は、この撮影画像データを解析して、ウェーハＷの各ストリートＣＨ１，ＣＨ２の位置を検出するアライメント検出を行う（ステップＳ１）。

【0070】

アライメント検出が完了するとレーザ加工制御部４２が作動して、ストリートＣＨ１のレーザ加工を開始する。

【0071】

最初にレーザ加工制御部４２は、検出制御部４０によるアライメント検出結果に基づいて、移動機構１４を駆動して、レーザヘッド１８のレンズ光軸Ｏ１を第１番目のストリートＣＨ１の一端に位置合わせするアライメントを実行する（ステップＳ２）。このアライメントが完了すると、レーザ加工制御部４２は、レーザヘッド１８を制御して、レーザ光ＬをウェーハＷの内部の所定の目標位置ｈ０に集光させる。これにより、レーザ加工が開始されて、ウェーハＷの内部（目標位置ｈ０）にレーザ加工領域Ｐが形成される（ステップＳ３）。

【0072】

次いで、レーザ加工制御部４２は、移動機構１４を駆動して、テーブル１２をＸ方向に移動させることで、ウェーハＷに対してレーザヘッド１８をＸ方向に相対移動させる（ステップＳ４）。これにより、ウェーハＷの内部に第１番目のストリートＣＨ１に沿ったレーザ加工領域Ｐが形成される。なお、レーザ加工制御部４２は、ウェーハＷが厚い場合には、移動機構１４及びレーザヘッド１８を制御して、第１番目のストリートＣＨ１に沿った複数層のレーザ加工領域Ｐを形成する。

【0073】

ウェーハＷのレーザ加工が開始されると、制御装置２４の温度取得部４４及び焦点位置調整部４６が作動する。これにより、レーザ加工中の対物レンズ３２の温度測定とレーザ光Ｌの焦点位置調整と、が開始される。

【0074】

温度取得部４４が、レーザ加工中に温度センサ２０を作動させて、温度センサ２０からの対物レンズ３２の温度測定結果を連続的に取得して、この温度測定結果を焦点位置調整部４６へ連続的に出力する（ステップＳ５、本発明の温度測定工程に相当）。これにより、レーザ加工中の対物レンズ３２の温度がリアルタイムに測定される。

【0075】

また、焦点位置調整部４６が温度取得部４４から入力される温度測定結果に基づいてデータテーブル４８を参照して、対物レンズ３２の温度変化に応じたレーザ光Ｌの焦点位置のＺ方向の変化を打ち消す補正環３５の回転方向及び回転角度を決定する（ステップＳ６）。なお、焦点位置調整部４６は、対物レンズ３２の温度変化が発生していない場合には、補正環３５を回転させない旨（回転角度＝０度）の決定を行う。

【0076】

次いで、焦点位置調整部４６は、対物レンズ３２の温度変化が発生している場合には、回転駆動部２２を駆動して、先に決定した補正環３５の回転方向及び回転角度に従って補正環３５を回転させる（ステップＳ７でＹＥＳ、ステップＳ８）。これにより、既述の図１０に示したようにレーザ光Ｌの焦点位置を目標位置ｈ０に維持する焦点位置調整がリアルタイムに実行される。なお、焦点位置調整部４６は、対物レンズ３２の温度変化が発生していない場合には、補正環３５の回転を実行しない（ステップＳ７でＮＯ）。また、ステップＳ６からステップＳ８は、本発明の焦点位置調整工程に相当する。

【0077】

第１番目のストリートＣＨ１に対する単層又は複数層のレーザ加工が完了するまで、既述のステップＳ４からステップＳ８までの処理が繰り返し実行される（ステップＳ９でＮＯ）。このようにレーザ加工中に対物レンズ３２の温度測定とレーザ光Ｌの焦点位置調整とをリアルタイムに実行することで、対物レンズ３２の温度変化に関わらずレーザ光Ｌの焦点位置を目標位置ｈ０に維持、すなわち一定位置に維持可能である。

【0078】

以下同様に、残りのストリートＣＨ１に対するレーザ加工と、対物レンズ３２の温度測定と、レーザ光Ｌの焦点位置調整と、が繰り返し実行される（ステップＳ９でＹＥＳ、ステップＳ１０でＹＥＳ、ステップＳ２からステップＳ８）。また、全てのストリートＣＨ１のレーザ加工が完了すると、各ストリートＣＨ２に対するレーザ加工と、対物レンズ３２の温度測定と、レーザ光Ｌの焦点位置調整と、が再び繰り返し実行される（ステップＳ１０でＮＯ）。

【0079】

以上のように本実施形態のレーザ加工装置１０では、ウェーハＷのレーザ加工中に対物レンズ３２の温度を測定して、対物レンズ３２の温度変化に応じて補正環３５を回転することで、レーザ光Ｌの焦点位置をＺ方向において目標位置ｈ０に維持可能である。このため、対物レンズ３２の温度変化に関係なく焦点位置を一定位置に維持可能であり、レーザ加工領域Ｐの加工品質を向上可能である。これにより、後工程（割断工程）でウェーハＷを複数のチップ４に割断する場合におけるチップ４の割断品質の低下が防止される。その結果、歩留まりを向上させることができる。

【0080】

［その他］
上記実施形態では、焦点位置調整部４６が温度センサ２０の温度測定結果に基づいてデータテーブル４８を参照することでレーザ光Ｌの焦点位置のＺ方向の変化を打ち消すような補正環３５の回転方向及び回転角度を決定（レーザ光Ｌの焦点位置のＺ方向の変化を判別するのみでも可）しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、温度センサ２０の温度測定結果と、焦点位置調整用の補正環３５の回転方向及び回転角度とを教師データとして機械学習させた学習済みモデルを予め生成する。そして、焦点位置調整部４６が温度センサ２０の温度測定結果に基づいて学習済みモデルを用いて補正環３５の回転方向及び回転角度を決定してもよい。

【0081】

上記実施形態ではレンズ鏡筒３３の外周面に設けた温度センサ２０により対物レンズ３２の温度測定を実行しているが、例えば、対物レンズ３２の内部に設けられた温度センサ２０により対物レンズ３２の温度測定を実行してもよい。また、温度センサ２０として、公知の非接触温度センサを用いてもよい。

【0082】

上記実施形態では、ウェーハＷのレーザ加工中に対物レンズ３２の温度を測定してこの対物レンズ３２の温度変化に応じて補正環３５を回転（Ｚ方向の焦点位置補正）させているが、レーザ加工時以外にも対物レンズ３２の温度を測定してこの対物レンズ３２の温度変化に応じて補正環３５を回転させてもよい。例えば、ウェーハＷのレーザ加工前に実施されるレーザパワー調整マップ補正作業時（パワーキャリブレーション時）にはレーザ光Ｌのパワーを最大に設定するので、対物レンズ３２の温度が上昇して対物レンズ３２によるレーザ光Ｌの焦点位置及び対物レンズ３２の収差に変化が発生し易い。このため、レーザパワー調整マップ補正作業時にも、対物レンズ３２の温度を測定してこの対物レンズ３２の温度変化に応じて補正環３５を回転させてもよい。

【符号の説明】

【0083】

４ チップ
６ デバイス層
１０ レーザ加工装置
１２ テーブル
１４ 移動機構
１６ 赤外線カメラ
１８ レーザヘッド
２０ 温度センサ
２２ 回転駆動部
２４ 制御装置
２５ 補正環レバー
２５ａ レバー部
２６ アーム
２６ａ 第１アーム部
２６ｂ 第２アーム部
２６ｃ 突出部
２７ アーム駆動機構
２８ 記憶部
３０ レーザ光源
３２ 対物レンズ
３３ レンズ鏡筒
３４ レンズ
３４ａ 移動レンズ
３５ 補正環
３６ 駆動伝達機構
４０ 検出制御部
４２ レーザ加工制御部
４４ 温度取得部
４６ 焦点位置調整部
４８ データテーブル
ＣＨ１ ストリート
ＣＨ２ ストリート
Ｋ 亀裂
Ｌ レーザ光
Ｏ１ レンズ光軸
Ｐ レーザ加工領域
Ｗ ウェーハ
ｈ０ 目標位置
ｈ１ 変化位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】