特開 2024-94729 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】P2024094729

(43)【公開日】2024-07-10

(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】

   H01L 21/301 20060101AFI20240703BHJP

   B23K 26/046 20140101ALI20240703BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20240703BHJP

【ＦＩ】

H01L21/78 B

B23K26/046

B23K26/00 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022211464

(22)【出願日】2022-12-28

(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

4E168CA07

4E168CA13

4E168CB03

4E168CB07

4E168CB13

4E168DA02

4E168DA24

4E168DA45

4E168HA01

4E168JA12

5F063AA22

5F063AA28

5F063AA41

5F063AA43

5F063BA25

5F063CB03

5F063CB07

5F063CB28

5F063DD29

5F063DD31

5F063DD32

5F063DE03

5F063DE17

5F063DE23

5F063DE34

5F063FF01

(57)【要約】

【課題】簡単かつ低コストにレーザ加工中の対物レンズの焦点位置調整を実行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（加工用レーザ光Ｌ１）を被加工物（ウェーハＷ）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Ｏ１に沿って移動する移動レンズ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、レンズ光軸Ｏ１の光軸方向における一面（裏面Ｗｂ）の位置を検出する位置検出部（ＡＦ装置３８）と、レーザ加工中に、位置検出部の検出結果に基づいて、光軸方向における一面の位置変化に応じて回転駆動部２２を駆動して、光軸方向における一面と焦点位置ＤＰとの間の距離Δｄの変化を打ち消す方向に補正環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】

被加工物の一面に対向する位置から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、前記被加工物のストリートに沿っ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、前記レンズ光軸の光軸方向における前記一面の位置を検出する位置検出部と、
前記レーザ加工中に、前記位置検出部の検出結果に基づいて、前記一面の起伏に応じて前記回転駆動部を駆動して、前記光軸方向における前記一面と前記焦点位置との間の距離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部と、
を備えるレーザ加工装置。

【請求項2】

前記焦点位置調整部が、前記回転駆動部のみを駆動して、前記距離の変化を打ち消す方向に前記焦点位置を変化させる請求項１に記載のレーザ加工装置。

【請求項3】

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た状態で、前記被加工物の一面に対向する位置から前記レーザ光を前記被加工物に照射して、前記被加工物のストリートに沿っ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、前記レンズ光軸の光軸方向における前記一面の位置を検出する位置検出工程と、
前記レーザ加工中に、前記位置検出工程の検出結果に基づいて、前記一面の起伏に応じて前記補正環を回転する回転駆動部を駆動して、前記光軸方向における前記一面と前記焦点位置との間の距離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）することで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、ウェーハの裏面（レーザヘッドに対向する面）から所定の加工深さ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。この場合に、ウェーハ（シリコン）内部の屈折率差異などにより焦点位置の位置決め誤差が約４倍のスケールになるので、ウェーハの裏面から所定の加工深さ位置にレーザ光の焦点位置を精密に合わせる必要がある。

【0005】

そこで、特許文献１に記載のレーザ加工装置は、レーザ加工中に、対物レンズの光軸方向におけるウェーハの裏面の位置検出と、この位置検出結果に基づいて対物レンズを光軸方向に移動させるレンズ駆動部を駆動して対物レンズの焦点位置をウェーハの裏面から一定の加工深さ位置に調整するＡＦ（Auto Focus）制御と、を繰り返し実行する。これにより、レーザ光の焦点位置、すなわち光軸方向におけるレーザ加工領域の形成位置が上述の加工深さ位置で維持される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１９－１７１４３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、特許文献１に記載のレーザ加工装置のレンズ駆動部としてはピエゾユニットが一般的に用いられる。この場合には、ウェーハの裏面の起伏（凹凸）に合わせて相応の重量を有する対物レンズの焦点位置調整（ＡＦ制御）をリアルタイムで実行するため、容量（駆動力）の大きいピエゾユニットが必要になり、コストがかかる。また、ピエゾユニット駆動時に発生する慣性力によるオーバーシュート発生などの不安定要素の払拭には限界があり、結果的に焦点位置調整の遅れ（応答遅れ）が発生するおそれがある。なお、この応答遅れを最小限に留めるためには、高度（高価）な制御システムが必要になる。

【0008】

また、メンテナンスのタイミングでピエゾユニットに対して対物レンズを脱着する場合において、ピエゾユニットに搭載されているピエゾ素子に許容以上のトルク（負荷）がかかるとピエゾ素子の破損のおそれがあり、トルク管理に手間がかかるという問題もある。

【0009】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、簡単かつ低コストにレーザ加工中の対物レンズの焦点位置調整を実行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】

【0010】

本発明の目的を達成するためのレーザ加工装置は、被加工物の一面に対向する位置から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、被加工物のストリートに沿っ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、レンズ光軸の光軸方向における一面の位置を検出する位置検出部と、レーザ加工中に、位置検出部の検出結果に基づいて、一面の起伏に応じて回転駆動部を駆動して、光軸方向における一面と焦点位置との間の距離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部と、を備える。

【0011】

このレーザ加工装置によれば、ピエゾユニット等の対物レンズを光軸方向に移動させるレンズ移動機構を用いることなく、焦点位置を被加工物の一面の位置変化に追従させることができる。

【0012】

本発明の他の態様に係るレーザ加工装置において、焦点位置調整部が、回転駆動部のみを駆動して、距離の変化を打ち消す方向に焦点位置を変化させる。これにより、補正環を回転させるだけでレーザ光の焦点位置調整が実行可能になるので、焦点位置調整の応答性及び被加工物の一面の起伏に対する焦点位置の追従性が向上し、さらにピエゾユニットを用いる必要がなくなるので低コスト化が図れると共にピエゾユニットの破損のおそれがなくなる。

【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た状態で、被加工物の一面に対向する位置からレーザ光を被加工物に照射して、被加工物のストリートに沿っ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、レンズ光軸の光軸方向における一面の位置を検出する位置検出工程と、レーザ加工中に、位置検出工程の検出結果に基づいて、一面の起伏に応じて補正環を回転する回転駆動部を駆動して、光軸方向における一面と焦点位置との間の距離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、簡単かつ低コストにレーザ加工中の対物レンズの焦点位置調整を実行することができる。

【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加工用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、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Ｗａ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Ｗａとは反対側の裏面Ｗｂ（本発明の被加工物の一面に相当）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Ｗａ、及び裏面Ｗｂ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の内部に加工用レーザ光Ｌ１の焦点位置（集光点）を合わせて加工用レーザ光Ｌ１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とダイクロイックミラー３７とＡＦ装置３８とを備える。なお、レーザ光源３０と対物レンズ３２との間の加工用レーザ光Ｌ１の光路中には、ダイクロイックミラー３７以外にも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である加工用レーザ光Ｌ１（パルスレーザ光）を出射する。このレーザ光源３０及び加工用レーザ光Ｌ１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から出射された加工用レーザ光Ｌ１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（球面収差等）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】

図１に戻って、ダイクロイックミラー３７は、レーザ光源３０と対物レンズ３２との間の加工用レーザ光Ｌ１の光路中に配置されている。このダイクロイックミラー３７は、レーザ光源３０から出射される加工用レーザ光Ｌ１を透過し、かつ後述するＡＦ装置３８から出射される検出用レーザ光Ｌ２を反射する。なお、本実施形態においては、ダイクロイックミラー３７によって、検出用レーザ光Ｌ２の光軸と加工用レーザ光Ｌ１の光軸とを同軸（レンズ光軸Ｏ１）にして対物レンズ３２からウェーハＷに向けて出射する。

【0032】

ＡＦ装置３８は、ダイクロイックミラー３７と共に本発明の位置検出部を構成する。

【0033】

ＡＦ装置３８は、ウェーハＷの裏面ＷｂのＺ方向（レンズ光軸Ｏ１の光軸方向）の位置である裏面位置情報を検出するための検出用レーザ光Ｌ２をダイクロイックミラー３７に向けて出射する。この検出用レーザ光Ｌ２は、加工用レーザ光Ｌ１とは異なる波長であって裏面Ｗｂで反射可能な波長を有する。ＡＦ装置３８から出射された検出用レーザ光Ｌ２は、ダイクロイックミラー３７により反射された後でウェーハＷの裏面Ｗｂに入射する。そして、この裏面Ｗｂで反射された検出用レーザ光Ｌ２の反射光がダイクロイックミラー３７によりＡＦ装置３８に向けて反射される。

【0034】

ＡＦ装置３８は、ダイクロイックミラー３７により反射された検出用レーザ光Ｌ２の反射光を受光し、その受光した反射光に基づいて、Ｚ方向における裏面Ｗｂの位置を示す裏面位置情報を検出する。なお、この裏面位置情報として、裏面ＷｂのＺ方向の基準位置（レーザ加工領域Ｐを形成する目標位置）からのＺ方向の変位を検出してもよい。

【0035】

具体的にはＡＦ装置３８は、受光した検出用レーザ光Ｌ２の反射光の分布と光量を検出する。これら反射光の分布と光量は、対物レンズ３２からウェーハＷまでのＺ方向の距離、すなわち、裏面ＷｂのＺ方向の変位に応じて変化する。ＡＦ装置３８は、この性質を利用して、裏面Ｗｂで反射された検出用レーザ光Ｌ２の反射光の分布と光量の変化に基づいて、例えば公知の非点収差方式或いはナイフエッジ方式などを用いて裏面位置情報を求める。なお、これらの方式については公知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。そして、ＡＦ装置３８は、裏面位置情報の検出結果を制御装置２４へ出力する。

【0036】

なお、本実施形態では、レーザヘッド１８内にＡＦ装置３８が設けられており、検出用レーザ光Ｌ２の光軸をダイクロイックミラー３７により加工用レーザ光Ｌ１の光軸（レンズ光軸Ｏ１）と同軸にして出射する構成となっているが、この構成に限らない。例えば、ＡＦ装置３８がレーザヘッド１８とは独立して隣接した位置に設けられていてもよい。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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）。

【0046】

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。

【0047】

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及びＡＦ装置３８）、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（後述の加工用レーザ光Ｌ１の焦点位置調整を含む）などを制御する。

【0048】

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（レーザ光源３０、ＡＦ装置３８）、及び回転駆動部２２などの他に、不図示の記憶部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。

【0049】

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、検出制御部４３、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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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、加工用レーザ光Ｌ１をウェーハＷの裏面ＷｂからＺ方向（レンズ光軸Ｏ１の光軸方向）の所定の加工深さ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。

【0056】

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の内部に加工用レーザ光Ｌ１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。

【0057】

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の内部に加工用レーザ光Ｌ１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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

このようなレーザ加工を実行する場合には、ウェーハＷの裏面Ｗｂから所定の加工深さ位置に精密にレーザ加工領域Ｐを生成する必要がある。このため、レーザ加工装置１０では、レーザ加工中に、加工用レーザ光Ｌ１（対物レンズ３２）の焦点位置が裏面ＷｂからＺ方向（光軸方向）において所定の加工深さ位置（目標位置）に維持されるように、裏面Ｗｂの起伏に合わせて対物レンズ３２の焦点位置を調整するＡＦ制御を実行する。この際に、従来のようにピエゾユニット等を用いてＡＦ制御を実行した場合には、既述の通り、コスト増加、ピエゾユニット駆動時に発生するオーバーシュートによる焦点位置調整の応答遅れ、及びピエゾ素子の破損等が発生するおそれがある。

【0061】

そこで、本実施形態のレーザ加工装置１０では、裏面Ｗｂの起伏に合わせて裏面Ｗｂと対物レンズ３２の焦点位置との間のＺ方向（光軸方向）における距離変化を打ち消す方向に補正環３５を回転させることで、対物レンズ３２の焦点位置を調整するＡＦ制御を実行する。

【0062】

図７に戻って、検出制御部４３は、レーザ加工中にＡＦ装置３８を作動させて、裏面Ｗｂへの検出用レーザ光Ｌ２の照射と、裏面Ｗｂからの検出用レーザ光Ｌ２の反射光の受光と、裏面位置情報の検出と、焦点位置調整部４６への裏面位置情報の出力と、を繰り返し（連続的に）実行させる。

【0063】

図１０は、焦点位置調整部４６によるレーザ加工中の加工用レーザ光Ｌ１の焦点位置調整を説明するための説明図である。なお、図１０中の符号Ｍ１は補正環３５の現在の回転位置を示すマーク（実線で表示）であり、符号Ｍ０は補正環３５が回転した場合にその回転前のマーク（点線で表示）の位置を示す。また、図中の符号Δｄは、裏面Ｗｂと加工用レーザ光Ｌ１の焦点位置ＤＰとの間のＺ方向（光軸方向）の距離Δｄを示す。

【0064】

図１０の符号ＸＡからＸＣ及び既述の図７に示すように、焦点位置調整部４６は、レーザ加工中に検出制御部４３から連続的に入力される裏面位置情報に基づいて回転駆動部２２を駆動して、裏面Ｗｂの起伏に応じた距離Δｄの変化を打ち消す方向に補正環３５を回転させる。

【0065】

具体的には、裏面位置情報が示す裏面ＷｂのＺ方向位置（裏面ＷｂのＺ方向位置と裏面Ｗｂの目標位置との差分でも可）と、距離Δｄ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（図示は省略）を予め生成する。或いは、裏面ＷｂのＺ方向位置と、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。これにより、焦点位置調整部４６は、検出制御部４３から裏面位置情報が入力されるごとに、この裏面位置情報が示す裏面ＷｂのＺ方向位置に基づいて補正情報又は学習済みモデルを用いることで、焦点位置調整用の補正環３５の回転方向及び回転角度を決定することができる。

【0066】

そして、焦点位置調整部４６は、補正環３５の回転方向及び回転角度を決定するごとに、この決定結果に基づいて回転駆動部２２を駆動して補正環３５を回転させる。これにより、裏面Ｗｂに起伏が生じていたとしても距離Δｄが一定（略一定を含む、以下同じ）に維持される、すなわち裏面Ｗｂの起伏に対して焦点位置ＤＰを追従させることができる。その結果、裏面Ｗｂから所定の加工深さ位置（目標位置）にレーザ加工領域Ｐが形成される。

【0067】

なお、加工用レーザ光Ｌ１の焦点位置調整のために補正環３５を回転させた場合には、対物レンズ３２の収差も変化してしまうが、本実施形態のレーザ加工（内部集光加工）ではＺ方向に一定の厚みを有するレーザ加工領域Ｐを形成する。このため、加工用レーザ光Ｌ１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。

【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、加工用レーザ光Ｌ１をウェーハＷの内部の所定の加工深さ位置に集光させる。これにより、レーザ加工が開始されて、ウェーハＷの内部にレーザ加工領域Ｐが形成される（ステップＳ３）。

【0072】

また同時に、検出制御部４３がＡＦ装置３８からの検出用レーザ光Ｌ２の出射を開始させる（ステップＳ３）。これにより、レーザ加工中に、検出用レーザ光Ｌ２がダイクロイックミラー３７及び対物レンズ３２を経てウェーハＷの裏面Ｗｂに入射し、この裏面Ｗｂで反射された検出用レーザ光Ｌ２の反射光が対物レンズ３２及びダイクロイックミラー３７を経てＡＦ装置３８に入射する。

【0073】

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。

【0074】

また、ウェーハＷのレーザ加工と並行して、検出制御部４３がＡＦ装置３８による検出用レーザ光Ｌ２の反射光の受光と（ステップＳ５）、裏面位置情報の検出及び焦点位置調整部４６への裏面位置情報の出力と（ステップＳ６）、を繰り返し実行させる（本発明の位置検出工程に相当）。これにより、レーザ加工中に裏面ＷｂのＺ方向位置がリアルタイムに検出される。

【0075】

そして、焦点位置調整部４６がＡＦ装置３８から入力される裏面位置情報に基づいて、回転駆動部２２を駆動して、裏面Ｗｂの起伏に応じた距離Δｄの変化を打ち消す方向に補正環３５を回転させる（ステップＳ７、本発明の焦点位置調整工程に相当）。これにより、既述の図１０に示したように、距離Δｄが一定に維持されるように裏面Ｗｂの起伏に応じて加工用レーザ光Ｌ１の焦点位置調整がリアルタイムに実行される。

【0076】

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Ｓ７までの処理が繰り返し実行される（ステップＳ８でＮＯ）。このようにレーザ加工中に補正環３５を用いた加工用レーザ光Ｌ１の焦点位置調整をリアルタイムに実行することで、裏面Ｗｂの起伏に対して焦点位置ＤＰを追従させることができる。その結果、ストリートＣＨ１に沿って裏面Ｗｂから所定の加工深さ位置（目標位置）にレーザ加工領域Ｐが形成される。

【0077】

以下同様に、残りのストリートＣＨ１に対するレーザ加工と、レーザ加工中の裏面位置情報の検出及び加工用レーザ光Ｌ１の焦点位置調整（ＡＦ制御）と、が繰り返し実行される（ステップＳ８及びステップＳ９でＹＥＳ、ステップＳ２からステップＳ７）。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、レーザ加工中の裏面位置情報の検出及び加工用レーザ光Ｌ１の焦点位置調整と、が再び繰り返し実行される（ステップＳ９でＮＯ）。

【0078】

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のレーザ加工中に裏面位置情報を検出して、距離Δｄが一定に維持されるように補正環３５を回転して加工用レーザ光Ｌ１の焦点位置調整を実行することで、従来のようにピエゾユニットを用いることなくレーザ加工中のＡＦ制御を実行することができる。これにより、相応の重量を有する対物レンズ３２のＺ方向位置調整を実行することなく、単に補正環３５を回転させるだけで加工用レーザ光Ｌ１の焦点位置調整が実行可能になるので、焦点位置調整の応答性及び裏面Ｗｂの起伏に対する焦点位置ＤＰの追従性が向上する。また、高価なピエゾユニットを用いる必要がなくなるので低コスト化が図れる。さらに、従来のようにメンテンナンス時にピエゾユニットを破損させるおそれもなくなる。その結果、従来よりも簡単かつ低コストに焦点位置調整を実行することができる。

【0079】

［その他］
本発明は、補正環３５を備え且つピエゾユニット（対物レンズ３２のＺ方向位置を調整可能な装置）を備えないレーザ加工装置１０に限定されず、補正環３５及びピエゾユニットの双方を備える既存のレーザ加工装置（例えば特許文献１参照）に回転駆動部２２を設けることで適用可能である。この場合には、ピエゾユニットを使用することなく補正環３５のみを使用して加工用レーザ光Ｌ１の焦点位置調整を実行可能であるので、ピエゾユニットの長寿命化が図れる。

【0080】

また、上述のように補正環３５及びピエゾユニットの双方を備えるレーザ加工装置に本発明を適用する場合には、例えば、補正環３５とピエゾユニットとを組み合わせて加工用レーザ光Ｌ１の焦点位置調整を実行してもよい。この場合には、例えば、ピエゾユニットを用いて加工用レーザ光Ｌ１の焦点位置調整（粗調整）を実行し、その後、補正環３５を用いて加工用レーザ光Ｌ１の焦点位置調整（微調整）を実行する。

【符号の説明】

【0081】

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
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
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
３７ ダイクロイックミラー
３８ ＡＦ装置
４０ 検出制御部
４２ レーザ加工制御部
４３ 検出制御部
４６ 焦点位置調整部
Ｃ１ レンズ光軸
ＣＨ１ ストリート
ＣＨ２ ストリート
ＤＰ 焦点位置
Ｋ 亀裂
Ｌ１ 加工用レーザ光
Ｌ２ 検出用レーザ光
Ｎｄ 半導体レーザ励起
Ｏ１ レンズ光軸
Ｐ レーザ加工領域
Ｗ ウェーハ
Ｗａ 表面
Ｗｂ 裏面
Δｄ 距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】