JP6988057B2 - レーザー加工装置及びレーザー加工方法 - Google Patents

Description

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

従来、表面に複数のデバイスが形成されたウェーハを個々のチップに分割するには、細かなダイヤモンド砥粒で形成された厚さ３０μｍ程度の薄い砥石により、ウェーハに研削溝を入れてウェーハをカットするダイシング装置が用いられていた。

ダイシング装置では、薄い砥石（以下、ダイシングブレードと称する）を例えば３０，０００〜６０，０００ｒｐｍで高速回転させてウェーハを研削し、ウェーハを完全切断（フルカット）又は不完全切断（ハーフカット或いはセミフルカット）を行う。

しかし、このダイシングブレードによる研削加工の場合、ウェーハが高脆性材料であるため脆性モード加工となり、ウェーハの表面や裏面にチッピングが生じ、このチッピングが分割されたチップの性能を低下させる要因になっていた。

このような問題に対して、従来のダイシングブレードによる切断に替えて、ウェーハの内部に集光点を合わせてレーザー光を照射することにより、ウェーハ内部に多光子吸収による改質領域を形成して個々のチップに分割する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００９−３４７２３号公報 特開２０１０−５８１２８号公報

しかしながら、上述したような技術では、ウェーハの内部に改質領域を形成するためにウェーハの内部に集光点を合わせてレーザー光を照射すると、ウェーハの内部に入射したレーザー光がウェーハの内部で完全に吸収されずに、改質領域の形成に寄与しない一部のレーザー光がウェーハのデバイス面（レーザー光入射面とは反対側の面）まで漏れてしまい、ウェーハのデバイス面にダメージを与えてしまうことがある。特にウェーハの切断予定ライン方向に直交する方向にスポット的に発生するダメージはウェーハのデバイス形成領域（切断予定ラインによって囲まれる領域）に対する影響が懸念されるため、このダメージを最小限に抑制する必要がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、レーザー光の漏れによるウェーハのデバイス面へのダメージを低減することができるレーザー加工装置及びレーザー加工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１態様に係るレーザー加工装置は、ウェーハの内部に集光点を合わせてレーザー光を照射することにより、ウェーハの切断予定ラインに沿ってウェーハの内部に改質領域を形成するレーザー加工装置であって、レーザー光を出
力するレーザー光源と、レーザー光をウェーハの内部に集光する集光レンズと、ウェーハをレーザー光に対して相対的に移動させる移動手段と、集光レンズにより集光されるレーザー光のスポット形状を楕円形状に制御する光束制御手段と、を備える。

本発明の第２態様に係るレーザー加工装置は、第１態様において、光束制御手段は、レーザー光のスポット形状が切断予定ライン方向を短軸とする楕円形状となるように制御する。

本発明の第３態様に係るレーザー加工装置は、第１態様において、光束制御手段は、レーザー光のスポット形状が切断予定ライン方向を長軸とする楕円形状となるように制御する。

本発明の第４態様に係るレーザー加工装置は、第１態様〜第３態様のいずれかにおいて、レーザー光を変調する空間光変調器と、ウェーハの内部においてレーザー光照射面からの深さが互いに異なり、かつウェーハの移動方向に互いに離れた複数の位置にレーザー光が集光レンズで同時に集光されるように空間光変調器を制御する制御部と、空間光変調器とは別に構成され、ウェーハの内部においてレーザー光の集光点を合わせる複数の位置でレーザー光の収差が所定の収差以下となるように補正する収差補正手段と、を備える。

本発明の第５態様に係るレーザー加工装置は、第４態様において、制御部は、ウェーハの深さ方向における第１の位置にレーザー光が集光されるとともに、第１の位置とはウェーハの深さ方向に異なる第２の位置にレーザー光が集光されるように空間光変調器を制御する。

本発明の第６態様に係るレーザー加工方法は、ウェーハの内部に集光点を合わせてレーザー光を照射することにより、ウェーハの切断予定ラインに沿ってウェーハの内部に改質領域を形成するレーザー加工方法であって、レーザー光をウェーハの内部に集光する集光工程と、ウェーハをレーザー光に対して相対的に移動させる移動工程と、ウェーハの内部に集光されるレーザー光のスポット形状を楕円形状に制御する光束制御工程と、を含む。

本発明の第７態様に係るレーザー加工方法は、第６態様において、光束制御工程は、レーザー光のスポット形状が切断予定ライン方向を短軸とする楕円形状となるように制御する。

本発明の第８態様に係るレーザー加工方法は、第６態様において、光束制御工程は、レーザー光のスポット形状が切断予定ライン方向を長軸とする楕円形状となるように制御する。

本発明の第９態様に係るレーザー加工方法は、第６態様〜第８態様のいずれかにおいて、レーザー光を空間光変調器で変調する変調工程と、ウェーハの内部においてレーザー光照射面からの深さが互いに異なり、かつウェーハの移動方向に互いに離れた複数の位置にレーザー光が同時に集光されるように空間光変調器を制御する制御工程と、空間光変調器とは別に構成され、ウェーハの内部においてレーザー光の集光点を合わせる複数の位置でレーザー光の収差が所定の収差以下となるように補正する収差補正工程と、を含む。

本発明の第１０態様に係るレーザー加工方法は、第９態様において、制御工程は、ウェーハの深さ方向における第１の位置にレーザー光が集光されるとともに、第１の位置とはウェーハの深さ方向に異なる第２の位置にレーザー光が集光されるように空間光変調器を制御する。

本発明によれば、ウェーハの内部に集光されるレーザー光のスポット形状を楕円形状とすることにより、レーザー光の漏れ光によるウェーハのデバイス面へのダメージを効果的に低減することができる。

本発明の一実施形態に係るレーザー加工装置の概略を示した構成図 ウェーハの内部に改質領域が形成される様子を示した概念図 ウェーハ内部に形成された改質領域から亀裂がウェーハ深さ方向に伸展する様子を概念図 第１制御例としてのレーザー光のスポット形状が楕円形状に制御される場合の一例を示した図 図４に示した第１制御例としてのスポット形状としたときにレーザー光の漏れ光によってウェーハのデバイス面に生じるダメージの様子を示した図 第２制御例としてのレーザー光のスポット形状が楕円形状を制御される場合の他の例を示した図 図６に示した第２制御例としてのスポット形状としたときにレーザー光の漏れ光によってウェーハのデバイス面に生じるダメージの様子を示した図 比較制御例としてのレーザー光のスポット形状が円形状である場合の一例を示した図 図８に示した比較制御例としてのスポット形状としたときにレーザー光の漏れ光によってウェーハのデバイス面に生じるダメージの様子を示した図 収差補正量と総亀裂長さの関係を示したグラフ 収差補正量と亀裂下端長さの関係を示したグラフ 本発明の他の実施形態に係るレーザー加工装置の概略を示した構成図 ウェーハの内部に改質領域が形成される様子を示した概念図であり、レーザー光が集光される２つの位置（集光位置）の他の形態を説明するための図

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について詳説する。

図１は、本発明の一実施形態に係るレーザー加工装置の概略を示した構成図である。図１に示すように、本実施形態のレーザー加工装置１は、主として、ウェーハ移動部１１、レーザーヘッド２０、制御部５０等から構成されている。

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

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

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

レーザーヘッド２０は、主として、レーザー光源２２、空間光変調器２８、集光レンズ３８、光束制御器４２等を備えている。

レーザー光源２２は、制御部５０の制御に従って、ウェーハＷの内部に改質領域を形成するための加工用のレーザー光Ｌを出力する。レーザー光Ｌの条件としては、例えば、光源が半導体レーザー励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、波長が波長：１．１μｍ、レーザー光スポット断面積が３．１４×１０^−８ｃｍ^２、発振形態がＱスイッチパルス、繰り返し周波数が８０〜１２０ｋＨｚ、パルス幅が１８０〜２８０ｎｓ、出力が１０Ｗである。

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

空間光変調器２８としては、例えば、反射型液晶（LCOS：Liquid Crystal on Silicon
）の空間光変調器（SLM：Spatial Light Modulator）が用いられる。空間光変調器２８の動作、及び空間光変調器２８で呈示されるホログラムパターンは、制御部５０によって制御される。なお、空間光変調器２８の具体的な構成や空間光変調器２８で呈示されるホログラムパターンについては既に公知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

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

集光レンズ３８は、ウェーハＷの内部において生じるレーザー光Ｌの収差を補正するために補正環４０を備えている。この補正環４０は手動で回転自在に構成されており、補正環４０を所定方向に回転させると、集光レンズ３８を構成しているレンズ群の間隔が変更され、ウェーハＷのレーザー光照射面（裏面）から所定の深さの位置でレーザー光Ｌの収差が所定の収差以下となるように収差を補正することができる。なお、補正環４０は、収差補正手段の一例である。

なお、補正環４０は、図示しない補正環駆動部によって電動で回転されるように構成されていてもよい。この場合、制御部５０は、補正環駆動部の動作を制御して、補正環４０を回転させることによってレーザー光Ｌの収差が所望の状態となるように補正を行う。

光束制御器４２は、集光レンズ３８により集光されるレーザー光Ｌのスポット形状（集光点にける光速の断面形状）を制御するものである。光束制御器４２は、レーザー光Ｌのレーザー光Ｌの光路上に配置され、レーザー光Ｌを通過させる開口部の形状及び大きさが可変である可変スリットにより好ましく構成される。本実施の形態における光束制御器４２は、レーザー光Ｌのスポット形状が切断予定ライン方向を短軸又は長軸とする楕円形状となるように制御を行う。光束制御器４２は、光束制御手段の一例である。

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

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

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

制御部５０は、ＣＰＵ、メモリ、入出力回路部等からなり、レーザー加工装置１の各部の動作を制御する。具体的には、ウェーハＷの厚み、ウェーハＷの送り速度を制御し、最適な条件で各部（ウェーハ移動部１１やレーザーヘッド２０等）の動作を制御し、改質領域の形成を行う。

また、制御部５０は、空間光変調器２８の動作を制御し、所定のホログラムパターンを空間光変調器２８に呈示させる。具体的には、ウェーハＷの内部において互いに異なる２つの位置（すなわち、レーザー光照射面からの深さが互いに異なり、かつ図１のＸ方向に平行なウェーハ移動方向Ｍに互いに離れた２つの位置）にレーザー光Ｌが集光レンズ３８により同時に集光されるように、レーザー光Ｌを変調するためのホログラムパターンを空間光変調器２８に呈示させる。なお、ホログラムパターンは、改質領域の形成位置、照射するレーザー光Ｌの波長、及び集光レンズ３８やウェーハＷの屈折率等に基づいて予め導出され、制御部５０に記憶されている。

レーザー加工装置１はこの他に、図示しないウェーハ搬送手段、操作板、テレビモニタ、及び表示灯等から構成されている。

操作板には、レーザー加工装置１の各部の動作を操作するスイッチ類や表示装置が取り付けられている。テレビモニタは、図示しないＣＣＤカメラで撮像したウェーハ画像の表示、又はプログラム内容や各種メッセージ等を表示する。表示灯は、レーザー加工装置１の加工中、加工終了、非常停止等の稼働状況を表示する。

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

まず、集光レンズ３８に備えられた補正環４０を手動（または電動）で回転させることにより、ウェーハＷの内部においてレーザー光Ｌを集光させる位置（改質領域の加工深さ）でレーザー光Ｌの収差が所定の収差以下となるように収差補正量を調整する。なお、本明細書において、「収差補正量」とは、ウェーハＷのレーザー光照射面からの深さに換算した値である。すなわち、例えば収差補正量が５００μｍである場合には、ウェーハＷのレーザー光照射面からの深さが５００μｍの付近位置でレーザー光の収差が最小となることを意味する。本例では、詳細を後述するように、ウェーハＷの厚さが７７５μｍである場合には、補正環４０による収差補正量は５００μｍに設定されることが好ましい。

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

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

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

空間光変調器２８に入射されたレーザー光Ｌは、空間光変調器２８に呈示された所定のホログラムパターンに従って変調される。その際、制御部５０は、ウェーハＷの内部において互いに異なる２つの位置にレーザー光Ｌが集光レンズ３８により同時に集光されるように、レーザー光Ｌを変調するためのホログラムパターンを空間光変調器２８に呈示させる制御を行う。

空間光変調器２８から出射されたレーザー光Ｌは、第２ミラー３１、第３ミラー３２によって順次反射された後、第１のレンズ３６ａを通過し、さらに第４ミラー３３、第５ミラー３４によって反射され、第２のレンズ３６ｂを通過し、光束制御器４２を介して集光レンズ３８に入射される。これにより、空間光変調器２８から出射されたレーザー光Ｌは、第１のレンズ３６ａ、第２のレンズ３６ｂからなる縮小光学系３６によって集光レンズ３８に縮小投影される。そして、集光レンズ３８に入射されたレーザー光Ｌは、集光レンズ３８によりウェーハＷの内部において互いに異なる２つの位置に集光される。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ここで、本実施形態においては、上述したようにしてウェーハＷの内部に切断予定ラインに沿って改質領域Ｐ１、Ｐ２が形成される際、集光レンズ３８により集光されるレーザー光Ｌのスポット形状（各集光位置Ｑ１、Ｑ２における光速の断面形状）は光束制御器４２により楕円形状に制御される。以下、レーザー光Ｌのスポット形状の制御例（第１制御例、第２制御例）及び比較制御例について説明する。

（第１制御例）
図４は、第１制御例としてのレーザー光Ｌのスポット形状が楕円形状に制御される場合の一例を示した図であり、レーザー光Ｌのスポット形状と切断予定ライン方向との平面的な位置関係を示した図である。また、図５は、図４に示した第１制御例としてのスポット形状としたときにレーザー光Ｌの漏れ光によってウェーハＷのデバイス面に生じるダメージの様子を示した図であり、図５の下段にはそのときに採用したレーザー光Ｌのスポット形状を模式的に示している。

図４に示すように、第１制御例としてのレーザー光Ｌのスポット形状は切断予定ライン方向（ウェーハ移動方向に平行な方向）を短軸とする楕円形状である。このようなスポッ
ト形状のレーザー光ＬをウェーハＷのレーザー光照射面から照射した場合、図５に示すように、ウェーハＷのデバイス面にはレーザー光Ｌの漏れ光によるダメージがほとんど生じない。

（第２制御例）
図６は、第２制御例としてのレーザー光Ｌのスポット形状が楕円形状を制御される場合の他の例を示した図であり、レーザー光Ｌのスポット形状と切断予定ライン方向との平面的な位置関係を示した図である。また、図７は、図６に示した第２制御例としてのスポット形状としたときにレーザー光Ｌの漏れ光によってウェーハＷのデバイス面に生じるダメージの様子を示した図であり、図７の下段にはそのときに採用したレーザー光Ｌのスポット形状を模式的に示している。

図６に示すように、第２制御例としてのレーザー光Ｌのスポット形状は切断予定ライン方向を長軸とする楕円形状である。このようなスポット形状のレーザー光ＬをウェーハＷのレーザー光照射面から照射した場合、図７に示すように、上述した第１制御例と同様にウェーハＷのデバイス面にはレーザー光Ｌの漏れ光によるダメージがほとんど生じない。

（比較制御例）
図８は、比較制御例としてのレーザー光Ｌのスポット形状が円形状である場合の一例を示した図である。また、図９は、図８に示した比較制御例としてのスポット形状としたときにレーザー光Ｌの漏れ光によってウェーハＷのデバイス面に生じるダメージの様子を示した図であり、図９の下段にはそのときに採用したレーザー光Ｌのスポット形状を模式的に示している。

図８に示す比較制御例のようにレーザー光Ｌのスポット形状が円形状である場合、図９に示すように、ウェーハＷのレーザー光照射面からレーザー光Ｌを照射した際、レーザー光Ｌの漏れ光によってウェーハＷのデバイス面には切断予定ライン方向に直交する方向へスポット的にダメージが発生してしまう。このダメージがウェーハのデバイス形成領域に及んでしまうと、チップの品質を低下させる要因となる。特に本実施形態のように、ウェーハＷの内部においてウェーハ深さ方向に互いに異なる２つの位置にレーザー光Ｌを同時に集光させて、それぞれの集光位置に改質領域Ｐ１、Ｐ２を同時に形成する２段加工を行う場合には、このレーザー光Ｌの漏れ光によるダメージが顕著となる。

以上の比較から分かるように、本実施形態では、光束制御器４２によってレーザー光Ｌのスポット形状が楕円形状となるように制御が行われるので、レーザー光Ｌの漏れ光によるウェーハＷのデバイス面へのダメージを効果的に低減することができる。なお、この詳しい原理については分からないが、レーザー光Ｌのスポット形状を円形状とした場合（図８参照）に比べて楕円形状とする方が集光点に集中するレーザー光Ｌのパワーが適度に分散されるため、ウェーハＷのデバイス面まで漏れるレーザー光Ｌを少なくすることができ、ウェーハＷのデバイス面に生じるダメージを低減できるものと推測される。

以上のとおり、本実施形態では、光束制御器４２によってレーザー光Ｌのスポット形状が楕円形状（好ましくは、切断予定ライン方向を短軸又は長軸とする楕円形状）に制御されるため、レーザー光Ｌのスポット形状を円形状とした場合に比べて、レーザー光Ｌの漏れ光によるウェーハＷのデバイス面へのダメージを効果的に低減することができる。

なお、本実施形態では、光束制御器４２により制御されるレーザー光Ｌのスポット形状が切断予定ライン方向を短軸又は長軸とする楕円形状とする態様（図４、図６参照）を示したが、これに限らず、切断予定ライン方向に対して斜めの方向を短軸又は長軸とする楕円形状としてもよい。

また、本実施形態では、空間光変調器２８を用いて複数の位置にレーザー光Ｌを集光レンズ３８で同時に集光させつつ、集光レンズ３８の補正環４０を用いてレーザー光Ｌの集光点を合わせる位置の収差が所定の収差以下となるように補正するようにしたので、ウェーハＷの厚さが厚い場合でも、ウェーハ深さ方向の深い位置にレーザー光Ｌを効率良く集光させることが可能となる。また、ウェーハ深さ方向に重なる改質領域Ｐ１、Ｐ２が形成されたときに生じる亀裂をウェーハＷのレーザー光照射面とは反対側の面（ウェーハＷの表面）側まで十分に伸展させることができる。したがって、効率よくウェーハＷをチップに分割することが可能となり、安定した品質のチップを効率よく得ることができる。

ここで、上記効果を検証するために本発明者等が行った実験について説明する。

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

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

図１０は、収差補正量と総亀裂長さの関係を示したグラフである。図１１は、収差補正量と亀裂下端長さの関係を示したグラフである。図１０及び図１１において、横軸は収差補正量を示し、縦軸はそれぞれ各装置により生じた総亀裂長さ、亀裂下端長さをそれぞれ示している。

図１０及び図１１から分かるように、実施例では、第１の比較例や第２の比較例に比べて、すべての収差補正量にわたって総亀裂長さが長くなり、しかも亀裂下端長さも長くなる結果が得られた。

特に収差補正量が５００μｍである場合、実施例では、総亀裂長さが約２５０μｍ、亀裂下端長さが約８０μｍとなり、第１の比較例や第２の比較例よりも非常に優れた結果が得られている。この結果より、本実施形態のレーザー加工装置１においては、厚さが７７５μｍのウェーハＷを加工する場合には、補正環４０による収差補正量を５００μｍ（すなわち、ウェーハＷのレーザー光照射面（ウェーハＷの裏面）からの深さが５００μｍの位置で収差が最小となるように）に設定することが好ましい。そして、この深さ（５００μｍ）の近傍でレーザー光Ｌが互いの深さが異なる２つの位置に集光レンズ３８で同時に集光されるように空間光変調器２８でレーザー光を変調することにより、ウェーハＷの内部に形成される改質領域からウェーハ深さ方向に延びる亀裂を十分に伸展させることができる。これにより、効率よくウェーハをチップに分割することが可能となり、安定した品質のチップを効率よく得ることができる。

なお、本実施形態では、収差補正手段が、集光レンズ３８に備えられた補正環４０で構成される態様を示したが、これに限定されず、例えば図１２に示すように、集光レンズ３８と空間光変調器２８との間のレーザー光Ｌの光路上に配置された補正光学系４４で構成するようにしてもよい。この場合、図示しない駆動手段で補正光学系４４を構成する複数のレンズ群の間隔を変化させることにより、ウェーハＷの内部において発生するレーザー光Ｌの収差を補正することができる。なお、図１２に示した例では、光束制御器４２と第２のレンズ３６ｂとの間に配設される。

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

また、本実施形態においては、ウェーハＷの内部においてウェーハ深さ方向に互いに異なる２つの位置にレーザー光Ｌを同時に集光させて、それぞれの集光位置に改質領域Ｐ１、Ｐ２を同時に形成する２段加工を行った後、ウェーハＷの裏面を研削する裏面研削工程を行い、ウェーハＷを個々のチップに分割する方法を採用したが、これに限定されず、例えば、必要に応じてウェーハＷの内部においてレーザー光Ｌを集光させる位置（改質領域の加工深さ）を変えながら複数回レーザー加工を行ってもよい。その際、改質領域の加工深さに応じて、空間光変調器２８に呈示させるホログラムパターンに、ウェーハＷの内部の収差を補正する補正パターン（この場合は、補正環４０による補正を打ち消す方向のパターン）を重畳させることにより、ウェーハＷのレーザー光照射面から比較的深い部分に対しても、適切な収差補正が可能となる。

また、本実施形態においては、図２に示したように、レーザー光Ｌが集光される２つの位置（集光位置）Ｑ１、Ｑ２の配置関係として、第２の位置Ｑ２は、第１の位置Ｑ１よりもウェーハ移動方向Ｍの上流側（図２の右側）に配置され、かつウェーハＷのレーザー光照射面から第１の位置Ｑ１よりも深い位置に配置される構成を採用したが、これに限定されず、図１３に示すように、図２に示した構成とは逆の構成でもよい。すなわち、第２の位置Ｑ２は、第１の位置Ｑ１よりもウェーハ移動方向Ｍの上流側（図１３の右側）に配置され、かつウェーハＷのレーザー光照射面から第１の位置Ｑ１よりも浅い位置に配置される構成であってもよい。

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

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

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１０…レーザー加工装置、１１…ウェーハ移動部、１２…ＸＹＺθテーブル、１３…吸着ステージ、２０…レーザーヘッド、２２…レーザー光源、２４…ビームエキスパンダ、２６…λ／２波長板、２８…空間光変調器、３６…縮小光学系、３８…集光レンズ、４０
…補正環、４２…補正光学系、４４…光束制御器、５０…制御部

Claims (6)

1. ウェーハのデバイス面とは反対側の裏面から切断予定ラインに沿ってレーザー光を照射して前記ウェーハの内部に前記レーザー光を集光させるレーザー加工装置であって、
   前記レーザー光の漏れによる前記デバイス面へのダメージを低減するために、前記ウェーハの内部に集光される前記レーザー光のスポット形状を楕円形状に制御して集光点における前記レーザー光のパワーを分散させるレーザー光形状制御手段を備え、
   前記レーザー光形状制御手段は、前記レーザー光のスポット形状が前記切断予定ラインに沿った方向に対して斜めの方向を短軸又は長軸とする楕円形状となるように制御する、
   レーザー加工装置。
2. 前記レーザー光を変調する空間光変調器と、
   前記ウェーハの内部において前記裏面からの深さが互いに異なり、かつ前記切断予定ラインに沿った方向に互いに離れた複数の位置に前記レーザー光が同時に集光されるように前記空間光変調器を制御する空間光変調器制御手段と、
   前記空間光変調器とは別に構成され、前記ウェーハの内部において前記レーザー光の集光点を合わせる前記複数の位置で前記レーザー光の収差が所定の収差以下となるように補正する収差補正手段と、
   を備える請求項１に記載のレーザー加工装置。
3. 前記空間光変調器制御手段は、前記ウェーハの深さ方向における第１の位置に前記レーザー光が集光されるとともに、前記第１の位置とは前記ウェーハの深さ方向に異なる第２の位置に前記レーザー光が集光されるように前記空間光変調器を制御する、
   請求項２に記載のレーザー加工装置。
4. ウェーハのデバイス面とは反対側の裏面から切断予定ラインに沿ってレーザー光を照射して前記ウェーハの内部に前記レーザー光を集光させるレーザー加工方法であって、
   前記レーザー光の漏れによる前記デバイス面へのダメージを低減するために、前記ウェーハの内部に集光される前記レーザー光のスポット形状を楕円形状に制御して集光点における前記レーザー光のパワーを分散させるレーザー光形状制御工程を含み、前記レーザー光形状制御工程は、前記レーザー光のスポット形状が前記切断予定ラインに沿った方向に対して斜めの方向を短軸又は長軸とする楕円形状となるように制御する、
   レーザー加工方法。
5. 前記レーザー光を空間光変調器で変調する変調工程と、
   前記ウェーハの内部において前記裏面からの深さが互いに異なり、かつ前記切断予定ラインに沿った方向に互いに離れた複数の位置に前記レーザー光が同時に集光されるように前記空間光変調器を制御する空間光変調器制御工程と、
   前記空間光変調器とは別に構成された収差補正手段を用いて、前記ウェーハの内部において前記レーザー光の集光点を合わせる前記複数の位置で前記レーザー光の収差が所定の収差以下となるように補正する収差補正工程と、
   を含む請求項４に記載のレーザー加工方法。
6. 前記空間光変調器制御工程は、前記ウェーハの深さ方向における第１の位置に前記レーザー光が集光されるとともに、前記第１の位置とは前記ウェーハの深さ方向に異なる第２の位置に前記レーザー光が集光されるように前記空間光変調器を制御する、
   請求項５に記載のレーザー加工方法。
   

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