加工方法
【課題】加工位置を適正に検出しながら被加工物に対して分割予定ラインに沿った高精度なレーザー加工を施すこと。
【解決手段】ある実施の形態における加工方法において、ズレ量算出工程は、加工対象の第１の分割予定ライン１１に沿って最も表面側の改質領域を形成する前に、被加工物１を透過させて内部を撮像する撮像ユニット２５５によって加工対象の第１の分割予定ライン１１に対して形成済みの改質領域１７ｂを撮像し、その加工位置を検出して加工対象の第１の分割予定ライン１１のＹ座標上の位置とのズレ量Ｌ２１を算出する。そして、位置付け工程は、レーザー照射ユニットをＹ座標方向に割り出し送りして次に加工対象とする第１の分割予定ライン１１に位置付ける際に、第１の分割予定ライン１１間の距離によって定まる割り出し送り位置をズレ量Ｌ２１分ずらして割り出し送りする。
【解決手段】ある実施の形態における加工方法において、ズレ量算出工程は、加工対象の第１の分割予定ライン１１に沿って最も表面側の改質領域を形成する前に、被加工物１を透過させて内部を撮像する撮像ユニット２５５によって加工対象の第１の分割予定ライン１１に対して形成済みの改質領域１７ｂを撮像し、その加工位置を検出して加工対象の第１の分割予定ライン１１のＹ座標上の位置とのズレ量Ｌ２１を算出する。そして、位置付け工程は、レーザー照射ユニットをＹ座標方向に割り出し送りして次に加工対象とする第１の分割予定ライン１１に位置付ける際に、第１の分割予定ライン１１間の距離によって定まる割り出し送り位置をズレ量Ｌ２１分ずらして割り出し送りする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を加工する加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の被加工物を分割予定ラインに沿って分割する方法として、被加工物に対して透過性を有するパルス状の加工用レーザービーム（パルスレーザービーム）を用い、このパルスレーザービームを被加工物の内部に集光点を合わせて照射するレーザー加工方法が試みられている（例えば、特許文献１を参照）。このレーザー加工方法を用いた分割方法では、例えば、被加工物の表面側から被加工物の内部に集光点を合わせた状態でレーザー照射手段によって前述のパルスレーザービームを照射し、被加工物の内部に分割予定ラインに沿った改質領域を連続的に形成する。そして、被加工物に外力を加えることにより、改質領域が形成されたことで強度が低下した分割予定ラインに沿って被加工物を分割する。ここで、特許文献１では、被加工物内部の所定位置に改質領域を形成しているが、表面からの深さ方向の位置を異ならせて複数層の改質領域を形成する場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４０８８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したレーザー加工方法では、改質領域の形成に先立ち、分割予定ラインとレーザー照射手段との位置合わせを行う。この位置合わせは、レーザー照射手段との位置関係が固定されたカメラを用いて被加工物の表面を撮像することにより分割予定ラインを検出し、レーザー照射手段とカメラとの位置関係をもとに分割予定ライン上にレーザー照射手段を位置付けることで行われている。しかしながら、被加工物にレーザー加工を施す過程で変動する温度等により、レーザー照射手段とカメラとの位置関係がレーザー加工の実施途中で変化する場合がある。この問題を解決するためには、実際に改質領域が形成された位置（加工位置）をカメラで撮像する等して随時検出し、分割予定ラインに沿っているかを確認する必要がある。
【０００５】
ところで、被加工物の内部に改質領域を複数層形成する場合、表面側に形成した改質領域を基点としたクラックが被加工物の表面に発生する場合があるが、このクラックは改質領域の直上に発生するとは限らない。このため、単にカメラで加工位置を撮像してしまうと、クラックによって加工位置を正しく検出できないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みて為されたものであり、加工位置を適正に検出しながら被加工物に対して分割予定ラインに沿った高精度なレーザー加工を施すことができる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】
【０００７】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる加工方法は、ＸＹ座標上に表面を有し、該表面に定められた複数の分割予定ラインがＸ座標方向に沿うように配置された板状の被加工物に対し、パルスレーザー照射手段をＹ座標方向に順次割り出し送りして加工対象の分割予定ラインに位置付け、前記パルスレーザー照射手段をＸ座標方向に加工送りさせながら前記被加工物を透過する波長のパルスレーザービームを前記被加工物の内部に集光点を合わせて照射することで、前記表面に直交するＺ座標上の位置が異なる複数の改質領域を前記被加工物の裏面側から順次重ねて形成する加工方法であって、前記加工対象の分割予定ラインに沿って前記複数の改質領域を形成する過程において前記Ｚ座標上の位置が最も表面側の改質領域を形成する前に、前記被加工物を透過させて内部を撮像する撮像手段を用いて前記加工対象の分割予定ラインに沿って形成済みの改質領域を撮像し、該形成済みの改質領域のＹ座標上の位置を検出して前記加工対象の分割予定ラインのＹ座標上の位置とのズレ量を算出するズレ量算出工程と、前記パルスレーザー照射手段をＹ座標方向に割り出し送りして次に加工対象とする分割予定ラインに位置付ける際に、前記分割予定ライン間の距離によって定まる割り出し送り位置を前記ズレ量分ずらして前記パルスレーザー照射手段を割り出し送りする位置付け工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、加工対象の分割予定ラインに沿って複数の改質領域を被加工物の裏面側から順次重ねて形成する過程において、最も表面側の改質領域を形成する前に、加工対象の分割予定ラインに沿って形成済みの改質領域を撮像することによってそのＹ座標上の位置を検出し、加工対象の分割予定ラインのＹ座標上の位置とのズレ量を算出することができる。これによれば、改質領域を基点として被加工物の表面に発生するクラックの影響を受けずに適正に加工位置を検出してズレ量を算出することができる。そして、パルスレーザー照射手段をＹ座標方向に割り出し送りして次の加工対象の分割予定ラインに位置付ける際に、分割予定ライン間の距離によって定まる割り出し送り位置を前述のように最も表面側の改質領域を形成する前に算出したズレ量分ずらして位置付けることができる。これによれば、加工対象の分割予定ラインのＹ座標上の位置と実際に改質領域が形成された加工位置との位置ズレを補正してパルスレーザー照射手段を次の加工対象の分割予定ラインに位置付けることができる。したがって、加工位置を適正に検出しながら被加工物に対して分割予定ラインに沿った高精度なレーザー加工を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、加工装置の構成およびこの加工装置がレーザー加工を施す被加工物の構成を説明する模式図である。
【図２】図２は、被加工物の表面を示す平面図である。
【図３】図３は、被加工物の内部に形成される改質領域を示す模式図である。
【図４】図４は、このクラックを説明する断面図である。
【図５】図５は、加工方法を実施する加工装置の動作手順を説明するフローチャートである。
【図６】図６は、加工方法の工程を説明する説明図である。
【図７】図７は、加工方法の他の工程を説明する説明図である。
【図８】図８は、加工方法の他の工程を説明する説明図である。
【図９】図９は、加工方法の他の工程を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態である加工方法について図面を参照して説明する。本実施の形態では、被加工物にレーザー加工を施す加工装置への適用例を示す。図１は、加工装置２の構成およびこの加工装置２がレーザー加工を施す被加工物１の構成を説明する模式図である。
【００１１】
図１に示すように、被加工物１は、円板形状を有し、その表面側に第１の分割予定ライン１１と第２の分割予定ライン１３とが格子状に配列され、これら第１の分割予定ライン１１および第２の分割予定ライン１３によって区画された複数の矩形領域にデバイス１５が形成されて構成される。被加工物１の具体例としては、特に限定されないが、例えばシリコンウエーハ等の半導体ウエーハ、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）系の無機材料基板等のミクロンオーダの加工位置精度が要求される各種加工材料が挙げられる。
【００１２】
この被加工物１にレーザー加工を施す加工装置２は、保持手段２１と、Ｘ駆動手段２３と、Ｙ駆動手段２４と、レーザー加工手段２５と、Ｚ駆動手段２７と、制御手段２９とを含む。
【００１３】
保持手段２１は、被加工物１に応じた大きさのチャックテーブルを主体とするものであり、ＸＹ座標平面と平行な保持面２１１を有する。被加工物１は、前述のように第１の分割予定ライン１１と第２の分割予定ライン１３とが格子状に配列されてデバイス１５が形成された表面を上にして保持手段２１に搬入され、保持面２１１上に保持される。より具体的には、搬入時において被加工物１は、第１の分割予定ライン１１がＸ座標方向に、第２の分割予定ライン１３がＹ座標方向に沿う向きで保持面２１１上に保持される。
【００１４】
このように被加工物１を保持面２１１上で保持する保持手段２１は、Ｘ駆動手段２３およびＹ駆動手段２４によってＸ座標方向およびＹ座標方向に移動自在に構成されている。Ｘ駆動手段２３は、保持手段２１をＸ座標方向に移動駆動して保持手段２１を加工送りするための駆動源であるモータや、保持手段２１のＸ座標方向の位置（Ｘ位置）を検出するＸ位置検出手段等（不図示）を具備して構成され、制御手段２９の制御のもと、所定のＸ位置に保持手段２１を移動駆動する。同様に、Ｙ駆動手段２４は、保持手段２１をＹ座標方向に移動駆動して保持手段２１を割り出し送りするための駆動源であるモータや、保持手段２１のＹ座標方向の位置（Ｙ位置）を検出するＹ位置検出手段等（不図示）を具備して構成され、制御手段２９の制御のもと、所定のＹ位置に保持手段２１を移動駆動する。さらに、保持手段２１は、不図示の回転駆動手段により、保持面２１１の中心を通る鉛直軸を軸中心として回転自在に構成されている。
【００１５】
レーザー加工手段２５は、保持面２１１上に保持された被加工物１をレーザー加工するためのものであり、支持部材２５１と、この支持部材２５１に対して互いの位置関係が固定された状態で取り付けられたパルスレーザー照射手段としてのレーザー照射ユニット２５３および撮像手段としての撮像ユニット２５５とを備える。
【００１６】
レーザー照射ユニット２５３は、保持面２１１上の被加工物１に対してパルスレーザービームを照射し、被加工物１の内部に改質領域を形成するためのものであり、その下端部に保持面２１１上の被加工物１の表面と対向するように配設された集光器２５４を具備している。一方、支持部材２５１の内部には、レーザービーム発振手段や伝送光学系等（不図示）が配設されており、レーザー照射ユニット２５３は、これらレーザービーム発振手段や伝送光学系と協働し、集光器２５４の鉛直下方に位置付けられる被加工物１の表面側からパルスレーザービームを照射する。
【００１７】
集光器２５４は、レーザービーム発振手段によって発振されるパルスレーザービームを保持面２１１上の被加工物１に向けて集光させるための集光レンズや、レーザービーム発振手段からのパルスレーザービームを保持面２１１上の被加工物１に向けて反射させるためのミラーといった光学系が内部に配設されたものである。また、レーザービーム発振手段は、保持面２１１上の被加工物１を透過する所定波長（例えば１０６４ｎｍ）のパルスレーザービームを発振するためのものであり、例えばＹＡＧレーザー発振器やＹＶＯ４レーザー発振器等からなるレーザービーム発振器等で構成される。
【００１８】
撮像ユニット２５５は、被加工物１のレーザー加工すべき位置（第１の分割予定ライン１１や第２の分割予定ライン１３の中心位置）を集光器２５４の鉛直下方に位置付けるためのアライメントを行うとともに、実際にパルスレーザービームが照射されてレーザー加工が施された位置（加工位置）を検出してレーザー加工すべき位置を補正するためのものである。この撮像ユニット２５５は、例えば、保持面２１１上の被加工物１と対向するように配設された対物レンズ等を含む顕微鏡構造体（不図示）と、この顕微鏡構造体による被加工物１の拡大観察像を撮像するカメラ（不図示）とからなり、保持面２１１上の被加工物１を撮像し、得られた画像データを制御手段２９に出力する。撮像ユニット２５５を構成するカメラは、例えば赤外線カメラで構成される。本実施の形態では、被加工物１としてシリコンウエーハを想定しており、このカメラによって赤外光を検出し、被加工物１の表面を透過して被加工物１の内部を撮像する。ただし、この撮像ユニット２５５のカメラは、被加工物１の内部を撮像できればよい。
【００１９】
このようにレーザー照射ユニット２５３および撮像ユニット２５５が取り付けられた支持部材２５１は、Ｚ駆動手段２７によってＸＹ座標平面に直交するＺ座標方向に移動自在に構成されている。Ｚ駆動手段２７は、支持部材２５１をＺ座標方向に移動駆動するための駆動源であるモータや、支持部材２５１のＺ座標方向の位置（Ｚ位置）を検出するＺ位置検出手段等（不図示）を具備して構成され、制御手段２９の制御のもと、所定のＺ位置に支持部材２５１を移動駆動する。この構成によって集光器２５４に内蔵された集光レンズを保持面２１１に対して垂直に移動させることができ、レーザー加工手段２５は、集光レンズによって集光されるパルスレーザービームの集光点位置（Ｚ位置）の調整が可能な構成とされている。
【００２０】
制御手段２９は、加工装置２の動作に必要な各種データを保持するメモリを内蔵したマイクロコンピュータ等で構成され、加工装置２を構成する各部の動作を制御して加工装置２を統括的に制御する。
【００２１】
なお、本加工装置２では、Ｘ駆動手段２３およびＹ駆動手段２４によって保持手段２１をＸ座標方向およびＹ座標方向に移動させ、Ｚ駆動手段２７によって支持部材２５１をＺ座標方向に移動させる構成としたが、保持手段２１と支持部材２５１とが互いにＸ，Ｙ，Ｚの各座標方向で相対移動可能な構成であれば別の構成でもよい。例えば、支持部材２５１を固定とし、保持手段２１をＸ，Ｙ，Ｚの各座標方向に移動させる構成としてもよいし、保持手段２１を固定とし、支持部材２５１をＸ，Ｙ，Ｚの各座標方向に移動させる構成としてもよい。あるいは、保持手段２１および支持部材２５１の双方をＸ，Ｙ，Ｚの各座標方向に沿って互いに逆方向に移動させることでこれらを相対移動させる構成とすることもできる。Ｘ，Ｙ，Ｚの各座標方向に沿って保持手段２１および支持部材２５１の何れを移動させるのかや、保持手段２１および支持部材２５１の双方を移動させるのかは適宜設定できる。
【００２２】
次に、以上のように構成される加工装置２が被加工物１に施すレーザー加工の流れについて説明する。図２は、被加工物１の表面を示す平面図である。被加工物１に対するレーザー加工では先ず、撮像ユニット２５５が被加工物１の表面を撮像することによって最初に加工対象とする第１の分割予定ライン１１の中心位置（Ｙ位置）を検出し、検出した第１の分割予定ライン１１の中心位置を集光器２５４の鉛直下方に位置付けて第１の分割予定ライン１１の中心位置と集光レンズとの位置合わせ（アライメント）を行う。例えば、図２中に示す最下段の第１の分割予定ライン１１−１を最初に加工対象とすることとすると、この第１の分割予定ライン１１−１の中心位置（第１の分割予定ライン１１−１の破線で示す中心線Ｃ１１上のＹ位置）を検出した後、既知であるレーザー照射ユニット２５３と撮像ユニット２５５との位置関係（距離）をもとに保持手段２１をＹ座標方向にずらすことで位置合わせを行う。なお、レーザー照射ユニット２５３と撮像ユニット２５５との距離は、予め設定値として定義して制御手段２９のメモリに保持しておく。
【００２３】
このようなアライメントの後、第１の分割予定ライン１１−１を加工対象としたレーザー加工を行う。具体的には、保持手段２１をＸ座標方向に加工送りさせながらレーザー照射ユニット２５３が順次パルスレーザービームを照射することにより、第１の分割予定ライン１１−１に沿って改質領域を形成する。その後は、順次隣接する第１の分割予定ライン１１の中心位置を集光器２５４の鉛直下方に位置付けて加工対象を移しながら第１の分割予定ライン１１のそれぞれに沿って改質領域を形成する。ここで、集光器２５４の鉛直下方に対する第１の分割予定ライン１１の中心位置の位置付けは、デバイス１５を挟んで隣接する第１の分割予定ライン１１の中心位置間の距離Ｌ１１を用いて行う。例えば、第１の分割予定ライン１１−１に対する改質領域の形成を終えた場合であれば、距離Ｌ１１の分だけ保持手段２１をＹ座標方向にずらした位置を割り出し送り位置として割り出し送りすることで、第１の分割予定ライン１１−２の中心位置（第１の分割予定ライン１１−２の破線で示す中心線Ｃ１３上のＹ位置）を集光器２５４の鉛直下方に位置付ける。
【００２４】
そして、全ての第１の分割予定ライン１１に対してそれぞれ改質領域を形成したならば、保持手段２１を９０度回転させることで第２の分割予定ライン１３がＸ座標方向に沿うように被加工物１の姿勢を変更する。そして、第１の分割予定ライン１１に対する動作と同様にアライメントを行った後、順次第２の分割予定ライン１３の中心位置を集光器２５４の鉛直下方に位置付けて加工対象を移しながら第２の分割予定ライン１３のそれぞれに沿って改質領域を形成する。集光器２５４の鉛直下方に対する第２の分割予定ライン１３の中心位置の位置付けは、第２の分割予定ライン１３の中心位置間の距離Ｌ１３を用い、距離Ｌ１３の分だけ保持手段２１をＹ座標方向にずらした位置を割り出し送り位置として割り出し送りすることで行う。この距離Ｌ１３は、前述の第１の分割予定ライン１１の中心位置間の距離Ｌ１１とともに予め設定値として定義し、制御手段２９のメモリに保持しておく。
【００２５】
図３は、以上のように第１の分割予定ライン１１および第２の分割予定ライン１３のそれぞれに沿って被加工物１の内部に形成される改質領域を１つの第１の分割予定ライン１１に着目して示す模式図であり、図３では、被加工物１の一部をこの着目する第１の分割予定ライン１１に沿って切り欠いて内部に形成される改質領域１７ａ，１７ｂ，１７ｃを示すとともに、レーザー照射ユニット２５３によって照射されるパルスレーザービームを二点鎖線で示している。本実施の形態では、第１の分割予定ライン１１毎および第２の分割予定ライン１３毎に被加工物１の内部においてその表面からの深さ方向の位置（Ｚ位置）が異なる複数層（図３では３層）の改質領域１７ａ，１７ｂ，１７ｃを形成する。
【００２６】
例えば、これらの深さ方向に重なる３層の改質領域１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、最下層の改質領域１７ａから順番に順次その深さ位置に集光点を合わせながらパルスレーザービームを照射することによって形成する。すなわち先ず、パルスレーザービームの集光点位置が最下層の改質領域の深さ位置（以下、「最下層位置」と呼ぶ。）と一致するように予め設定されたＺ位置に支持部材２５１を移動させる。そして、このようにして最下層位置に集光点を合わせた状態でパルスレーザービームを照射し、最下層位置において第１の分割予定ライン１１に沿った改質領域１７ａを形成する。
【００２７】
続いて、パルスレーザービームの集光点位置が中央層の改質領域の深さ位置（以下、「中央層位置」と呼ぶ。）と一致するように予め設定されたＺ位置に支持部材２５１を移動させる。そして、このようにして中央層位置に集光点を合わせた状態でパルスレーザービームを照射し、中央層位置において第１の分割予定ライン１１に沿った改質領域１７ｂを形成する。さらに、パルスレーザービームの集光点位置が最上層の改質領域の深さ位置（以下、「最上層位置」と呼ぶ。）と一致するように予め設定されたＺ位置に支持部材２５１を移動させる。そして、図３中に一点鎖線で示すように、このようにして最上層位置に集光点を合わせた状態で被加工物１の表面側からパルスレーザービームを照射し、最上層位置において第１の分割予定ライン１１に沿った改質領域１７ｃを形成する。なお、ここでは３層の改質領域を例示したが、２層以上の所定数の改質領域を適宜形成することとしてよい。
【００２８】
ここで、改質領域とは、密度や屈折率、機械的強度、あるいはその他の物理的特性が加工前と異なる状態の領域のことをいう。例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等が挙げられ、これらが混在した領域を含む。
【００２９】
ところで、上記したように、レーザー照射ユニット２５３と撮像ユニット２５５との距離は、レーザー加工の過程で変動する温度等により、レーザー加工の実施途中で変化する場合がある。このため、アライメントを行って第１の分割予定ライン１１または第２の分割予定ライン１３の中心位置と集光レンズとを位置合わせした際にこれらの間に位置ズレが生じる場合があり、第１の分割予定ライン１１および第２の分割予定ライン１３の中心位置と、これら第１の分割予定ライン１１および第２の分割予定ライン１３に対する加工位置とにズレが生じてしまう。したがって、実際に加工位置をカメラで撮像する等して随時検出し、この位置ズレを補正する必要があった。
【００３０】
一方で、被加工物１の表面側にパルスレーザービームを照射して改質領域を形成すると、形成した改質領域を基点としたクラックが被加工物１の表面に発生する場合がある。図４は、このクラックを説明する断面図である。この図４では、３層の改質領域１７ａ，１７ｂ，１７ｃが形成された被加工物１の内部の様子をＹ座標方向から示しており、最も表面側の最上層の改質領域１７ｃを基点として被加工物１の表面側に発生したクラック１９１，１９３を示している。
【００３１】
ここで、図４に向かって左側の最上層の改質領域１７ｃによって発生したクラック１９１は、Ｚ座標方向に沿って改質領域１７ｃの略鉛直上方に形成されている。一方、図４に向かって右側の最上層の改質領域１７ｃによって発生したクラック１９３は、改質領域１７ｃから被加工物１の表面側に向けて右斜め方向に形成されている。このように、最上層の改質領域１７ｃによって被加工物１の表面側に発生するクラックは、最上層の改質領域１７ｃの鉛直上方に形成されるとは限らない。このため、最上層の改質領域１７ｃを形成した後で加工位置を撮像するのでは、このクラックによって加工位置を正しく検出できない場合がある。
【００３２】
そこで、本実施の形態では、最上層の改質領域１７ｃを除く下位層の改質領域１７ａ，１７ｂを形成した時点で被加工物１の内部を撮像し、加工対象としている第１の分割予定ライン１１または第２の分割予定ライン１３の中心位置と下位層の改質領域の加工位置（下位層のうちの最も上層の改質領域（本実施の形態では中央層の改質領域１７ｂ）の加工位置）とを検出し、これらの位置ズレを、次に加工対象とする第１の分割予定ライン１１または第２の分割予定ライン１３の中心位置を集光器２５４の鉛直下方に位置付ける際の補正に用いる。
【００３３】
次に、以上のように構成され、被加工物１の内部に複数層の改質領域を形成する加工装置２の動作について図５〜図９を参照して説明する。ここで、図５は、本実施の形態の加工方法を実施する加工装置２の動作手順を説明するフローチャートである。加工装置２は、図５の各工程に従って動作することで加工方法を実施する。なお、以下説明する加工装置２の動作は、制御手段２９が装置各部を制御することで実現される。また、図６〜図９は、加工方法の各工程を説明する説明図であり、各工程での被加工物１の内部の様子をＹ座標方向から示している。
【００３４】
図５に示すように、加工装置２は先ず、被加工物１の表面に配列された第１の分割予定ライン１１の中心位置と集光レンズとの位置合わせ（アライメント）を行う（ステップＳ１）。ここで、アライメントに先立ち、不図示の搬入手段が表面を上にした状態で被加工物１を保持手段２１に搬入し、その後保持手段２１が不図示の吸引手段を駆動して保持面２１１上で被加工物１を吸引保持する。
【００３５】
そして、ステップＳ１では、制御手段２９は先ず、Ｘ駆動手段２３およびＹ駆動手段２４を駆動して保持面２１１上の被加工物１を撮像ユニット２５５の鉛直下方に位置付ける。続いて、撮像ユニット２５５を駆動して被加工物１を撮像し、得られた画像データにパターンマッチング等の画像処理を施す。そして、この画像処理の結果をもとに保持手段２１を回転させ、第１の分割予定ライン１１がＸ座標方向に、第２の分割予定ライン１３がＹ座標方向に沿うように保持面２１１上の被加工物１の向きを調整するとともに、デバイス１５を区画している第１の分割予定ライン１１の中心位置（例えば最初に加工対象とする図２に示した最下段の第１の分割予定ライン１１−１の中心線Ｃ１１上の位置）を検出し、Ｘ駆動手段２３およびＹ駆動手段２４を駆動して撮像ユニット２５５の鉛直下方に位置付ける。その後、レーザー照射ユニット２５３と撮像ユニット２５５との距離の分だけ保持手段２１をＹ座標方向にずらすことで最初に加工対象とする第１の分割予定ライン１１の中心位置を集光器２５４の鉛直下方に位置付け、第１の分割予定ライン１１を加工対象とする。
【００３６】
続いて、加工対象の第１の分割予定ライン１１に沿って被加工物１の内部に上記したような複数層（本実施の形態では３層）の改質領域を形成するが、本実施の形態の加工装置２は先ず、図５に示すように、最上層を除く下位層の改質領域を裏面側から順次重ねて形成する（ステップＳ３）。
【００３７】
このステップＳ３では、制御手段２９は先ず、Ｚ駆動手段２７を駆動して支持部材２５１をＺ座標方向に移動させ、被加工物１内部の最下層位置に集光レンズの集光点を合わせる。そして、Ｘ駆動手段２３を駆動して保持手段２１をＸ座標方向に加工送りさせるとともに、これと並行してレーザー照射ユニット２５３を駆動し、被加工物１の表面側からパルスレーザービームを照射する。これにより、パルスレーザービームが最下層位置に集光され、図６に示すように、加工対象の第１の分割予定ライン１１に沿って被加工物１の内部に改質領域１７ａが形成される。さらに、Ｚ駆動手段２７を駆動して支持部材２５１をＺ座標方向に移動させ、図６中に一点鎖線で示すように、改質領域１７ａよりも上方の中央層位置に集光レンズの集光点を合わせる。そして、Ｘ駆動手段２３を駆動して保持手段２１をＸ座標方向に加工送りさせるとともに、これと並行してレーザー照射ユニット２５３を駆動し、被加工物１の表面側からパルスレーザービームを照射する。これにより、パルスレーザービームが中央層位置に集光され、加工対象の第１の分割予定ライン１１に沿って改質領域１７ａの上方に改質領域１７ｂが形成される。
【００３８】
続いて、図５に示すように、加工装置２は、ズレ量算出工程として、ステップＳ３で形成した下位層の改質領域の加工位置を検出し、第１の分割予定ライン１１の中心位置と検出した加工位置とのズレ量を算出する（ステップＳ５）。
【００３９】
具体的には、制御手段２９は先ず、Ｙ駆動手段２４を駆動し、レーザー照射ユニット２５３と撮像ユニット２５５との距離の分だけ保持手段２１をＹ座標方向にずらすことで下位層の改質領域１７ａ，１７ｂを形成した加工位置を撮像ユニット２５５の鉛直下方に位置付ける。そして、撮像ユニット２５５を駆動して図７中に二点鎖線で示すように被加工物１を撮像し、得られた画像データを画像処理することで加工対象の第１の分割予定ライン１１の中心位置と下位層の改質領域の加工位置（下位層のうち最も上層の改質領域１７ｂの加工位置）とを検出してこれらのズレ量Ｌ２１を算出する。なお、このようにしてズレ量Ｌ２１を算出した後は、レーザー照射ユニット２５３と撮像ユニット２５５との距離の分だけ保持手段２１をＹ座標方向にずらすことで、下位層の改質領域１７ａ，１７ｂの加工位置を集光器２５４の鉛直下方に位置付ける。
【００４０】
続いて、図５に示すように、加工装置２は、ステップＳ３で形成済みの下位層の改質領域の上方に最上層の改質領域を形成する（ステップＳ７）。このステップＳ７では、制御手段２９は先ず、Ｚ駆動手段２７を駆動して支持部材２５１をＺ座標方向に移動させ、図８中に一点鎖線で示すように、下位層の改質領域１７ａ，１７ｂよりも上方の最上層位置に集光レンズの集光点を合わせる。その後、Ｘ駆動手段２３を駆動して保持手段２１をＸ座標方向に加工送りさせるとともに、これと並行してレーザー照射ユニット２５３を駆動し、被加工物１の表面側からパルスレーザービームを照射する。これにより、パルスレーザービームが最上層位置に集光され、第１の分割予定ライン１１に沿って前段の工程で形成済みの改質領域１７ａ，１７ｂよりも上方に改質領域１７ｃが形成される。
【００４１】
そして、図５に示すように、今回の加工対象が第１の分割予定ライン１１の中の最終ラインであるか否かを判定する。最終ラインでなければ（ステップＳ９：Ｎｏ）、加工装置２は、位置付け工程として、ステップＳ５で算出したズレ量をもとに第１の分割予定ライン１１の中心位置と実際の改質領域の加工位置との位置ズレを補正し、次の第１の分割予定ライン１１に加工対象を移す（ステップＳ１１）。
【００４２】
このステップＳ１１では、制御手段２９は先ず、図９に示すように、図２に示して説明したように予め設定値として定義されている第１の分割予定ライン１１の中心位置間の距離Ｌ１１と、ステップＳ５で算出したズレ量Ｌ２１とをもとに、移動量Ｌ３１を決定する。そして、保持手段２１を決定した移動量Ｌ３１に従ってＹ座標方向に割り出し送りさせることで距離Ｌ１１によって定まる次の割り出し送り位置をズレ量Ｌ２１分ずらし、デバイス１５を挟んで隣接する次の加工対象の第１の分割予定ライン１１の中心位置を集光器２５４の鉛直下方に位置付ける。これにより、今回加工対象とした第１の分割予定ライン１１の中心位置と、実際に改質領域１７ａ，１７ｂ，１７ｃが形成された加工位置とのズレ量が補正され、次の第１の分割予定ライン１１の中心位置が集光器２５４の鉛直下方に位置付けられる。
【００４３】
その後は、加工装置１は、図５に示すように、ステップＳ３に戻って次の加工対象の第１の分割予定ライン１１に沿って被加工物１の内部に最上層を除く下位層の改質領域を形成する。すなわち、図９中に一点鎖線で示すようにパルスレーザービームを最下層位置に集光させ、この次の加工対象の第１の分割予定ライン１１に沿って被加工物１の内部に改質領域１７ｃを形成させる。そして、加工装置１は、ステップＳ５以降の動作を同様に繰り返し行う。
【００４４】
一方、図５に示すように、ステップＳ９において加工対象ラインが最終ラインと判定した場合には（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、保持手段２１を９０度回転させることで、第２の分割予定ライン１３がＸ座標方向に沿う向きに被加工物１を変位させる（ステップＳ１３）。そして、第２の分割予定ライン１３に対してステップＳ１〜ステップＳ１１と同様の工程を行って、第２の分割予定ライン１３のそれぞれに複数層の改質領域を形成する。すなわち、加工装置２は、第２の分割予定ライン１３の中心位置と集光レンズとのアライメントを行った上で（ステップＳ１５）、加工対象の第２の分割予定ライン１３に沿って最上層を除く下位層の改質領域を形成する（ステップＳ１７）。続いて、加工装置２は、形成した下位層の改質領域の加工位置を検出し、第２の分割予定ライン１３の中心位置と検出した加工位置とのズレ量を算出する（ステップＳ１９）。その後、加工装置２は、ステップＳ１７で形成済みの下位層の改質領域の上方に最上層の改質領域を形成する（ステップＳ２１）。そして、加工対象とした第２の分割予定ライン１３が最終ラインでない間は（ステップＳ２３：Ｎｏ）、ステップＳ１９で算出したズレ量をもとに第２の分割予定ライン１３の中心位置と実際の改質領域の加工位置との位置ズレを補正して次の第２の分割予定ライン１３に加工対象を移し（ステップＳ２５）、ステップＳ１７に戻って第２の分割予定ライン１３のそれぞれに複数層の改質領域を順次形成する。そして、最終ラインと判定したならば（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、本加工方法を終える。
【００４５】
なお、本加工方法によって被加工物１の内部に複数層の改質領域が形成された被加工物１は、保持手段２１から搬出されて不図示の分割装置に装着され、この分割装置において個々のチップに分割される。具体的には、分割装置は、被加工物１に外力を加えることにより、改質領域が形成されたことで強度が低下した第１の分割予定ライン１１および第２の分割予定ライン１３に沿って被加工物１を分割する。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、最上層を除く下位層の改質領域を形成した時点で、加工対象のライン（第１の分割予定ライン１１または第２の分割予定ライン１３）と実際に形成した下位層の改質領域の加工位置とのズレ量を算出することができる。これによれば、改質領域を基点として被加工物の表面に発生するクラックの影響を受けずに加工対象のラインに対する実際の加工位置を適正に検出し、ズレ量を算出することができる。そして、下位層の改質領域を形成した加工位置においてこの下位層の改質領域の上方に最上層の改質領域を形成した後で、前述のように算出したズレ量をもとにラインの中心位置と実際の加工位置との位置ズレを補正し、次に加工対象とするラインの中心位置を集光器２５４の鉛直下方に位置付けることができる。したがって、被加工物１に対して、第１の分割予定ライン１１および第２の分割予定ライン１３に沿った高精度なレーザー加工を施すことができる。
【００４７】
また、加工対象のラインと下位層の改質領域を形成した加工位置とのズレ量を算出した後は形成済みの下位層の改質領域の上方に最上層の改質領域を形成することとし、算出したズレ量は次の加工対象のラインの中心位置を集光器２５４の鉛直下方に位置付ける際の補正に用いることとした。したがって、同一の加工対象のラインに対して形成する複数層の改質領域は全て同一のＹ座標上の位置に形成することができ、分割品質を低下させることがない。
【００４８】
なお、上記した実施の形態では、全ての第１の分割予定ライン１１および第２の分割予定ライン１３にレーザー加工を施す毎にその加工位置を検出してズレ量を算出し、その位置ズレを補正することとした。これに対し、毎回補正を行うのではなく、所定数のライン毎に加工位置を検出してズレ量を算出し、位置ズレの補正を行う構成としてもよい。あるいは、補正を行うこととして予め設定された所定のラインに対してレーザー加工を施す際に加工位置を検出してズレ量を算出し、位置ズレを補正する構成としてもよい。そして、いくつのライン毎に補正を行うのかや、何れのラインをレーザー加工する際に補正を行うのかは、例えばユーザ操作に従って適宜設定変更可能な構成としてよい。これによれば、加工対象のラインと実際の加工位置とのズレ量を定期的に算出してその位置ズレを補正することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明の加工方法は、加工位置を適正に検出しながら被加工物に対して分割予定ラインに沿った高精度なレーザー加工を施すのに適している。
【符号の説明】
【００５０】
１ 被加工物
１１ 第１の分割予定ライン
１３ 第２の分割予定ライン
１５ デバイス
２ 加工装置
２１ 保持手段
２３ Ｘ駆動手段
２４ Ｙ駆動手段
２５ レーザー加工手段
２５３ レーザー照射ユニット
２５５ 撮像ユニット
２７ Ｚ駆動手段
２９ 制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を加工する加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の被加工物を分割予定ラインに沿って分割する方法として、被加工物に対して透過性を有するパルス状の加工用レーザービーム（パルスレーザービーム）を用い、このパルスレーザービームを被加工物の内部に集光点を合わせて照射するレーザー加工方法が試みられている（例えば、特許文献１を参照）。このレーザー加工方法を用いた分割方法では、例えば、被加工物の表面側から被加工物の内部に集光点を合わせた状態でレーザー照射手段によって前述のパルスレーザービームを照射し、被加工物の内部に分割予定ラインに沿った改質領域を連続的に形成する。そして、被加工物に外力を加えることにより、改質領域が形成されたことで強度が低下した分割予定ラインに沿って被加工物を分割する。ここで、特許文献１では、被加工物内部の所定位置に改質領域を形成しているが、表面からの深さ方向の位置を異ならせて複数層の改質領域を形成する場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４０８８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したレーザー加工方法では、改質領域の形成に先立ち、分割予定ラインとレーザー照射手段との位置合わせを行う。この位置合わせは、レーザー照射手段との位置関係が固定されたカメラを用いて被加工物の表面を撮像することにより分割予定ラインを検出し、レーザー照射手段とカメラとの位置関係をもとに分割予定ライン上にレーザー照射手段を位置付けることで行われている。しかしながら、被加工物にレーザー加工を施す過程で変動する温度等により、レーザー照射手段とカメラとの位置関係がレーザー加工の実施途中で変化する場合がある。この問題を解決するためには、実際に改質領域が形成された位置（加工位置）をカメラで撮像する等して随時検出し、分割予定ラインに沿っているかを確認する必要がある。
【０００５】
ところで、被加工物の内部に改質領域を複数層形成する場合、表面側に形成した改質領域を基点としたクラックが被加工物の表面に発生する場合があるが、このクラックは改質領域の直上に発生するとは限らない。このため、単にカメラで加工位置を撮像してしまうと、クラックによって加工位置を正しく検出できないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みて為されたものであり、加工位置を適正に検出しながら被加工物に対して分割予定ラインに沿った高精度なレーザー加工を施すことができる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】
【０００７】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる加工方法は、ＸＹ座標上に表面を有し、該表面に定められた複数の分割予定ラインがＸ座標方向に沿うように配置された板状の被加工物に対し、パルスレーザー照射手段をＹ座標方向に順次割り出し送りして加工対象の分割予定ラインに位置付け、前記パルスレーザー照射手段をＸ座標方向に加工送りさせながら前記被加工物を透過する波長のパルスレーザービームを前記被加工物の内部に集光点を合わせて照射することで、前記表面に直交するＺ座標上の位置が異なる複数の改質領域を前記被加工物の裏面側から順次重ねて形成する加工方法であって、前記加工対象の分割予定ラインに沿って前記複数の改質領域を形成する過程において前記Ｚ座標上の位置が最も表面側の改質領域を形成する前に、前記被加工物を透過させて内部を撮像する撮像手段を用いて前記加工対象の分割予定ラインに沿って形成済みの改質領域を撮像し、該形成済みの改質領域のＹ座標上の位置を検出して前記加工対象の分割予定ラインのＹ座標上の位置とのズレ量を算出するズレ量算出工程と、前記パルスレーザー照射手段をＹ座標方向に割り出し送りして次に加工対象とする分割予定ラインに位置付ける際に、前記分割予定ライン間の距離によって定まる割り出し送り位置を前記ズレ量分ずらして前記パルスレーザー照射手段を割り出し送りする位置付け工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、加工対象の分割予定ラインに沿って複数の改質領域を被加工物の裏面側から順次重ねて形成する過程において、最も表面側の改質領域を形成する前に、加工対象の分割予定ラインに沿って形成済みの改質領域を撮像することによってそのＹ座標上の位置を検出し、加工対象の分割予定ラインのＹ座標上の位置とのズレ量を算出することができる。これによれば、改質領域を基点として被加工物の表面に発生するクラックの影響を受けずに適正に加工位置を検出してズレ量を算出することができる。そして、パルスレーザー照射手段をＹ座標方向に割り出し送りして次の加工対象の分割予定ラインに位置付ける際に、分割予定ライン間の距離によって定まる割り出し送り位置を前述のように最も表面側の改質領域を形成する前に算出したズレ量分ずらして位置付けることができる。これによれば、加工対象の分割予定ラインのＹ座標上の位置と実際に改質領域が形成された加工位置との位置ズレを補正してパルスレーザー照射手段を次の加工対象の分割予定ラインに位置付けることができる。したがって、加工位置を適正に検出しながら被加工物に対して分割予定ラインに沿った高精度なレーザー加工を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、加工装置の構成およびこの加工装置がレーザー加工を施す被加工物の構成を説明する模式図である。
【図２】図２は、被加工物の表面を示す平面図である。
【図３】図３は、被加工物の内部に形成される改質領域を示す模式図である。
【図４】図４は、このクラックを説明する断面図である。
【図５】図５は、加工方法を実施する加工装置の動作手順を説明するフローチャートである。
【図６】図６は、加工方法の工程を説明する説明図である。
【図７】図７は、加工方法の他の工程を説明する説明図である。
【図８】図８は、加工方法の他の工程を説明する説明図である。
【図９】図９は、加工方法の他の工程を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態である加工方法について図面を参照して説明する。本実施の形態では、被加工物にレーザー加工を施す加工装置への適用例を示す。図１は、加工装置２の構成およびこの加工装置２がレーザー加工を施す被加工物１の構成を説明する模式図である。
【００１１】
図１に示すように、被加工物１は、円板形状を有し、その表面側に第１の分割予定ライン１１と第２の分割予定ライン１３とが格子状に配列され、これら第１の分割予定ライン１１および第２の分割予定ライン１３によって区画された複数の矩形領域にデバイス１５が形成されて構成される。被加工物１の具体例としては、特に限定されないが、例えばシリコンウエーハ等の半導体ウエーハ、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）系の無機材料基板等のミクロンオーダの加工位置精度が要求される各種加工材料が挙げられる。
【００１２】
この被加工物１にレーザー加工を施す加工装置２は、保持手段２１と、Ｘ駆動手段２３と、Ｙ駆動手段２４と、レーザー加工手段２５と、Ｚ駆動手段２７と、制御手段２９とを含む。
【００１３】
保持手段２１は、被加工物１に応じた大きさのチャックテーブルを主体とするものであり、ＸＹ座標平面と平行な保持面２１１を有する。被加工物１は、前述のように第１の分割予定ライン１１と第２の分割予定ライン１３とが格子状に配列されてデバイス１５が形成された表面を上にして保持手段２１に搬入され、保持面２１１上に保持される。より具体的には、搬入時において被加工物１は、第１の分割予定ライン１１がＸ座標方向に、第２の分割予定ライン１３がＹ座標方向に沿う向きで保持面２１１上に保持される。
【００１４】
このように被加工物１を保持面２１１上で保持する保持手段２１は、Ｘ駆動手段２３およびＹ駆動手段２４によってＸ座標方向およびＹ座標方向に移動自在に構成されている。Ｘ駆動手段２３は、保持手段２１をＸ座標方向に移動駆動して保持手段２１を加工送りするための駆動源であるモータや、保持手段２１のＸ座標方向の位置（Ｘ位置）を検出するＸ位置検出手段等（不図示）を具備して構成され、制御手段２９の制御のもと、所定のＸ位置に保持手段２１を移動駆動する。同様に、Ｙ駆動手段２４は、保持手段２１をＹ座標方向に移動駆動して保持手段２１を割り出し送りするための駆動源であるモータや、保持手段２１のＹ座標方向の位置（Ｙ位置）を検出するＹ位置検出手段等（不図示）を具備して構成され、制御手段２９の制御のもと、所定のＹ位置に保持手段２１を移動駆動する。さらに、保持手段２１は、不図示の回転駆動手段により、保持面２１１の中心を通る鉛直軸を軸中心として回転自在に構成されている。
【００１５】
レーザー加工手段２５は、保持面２１１上に保持された被加工物１をレーザー加工するためのものであり、支持部材２５１と、この支持部材２５１に対して互いの位置関係が固定された状態で取り付けられたパルスレーザー照射手段としてのレーザー照射ユニット２５３および撮像手段としての撮像ユニット２５５とを備える。
【００１６】
レーザー照射ユニット２５３は、保持面２１１上の被加工物１に対してパルスレーザービームを照射し、被加工物１の内部に改質領域を形成するためのものであり、その下端部に保持面２１１上の被加工物１の表面と対向するように配設された集光器２５４を具備している。一方、支持部材２５１の内部には、レーザービーム発振手段や伝送光学系等（不図示）が配設されており、レーザー照射ユニット２５３は、これらレーザービーム発振手段や伝送光学系と協働し、集光器２５４の鉛直下方に位置付けられる被加工物１の表面側からパルスレーザービームを照射する。
【００１７】
集光器２５４は、レーザービーム発振手段によって発振されるパルスレーザービームを保持面２１１上の被加工物１に向けて集光させるための集光レンズや、レーザービーム発振手段からのパルスレーザービームを保持面２１１上の被加工物１に向けて反射させるためのミラーといった光学系が内部に配設されたものである。また、レーザービーム発振手段は、保持面２１１上の被加工物１を透過する所定波長（例えば１０６４ｎｍ）のパルスレーザービームを発振するためのものであり、例えばＹＡＧレーザー発振器やＹＶＯ４レーザー発振器等からなるレーザービーム発振器等で構成される。
【００１８】
撮像ユニット２５５は、被加工物１のレーザー加工すべき位置（第１の分割予定ライン１１や第２の分割予定ライン１３の中心位置）を集光器２５４の鉛直下方に位置付けるためのアライメントを行うとともに、実際にパルスレーザービームが照射されてレーザー加工が施された位置（加工位置）を検出してレーザー加工すべき位置を補正するためのものである。この撮像ユニット２５５は、例えば、保持面２１１上の被加工物１と対向するように配設された対物レンズ等を含む顕微鏡構造体（不図示）と、この顕微鏡構造体による被加工物１の拡大観察像を撮像するカメラ（不図示）とからなり、保持面２１１上の被加工物１を撮像し、得られた画像データを制御手段２９に出力する。撮像ユニット２５５を構成するカメラは、例えば赤外線カメラで構成される。本実施の形態では、被加工物１としてシリコンウエーハを想定しており、このカメラによって赤外光を検出し、被加工物１の表面を透過して被加工物１の内部を撮像する。ただし、この撮像ユニット２５５のカメラは、被加工物１の内部を撮像できればよい。
【００１９】
このようにレーザー照射ユニット２５３および撮像ユニット２５５が取り付けられた支持部材２５１は、Ｚ駆動手段２７によってＸＹ座標平面に直交するＺ座標方向に移動自在に構成されている。Ｚ駆動手段２７は、支持部材２５１をＺ座標方向に移動駆動するための駆動源であるモータや、支持部材２５１のＺ座標方向の位置（Ｚ位置）を検出するＺ位置検出手段等（不図示）を具備して構成され、制御手段２９の制御のもと、所定のＺ位置に支持部材２５１を移動駆動する。この構成によって集光器２５４に内蔵された集光レンズを保持面２１１に対して垂直に移動させることができ、レーザー加工手段２５は、集光レンズによって集光されるパルスレーザービームの集光点位置（Ｚ位置）の調整が可能な構成とされている。
【００２０】
制御手段２９は、加工装置２の動作に必要な各種データを保持するメモリを内蔵したマイクロコンピュータ等で構成され、加工装置２を構成する各部の動作を制御して加工装置２を統括的に制御する。
【００２１】
なお、本加工装置２では、Ｘ駆動手段２３およびＹ駆動手段２４によって保持手段２１をＸ座標方向およびＹ座標方向に移動させ、Ｚ駆動手段２７によって支持部材２５１をＺ座標方向に移動させる構成としたが、保持手段２１と支持部材２５１とが互いにＸ，Ｙ，Ｚの各座標方向で相対移動可能な構成であれば別の構成でもよい。例えば、支持部材２５１を固定とし、保持手段２１をＸ，Ｙ，Ｚの各座標方向に移動させる構成としてもよいし、保持手段２１を固定とし、支持部材２５１をＸ，Ｙ，Ｚの各座標方向に移動させる構成としてもよい。あるいは、保持手段２１および支持部材２５１の双方をＸ，Ｙ，Ｚの各座標方向に沿って互いに逆方向に移動させることでこれらを相対移動させる構成とすることもできる。Ｘ，Ｙ，Ｚの各座標方向に沿って保持手段２１および支持部材２５１の何れを移動させるのかや、保持手段２１および支持部材２５１の双方を移動させるのかは適宜設定できる。
【００２２】
次に、以上のように構成される加工装置２が被加工物１に施すレーザー加工の流れについて説明する。図２は、被加工物１の表面を示す平面図である。被加工物１に対するレーザー加工では先ず、撮像ユニット２５５が被加工物１の表面を撮像することによって最初に加工対象とする第１の分割予定ライン１１の中心位置（Ｙ位置）を検出し、検出した第１の分割予定ライン１１の中心位置を集光器２５４の鉛直下方に位置付けて第１の分割予定ライン１１の中心位置と集光レンズとの位置合わせ（アライメント）を行う。例えば、図２中に示す最下段の第１の分割予定ライン１１−１を最初に加工対象とすることとすると、この第１の分割予定ライン１１−１の中心位置（第１の分割予定ライン１１−１の破線で示す中心線Ｃ１１上のＹ位置）を検出した後、既知であるレーザー照射ユニット２５３と撮像ユニット２５５との位置関係（距離）をもとに保持手段２１をＹ座標方向にずらすことで位置合わせを行う。なお、レーザー照射ユニット２５３と撮像ユニット２５５との距離は、予め設定値として定義して制御手段２９のメモリに保持しておく。
【００２３】
このようなアライメントの後、第１の分割予定ライン１１−１を加工対象としたレーザー加工を行う。具体的には、保持手段２１をＸ座標方向に加工送りさせながらレーザー照射ユニット２５３が順次パルスレーザービームを照射することにより、第１の分割予定ライン１１−１に沿って改質領域を形成する。その後は、順次隣接する第１の分割予定ライン１１の中心位置を集光器２５４の鉛直下方に位置付けて加工対象を移しながら第１の分割予定ライン１１のそれぞれに沿って改質領域を形成する。ここで、集光器２５４の鉛直下方に対する第１の分割予定ライン１１の中心位置の位置付けは、デバイス１５を挟んで隣接する第１の分割予定ライン１１の中心位置間の距離Ｌ１１を用いて行う。例えば、第１の分割予定ライン１１−１に対する改質領域の形成を終えた場合であれば、距離Ｌ１１の分だけ保持手段２１をＹ座標方向にずらした位置を割り出し送り位置として割り出し送りすることで、第１の分割予定ライン１１−２の中心位置（第１の分割予定ライン１１−２の破線で示す中心線Ｃ１３上のＹ位置）を集光器２５４の鉛直下方に位置付ける。
【００２４】
そして、全ての第１の分割予定ライン１１に対してそれぞれ改質領域を形成したならば、保持手段２１を９０度回転させることで第２の分割予定ライン１３がＸ座標方向に沿うように被加工物１の姿勢を変更する。そして、第１の分割予定ライン１１に対する動作と同様にアライメントを行った後、順次第２の分割予定ライン１３の中心位置を集光器２５４の鉛直下方に位置付けて加工対象を移しながら第２の分割予定ライン１３のそれぞれに沿って改質領域を形成する。集光器２５４の鉛直下方に対する第２の分割予定ライン１３の中心位置の位置付けは、第２の分割予定ライン１３の中心位置間の距離Ｌ１３を用い、距離Ｌ１３の分だけ保持手段２１をＹ座標方向にずらした位置を割り出し送り位置として割り出し送りすることで行う。この距離Ｌ１３は、前述の第１の分割予定ライン１１の中心位置間の距離Ｌ１１とともに予め設定値として定義し、制御手段２９のメモリに保持しておく。
【００２５】
図３は、以上のように第１の分割予定ライン１１および第２の分割予定ライン１３のそれぞれに沿って被加工物１の内部に形成される改質領域を１つの第１の分割予定ライン１１に着目して示す模式図であり、図３では、被加工物１の一部をこの着目する第１の分割予定ライン１１に沿って切り欠いて内部に形成される改質領域１７ａ，１７ｂ，１７ｃを示すとともに、レーザー照射ユニット２５３によって照射されるパルスレーザービームを二点鎖線で示している。本実施の形態では、第１の分割予定ライン１１毎および第２の分割予定ライン１３毎に被加工物１の内部においてその表面からの深さ方向の位置（Ｚ位置）が異なる複数層（図３では３層）の改質領域１７ａ，１７ｂ，１７ｃを形成する。
【００２６】
例えば、これらの深さ方向に重なる３層の改質領域１７ａ，１７ｂ，１７ｃは、最下層の改質領域１７ａから順番に順次その深さ位置に集光点を合わせながらパルスレーザービームを照射することによって形成する。すなわち先ず、パルスレーザービームの集光点位置が最下層の改質領域の深さ位置（以下、「最下層位置」と呼ぶ。）と一致するように予め設定されたＺ位置に支持部材２５１を移動させる。そして、このようにして最下層位置に集光点を合わせた状態でパルスレーザービームを照射し、最下層位置において第１の分割予定ライン１１に沿った改質領域１７ａを形成する。
【００２７】
続いて、パルスレーザービームの集光点位置が中央層の改質領域の深さ位置（以下、「中央層位置」と呼ぶ。）と一致するように予め設定されたＺ位置に支持部材２５１を移動させる。そして、このようにして中央層位置に集光点を合わせた状態でパルスレーザービームを照射し、中央層位置において第１の分割予定ライン１１に沿った改質領域１７ｂを形成する。さらに、パルスレーザービームの集光点位置が最上層の改質領域の深さ位置（以下、「最上層位置」と呼ぶ。）と一致するように予め設定されたＺ位置に支持部材２５１を移動させる。そして、図３中に一点鎖線で示すように、このようにして最上層位置に集光点を合わせた状態で被加工物１の表面側からパルスレーザービームを照射し、最上層位置において第１の分割予定ライン１１に沿った改質領域１７ｃを形成する。なお、ここでは３層の改質領域を例示したが、２層以上の所定数の改質領域を適宜形成することとしてよい。
【００２８】
ここで、改質領域とは、密度や屈折率、機械的強度、あるいはその他の物理的特性が加工前と異なる状態の領域のことをいう。例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等が挙げられ、これらが混在した領域を含む。
【００２９】
ところで、上記したように、レーザー照射ユニット２５３と撮像ユニット２５５との距離は、レーザー加工の過程で変動する温度等により、レーザー加工の実施途中で変化する場合がある。このため、アライメントを行って第１の分割予定ライン１１または第２の分割予定ライン１３の中心位置と集光レンズとを位置合わせした際にこれらの間に位置ズレが生じる場合があり、第１の分割予定ライン１１および第２の分割予定ライン１３の中心位置と、これら第１の分割予定ライン１１および第２の分割予定ライン１３に対する加工位置とにズレが生じてしまう。したがって、実際に加工位置をカメラで撮像する等して随時検出し、この位置ズレを補正する必要があった。
【００３０】
一方で、被加工物１の表面側にパルスレーザービームを照射して改質領域を形成すると、形成した改質領域を基点としたクラックが被加工物１の表面に発生する場合がある。図４は、このクラックを説明する断面図である。この図４では、３層の改質領域１７ａ，１７ｂ，１７ｃが形成された被加工物１の内部の様子をＹ座標方向から示しており、最も表面側の最上層の改質領域１７ｃを基点として被加工物１の表面側に発生したクラック１９１，１９３を示している。
【００３１】
ここで、図４に向かって左側の最上層の改質領域１７ｃによって発生したクラック１９１は、Ｚ座標方向に沿って改質領域１７ｃの略鉛直上方に形成されている。一方、図４に向かって右側の最上層の改質領域１７ｃによって発生したクラック１９３は、改質領域１７ｃから被加工物１の表面側に向けて右斜め方向に形成されている。このように、最上層の改質領域１７ｃによって被加工物１の表面側に発生するクラックは、最上層の改質領域１７ｃの鉛直上方に形成されるとは限らない。このため、最上層の改質領域１７ｃを形成した後で加工位置を撮像するのでは、このクラックによって加工位置を正しく検出できない場合がある。
【００３２】
そこで、本実施の形態では、最上層の改質領域１７ｃを除く下位層の改質領域１７ａ，１７ｂを形成した時点で被加工物１の内部を撮像し、加工対象としている第１の分割予定ライン１１または第２の分割予定ライン１３の中心位置と下位層の改質領域の加工位置（下位層のうちの最も上層の改質領域（本実施の形態では中央層の改質領域１７ｂ）の加工位置）とを検出し、これらの位置ズレを、次に加工対象とする第１の分割予定ライン１１または第２の分割予定ライン１３の中心位置を集光器２５４の鉛直下方に位置付ける際の補正に用いる。
【００３３】
次に、以上のように構成され、被加工物１の内部に複数層の改質領域を形成する加工装置２の動作について図５〜図９を参照して説明する。ここで、図５は、本実施の形態の加工方法を実施する加工装置２の動作手順を説明するフローチャートである。加工装置２は、図５の各工程に従って動作することで加工方法を実施する。なお、以下説明する加工装置２の動作は、制御手段２９が装置各部を制御することで実現される。また、図６〜図９は、加工方法の各工程を説明する説明図であり、各工程での被加工物１の内部の様子をＹ座標方向から示している。
【００３４】
図５に示すように、加工装置２は先ず、被加工物１の表面に配列された第１の分割予定ライン１１の中心位置と集光レンズとの位置合わせ（アライメント）を行う（ステップＳ１）。ここで、アライメントに先立ち、不図示の搬入手段が表面を上にした状態で被加工物１を保持手段２１に搬入し、その後保持手段２１が不図示の吸引手段を駆動して保持面２１１上で被加工物１を吸引保持する。
【００３５】
そして、ステップＳ１では、制御手段２９は先ず、Ｘ駆動手段２３およびＹ駆動手段２４を駆動して保持面２１１上の被加工物１を撮像ユニット２５５の鉛直下方に位置付ける。続いて、撮像ユニット２５５を駆動して被加工物１を撮像し、得られた画像データにパターンマッチング等の画像処理を施す。そして、この画像処理の結果をもとに保持手段２１を回転させ、第１の分割予定ライン１１がＸ座標方向に、第２の分割予定ライン１３がＹ座標方向に沿うように保持面２１１上の被加工物１の向きを調整するとともに、デバイス１５を区画している第１の分割予定ライン１１の中心位置（例えば最初に加工対象とする図２に示した最下段の第１の分割予定ライン１１−１の中心線Ｃ１１上の位置）を検出し、Ｘ駆動手段２３およびＹ駆動手段２４を駆動して撮像ユニット２５５の鉛直下方に位置付ける。その後、レーザー照射ユニット２５３と撮像ユニット２５５との距離の分だけ保持手段２１をＹ座標方向にずらすことで最初に加工対象とする第１の分割予定ライン１１の中心位置を集光器２５４の鉛直下方に位置付け、第１の分割予定ライン１１を加工対象とする。
【００３６】
続いて、加工対象の第１の分割予定ライン１１に沿って被加工物１の内部に上記したような複数層（本実施の形態では３層）の改質領域を形成するが、本実施の形態の加工装置２は先ず、図５に示すように、最上層を除く下位層の改質領域を裏面側から順次重ねて形成する（ステップＳ３）。
【００３７】
このステップＳ３では、制御手段２９は先ず、Ｚ駆動手段２７を駆動して支持部材２５１をＺ座標方向に移動させ、被加工物１内部の最下層位置に集光レンズの集光点を合わせる。そして、Ｘ駆動手段２３を駆動して保持手段２１をＸ座標方向に加工送りさせるとともに、これと並行してレーザー照射ユニット２５３を駆動し、被加工物１の表面側からパルスレーザービームを照射する。これにより、パルスレーザービームが最下層位置に集光され、図６に示すように、加工対象の第１の分割予定ライン１１に沿って被加工物１の内部に改質領域１７ａが形成される。さらに、Ｚ駆動手段２７を駆動して支持部材２５１をＺ座標方向に移動させ、図６中に一点鎖線で示すように、改質領域１７ａよりも上方の中央層位置に集光レンズの集光点を合わせる。そして、Ｘ駆動手段２３を駆動して保持手段２１をＸ座標方向に加工送りさせるとともに、これと並行してレーザー照射ユニット２５３を駆動し、被加工物１の表面側からパルスレーザービームを照射する。これにより、パルスレーザービームが中央層位置に集光され、加工対象の第１の分割予定ライン１１に沿って改質領域１７ａの上方に改質領域１７ｂが形成される。
【００３８】
続いて、図５に示すように、加工装置２は、ズレ量算出工程として、ステップＳ３で形成した下位層の改質領域の加工位置を検出し、第１の分割予定ライン１１の中心位置と検出した加工位置とのズレ量を算出する（ステップＳ５）。
【００３９】
具体的には、制御手段２９は先ず、Ｙ駆動手段２４を駆動し、レーザー照射ユニット２５３と撮像ユニット２５５との距離の分だけ保持手段２１をＹ座標方向にずらすことで下位層の改質領域１７ａ，１７ｂを形成した加工位置を撮像ユニット２５５の鉛直下方に位置付ける。そして、撮像ユニット２５５を駆動して図７中に二点鎖線で示すように被加工物１を撮像し、得られた画像データを画像処理することで加工対象の第１の分割予定ライン１１の中心位置と下位層の改質領域の加工位置（下位層のうち最も上層の改質領域１７ｂの加工位置）とを検出してこれらのズレ量Ｌ２１を算出する。なお、このようにしてズレ量Ｌ２１を算出した後は、レーザー照射ユニット２５３と撮像ユニット２５５との距離の分だけ保持手段２１をＹ座標方向にずらすことで、下位層の改質領域１７ａ，１７ｂの加工位置を集光器２５４の鉛直下方に位置付ける。
【００４０】
続いて、図５に示すように、加工装置２は、ステップＳ３で形成済みの下位層の改質領域の上方に最上層の改質領域を形成する（ステップＳ７）。このステップＳ７では、制御手段２９は先ず、Ｚ駆動手段２７を駆動して支持部材２５１をＺ座標方向に移動させ、図８中に一点鎖線で示すように、下位層の改質領域１７ａ，１７ｂよりも上方の最上層位置に集光レンズの集光点を合わせる。その後、Ｘ駆動手段２３を駆動して保持手段２１をＸ座標方向に加工送りさせるとともに、これと並行してレーザー照射ユニット２５３を駆動し、被加工物１の表面側からパルスレーザービームを照射する。これにより、パルスレーザービームが最上層位置に集光され、第１の分割予定ライン１１に沿って前段の工程で形成済みの改質領域１７ａ，１７ｂよりも上方に改質領域１７ｃが形成される。
【００４１】
そして、図５に示すように、今回の加工対象が第１の分割予定ライン１１の中の最終ラインであるか否かを判定する。最終ラインでなければ（ステップＳ９：Ｎｏ）、加工装置２は、位置付け工程として、ステップＳ５で算出したズレ量をもとに第１の分割予定ライン１１の中心位置と実際の改質領域の加工位置との位置ズレを補正し、次の第１の分割予定ライン１１に加工対象を移す（ステップＳ１１）。
【００４２】
このステップＳ１１では、制御手段２９は先ず、図９に示すように、図２に示して説明したように予め設定値として定義されている第１の分割予定ライン１１の中心位置間の距離Ｌ１１と、ステップＳ５で算出したズレ量Ｌ２１とをもとに、移動量Ｌ３１を決定する。そして、保持手段２１を決定した移動量Ｌ３１に従ってＹ座標方向に割り出し送りさせることで距離Ｌ１１によって定まる次の割り出し送り位置をズレ量Ｌ２１分ずらし、デバイス１５を挟んで隣接する次の加工対象の第１の分割予定ライン１１の中心位置を集光器２５４の鉛直下方に位置付ける。これにより、今回加工対象とした第１の分割予定ライン１１の中心位置と、実際に改質領域１７ａ，１７ｂ，１７ｃが形成された加工位置とのズレ量が補正され、次の第１の分割予定ライン１１の中心位置が集光器２５４の鉛直下方に位置付けられる。
【００４３】
その後は、加工装置１は、図５に示すように、ステップＳ３に戻って次の加工対象の第１の分割予定ライン１１に沿って被加工物１の内部に最上層を除く下位層の改質領域を形成する。すなわち、図９中に一点鎖線で示すようにパルスレーザービームを最下層位置に集光させ、この次の加工対象の第１の分割予定ライン１１に沿って被加工物１の内部に改質領域１７ｃを形成させる。そして、加工装置１は、ステップＳ５以降の動作を同様に繰り返し行う。
【００４４】
一方、図５に示すように、ステップＳ９において加工対象ラインが最終ラインと判定した場合には（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、保持手段２１を９０度回転させることで、第２の分割予定ライン１３がＸ座標方向に沿う向きに被加工物１を変位させる（ステップＳ１３）。そして、第２の分割予定ライン１３に対してステップＳ１〜ステップＳ１１と同様の工程を行って、第２の分割予定ライン１３のそれぞれに複数層の改質領域を形成する。すなわち、加工装置２は、第２の分割予定ライン１３の中心位置と集光レンズとのアライメントを行った上で（ステップＳ１５）、加工対象の第２の分割予定ライン１３に沿って最上層を除く下位層の改質領域を形成する（ステップＳ１７）。続いて、加工装置２は、形成した下位層の改質領域の加工位置を検出し、第２の分割予定ライン１３の中心位置と検出した加工位置とのズレ量を算出する（ステップＳ１９）。その後、加工装置２は、ステップＳ１７で形成済みの下位層の改質領域の上方に最上層の改質領域を形成する（ステップＳ２１）。そして、加工対象とした第２の分割予定ライン１３が最終ラインでない間は（ステップＳ２３：Ｎｏ）、ステップＳ１９で算出したズレ量をもとに第２の分割予定ライン１３の中心位置と実際の改質領域の加工位置との位置ズレを補正して次の第２の分割予定ライン１３に加工対象を移し（ステップＳ２５）、ステップＳ１７に戻って第２の分割予定ライン１３のそれぞれに複数層の改質領域を順次形成する。そして、最終ラインと判定したならば（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、本加工方法を終える。
【００４５】
なお、本加工方法によって被加工物１の内部に複数層の改質領域が形成された被加工物１は、保持手段２１から搬出されて不図示の分割装置に装着され、この分割装置において個々のチップに分割される。具体的には、分割装置は、被加工物１に外力を加えることにより、改質領域が形成されたことで強度が低下した第１の分割予定ライン１１および第２の分割予定ライン１３に沿って被加工物１を分割する。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、最上層を除く下位層の改質領域を形成した時点で、加工対象のライン（第１の分割予定ライン１１または第２の分割予定ライン１３）と実際に形成した下位層の改質領域の加工位置とのズレ量を算出することができる。これによれば、改質領域を基点として被加工物の表面に発生するクラックの影響を受けずに加工対象のラインに対する実際の加工位置を適正に検出し、ズレ量を算出することができる。そして、下位層の改質領域を形成した加工位置においてこの下位層の改質領域の上方に最上層の改質領域を形成した後で、前述のように算出したズレ量をもとにラインの中心位置と実際の加工位置との位置ズレを補正し、次に加工対象とするラインの中心位置を集光器２５４の鉛直下方に位置付けることができる。したがって、被加工物１に対して、第１の分割予定ライン１１および第２の分割予定ライン１３に沿った高精度なレーザー加工を施すことができる。
【００４７】
また、加工対象のラインと下位層の改質領域を形成した加工位置とのズレ量を算出した後は形成済みの下位層の改質領域の上方に最上層の改質領域を形成することとし、算出したズレ量は次の加工対象のラインの中心位置を集光器２５４の鉛直下方に位置付ける際の補正に用いることとした。したがって、同一の加工対象のラインに対して形成する複数層の改質領域は全て同一のＹ座標上の位置に形成することができ、分割品質を低下させることがない。
【００４８】
なお、上記した実施の形態では、全ての第１の分割予定ライン１１および第２の分割予定ライン１３にレーザー加工を施す毎にその加工位置を検出してズレ量を算出し、その位置ズレを補正することとした。これに対し、毎回補正を行うのではなく、所定数のライン毎に加工位置を検出してズレ量を算出し、位置ズレの補正を行う構成としてもよい。あるいは、補正を行うこととして予め設定された所定のラインに対してレーザー加工を施す際に加工位置を検出してズレ量を算出し、位置ズレを補正する構成としてもよい。そして、いくつのライン毎に補正を行うのかや、何れのラインをレーザー加工する際に補正を行うのかは、例えばユーザ操作に従って適宜設定変更可能な構成としてよい。これによれば、加工対象のラインと実際の加工位置とのズレ量を定期的に算出してその位置ズレを補正することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明の加工方法は、加工位置を適正に検出しながら被加工物に対して分割予定ラインに沿った高精度なレーザー加工を施すのに適している。
【符号の説明】
【００５０】
１ 被加工物
１１ 第１の分割予定ライン
１３ 第２の分割予定ライン
１５ デバイス
２ 加工装置
２１ 保持手段
２３ Ｘ駆動手段
２４ Ｙ駆動手段
２５ レーザー加工手段
２５３ レーザー照射ユニット
２５５ 撮像ユニット
２７ Ｚ駆動手段
２９ 制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＸＹ座標上に表面を有し、該表面に定められた複数の分割予定ラインがＸ座標方向に沿うように配置された板状の被加工物に対し、パルスレーザー照射手段をＹ座標方向に順次割り出し送りして加工対象の分割予定ラインに位置付け、前記パルスレーザー照射手段をＸ座標方向に加工送りさせながら前記被加工物を透過する波長のパルスレーザービームを前記被加工物の内部に集光点を合わせて照射することで、前記表面に直交するＺ座標上の位置が異なる複数の改質領域を前記被加工物の裏面側から順次重ねて形成する加工方法であって、
前記加工対象の分割予定ラインに沿って前記複数の改質領域を形成する過程において前記Ｚ座標上の位置が最も表面側の改質領域を形成する前に、前記被加工物を透過させて内部を撮像する撮像手段を用いて前記加工対象の分割予定ラインに沿って形成済みの改質領域を撮像し、該形成済みの改質領域のＹ座標上の位置を検出して前記加工対象の分割予定ラインのＹ座標上の位置とのズレ量を算出するズレ量算出工程と、
前記パルスレーザー照射手段をＹ座標方向に割り出し送りして次に加工対象とする分割予定ラインに位置付ける際に、前記分割予定ライン間の距離によって定まる割り出し送り位置を前記ズレ量分ずらして前記パルスレーザー照射手段を割り出し送りする位置付け工程と、
を含むことを特徴とする加工方法。
【請求項１】
ＸＹ座標上に表面を有し、該表面に定められた複数の分割予定ラインがＸ座標方向に沿うように配置された板状の被加工物に対し、パルスレーザー照射手段をＹ座標方向に順次割り出し送りして加工対象の分割予定ラインに位置付け、前記パルスレーザー照射手段をＸ座標方向に加工送りさせながら前記被加工物を透過する波長のパルスレーザービームを前記被加工物の内部に集光点を合わせて照射することで、前記表面に直交するＺ座標上の位置が異なる複数の改質領域を前記被加工物の裏面側から順次重ねて形成する加工方法であって、
前記加工対象の分割予定ラインに沿って前記複数の改質領域を形成する過程において前記Ｚ座標上の位置が最も表面側の改質領域を形成する前に、前記被加工物を透過させて内部を撮像する撮像手段を用いて前記加工対象の分割予定ラインに沿って形成済みの改質領域を撮像し、該形成済みの改質領域のＹ座標上の位置を検出して前記加工対象の分割予定ラインのＹ座標上の位置とのズレ量を算出するズレ量算出工程と、
前記パルスレーザー照射手段をＹ座標方向に割り出し送りして次に加工対象とする分割予定ラインに位置付ける際に、前記分割予定ライン間の距離によって定まる割り出し送り位置を前記ズレ量分ずらして前記パルスレーザー照射手段を割り出し送りする位置付け工程と、
を含むことを特徴とする加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−５４８４１（Ｐ２０１１−５４８４１Ａ）
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０３９５４（Ｐ２００９−２０３９５４）
【出願日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]