JP2021136245A - ウエーハの加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ウエーハが適切な条件で加工されたか否かを容易に確認する。【解決手段】分割予定ラインに沿ってウエーハの内部に改質層を形成するウエーハの加工方法であって、第一のレーザービームを該ウエーハの裏面側から照射し、該ウエーハの内部に改質層を形成する改質層形成ステップと、該ウエーハの加工閾値を超えない出力の第二のレーザービームの集光点を該ウエーハの内部または表面に位置付け、該第二のレーザービームを照射する観察用レーザービーム照射ステップと、該第二のレーザービームの反射光を撮像ユニットで撮像する撮像ステップと、該撮像ステップで撮像された画像に基づいて該ウエーハの加工状態を判定する判定ステップと、を含み、該観察用レーザービーム照射ステップで該ウエーハに照射される該第二のレーザービームは、該第二のレーザービームの進行方向に垂直な面における断面形状が該改質層を挟んで非対称となるように成形されている。【選択図】図５

Description

本発明は、ウエーハの裏面側からレーザービームを照射し該レーザービームをウエーハの内部に集光してウエーハを分割する起点となる改質層を形成し、該改質層からウエーハの表面側にクラックを伸長させるウエーハの加工方法に関する。
デバイスチップの製造工程では、ウエーハの表面に互いに交差する複数の分割予定ラインを設定し、区画された各領域にデバイスを形成し、ウエーハを分割予定ラインに沿って分割する。
例えば、ウエーハに対して透過性を有する波長（ウエーハを透過できる波長）のレーザービームをウエーハの裏面側から該ウエーハに照射し、分割予定ラインに沿ってウエーハの内部に集光させる。このとき、レーザービームの集光点の近傍に分割の起点となる改質層が形成される。形成された改質層からウエーハの表面にクラックが伸長すると、ウエーハが分割予定ラインに沿って分割される（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
この加工方法では、改質層を形成するとともに該改質層からウエーハの表面に向けてクラックが進行するように、ウエーハの深さ方向における改質層の形成位置やレーザービームの照射条件等の加工条件を適切に設定する必要がある。加工条件等が適切でなければ、形成された改質層からクラックが適切に伸長せず、または、予定していない方向にクラックが伸長する等してウエーハを適切に分割できないため、デバイスチップの歩留まりが低下する。
特開２００５−８６１６１号公報 特開２０１０−６８００９号公報
ここで、加工条件等が適切であるか否か、すなわち、ウエーハに形成された改質層からウエーハの表面へ向けてクラックが適切に進行しているか否かを確認するには、例えば、ウエーハの表面を顕微鏡等で観察することが考えられる。しかし、裏面側からレーザービームが照射されたウエーハの表面側を観察するには、例えば、ウエーハをレーザー加工装置から取り出し、ウエーハの上下を反転させて顕微鏡等に搬入しなければならない。そのため、クラックの形成状況の確認に工数がかかり問題となっていた。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ウエーハが適切に加工されたか否かを容易に確認できるウエーハの加工方法を提供することである。
本発明の一態様によると、表面に複数の分割予定ラインが設定されたウエーハの該分割予定ラインに沿って該ウエーハの内部に改質層を形成するウエーハの加工方法であって、該ウエーハの該表面をチャックテーブルに対面させ、該チャックテーブルで該ウエーハを保持する保持ステップと、該ウエーハに対して透過性を有する波長の第一のレーザービームの集光点を該ウエーハの内部に位置付けてレーザービーム照射ユニットと、該チャックテーブルと、を該分割予定ラインに沿う方向に相対的に移動させながら該第一のレーザービームを該分割予定ラインに沿って該ウエーハの裏面側から照射し、該ウエーハの内部に該改質層を形成する改質層形成ステップと、該改質層形成ステップの後に、該ウエーハの加工閾値を超えない出力であり、かつ、該ウエーハに対して透過性を有する波長の第二のレーザービームの集光点を該ウエーハの内部または該表面に位置付けて該ウエーハの該裏面側から照射する観察用レーザービーム照射ステップと、該観察用レーザービーム照射ステップで照射された該第二のレーザービームの反射光を撮像ユニットで撮像する撮像ステップと、該撮像ステップで撮像された画像に基づいて、該ウエーハの加工状態を判定する判定ステップと、を含み、該観察用レーザービーム照射ステップで該ウエーハに照射される該第二のレーザービームは、該第二のレーザービームの進行方向に垂直な面における断面形状が該改質層を挟んで非対称となるように成形されていることを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。
好ましくは、該判定ステップでは、該撮像ステップで撮像された該画像において、該観察用レーザービーム照射ステップで該ウエーハに照射された該第二のレーザービームの該裏面における被照射領域と同一の形状の領域と重なるように該反射光が写る場合に、該改質層から該ウエーハの該表面側に向かってクラックが伸長していると判定し、該撮像ステップで撮像された該画像において、該観察用レーザービーム照射ステップで該ウエーハに照射された該第二のレーザービームの該裏面における該被照射領域の形状を反転した形状の領域と重なるように該反射光が写る場合に、該改質層から該ウエーハの該表面側に向かって該クラックが伸長していないと判定する。
また、本発明の他の一態様によると、表面に複数の分割予定ラインが設定されたウエーハの該分割予定ラインに沿って該ウエーハの内部に改質層を形成するウエーハの加工方法であって、該ウエーハの該表面をチャックテーブルに対面させ、該チャックテーブルで該ウエーハを保持する保持ステップと、該ウエーハに対して透過性を有する波長の第一のレーザービームの集光点を該ウエーハの内部に位置付けてレーザービーム照射ユニットと、該チャックテーブルと、を該分割予定ラインに沿う方向に相対的に移動させながら該第一のレーザービームを該分割予定ラインに沿って該ウエーハの裏面側から照射し、該ウエーハの内部に該改質層を形成する改質層形成ステップと、該改質層形成ステップの後に、該ウエーハの加工閾値を超えない出力であり、かつ、該ウエーハに対して透過性を有する波長の第二のレーザービームの集光点を該ウエーハの内部または該表面に位置付けて該ウエーハの該裏面側から照射する観察用レーザービーム照射ステップと、該観察用レーザービーム照射ステップで照射された該第二のレーザービームの反射光を撮像ユニットで撮像する撮像ステップと、該撮像ステップで撮像された画像に基づいて、該ウエーハの加工状態を判定する判定ステップと、を含み、該観察用レーザービーム照射ステップで該ウエーハに照射される該第二のレーザービームは、該ウエーハの該裏面に対して垂直でない方向から該ウエーハの内部に進行することを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。
好ましくは、該観察用レーザービーム照射ステップでは、該第二のレーザービームは、該集光点を形成するレンズに起因する収差が補正された状態で該ウエーハに入射される。
また、好ましくは、該第一のレーザービームと、該第二のレーザービームと、は光源が同一である。
さらに、好ましくは、該観察用レーザービーム照射ステップは、液浸で行う。
本発明の一態様にかかるウエーハの加工方法では、ウエーハの内部に第一のレーザービームを集光させて改質層を形成する改質層形成ステップを実施した後、観察用レーザービーム照射ステップと、撮像ステップと、判定ステップと、を実施する。該観察用レーザービーム照射ステップでウエーハの裏面側に照射され内部を進行する第二のレーザービームは、ウエーハの表面と、改質層から表面側に伸長したクラックと、で反射される。そして、撮像ステップでは、該第二のレーザービームの反射光を撮像する。
ここで、観察用レーザービーム照射ステップにおいては、第二のレーザービーム（反射光）は、改質層と表面との間の領域を進行する。ここで、改質層からウエーハの表面に至るクラックが形成されていない場合、第二のレーザービームは該領域をそのまま進行する。その一方で、クラックが形成されている場合、該クラックに進入した空気の層と、ウエーハと、の間に界面が生じ、両側の屈折率の差の大きな該界面で第二のレーザービームが反射される。
そのため、撮像ステップで得られる画像に写る該反射光の形状は、クラックの有無により変化する。換言すると、画像に写る反射光の形状からウエーハの内部に形成されるクラックの有無、位置及び形状等のウエーハの加工状態を判定できる。この際、ウエーハをレーザー加工装置のチャックテーブルから移動させる必要がなく、改質層を形成した後に間を置かずに改質層からウエーハの表面に至るクラックが形成されたか否かを判定できる。
したがって、本発明の一態様により、ウエーハが適切に加工されたか否かを容易に確認できるウエーハの加工方法が提供される。
ウエーハを模式的に示す斜視図である。 改質層形成ステップを模式的に示す断面図である。 図３（Ａ）は、内部に改質層が形成されたウエーハを拡大して模式的に示す断面図であり、図３（Ｂ）は、内部に改質層とクラックが形成されたウエーハを拡大して模式的に示す断面図である。 観察用レーザービーム照射ステップを模式的に示す断面図である。 図５（Ａ）は、内部に改質層が形成されたウエーハに照射された第二のレーザービーム及びその反射光を模式的に示す断面図であり、図５（Ｂ）は、内部に改質層とクラックが形成されたウエーハに照射された第二のレーザービーム及びその反射光を模式的に示す断面図である。 図６（Ａ）は、ウエーハの裏面における第二のレーザービームが照射される領域を模式的に示す平面図であり、図６（Ｂ）は、反射光が写る画像において、該反射光が写る領域の一例を模式的に示す平面図であり、図６（Ｃ）は、反射光が写る画像において、該反射光が写る領域の他の一例を模式的に示す平面図である。 図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、ウエーハにクラックが形成されている場合における反射光が写る画像であり、図７（Ｃ）及び図７（Ｄ）は、ウエーハにクラックが形成されていない場合における反射光が写る画像である。 図８（Ａ）、図８（Ｃ）、及び図８（Ｅ）は、反射光が写る画像であり、図８（Ｂ）、図８（Ｄ）、及び図８（Ｆ）は、ウエーハの表面が写る光学顕微鏡写真である。 改質層形成ステップ及び観察用レーザービーム照射ステップの変形例を模式的に示す断面図である。 ウエーハの裏面に垂直でない進行方向から第二のレーザービームが照射されるウエーハを模式的に示す断面図である。 ウエーハの加工方法の各ステップのフローを示すフローチャートである。
添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。まず、本実施形態に係るウエーハの加工方法により改質層が形成されるウエーハについて説明する。図１は、ウエーハ１を模式的に示す斜視図である。
ウエーハ１は、例えば、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＧａＮ（ガリウムナイトライド）、ＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）、若しくは、その他の半導体等の材料、または、サファイア、ガラス、石英等の材料からなる略円板状の基板等である。該ガラスは、例えば、アルカリガラス、無アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、鉛ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス等である。
ウエーハ１の表面１ａには、互いに交差する複数の分割予定ライン３が設定される。分割予定ライン３は、ストリートとも呼ばれる。ウエーハ１の表面１ａには、分割予定ライン３により区画された各領域に、デバイス５が形成される。該デバイス５は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）やＬＳＩ（Large-Scale Integrated circuit）等である。ただし、ウエーハ１はこれに限定されない。ウエーハ１の材質、形状、構造、大きさ等に制限はなく、ウエーハ１にはデバイス５が形成されていなくてもよい。
ウエーハ１を分割予定ライン３に沿って分割すると、それぞれデバイス５を搭載する個々のデバイスチップが形成される。ウエーハ１を分割する際は、例えば、分割予定ライン３に沿ってウエーハ１の内部にレーザービームを集光させてウエーハ１の内部に改質層を形成するとともに、該改質層からウエーハ１の表面１ａに向かって厚さ方向に沿って伸長するクラックを形成する。
このとき、ウエーハ１の加工条件が適切であり、レーザー加工装置の状態も加工に適した状態でなければ、改質層からクラックが伸長せず、または、予定していない方向にクラックが伸長する等してウエーハ１を適切に分割できない。この場合、不良品が発生するためデバイスチップの歩留まりが低下する。
次に、本実施形態に係るウエーハ１の加工方法が実施されるレーザー加工装置２について図２等を用いて説明する。図２は、レーザー加工装置２を使用してウエーハ１に改質層を形成する様子を模式的に示す断面図である。レーザー加工装置２は、ウエーハ１を保持するチャックテーブル４と、チャックテーブル４に保持されたウエーハ１にレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニット６を備える。
チャックテーブル４は、上面側に多孔質部材（不図示）を有する。多孔質部材の上面は、ウエーハ１を保持する保持面４ａとなる。チャックテーブル４は、保持面４ａに垂直な軸の周りに回転可能である。チャックテーブル４は、多孔質部材に接続された吸引源（不図示）を有する。
ウエーハ１をレーザー加工装置２で加工する際には、表面１ａを保持面４ａに対面させて保持面４ａ上にウエーハ１を載せ、次に、多孔質部材を通して吸引源により生じた負圧をウエーハ１に作用させる。この場合、ウエーハ１は、裏面１ｂ側が上方に露出した状態でチャックテーブル４に吸引保持される。ウエーハ１は、露出した裏面１ｂ側からレーザービームが照射されてレーザー加工される。
ウエーハ１をチャックテーブル４に保持させる際、予め、環状のフレームと、外周が該環状フレームに貼られた粘着テープと、ウエーハ１と、を一体化したフレームユニットを形成してもよい。フレームユニットを形成する際には、該環状フレームの開口中に露出した粘着テープの粘着面にウエーハ１の表面１ａ側を貼着させる。この場合、チャックテーブル４にフレームユニットを保持させる際には、該粘着テープを介してウエーハ１を保持面４ａ上に載せる。
チャックテーブル４と、レーザービーム照射ユニット６と、は保持面４ａに平行な方向に相対的に移動可能である。例えば、チャックテーブル４は、保持面４ａに平行な方向に設定された加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動可能であり、レーザービーム照射ユニット６は、保持面４ａに平行かつ該加工送り方向に直交する割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動可能である。
図２には、チャックテーブル４で保持されたウエーハ１にレーザービームを照射できるレーザービーム照射ユニット６の、最も簡易的な構成例が模式的に示されている。レーザービーム照射ユニット６は、レーザーを発振するレーザー発振器８と、ミラー１０と、集光レンズ１２と、を備える。
レーザー発振器８は、ウエーハ１に対して透過性を有する波長（ウエーハ１を透過する波長）の第一のレーザービーム１４を出射する機能を有する。例えば、第一のレーザービーム１４には、Ｎｄ：ＹＡＧ等を媒体とし発振される波長１０９９ｎｍのレーザーが用いられる。ただし、レーザー発振器８及び第一のレーザービーム１４はこれに限定されず、ウエーハ１の材質等により選択される。
ウエーハ１の内部に改質層を形成する際には、例えば、第一のレーザービーム１４の出力は２Ｗ〜３Ｗ程度とされる。ただし、第一のレーザービーム１４の出力はこれに限定されず、ウエーハ１の内部に改質層を形成できる出力であればよい。レーザー発振器８から出射された第一のレーザービーム１４は、ミラー１０により所定の方向に反射され、集光レンズ１２を経て、チャックテーブル４に保持されたウエーハ１に照射される。
集光レンズ１２は、チャックテーブル４で保持されたウエーハ１の内部の所定の高さ位置に第一のレーザービーム１４を集光させる機能を有する。集光レンズ１２は、例えば、高さ方向に沿って移動可能であり、集光点１６の高さ位置を変えられる。第一のレーザービーム１４の集光点１６は、ウエーハ１の内部の所定の高さ位置に位置付けられる。
図２に示す通り、レーザービーム照射ユニット６と、チャックテーブル４と、を加工送り方向に沿って相対的に移動させつつ、第一のレーザービーム１４をウエーハ１の内部に集光させると、ウエーハ１の内部に改質層７が形成される。ここで、第一のレーザービーム１４の照射条件や加工送り速度等の加工条件が適切に設定されていると、図３（Ｂ）に示す通り、改質層７からウエーハ１の表面１ａに伸長するクラック９が形成され、ウエーハ１を容易かつ適切に分割できるようになる。
しかしながら、該加工条件等が適切でなければ、図３（Ａ）に示す通り、形成された改質層７からクラック９が適切に伸長せず、または、予定していない方向にクラック９が伸長する等してウエーハ１を適切に分割できないため、デバイスチップの歩留まりが低下する。ここで、加工条件等が適切であるか否か、すなわち、改質層７からウエーハ１の表面１ａへ向けてクラック９が適切に進行しているか否かを確認するには、例えば、ウエーハ１の表面１ａを顕微鏡等で観察することが考えられる。
しかし、裏面１ｂ側から第一のレーザービーム１４が照射されたウエーハ１の表面１ａ側を観察するには、例えば、ウエーハ１をレーザー加工装置２から取り出し、ウエーハ１の上下を反転させて顕微鏡等に搬入しなければならない。そのため、クラック９の有無等の加工状態の確認に工数がかかり問題となっていた。そこで、本実施形態に係るウエーハの加工方法では、レーザー加工装置２においてウエーハ１の加工状態を確認することで、確認の工数を低減する。次に、加工状態の確認に使用される構成について説明する。
レーザー加工装置２は、図４に示す通り、観察用レーザービーム照射ユニット１８を備える。観察用レーザービーム照射ユニット１８は、改質層７が形成されたウエーハ１に観察用のレーザービームである第二のレーザービーム２８を照射する機能を有する。図４には、チャックテーブル４で保持されたウエーハ１に第二のレーザービーム２８を照射できる観察用レーザービーム照射ユニット１８の、最も簡易的な構成例が模式的に示されている。
観察用レーザービーム照射ユニット１８は、レーザー発振器２０と、ダイクロイックミラー２２と、集光レンズ２４と、第二のレーザービーム２８の形状を特定の形状に成形するビーム成形ユニット２６と、を備える。レーザー発振器２０は、ウエーハ１の内部に改質層を形成できる加工閾値を超えない出力の第二のレーザービーム２８を出射できる。
レーザー発振器２０は、例えば、加工閾値を超えない０．２Ｗ程度の出力の第二のレーザービーム２８を出射する。ただし、第二のレーザービーム２８の出力はこれに限定されない。加工閾値はウエーハ１の材質により異なるため、第二のレーザービーム２８の出力は加工されるウエーハ１の材質に応じて加工閾値を超えないように適宜決定される。
好ましくは、第二のレーザービーム２８の出力は、第一のレーザービーム１４の出力の１０分の１から１０００分の１の間で設定される。さらに好ましくは、第二のレーザービーム２８の出力は、第一のレーザービーム１４の３０分の１程度に設定される。
ダイクロイックミラー２２は、第二のレーザービーム２８を所定の方向に反射する機能を有する。また、ダイクロイックミラー２２は、後述の通り、第二のレーザービーム２８がウエーハ１の表面１ａ側で反射された後、その反射光３２がダイクロイックミラー２２に到達する際に該反射光を透過する機能を有する。
集光レンズ２４は、チャックテーブル４に保持されたウエーハ１の内部または表面１ａに第二のレーザービーム２８を集光させる機能を有する。集光レンズ２４は、例えば、高さ方向に沿って移動可能であり、集光点３０の高さ位置を変えられる。
なお、観察用レーザービーム照射ユニット１８は、ウエーハ１の加工閾値を超える出力の第一のレーザービーム１４をチャックテーブル４で保持されたウエーハ１に照射できてもよい。すなわち、観察用レーザービーム照射ユニット１８は、図２で説明したレーザービーム照射ユニット６として機能できてもよい。この場合、レーザービーム照射ユニット６を省略でき、レーザー加工装置２の構成が簡略化される。したがって、第一のレーザービーム１４と、第二のレーザービーム２８と、は光源が同一でもよい。
その一方で、レーザー加工装置２がレーザービーム照射ユニット６と、観察用レーザービーム照射ユニット１８と、の両方を有する場合、チャックテーブルをさらにもう一つ備えていると、ウエーハ１を効率的に加工できる。例えば、一つのウエーハ１に第二のレーザービーム２８を照射するのと同時に他のウエーハ１に第一のレーザービーム１４を照射できる。
観察用レーザービーム照射ユニット１８が備えるビーム成形ユニット２６は、レーザー発振器２０から出射された第二のレーザービーム２８の形状を特定の形状に成形する機能を有する。ビーム成形ユニット２６は、例えば、該特定の形状に対応する形状の透過窓（不図示）と、該透過窓の周囲で該第二のレーザービーム２８を遮蔽する遮蔽部（不図示）と、を有する板状の部材である。該透過窓は、ビーム成形ユニット２６を貫通するように形成されている。
ビーム成形ユニット２６は、透過窓の貫通方向が第二のレーザービーム２８の進行方向に合致するように向きが調整されつつ観察用レーザービーム照射ユニット１８に組み込まれる。第二のレーザービーム２８がビーム成形ユニット２６に到達するとき、一部が該透過窓を通過し、残りが遮蔽部で遮蔽されて第二のレーザービーム２８が特定の形状に成形される。
または、観察用レーザービーム照射ユニット１８には、ビーム成形ユニット２６としてＤＯＥ（回折光学素子）が組み込まれてもよい。この場合、該ＤＯＥは、第二のレーザービーム２８を所定の形状に成形できるように設計されて製造される。さらに、観察用レーザービーム照射ユニット１８には、ビーム成形ユニット２６としてＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）素子を含む空間光変調器が組み込まれていてもよい。
本実施形態に係るウエーハの加工方法では、第二のレーザービーム２８は、ウエーハ１の裏面１ｂに照射される際に第二のレーザービーム２８の進行方向に垂直な面（例えば裏面１ｂ）における断面形状が改質層７を挟んで非対称となるように成形される。例えば、第二のレーザービーム２８の断面形状は、改質層７を境に隔てられる二つの領域の一方側に位置する半円形とされる。
第二のレーザービーム２８は、裏面１ｂ側からウエーハ１に照射され、ウエーハ１の内部を進行する。そして、ウエーハ１の表面１ａに到達した第二のレーザービーム２８は、ウエーハ１の表面１ａで反射される。その後、第二のレーザービーム２８の反射光３２は、ウエーハ１の内部を逆方向に進行し、裏面１ｂからウエーハ１の外部に進行する。
第二のレーザービーム２８の反射光３２は、集光レンズ２４を経て平行光に変換され、ダイクロイックミラー２２を透過する。そして、ダイクロイックミラー２２を透過した反射光３２の進路には、該反射光３２を撮像する撮像ユニット３４が配設されている。撮像ユニット３４は、例えば、ＣＭＯＳセンサ、または、ＣＣＤセンサ等のイメージセンサを備える。
撮像ユニット３４は、反射光３２を撮像し、反射光３２が写る画像を形成する。後述の通り、ウエーハ１の内部に形成された改質層７から表面１ａにクラック９が適切に伸長しているか否かの判定は、撮像ユニット３４が反射光３２を撮像して形成する画像に基づいて実施される。
次に、本実施形態に係るウエーハの加工方法について説明する。該ウエーハの加工方法は、例えば、レーザー加工装置２において実施される。該ウエーハの加工方法では、表面１ａに複数の分割予定ライン３が設定されたウエーハ１の該分割予定ライン３に沿って該ウエーハ１の内部に改質層７を形成する。図１１に、該ウエーハの加工方法の各ステップのフローを説明するフローチャートを示す。以下、各ステップについて詳述する。
まず、ウエーハ１をレーザー加工装置２に搬入し、ウエーハ１の表面１ａをチャックテーブル４に対面させ、チャックテーブル４でウエーハ１を保持する保持ステップＳ１０を実施する。
保持ステップＳ１０では、ウエーハ１の裏面１ｂ側を上方に露出させるようにウエーハ１の表面１ａ側をチャックテーブル４の保持面４ａに対面させてチャックテーブル４の上にウエーハ１を載せる。その後、チャックテーブル４の吸引源を作動させてウエーハ１に負圧を作用させると、ウエーハ１がチャックテーブル４に吸引保持される。図２には、チャックテーブル４に吸引保持されたウエーハ１の断面図が模式的に示されている。
なお、保持ステップＳ１０を実施する前に、予めウエーハ１の表面１ａに粘着テープ等の保護部材を貼着する保護部材配設ステップを実施してもよい。この場合、保持ステップＳ１０では、該保護部材を介してウエーハ１がチャックテーブル４に保持される。
次に、第一のレーザービーム１４を分割予定ライン３に沿ってウエーハ１の裏面１ｂ側から照射し、ウエーハ１の内部に改質層７を形成する改質層形成ステップＳ２０を実施する。第一のレーザービーム１４は、ウエーハ１に対して透過性を有する波長（ウエーハ１を透過できる波長）のレーザービームである。図２は、改質層形成ステップＳ２０を模式的に示す断面図である。
改質層形成ステップＳ２０では、まず、チャックテーブル４と、レーザービーム照射ユニット６と、を相対的に移動させ、レーザービーム照射ユニット６の下方にウエーハ１の一つの分割予定ライン３の一端を位置付ける。同時に、チャックテーブル４を回転させてウエーハ１の分割予定ライン３を加工送り方向に合わせる。そして、第一のレーザービーム１４の集光点１６をウエーハ１の内部の所定の高さ位置に位置付ける。
その後、チャックテーブル４と、レーザービーム照射ユニット６と、を加工送り方向に相対的に移動させながら第一のレーザービーム１４をウエーハ１に照射する。ウエーハ１の加工に適切な条件で第一のレーザービーム１４がウエーハ１に照射されると、ウエーハ１の内部に分割予定ライン３に沿った改質層７が形成されるとともに該改質層７からウエーハ１の表面１ａに伸長するクラック９（図３（Ｂ）等参照）が形成される。
ウエーハ１の一つの分割予定ライン３に沿って改質層７を形成した後、チャックテーブル４と、レーザービーム照射ユニット６と、を割り出し送り方向に移動させ、他の分割予定ライン３に沿って同様にウエーハ１の内部に改質層７を形成する。
一つの方向に沿ったすべての分割予定ライン３に沿って改質層７を形成した後、チャックテーブル４を回転させ、同様に他の方向に沿った分割予定ライン３に沿って改質層７を形成する。ウエーハ１のすべての分割予定ライン３に沿って第一のレーザービーム１４が照射されると、改質層形成ステップＳ２０が完了する。なお、各分割予定ライン３では、集光点１６の高さを変えて第一のレーザービーム１４を２回以上照射し、互いに重なる複数の改質層７を形成してもよい。
分割予定ライン３に沿って内部に改質層７と、改質層７から伸長するクラック９と、が形成されたウエーハ１を裏面１ｂ側から研削してウエーハ１を薄化し改質層７等を除去すると、ウエーハ１が分割されて個々のデバイスチップが得られる。しかしながら、クラック９がウエーハ１の表面１ａに適切に伸長していなければ、ウエーハ１を適切に分割できず、形成されるデバイスチップの品質が基準に満たなくなる場合や、デバイスチップに損傷が生じる場合があり、デバイスチップの歩留まりが低下する。
図３（Ａ）は、内部に改質層７が形成されクラック９が形成されていないウエーハ１を拡大して模式的に示す断面図である。また、図３（Ｂ）は、内部に改質層７とともに改質層７から表面１ａに達するクラック９が形成されたウエーハ１を拡大して模式的に示す断面図である。図３（Ｂ）に示す通りクラック９が表面１ａに達していると、ウエーハ１の表面１ａを顕微鏡で観察したときに、クラック９が視認される。その一方で、クラック９が形成されていないと、表面１ａにクラック９を視認できない。
そこで、ウエーハ１に改質層７を形成した後、クラック９の有無を確認するために、ウエーハ１の表面１ａ側を顕微鏡で観察することが考えられる。ただし、顕微鏡により表面１ａを観察するには、ウエーハ１をチャックテーブル４から搬出し、顕微鏡に移動させなければならない。そこで、本実施形態に係るウエーハの加工方法では、改質層７から表面１ａに伸長するクラック９の有無を判定するために、観察用レーザービーム照射ステップＳ３０と、撮像ステップＳ４０と、判定ステップＳ５０と、を実施する。
次に、改質層形成ステップＳ２０の後に実施する観察用レーザービーム照射ステップＳ３０について説明する。観察用レーザービーム照射ステップＳ３０では、チャックテーブル４に保持されたウエーハ１に対して観察用レーザービーム照射ユニット１８から観察用レーザービームとして第二のレーザービーム２８を照射する。第二のレーザービーム２８は、ウエーハ１の加工閾値を超えない出力であり、かつ、ウエーハ１に対して透過性を有する波長（ウエーハ１を透過できる波長）のレーザービームである。
図４は、観察用レーザービーム照射ステップＳ３０を模式的に示す側面図である。内部に改質層７が形成されたウエーハ１に裏面１ｂ側から第二のレーザービーム２８を照射する際、予め集光点３０をウエーハ１の内部または表面１ａに位置付ける。好ましくは、集光点３０は、ウエーハ１の表面１ａの改質層７と重なる位置に位置付けられる。
レーザー発振器２０から出射した第二のレーザービーム２８は、ビーム成形ユニット２６に到達し、ビーム成形ユニット２６で所定の形状に成形される。その後、第二のレーザービーム２８は、ダイクロイックミラー２２で反射されてチャックテーブル４に向けて進行する。そして、第二のレーザービーム２８は、集光レンズ２４を透過した後、ウエーハ１の裏面１ｂに照射されてウエーハ１の内部を進行し、集光点３０に集光される。
ウエーハ１の内部を進行する第二のレーザービーム２８は、ウエーハ１の表面１ａで反射される。そして、第二のレーザービーム２８の反射光３２は、ウエーハ１の内部を進行し、ウエーハ１の裏面１ｂを経て外部に進行する。その後、反射光３２は、集光レンズ２４と、ダイクロイックミラー２２と、を透過し撮像ユニット３４に達する。
図６（Ａ）は、ウエーハ１に照射される第二のレーザービーム２８の断面形状の一例を模式的に示す平面図である。具体的には、図６（Ａ）には、ウエーハ１の裏面１ｂのうち第二のレーザービーム２８が照射される領域４０が示されており、領域４０にはハッチングが付されている。さらに、説明の便宜のため、図６（Ａ）には、分割予定ライン３に沿ってウエーハ１の内部に形成された改質層７の平面位置を模式的に示す破線と、集光点３０の平面位置を模式的に示す点と、が表示されている。
図６（Ａ）に示す通り、第二のレーザービーム２８の断面形状は、例えば、半円形状である。図６（Ａ）に示される通り、第二のレーザービーム２８は、進行方向に垂直な面に（例えば、ウエーハ１の裏面１ｂ）おける断面形状が改質層７を挟んで非対称となるように予めビーム成形ユニット２６により成形されている。
ここで、ウエーハ１の表面１ａに位置付けられた集光点３０で反射された第二のレーザービーム２８の反射光３２の経路について詳述する。図５（Ａ）は、改質層７からウエーハ１の表面１ａに伸長するクラック９が形成されていない場合における第二のレーザービーム２８及び反射光３２の進行経路を模式的に示す断面図である。図５（Ｂ）は、改質層７から伸長するクラック９が形成されている場合における第二のレーザービーム２８及び反射光３２の経路を模式的に示す断面図である。
なお、図５（Ａ）に示す断面図及び図５（Ｂ）に示す断面図は、クラック９の有無が反射光３２に与える影響について説明するための図面である。図５（Ａ）に示す断面図及び図５（Ｂ）に示す断面図では、説明の便宜のため、ウエーハ１、改質層７、分割予定ライン３、クラック９等の相対的な位置関係、及び第二のレーザービーム２８、反射光３２が進行する角度等の特徴が強調されている。
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示される通り、ウエーハ１の裏面１ｂ側に照射された第二のレーザービーム２８は集光点３０に集光される。そして、第二のレーザービーム２８は、ウエーハ１の表面１ａで反射され、反射光３２がウエーハ１の内部を進行してウエーハ１の裏面１ｂに達する。
改質層７からウエーハ１の表面１ａに達するクラック９がウエーハ１の内部に形成されていなければ、第二のレーザービーム２８は、改質層７の下方の領域を通過して進行する。図５（Ａ）に示される通り、第二のレーザービーム２８（入射光）と、反射光３２と、は改質層７を挟んで反転された状態となる。
これに対して、改質層７からウエーハ１の表面１ａに達するクラック９がウエーハ１の内部に形成されている場合、第二のレーザービーム２８は、改質層７の下方でクラック９に達し、クラック９による影響を受ける。
クラック９がウエーハ１の表面１ａに達している場合、クラック９により僅かにウエーハ１が分断されるため、クラック９に進入する空気の層と、ウエーハ１と、の間に界面が形成される。そのため、表面１ａで第二のレーザービーム２８が反射されるのと同様に、クラック９に到達した第二のレーザービーム２８は該クラック９で反射される。
この場合、図５（Ｂ）に示される通り、反射光３２は、第二のレーザービーム２８（入射光）が透過してきたウエーハ１の内部の領域と同様の領域を逆行してウエーハ１の表面１ａに達する。
本実施形態に係るウエーハの加工方法では、次に、観察用レーザービーム照射ステップＳ３０でウエーハ１に照射された第二のレーザービーム２８の反射光３２を撮像ユニット３４で撮像する撮像ステップＳ４０を実施する。撮像ステップＳ４０では、反射光３２が撮像され、該反射光３２が写る画像が形成される。
図６（Ｃ）は、改質層７から表面１ａに至るクラック９が形成されていない場合に、撮像ユニット３４で撮像され形成される画像３８において反射光３２が写る領域４２ｂを模式的に示す平面図である。クラック９が形成されていない場合、図５（Ａ）に示される通り、第二のレーザービーム２８（入射光）と、反射光３２と、は改質層７を挟んで反転された状態となる。
そのため、画像３８に写る第二のレーザービーム２８の反射光３２の形状は、第二のレーザービーム２８の断面形状を反転したような形状となる。第二のレーザービーム２８の断面形状が半円形状である場合、図６（Ｃ）に示す通り、反射光３２が写る領域４２ｂは、該半円形状を反転させた形状となる。
また、図６（Ｂ）は、改質層７から表面１ａにクラック９が伸長している場合に、撮像ユニット３４で撮像され形成される画像３６において反射光３２が写る領域４２ａを模式的に示す平面図である。改質層７から表面１ａにクラック９が伸長している場合、図５（Ｂ）に示される通り、第二のレーザービーム２８（入射光）と、反射光３２と、の経路が重なる。そのため、第二のレーザービーム２８の断面形状が半円形状である場合、図６（Ｂ）に示す通り、反射光３２が写る領域４２ａは、該半円形状と同様の形状となる。
このように、撮像ステップＳ４０で反射光３２が撮像されて形成された画像３６，３８に写る反射光３２の形状等は、クラック９の有無により変化する。そのため、画像３６，３８に基づくと、ウエーハ１の内部で改質層７から表面１ａに至るクラック９が形成されているか否かを判定できる。
本実施形態に係るウエーハの加工方法では、撮像ステップＳ４０で撮像された画像３６，３８に基づいて、ウエーハ１の加工状態を判定する判定ステップＳ５０を実施する。ここで、加工状態とは、例えば、第一のレーザービーム１４を照射することにより加工されたウエーハ１の状態をいい、加工の結果を含む。例えば、改質層７から表面１ａに至るクラック９の有無をいう。
判定ステップＳ５０で実施される判定の詳細について説明する。判定ステップＳ５０では、撮像ステップＳ４０で撮像された画像３６，３８に写る第二のレーザービーム２８の反射光３２の形状がウエーハ１に照射された第二のレーザービーム２８（入射光）の断面形状が反映された形状であるか否かが判定される。端的にいえば、反射光３２が入射光の断面形状と同様の形状であるか否かが判定される（Ｓ５１）。ここで、第二のレーザービーム２８の断面形状とは、例えば、第二のレーザービーム２８のウエーハ１の裏面１ｂにおける被照射領域の形状をいう。
その結果、図６（Ｂ）に示す通り、反射光３２が入射光の断面形状と同様の形状であることが確認される場合、改質層７からウエーハ１の表面１ａ側に向かってクラック９が伸長していると判定する（Ｓ５２）。より詳細には、撮像された画像において、第二のレーザービーム２８の裏面１ｂにおける被照射領域（図６（Ａ）の領域４０）と同一の形状の領域４２ａと重なるように反射光３２が写る場合に、改質層７からウエーハ１の表面１ａ側に向かってクラックが伸長していると判定する。
その一方で、図６（Ｃ）に示す通り、反射光３２が入射光の断面形状を反転させた形状であることが確認される場合、改質層７からウエーハ１の表面１ａ側に向かってクラック９が伸長していないと判定する（Ｓ５３）。詳細には、撮像された該画像において、第二のレーザービーム２８の裏面１ｂにおける被照射領域（図６（Ａ）の領域４０）を反転した形状の領域４２ｂと重なるように反射光３２が写る場合に、改質層７からウエーハ１の表面１ａ側に向かってクラック９が伸長していないと判定する。
判定ステップＳ５０において、改質層７から表面１ａにクラック９が伸長していないと判定される場合、改質層形成ステップＳ２０で実施されたレーザー加工が適切に実施されなかったと判断できる。この場合、改質層形成ステップＳ２０でウエーハ１に第一のレーザービーム１４を照射してウエーハ１を加工する加工条件が適切ではないか、レーザービーム照射ユニット６を含むレーザー加工装置２に何らかの異常があることが考えられる。
判定ステップＳ５０において、表面１ａに伸長するクラック９が形成されていると判定される場合、その後、例えば、ウエーハ１を裏面１ｂ側から研削して薄化し、ウエーハ１を分割して個々のデバイスチップを製造する。クラック９が適切に形成されていれば、ウエーハ１は適切に分割される。
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、ウエーハ１にクラック９が形成されている場合に撮像ユニット３４で撮像される画像の一例を示す写真である。また、図７（Ｃ）及び図７（Ｄ）は、ウエーハ１にクラック９が形成されていない場合に撮像ユニット３４で撮像される画像の一例を示す写真である。
各写真には、第二のレーザービーム２８がウエーハ１の表面１ａで反射された反射光３２が白色で写っている。そして、ウエーハ１にクラック９が形成されているか否かにより画像における反射光３２の写る形状及び位置が変化するため、各写真に写る反射光３２の形状及び位置がクラック９の有無の判定の基準となりうることが理解される。
なお、各写真から理解される通り、反射光３２が写る領域において反射光３２が均一な強度で写るとは限らない。すなわち、図６（Ｂ）に示す領域４２ａの全域において、または、図６（Ｃ）に示す領域４２ｂの全域において均一に反射光３２が分布するとは限らない。光学的な現象等に起因する様々な要因により、反射光３２が縞状にまたはスポット状に画像に写るが、反射光３２が画像に不均一に写る場合においてもクラック９の有無の判定は十分に可能である。
なお、ウエーハ１の内部にクラック９が形成されているか否かを判定するのみならず、クラック９の品質の評価が望まれる場合がある。本実施形態に係るウエーハの加工方法では、反射光３２が写る画像からクラック９の品質が評価されてもよい。
例えば、クラック９に蛇行が生じており、クラック９で形成される第二のレーザービームの反射面に微小の凹凸が存在すると、反射光３２が写る画像が不鮮明となる場合がある。また、画像において反射光３２が写ることが予定される領域の外部に一部の反射光３２が写る場合がある。
さらに、例えば、改質層７から伸長するクラック９が短く、クラック９が表面１ａに到達していない場合、改質層７と表面１ａの間にクラック９の非形成領域が残る場合がある。この場合、第二のレーザービーム２８の一部が該非形成領域を抜けるとともに、他の一部がクラック９に反射される。すなわち、撮像ユニット３４で撮像される画像には、ウエーハ１にクラック９が形成される場合に反射光３２が写る領域と、クラック９が形成されない場合に反射光３２が写る領域と、の両方に反射光３２が写る場合がある。
撮像ステップＳ４０で得られる画像のさらなる例をウエーハ１の表面１ａ側を写した光学顕微鏡写真とともに示す。図８（Ａ）は、ウエーハ１の改質層７から表面１ａにクラック９が形成されていない場合に撮像される反射光３２が写る画像であり、図８（Ｂ）は、同ウエーハ１の表面１ａ側を写した光学顕微鏡写真である。
図８（Ｃ）は、ウエーハ１の改質層７から表面１ａに不十分な質のクラック９が形成されている場合に撮像される反射光３２が写る画像であり、図８（Ｄ）は、同ウエーハ１の表面１ａ側を写した光学顕微鏡写真である。さらに、図８（Ｅ）は、ウエーハ１の改質層７から表面１ａに十分な質のクラック９が形成されている場合に撮像される反射光３２が写る画像であり、図８（Ｆ）は、同ウエーハ１の表面１ａ側を写した光学顕微鏡写真である。
図８（Ｆ）に示す写真には、横方向に走る極めて細い線が確認できる。蛇行が少ない十分な質のクラック９がウエーハ１に形成されている場合、表面１ａを光学顕微鏡で観察すると、このように極めて細い線としてクラック９が見られる。この場合に、観察用レーザービーム照射ステップＳ３０及び撮像ステップＳ４０を実施することで得られる画像が図８（Ｅ）に示されている。
これに対して、図８（Ｂ）に示す写真には、横方向に走る線が確認できない。すなわち、表面１ａに表出するクラック９がウエーハ１に形成されていないことが理解される。この場合に、観察用レーザービーム照射ステップＳ３０及び撮像ステップＳ４０を実施することで得られる画像が図８（Ａ）に示されている。図８（Ａ）に示される画像と、図８（Ｅ）に示される画像と、では、反射光３２が写る領域の形状及び位置が互いに反転していることが理解される。
そして、図８（Ｄ）に示す写真には、横方向に走る線が確認できる。図８（Ｄ）に示す写真に写る線は、図８（Ｆ）に写る極めて細い線よりも太い。蛇行が生じた質の低いクラック９がウエーハ１に形成されている場合、表面１ａを光学顕微鏡で観察すると、このように比較的太い線としてクラック９が見られる。
この場合に観察用レーザービーム照射ステップＳ３０及び撮像ステップＳ４０を実施することで得られる画像が図８（Ｃ）に示されている。図８（Ｃ）に示す画像では、図８（Ａ）に示す画像において反射光３２が写る領域と、図８（Ｅ）に示す画像において反射光３２が写る領域と、の両方に反射光３２が写る。
すなわち、図８（Ｃ）に示す画像が撮像された際、第二のレーザービーム２８の一部が改質層７と表面１ａの間の領域を通過しているとともに、第二のレーザービーム２８の他の一部がクラック９で反射されていると考えられる。そのため、クラック９の質が不十分であることを判定できる。このように、本実施形態に係るウエーハの加工方法では、撮像ステップＳ４０を実施することで得られる画像から、ウエーハ１の内部に形成されたクラック９の質が評価されてもよい。
なお、撮像ステップＳ４０で得られる画像に写る反射光３２の形状及び位置は、これに限定されない。例えば、第二のレーザービーム２８の集光位置や、撮像ユニット３４の配設位置次第では、ウエーハ１にクラック９が形成されていない場合に、画像に写る反射光３２が入射光の断面形状を反転させた形状とはならないことも考えられる。例えば、クラック９が形成されている場合に、画像に写る反射光３２が入射光の断面形状を反転させた形状となることもある。
クラック９の有無が画像に写る反射光３２の位置や形状に与える影響は、系毎に異なる。そこで、改質層７から表面１ａに伸びたクラック９の有無を撮像ステップＳ４０で取得された画像から判定しようとする場合に、事前に該影響について検証されることが望ましい。
例えば、予め該クラック９が形成されているウエーハ１と、該クラック９が形成されていないウエーハ１と、を準備し、第二のレーザービーム２８をそれぞれのウエーハ１に照射し、同様に反射光３２を撮像して画像を得る。そして、クラック９の有無が画像に与える影響を評価して、画像からクラック９の有無を判定するための基準を作成することが望ましい。
以下、画像３６，３８に写る反射光３２の形状及び位置が第二のレーザービーム２８の断面形状をそのまま反映したものであるか、反転して反映したものであるか、を基準として判定が実施される場合を例に説明を続ける。しかしながら、判定の方法及び基準等はこれに限定されない。
ここで、改質層形成ステップＳ２０を実施する際に第一のレーザービーム１４が集光される集光点１６のウエーハ１の内部における高さ位置がクラック９の形成の成否に与える影響について調査した実験について説明する。
該実験では、ウエーハ１として厚さ７７５μｍのＳｉウエーハを準備し、レーザー加工装置２でレーザー加工を実施した。このとき、ウエーハ１の裏面１ｂ側を上方に露出させた状態でウエーハ１をチャックテーブル４で保持し、第一のレーザービーム１４をウエーハ１に照射してウエーハ１の内部に改質層７を形成した。本実験では、集光点１６の表面１ａからの距離が異なる複数の加工条件で第一のレーザービーム１４を各Ｓｉウエーハに照射し、それぞれ改質層７の形成深さの異なる複数のウエーハ１を作成した。
そして、各ウエーハ１に第二のレーザービーム２８を照射して反射光３２を撮像し、形成された画像からクラック９の有無を判定した。次に、各ウエーハ１を顕微鏡に運び、ウエーハ１の表面１ａ側を観察してクラック９の有無を確認した。そして、改質層７の表面１ａからの深さＤ（高さ）と、画像からのクラック９の有無の判定結果と、顕微鏡によるクラック９の有無の確認結果と、の関係を表１に示す。
Figure 2021136245
表１に示す通り、本実験では、改質層７の表面１ａからの深さＤを５２μｍから１０２μｍまでの１２通りに設定し、各ウエーハ１に改質層７を形成した。そして、第二のレーザービーム２８をウエーハ１に照射し反射光３２を撮像して画像を形成した。
例えば、図７（Ａ）は、改質層７の表面１ａからの深さＤが８１μｍであるときに形成された画像であり、図７（Ｂ）は、該深さＤが８６μｍであるときに形成された画像である。また、図７（Ｃ）は、該深さＤが９０μｍであるときに形成された画像であり、図７（Ｄ）は、該深さＤが９４μｍであるときに形成された画像である。
改質層７の表面１ａからの深さＤが８６μｍ以下の８つのウエーハ１では、画像に写る反射光３２の形状が第二のレーザービーム２８の断面形状と同様であった。その一方で、改質層７の表面１ａからの深さＤが９０μｍ以上の４つのウエーハ１では、画像に写る反射光３２の形状が第二のレーザービーム２８の断面形状を反転した形状となった。すなわち、改質層７の深さＤが８６μｍ以下であるとき、改質層７から表面１ａに至るクラック９が形成されることが示唆される。
そして、本実験では、ウエーハ１をレーザー加工装置２から搬出し、顕微鏡で各ウエーハ１の表面１ａを観察し、クラック９の有無を確認した。そして、表１に示す通り改質層７の深さＤが８６μｍ以下の８つのウエーハ１でクラック９が形成されていることが確認され、改質層７の深さＤが９０μｍ以上の４つのウエーハ１でクラック９が形成されていないことが確認された。
本実験では、改質層７の高さが該改質層７から表面１ａに至るクラック９の形成の成否に影響があることが確認された。そして、本実験では、反射光３２が写る画像によるクラック９の有無の判定の結果が顕微鏡によるクラック９の有無の確認結果と完全に対応しており、本実施形態に係るウエーハの加工方法によりウエーハ１の加工状態を確認できることが確認された。
以上に説明する通り、本実施形態に係るウエーハの加工方法では、ウエーハ１をレーザー加工装置２のチャックテーブル４から移動させることなく、その場でクラック９の有無を容易に判定できる。すなわち、ウエーハ１の加工状態を容易に確認できる。
なお、本発明は上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、図２では、レーザービーム照射ユニット６の最も簡易的な構成について説明した。また、図４では、観察用レーザービーム照射ユニット１８の最も簡易的な構成について説明した。そして、第一のレーザービーム１４の光源と、第二のレーザービーム２８の光源と、が異なる場合を中心に説明した。しかしながら、本実施形態に係るウエーハの加工方法はこれに限定されない。
例えば、本発明の一態様に係るウエーハの加工方法における改質層形成ステップＳ２０及び観察用レーザービーム照射ステップＳ３０では、他の態様のレーザービーム照射ユニットが使用されてもよい。
次に、レーザー加工装置２の変形例であるレーザー加工装置４８について説明する。図９は、レーザー加工装置４８が搭載する変形例に係るレーザービーム照射ユニット５２を模式的に示す側面図である。レーザー加工装置４８は、上方に露出する保持面５０ａを備えるチャックテーブル５０と、レーザービーム照射ユニット５２と、を備える。チャックテーブル５０は、レーザー加工装置２のチャックテーブル４と同様に構成される。
レーザービーム照射ユニット５２は、ウエーハ１を透過する波長のレーザービームをウエーハ１に照射する機能を有する。そして、レーザービーム照射ユニット５２は、ウエーハ１に加工閾値を超える出力で第一のレーザービーム６６を照射できるとともに、ウエーハ１に加工閾値を超えない出力で第二のレーザービーム６８を照射できる。すなわち、レーザービーム照射ユニット５２は、改質層形成ステップＳ２０及び観察用レーザービーム照射ステップＳ３０に使用できる。
図９に示す通りレーザービーム照射ユニット５２は、レーザー発振器５４と、偏光板５６と、空間光変調器５８と、４ｆレンズユニット６０と、ダイクロイックミラー６２と、集光レンズ６４と、を備える。レーザー発振器５４と、ダイクロイックミラー６２と、集光レンズ６４と、は上述のレーザービーム照射ユニット６及び観察用レーザービーム照射ユニット１８の対応する構成と同様である。また、レーザー加工装置４８は、レーザービーム照射ユニット５２の近傍に、撮像ユニット３４と同様に構成される撮像ユニット７２を備える。
偏光板５６は、空間光変調器５８に入射するレーザービームの偏光方向を調整するために使用される。また、空間光変調器５８は、例えば、ＬＣＯＳ素子である。空間光変調器５８として機能するＬＣＯＳ素子にレーザービームを照射すると、該レーザービームが液晶により位相変調されつつ反射され、波面形状を制御できる。すなわち、空間光変調器５８を使用すると、入射されるレーザービームを所定の断面形状に成形できる。
空間光変調器５８と、ダイクロイックミラー６２と、の間に設けられた４ｆレンズユニット６０は、一対のレンズを有している。そして、一対のレンズは、互いに所定の距離だけ離間されている。また、それぞれのレンズと、空間光変調器５８またはダイクロイックミラー６２と、の間の距離も調整されている。すなわち、４ｆレンズユニット６０の一対のレンズは、両側テレセントリック光学系を構成している。これにより、空間光変調器５８の反射面で反射されたレーザービームの像が集光レンズ６４の入射面に結像される。
改質層形成ステップＳ２０では、レーザービーム照射ユニット５２により、第一のレーザービーム６６の集光点をウエーハ１の内部の所定の高さ位置に位置付け、該第一のレーザービーム６６をウエーハ１の裏面１ｂ側に照射する。これにより分割予定ライン３に沿った改質層７をウエーハ１の内部に形成する。このとき、空間光変調器５８では、入射された第一のレーザービーム６６を特定の形状には成形しない。または、改質層７の形成に適した形状に成形する。
観察用レーザービーム照射ステップＳ３０では、レーザービーム照射ユニット５２により、第二のレーザービーム６８の集光点をウエーハ１の表面１ａまたは内部に位置付け、該第二のレーザービーム６８をウエーハ１の裏面１ｂ側に照射する。このとき、空間光変調器５８は、第二のレーザービーム６８がウエーハ１の裏面１ｂに照射されるときに進行方向に垂直な面における断面形状が改質層７を挟んで非対称となるように該第二のレーザービーム６８を成形する。
その後、第二のレーザービーム６８は、ウエーハ１の内部を進行して表面１ａで反射される。そして、反射光７０はウエーハ１の裏面１ｂからウエーハ１の外部に進行し、ダイクロイックミラー６２を透過して撮像ユニット７２に到達する。撮像ユニット７２は、反射光７０を撮像して画像を作成する。
このように、レーザービーム照射ユニット５２を使用すると、第一のレーザービーム６６及び第二のレーザービーム６８を共通の光源で発生できるため、レーザー加工装置４８は、構成が簡略化されたものとなる。
さらに、上記の実施形態では、第二のレーザービーム２８の断面形状が改質層７を挟んで非対称であり、第二のレーザービーム２８がウエーハ１の裏面１ｂの法線方向から照射される場合について説明したが、本発明の一態様はこれに限定されない。
図１０は、観察用レーザービーム照射ステップＳ３０において、第二のレーザービーム４４の進行方向がウエーハ１の裏面１ｂに垂直でない場合を模式的に示す断面図である。図１０に示す通り、改質層７から表面１ａに至るクラック９が形成されていない場合、第二のレーザービーム４４（反射光４６）は改質層７と表面１ａの間の領域を進行する。その一方で、改質層７から表面１ａに伸びたクラック９が存在する場合に、第二のレーザービーム４４（反射光４６）は該クラック９により反射される。
このように、第二のレーザービーム４４の断面形状が非対称形であるか否かに関わらず、反射光４６が写る画像からクラック９の有無を判定できる場合もある。この場合、観察用レーザービーム照射ステップＳ３０でウエーハ１に照射される第二のレーザービーム４４を、ウエーハ１の裏面１ｂに対して垂直でない方向からウエーハ１の内部に進行させる。そして、この場合においても、クラック９の有無により反射光３２が写る画像に変化が生じる。そのため、反射光３２が写る画像からクラック９の有無を判定できる。
ところで、ウエーハ１に照射される第二のレーザービーム２８は、球面収差の影響により集光点１６に精密に集光されず、結果として撮像ステップＳ４０で得られる画像に反射光３２が鮮明に写らない場合がある。そこで、集光レンズ２４に球面収差の影響を緩和する補正環が装着されてもよい。そして、この場合、例えば、ウエーハ１の厚さや材質に応じた適切な性能の補正環が選択され使用される。
または、観察用レーザービーム照射ユニット１８にＬＣＯＳ素子等の空間光変調器が使用される場合、球面収差が補正された第二のレーザービーム２８を形成してウエーハ１の裏面１ｂに照射してもよい。
さらに、観察用レーザービーム照射ステップＳ３０は、液浸で実施されてもよい。この場合について図４に示す観察用レーザービーム照射ステップＳ３０で説明すると、集光レンズ２４と、ウエーハ１の裏面１ｂと、の間の空間を液体で満たす。該液体には、例えば、イマージョンオイルと呼ばれる液体、グリセリン、または、純水を使用できる。
観察用レーザービーム照射ステップＳ３０を液浸で実施する場合、対物レンズとして機能する集光レンズ２４の開口数を大きくできる。そのため、撮像ユニット３４で撮像される反射光３２が写る画像の解像度を高めることができ、改質層７から伸長するクラック９について、より詳細に解析できる。
また、上記実施形態では、デバイス５が表面１ａ側に形成されたウエーハ１に裏面１ｂ側から第一のレーザービーム１４及び第二のレーザービーム２８を照射する場合について主に説明したが、本発明の一態様はこれに限定されない。例えば、第一のレーザービーム１４及び第二のレーザービーム２８をウエーハ１の表面１ａ側に照射してもよい。また、デバイス５が形成されていないウエーハ１をレーザー加工してウエーハ１の内部に改質層７を形成してもよい。
さらに、上記実施形態では、第二のレーザービーム２８の断面形状が半円形状である場合を例に説明したが、該断面形状はこれに限定されない。例えば、該断面形状は三角形や四角形、その他の多角形でもよい。すなわち、改質層７を挟んでパワーの分布が非対称であればよい。例えば、該断面形状が半円の半分の形状であると、反射光３２が写る画像からクラック９の伸長方向に関する情報が得られる場合がある。
上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。
１ ウエーハ
１ａ 表面
１ｂ 裏面
３ 分割予定ライン
５ デバイス
７ 改質層
９ クラック
２，４８ レーザー加工装置
４，５０ チャックテーブル
４ａ，５０ａ 保持面
６，５２ レーザービーム照射ユニット
８，２０，５４ レーザー発振器
１０ ミラー
２２，６２ ダイクロイックミラー
１２，２４，６４ 集光レンズ
１４，６６ 第一のレーザービーム
１６，３０ 集光点
１８ 観察用レーザービーム照射ユニット
２６ ビーム成形ユニット
２８，６８ 第二のレーザービーム
３２，７０ 反射光
３４，７２ 撮像ユニット
３６，３８ 画像
４０ 領域
４２ａ，４２ｂ 領域
５６ 偏光板
５８ 空間光変調器
６０ ４ｆレンズユニット

Claims (6)

  1. 表面に複数の分割予定ラインが設定されたウエーハの該分割予定ラインに沿って該ウエーハの内部に改質層を形成するウエーハの加工方法であって、
    該ウエーハの該表面をチャックテーブルに対面させ、該チャックテーブルで該ウエーハを保持する保持ステップと、
    該ウエーハに対して透過性を有する波長の第一のレーザービームの集光点を該ウエーハの内部に位置付けてレーザービーム照射ユニットと、該チャックテーブルと、を該分割予定ラインに沿う方向に相対的に移動させながら該第一のレーザービームを該分割予定ラインに沿って該ウエーハの裏面側から照射し、該ウエーハの内部に該改質層を形成する改質層形成ステップと、
    該改質層形成ステップの後に、該ウエーハの加工閾値を超えない出力であり、かつ、該ウエーハに対して透過性を有する波長の第二のレーザービームの集光点を該ウエーハの内部または該表面に位置付けて該ウエーハの該裏面側から照射する観察用レーザービーム照射ステップと、
    該観察用レーザービーム照射ステップで照射された該第二のレーザービームの反射光を撮像ユニットで撮像する撮像ステップと、
    該撮像ステップで撮像された画像に基づいて、該ウエーハの加工状態を判定する判定ステップと、を含み、
    該観察用レーザービーム照射ステップで該ウエーハに照射される該第二のレーザービームは、該第二のレーザービームの進行方向に垂直な面における断面形状が該改質層を挟んで非対称となるように成形されていることを特徴とするウエーハの加工方法。
  2. 該判定ステップでは、
    該撮像ステップで撮像された該画像において、該観察用レーザービーム照射ステップで該ウエーハに照射された該第二のレーザービームの該裏面における被照射領域と同一の形状の領域と重なるように該反射光が写る場合に、該改質層から該ウエーハの該表面側に向かってクラックが伸長していると判定し、
    該撮像ステップで撮像された該画像において、該観察用レーザービーム照射ステップで該ウエーハに照射された該第二のレーザービームの該裏面における該被照射領域の形状を反転した形状の領域と重なるように該反射光が写る場合に、該改質層から該ウエーハの該表面側に向かって該クラックが伸長していないと判定することを特徴とする、
    請求項１に記載のウエーハの加工方法。
  3. 表面に複数の分割予定ラインが設定されたウエーハの該分割予定ラインに沿って該ウエーハの内部に改質層を形成するウエーハの加工方法であって、
    該ウエーハの該表面をチャックテーブルに対面させ、該チャックテーブルで該ウエーハを保持する保持ステップと、
    該ウエーハに対して透過性を有する波長の第一のレーザービームの集光点を該ウエーハの内部に位置付けてレーザービーム照射ユニットと、該チャックテーブルと、を該分割予定ラインに沿う方向に相対的に移動させながら該第一のレーザービームを該分割予定ラインに沿って該ウエーハの裏面側から照射し、該ウエーハの内部に該改質層を形成する改質層形成ステップと、
    該改質層形成ステップの後に、該ウエーハの加工閾値を超えない出力であり、かつ、該ウエーハに対して透過性を有する波長の第二のレーザービームの集光点を該ウエーハの内部または該表面に位置付けて該ウエーハの該裏面側から照射する観察用レーザービーム照射ステップと、
    該観察用レーザービーム照射ステップで照射された該第二のレーザービームの反射光を撮像ユニットで撮像する撮像ステップと、
    該撮像ステップで撮像された画像に基づいて、該ウエーハの加工状態を判定する判定ステップと、を含み、
    該観察用レーザービーム照射ステップで該ウエーハに照射される該第二のレーザービームは、該ウエーハの該裏面に対して垂直でない方向から該ウエーハの内部に進行することを特徴とするウエーハの加工方法。
  4. 該観察用レーザービーム照射ステップでは、該第二のレーザービームは、該集光点を形成するレンズに起因する収差が補正された状態で該ウエーハに入射されることを特徴とする、
    請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のウエーハの加工方法。
  5. 該第一のレーザービームと、該第二のレーザービームと、は光源が同一であることを特徴とする、
    請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のウエーハの加工方法。
  6. 該観察用レーザービーム照射ステップは、液浸で行うことを特徴とする、
    請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のウエーハの加工方法。
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