JP2021151668A - レーザー加工装置及びレーザー加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工物の内部の所望の位置に改質領域を精度良く形成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。【解決手段】被加工物を第１の領域と第２の領域とに分ける領域設定部５７と、複数の分割予定ラインのうち、対象ラインの被加工物の主面の第１のプロファイルと、対象ラインに近接した参照ラインの被加工物の主面の第２のプロファイルとを取得するプロファイル取得部５８と、第２のプロファイルを平滑化処理した参照プロファイルを算出する参照プロファイル算出部６２と、対象ラインに沿って改質領域を形成する際、第１の領域では参照プロファイルに基づいて改質領域形成位置を制御し、第２の領域では第１のプロファイルに基づいて改質領域形成位置を制御するＡＦ制御部５６と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、被加工物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、被加工物の内部に切断の起点となる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。

従来、表面に半導体装置や電子部品等が形成されたウェーハを個々のチップに分割するには、細かな砥粒で形成された薄い砥石により、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。特に裏面に生じたチッピングは、クラックが徐々に内部に進行するため大きな問題となっていた。

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入射し、ウェーハ内部に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１参照）。このような技術では、ウェーハの内部に形成する改質領域をウェーハのレーザー光照射面から適切な深さに形成するため、オートフォーカス機構を用いてウェーハのレーザー光照射面の高さ位置（厚み方向位置）を検出してレーザー光の集光点の位置（焦点位置）を高精度に制御する必要がある。

特許文献１に開示された技術では、ウェーハ内部の所定深さに均一に改質領域（変質層）を形成するために、ウェーハのレーザー光照射面に検出用レーザー光（ＡＦ用レーザー光）を照射し、その反射光に基づいてウェーハのレーザー光照射面の高さ位置を検出し、ウェーハのレーザー光照射面の高さ位置に応じて加工用レーザー光の焦点位置を制御しながら加工を行っている。これにより、ウェーハのレーザー光照射面の変位に追従するように加工用レーザー光の集光位置を制御しながら、ウェーハの内部の所望の位置に改質領域を形成するリアルタイム加工を行うことが可能となる。

特開２００７−１６７９１８号公報

しかしながら、上述したような技術では、以下の理由により、ウェーハのエッジ部近傍領域ではウェーハの中央部（エッジ部近傍領域よりも内側の領域）と比べて加工精度が劣る傾向がある。

第１に、オートフォーカス機構を利用してウェーハのレーザー光照射面の変位に追従するように加工用レーザー光の集光位置を制御する場合には、ある程度の制御遅れが発生する。このため、ウェーハのエッジ部近傍領域でオートフォーカス機構が追従を開始した時点から加工用レーザー光の焦点位置が目標位置（ターゲット高さ）に合うまでに時間がかかる。

第２に、ウェーハのエッジ部近傍領域はウェーハの中央部に比べてウェーハの厚みばらつきが大きい場合があり、フォーカスずれ量が大きくなる傾向がある。

第３に、ウェーハの厚みばらつきや制御遅れが原因して、オートフォーカス機構による制御が発振状態になり、フォーカスずれ量が大きくなる場合がある。

なお、このような問題は、ウェーハのエッジ部近傍領域だけでなく、例えば、ウェーハの中央部にレーザー光照射面の変位が急激に変化する部分が存在する場合（例えば、ウェーハの中央部に同心円状の凹み部分が存在する場合など）においても生じる可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被加工物の内部の所望の位置に改質領域を精度良く形成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、以下の発明を提供する。

本発明の第１態様に係るレーザー加工装置は、被加工物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、被加工物の分割予定ラインに沿って被加工物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、被加工物を第１の領域と第２の領域とに分ける領域設定部と、被加工物における複数の分割予定ラインのうち、対象ラインの被加工物の主面の凹凸形状を示す第１のプロファイルと、対象ラインに近接した参照ラインの被加工物の主面の凹凸形状を示す第２のプロファイルとを取得するプロファイル取得部と、第２のプロファイルを平滑化処理した参照プロファイルを算出する参照プロファイル算出部と、対象ラインに沿って改質領域を形成する際、第１の領域では参照プロファイルに基づいて改質領域形成位置を制御し、第２の領域では第１のプロファイルに基づいて改質領域形成位置を制御するＡＦ制御部と、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、対象ラインと参照ラインとは互いに隣接している。

本発明の第３態様に係るレーザー加工装置は、第１態様又は第２態様において、第１の領域は被加工物のエッジ部近傍領域であり、第２の領域はエッジ部近傍領域よりも内側の領域である。

本発明の第４態様に係るレーザー加工装置は、第１態様から第３態様のいずれか１つの態様において、参照プロファイル算出部は、参照プロファイルの傾き（絶対値）が閾値よりも小さくなるように傾き修正処理を行う。

本発明の第５態様に係るレーザー加工方法は、第１態様から第４態様のいずれか１つの態様において、参照プロファイル算出部は、第１の領域と第２の領域との境界部において、参照プロファイルと第１のプロファイルとの間の段差が徐々に小さくなるように参照プロファイルを修正する段差処理を行う。

本発明の第６態様に係るレーザー加工方法は、被加工物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、被加工物の分割予定ラインに沿って被加工物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、被加工物を第１の領域と第２の領域とに分ける領域設定工程と、被加工物における複数の分割予定ラインのうち、対象ラインの被加工物の主面の凹凸形状を示す第１のプロファイルと、対象ラインに近接した他のラインの被加工物の主面の凹凸形状を示す第２のプロファイルとを取得するプロファイル取得工程と、第２のプロファイルを平滑化処理した参照プロファイルを算出する参照プロファイル算出工程と、対象ラインに沿って改質領域を形成する際、第１の領域では参照プロファイルに基づいて改質領域形成位置を制御し、第２の領域では第１のプロファイルに基づいて改質領域形成位置を制御するＡＦ制御工程と、を備える。

本発明によれば、被加工物の内部の所望の位置に改質領域を精度良く形成することができる。

第１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 被加工物の内部の集光点近傍に形成される改質領域を説明する概念図 制御装置の構成を示したブロック図 被加工物に設定されたダイシングラインの一例を示した図 実測プロファイルの一例を示した図 従来の問題点を説明するための図 参照プロファイルの傾き修正処理の他の例を説明するための図 参照プロファイルの一例を示した図 参照プロファイルの他の例を示した図 移行プロファイルの一例を示した図 第２の実施形態における被加工物の平面図 図１１に示した被加工物における実測プロファイルの一例を示した図

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１は、第１の実施形態に係るレーザー加工装置１０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１０は、被加工物Ｗを移動させるステージ１２と、被加工物Ｗに加工用レーザー光Ｌ１を照射し、また加工用レーザー光Ｌ１の集光点の位置（加工深さ）を調節する光学系装置２０と、レーザー加工装置１０の各部を制御する制御装置５０とを備える。

なお、被加工物Ｗとしては、特に限定されるものではないが、例えば、シリコンウェーハ等の半導体基板、ガラス基板、圧電セラミック基板、ガラス基板などを適用することができる。

ステージ１２は、ＸＹＺθ方向に移動可能に構成され、被加工物Ｗを吸着保持する。被加工物Ｗは、その表面（レーザー光照射面）がデバイス面とは反対側の面となるようにステージ１２上に載置される。なお、被加工物Ｗのデバイス面が被加工物Ｗの表面となるようにステージ１２上に被加工物Ｗが載置されてもよい。

なお、図１に示す例では、ＸＹＺの３方向は互いに直交し、このうちＸ方向およびＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。またθ方向は、鉛直方向軸（Ｚ軸）を回転軸とする回転方向である。

光学系装置２０は、被加工物Ｗに対向する位置に配置されており、被加工物Ｗの内部に改質領域を形成するための加工用レーザー光Ｌ１を被加工物Ｗに対して照射する。

光学系装置２０は、レーザー光源２１と、ダイクロイックミラー２３と、集光レンズ２４と、アクチュエータ２５と、凹凸形状測定部３０とを備える。

レーザー光源２１は、被加工物Ｗの内部に改質領域を形成するための加工用レーザー光Ｌ１を出射する。

ダイクロイックミラー２３は、加工用レーザー光Ｌ１を透過し、かつ後述する凹凸形状測定部３０から出射される検出用レーザー光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２３によって、検出用レーザー光Ｌ２の光軸と加工用レーザー光Ｌ１の光軸とを同軸にして出射する構成となっている。

レーザー光源２１から出射された加工用レーザー光Ｌ１は、ダイクロイックミラー２３を通過した後、集光レンズ２４により被加工物Ｗの内部に集光される。加工用レーザー光Ｌ１の集光点の位置（焦点位置）は、アクチュエータ２５によって集光レンズ２４をＺ方向に微小移動させることにより調節される。

図２は、被加工物Ｗの内部の集光点近傍に形成される改質領域を説明する概念図である。図２（ａ）は、被加工物Ｗの内部に入射された加工用レーザー光Ｌ１が集光点に改質領域Ｐを形成した状態を示し、図２（ｂ）は断続するパルス状の加工用レーザー光Ｌ１の下で被加工物Ｗが水平方向に移動され、不連続な改質領域Ｐ、Ｐ、…が並んで形成された状態を表している。図２（ｃ）は、被加工物Ｗの内部に改質領域Ｐが多層に形成された状態を示している。

図２（ａ）に示すように、被加工物Ｗの表面から入射した加工用レーザー光Ｌ１の集光点が被加工物Ｗの厚み方向の内部に設定されていると、被加工物Ｗの表面を透過した加工用レーザー光Ｌ１は、被加工物Ｗの内部の集光点でエネルギーが集中し、被加工物Ｗの内部の集光点近傍に改質領域Ｐが形成される。図２（ｂ）に示すように、断続するパルス状の加工用レーザー光Ｌ１を被加工物Ｗに照射して複数の改質領域Ｐ、Ｐ、…を分割予定ラインに沿って形成することで、被加工物Ｗは分子間力のバランスが崩れ、改質領域Ｐ、Ｐ、…を起点として自然に割断するか、或いは僅かな外力を加えることによって割断される。

また、厚さの厚い被加工物Ｗの場合は、改質領域Ｐの層が１層では割断できないので、図２（ｃ）に示すように、被加工物Ｗの厚み方向に加工用レーザー光Ｌ１の集光点を移動し、改質領域Ｐを多層に形成させて割断する。

なお、図２（ｂ）、（ｃ）に示した例では、断続するパルス状の加工用レーザー光Ｌ１で不連続な改質領域Ｐ、Ｐ、…を形成した状態を示したが、加工用レーザー光Ｌ１の連続波の下で連続的な改質領域Ｐを形成するようにしてもよい。不連続の改質領域Ｐを形成した場合は、連続した改質領域Ｐを形成した場合に比べて割断され難いので、被加工物Ｗの厚さや搬送中の安全等の状況によって、加工用レーザー光Ｌ１の連続波を用いるか、断続波を用いるかが適宜選択される。

凹凸形状測定部３０は、分割予定ライン（以下、「ダイシングライン」という。）に沿って改質領域Ｐを形成する際にダイシングラインに沿った被加工物Ｗの表面（レーザー光照射面）の凹凸形状情報を示すプロファイル（以下、「実プロファイル」という。）を取得するために設けられている。なお、被加工物Ｗの表面は、本発明における「被加工物の主面」の一例である。

凹凸形状測定部３０は、検出用レーザー光Ｌ２を出射する検出用光源部（不図示）を備える。検出用レーザー光Ｌ２は、加工用レーザー光Ｌ１とは異なる波長であって被加工物Ｗの表面（レーザー光照射面）で反射可能な波長を有する。

凹凸形状測定部３０から出射された検出用レーザー光Ｌ２は、ダイクロイックミラー２３で反射され、集光レンズ２４により集光されて被加工物Ｗの表面に照射される。被加工物Ｗで反射された検出用レーザー光Ｌ２の反射光は、集光レンズ２４を経由してダイクロイックミラー２３で反射され、凹凸形状測定部３０に設けられる光検出器（不図示）の受光面で受光される。そして、光検出器により受光した反射光の分布と光量が検出される。

ここで、被加工物Ｗの表面で反射された検出用レーザー光Ｌ２の反射光の分布と光量は、集光レンズ２４から被加工物Ｗまでの距離、すなわち、被加工物Ｗの表面の凹凸形状（表面変位）に応じて変化する。凹凸形状測定部３０は、この性質を利用して、被加工物Ｗの表面で反射された検出用レーザー光Ｌ２の反射光の分布と光量の変化に基づいて被加工物Ｗの表面位置を求める。なお、凹凸形状測定部３０における被加工物Ｗの表面位置の測定方法としては、例えば、非点収差方式、ナイフエッジ方式などを好ましく用いることができる。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。

上述のような凹凸形状測定部３０による被加工物Ｗの表面位置の測定は、所定のダイシングライン上で連続的に行われる。これにより、ダイシングラインに沿って被加工物Ｗの内部に改質領域Ｐを形成する際に、凹凸形状測定部３０の測定結果に基づいて加工用レーザー光Ｌ１の集光位置をリアルタイムで制御することが可能となる。

なお、本実施形態では、光学系装置２０内に凹凸形状測定部３０が設けられており、検出用レーザー光Ｌ２の光軸をダイクロイックミラー２３により加工用レーザー光Ｌ１の光軸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、凹凸形状測定部３０が光学系装置２０とは独立して隣接した位置に設けられていてもよい。

図１に示す制御装置５０は、レーザー加工装置１０の各部の動作や加工に必要なデータの記憶等を行う。

制御装置５０は、例えばパーソナルコンピュータやマイクロコンピュータなどの汎用のコンピュータによって実現されるものである。

制御装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び入出力インターフェース等を備えている。制御装置５０では、ＲＯＭに記憶されている制御プログラム等の各種プログラムがＲＡＭに展開され、ＲＡＭに展開されたプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、図３に示した制御装置５０内の各部の機能が実現され、入出力インターフェースを介して各種の演算処理や制御処理が実行される。

図３は、制御装置５０の構成を示したブロック図である。なお、制御装置５０は、ステージ制御部や光源制御部なども備えているが、これらは本発明と直接関係ないため図示を省略している。

図３に示すように、制御装置５０は、主制御部５２、演算処理部５４、ＡＦ制御部５６、及び領域設定部５７として機能する。

主制御部５２は、レーザー加工装置１０の各部を統括的に制御する機能部である。例えば、主制御部５２は、被加工物Ｗの内部に改質領域Ｐを形成する際に、所定のダイシングラインに沿って被加工物Ｗに対して加工用レーザー光Ｌ１が走査されるように、ステージ１２の移動制御を行う。また、主制御部５２は、加工用レーザー光Ｌ１の出射制御を行い、例えば、加工用レーザー光Ｌ１の波長、パルス幅、強度、出射タイミング、繰り返し周波数などを制御する。

演算処理部５４は、制御装置５０の各種データに対して演算処理を行う機能部である。演算処理部５４は、プロファイル取得部５８と、プロファイル記憶部６０と、参照プロファイル算出部６２とを備えている。

プロファイル取得部５８は、凹凸形状測定部３０の測定結果に基づいて被加工物Ｗの表面の凹凸形状を示すプロファイルＳ（以下、「実測プロファイルＳ」という。）を取得する機能部である。

プロファイル記憶部６０は、プロファイル取得部５８で取得された実測プロファイルＳを記憶する機能部である。

参照プロファイル算出部６２は、プロファイル記憶部６０に記憶された実測プロファイルＳに基づいて後述の参照プロファイルＴを算出する機能部である。

ＡＦ制御部５６は、プロファイル取得部５８で取得された実測プロファイルＳと、参照プロファイル算出部６２で算出された参照プロファイルＴとに基づいて、被加工物Ｗの内部の所望の位置に改質領域Ｐが形成されるようにアクチュエータ２５の駆動を制御する機能部である。

領域設定部５７は、ＡＦ制御部５６で上述の制御が行われる際に、被加工物Ｗの表面を２つの領域、具体的には、参照プロファイルＴが適用される領域（以下、「第１の領域Ｍ１」という。）と実測プロファイルＳが適用される領域（以下、「第２の領域Ｍ２」という。）とに分ける機能部である。

次に、レーザー加工装置１０を用いたレーザー加工方法について、図４を参照して説明する。図４は、被加工物Ｗに設定されたダイシングラインの一例を示した図である。ここでは、図４に示すように、被加工物Ｗに設定された複数のダイシングラインＣ₁〜Ｃ_nを１ラインずつ順に、各ダイシングラインＣ_i（ｉ＝１，２・・・ｎ）に沿って改質領域Ｐを形成する場合について説明する、なお、図４では、図面の簡略化を図るため、Ｘ方向に沿ったダイシングラインのみを図示したが、実際にはＹ方向に沿ったダイシングラインも設定されることはいうまでもない。

まず、初期設定として、領域設定部５７は、制御装置５０の記憶部（不図示）に記憶された領域設定条件に従って、被加工物Ｗの表面を第１の領域Ｍ１と第２の領域Ｍ２とに分ける。本実施形態では、図４に示すように、被加工物Ｗの表面は、プロファイル境界線Ｆ（一点鎖線で図示）を境として、プロファイル境界線Ｆよりも外側の領域（被加工物Ｗのエッジ部近傍領域）が第１の領域Ｍ１として設定され、プロファイル境界線Ｆよりも内側の領域（被加工物Ｗのエッジ部近傍領域よりも内側の領域）が第２の領域Ｍ２として設定される。領域設定部５７で設定された領域設定情報は、演算処理部５４及びＡＦ制御部５６に対して出力される。なお、領域設定部５７は、図示しない操作部によりユーザーが指定した領域設定条件に従って、第１の領域Ｍ１及び第２の領域Ｍ２と設定できるようにしてもよい。

次に、集光レンズ２４と被加工物Ｗとの相対的な位置合わせ（アライメント）が行われた後、ダイシングラインＣ_iに沿って被加工物Ｗの表面位置を凹凸形状測定部３０により測定しながら、その測定結果に基づいてアクチュエータ２５の制御がＡＦ制御部５６により行われる。これにより、集光レンズ２４から被加工物Ｗまでの距離が適切な距離となるように集光レンズ２４がＺ方向に微小移動され、加工用レーザー光Ｌ１の焦点位置が調節される。

このとき、凹凸形状測定部３０の測定結果はプロファイル取得部５８によりダイシングラインＣ_iに対応する実測プロファイルＳとして取得される。プロファイル取得部５８は、取得した実測プロファイルＳをＡＦ制御部５６に対して出力するとともに、プロファイル記憶部６０に対して出力する。

プロファイル記憶部６０は、凹凸形状測定部３０で測定対象とされたダイシングラインＣ_iと関連付けた状態で実測プロファイルＳを記憶する。

図５は、実測プロファイルＳの一例を示した図である。図５において、横軸はダイシングラインＣ_iに沿った長さ方向の位置を示し、縦軸は被加工物Ｗの表面位置（Ｚ方向位置）を示している。なお、図５では、被加工物Ｗの表面上の任意の位置は基準位置としたときの相対的な高さ位置（変位）を示している。後述する他の図においても同様である。

図５に示した実測プロファイルＳでは、第１の領域Ｍ１において局所的な凹凸の変化が生じている。すなわち、第１の領域Ｍ１は第２の領域Ｍ２に比べてウェーハ厚みのばらつきが大きい。そのため、このような実測プロファイルＳに基づいてアクチュエータ２５を制御しようとすると、局所的な凹凸の変化によって、例えば図６に示すように加工用レーザー光Ｌ１の焦点位置が被加工物Ｗの厚み方向（Ｚ方向）に大きく乱れてしまう。

すなわち、実測プロファイルＳに局所的な凹凸の変化が大きい部分が含まれている場合、その実測プロファイルＳに基づいた制御がＡＦ制御部５６により行われると、加工用レーザー光Ｌ１の焦点位置が被加工物Ｗの表面の凹凸形状の変化に十分に追従できなくなり、加工用レーザー光Ｌ１の焦点位置と目標値とのずれ量(フォーカスずれ量)が大きくなり、加工精度や加工品質に影響を及ぼす要因となる。

その一方で、複数のダイシングラインＣ₁〜Ｃ_nに沿って改質領域Ｐを形成する場合にダイシングライン毎に毎回、実測プロファイルＳの計測を事前に行ってから加工すれば上記のような問題を防ぐことができるが、スループットが低下してしまう要因となる。

一般に円形ウェーハや矩形ウェーハなどの被加工物Ｗは、その形状や厚みが中心を挟んでほぼ対称形状である。また、そのような被加工物Ｗの厚みは面方向に滑らかに変化する。このため、ダイシングラインＣ_iの実測プロファイルＳと、ダイシングラインＣ_iに隣接したダイシングラインＣ_i-1の実測プロファイルＳとは類似性をもっている。

そこで本実施形態では、このような実測プロファイルＳの類似性を利用して、参照プロファイル算出部６２は、改質領域Ｐの形成が行われる対象ライン（ダイシングラインＣ_i）に隣接したダイシングラインＣ_i-1の実測プロファイルＳを元にして、図５に示すような参照プロファイルＴ１を算出する。参照プロファイルＴ１は、ダイシングラインＣ_i-1の実測プロファイルＳの第１の領域Ｍ１に対応した部分を直線近似又は曲線近似する近似処理を行うことで求めることができる。近似処理は、本発明の「平滑化処理」の一例である。

さらに参照プロファイル算出部６２は、上記のようにして求めた参照プロファイルＴ１の傾き（絶対値）を修正する処理（傾き修正処理）を行う。具体的には、参照プロファイルＴ１において、被加工物Ｗの表面位置の変化量（表面変位量）ΔＺ（絶対値）と予め設定した閾値Ｒとを比較し、表面変位量ΔＺが閾値Ｒを超える場合には、表面変位量ΔＺが閾値Ｒよりも小さくなるように参照プロファイルＴ１を修正する。なお、傾き修正処理後の参照プロファイルを符号Ｔ２で示す。参照プロファイル算出部６２は、傾き修正処理後の参照プロファイルＴ２（Ｔ）をＡＦ制御部５６に対して出力する。

ＡＦ制御部５６には、プロファイル取得部５８で取得された実測プロファイルＳが入力されるとともに、参照プロファイル算出部６２で算出された参照プロファイルＴ（傾き修正処理後の参照プロファイルＴ２）が入力される。

ＡＦ制御部５６は、対象ラインであるダイシングラインＣ_iに沿った被加工物Ｗの表面位置を凹凸形状測定部３０で測定しながら、その測定結果に基づいてアクチュエータ２５を制御する際、第１の領域Ｍ１では、対象ラインの実測プロファイルＳ（第１のプロファイル）ではなく、対象ラインに近接した参照ライン（対象ラインよりも先に実測プロファイルＳが取得されたライン）であるダイシングラインＣ_i-1の実測プロファイルＳ（第２のプロファイル）を元に算出された参照プロファイルＴに従って制御を行う。

参照プロファイル算出部６２で算出された参照プロファイルＴには、被加工物Ｗの表面の凹凸が局所的に発生する部分が存在せず、しかも第１の領域Ｍ１全体における傾きが緩やかなものとなっている。したがって、第１の領域Ｍ１において、参照プロファイルＴに基づいた制御を行うことにより、加工用レーザー光Ｌ１の焦点位置と目標値とが大きくずれることがなく、これらの差であるフォーカスずれ量を低減することが可能となる。

また、ＡＦ制御部５６は、第２の領域Ｍ２では、プロファイル取得部５８で取得された実測プロファイルＳ（第１のプロファイル）に従って制御を行う。第２の領域Ｍ２では、第１の領域Ｍ１に比べて被加工物Ｗの厚みばらつきが少ないため、被加工物Ｗの表面の凹凸形状に追従しながら加工用レーザー光Ｌ１の焦点位置を安定して制御することが可能となる。これにより、被加工物Ｗの内部に改質領域Ｐを精度よく安定して形成することが可能となる。

なお、ｉ＝１の場合、すなわち、最初のダイシングラインＣ₁が対象ラインとなる場合には、プロファイル記憶部６０の中に参照ラインの実測プロファイルが存在しない。そのため、このような場合には、最初のダイシングラインＣ₁に沿って改質領域Ｐを形成する前に、ダイシングラインＣ₁の実測プロファイルＳを事前に取得しておき、その実測プロファイルＳに基づいて参照プロファイルＴを算出すればよい。

また、本実施形態では、被加工物Ｗに設定された複数のダイシングラインＣ₁〜Ｃ_nを１ラインずつ順に、各ダイシングラインＣ_i（ｉ＝１，２・・・ｎ）に沿って改質領域Ｐを形成する場合について説明したが、対象ラインであるダイシングラインＣ_iと参照ラインであるダイシングラインＣ_i-1とが空間的に離れており、これらの実測プロファイルの類似性を担保できない程度にライン同士が離間している場合には、最初のダイシングラインＣ₁の場合と同様に、ダイシングラインＣ_iの実測プロファイルＳを事前に取得してから、その実測プロファイルＳに基づいて参照プロファイルＴを算出すればよい。

また、参照プロファイル算出部６２における参照プロファイルＴ１の傾き修正処理の方法として、図５に示した方法に代えて、図７に示す参照プロファイルＴ２のように、参照プロファイルＴ１の高さを変えることなく、ダイシングラインＣ_iに沿った長さ方向に拡大する方法も考えられる。ただし、例えば図８に示すように、実測プロファイルＳにおける第１の領域Ｍ１において急激に変化する部分が含まれる場合には、実測プロファイルＳと参照プロファイルＴ２との乖離が大きくなる。そのため、このような場合においては、図９に示す参照プロファイルＴ２のように修正することで、参照プロファイルＴ２における被加工物Ｗのエッジ部の位置Ｈが変わるので実測プロファイルＳからの乖離を緩和することができる。

また、本実施形態では、ＡＦ制御部５６は、第１の領域Ｍ１では参照プロファイルＴに基づいた制御を行い、第２の領域Ｍ２では実測プロファイルＳに基づいた制御を行っているが、これらの制御の切替位置（第１の領域Ｍ１と第２の領域Ｍ２との境界部）において各プロファイルの被加工物Ｗの表面位置の差が大きいと、加工用レーザー光Ｌ１の焦点位置が大きく乱れてしまい、制御が不安定となる場合がある。これを防ぐために、参照プロファイル算出部６２は、図１０に示すように、実測プロファイルＳと参照プロファイルＴとの差が徐々に小さくなるように、参照プロファイルを修正する段差処理を行うことが好ましい（図１０の破線円で囲んだ部分を参照）。具体的には、制御ゲインを下げたり、一度に制御する距離を制御したり、移動速度を制限したり、移動平均した差を制御目標にしたりする方法などがある。これにより、参照プロファイルＴに基づいた制御から実測プロファイルＳに基づいた制御に切り替える場合でも、加工用レーザー光Ｌ１の焦点位置が大きく乱れることなく、安定した制御を実現することが可能となる。

以上説明したように本実施形態によれば、被加工物Ｗの表面位置を凹凸形状測定部３０で測定しながら、その測定結果に基づいてアクチュエータ２５を制御する際、第１の領域Ｍ１（被加工物Ｗのエッジ部近傍領域）では参照プロファイル算出部６２で算出された参照プロファイルＴに基づいた制御が行われ、第２の領域Ｍ２（被加工物Ｗのエッジ部近傍領域よりも内側の領域）ではプロファイル取得部５８で取得された実測プロファイルＳに基づいた制御が行われる。これにより、加工用レーザー光Ｌ１の焦点位置（すなわち、改質領域形成位置）を被加工物Ｗの表面の凹凸形状に追従しながら安定して制御することができるので、被加工物Ｗの内部の所望の位置に改質領域Ｐを精度よく安定して形成することが可能となる。

特に本実施形態では、対象ラインの実測プロファイルＳの中に被加工物Ｗの表面の凹凸形状への追従性能（オートフォーカスの追従性能）に影響を与えるような凹凸や段差が含まれる場合でも、参照プロファイル算出部６２において、その凹凸や段差による影響がなくなるように参照プロファイルＴが算出されるので、加工用レーザー光Ｌ１の焦点位置が大きく乱れることなく、安定した制御を実現することが可能となる。

なお、本実施形態では、上記のような凹凸や段差が含まれる場合だけでなく、被加工物Ｗの表面のラフネス（粗さ）や、被加工物Ｗの表面に形成された、検出用レーザー光Ｌ２の反射に影響を及ぼす膜（光学的特性をもった膜）などによるノイズ成分により、対象ラインの実測プロファイルＳの中に被加工物Ｗの表面の凹凸形状への追従性能に影響を与えるようなプロファイル変化が発生した場合（参照プロファイルＴの傾きが大きくなる場合）でも、参照プロファイル算出部６２において、それらの影響がなくなるように参照プロファイルＴを算出することが可能となる。したがって、加工用レーザー光Ｌ１の焦点位置が大きく乱れることなく、安定した制御を実現することが可能となる。

また、本実施形態によれば、参照プロファイルＴは、対象ラインに近接した参照ラインの実測プロファイルＳを元に算出しているので、ダイシングライン毎に毎回プロファイル計測を事前に行ってから加工する必要がなく、スループットの低下を効果的に抑えることができる。

なお、本実施形態では、対象ラインと参照ラインとが空間的に隣接している場合について説明したが、これに限らず、少なくとも空間的に近接したものであればよい。すなわち、対象ラインと参照ラインとの間に他のラインが存在していてもよい。また、対象ラインと参照ラインとは、少なくとも時間的に前後して形成されたものであればよく、必ずしも連続して形成されたものでなくてもよい。

また、本実施形態では、参照プロファイル算出部６２は、１つの参照ラインの実測プロファイルＳに基づいて参照プロファイルＴを算出しているが、これに限らず、対象ラインに近接した複数の参照ラインの実測プロファイルＳに基づいて参照プロファイルＴを算出するようにしてもよい。

また、本実施形態では、参照プロファイル算出部６２は、参照ラインの実測プロファイルＳに対して近似処理を行った後に、さらに傾き修正処理を行っているが、傾き修正処理は必ずしも必須なものではなく、近似処理のみを行うものであってもよい。この場合、参照プロファイル算出部６２は、参照プロファイルＴ１をＡＦ制御部５６に対して出力する。

また、本実施形態では、被加工物Ｗの表面（レーザー光照射面）で反射した検出用レーザー光Ｌ２の反射光を利用して被加工物Ｗの表面の凹凸形状を示すプロファイルを取得しながら、当該プロファイルに基づいて加工用レーザー光Ｌ１の焦点位置を制御する態様となっているが、これに限らず、被加工物Ｗの裏面（レーザー光照射面とは反対側の面）で反射した検出用レーザー光Ｌ２の反射光を利用して被加工物Ｗの裏面の凹凸形状を示すプロファイルを取得しながら、当該プロファイルに基づいて加工用レーザー光Ｌ１の焦点位置を制御する態様であってもよい。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と共通する部分については説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

図１１は、第２の実施形態における被加工物Ｗの平面図である。図１１に示すように、被加工物Ｗの表面には同心円状の凹み４０が存在する場合がある。

図１２は、図１１に示した被加工物Ｗにおける実測プロファイルＳの一例を示した図である。図１２では、対象ラインであるダイシングラインＣ_iの実測プロファイルＳを実線で示し、参照ラインであるダイシングラインＣ_i-1の実測プロファイルＳを破線で示している。

図１２に示すように、ダイシングラインＣ_iの実測プロファイルＳとダイシングラインＣ_i-1の実測プロファイルＳとは類似性をもっており、いずれの実測プロファイルＳにおいても同心円状の凹み４０が形成された領域は被加工物Ｗの表面の凹凸形状が急激に変化する部分となる。このような同心円状の凹み４０が形成された領域では、第１の実施形態におけるエッジ部近傍領域と同様に、加工用レーザー光Ｌ１の焦点位置を被加工物Ｗの表面の凹凸形状に十分に追従させることができず、加工用レーザー光Ｌ１の焦点位置が目標値からオーバーシュートしてしまい、目標値からのずれ量（フォーカスずれ量）が大きくなり、加工精度や加工品質を低下させる要因となる。

そこで第２の実施形態では、被加工物Ｗに同心円状の凹み４０が存在する場合には、領域設定部５７は、被加工物Ｗの表面において同心円状の凹み４０が存在する領域を第１の領域Ｍ１として設定し、それ以外の領域を第２の領域Ｍ２として設定する。なお、図示しない操作部により、ユーザーが事前に同心円状の凹み４０が発生する可能性のある領域を位置と幅とで指定しておき、領域設定部５７は、その指定された情報に従って第１の領域Ｍ１及び第２の領域Ｍ２を設定してもよい。

参照プロファイル算出部６２は、参照ラインであるダイシングラインＣ_i-1の実測プロファイルＳを平滑化処理することで参照プロファイルＴを求める。具体的には、ダイシングラインＣ_i-1の実測プロファイルＳの第１の領域Ｍ１内で凹み４０の幅と両側の土手の位置と高さとを検出し、その検出結果を利用して参照プロファイルＴを求める。例えば、参照プロファイルＴは凹み４０の両側の土手を接続して得られる直線又は曲線である。

ＡＦ制御部５６は、第１の実施形態と同様に、第１の領域Ｍ１では参照プロファイル算出部６２で算出された参照プロファイルＴに基づいた制御を行い、第２の領域ではプロファイル取得部５８で取得された実測プロファイルＳに基づいた制御を行う。

したがって、本実施形態によれば、被加工物Ｗの表面に同心円状の凹み４０が存在する場合でも、その影響を受けることなく、加工用レーザー光Ｌ１の焦点位置を被加工物Ｗの表面の凹凸形状に追従しながら安定して制御することができるので、被加工物Ｗの内部の所望の位置に改質領域Ｐを精度よく安定して形成することが可能となる。

なお、本実施形態では、被加工物Ｗの表面には同心円状の凹み４０が存在する場合を一例に説明したが、被加工物Ｗの端部に直線状の構造物が存在する場合や、凹み（窪み）ではなく突起状の構造物が存在する場合においても、本発明を同様に適用することが可能である。

なお、本実施形態は、上述した第１の実施形態と組み合わせもよい。すなわち、領域設定部５７は、被加工物Ｗの表面において同心円状の凹み４０が存在する領域と、被加工物Ｗのエッジ部近傍領域とを第１の領域Ｍ１として設定し、それ以外の領域を第２の領域Ｍ２として設定してもよい。

本発明の一例について詳細に説明したが、本発明は、これに限定されず、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、１２…ステージ、２０…光学系装置、２１…レーザー光源、２３…ダイクロイックミラー、２４…集光レンズ、２５…アクチュエータ、３０…凹凸形状測定部、４０…凹み、５０…制御装置、５２…主制御部、５４…演算処理部、５６…ＡＦ制御部、５７…領域設定部、５８…プロファイル取得部、６０…プロファイル記憶部、６２…参照プロファイル算出部、Ｌ１…加工用レーザー光、Ｌ２…検出用レーザー光、Ｍ１…第１の領域、Ｍ２…第２の領域、Ｓ…実測プロファイル、Ｔ…参照プロファイル

Claims (8)

1. 被加工物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、前記被加工物の分割予定ラインに沿って前記被加工物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、
   前記被加工物を第１の領域と第２の領域とに分ける領域設定部と、
   前記被加工物における複数の分割予定ラインのうち、対象ラインの前記被加工物の主面の第１のプロファイルと、前記対象ラインに近接した参照ラインの前記被加工物の主面の第２のプロファイルとを取得するプロファイル取得部と、
   前記第２のプロファイルを平滑化処理した参照プロファイルを算出する参照プロファイル算出部と、
   前記対象ラインに沿って前記改質領域を形成する際、前記第１の領域では前記参照プロファイルに基づいて改質領域形成位置を制御し、前記第２の領域では前記第１のプロファイルに基づいて改質領域形成位置を制御するＡＦ制御部と、
   を備え、
   前記プロファイル取得部により取得した前記第２のプロファイルの中の、前記ＡＦ制御部の追従性能に影響を与えるようなプロファイル変化が発生した領域を前記第１の領域とし、前記第１の領域以外の領域を前記第２の領域とする、
   レーザー加工装置。
2. 前記プロファイル変化は前記被加工物に形成された凹みによる形状変化である、
   請求項１に記載のレーザー加工装置。
3. 前記プロファイル変化は前記被加工物に形成された構造物による形状変化である、
   請求項１又は２に記載のレーザー加工装置。
4. 前記プロファイル変化は前記被加工物の表面の粗さによるノイズ成分である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。
5. 前記プロファイル変化は前記被加工物の表面に形成された膜によるノイズ成分である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。
6. 前記参照プロファイル算出部は、前記参照プロファイルの傾き（絶対値）が、前記参照プロファイルを基にした目標値と前記ＡＦ制御部により制御された前記レーザー光の焦点位置とが大きくずれないように予め設定された閾値よりも小さくなるように傾き修正処理を行う、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。
7. 前記参照プロファイル算出部は、前記第１の領域と前記第２の領域との境界部において、前記レーザー光の焦点位置が大きく乱れて制御が不安定となるのを防ぐために、前記参照プロファイルと前記第１のプロファイルとの間の段差が徐々に小さくなるように前記参照プロファイルを修正する段差処理を行う、
   請求項１から６のいずれか１項に記載のレーザー加工装置。
8. 被加工物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、前記被加工物の分割予定ラインに沿って前記被加工物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、
   前記被加工物を第１の領域と第２の領域とに分ける領域設定工程と、
   前記被加工物における複数の分割予定ラインのうち、対象ラインの前記被加工物の主面の第１のプロファイルと、前記対象ラインに近接した参照ラインの前記被加工物の主面の第２のプロファイルとを取得するプロファイル取得工程と、
   前記第２のプロファイルを平滑化処理した参照プロファイルを算出する参照プロファイル算出工程と、
   前記対象ラインに沿って前記改質領域を形成する際、前記第１の領域では前記参照プロファイルに基づいて改質領域形成位置を制御し、前記第２の領域では前記第１のプロファイルに基づいて改質領域形成位置を制御するＡＦ制御工程と、
   を備え、
   前記プロファイル取得工程により取得した前記第２のプロファイルの中の、前記ＡＦ制御工程の追従性能に影響を与えるようなプロファイル変化が発生した領域を前記第１の領域とし、前記第１の領域以外の領域を前記第２の領域とする、
   レーザー加工方法。

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