JP6160850B2 - レーザーダイシング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、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レーザーダイシング装置に関するものである。
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入射し、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表面又は裏面（レーザー光照射面）から一定の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集光点位置を制御しながら加工を行っている。
また、特許文献１に開示された技術では、検出用レーザー光の集光点位置を変位させる集光点位置変位手段を備えており、ウェーハのレーザー光照射面から深い位置に改質領域を形成する場合には、検出用レーザー光の集光点位置と加工用レーザー光の集光点位置との距離を調整することができるようになっている。これにより、ウェーハのレーザー光照射面に照射される検出用レーザー光の照射面積（スポット面積）を小さくすることができるので、ウェーハのレーザー光照射面で反射された検出用レーザー光の反射光の単位面積あたりの光量を低下させることなく、ウェーハのレーザー光照射面の高さ位置を正確に検出することが可能となる。
特開２００９−２６９０７４号公報
ところで、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の加工用レーザー光は１μｍ以上の赤外線領域の波長の光が主に用いられ、加工領域を観察するための観察用光学系で用いられる観察光は可視領域の波長の光が主に用いられる。このため、ウェーハのレーザー光照射面の高さ位置を検出するための検出用レーザー光は、加工用レーザー光の波長域と観察光の波長域との間の波長域、すなわち、０．６〜１μｍ程度の波長の光が用いられる。
また、上述したような技術では、ウェーハの表面（デバイス面）とは反対側の裏面側からレーザー光を照射して加工を行うのが一般的であるが、ウェーハの裏面には加工工程で種々の薄膜（例えば、酸化膜、窒化膜など）が形成されていることがある。この薄膜は意図して形成されたものではないので、ウェーハ毎に膜厚のばらつきがあり、さらにはウェーハの裏面の場所によるばらつきも大きいことがある。このため、ウェーハ毎やウェーハの裏面の場所によるばらつきによって検出用レーザー光の反射率が低くなる場合があり、オートフォーカス機構が正常に機能しない不具合が生じる問題がある。すなわち、ウェーハの裏面に形成された薄膜のウェーハ毎あるいは場所によるばらつきによって、オートフォーカス機構の動作に影響を及ぼしてしまい、ウェーハの表面の高さ位置の検出を迅速にかつ精度よく安定して行うことができない問題がある。
なお、ウェーハＷの裏面がレーザー光照射面となる場合だけでなく、ウェーハＷの表面（デバイス面）がレーザー光照射面となる場合についても同様な問題が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、ウェーハのレーザー光照射面に形成された薄膜のばらつきによる影響を受けることなく、ウェーハのレーザー光照射面の高さ位置の検出を精度よく安定して行うことができるレーザーダイシング装置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ダイシング装置は、ウェーハを保持するテーブルと、テーブルに保持されたウェーハの内部に改質領域を形成するための加工用レーザー光を出射する加工用レーザー光源と、加工用レーザー光源から出射された加工用レーザー光をウェーハの内部に集光する集光レンズと、集光レンズを加工用レーザー光の光軸方向に移動させることにより集光レンズによって集光される加工用レーザー光の集光点をウェーハ厚み方向に変位させる集光レンズ駆動手段と、テーブルに保持されたウェーハのレーザー光照射面の高さ位置を検出する高さ位置検出手段と、高さ位置検出手段からの検出信号に基づいて集光レンズ駆動手段を制御する制御手段と、を備えるレーザーダイシング装置であって、高さ位置検出手段は、波長の異なる複数の検出用レーザー光を出力する検出用レーザー光出力手段と、検出用レーザー光出力手段から集光レンズに至るまでの光路である照射光路に配設され、集光レンズにより集光されウェーハのレーザー光照射面に照射され反射した複数の検出用レーザー光の反射光の一部を照射光路から分岐させる光路分岐手段と、光路分岐手段により分岐された複数の検出用レーザー光の反射光を波長毎に検出する光検出手段と、光検出手段で波長毎に検出された複数の検出用レーザー光の光量に基づき、ウェーハのレーザー光照射面の変位を示す変位信号を制御手段に送る変位信号生成手段と、検出用レーザー光の集光点をウェーハ厚み方向に調整する集光点調整光学系と、を備える。
本発明の第２態様に係るレーザーダイシング装置は、第１態様において、集光点調整光学系は、照射光路上であって光路分岐手段と集光レンズとの間に配設される。
本発明の第３態様に係るレーザーダイシング装置は、第１態様において、集光点調整光学系は、光路分岐手段から光検出手段に至るまでの光路である検出光路に配設される。
本発明の第４態様に係るレーザーダイシング装置は、第１態様〜第３態様のいずれか１の態様において、検出用レーザー光出力手段は、複数の検出用レーザー光をそれぞれ出力する複数の検出用レーザー光源と、複数の検出用レーザー光源からそれぞれ出力された複数の検出用レーザー光を合成する光合成手段と、を有し、光検出手段は、光路分岐手段により分岐された複数の検出用レーザー光の反射光を波長毎に分割する波長分割手段と、波長分割手段によって分割された複数の検出用レーザー光の反射光を波長毎にそれぞれ受光する複数の検出器と、を有する。
本発明の第５態様に係るレーザーダイシング装置は、第１態様〜第３態様のいずれか１の態様において、検出用レーザー光出力手段は、複数の検出用レーザー光を波長毎に時分割で出力する時分割出力手段であり、光検出手段は、時分割出力手段に同期して複数の検出用レーザー光の反射光を波長毎に時分割で検出する時分割検出手段である。
本発明の第６態様に係るレーザーダイシング装置は、第１態様〜第５態様のいずれか１つの態様において、変位信号生成手段は、光検出手段で波長毎に検出された複数の検出用レーザー光の光量のうち最も高い光量が検出された波長の検出用レーザー光の光量に基づき、変位信号を得る。
本発明の第７態様に係るレーザーダイシング装置は、第１態様〜第５態様のいずれか１つの態様において、変位信号生成手段は、光検出手段で波長毎に検出された複数の検出用レーザー光の光量のそれぞれに対し予め定めた基準に従って重み付け加算を行うことによって変位信号を得る。
本発明の第８態様に係るレーザーダイシング装置は、第１態様〜第７態様のいずれかに１つの態様において、集光点調整光学系は、集光レンズ側から順に少なくとも正レンズ及び負レンズを有し、負レンズを照射光路に沿って移動させることにより、検出用レーザー光の集光点をウェーハ厚み方向に調整する。
本発明の第９態様に係るレーザーダイシング装置は、第１態様〜第８態様のいずれかに１つの態様において、集光点調整光学系は、複数の検出用レーザー光の反射光の波長毎の色収差を補正する色収差補正手段を備える。
本発明によれば、ウェーハのレーザー光照射面に形成された薄膜のばらつきによる影響を受けることなく、ウェーハの表面の高さ位置の検出を精度よく安定して行うことができる。その結果、ウェーハの表面から所定の加工深さに改質領域を精度よく形成することが可能となる。
第１の実施形態に係るレーザーダイシング装置の概略を示した構成図 ウェーハ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 ウェーハ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 ウェーハ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 ２分割フォトダイオードの受光面に形成される集光像の様子を示した図 ２分割フォトダイオードの受光面に形成される集光像の様子を示した図 ２分割フォトダイオードの受光面に形成される集光像の様子を示した図 ＡＦ用レーザー光の集光点とウェーハの表面との位置関係を示した図 ＡＦ信号の出力特性を示したグラフ ＡＦ用レーザー光の集光点がウェーハ厚み方向に変化する様子を示した図 ＡＦ用レーザー光の集光点がウェーハ厚み方向に変化する様子を示した図 ＡＦ用レーザー光の集光点がウェーハ厚み方向に変化する様子を示した図 第１の実施形態のレーザーダイシング装置を用いたダイシング方法の流れを示したフローチャート 図７に示すキャリブレーション動作の詳細な流れを示したフローチャート 図７に示すリアルタイム加工動作の詳細な流れを示したフローチャート 第１の実施形態におけるＡＦ信号の出力特性の一例を示した図 シミュレーションによる評価結果（加工深さ毎のＡＦ信号の出力特性）を示した図 シミュレーションによる評価結果（加工深さ毎のＡＦ信号の出力特性）を示した図 シミュレーションによる評価結果（加工深さ毎のＡＦ信号の出力特性）を示した図 シミュレーションによる評価結果（加工深さ毎のＡＦ信号の出力特性）を示した図 シミュレーションによる評価結果（加工深さ毎のＡＦ信号の出力特性）を示した図 第１の実施形態に係るレーザーダイシング装置において、３波長のＡＦ用レーザー光を用いた例を示した構成図 第２の実施形態に係るレーザーダイシング装置の概略を示した構成図 ４分割フォトダイオードの受光面を示した図 第２の実施形態におけるＡＦ信号の出力特性を示した図 第３の実施形態に係るレーザーダイシング装置の概略を示した構成図 第３の実施形態におけるＡＦ信号の出力特性を示した図 第３の実施形態に係るレーザーダイシング装置の他の構成例を示した要部構成図 第３の実施形態に係るレーザーダイシング装置の更に他の構成例を示した構成図 第４の実施形態に係るレーザーダイシング装置の概略を示した構成図 第５の実施形態に係るレーザーダイシング装置の概略を示した構成図 第５の実施形態のレーザーダイシング装置を用いたダイシング方法の流れを示したフローチャート 図２６に示すキャリブレーション動作の詳細な流れを示したフローチャート 図２６に示すリアルタイム加工動作の詳細な流れを示したフローチャート 第５の実施形態におけるＡＦ信号の出力特性の一例を示した図 第５の実施形態に係るレーザーダイシング装置において、３波長のＡＦ用レーザー光を用いた例を示した構成図 第６の実施形態に係るレーザーダイシング装置の概略を示した構成図 第６の実施形態におけるＡＦ信号の出力特性を示した図 第６の実施形態に係るダイシング装置の他の構成例を示した要部構成図 第６の実施形態に係るレーザーダイシング装置の他の構成例を示した要部構成図 第７の実施形態に係るレーザーダイシング装置の概略を示した構成図 第７の実施形態におけるＡＦ信号の出力特性を示した図 第８の実施形態に係るレーザーダイシング装置の概略を示した構成図
以下、添付図面に従って本発明の実施の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ダイシング装置の概略を示した構成図である。図１に示すように、レーザーダイシング装置１０は、ステージ１２、レーザーヘッド２０、制御部５０等で構成されている。
ステージ１２は、ＸＹＺθ方向に移動可能に構成され、ウェーハＷを吸着保持する。ウェーハＷは、表面（デバイス面）とは反対側の裏面がレーザー光照射面となるようにステージ１２上に載置される。なお、ウェーハＷの表面をレーザー光照射面としてもよい。後述する他の実施形態においても同様である。
レーザーヘッド２０は、ウェーハ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をウェーハＷに対して照射する。
制御部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、入出力回路部等からなり、レーザーダイシング装置１０の各部の動作を制御する。
レーザーダイシング装置１０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、レーザーダイシング装置１０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（Charge Coupled Device）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、レーザーダイシング装置１０の加工中、加工終了、非常停止等の稼働状況を表示する。
次に、レーザーヘッド２０の詳細構成について説明する。
図１に示すように、レーザーヘッド２０は、加工用レーザー光源１００、コリメートレンズ１０２、ダイクロイックミラー１０４、集光レンズ１０６、ＡＦ装置（オートフォーカス装置）１１０等で構成されている。
加工用レーザー光源１００は、ウェーハ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。例えば、加工用レーザー光源１００は、パルス幅が１μｓ以下であって、集光点におけるピークパワー密度が１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上となるレーザー光を出射する。
加工用レーザー光源１００から出射された加工用レーザー光Ｌ１は、コリメートレンズ１０２でコリメートされ、ダイクロイックミラー１０４を透過した後、集光レンズ１０６によりウェーハＷの内部に集光される。加工用レーザー光Ｌ１の集光点のＺ方向位置（ウェーハ厚み方向位置）は、第１アクチュエータ１０８によって集光レンズ１０６をＺ方向（加工用レーザー光Ｌ１の光軸方向）に微小移動させることにより調節される。第１アクチュエータ１０８は、集光レンズ駆動手段の一例である。なお、詳細は後述するが、第１アクチュエータ１０８は、集光レンズ１０６とウェーハＷのレーザー光照射面との距離が一定となるように、制御部５０によって駆動が制御される。
図２Ａ〜図２Ｃは、ウェーハ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２Ａは、ウェーハ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２Ｂは断続するパルス状の加工用レーザー光Ｌ１の下でウェーハ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２Ｃは、ウェーハ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２Ａに示すように、ウェーハＷのレーザー光照射面から入射した加工用レーザー光Ｌ１の集光点がウェーハＷの厚さ方向の内部に設定されていると、ウェーハＷのレーザー光照射面を透過した加工用レーザー光Ｌ１は、ウェーハＷの内部の集光点でエネルギーが集中し、ウェーハＷの内部の集光点近傍に多光子吸収によるクラック領域、溶融領域、屈折率変化領域等の改質領域が形成される。図２Ｂに示すように、断続するパルス状の加工用レーザー光Ｌ１をウェーハＷに照射して複数の改質領域Ｐ、Ｐ、…をダイシングストリートに沿って形成することで、ウェーハ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、厚さの厚いウェーハ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２Ｃに示すように、ウェーハＷの厚さ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２Ｂ、図２Ｃ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、ウェーハ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。
ＡＦ装置１１０は、ＡＦ用レーザー光（検出用レーザー光）Ｌ２をウェーハＷに対して照射し、ウェーハＷのレーザー光照射面で反射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光を受光し、その受光した反射光に基づいて、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置（Ｚ方向位置）を検出する。ＡＦ装置１１０は、高さ位置検出手段の一例である。
ＡＦ装置１１０は、ＡＦ用レーザー光Ｌ２を出力する光源部２００と、光源部２００から出力されたＡＦ用レーザー光Ｌ２を集光レンズ１０６に導く照射光学系３００と、集光レンズ１０６により集光されウェーハＷのレーザー光照射面で反射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光を検出する検出光学系４００と、検出光学系４００で検出されたＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光を利用してウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を示すＡＦ信号を生成するＡＦ信号処理部５００と、を備えている。
光源部２００は、第１光源２０２、第２光源２０４、コリメートレンズ２０６、２０８、ダイクロイックミラー２１０、集光レンズ２１２等で構成されている。光源部２００は、検出用レーザー光出力手段の一例である。
第１光源２０２及び第２光源２０４は、例えばＬＤ（Laser Diode）光源やＳＬＤ（Super Luminescent Diode）光源等からなり、互いに異なる波長のＡＦ用レーザー光（検出用レーザー光）Ｌ２ａ、Ｌ２ｂをそれぞれ出射する。ＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、加工用レーザー光Ｌ１とは異なる波長であってウェーハＷのレーザー光照射面で反射可能な波長を有する。すなわち、ＡＦ用レーザー光Ｌ２ａは第１波長域（例えば、６２０〜７５０ｎｍ）の波長を有するレーザー光（赤色レーザー光）であり、ＡＦ用レーザー光Ｌ２ｂは第１波長域とは異なる第２波長域（例えば、４５０〜４９５ｎｍ）の波長を有するレーザー光（青色レーザー光）である。第１光源２０２及び第２光源２０４は、複数の検出用レーザー光源の一例である。
第１光源２０２及び第２光源２０４から出射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、それぞれ、コリメートレンズ２０６、２０８でコリメートされ、ダイクロイックミラー２１０に導かれる。
ダイクロイックミラー２１０は、コリメートレンズ２０６、２０８を介して入射されるＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂのうち、一方のＡＦ用レーザー光Ｌ２ａを透過し、他方のＡＦ用レーザー光Ｌ２ｂを反射することにより、両方の光を同一光路に導く。ダイクロイックミラー２１０により同一光路に導かれたＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの合成光は、集光レンズ２１２により集光されて光源光（ＡＦ用レーザー光Ｌ２）として光源部２００から出力される。なお、ダイクロイックミラー２１０は、光合成手段の一例である。
照射光学系３００は、光ファイバ３０２、コリメートレンズ３０４、ナイフエッジ３０６、ハーフミラー３０８、フォーカス光学系３１０、ダイクロイックミラー１０４等で構成されている。
光源部２００から出力されたＡＦ用レーザー光Ｌ２（ＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの合成光）は、光ファイバ３０２の入射端に入射され、光ファイバ３０２を経由して光ファイバ３０２の出射端から出射される。さらに、このＡＦ用レーザー光Ｌ２は、コリメートレンズ３０４でコリメートされ、ナイフエッジ３０６によってその一部が遮光される。そして、ナイフエッジ３０６によって遮光されることなく進行した光は、ハーフミラー３０８で反射され、フォーカス光学系３１０を経由し、ダイクロイックミラー１０４で反射され、加工用レーザー光Ｌ１と同一光路に導かれる。さらに、このＡＦ用レーザー光Ｌ２は、集光レンズ１０６により集光されてウェーハＷに照射される。
ウェーハＷのレーザー光照射面で反射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光は、集光レンズ１０６により屈折され、ダイクロイックミラー１０４で反射され、フォーカス光学系３１０を経由し、ハーフミラー３０８を透過し、照射光学系３００の光路から分岐された光路上に設けられた検出光学系４００に導かれる。
なお、ハーフミラー３０８は、光路分岐手段の一例であり、照射光学系３００の光路（照射光路）に配設され、ウェーハＷのレーザー光照射面で反射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光の一部を照射光学系３００の光路から検出光学系４００の光路（検出光路）に分岐させる。
検出光学系４００は、結像レンズ４０２、ダイクロイックミラー４０４、第１検出器４０６、第２検出器４０８等で構成されている。検出光学系４００は、光検出手段の一例である。検出光学系４００に入射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光は、結像レンズ４０２を経由して、ダイクロイックミラー４０４に導かれる。
ダイクロイックミラー４０４は、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光を特定の波長の光とそれ以外の波長の光に分割する波長分割手段である。すなわち、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光のうち、第１光源２０２から出射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２ａの波長に相当する第１波長域の光は、ダイクロイックミラー４０４を透過し、第１検出器４０６に受光される。一方、第２光源２０４から出射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２ｂの波長に相当する第２波長域の光は、ダイクロイックミラー４０４で反射され、第２検出器４０８に受光される。
第１検出器４０６及び第２検出器４０８は、２分割された受光素子（光電変換素子）を有する２分割フォトダイオードからなり、それぞれの波長域の光の集光像を分割して受光し、それぞれの光量に応じた出力信号（電気信号）をＡＦ信号処理部５００に出力する。
なお、第１検出器４０６及び第２検出器４０８は、それぞれの波長域に対する色収差を考慮した位置に配置されており、同じ合焦位置を示すように調整されている。
ＡＦ信号処理部５００は、第１検出器４０６及び第２検出器４０８の少なくとも一方の検出器の各受光素子から出力された出力信号に基づいて、ウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置からのＺ方向の変位（デフォーカス距離）を示す変位信号（検出信号）としてのＡＦ信号（オートフォーカス信号）を生成して制御部５０に出力する。なお、ＡＦ信号処理部５００は、変位信号生成手段の一例である。
ここで、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位の検出原理について説明する。
図３Ａ〜図３Ｃは、検出器（第１検出器４０６及び第２検出器４０８に相当）を構成する２分割フォトダイオード６００の受光面に形成される集光像の様子を示した図である。なお、図３Ａ〜図３Ｃは、図４においてウェーハＷのレーザー光照射面がそれぞれｈ１、ｈ２、ｈ３で示す位置にあるときに、２分割フォトダイオード６００の受光面に形成される集光像の様子を示している。
まず、ウェーハＷのレーザー光照射面がｈ２の位置にある場合（図４参照）、すなわち、ウェーハＷのレーザー光照射面とＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点とが一致している場合、図３Ｂに示すように、２分割フォトダイオード６００の受光面には真ん中にシャープな像（真円）が形成される。このとき、２分割フォトダイオード６００の受光素子６００Ａ、６００Ｂで受光される光量は共に等しくなり、ウェーハＷのレーザー光照射面は合焦位置にあることが分かる。
一方、ウェーハＷのレーザー光照射面がｈ１の位置にある場合（図４参照）、すなわち、ウェーハＷのレーザー光照射面がＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点よりも集光レンズ１０６に近い位置にある場合、図３Ａに示すように、２分割フォトダイオード６００の受光面には、受光素子６００Ａ側に半円状の集光像が形成され、その大きさ（ぼけ量）はウェーハＷと集光レンズ１０６との距離に応じて変化する。
また、ウェーハＷのレーザー光照射面がｈ３の位置にある場合（図４参照）、すなわち、ウェーハＷのレーザー光照射面がＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点よりも集光レンズ１０６から遠い位置にある場合、図３Ｃに示すように、２分割フォトダイオード６００の受光面には、受光素子６００Ｂ側に半円状の集光像が形成され、その大きさ（ぼけ量）はウェーハＷと集光レンズ１０６との距離に応じて変化する。
このように、２分割フォトダイオード６００の受光素子６００Ａ、６００Ｂで受光される光量は、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位に応じて変化する。したがって、このような性質を利用してウェーハＷのレーザー光照射面の変位を検出することができる。
図５は、ＡＦ信号の出力特性を示したグラフであり、横軸はウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置からＺ方向（ウェーハ厚み方向）の変位（デフォーカス距離）を示し、縦軸はＡＦ信号の出力値を示している。なお、ウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置（原点）にＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点が一致するように予め調整されているものとする。
図５に示すように、ＡＦ信号の出力特性は、ウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置（原点）をゼロクロス点としたＳ字状の曲線となる。また、ウェーハＷのレーザー光照射面の位置が、図中に矢印で示した範囲、すなわち、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位を検出可能な測定範囲（引き込み範囲）内にあるとき、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位とＡＦ信号の出力との関係は、原点を通る単調増加曲線（又は単調減少曲線）となり、その大部分で略直線的な変化を示している。つまり、ＡＦ信号の出力がゼロであれば、ウェーハＷのレーザー光照射面がＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点と一致する合焦位置にあることが分かり、ＡＦ信号の出力がゼロでなければ、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位方向及び変位量を知ることができる。
このような出力特性を有するＡＦ信号は、ウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置からＺ方向の変位を示すウェーハ変位情報としてＡＦ信号処理部５００で生成され、制御部５０に出力される。
ここで、本実施形態におけるＡＦ信号処理部５００は、第１検出器４０６及び第２検出器４０８でそれぞれ受光された光の総受光量が多い方の検出器から出力される出力信号を用いてＡＦ信号Ｅを生成している。
具体的には、第１検出器４０６を構成する２分割フォトダイオード６００の受光素子６００Ａ、６００Ｂから出力された出力信号をそれぞれＡ１、Ｂ１とし、第２検出器４０８を構成する２分割フォトダイオード６００の受光素子６００Ａ、６００Ｂから出力された出力信号をそれぞれＡ２、Ｂ２としたとき、第１検出器４０６における出力信号の和（Ａ１＋Ｂ１）が第２検出器４０８における出力信号の和（Ａ２＋Ｂ２）以上である場合には、ＡＦ信号Ｅを、次式（１）に従って求める。
Ｅ＝（Ａ１−Ｂ１）／（Ａ１＋Ｂ１） ・・・（１）
一方、第１検出器４０６における出力信号の和（Ａ１＋Ｂ１）が第２検出器４０８における出力信号の和（Ａ２＋Ｂ２）未満である場合には、ＡＦ信号Ｅを、次式（２）に従って求める。
Ｅ＝（Ａ２−Ｂ２）／（Ａ２＋Ｂ２） ・・・（２）
すなわち、本実施形態におけるＡＦ信号処理部５００では、ＡＦ信号Ｅを求めるための検出器を、第１検出器４０６及び第２検出器４０８のうち総受光量が多い方の検出器に切り替えて使用している。これにより、常に高い反射率の波長の光を用いてＡＦ信号Ｅが生成されるので、ウェーハＷのレーザー光照射面に照射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射率が波長により変化しても、ウェーハＷのレーザー光照射面に形成された薄膜のばらつきによる影響を受けることなく、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置の検出を精度よく安定して行うことができる。
制御部５０は、ＡＦ信号処理部５００から出力されたＡＦ信号に基づいて、集光レンズ１０６とウェーハＷのレーザー光照射面との距離が一定となるように、第１アクチュエータ１０８の駆動を制御する。これにより、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位に追従するように集光レンズ１０６がＺ方向（ウェーハ厚み方向）に微小移動され、ウェーハＷのレーザー光照射面から一定の距離（深さ）に加工用レーザー光Ｌ１の集光点が位置するようになるので、ウェーハＷの内部の所望の位置に改質領域を形成することができる。なお、制御部５０は、制御手段の一例である。
以上のように構成されるＡＦ装置１１０には、照射光学系３００の光路にフォーカス光学系３１０が配設されている。具体的には、ダイクロイックミラー１０４とハーフミラー３０８との間の光路にフォーカス光学系３１０が配設されている。
フォーカス光学系３１０は、集光点調整光学系の一例であり、加工用レーザー光Ｌ１の集光点とは独立してＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点をＺ方向（ウェーハ厚み方向）に調整する。このフォーカス光学系３１０は、少なくとも照射光学系３００の光路に沿って移動可能に構成された移動レンズを含む複数のレンズからなり、本例では、被写体側（ウェーハＷ側）から順に、照射光学系３００の光路に沿って移動不能に設けられた固定レンズ（正レンズ）３１２と、照射光学系３００の光路に沿って移動可能に設けられた移動レンズ（負レンズ）３１４とから構成される。
第２アクチュエータ３１６は、移動レンズ３１４を照射光学系３００の光路に沿って移動させる。移動レンズ３１４が照射光学系３００の光路に沿って移動すると、加工用レーザー光Ｌ１の集光点のＺ方向位置は固定された状態で、移動レンズ３１４の移動方向及び移動量に応じてＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点のＺ方向位置が変化する。すなわち、加工用レーザー光Ｌ１の集光点とＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点との相対的な距離が変化する。
制御部５０は、ＡＦ信号処理部５００から出力されるＡＦ信号に基づいて、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点がウェーハＷのレーザー光照射面に一致するように（具体的には、ＡＦ信号の出力がゼロとなるように）、第２アクチュエータ３１６の駆動を制御する。
本実施形態のように、ダイクロイックミラー１０４によりＡＦ用レーザー光Ｌ２が加工用レーザー光Ｌ１と同一光路に導かれる構成においては、改質領域の加工深さを変えるために集光レンズ１０６とウェーハＷとの相対的な距離が変化すると、加工用レーザー光Ｌ１の集光点とともにＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点もウェーハＷに対するＺ方向位置が変化する。
例えば、図６Ａに示すように、ウェーハＷのレーザー光照射面から浅い位置に改質領域を形成する場合において、ウェーハＷのレーザー光照射面にＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点が一致していたとする。このような場合、図６Ｂに示すように、ウェーハＷのレーザー光照射面から深い位置に改質領域を形成するために、集光レンズ１０６とウェーハＷとの相対的な距離を変化させると、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点がウェーハＷのレーザー光照射面からＺ方向（ウェーハ厚み方向）に大きくずれてしまう。そして、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点とウェーハＷのレーザー光照射面との距離が測定範囲（引き込み範囲）を超えてしまうと、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位を検出することができなくなってしまう。特に、集光レンズ１０６は高ＮＡ（numerical aperture）レンズが用いられるため、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位を検出可能な測定範囲がＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点（合焦位置）の近傍に限られるため、上記問題はより顕著なものとなる。
かかる問題に対処するため、本実施形態のＡＦ装置１１０では、加工用レーザー光Ｌ１の集光点の位置を変えることなく、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点の位置を変化させることができるようにするために、フォーカス光学系３１０が照射光学系３００の光路上に設けられている。これにより、図６Ａに示した状態から図６Ｂに示した状態のように、改質領域の加工深さを変化させるために集光レンズ１０６とウェーハＷとの相対的な距離が変化する場合においても、上記のようにフォーカス光学系３１０の移動レンズ３１４を照射光学系３００の光路に沿って移動させることにより、図６Ｃに示した状態のように、加工用レーザー光Ｌ１の集光点のＺ方向位置を固定した状態で、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点をウェーハＷのレーザー光照射面に一致させることが可能となる。
したがって、改質領域の加工深さが変化する場合においても、加工用レーザー光Ｌ１の集光点とＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点との間隔を調整することができるので、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点をウェーハＷのレーザー光照射面に一致させることができ、ウェーハＷのレーザー光照射面で反射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光の単位面積あたりの光量が低下することなく、ウェーハＷのＺ方向位置（高さ位置）を正確に検出することが可能となる。
次に、本実施形態のレーザーダイシング装置１０を用いたダイシング方法について説明する。図７は、本実施形態のレーザーダイシング装置１０を用いたダイシング方法の流れを示したフローチャートである。
図７に示すように、レーザーダイシング装置１０は、後述するリアルタイム加工動作に先立って、ＡＦ信号の出力特性を測定するキャリブレーション動作を実行する（ステップＳ１０）。
キャリブレーション動作が完了した後、レーザーダイシング装置１０は、ウェーハＷ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Ｌ１の集光点のＺ方向位置を調整しながらウェーハＷの内部に改質領域を形成するリアルタイム加工動作を実行する（ステップＳ１２）。
図８は、図７に示すキャリブレーション動作の詳細な流れを示したフローチャートである。
まず、制御部５０は、第２アクチュエータ３１６の駆動を制御して、フォーカス光学系３１０の移動レンズ３１４を改質領域の加工深さに応じた位置に移動させる（ステップＳ２０）。なお、制御部５０のメモリ部（不図示）には、改質領域の加工深さとフォーカス光学系３１０の移動レンズ３１４の位置との対応関係が保持されている。
続いて、制御部５０は、ステージ１２の移動を制御して、ウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置を集光レンズ１０６の直下に移動させる（ステップＳ２２）。なお、ウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置は、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点を一致させる位置であって、ウェーハＷのレーザー光照射面のＺ方向の変位の基準となる位置なので、ウェーハＷのレーザー光照射面の段差が少ない部分（平滑面）であることが望ましく、例えば、ウェーハＷの外周部を除く中央部分の所定位置を基準位置とする。
続いて、制御部５０は、第２アクチュエータ３１６の駆動を制御して、ＡＦ信号処理部５００から出力されるＡＦ信号がゼロとなるように、フォーカス光学系３１０の移動レンズ３１４を照射光学系３００の光路に沿って移動させる（ステップＳ２４）。これにより、図６Ｂに示すように、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点とウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置とにずれがある場合でも、図６Ｃに示すように、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点がウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置と一致するように集光点調整が行われる。なお、制御部５０は、メモリ部（不図示）に保持されているフォーカス光学系３１０の移動レンズ３１４の位置を、集光点調整後の移動レンズ３１４の位置（補正位置）に書き換える。
このとき、ＡＦ信号処理部５００では、第１検出器４０６及び第２検出器４０８のうち総受光量が多い方の検出器を構成する２分割フォトダイオード６００の受光素子６００Ａ、６００Ｂから出力された出力信号に基づいてＡＦ信号を生成する。このため、ウェーハＷのレーザー光照射面に形成された薄膜のばらつき（ウェーハＷ毎あるいは場所によるばらつき）による影響を受けることなく、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を安定かつ精度よく検出することができる。
続いて、制御部５０は、第１アクチュエータ１０８の駆動を制御して、集光レンズ１０６をＺ方向に沿って移動可能範囲の全体にわたって移動させながらＡＦ信号処理部５００から出力されるＡＦ信号の出力特性を測定して、その出力特性をルックアップテーブルとしてメモリ部（不図示）に保持しておく（ステップＳ２６）。
なお、ウェーハＷの内部に改質領域の層を複数形成する場合には、ステップＳ２０からステップＳ２６までの処理を改質領域の加工深さ毎に実行する。
以上の処理により、制御部５０は、図７のステップＳ１２のリアルタイム加工動作において、メモリ部（不図示）に保持されたルックアップテーブルを参照することにより、ＡＦ信号処理部５００から出力されるＡＦ信号の出力値からウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置からのＺ方向の変位（デフォーカス距離）を簡単に求めることができるので、リアルタイム加工動作における加工効率（スループット）を向上させることが可能となる。
図９は、図７に示すリアルタイム加工動作の詳細な流れを示したフローチャートである。
まず、制御部５０は、図８のステップＳ２０と同様に、第２アクチュエータ３１６の駆動を制御して、フォーカス光学系３１０の移動レンズ３１４を改質領域の加工深さに応じた位置に移動させる（ステップＳ３０）。このとき、制御部５０は、メモリ部（不図示）に保持されている移動レンズ３１４の位置（補正位置）に移動させる。これにより、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点がウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置と一致し、ＡＦ装置１１０は、ウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置を基準としたＺ方向の変位を検出することが可能となる。
続いて、制御部５０は、ステージ１２の移動を制御して、ステージ１２に吸着保持されたウェーハＷを所定の加工開始位置に移動させる（ステップＳ３２）。
続いて、制御部５０は、加工用レーザー光源１００をＯＮとした後、ウェーハＷを水平方向（ＸＹ方向）に移動させながら、加工用レーザー光源１００から出射された加工用レーザー光Ｌ１により、ダイシングストリートに沿ってウェーハＷの内部に改質領域を形成する（ステップＳ３４）。
このとき、制御部５０は、加工用レーザー光源１００をＯＮにするタイミングと略同時、或いはそれよりも先のタイミングで、第１光源２０２及び第２光源２０４をＯＮとする。これにより、加工用レーザー光Ｌ１とＡＦ用レーザー光Ｌ２（互いに波長の異なる２つのＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの合成光）が集光レンズ１０６によりウェーハＷに向かって集光される。そして、ウェーハＷのレーザー光照射面に照射され反射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光は、ダイクロイックミラー４０４で互いに異なる波長に分割され、分割された各々の光は第１検出器４０６及び第２検出器４０８にそれぞれ受光される。ＡＦ信号処理部５００は、第１検出器４０６及び第２検出器４０８のうち総受光量が多い方の検出器から出力された出力信号に基づいて、ウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置からのＺ方向の変位を示すＡＦ信号を生成して制御部５０に出力する。
そして、制御部５０は、ＡＦ信号処理部５００から出力されるＡＦ信号に基づいて、第１アクチュエータ１０８の駆動を制御することによって、加工用レーザー光Ｌ１の集光点のＺ方向位置を調整しながら、ウェーハＷの内部に改質領域を形成する。
続いて、制御部５０は、ウェーハＷの全てのダイシングストリートに対して改質領域の形成が終了しているか否かを判断する（ステップＳ３６）。全てのダイシングストリートに対して改質領域の形成が終了していない場合（Ｎｏの場合）、次のダイシングストリートに移動し（ステップＳ３８）、そのダイシングストリートについてステップＳ３４からステップＳ３６までの処理を繰り返す。一方、全てのダイシングストリートに対して改質領域の形成が終了した場合（Ｙｅｓの場合）、次のステップＳ４０に進む。
続いて、制御部５０は、全ての加工深さについて改質領域の形成が終了しているか否かを判断する（ステップＳ４０）。全ての加工深さについて改質領域の形成が終了していない場合には、次の加工深さに移動し（ステップＳ４２）、ステップＳ３０からステップＳ４０までの処理を繰り返す。一方、全ての加工深さについて改質領域の形成が終了した場合には、リアルタイム加工動作を終了する。
このようにして、ウェーハの内部の所望の位置に改質領域を形成することにより、改質領域を起点としてウェーハＷを複数のチップに分割することが可能となる。
図１０は、第１の実施形態におけるＡＦ信号の出力特性の一例を示した図であり、改質領域の加工深さを０〜８００μｍの範囲で変化させたときの出力特性を示している。
本実施形態では、改質領域の加工深さに応じてＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点のＺ方向位置がウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置と一致するように調節されるので、図１０に示すように、各加工深さに対応するＡＦ信号の出力特性は略揃ったものとなり、いずれもウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置（原点）をゼロクロス点としたＳ字状の曲線となる。したがって、このような出力特性を有するＡＦ信号を用いてリアルタイム加工動作を実行することにより、改質領域の加工深さの変更に影響されることなく、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位を安定かつ高精度に検出することが可能となる。
以上のとおり、本実施形態では、互いに波長の異なる２つのＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを用いてウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を検出しているので、ウェーハＷのレーザー光照射面に形成される薄膜のばらつきによる影響を受けることなく、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を安定かつ精度よく検出することが可能となる。
また、本実施形態では、ＡＦ用レーザー光Ｌ２を集光レンズ１０６に導くための照射光学系３００の光路上であってダイクロイックミラー１０４とハーフミラー３０８との間には、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点をＺ方向（ウェーハ厚み方向）に調整する集光点調整光学系としてフォーカス光学系３１０が設けられている。このため、改質領域の加工深さの変化に伴い、集光レンズ１０６とウェーハＷとの相対的距離が変化する場合でも、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点がウェーハＷのレーザー光照射面に一致させるように調整することができるので、ウェーハのレーザー光照射面から所定の加工深さに改質領域を精度よく形成することが可能となる。
また、本実施形態では、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、集光レンズ１０６とフォーカス光学系３１０との光学的距離とフォーカス引き込み範囲、フォーカス感度には相関があり、良好な結果を得るためには、この光学的距離をある範囲に保つことが必要であることを見出した。具体的には、集光レンズ１０６の射出瞳とフォーカス光学系３１０の固定レンズ（正レンズ）３１２との光学的距離Ｄが長すぎると加工深さ毎のＡＦ信号の出力特性のばらつきが大きくなることから、光学的距離Ｄは１２０ｍｍ以下であることが好ましい。
ここで、上述した本実施形態のレーザーダイシング装置１０と実質的に等価なモデルを用いてシミュレーションを行い、光学的距離Ｄを変化させたときの加工深さ毎のＡＦ信号の出力特性（ＡＦ特性）の変化について評価した結果について図１１及び図１２を参照して説明する。
図１１及び図１２は、光学的距離Ｄをそれぞれ所定値に設定したときの加工深さ毎のＡＦ信号の出力特性を示したものである。なお、Ｄの単位はｍｍとする（以下、同様とする）。
図１１はＤ＝３０とした場合であり、図１２はＤ＝９０とした場合である。これらの図に示すように、光学的距離Ｄが長くなるにつれて、フォーカス引き込み範囲は広くなるものの、ＡＦ信号の出力特性のカーブの傾き（合焦位置（すなわち、デフォーカス距離＝０）を中心とした比例関係にある略直線部分の傾き）が緩やかのものとなり、フォーカス感度が低下する傾向にある。また、加工深さ毎のＡＦ信号の出力特性のばらつきが大きくなる。
したがって、集光レンズ１０６の射出瞳とフォーカス光学系３１０の固定レンズ３１２との光学的距離Ｄは１２０ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、フォーカス感度が高く、フォーカス引き込み範囲が広く、加工深さによらず安定したＡＦ特性を得ることが可能となる。
また、本実施形態では、フォーカス光学系３１０は、固定レンズ（正レンズ）３１２及び移動レンズ（負レンズ）３１４から構成されるが、その固定レンズ３１２の焦点距離は２０ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることが好ましい。固定レンズ３１２の焦点距離が長すぎると移動レンズ３１４の移動量が大きくなりすぎる。また、固定レンズ３１２の焦点距離が短すぎると加工深さ毎のＡＦ信号の出力特性のばらつきが大きくなる。したがって、これらの点を考慮すると、固定レンズ３１２の焦点距離は上記範囲であることが好ましく、移動レンズ３１４の移動量を小さくでき、かつ加工深さ毎のＡＦ信号の出力特性のばらつきを小さくすることができる。
また、本実施形態では、固定レンズ３１２の焦点距離（絶対値）と移動レンズ３１４との焦点距離（絶対値）との差が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましい。固定レンズ３１２と移動レンズ３１４との焦点距離の差が２ｍｍよりも小さい場合には、ウェーハＷのレーザー光照射面にＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点を調整する際に固定レンズ３１２と移動レンズ３１４との距離が短くなりすぎるため、フォーカス光学系３１０を構成する上で困難となる。一方、この焦点距離の差が大きすぎると、移動レンズ３１４の焦点距離が小さくなり、収差上の観点から望ましくない。これらの点を考慮すると、固定レンズ３１２の焦点距離（絶対値）と移動レンズ３１４との焦点距離（絶対値）との差は２ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましく、フォーカス光学系３１０を容易に構成することができ、収差の発生を抑制することができる。
また、本実施形態では、集光レンズ１０６により集光されウェーハＷのレーザー光照射面に照射されるＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光像（ピンホール像）の直径（スポット径）Ｎは５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
ここで、上述した本実施形態のレーザーダイシング装置１０と実質的に等価なモデルを用いてシミュレーションを行い、スポット径Ｎを変化させたときの加工深さ毎のＡＦ特性の変化について評価した結果について図１３〜図１５を参照して説明する。
図１３〜図１５は、スポット径Ｎをそれぞれ所定値に設定したときの加工深さ毎のＡＦ信号の出力特性を示したものである。なお、Ｎの単位はμｍとする。また、光学的距離Ｄは６０ｍｍとした。
図１３は、Ｎ＝１０とした場合のＡＦ信号の出力特性を示した図である。図１３に示すように、Ｎ＝１０とした場合には、合焦位置（デフォーカス距離＝０）付近でＡＦ信号の出力特性のカーブが急激に変化し、合焦位置以外ではほぼ一定の値となっている。
図１４は、Ｎ＝１００とした場合のＡＦ信号の出力特性を示した図である。図１４に示すように、Ｎ＝１００とした場合には、Ｎ＝１０とした場合に比べて（図１３参照）、合焦位置付近のＡＦ信号の出力特性のカーブの変化が緩やかなものとなる。このことから、フォーカス引き込み範囲を拡大するためには、スポット径Ｎを大きくすればよいことが分かる。
図１５は、Ｎ＝２００とした場合のＡＦ信号の出力特性を示した図である。図１５に示すように、Ｎ＝２００とした場合には、ＡＦ信号の出力特性のカーブの振幅が減少し、そのカーブに変曲点が発生する現象が生じる。また、改質領域の加工深さが深くなるほど、ＡＦ信号の出力特性のカーブの傾き（合焦位置を中心とした比例関係にある略直線部分の傾き）が緩やかなものとなり、フォーカス感度が低下する問題も生じる。
これらの結果から分かるように、スポット径Ｎは５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、フォーカス感度が高く、フォーカス引き込み範囲が広く、加工深さによらず安定したＡＦ特性を得ることが可能となる。
このように本実施形態では、集光レンズ１０６の射出瞳とフォーカス光学系３１０との光学的距離や、集光レンズ１０６によるＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光像の直径（スポット径）を所望の範囲に設定することにより、ＡＦ感度が高く、引き込み範囲が広く、加工深さによらず安定したＡＦ特性を得ることが可能となる。したがって、改質領域の加工深さによらず、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を迅速にかつ精度よく安定して検出することができる。その結果、ウェーハＷのレーザー光照射面にばらつきがあっても、ウェーハＷのレーザー光照射面から所定の加工深さに改質領域を精度よく形成することが可能となる。
なお、本実施形態では、第１検出器４０６及び第２検出器４０８のうち総受光量の多い方の検出器から出力される出力信号を用いたが、これに限らず、第１検出器４０６及び第２検出器４０８でそれぞれ受光された光量に対し予め定めた基準に従って重み付け加算を行うことによってＡＦ信号を得るようにしてもよい。例えば、第１検出器４０６で受光された光量をＳ１とし、第２検出器４０８で受光された光量をＳ２としたとき、Ｓ１、Ｓ２に対してそれぞれ重み係数α、β（但し、α、β＞０）を乗じたものを加算したものを用いてもよい。また、Ｓ１、Ｓ２をそれぞれ二乗して加算したものを用いてもよいし、他の重み付けの方法を用いてもよい。
また、本実施形態では、互いに波長が異なる２つのＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂが用いられるため、第１検出器４０６及び第２検出器４０８は、それぞれの波長域に対する色収差を考慮した位置に配置される構成としたが、これに限らず、例えば、色収差補正手段としてフォーカス光学系３１０内に貼り合わせレンズを含んでいてもよい。この場合、フォーカス光学系３１０は色収差補正手段として機能するので、図１６に示す例のように、検出光学系４００において、ダイクロイックミラー４０４、ならびに第２検出器４０８が不要となり、ＡＦ装置１１０の装置構成を簡素化することが可能となる。
また、本実施形態では、互いに波長が異なる２つのＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを用いてウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を検出する場合について説明したが、これに限らず、互いに波長が異なる３つ以上のＡＦ用レーザー光を用いてもよい。例えば、図１６の光源部２００で示すように、異なる３種類の波長のレーザー光を出力するピッグテールタイプのＬＤ（Laser Diode：２０２、２０４、２０５）を、レーザーコンバイナ２０１を介して１つのファイバに結合する。そして、ＬＤ２０２、２０４および２０５から出力されるレーザー光をレーザーコンバイナ２０１を介して出力することで、出力するレーザー光の波長を選択したり、レーザー光を混合して出力することが可能となる。
また、本実施形態では、第１検出器４０６及び第２検出器４０８が２分割フォトダイオードで構成される例を示したが、これに限らず、光量バランスを測定できるもの（例えば、４分割フォトダイオード、２次元撮像素子等）を用いてもよい。
また、本実施形態では、光ファイバ３０２を用いているが、レイアウト上の問題がなければ、コリメートレンズ３０４の前側焦点位置に光源像を直接作り、光ファイバ３０２を省略してもかまわない。
（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、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。
図１７は、第２の実施形態に係るレーザーダイシング装置の概略を示した構成図である。図１７中、図１と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
第２の実施形態は、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を検出する方法として、非点収差法を用いるものである。
図１７に示すように、ＡＦ装置１１０の光源部２００から出力されたＡＦ用レーザー光Ｌ２は、光ファイバ３０２を経由して、コリメートレンズ３０４でコリメートされ、その一部が遮光されることなく、ハーフミラー３０８で反射される。さらに、このＡＦ用レーザー光Ｌ２は、フォーカス光学系３１０、ダイクロイックミラー１０４を経由して、集光レンズ１０６により集光されてウェーハＷに照射される。ウェーハＷのレーザー光照射面で反射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光は、ＡＦ用レーザー光Ｌ２と同一光路を逆向きに進み、その光路上に配置されるハーフミラー３０８を透過し、照射光学系３００の光路から分岐した光路に設けられた検出光学系４００に導かれる。
検出光学系４００は、ダイクロイックミラー４０４、結像レンズ４１０、４１２、シリンドリカルレンズ４１４、４１６、第１検出器４１８、第２検出器４２０等で構成されている。
ダイクロイックミラー４０４は、第１の実施形態と同様に、検出光学系４００に導かれたＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光を特定の波長の光とそれ以外の波長の光に分割する。すなわち、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光のうち、第１光源２０２から出射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２ａの波長に相当する第１波長域の光は、ダイクロイックミラー４０４を透過し、結像レンズ４１０、シリンドリカルレンズ４１４を経由して、第１検出器４１８に受光される。一方、第２光源２０４から出射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２ｂの波長に相当する第２波長域の光は、ダイクロイックミラー４０４で反射され、結像レンズ４１２、シリンドリカルレンズ４１６を経由して、第２検出器４２０に受光される。なお、シリンドリカルレンズ４１４、４１６は、ダイクロイックミラー４０４で波長域毎に分割された光にそれぞれ非点収差を付与する非点収差付与手段である。
第１検出器４１８及び第２検出器４２０は、４分割された受光素子を有する４分割フォトダイオードからなり、それぞれの波長域の光の集光像を分割して受光し、それぞれの光量に応じた出力信号をＡＦ信号処理部５００に出力する。
非点収差法によるウェーハＷのレーザー光照射面の変位の検出原理については公知であるため（例えば特開２００９−１５２２８８号公報参照）、ここでは詳細な説明は省略するが、簡単に説明すれば、検出器（第１検出器４１８及び第２検出器４２０に相当）を構成する４分割フォトダイオードの受光面上に形成されるＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光の集光像は、ウェーハＷのレーザー光照射面とＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点が一致している場合には真円となる。一方、ウェーハＷのレーザー光照射面とＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点がずれている場合には、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位方向に応じて集光像が縦方向又は横方向に引き伸ばされた楕円となり、その大きさはウェーハＷのレーザー光照射面の変位量に依存する。したがって、この性質を利用することで、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位を検出することができる。
図１８は、４分割フォトダイオードの受光面を示した図である。同図に示すように、４分割フォトダイオード６０２は、４つの受光素子（光電変換素子）６０２Ａ〜６０２Ｄを有し、各受光素子６０２Ａ〜６０２Ｄは、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光の集光像を分割して受光し、それぞれの光量に応じた出力信号をＡＦ信号処理部５００に出力する。
ＡＦ信号処理部５００は、第１検出器４１８を構成する４分割フォトダイオード６０２の受光素子６０２Ａ〜６０２Ｄから出力された出力信号をそれぞれＡ１〜Ｄ１とし、第２検出器４２０を構成する４分割フォトダイオード６０２の受光素子６０２Ａ〜６０２Ｄから出力された出力信号をそれぞれＡ２〜Ｄ２としたとき、第１検出器４１８における出力信号の和（Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ１＋Ｄ１）が第２検出器４２０における出力信号の和（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）以上である場合には、ＡＦ信号Ｅを、次式（３）に従って求める。
Ｅ＝{（Ａ１＋Ｃ１）−（Ｂ１＋Ｄ１）}／{（Ａ１＋Ｃ１）＋（Ｂ１＋Ｄ１）} ・・・（３）
一方、第１検出器４１８における出力信号の和（Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ１＋Ｄ１）が第２検出器４２０における出力信号の和（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）未満である場合には、ＡＦ信号Ｅを、次式（４）に従って求める。
Ｅ＝{（Ａ２＋Ｃ２）−（Ｂ２＋Ｄ２）}／{（Ａ２＋Ｃ２）＋（Ｂ２＋Ｄ２）} ・・・（４）
かかる構成によれば、制御部５０は、ＡＦ信号処理部５００から出力されるＡＦ信号に基づいて、上述した第１の実施形態と同様に、第１アクチュエータ１０８や第２アクチュエータ３１６の駆動を制御することができるので、改質領域の加工深さに対する変更に影響を受けることなく、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位を追従するように加工用レーザー光Ｌ１の集光点を高精度に制御することができ、ウェーハＷの内部の所望の位置に改質領域を高精度に形成することが可能となる。
なお、第１検出器４１８及び第２検出器４２０は、４分割フォトダイオードに限らず、光量バランスを測定できるものであればよく、例えば、２次元撮像素子等を用いてもよい。
図１９は、第２の実施形態におけるＡＦ信号の出力特性を示した図である。図１９に示すように、第２の実施形態では、第１の実施形態におけるＡＦ信号の出力特性（図１０参照）に比べて加工深さ毎のばらつきが大きくなっているが、フォーカス引き込み範囲は比較的広く、ＡＦ信号の出力特性のカーブの傾き（合焦位置を中心とした比例関係にある略直線部分の傾き）も大きくフォーカス感度が高く、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を安定して検出することが可能なものとなっている。
このように第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、第２の実施形態では、集光レンズ１０６の射出瞳とフォーカス光学系３１０の固定レンズ３１２との光学的距離が５０ｍｍ以下であることが好ましい。この光学的距離を上記範囲に設定することで、ＡＦ感度が高く、引き込み範囲を広く、加工深さによらず安定したＡＦ特性を得ることが可能となる。
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３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、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。
図２０は、第３の実施形態に係るレーザーダイシング装置の概略を示した構成図である。図２０中、図１と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
第３の実施形態は、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を検出する方法として、中心強度法を用いるものである。なお、中心強度法とは、２つの検出器のいずれか一方の検出器で反射光の一部を受光し、他方の検出器で反射光の全部又は一部を受光し、それぞれの検出器における受光量を用いてウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を検出する方法である。
図２０に示すように、ＡＦ装置１１０の光源部２００から出力されたＡＦ用レーザー光Ｌ２は、第２の実施形態と同様の構成を有する照射光学系３００の光路を経由して集光レンズ１０６に導かれ、集光レンズ１０６により集光されてウェーハＷに照射される。ウェーハＷのレーザー光照射面で反射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光は、照射光学系３００の光路を逆向きに進み、その光路上に配置されるハーフミラー３０８を透過し、照射光学系３００の光路から分岐した光路に設けられた検出光学系４００に導かれる。
検出光学系４００は、ダイクロイックミラー４０４、穴あきミラー４２２、４２５、結像レンズ４２６、４２８、第１検出器４３０ａ、４３０ｂ、第２検出器４３２ａ、４３２ｂ等で構成されている。
ダイクロイックミラー４０４は、第１の実施形態と同様に、検出光学系４００に導かれたＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光を特定の波長とそれ以外の波長の光に分割する。すなわち、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光のうち、第１光源２０２から出射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２ａの波長に相当する第１波長域の光は、ダイクロイックミラー４０４を透過し、その一部の光は穴あきミラー４２２の中央部分に形成される開口部を通過して第１検出器４３０ａで受光され、残りの光は穴あきミラー４２２の周辺部分の反射面で反射されて結像レンズ４２６により集光されて第１検出器４３０ｂで受光される。一方、第２光源２０４から出射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２ｂの波長に相当する第２波長域の光は、ダイクロイックミラー４０４で反射され、その一部の光は穴あきミラー４２５の中央部分に形成される開口部を通過して第２検出器４３２ａで受光され、残りの光は穴あきミラー４２５の周辺部分の反射面で反射されて結像レンズ４２８により集光されて第２検出器４３２ｂで受光される。
第１検出器４３０ａ、４３０ｂ及び第２検出器４３２ａ、４３２ｂは、受光した光量に応じた出力信号をＡＦ信号処理部５００に出力する。
ＡＦ信号処理部５００は、第１検出器４３０ａ、４３０ｂ及び第２検出器４３２ａ、４３２ｂの少なくとも一方の検出器から出力された出力信号に基づいて、ウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置からのＺ方向の変位（デフォーカス距離）を示すＡＦ信号を生成して制御部５０に出力する。
ここで、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位の検出原理について説明する。なお、第１検出器４３０ａ、４３０ｂを用いた検出原理と第２検出器４３２ａ、４３２ｂの検出原理を用いた検出原理は同様なので、これらを代表して第１検出器４３０ａ、４３０ｂを用いた検出原理について説明する。
ダイクロイックミラー４０４を透過した反射光のうち、一部の光は穴あきミラー４２２の開口部を通過して第１検出器４３０ａで受光され、残りの光は穴あきミラー４２２の周辺部分の反射面で反射されて結像レンズ４２６により集光されて第１検出器４３０ｂで受光される。このため、第１検出器４３０ａ、４３０ｂで受光される反射光の光量の和（総受光量）は、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置によらず常に一定であり、第１検出器４３０ａ、４３０ｂの出力の和は一定となる。一方、第１検出器４３０ａに受光される反射光は、穴あきミラー４２２の開口部によって受光領域が中心部分に制限されるので、集光レンズ１０６からウェーハＷのレーザー光照射面までの距離、すなわち、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置（Ｚ方向位置）によって受光量が変化する。そのため、第１検出器４３０ａの出力は、ＡＦ用レーザー光Ｌ２が照射されるウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置によって変化する。したがって、このような性質を利用することで、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位を検出することができる。
ＡＦ信号処理部５００では、第１検出器４３０ａ、４３０ｂから出力された出力信号をそれぞれＰａ、Ｐｂ、第２検出器４３２ａ、４３２ｂから出力された出力信号をそれぞれＱａ、Ｑｂとしたとき、第１検出器４３０ａ、４３０ｂにおける出力信号の和（Ｐａ＋Ｐｂ）が第２検出器４３２ａ、４３２ｂにおける出力信号の和（Ｑａ＋Ｑｂ）以上である場合には、ＡＦ信号Ｅを、次式（５）に従って求める。
Ｅ＝（Ｐａ＋Ｐｂ）／Ｐａ・・・（５）
一方、第１検出器４３０ａ、４３０ｂにおける出力信号の和（Ｐａ＋Ｐｂ）が第２検出器４３２ａ、４３２ｂにおける出力信号の和（Ｑａ＋Ｑｂ）未満である場合には、ＡＦ信号Ｅを、次式（６）に従って求める。
Ｅ＝（Ｑａ＋Ｑｂ）／Ｑａ・・・（６）
すなわち、ＡＦ信号処理部５００は、ＡＦ信号Ｅを求めるための検出器を、第１検出器４３０ａ、４３０ｂ及び第２検出器４３２ａ、４３２ｂのうち総受光量が多い方の検出器に切り替えて使用している。これにより、常に高い反射率の波長の光を用いてＡＦ信号Ｅが生成されるので、ウェーハＷのレーザー光照射面に照射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射率が波長により変化しても、ウェーハＷのレーザー光照射面に形成された薄膜のばらつきによる影響を受けることなく、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置の検出を精度よく安定して行うことができる。
かかる構成によれば、制御部５０は、ＡＦ信号処理部５００から出力されるＡＦ信号に基づいて、上述した第１の実施形態と同様に、第１アクチュエータ１０８や第２アクチュエータ３１６の駆動を制御することができるので、改質領域の加工深さに対する変更に影響を受けることなく、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位を追従するように加工用レーザー光Ｌ１の集光点を高精度に制御することができ、ウェーハＷの内部の所望の位置に改質領域を高精度に形成することが可能となる。
図２１は、第３の実施形態におけるＡＦ信号の出力特性を示した図である。図２１に示すように、第３の実施形態では、第１の実施形態におけるＡＦ信号の出力特性（図１０参照）に比べて加工深さ毎のばらつきが大きくなっているが、デフォーカス距離がマイナス方向（ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点から集光レンズ１０６に向かう方向）のフォーカス引き込み範囲が広くなっており、ウェーハＷのレーザー光入射面とＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点とがずれている場合でも、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を安定して検出することが可能となる。
このように第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、第３の実施形態では、集光レンズ１０６の射出瞳と穴あきミラー４２２，４２５（受光領域規制手段）との光学的距離が２０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であり、かつ集光レンズ１０６の射出瞳とフォーカス光学系３１０の固定レンズ３１２との光学的距離が１２０ｍｍ以下であることが好ましい。これらの光学的距離を上記範囲に設定することで、ＡＦ感度が高く、引き込み範囲を広く、加工深さによらず安定したＡＦ特性を得ることが可能となる。
なお、第３の実施形態では、受光領域規制手段である穴あきミラー４２２、４２５を用いたが、これに限らず、例えば、分割ミラーを用いてもよい。この場合、ダイクロイックミラー４０４で波長毎に分割されたＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光を分割ミラーで２つの経路に分割し、分割された各々の反射光を第１検出器４３０ａ、４３０ｂ及び第２検出器４３２ａ、４３２ｂでそれぞれ検出する。これにより、穴あきミラー４２２、４２５を用いる場合と同様にしてＡＦ信号を求めることができ、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を検出することが可能となる。
また、第３の実施形態では、図２２に示すような構成を採用することもできる。すなわち、ＡＦ用レーザー光Ｌ２を集光レンズ１０６に導く照射光学系３００の光路であってハーフミラー３０８とコリメートレンズ３０４との間には４ｆ光学系３１８が配置されてもよい。４ｆ光学系３１８は、第１リレーレンズ３２０と第２リレーレンズ３２２とから構成される。このような構成によれば、集光レンズ１０６の射出瞳と共役な面を集光レンズ１０６から物理的に離れた位置に配置することが可能となるので、照射光学系３００に配置されるコリメートレンズ３０４等の配置自由度を高めることが可能となる。
さらに第３の実施形態では、ＡＦ用レーザー光Ｌ２を検出する検出光学系４００の構成として、第１検出器４３０ａ、４３０ｂ及び第２検出器４３２ａ、４３２ｂを用いた構成を例に挙げて説明したが、必ずしもこのような構成に限定されるものではない。ＡＦ用レーザー光Ｌ２を検出する検出光学系４００の構成として、例えば、図２３に示すような構成を採用することもできる。
図２３は、第３の実施形態に係るダイシング装置の他の構成例を示した要部構成図である。図２３に示した構成例においては、図２０に示した穴あきミラー４２２、４２５に代えて、ハーフミラー４３４、４３６、マスク４３８、４４０が設けられている。
この構成例によれば、ダイクロイックミラー４０４に導かれたＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光のうち、ダイクロイックミラー４０４を透過した第１波長域の光の一部はハーフミラー４３４を透過して、光路上に中央開口を有するマスク４３８を介して第１検出器４３０ａで受光され、残りの光はハーフミラー４３４で反射され、結像レンズ４２６により第１検出器４３０ｂに１００％受光される。一方、ダイクロイックミラー４０４で反射された第２波長域の光の一部はハーフミラー４３６を透過して、光路上に中央開口を有するマスク４４０を介して第２検出器４３２ａで受光され、残りの光はハーフミラー４３６で反射され、結像レンズ４２８により第２検出器４３２ｂに１００％受光される。第１検出器４３０ｂ、第２検出器４３２ｂに受光される反射光の光量は一定であるのに対し、第１検出器４３０ａ、第２検出器４３２ａに受光される反射光の光量はウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置によって変化する。この性質を利用することで、第３の実施形態と同様にして、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を検出することが可能となる。
すなわち、ＡＦ信号処理部５００では、第１検出器４３０ａ、４３０ｂから出力された出力信号をそれぞれＰａ、Ｐｂ、第２検出器４３２ａ、４３２ｂから出力された出力信号をそれぞれＱａ、Ｑｂとしたとき、第１検出器４３０ｂにおける出力信号Ｐｂが第２検出器４３２ｂにおける出力信号Ｑｂ以上である場合には、ＡＦ信号Ｅを、次式（７）に従って求める。
Ｅ＝Ｐｂ／Ｐａ・・・（７）
一方、第１検出器４３０ｂにおける出力信号Ｐｂが第２検出器４３２ｂにおける出力信号Ｑｂ未満である場合には、ＡＦ信号Ｅを、次式（８）に従って求める。
Ｅ＝Ｑｂ／Ｑａ・・・（８）
かかる構成によれば、制御部５０は、ＡＦ信号処理部５００から出力されるＡＦ信号に基づいて、上述した第１の実施形態と同様に、第１アクチュエータ１０８や第２アクチュエータ３１６の駆動を制御することにより、改質領域の加工深さに対する変更に影響を受けることなく、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位を追従するように加工用レーザー光Ｌ１の集光点を高精度に制御することができ、ウェーハＷの内部の所望の位置に改質領域を高精度に形成することが可能となる。
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４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、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。
図２４は、第４の実施形態に係るレーザーダイシング装置の概略を示した構成図である。図２４中、図１と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
第１の実施形態では、ＡＦ装置１１０は、２つの検出器４０６、４０８を用いて波長が異なる２つのＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの反射光を同時に検出していたのに対し、第４の実施形態では、波長が異なる２つのＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを時間的に交互に出射して、ウェーハＷのレーザー光入射面で反射したＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの反射光を波長域毎に時分割的に交互に検出するものである。
すなわち、ＡＦ装置１１０は、光源部２００の第１光源２０２及び第２光源２０４のＯＮ／ＯＦＦを時分割的に交互に切り替え、その切替タイミングに同期してＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの反射光を波長域毎に１つの検出器４０６で時分割的に検出できるように構成されている。なお、光源部２００は、時分割出力手段の一例である。また、検出器４０６は、時分割検出手段の一例である。
制御部５０は、光源制御部５２と検出制御部５４とを備えている。光源制御部５２は、第１光源２０２及び第２光源２０４のＯＮ／ＯＦＦの切り替えを制御する。検出制御部５４は、光源制御部５２における切替タイミングに同期して検出器４０６の検出動作（受光動作）を制御する。
以上のような構成により、第４の実施形態においても、ＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの反射光の光量に応じた出力信号が検出器４０６から時分割的に交互に出力されるので、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。さらに第４の実施形態では、波長の異なる複数のＡＦ用レーザー光を検出するために複数の検出器を備える必要がないので、装置構成を簡略化することが可能となる。
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
図２５は、第５の実施形態に係るレーザーダイシング装置の概略を示した構成図である。図２５に示すように、レーザーダイシング装置１０は、ステージ１２、レーザーヘッド２０、制御部５０等で構成されている。
ステージ１２は、ＸＹＺθ方向に移動可能に構成され、ウェーハＷを吸着保持する。ウェーハＷは、表面（デバイス面）とは反対側の裏面がレーザー光照射面となるようにステージ１２上に載置される。なお、ウェーハＷの表面をレーザー光照射面としてもよい。後述する他の実施形態においても同様である。
レーザーヘッド２０は、ウェーハ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をウェーハＷに対して照射する。
制御部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、入出力回路部等からなり、レーザーダイシング装置１０の各部の動作を制御する。
レーザーダイシング装置１０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、レーザーダイシング装置１０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（Charge Coupled Device）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、レーザーダイシング装置１０の加工中、加工終了、非常停止等の稼働状況を表示する。
次に、レーザーヘッド２０の詳細構成について説明する。
図２５に示すように、レーザーヘッド２０は、加工用レーザー光源１００、コリメートレンズ１０２、ダイクロイックミラー１０４、集光レンズ１０６、ＡＦ装置（オートフォーカス装置）１１０等で構成されている。
加工用レーザー光源１００は、ウェーハ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。例えば、加工用レーザー光源１００は、パルス幅が１μｓ以下であって、集光点におけるピークパワー密度が１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上となるレーザー光を出射する。
加工用レーザー光源１００から出射された加工用レーザー光Ｌ１は、コリメートレンズ１０２でコリメートされ、ダイクロイックミラー１０４を透過した後、集光レンズ１０６によりウェーハＷの内部に集光される。加工用レーザー光Ｌ１の集光点のＺ方向位置（ウェーハ厚み方向位置）は、第１アクチュエータ１０８によって集光レンズ１０６をＺ方向（加工用レーザー光Ｌ１の光軸方向）に微小移動させることにより調節される。第１アクチュエータ１０８は、集光レンズ駆動手段の一例である。なお、詳細は後述するが、第１アクチュエータ１０８は、集光レンズ１０６とウェーハＷのレーザー光照射面との距離が一定となるように、制御部５０によって駆動が制御される。
加工用レーザー光Ｌ１を用いた改質領域の形成は、図２Ａ〜図２Ｃを用いて説明した例と同様に行うことができる。すなわち、図２Ａに示すように、ウェーハＷのレーザー光照射面から入射した加工用レーザー光Ｌ１の集光点がウェーハＷの厚さ方向の内部に設定されていると、ウェーハＷのレーザー光照射面を透過した加工用レーザー光Ｌ１は、ウェーハＷの内部の集光点でエネルギーが集中し、ウェーハＷの内部の集光点近傍に多光子吸収によるクラック領域、溶融領域、屈折率変化領域等の改質領域が形成される。図２Ｂに示すように、断続するパルス状の加工用レーザー光Ｌ１をウェーハＷに照射して複数の改質領域Ｐ、Ｐ、…をダイシングストリートに沿って形成することで、ウェーハ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、厚さの厚いウェーハ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２Ｃに示すように、ウェーハＷの厚さ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２Ｂ、図２Ｃ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、ウェーハ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。
ＡＦ装置１１０は、ＡＦ用レーザー光（検出用レーザー光）Ｌ２をウェーハＷに対して照射し、ウェーハＷのレーザー光照射面で反射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光を受光し、その受光した反射光に基づいて、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置（Ｚ方向位置）を検出する。ＡＦ装置１１０は、高さ位置検出手段の一例である。
ＡＦ装置１１０は、ＡＦ用レーザー光Ｌ２を出力する光源部２００と、光源部２００から出力されたＡＦ用レーザー光Ｌ２を集光レンズ１０６に導く照射光学系３００と、集光レンズ１０６により集光されウェーハＷのレーザー光照射面で反射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光を検出する検出光学系４００と、検出光学系４００で検出されたＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光を利用してウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を示すＡＦ信号を生成するＡＦ信号処理部５００と、を備えている。
光源部２００は、第１光源２０２、第２光源２０４、コリメートレンズ２０６、２０８、ダイクロイックミラー２１０、集光レンズ２１２等で構成されている。光源部２００は、検出用レーザー光出力手段の一例である。
第１光源２０２及び第２光源２０４は、例えばＬＤ（Laser Diode）光源やＳＬＤ（Super Luminescent Diode）光源等からなり、互いに異なる波長のＡＦ用レーザー光（検出用レーザー光）Ｌ２ａ、Ｌ２ｂをそれぞれ出射する。ＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、加工用レーザー光Ｌ１とは異なる波長であってウェーハＷのレーザー光照射面で反射可能な波長を有する。すなわち、ＡＦ用レーザー光Ｌ２ａは第１波長域（例えば、６２０〜７５０ｎｍ）の波長を有するレーザー光（赤色レーザー光）であり、ＡＦ用レーザー光Ｌ２ｂは第１波長域とは異なる第２波長域（例えば、４５０〜４９５ｎｍ）の波長を有するレーザー光（青色レーザー光）である。第１光源２０２及び第２光源２０４は、複数の検出用レーザー光源の一例である。
第１光源２０２及び第２光源２０４から出射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、それぞれ、コリメートレンズ２０６、２０８でコリメートされ、ダイクロイックミラー２１０に導かれる。
ダイクロイックミラー２１０は、コリメートレンズ２０６、２０８を介して入射されるＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂのうち、一方のＡＦ用レーザー光Ｌ２ａを透過し、他方のＡＦ用レーザー光Ｌ２ｂを反射することにより、両方の光を同一光路に導く。ダイクロイックミラー２１０により同一光路に導かれたＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの合成光は、集光レンズ２１２により集光されて光源光（ＡＦ用レーザー光Ｌ２）として光源部２００から出力される。なお、ダイクロイックミラー２１０は、光合成手段の一例である。
照射光学系３００は、光ファイバ３０２、コリメートレンズ３０４、ナイフエッジ３０６、ハーフミラー３０８、４ｆ光学系３１１、ダイクロイックミラー１０４等で構成されている。
光源部２００から出力されたＡＦ用レーザー光Ｌ２（ＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの合成光）は、光ファイバ３０２の入射端に入射され、光ファイバ３０２を経由して光ファイバ３０２の出射端から出射される。さらに、このＡＦ用レーザー光Ｌ２は、コリメートレンズ３０４でコリメートされ、ナイフエッジ３０６によってその一部が遮光される。そして、ナイフエッジ３０６によって遮光されることなく進行した光は、ハーフミラー３０８で反射され、４ｆ光学系３１１を経由し、ダイクロイックミラー１０４で反射され、加工用レーザー光Ｌ１と同一光路に導かれる。さらに、このＡＦ用レーザー光Ｌ２は、集光レンズ１０６により集光されてウェーハＷに照射される。
ウェーハＷのレーザー光照射面で反射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光は、集光レンズ１０６により屈折され、ダイクロイックミラー１０４で反射され、４ｆ光学系３１１を経由し、ハーフミラー３０８を透過し、照射光学系３００の光路から分岐された光路上に設けられた検出光学系４００に導かれる。
なお、ハーフミラー３０８は、光路分岐手段の一例であり、照射光学系３００の光路（照射光路）に配設され、ウェーハＷのレーザー光照射面で反射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光の一部を照射光学系３００の光路から検出光学系４００の光路（検出光路）に分岐させる。
検出光学系４００は、フォーカス光学系４０３、ダイクロイックミラー４０４、結像レンズ４０７、４０９、第１検出器４１１、第２検出器４１３等で構成されている。検出光学系４００は、光検出手段の一例である。検出光学系４００に入射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光は、フォーカス光学系４０３を経由してダイクロイックミラー４０４に導かれる。
ダイクロイックミラー４０４は、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光を特定の波長の光とそれ以外の波長の光に分割する波長分割手段である。すなわち、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光のうち、第１光源２０２から出射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２ａの波長に相当する第１波長域の光は、ダイクロイックミラー４０４を透過し、結像レンズ４０７を経由して、第１検出器４１１に受光される。一方、第２光源２０４から出射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２ｂの波長に相当する第２波長域の光は、ダイクロイックミラー４０４で反射され、結像レンズ４０９を経由して、第２検出器４１３に受光される。
第１検出器４１１及び第２検出器４１３は、２分割された受光素子（光電変換素子）を有する２分割フォトダイオードからなり、それぞれの波長域の光の集光像を分割して受光し、それぞれの光量に応じた出力信号（電気信号）をＡＦ信号処理部５００に出力する。
なお、第１検出器４１１及び第２検出器４１３は、それぞれの波長域に対する色収差を考慮した位置に配置されており、同じ合焦位置を示すように調整されている。
ＡＦ信号処理部５００は、第１検出器４１１及び第２検出器４１３の少なくとも一方の検出器の各受光素子から出力された出力信号に基づいて、ウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置からのＺ方向の変位（デフォーカス距離）を示す変位信号（検出信号）としてのＡＦ信号（オートフォーカス信号）を生成して制御部５０に出力する。なお、ＡＦ信号処理部５００は、変位信号生成手段の一例である。
ウェーハＷのレーザー光照射面の変位の検出については、図３〜図５を用いて説明した例と同様に行うことができる。
まず、ウェーハＷのレーザー光照射面がｈ２の位置にある場合（図４参照）、すなわち、ウェーハＷのレーザー光照射面とＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点とが一致している場合、図３Ｂに示すように、２分割フォトダイオード６００の受光面には真ん中にシャープな像（真円）が形成される。このとき、２分割フォトダイオード６００の受光素子６００Ａ、６００Ｂで受光される光量は共に等しくなり、ウェーハＷのレーザー光照射面は合焦位置にあることが分かる。
一方、ウェーハＷのレーザー光照射面がｈ１の位置にある場合（図４参照）、すなわち、ウェーハＷのレーザー光照射面がＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点よりも集光レンズ１０６に近い位置にある場合、図３Ａに示すように、２分割フォトダイオード６００の受光面には、受光素子６００Ａ側に半円状の集光像が形成され、その大きさ（ぼけ量）はウェーハＷと集光レンズ１０６との距離に応じて変化する。
また、ウェーハＷのレーザー光照射面がｈ３の位置にある場合（図４参照）、すなわち、ウェーハＷのレーザー光照射面がＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点よりも集光レンズ１０６から遠い位置にある場合、図３Ｃに示すように、２分割フォトダイオード６００の受光面には、受光素子６００Ｂ側に半円状の集光像が形成され、その大きさ（ぼけ量）はウェーハＷと集光レンズ１０６との距離に応じて変化する。
このように、２分割フォトダイオード６００の受光素子６００Ａ、６００Ｂで受光される光量は、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位に応じて変化する。したがって、このような性質を利用してウェーハＷのレーザー光照射面の変位を検出することができる。
図５は、ＡＦ信号の出力特性を示したグラフであり、横軸はウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置からＺ方向（ウェーハ厚み方向）の変位（デフォーカス距離）を示し、縦軸はＡＦ信号の出力値を示している。なお、ウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置（原点）にＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点が一致するように予め調整されているものとする。
図５に示すように、ＡＦ信号の出力特性は、ウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置（原点）をゼロクロス点としたＳ字状の曲線となる。また、ウェーハＷのレーザー光照射面の位置が、図中に矢印で示した範囲、すなわち、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位を検出可能な測定範囲（引き込み範囲）内にあるとき、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位とＡＦ信号の出力との関係は、原点を通る単調増加曲線（又は単調減少曲線）となり、その大部分で略直線的な変化を示している。つまり、ＡＦ信号の出力がゼロであれば、ウェーハＷのレーザー光照射面がＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点と一致する合焦位置にあることが分かり、ＡＦ信号の出力がゼロでなければ、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位方向及び変位量を知ることができる。
このような出力特性を有するＡＦ信号は、ウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置からＺ方向の変位を示すウェーハ変位情報としてＡＦ信号処理部５００で生成され、制御部５０に出力される。
ここで、本実施形態におけるＡＦ信号処理部５００は、第１検出器４１１及び第２検出器４１３でそれぞれ受光された光の総受光量が多い方の検出器から出力される出力信号を用いてＡＦ信号Ｅを生成している。
具体的には、第１検出器４１１を構成する２分割フォトダイオード６００の受光素子６００Ａ、６００Ｂから出力された出力信号をそれぞれＡ１、Ｂ１とし、第２検出器４１３を構成する２分割フォトダイオード６００の受光素子６００Ａ、６００Ｂから出力された出力信号をそれぞれＡ２、Ｂ２としたとき、第１検出器４１１における出力信号の和（Ａ１＋Ｂ１）が第２検出器４１３における出力信号の和（Ａ２＋Ｂ２）以上である場合には、ＡＦ信号Ｅを、次式（１）に従って求める。
Ｅ＝（Ａ１−Ｂ１）／（Ａ１＋Ｂ１） ・・・（１）
一方、第１検出器４１１における出力信号の和（Ａ１＋Ｂ１）が第２検出器４１３における出力信号の和（Ａ２＋Ｂ２）未満である場合には、ＡＦ信号Ｅを、次式（２）に従って求める。
Ｅ＝（Ａ２−Ｂ２）／（Ａ２＋Ｂ２） ・・・（２）
すなわち、本実施形態におけるＡＦ信号処理部５００では、ＡＦ信号Ｅを求めるための検出器を、第１検出器４１１及び第２検出器４１３のうち総受光量が多い方の検出器に切り替えて使用している。これにより、常に高い反射率の波長の光を用いてＡＦ信号Ｅが生成されるので、ウェーハＷのレーザー光照射面に照射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射率が波長により変化しても、ウェーハＷのレーザー光照射面に形成された薄膜のばらつきによる影響を受けることなく、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置の検出を精度よく安定して行うことができる。
制御部５０は、ＡＦ信号処理部５００から出力されたＡＦ信号に基づいて、集光レンズ１０６とウェーハＷのレーザー光照射面との距離が一定となるように、第１アクチュエータ１０８の駆動を制御する。これにより、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位に追従するように集光レンズ１０６がＺ方向（ウェーハ厚み方向）に微小移動され、ウェーハＷのレーザー光照射面から一定の距離（深さ）に加工用レーザー光Ｌ１の集光点が位置するようになるので、ウェーハＷの内部の所望の位置に改質領域を形成することができる。なお、制御部５０は、制御手段の一例である。
以上のように構成されるＡＦ装置１１０には、検出光学系４００の光路（検出光路）にフォーカス光学系４０３が配設されている。具体的には、ハーフミラー３０８とダイクロイックミラー４０４との間にフォーカス光学系４０３が配設されている。
フォーカス光学系４０３は、集光点調整光学系の一例であり、加工用レーザー光Ｌ１の集光点とは独立してＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点をＺ方向（ウェーハ厚み方向）に調整する。このフォーカス光学系４０３は、少なくとも検出光学系４００の光路に沿って移動可能に構成された移動レンズを含む複数のレンズからなり、本例では、被写体側（ウェーハＷ側）から順に、検出光学系４００の光路に沿って移動不能に設けられた固定レンズ（正レンズ）４１４と、検出光学系４００の光路に沿って移動可能に設けられた移動レンズ（負レンズ）４１６とから構成される。
第２アクチュエータ４１９は、移動レンズ４１６を検出光学系４００の光路に沿って移動させる。移動レンズ４１６が検出光学系４００の光路に沿って移動すると、加工用レーザー光Ｌ１の集光点のＺ方向位置は固定された状態で、移動レンズ４１６の移動方向及び移動量に応じてＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点のＺ方向位置が変化する。すなわち、加工用レーザー光Ｌ１の集光点とＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点との相対的な距離が変化する。
制御部５０は、ＡＦ信号処理部５００から出力されるＡＦ信号に基づいて、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点がウェーハＷのレーザー光照射面に一致するように（具体的には、ＡＦ信号の出力がゼロとなるように）、第２アクチュエータ４１９の駆動を制御する。
本実施形態のように、ダイクロイックミラー１０４によりＡＦ用レーザー光Ｌ２が加工用レーザー光Ｌ１と同一光路に導かれる構成においては、改質領域の加工深さを変えるために集光レンズ１０６とウェーハＷとの相対的な距離が変化すると、加工用レーザー光Ｌ１の集光点とともにＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点もウェーハＷに対するＺ方向位置が変化する。
例えば、図６Ａに示すように、ウェーハＷのレーザー光照射面から浅い位置に改質領域を形成する場合において、ウェーハＷのレーザー光照射面にＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点が一致していたとする。このような場合、図６Ｂに示すように、ウェーハＷのレーザー光照射面から深い位置に改質領域を形成するために、集光レンズ１０６とウェーハＷとの相対的な距離を変化させると、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点がウェーハＷのレーザー光照射面からＺ方向（ウェーハ厚み方向）に大きくずれてしまう。そして、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点とウェーハＷのレーザー光照射面との距離が測定範囲（引き込み範囲）を超えてしまうと、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位を検出することができなくなってしまう。特に、集光レンズ１０６は高ＮＡレンズが用いられるため、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位を検出可能な測定範囲がＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点（合焦位置）の近傍に限られるため、上記問題はより顕著なものとなる。
かかる問題に対処するため、本実施形態のＡＦ装置１１０では、加工用レーザー光Ｌ１の集光点の位置を変えることなく、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点の位置を変化させることができるようにするために、フォーカス光学系４０３が検出光学系４００の光路上に設けられている。これにより、図６Ａに示した状態から図６Ｂに示した状態のように、改質領域の加工深さを変化させるために集光レンズ１０６とウェーハＷとの相対的な距離が変化する場合においても、上記のようにフォーカス光学系４０３の移動レンズ４１６を検出光学系４００の光路に沿って移動させることにより、図６Ｃに示した状態のように、加工用レーザー光Ｌ１の集光点のＺ方向位置を固定した状態で、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点をウェーハＷのレーザー光照射面に一致させることが可能となる。
したがって、改質領域の加工深さが変化する場合においても、加工用レーザー光Ｌ１の集光点とＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点との間隔を調整することができるので、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点をウェーハＷのレーザー光照射面に一致させることができ、ウェーハＷのレーザー光照射面で反射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光の単位面積あたりの光量が低下することなく、ウェーハＷのＺ方向位置（高さ位置）を正確に検出することが可能となる。
また、本実施形態では、図２５に示すように、フォーカス光学系４０３と集光レンズ１０６との間には４ｆ光学系３１１が配設されている。４ｆ光学系３１１は、第１リレーレンズ３１３と第２リレーレンズ３１５とから構成されており、第１リレーレンズ３１３と集光レンズ１０６との距離が第１リレーレンズ３１３の焦点距離ｆ１と等しい位置に配され、第２リレーレンズ３１５とフォーカス光学系４０３との距離が第２リレーレンズ３１５の焦点距離ｆ２と等しい位置に配され、第１リレーレンズ３１３と第２リレーレンズ３１５との距離がこれらの焦点距離の和（ｆ１＋ｆ２）に等しい位置に配される。
このような構成によれば、集光レンズ１０６の射出瞳と共役な面を集光レンズ１０６から物理的に離れた位置に配置することが可能となるので、集光レンズ１０６とフォーカス光学系４０３との光学的距離を所望の範囲に容易に設定することが可能となる。
次に、本実施形態のレーザーダイシング装置１０を用いたダイシング方法について説明する。図２６は、本実施形態のレーザーダイシング装置１０を用いたダイシング方法の流れを示したフローチャートである。
図２６に示すように、レーザーダイシング装置１０は、後述するリアルタイム加工動作に先立って、ＡＦ信号の出力特性を測定するキャリブレーション動作を実行する（ステップＳ１０）。
キャリブレーション動作が完了した後、レーザーダイシング装置１０は、ウェーハＷ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Ｌ１の集光点のＺ方向位置を調整しながらウェーハＷの内部に改質領域を形成するリアルタイム加工動作を実行する（ステップＳ１２）。
図２７は、図２６に示すキャリブレーション動作の詳細な流れを示したフローチャートである。
まず、制御部５０は、第２アクチュエータ４１９の駆動を制御して、フォーカス光学系４０３の移動レンズ４１６を改質領域の加工深さに応じた位置に移動させる（ステップＳ２０）。なお、制御部５０のメモリ部（不図示）には、改質領域の加工深さとフォーカス光学系４０３の移動レンズ４１６の位置との対応関係が保持されている。
続いて、制御部５０は、ステージ１２の移動を制御して、ウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置を集光レンズ１０６の直下に移動させる（ステップＳ２２）。なお、ウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置は、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点を一致させる位置であって、ウェーハＷのレーザー光照射面のＺ方向の変位の基準となる位置なので、ウェーハＷのレーザー光照射面の段差が少ない部分（平滑面）であることが望ましく、例えば、ウェーハＷの外周部を除く中央部分の所定位置を基準位置とする。
続いて、制御部５０は、第２アクチュエータ４１９の駆動を制御して、ＡＦ信号処理部５００から出力されるＡＦ信号がゼロとなるように、フォーカス光学系４０３の移動レンズ４１６を検出光学系４００の光路に沿って移動させる（ステップＳ２４）。これにより、図６Ｂに示すように、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点とウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置とにずれがある場合でも、図６Ｃに示すように、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点がウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置と一致するように集光点調整が行われる。なお、制御部５０は、メモリ部（不図示）に保持されているフォーカス光学系４０３の移動レンズ４１６の位置を、集光点調整後の移動レンズ４１６の位置（補正位置）に書き換える。
このとき、ＡＦ信号処理部５００では、第１検出器４１１及び第２検出器４１３のうち総受光量が多い方の検出器を構成する２分割フォトダイオード６００の受光素子６００Ａ、６００Ｂから出力された出力信号に基づいてＡＦ信号を生成する。このため、ウェーハＷのレーザー光照射面に形成された薄膜のばらつき（ウェーハＷ毎あるいは場所によるばらつき）による影響を受けることなく、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を安定かつ精度よく検出することができる。
続いて、制御部５０は、第１アクチュエータ１０８の駆動を制御して、集光レンズ１０６をＺ方向に沿って移動可能範囲の全体にわたって移動させながらＡＦ信号処理部５００から出力されるＡＦ信号の出力特性を測定して、その出力特性をルックアップテーブルとしてメモリ部（不図示）に保持しておく（ステップＳ２６）。
なお、ウェーハＷの内部に改質領域の層を複数形成する場合には、ステップＳ２０からステップＳ２６までの処理を改質領域の加工深さ毎に実行する。
以上の処理により、制御部５０は、図２６のステップＳ１２のリアルタイム加工動作において、メモリ部（不図示）に保持されたルックアップテーブルを参照することにより、ＡＦ信号処理部５００から出力されるＡＦ信号の出力値からウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置からのＺ方向の変位（デフォーカス距離）を簡単に求めることができるので、リアルタイム加工動作における加工効率（スループット）を向上させることが可能となる。
図２８は、図２６に示すリアルタイム加工動作の詳細な流れを示したフローチャートである。
まず、制御部５０は、図２７のステップＳ２０と同様に、第２アクチュエータ４１９の駆動を制御して、フォーカス光学系４０３の移動レンズ４１６を改質領域の加工深さに応じた位置に移動させる（ステップＳ３０）。このとき、制御部５０は、メモリ部（不図示）に保持されている移動レンズ４１６の位置（補正位置）に移動させる。これにより、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点がウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置と一致し、ＡＦ装置１１０は、ウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置を基準としたＺ方向の変位を検出することが可能となる。
続いて、制御部５０は、ステージ１２の移動を制御して、ステージ１２に吸着保持されたウェーハＷを所定の加工開始位置に移動させる（ステップＳ３２）。
続いて、制御部５０は、加工用レーザー光源１００をＯＮとした後、ウェーハＷを水平方向（ＸＹ方向）に移動させながら、加工用レーザー光源１００から出射された加工用レーザー光Ｌ１により、ダイシングストリートに沿ってウェーハＷの内部に改質領域を形成する（ステップＳ３４）。
このとき、制御部５０は、加工用レーザー光源１００をＯＮにするタイミングと略同時、或いはそれよりも先のタイミングで、第１光源２０２及び第２光源２０４をＯＮとする。これにより、加工用レーザー光Ｌ１とＡＦ用レーザー光Ｌ２（互いに波長の異なる２つのＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの合成光）が集光レンズ１０６によりウェーハＷに向かって集光される。そして、ウェーハＷのレーザー光照射面に照射され反射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光は、ダイクロイックミラー４０４で互いに異なる波長に分割され、分割された各々の光は第１検出器４１１及び第２検出器４１３にそれぞれ受光される。ＡＦ信号処理部５００は、第１検出器４１１及び第２検出器４１３のうち総受光量が多い方の検出器から出力された出力信号に基づいて、ウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置からのＺ方向の変位を示すＡＦ信号を生成して制御部５０に出力する。
そして、制御部５０は、ＡＦ信号処理部５００から出力されるＡＦ信号に基づいて、第１アクチュエータ１０８の駆動を制御することによって、加工用レーザー光Ｌ１の集光点のＺ方向位置を調整しながら、ウェーハＷの内部に改質領域を形成する。
続いて、制御部５０は、ウェーハＷの全てのダイシングストリートに対して改質領域の形成が終了しているか否かを判断する（ステップＳ３６）。全てのダイシングストリートに対して改質領域の形成が終了していない場合（Ｎｏの場合）、次のダイシングストリートに移動し（ステップＳ３８）、そのダイシングストリートについてステップＳ３４からステップＳ３６までの処理を繰り返す。一方、全てのダイシングストリートに対して改質領域の形成が終了した場合（Ｙｅｓの場合）、次のステップＳ４０に進む。
続いて、制御部５０は、全ての加工深さについて改質領域の形成が終了しているか否かを判断する（ステップＳ４０）。全ての加工深さについて改質領域の形成が終了していない場合には、次の加工深さに移動し（ステップＳ４２）、ステップＳ３０からステップＳ４０までの処理を繰り返す。一方、全ての加工深さについて改質領域の形成が終了した場合には、リアルタイム加工動作を終了する。
このようにして、ウェーハの内部の所望の位置に改質領域を形成することにより、改質領域を起点としてウェーハＷを複数のチップに分割することが可能となる。
図２９は、第５の実施形態におけるＡＦ信号の出力特性の一例を示した図であり、改質領域の加工深さを０〜８００μｍの範囲で変化させたときの出力特性を示している。
本実施形態では、改質領域の加工深さに応じてＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点のＺ方向位置がウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置と一致するように調節されるので、図２９に示すように、各加工深さに対応するＡＦ信号の出力特性は略揃ったものとなり、いずれもウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置（原点）をゼロクロス点としたＳ字状の曲線となる。したがって、このような出力特性を有するＡＦ信号を用いてリアルタイム加工動作を実行することにより、改質領域の加工深さの変更に影響されることなく、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位を安定かつ高精度に検出することが可能となる。
以上のとおり、本実施形態では、互いに波長の異なる２つのＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを用いてウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を検出しているので、ウェーハＷのレーザー光照射面に形成される薄膜のばらつきによる影響を受けることなく、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を安定かつ精度よく検出することが可能となる。
また、本実施形態では、ウェーハＷのレーザー光照射面で反射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光を検出する検出光学系４００の光路上であってハーフミラー３０８とダイクロイックミラー４０４との間には、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点をＺ方向（ウェーハ厚み方向）に調整する集光点調整光学系としてフォーカス光学系４０３が設けられている。このため、改質領域の加工深さの変化に伴い、集光レンズ１０６とウェーハＷとの相対的距離が変化する場合でも、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点がウェーハＷのレーザー光照射面に一致させるように調整することができるので、ウェーハのレーザー光照射面から所定の加工深さに改質領域を精度よく形成することが可能となる。
また、本実施形態では、本発明者が鋭意検討を重ねた結果、加工深さによらず安定したオートフォーカス特性（ＡＦ特性）を得る上で、集光レンズ１０６の射出瞳とフォーカス光学系４０３との光学的距離Ｄ０、集光レンズ１０６により集光されウェーハＷのレーザー光照射面に照射されるＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光像の直径（スポット径）Ｎが重要なパラメータであることを見出した。具体的には、光学的距離Ｄ０を９０ｍｍ未満（すなわち、Ｄ０＜９０）とすることで、加工深さによらず安定したＡＦ特性を得ることができる。また、スポット径Ｎを０．００２ｍｍより大きく、かつ０．２ｍｍより小さく（すなわち、０．００２＜Ｎ＜０．２）とすることで、ＡＦ感度が高く、引き込み範囲を広くすることが可能となる。したがって、改質領域の加工深さによらず、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を迅速にかつ精度よく安定して検出することができる。その結果、ウェーハＷのレーザー光照射面にばらつきがあっても、ウェーハＷのレーザー光照射面から所定の加工深さに改質領域を精度よく形成することが可能となる。
なお、本実施形態では、第１検出器４１１及び第２検出器４１３のうち総受光量の多い方の検出器から出力される出力信号を用いたが、これに限らず、第１検出器４１１及び第２検出器４１３でそれぞれ受光された光量に対し予め定めた基準に従って重み付け加算を行うことによってＡＦ信号を得るようにしてもよい。例えば、第１検出器４１１で受光された光量をＳ１とし、第２検出器４１３で受光された光量をＳ２としたとき、Ｓ１、Ｓ２に対してそれぞれ重み係数α、β（但し、α、β＞０）を乗じたものを加算したものを用いてもよい。また、Ｓ１、Ｓ２をそれぞれ二乗して加算したものを用いてもよいし、他の重み付けの方法を用いてもよい。
また、本実施形態では、互いに波長が異なる２つのＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂが用いられるため、第１検出器４１１及び第２検出器４１３は、それぞれの波長域に対する色収差を考慮した位置に配置される構成としたが、これに限らず、例えば、色収差補正手段としてフォーカス光学系４０３内に貼り合わせレンズを含んでいてもよい。この場合、フォーカス光学系４０３は色収差補正手段として機能するので、第１検出器４１１及び第２検出器４１３の位置調整が不要となり、ＡＦ装置１１０の装置構成を簡素化することが可能となる。
図３０は、第５の実施形態で、３波長のＡＦ用レーザー光を用いた例を示す構成図である。図３０に示す例では、光源部２００は、異なる３種類の波長のレーザー光を出力するピッグテールタイプのＬＤ（Laser Diode：２０２、２０４、２０５）を、レーザーコンバイナ２０１を介して１つのファイバに結合する。そして、ＬＤ２０２、２０４および２０５から出力されるレーザー光をレーザーコンバイナ２０１を介して出力することで、出力するレーザー光の波長を選択したり、レーザー光を混合して出力することが可能となる。これにより、検出光学系４００において、ダイクロイックミラー４０４、結像レンズ４０９および第２検出器４１３が不要となる。
また、本実施形態では、互いに波長が異なる２つのＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを用いてウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を検出する場合について説明したが、これに限らず、互いに波長が異なる３つ以上のＡＦ用レーザー光を用いてもよい。
また、本実施形態では、第１検出器４１１及び第２検出器４１３が２分割フォトダイオードで構成される例を示したが、これに限らず、光量バランスを測定できるもの（例えば、４分割フォトダイオード、２次元撮像素子等）を用いてもよい。
また、本実施形態では、光ファイバ３０２を用いているが、レイアウト上の問題がなければ、コリメートレンズ３０４の前側焦点位置に光源像を直接作り、光ファイバ３０２を省略してもかまわない。
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。以下、第５の実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。
図３１は、第６の実施形態に係るレーザーダイシング装置の概略を示した構成図である。図３１中、図２５と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
第６の実施形態は、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を検出する方法として、中心強度法を用いるものである。なお、中心強度法とは、２つの検出器のいずれか一方の検出器で反射光の一部を受光し、他方の検出器で反射光の全部又は一部を受光し、それぞれの検出器における受光量を用いてウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を検出する方法である。
図３１に示すように、ＡＦ装置１１０の光源部２００から出力されたＡＦ用レーザー光Ｌ２は、光ファイバ３０２を経由して、コリメートレンズ３０４でコリメートされ、その一部が遮光されることなく、ハーフミラー３０８で反射される。さらに、このＡＦ用レーザー光Ｌ２は、ダイクロイックミラー１０４で反射され、集光レンズ１０６により集光されてウェーハＷに照射される。ウェーハＷのレーザー光照射面で反射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光は、ＡＦ用レーザー光Ｌ２と同一光路を逆向きに進み、その光路上に配置されるハーフミラー３０８を透過し、照射光学系３００の光路から分岐した光路に設けられた検出光学系４００に導かれる。
検出光学系４００は、フォーカス光学系４０３、ダイクロイックミラー４０４、穴あきミラー４２１、４２２、結像レンズ４２４、４２６、第１検出器４２８ａ、４２８ｂ、第２検出器４３１ａ、４３１ｂ等で構成されている。
ダイクロイックミラー４０４は、第１の実施形態と同様に、検出光学系４００に導かれフォーカス光学系４０３を経由して入射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光を特定の波長の光とそれ以外の波長の光に分割する。すなわち、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光のうち、第１光源２０２から出射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２ａの波長に相当する第１波長域の光は、ダイクロイックミラー４０４を透過し、その一部の光は穴あきミラー４２１の中央部分に形成される開口部を通過して第１検出器４２８ａで受光され、残りの光は穴あきミラー４２１の周辺部分の反射面で反射されて結像レンズ４２６により集光されて第１検出器４２８ｂで受光される。一方、第２光源２０４から出射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２ｂの波長に相当する第２波長域の光は、ダイクロイックミラー４０４で反射され、その一部の光は穴あきミラー４２２の中央部分に形成される開口部を通過して第２検出器４３１ａで受光され、残りの光は穴あきミラー４２２の周辺部分の反射面で反射されて結像レンズ４２６により集光されて第２検出器４３１ｂで受光される。
第１検出器４２８ａ、４２８ｂ及び第２検出器４３１ａ、４３１ｂは、受光した光量に応じた出力信号をＡＦ信号処理部５００に出力する。
ＡＦ信号処理部５００は、第１検出器４２８ａ、４２８ｂ及び第２検出器４３１ａ、４３１ｂの少なくとも一方の検出器から出力された出力信号に基づいて、ウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置からのＺ方向の変位（デフォーカス距離）を示すＡＦ信号を生成して制御部５０に出力する。
ここで、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位の検出原理について説明する。なお、第１検出器４２８ａ、４２８ｂを用いた検出原理と第２検出器４３１ａ、４３１ｂの検出原理を用いた検出原理は同様なので、これらを代表して第１検出器４２８ａ、４２８ｂを用いた検出原理について説明する。
ダイクロイックミラー４０４を透過した反射光のうち、一部の光は穴あきミラー４２１の開口部を通過して第１検出器４２８ａで受光され、残りの光は穴あきミラー４２１の周辺部分の反射面で反射されて結像レンズ４２４により集光されて第１検出器４２８ｂで受光される。このため、第１検出器４２８ａ、４２８ｂで受光される反射光の光量の和（総受光量）は、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置によらず常に一定であり、第１検出器４２８ａ、４２８ｂの出力の和は一定となる。一方、第１検出器４２８ａに受光される反射光は、穴あきミラー４２１の開口部によって受光領域が中心部分に制限されるので、集光レンズ１０６からウェーハＷのレーザー光照射面までの距離、すなわち、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置（Ｚ方向位置）によって受光量が変化する。そのため、第１検出器４２８ａの出力は、ＡＦ用レーザー光Ｌ２が照射されるウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置によって変化する。したがって、このような性質を利用することで、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位を検出することができる。
ＡＦ信号処理部５００では、第１検出器４２８ａ、４２８ｂから出力された出力信号をそれぞれＰａ、Ｐｂ、第２検出器４３１ａ、４３１ｂから出力された出力信号をそれぞれＱａ、Ｑｂとしたとき、第１検出器４２８ａ、４２８ｂにおける出力信号の和（Ｐａ＋Ｐｂ）が第２検出器４３１ａ、４３１ｂにおける出力信号の和（Ｑａ＋Ｑｂ）以上である場合には、ＡＦ信号Ｅを、次式（３）に従って求める。
Ｅ＝（Ｐａ＋Ｐｂ）／Ｐａ・・・（３）
一方、第１検出器４２８ａ、４２８ｂにおける出力信号の和（Ｐａ＋Ｐｂ）が第２検出器４３１ａ、４３１ｂにおける出力信号の和（Ｑａ＋Ｑｂ）未満である場合には、ＡＦ信号Ｅを、次式（４）に従って求める。
Ｅ＝（Ｑａ＋Ｑｂ）／Ｑａ・・・（４）
すなわち、ＡＦ信号処理部５００は、ＡＦ信号Ｅを求めるための検出器を、第１検出器４２８ａ、４２８ｂ及び第２検出器４３１ａ、４３１ｂのうち総受光量が多い方の検出器に切り替えて使用している。これにより、常に高い反射率の波長の光を用いてＡＦ信号Ｅが生成されるので、ウェーハＷのレーザー光照射面に照射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射率が波長により変化しても、ウェーハＷのレーザー光照射面に形成された薄膜のばらつきによる影響を受けることなく、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置の検出を精度よく安定して行うことができる。
かかる構成によれば、制御部５０は、ＡＦ信号処理部５００から出力されるＡＦ信号に基づいて、上述した第１の実施形態と同様に、第１アクチュエータ１０８や第２アクチュエータ４１９の駆動を制御することができるので、改質領域の加工深さに対する変更に影響を受けることなく、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位を追従するように加工用レーザー光Ｌ１の集光点を高精度に制御することができ、ウェーハＷの内部の所望の位置に改質領域を高精度に形成することが可能となる。
図３２は、第６の実施形態におけるＡＦ信号の出力特性を示した図である。図３２に示すように、第６の実施形態では、第５の実施形態と同様に、各加工深さに対応するＡＦ信号の出力特性は略揃ったものとなり、いずれもウェーハＷのレーザー光照射面の基準位置（原点）で一定の出力値を示すほぼ直線状の特性となる。したがって、このような出力特性を有するＡＦ信号を用いてリアルタイム加工動作を実行することにより、改質領域の加工深さの変更に影響されることなく、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位を安定かつ高精度に検出することが可能となる。
このように第６の実施形態においても、第５の実施形態と同様の効果が得られる。また、第６の実施形態では、集光レンズ１０６と穴あきミラー４２１、４２２（受光領域規制手段）との光学的距離が２０ｍｍ以上１６０ｍｍ以下であり、かつ集光レンズ１０６とフォーカス光学系４０３の固定レンズ４１４との光学的距離が１２０ｍｍ以下であることが好ましい。これらの光学的距離を上記範囲に設定することで、ＡＦ感度が高く、引き込み範囲を広く、加工深さによらず安定したＡＦ特性を得ることが可能となる。
なお、第６の実施形態では、受光領域規制手段である穴あきミラー４２１、４２２を用いたが、これに限らず、例えば、分割ミラーを用いてもよい。この場合、ダイクロイックミラー４０４で波長毎に分割されたＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光を分割ミラーで２つの経路に分割し、分割された各々の反射光を第１検出器４２８ａ、４２８ｂ及び第２検出器４３１ａ、４３１ｂでそれぞれ検出する。これにより、穴あきミラー４２１、４２２を用いる場合と同様にしてＡＦ信号を求めることができ、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を検出することが可能となる。
また、第６の実施形態では、ＡＦ用レーザー光Ｌ２を検出する検出光学系４００の構成として、第１検出器４２８ａ、４２８ｂ及び第２検出器４３１ａ、４３１ｂを用いた構成を例に挙げて説明したが、必ずしもこのような構成に限定されるものではない。ＡＦ用レーザー光Ｌ２を検出する検出光学系４００の構成として、例えば、図３３に示すような構成を採用することもできる。
図３３は、第２の実施形態に係るダイシング装置の他の構成例を示した要部構成図である。図３３に示した構成例においては、図３１に示した穴あきミラー４２１、４２２に代えて、ハーフミラー４３２、４３４、マスク４３７、４３８が設けられている。
この構成例によれば、ダイクロイックミラー４０４に導かれたＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光のうち、ダイクロイックミラー４０４を透過した第１波長域の光の一部はハーフミラー４３２を透過して、光路上に中央開口を有するマスク４３７を介して第１検出器４２８ａで受光され、残りの光はハーフミラー４３２で反射され、結像レンズ４２４により第１検出器４２８ｂに１００％受光される。一方、ダイクロイックミラー４０４で反射された第２波長域の光の一部はハーフミラー４３４を透過して、光路上に中央開口を有するマスク４３８を介して第２検出器４３１ａで受光され、残りの光はハーフミラー４３４で反射され、結像レンズ４２６により第２検出器４３１ｂに１００％受光される。第１検出器４２８ｂ、第２検出器４３１ｂに受光される反射光の光量は一定であるのに対し、第１検出器４２８ａ、第２検出器４３１ａに受光される反射光の光量はウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置によって変化する。この性質を利用することで、第２の実施形態と同様にして、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を検出することが可能となる。
すなわち、ＡＦ信号処理部５００では、第１検出器４２８ａ、４２８ｂから出力された出力信号をそれぞれＰａ、Ｐｂ、第２検出器４３１ａ、４３１ｂから出力された出力信号をそれぞれＱａ、Ｑｂとしたとき、第１検出器４２８ｂにおける出力信号Ｐｂが第２検出器４３１ｂにおける出力信号Ｑｂ以上である場合には、ＡＦ信号Ｅを、次式（５）に従って求める。
Ｅ＝Ｐｂ／Ｐａ・・・（５）
一方、第１検出器４２８ｂにおける出力信号Ｐｂが第２検出器４３１ｂにおける出力信号Ｑｂ未満である場合には、ＡＦ信号Ｅを、次式（６）に従って求める。
Ｅ＝Ｑｂ／Ｑａ・・・（６）
かかる構成によれば、制御部５０は、ＡＦ信号処理部５００から出力されるＡＦ信号に基づいて、上述した第５の実施形態と同様に、第１アクチュエータ１０８や第２アクチュエータ４１９の駆動を制御することにより、改質領域の加工深さに対する変更に影響を受けることなく、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位を追従するように加工用レーザー光Ｌ１の集光点を高精度に制御することができ、ウェーハＷの内部の所望の位置に改質領域を高精度に形成することが可能となる。
また、第６の実施形態では、図３４に示すような構成を採用することもできる。すなわち、ダイクロイックミラー１０４とハーフミラー３０８との間にハーフミラー４４１が配置されている。ハーフミラー４４１は、光路分岐手段の一例であり、照射光学系３００の光路に配設され、ウェーハＷのレーザー光照射面で反射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光の一部を照射光学系３００の光路から検出光学系４００の光路に分岐させる。
ＡＦ装置１１０の光源部２００から出力されたＡＦ用レーザー光Ｌ２は、照射光学系３００の光路を経由して集光レンズ１０６に導かれ、集光レンズ１０６により集光されてウェーハＷに照射される。ウェーハＷのレーザー光照射面で反射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光は、ＡＦ用レーザー光Ｌ２と同一光路を逆向きに進み、その光路上に配置されるハーフミラー４４１で反射され、照射光学系３００の光路から分岐した光路に設けられた検出光学系４００に導かれる。
検出光学系４００に導かれたＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光は、第２の実施形態と同様に、フォーカス光学系４０３を経由し、ダイクロイックミラー４０４で波長毎に分割される。すなわち、ダイクロイックミラー４０４に導かれたＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光のうち、ダイクロイックミラー４０４を透過した第１波長域の光の一部は穴あきミラー４２１の中央部分に形成される開口部を通過して第１検出器４２８ａで受光され、残りの光は穴あきミラー４２１の周辺部分の反射面で反射されて結像レンズ４２４により集光されて第１検出器４２８ｂで受光される。同様に、ダイクロイックミラー４０４で反射された第２波長域の光の一部は穴あきミラー４２２の中央部分に形成される開口部を通過して第２検出器４３１ａで受光され、残りの光は穴あきミラー４２２の周辺部分の反射面で反射されて結像レンズ４２６により集光されて第２検出器４３１ｂで受光される。
このような構成においても、上述した第２の実施形態と同様にしてウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を検出することができるので、ウェーハＷのレーザー光照射面に形成される薄膜のばらつきによる影響を受けることなく、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を正確に検出することが可能となる。したがって、ウェーハのレーザー光照射面から所定の加工深さに改質領域を精度よく形成することが可能となる。
（第７の実施形態）
次に、本発明の第７の実施形態について説明する。以下、第５の実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。
図３５は、第７の実施形態に係るレーザーダイシング装置の概略を示した構成図である。図３５中、図２５と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
第７の実施形態は、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を検出する方法として、非点収差法を用いるものである。
図３５に示すように、ＡＦ装置１１０の光源部２００から出力されたＡＦ用レーザー光Ｌ２は、第２の実施形態と同様な構成を有する照射光学系３００の光路を経由して集光レンズ１０６に導かれ、集光レンズ１０６により集光されてウェーハＷに照射される。ウェーハＷのレーザー光照射面で反射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光は、ＡＦ用レーザー光Ｌ２と同一光路を逆向きに進み、その光路上に配置されるハーフミラー３０８を透過し、照射光学系３００の光路から分岐した光路に設けられた検出光学系４００に導かれる。
検出光学系４００は、フォーカス光学系４０３、ダイクロイックミラー４０４、結像レンズ４０７、４０９、シリンドリカルレンズ４４２、４４４、第１検出器４４６、第２検出器４４８等で構成されている。
ダイクロイックミラー４０４は、第５の実施形態と同様に、検出光学系４００に導かれフォーカス光学系４０３を経由して入射したＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光を特定の波長の光とそれ以外の波長の光に分割する。すなわち、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光のうち、第１光源２０２から出射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２ａの波長に相当する第１波長域の光は、ダイクロイックミラー４０４を透過し、結像レンズ４０７、シリンドリカルレンズ４４２を経由して、第１検出器４４６に受光される。一方、第２光源２０４から出射されたＡＦ用レーザー光Ｌ２ｂの波長に相当する第２波長域の光は、ダイクロイックミラー４０４で反射され、結像レンズ４０９、シリンドリカルレンズ４４４を経由して、第２検出器４４８に受光される。なお、シリンドリカルレンズ４４２、４４４は、ダイクロイックミラー４０４で波長域毎に分割された光にそれぞれ非点収差を付与する非点収差付与手段である。
第１検出器４４６及び第２検出器４４８は、４分割された受光素子を有する４分割フォトダイオードからなり、それぞれの波長域の光の集光像を分割して受光し、それぞれの光量に応じた出力信号をＡＦ信号処理部５００に出力する。
非点収差法によるウェーハＷのレーザー光照射面の変位の検出原理については公知であるため（例えば特開２００９−１５２２８８号公報参照）、ここでは詳細な説明は省略するが、簡単に説明すれば、検出器（第１検出器４４６及び第２検出器４４８に相当）を構成する４分割フォトダイオードの受光面上に形成されるＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光の集光像は、ウェーハＷのレーザー光照射面とＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点が一致している場合には真円となる。一方、ウェーハＷのレーザー光照射面とＡＦ用レーザー光Ｌ２の集光点がずれている場合には、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位方向に応じて集光像が縦方向又は横方向に引き伸ばされた楕円となり、その大きさはウェーハＷのレーザー光照射面の変位量に依存する。したがって、この性質を利用することで、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位を検出することができる。
図１６に示した例と同様に、４分割フォトダイオード６０２は、４つの受光素子（光電変換素子）６０２Ａ〜６０２Ｄを有し、各受光素子６０２Ａ〜６０２Ｄは、ＡＦ用レーザー光Ｌ２の反射光の集光像を分割して受光し、それぞれの光量に応じた出力信号（電気信号）をＡＦ信号処理部５００に出力する。
ＡＦ信号処理部５００は、第１検出器４４６を構成する４分割フォトダイオード６０２の受光素子６０２Ａ〜６０２Ｄから出力された出力信号をそれぞれＡ１〜Ｄ１とし、第２検出器４４８を構成する４分割フォトダイオード６０２の受光素子６０２Ａ〜６０２Ｄから出力された出力信号をそれぞれＡ２〜Ｄ２としたとき、第１検出器４４６における出力信号の和（Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ１＋Ｄ１）が第２検出器４４８における出力信号の和（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）以上である場合には、ＡＦ信号Ｅを、次式（７）に従って求める。
Ｅ＝{（Ａ１＋Ｃ１）−（Ｂ１＋Ｄ１）}／{（Ａ１＋Ｃ１）＋（Ｂ１＋Ｄ１）} ・・・（７）
一方、第１検出器４４６における出力信号の和（Ａ１＋Ｂ１＋Ｃ１＋Ｄ１）が第２検出器４４８における出力信号の和（Ａ２＋Ｂ２＋Ｃ２＋Ｄ２）未満である場合には、ＡＦ信号Ｅを、次式（８）に従って求める。
Ｅ＝{（Ａ２＋Ｃ２）−（Ｂ２＋Ｄ２）}／{（Ａ２＋Ｃ２）＋（Ｂ２＋Ｄ２）} ・・・（８）
かかる構成によれば、制御部５０は、ＡＦ信号処理部５００から出力されるＡＦ信号に基づいて、上述した第１の実施形態と同様に、第１アクチュエータ１０８や第２アクチュエータ４１９の駆動を制御することができるので、改質領域の加工深さに対する変更に影響を受けることなく、ウェーハＷのレーザー光照射面の変位を追従するように加工用レーザー光Ｌ１の集光点を高精度に制御することができ、ウェーハＷの内部の所望の位置に改質領域を高精度に形成することが可能となる。
なお、第１検出器４４６及び第２検出器４４８は、４分割フォトダイオードに限らず、光量バランスを測定できるものであればよく、例えば、２次元撮像素子等を用いてもよい。
図３６は、第７の実施形態におけるＡＦ信号の出力特性を示した図である。図３６に示すように、第７の実施形態では、第１の実施形態におけるＡＦ信号の出力特性（図２９参照）に比べて加工深さ毎のばらつきはあるものの全体的なばらつきは小さくなっている。また、フォーカス引き込み範囲は比較的広く、ＡＦ信号の出力特性のカーブの傾き（合焦位置を中心とした比例関係にある略直線部分の傾き）も大きくフォーカス感度が高く、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を安定して検出することが可能なものとなっている。
このように第７の実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。また、第７の実施形態では、集光レンズ１０６の射出瞳とフォーカス光学系４０３の固定レンズ４１４との光学的距離が５０ｍｍ以下であることが好ましい。この光学的距離を上記範囲に設定することで、ＡＦ感度が高く、引き込み範囲を広く、加工深さによらず安定したＡＦ特性を得ることが可能となる。
（第８の実施形態）
次に、本発明の第８の実施形態について説明する。以下、第５の実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的部分を中心に説明する。
図３７は、第８の実施形態に係るレーザーダイシング装置の概略を示した構成図である。図３７中、図２５と共通又は類似する構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
第５の実施形態では、ＡＦ装置１１０は、２つの検出器４１１、４１３を用いて波長が異なる２つのＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの反射光を同時に検出していたのに対し、第８の実施形態では、波長が異なる２つのＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを時間的に交互に出射して、ウェーハＷのレーザー光入射面で反射したＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの反射光を波長域毎に時分割的に交互に検出するものである。
すなわち、ＡＦ装置１１０は、第１光源２０２及び第２光源２０４のＯＮ／ＯＦＦを時分割的に交互に切り替え、その切替タイミングに同期してＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの反射光を波長域毎に１つの検出器４１１で時分割的に検出できるように構成されている。なお、光源部２００は、時分割出力手段の一例である。また、検出器４１１は、時分割検出手段の一例である。
制御部５０は、光源制御部５２と検出制御部５４とを備えている。光源制御部５２は、第１光源２０２及び第２光源２０４のＯＮ／ＯＦＦの切り替えを制御する。検出制御部５４は、光源制御部５２における切替タイミングに同期して検出器４１１の検出動作（受光動作）を制御する。
以上のような構成により、第８の実施形態においても、ＡＦ用レーザー光Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの反射光の光量に応じた出力信号が検出器４１１から時分割的に交互に出力されるので、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。さらに第８の実施形態では、波長の異なる複数のＡＦ用レーザー光を検出するために複数の検出器を備える必要がないので、装置構成を簡略化することが可能となる。
なお、第４および第８の実施形態では、ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を検出する方法として、ナイフエッジ法を適用した場合を例に挙げて説明したが、必ずしもこのような構成に限定されるものではない。ウェーハＷのレーザー光照射面の高さ位置を検出する方法として、上述した第２、第３、第６および第７の実施形態のように、非点収差法や中心強度法を採用することもできる。
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…レーザーダイシング装置、１２…ステージ、２０…レーザーヘッド、５０…制御部、１００…加工用レーザー光源、１０２…コリメートレンズ、１０４…ダイクロイックミラー、１０６…集光レンズ、１０８…第１アクチュエータ、１１０…ＡＦ装置、２００…光源部、２０２…第１光源、２０４…第２光源、２０５…第３光源、２１０…ダイクロイックミラー、３００…照射光学系、３０２…光ファイバ、３０４…コリメートレンズ、３０８…ハーフミラー、３１０…フォーカス光学系、３１１…４ｆ光学系、４００…検出光学系、４０４…ダイクロイックミラー、４１１…第１検出器、４１３…第２検出器、５００…ＡＦ信号処理部、Ｌ１…加工用レーザー光、Ｌ２…ＡＦ用レーザー光、ＬＣ…レーザーコンバイナ

Claims (9)

  1. ウェーハを保持するテーブルと、前記テーブルに保持されたウェーハの内部に改質領域を形成するための加工用レーザー光を出射する加工用レーザー光源と、前記加工用レーザー光源から出射された前記加工用レーザー光をウェーハの内部に集光する集光レンズと、前記集光レンズを前記加工用レーザー光の光軸方向に移動させることにより前記集光レンズによって集光される前記加工用レーザー光の集光点をウェーハ厚み方向に変位させる集光レンズ駆動手段と、前記テーブルに保持された前記ウェーハのレーザー光照射面の高さ位置を検出する高さ位置検出手段と、前記高さ位置検出手段からの検出信号に基づいて前記集光レンズ駆動手段を制御する制御手段と、を備えるレーザーダイシング装置であって、
    前記高さ位置検出手段は、
    波長の異なる複数の検出用レーザー光を出力する検出用レーザー光出力手段と、
    前記検出用レーザー光出力手段から前記集光レンズに至るまでの光路である照射光路に配設され、前記集光レンズにより集光され前記ウェーハのレーザー光照射面に照射され反射した前記複数の検出用レーザー光の反射光の一部を前記照射光路から分岐させる光路分岐手段と、
    前記光路分岐手段により分岐された前記複数の検出用レーザー光の反射光を波長毎に検出する光検出手段と、
    前記光検出手段で波長毎に検出された前記複数の検出用レーザー光の光量に基づき、前記ウェーハのレーザー光照射面の変位を示す変位信号を前記制御手段に送る変位信号生成手段と、
    前記検出用レーザー光の集光点を前記ウェーハ厚み方向に調整する集光点調整光学系と、
    を備えるレーザーダイシング装置。
  2. 前記集光点調整光学系は、前記照射光路上であって前記光路分岐手段と前記集光レンズとの間に配設される、
    請求項１に記載のレーザーダイシング装置。
  3. 前記集光点調整光学系は、前記光路分岐手段から前記光検出手段に至るまでの光路である検出光路に配設される、
    請求項１に記載のレーザーダイシング装置。
  4. 前記検出用レーザー光出力手段は、前記複数の検出用レーザー光をそれぞれ出力する複数の検出用レーザー光源と、前記複数の検出用レーザー光源からそれぞれ出力された前記複数の検出用レーザー光を合成する光合成手段と、を有し、
    前記光検出手段は、前記光路分岐手段により分岐された前記複数の検出用レーザー光の反射光を波長毎に分割する波長分割手段と、前記波長分割手段によって分割された前記複数の検出用レーザー光の反射光を波長毎にそれぞれ受光する複数の検出器と、を有する、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザーダイシング装置。
  5. 前記検出用レーザー光出力手段は、前記複数の検出用レーザー光を波長毎に時分割で出力する時分割出力手段であり、
    前記光検出手段は、前記時分割出力手段に同期して前記複数の検出用レーザー光の反射光を波長毎に時分割で検出する時分割検出手段である、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザーダイシング装置。
  6. 前記変位信号生成手段は、前記光検出手段で波長毎に検出された前記複数の検出用レーザー光の光量のうち最も高い光量が検出された波長の検出用レーザー光の光量に基づき、前記変位信号を得る、
    請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザーダイシング装置。
  7. 前記変位信号生成手段は、前記光検出手段で波長毎に検出された前記複数の検出用レーザー光の光量のそれぞれに対し予め定めた基準に従って重み付け加算を行うことによって前記変位信号を得る、
    請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザーダイシング装置。
  8. 前記集光点調整光学系は、前記集光レンズ側から順に少なくとも正レンズ及び負レンズを有し、前記負レンズを前記照射光路に沿って移動させることにより、前記検出用レーザー光の集光点を前記ウェーハ厚み方向に調整する、
    請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーザーダイシング装置。
  9. 前記集光点調整光学系は、前記複数の検出用レーザー光の反射光の波長毎の色収差を補正する色収差補正手段を備える、
    請求項１〜８のいずれか１項に記載のレーザーダイシング装置。
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