以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明のウエーハの加工方法を実施するのに適したレーザー加工装置２の概略斜視図が示されている。
レーザー加工装置２は、静止基台４上にＸ軸方向に移動可能に搭載された第１スライドブロック６を含んでいる。第１スライドブロック６は、ボールねじ８及びパルスモータ１０から構成される加工送り手段１２により一対のガイドレール１４に沿って加工送り方向、すなわちＸ軸方向に移動される。
第１スライドブロック６上には第２スライドブロック１６がＹ軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、第２スライドブロック１６はボールねじ１８及びパルスモータ２０から構成される割り出し送り手段２２により一対のガイドレール２４に沿って割り出し送り方向、すなわちＹ軸方向に移動される。
第２スライドブロック１６上には円筒支持部材２６を介してチャックテーブル２８が搭載されており、チャックテーブル２８は回転可能であるとともに加工送り手段１２及び割り出し送り手段２２によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。チャックテーブル２８には、チャックテーブル２８に吸引保持されたウエーハを支持する環状フレームをクランプするクランプ３０が設けられている。
静止基台４にはコラム３２が立設されており、このコラム３２にはレーザービーム照射ユニット３４が取り付けられている。レーザービーム照射ユニット３４は、ケーシング３３内に収容された図２に示すレーザービーム発生ユニット３５と、ケーシング３３の先端に取り付けられた集光器３７とから構成される。
レーザービーム発生ユニット３５は、図２に示すように、ＹＡＧパルスレーザーを発振するレーザー発振器６２と、繰り返し周波数設定手段６４と、パルス幅調整手段６６と、パワー調整手段６８とを含んでいる。本実施形態では、レーザー発振器６２として、波長１３４２ｎｍのパルスレーザーを発振するＹＡＧパルスレーザー発振器を採用した。
ケーシング３５の先端部には、集光器３７とＸ軸方向に整列してレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像ユニット３９が配設されている。撮像ユニット３９は、可視光によって半導体ウエーハ１１の加工領域を撮像する通常のＣＣＤ等の撮像素子を含んでいる。
撮像ユニット３９は更に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、この光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する赤外線ＣＣＤ等の赤外線撮像素子から構成される赤外線撮像手段を含んでおり、撮像した画像信号はコントローラ（制御手段）４０に送信される。
コントローラ４０はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）４２と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）４４と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４６と、カウンタ４８と、入力インターフェイス５０と、出力インターフェイス５２とを備えている。
５６は案内レール１４に沿って配設されたリニアスケール５４と、第１スライドブロック６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出ユニットであり、加工送り量検出ユニット５６の検出信号はコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。
６０はガイドレール２４に沿って配設されたリニアスケール５８と第２スライドブロック１６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出ユニットであり、割り出し送り量検出ユニット６０の検出信号はコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。
撮像ユニット３９で撮像した画像信号もコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。一方、コントローラ４０の出力インターフェイス５２からはパルスモータ１０、パルスモータ２０、レーザービーム発生ユニット３５等に制御信号が出力される。
図３を参照すると、本発明の加工方法の加工対象となる半導体ウエーハ１１の表面側斜視図が示されている。図３に示す半導体ウエーハ１１は、例えば厚さが１００μｍのシリコンウエーハから構成されている。
半導体ウエーハ１１は、表面１１ａに第１の方向に伸長する複数の第１の分割予定ライン（ストリート）１３ａと、第１の方向と直交する第２の方向に伸長する複数の第２の分割予定ライン１３ｂが形成されているとともに、第１の分割予定ライン１３ａと第２の分割予定ライン１３ｂとによって区画された各領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。
本発明実施形態のウエーハの加工方法では、半導体ウエーハ（以下ウエーハと略称する）１１は、図４に示すように、外周が環状フレームＦに貼着されたダイシングテープＴにその表面１１ａ側が貼着され、図５に示すように、ウエーハ１１の裏面１１ｂが露出した形態として加工が遂行される。
本発明のウエーハの加工方法では、まず、シリコンウエーハ１１に対して透過性を有するパルスレーザービームの波長を１３００ｎｍ〜１４００ｎｍの範囲に設定する（波長設定ステップ）。本実施形態では、図２に示すレーザービーム発生ユニット３５のレーザー発振器６２として、波長１３４２ｎｍのパルスレーザーを発振するＹＡＧレーザー発振器を採用した。
次いで、レーザー加工装置２のチャックテーブル２８でウエーハ１１をダイシングテープＴを介して吸引保持し、ウエーハ１１の裏面１１ｂを露出させる。そして、撮像ユニット３９の赤外線撮像素子でウエーハ１１をその裏面１１ｂ側から撮像し、第１の分割予定ライン１３ａに対応する領域を集光器３７とＸ軸方向に整列させるアライメントを実施する。このアライメントには、よく知られたパターンマッチング等の画像処理を利用する。
第１の分割予定ライン１３ａのアライメントを実施後、チャックテーブル２８を９０度回転してから、第１の分割予定ライン１３ａに直交する方向に伸長する第２の分割予定ライン１３ｂについても同様なアライメントを実施する。
アライメントステップ実施後、図７に示すように集光器３７で波長１３４２ｎｍのパルスレーザービームの集光点を第１の分割予定ライン１３ａに対応するウエーハ内部に位置づけて、パルスレーザービームをウエーハ１１の裏面１１ｂ側から照射して、チャックテーブル２８を矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、ウエーハ１１の内部に改質層１９を形成する改質層形成ステップを実施する。
図６に示すように、レーザービーム発生ユニット３５から出射したパルスレーザービームはアッテネーター（減衰器）７４を介して集光器３７のミラー６８で反射されてから、集光レンズ７２でウエーハ１１の内部に集光される。
本実施形態の改質層形成ステップは、１パルス当たりのエネルギーが比較的小さい（第一の値）第一パルスレーザービームを照射して第一改質層を形成する第一改質層形成ステップと、１パルス当たりのエネルギーが比較的大きい（第一の値より大きい第二の値）第二パルスレーザービームを照射して第一改質層に重ねて第二改質層を形成する第二改質層形成ステップとを含んでいる。
ここで、１パルス当たりのエネルギーが比較的小さい第一の値とは、改質層から伝播するクラックの形成が抑制されるエネルギーであり、本実施形態では１．５〜４．０μＪの範囲内が好ましい。１パルス当たりのエネルギーが比較的大きい第二の値は、６．５〜１０μＪの範囲内が好ましい。
第一改質層形成ステップでは、レーザービーム発生ユニット３５から出射されたパルスレーザービームをアッテネーター７４で１パルス当たりのエネルギーが１．５〜４．０μＪである第一パルスレーザービームに減衰する。
そして、１パルス当たりのエネルギーが減衰された第一パルスレーザービームＬＢ１の集光点Ｐを集光器３７の集光レンズ７２で第一の分割予定ライン１３ａに対応するウエーハ内部に位置づけて、第一パルスレーザービームＬＢ１をウエーハ１１の裏面１１ｂ側から照射して、チャックテーブル２８を図７で矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、図８（Ａ）に示すように、ウエーハ１１の内部に第一改質層１９を形成する。
チャックテーブル２８をＹ軸方向に割り出し送りしながら、全ての第一の分割予定ライン１３ａに対応するウエーハ１１の内部に第一改質層１９を形成する。次いで、チャックテーブル２８を９０°回転してから、第一の分割予定ライン１３ａに直交する全ての第二の分割予定ライン１３ｂに沿って同様な改質層１９を形成する。
改質層１９は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域を言う。例えば、溶融再固化領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等を含み、これらの領域が混在した領域も含むものである。
第一改質層形成ステップの加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 ：ＹＡＧパルスレーザー
波長 ：１３４２ｎｍ
平均出力 ：０．１５〜０．４Ｗ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
スポット径 ：φ３．０μｍ
送り速度 ：３００ｍｍ／ｓ
第一改質層形成ステップ実施後、１パルス当たりのエネルギーが比較的大きい第二パルスレーザービームＬＢ２で第一改質層１９に重ねて第二改質層１９ａを形成する第二改質層形成ステップを実施する。この第二改質層形成ステップでは、第一改質層１９に重ねて第二改質層１９ａを形成するため、平均出力以外の条件は上記した第一改質層形成ステップの加工条件と同様である。
第二改質層形成ステップでは、レーザービーム発生ユニット３５から出射したパルスレーザービームをアッテネーター７４で幾分減衰して、１パルス当たりのエネルギーが比較的大きい第二の値である第二パルスレーザービームＬＢ２に変換する。
そして、第二パルスレーザービームＬＢ２の集光点Ｐを第一改質層１９に位置づけて、第二パルスレーザービームＬＢ２をウエーハ１１の裏面１１ｂ側から照射して、チャックテーブル２８を図７で矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、図８（Ｂ）に示すように、第一改質層１９に重ねて第二改質層１９ａを形成する。
この第二改質層形成ステップでは、１パルス当たりのエネルギーが比較的大きい第二パルスレーザービームＬＢ２の集光点Ｐを第一改質層１９に重ねて第二パルスレーザービームＬＢ２をウエーハ１１の裏面１１ｂ側から照射して、図８（Ｂ）に示すように、第一改質層１９に重ねて第二改質層１９ａを形成する。
第二パルスレーザービームＬＢ２の集光点Ｐを第一改質層１９に重ねて第二パルスレーザービームＬＢ２が照射されるため、第一改質層１９に比較的エネルギーの大きい第二パルスレーザービームＬＢ２が誘導されて微細なクラックの形成が抑制されて第二改質層１９ａが第一改質層１９に重ねて形成される。
従って、次に照射される第二パルスレーザービームＬＢ２はクラックの影響を受けることなく、ウエーハ１１の表面１１ａに形成されたデバイス１５を損傷させるという問題を解消することができる。
チャックテーブル２８をＹ軸方向に割り出し送りしながら、全ての第一の分割予定ライン１３ａに対応するウエーハ１１の内部に第一改質層１９に重ねて第二改質層１９ａを形成する。
次いで、チャックテーブル２８を９０°回転してから、第一の分割予定ライン１３ａに直交する全ての第二の分割予定ライン１３ｂに沿って第一改質層１９に重ねて第二改質層１９ａを形成する。
第二改質層形成ステップの加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 ：ＹＡＧパルスレーザー
波長 ：１３４２ｎｍ
平均出力 ：０．６５〜１．０Ｗ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
スポット径 ：φ３．０μｍ
送り速度 ：３００ｍｍ／ｓ
図６に示した実施形態では、レーザービーム発生ユニット３５から出射されたパルスレーザービームのパワーをアッテネーター７４で減衰して第一パルスレーザービーム及び第二パルスレーザービームに変換しているが、アッテネーター７４に代えて他の出力調整器を採用するようにしてもよい。
この場合には、レーザービーム発生ユニット３５のパワー調整手段６８と出力調整器とを適当に調整することにより、第一パルスレーザービーム及び第二パルスレーザービームを生成するようにすればよい。
改質層形成ステップ実施後、図９に示す分割装置８０を使用してウエーハ１１に外力を付与し、ウエーハ１１を個々のデバイスチップ２１へと分割する分割ステップを実施する。図９に示す分割装置８０は、環状フレームＦを保持するフレーム保持手段８２と、フレーム保持手段８２に保持された環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴを拡張するテープ拡張手段８４を具備している。
フレーム保持手段８２は、環状のフレーム保持部材８６と、フレーム保持部材８６の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ８８から構成される。フレーム保持部材８６の上面は環状フレームＦを載置する載置面８６ａを形成しており、この載置面８６ａ上に環状フレームＦが載置される。
そして、載置面８６ａ上に載置された環状フレームＦは、クランプ８８によってフレーム保持手段８６に固定される。このように構成されたフレーム保持手段８２はテープ拡張手段８４によって上下方向に移動可能に支持されている。
テープ拡張手段８４は、環状のフレーム保持手段８６の内側に配設された拡張ドラム９０を具備している。拡張ドラム９０の上端は蓋９２で閉鎖されている。この拡張ドラム９０は、環状フレームＦの内径より小さく、環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴに貼着されたウエーハ１１の外径より大きい内径を有している。
拡張ドラム９０はその下端に一体的に形成された支持フランジ９４を有している。テープ拡張手段８４は更に、環状のフレーム保持部材８６を上下方向に移動する駆動手段９６を具備している。この駆動手段９６は支持フランジ９４上に配設された複数のエアシリンダ９８から構成されており、そのピストンロッド１００はフレーム保持部材８６の下面に連結されている。
複数のエアシリンダ９８から構成される駆動手段９６は、環状のフレーム保持部材８６を、その載置面８６ａが拡張ドラム９０の上端である蓋９２の表面と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム９０の上端より所定量下方の拡張位置との間で上下方向に移動する。
以上のように構成された分割装置８０を用いて実施するウエーハ１１の分割ステップについて図１０を参照して説明する。図１０（Ａ）に示すように、ウエーハ１１をダイシングテープＴを介して支持された環状フレームＦを、フレーム保持部材８６の載置面８６ａ上に載置し、クランプ８８によってフレーム保持部材８６を固定する。この時、フレーム保持部材８６はその載置面８６ａが拡張ドラム９０の上端と略同一高さとなる基準位置に位置づけられる。
次いで、エアシリンダ９８を駆動してフレーム保持部材８６を図１０（Ｂ）に示す拡張位置に下降する。これにより、フレーム保持部材８６の載置面８６ａ上に固定されている環状フレームＦも下降するため、環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴは拡張ドラム９０の上端縁に当接して主に半径方向に拡張される。
その結果、ダイシングテープＴに貼着されているウエーハ１１には、放射状に引っ張り力が作用する。このようにウエーハ１１に放射状に引っ張り力が作用すると、第１、第２の分割予定ライン１３ａ，１３ｂに沿って形成された第二改質層１９ａが分割起点となってウエーハ１１が第１、第２の分割予定ライン１３ａ，１３ｂに沿って割断され、個々のデバイスチップ２１に分割される。