ウエーハのレーザー加工方法およびレーザー加工装置
【課題】ウエーハに形成された分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射することにより、ウエーハを分割予定ラインに沿って効率よく分割することができるウエーハのレーザー加工方法およびレーザー加工装置を提供する。
【解決手段】ウエーハ２０に形成された分割予定ライン２０１に沿ってパルスレーザー光線を照射し、ウエーハ２０を該分割予定ライン２０１に沿って分割するウエーハのレーザー加工方法であって、パルスレーザー光線の集光スポット径をDとし、隣接する集光スポットとの中心間の間隔をLとした場合、D＜L≦4Dの範囲でパルスレーザー光線を照射することにより、ウエーハ２０に分割予定ライン２０１に沿ってレーザー加工孔２０３を形成するとともに、レーザー加工孔２０３間に亀裂２０４を生じせしめる。
【解決手段】ウエーハ２０に形成された分割予定ライン２０１に沿ってパルスレーザー光線を照射し、ウエーハ２０を該分割予定ライン２０１に沿って分割するウエーハのレーザー加工方法であって、パルスレーザー光線の集光スポット径をDとし、隣接する集光スポットとの中心間の間隔をLとした場合、D＜L≦4Dの範囲でパルスレーザー光線を照射することにより、ウエーハ２０に分割予定ライン２０１に沿ってレーザー加工孔２０３を形成するとともに、レーザー加工孔２０３間に亀裂２０４を生じせしめる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハを所定の分割予定ラインに沿って分割するウエーハのレーザー加工方法およびレーザー加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
当業者には周知の如く、半導体デバイス製造工程においては、シリコン等の半導体基板の表面に絶縁膜と機能膜が積層された積層体によって複数のＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップをマトリックス状に形成した半導体ウエーハが形成される。このように形成された半導体ウエーハは上記半導体チップがストリートと呼ばれる分割予定ラインによって区画されており、この分割予定ラインに沿って切断することによって個々の半導体チップを製造している。また、サファイヤ基板等の表面に格子状に形成された分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスが形成された光デバイスウエーハは、分割予定ラインに沿って個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器等に広く利用されている。
【０００３】
近年、半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、その被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、被加工物の一方の面側から内部に集光点を合わせて被加工物に対して透過性を有する赤外光領域のパルスレーザー光線を照射し、被加工物の内部に分割予定ラインに沿って変質層を連続的に形成し、この変質層が形成されることによって強度が低下した分割予定ラインに沿って外力を加えることにより、被加工物を分割するものである。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特許第３４０８８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
而して、上述した特許第３４０８８０５号公報に開示された分割方法は、被加工物にレーザー光線を照射し被加工物の内部に変質層を形成する工程と、変質層が形成された被加工物に外力を付与し被加工物を変質層に沿って分割する工程との２つの工程を要するため、生産性の面で必ずしも満足し得るものではない。
【０００５】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、ウエーハに形成された分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射することにより、ウエーハを分割予定ラインに沿って効率よく分割することができるウエーハのレーザー加工方法およびレーザー加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、ウエーハに形成された分割予定ラインに沿ってパルスレーザー光線を照射し、ウエーハを該分割予定ラインに沿って分割するウエーハのレーザー加工方法であって、
パルスレーザー光線の集光スポット径をDとし、隣接するス集光ポットとの中心間の間隔をLとした場合、D＜L≦4Dの範囲でパルスレーザー光線を照射することにより、ウエーハに該分割予定ラインに沿ってレーザー加工孔を形成するとともに、該レーザー加工孔間に亀裂を生じせしめる、
ことを特徴とするウエーハのレーザー加工方法が提供される。
【０００７】
パルスレーザー光線の１パルスあたりのエネルギーEは、０．１(mJ)≦E≦1(mJ)に設定されていることが望ましい。
【０００８】
また、本発明によれば、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物にパルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段を加工送り方向に相対的に移動せしめる加工送り手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該レーザー光線照射手段および加工送り手段を制御する制御手段を具備し、
該制御手段は、該レーザー光線照射手段から照射されるパルスレーザー光線の周波数をH(Hz)とし、パルスレーザー光線の集光スポット径をD(μm)とし、隣接するスポットとの中心間の間隔をL(μm)とした場合、D＜L≦4Dの範囲でパルスレーザー光線を照射するように該レーザー光線照射手段および加工送り手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
【０００９】
上記制御手段は、該加工送り手段による加工送り速度をV(μm／秒)とした場合、D＜(V÷H)≦4Dの範囲でパルスレーザー光線を照射するように該レーザー光線照射手段および加工送り手段を制御する。また、上記チャックテーブルと上記レーザー光線照射手段との相対的な加工送り量を検出する加工送り量検出手段を具備し、制御手段は加工送り量検出手段からの検出信号に基づいて加工送り量が所定量に達したらレーザー光線照射手段に照射信号を出力する。上記制御手段は、パルスレーザー光線の１パルスあたりのエネルギーEを、０．１(mJ)≦E≦1(mJ)になるようにレーザー光線照射手段を制御する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、パルスレーザー光線の集光スポット径をDとし、隣接するスポットとの中心間の間隔をLとした場合、D＜L≦4Dの範囲でパルスレーザー光線を照射することにより、ウエーハに分割予定ラインに沿ってレーザー加工孔を形成するとともに、このレーザー加工孔間に亀裂を生じせしめるので、パルスレーザー光線を照射するだけでウエーハを分割予定ラインに沿って効率的に分割することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明によるウエーハの分割方法レーザー加工装置について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【００１２】
図１には、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２に上記矢印Ｘで示す方向と直角な矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構４と、該レーザー光線ユニット支持機構４に矢印Ｚで示す方向に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット５とを具備している。
【００１３】
上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上に矢印Ｘで示す加工送り方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上に矢印Ｘで示す加工送り方向に移動可能に配設された第一の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持された支持テーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１上に被加工物である例えば円盤状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル３６には、後述する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。
【００１４】
上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第一の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられる。
【００１５】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記チャックテーブル３６の加工送り量を検出するための加工送り量検出手段３７４を備えている。加工送り量検出手段３７４は、案内レール３１に沿って配設されたリニアスケール３７４aと、第１の滑動ブロック３２に配設され第１の滑動ブロック３２とともにリニアスケール３７４aに沿って移動する読み取りヘッド３７４bとからなっている。この送り量検出手段３７４の読み取りヘッド３７４bは、図示に実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出する。なお、上記加工送り手段３７の駆動源としてパルスモータ３７２を用いた場合には、パルスモータ３７２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することができる。また、上記加工送り手段３７の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することができる。
【００１６】
上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動させるための第１の割り出し送り手段３８を具備している。第１の割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。
【００１７】
上記レーザー光線照射ユニット支持機構４は、静止基台２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上に矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一側面に矢印Ｚで示す方向に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動させるための第２の割り出し送り手段４３を具備している。第２の割り出し送り手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロッド４３１と、該雄ねじロッド４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロッド４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。
【００１８】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記レーザー光線照射ユニット支持機構４の可動支持基台４２の割り出し送り量を検出するための割り出し送り量検出手段４３３を備えている。割り出し送り量検出手段４３３は、案内レール４１に沿って配設されたリニアスケール４３３aと、可動支持基台４２に配設されリニアスケール４３３aに沿って移動する読み取りヘッド４３３bとからなっている。この送り量検出手段４３３の読み取りヘッド４３３bは、図示に実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、レーザー光線照射ユニット５の割り出し送り量を検出する。なお、上記第２の割り出し送り手段４３の駆動源としてパルスモータ４３２を用いた場合には、パルスモータ４３２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、レーザー光線照射ユニット５の割り出し送り量を検出することができる。また、上記第２の割り出し送り手段４３の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、レーザー光線照射ユニット５の割り出し送り量を検出することができる。
【００１９】
図示の実施形態のおけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられたレーザー光線照射手段５２を具備している。ユニットホルダ５１は、上記装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝５１１、５１１が設けられており、この被案内溝５１１、５１１を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、矢印Ｚで示す方向に移動可能に支持される。
【００２０】
図示のレーザー光線照射手段５２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング５２１を含んでいる。ケーシング５２１内には図２に示すようにパルスレーザー光線発振手段５２２と出力調整手段５２３とが配設されている。パルスレーザー光線発振手段５２２は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器５２２ａと、これに付設された繰り返し周波数設定手段５２２ｂとから構成されている。このように構成されたパルスレーザー光線発振手段５２２は、後述する制御手段によって発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数H(Hz)が制御される。上記出力調整手段５２３は、上記パルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたパルスレーザー光線の出力を後述する制御手段からの制御信号に基づいて調整する。上記ケーシング５２１の先端部には、それ自体は周知の形態でよい組レンズから構成される集光レンズ（図示せず）を収容した集光器５２４が装着されている。上記パルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたレーザー光線は、出力調整手段５２３によって所定の出力に調整され、集光器５２４に至り、集光器５２４から上記チャックテーブ３６に保持される被加工物に所定の集光スポット径Ｄで照射される。この集光スポット径Ｄは、図３に示すようにガウシアン分布を示すパルスレーザー光線が集光器５２４の対物レンズ５２４ａを通して照射される場合、Ｄ（μｍ）＝４×λ×ｆ／（π×Ｗ）、ここでλはパルスレーザー光線の波長（μｍ）、Ｗは対物集光レンズ１２４ａに入射されるパルスレーザー光線の直径（ｍｍ）、ｆは対物集光レンズ５２４ａの焦点距離（ｍｍ）、で規定される。
【００２１】
図１に戻って説明を続けると、上記レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の先端部には、レーザー光線照射手段５２によってレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段６が配設されている。この撮像手段６は、可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該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撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。
【００２２】
図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１を一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向に移動させるための移動手段５３を具備している。移動手段５３は、一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロッド（図示せず）と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、ユニットホルダ５１およびレーザー光線照射手段５２を案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向に移動せしめる。なお、図示の実施形態においてはパルスモータ５３２を正転駆動することによりレーザー光線照射手段５２を上方に移動し、パルスモータ５３２を逆転駆動することによりレーザー光線照射手段５２を下方に移動するようになっている。
【００２３】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、制御手段１０を具備している。制御手段１０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）１０１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１０２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）１０３と、カウンター１０４と、入力インターフェース１０５および出力インターフェース１０６とを備えている。制御手段１０の入力インターフェース１０５には、上記送り量検出手段３７４および撮像手段６等からの検出信号が入力される。そして、制御手段１０の出力インターフェース１０６からは、上記パルスモータ３７２、パルスモータ３８２、パルスモータ４３２、パルスモータ５３２、レーザー光線照射手段５２等に制御信号を出力する。
【００２４】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図４には、レーザー加工される被加工物としての半導体ウエーハ２０の斜視図が示されている。図４に示す半導体ウエーハ２０は、例えば厚さが５０μmのシリコンウエーハからなっており、その表面２０ａに格子状に配列された複数の分割予定ライン２０１によって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス２０２がそれぞれマトリックス状に形成されている。このように形成された半導体ウエーハ２０は、図５に示すように環状のフレーム２１に装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなる保護テープ２２に表面２０ａ側を貼着する。従って、半導体ウエーハ１０は、裏面２０bが上側となる。
【００２５】
図５に示すように、環状のフレーム２１に保護テープ２２を介して支持された半導体ウエーハ２０は、図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上に保護テープ２２側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより半導体ウエーハ２０は、保護テープ２２を介してチャックテーブル３６上に吸引保持される。また、環状のフレーム２１は、クランプ３６２によって固定される。
【００２６】
上述したように半導体ウエーハ２０を吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７によって撮像手段６の直下に位置付けられる。チャックテーブル３６が撮像手段６の直下に位置付けられると、撮像手段６および制御手段１０によって半導体ウエーハ２０のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段６および制御手段１０は、半導体ウエーハ２０の所定方向に形成されている分割予定ライン２０１と、分割予定ライン２０１に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２の集光器５２４との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。また、半導体ウエーハ２０に形成されている上記所定方向に対して直角に延びる分割予定ライン２０１に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。このとき、半導体ウエーハ２０の分割予定ライン２０１が形成されている表面２０ａは下側に位置しているが、撮像手段６が上述したように赤外線照明手段と赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成された撮像手段を備えているので、裏面２０ｂから透かして分割予定ライン２０１を撮像することができる。
【００２７】
以上のようにしてチャックテーブル３６上に保持された半導体ウエーハ２０に形成されている分割予定ライン２０１を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、半導体ウエーハ２０に形成されている分割予定ライン２０１に沿って半導体ウエーハ２０に対して吸収性を有するパルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射工程を実施する。即ち、図６で示すようにチャックテーブル３６をレーザー光線照射手段５２の集光器５２４が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分割予定ライン２０１を集光器５２４の直下に位置付ける。このとき、図６で示すように半導体ウエーハ２０は、分割予定ライン２０１の一端(図６において左端)が集光器５２４の直下に位置するように位置付けられる。次に、集光器５２４からパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６即ち半導体ウエーハ２０を図６において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。このとき、集光器５２４から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pは、半導体ウエーハ２０の裏面２０b（上面）付近に合わせる。そして、図６に示すように分割予定ライン２０１の他端（図６において右端）が集光器５２４の直下位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル３６即ち半導体ウエーハ２０の移動を停止する。
【００２８】
上記レーザー光線照射工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４
波長 ：３５５ｎｍ
繰り返し周波数 ：６ｋＨｚ
出力 ：１．２W
パルスエネルギー ：０．２mJ
集光スポット径 ：２０μｍ
加工送り速度 ：２４０ｍｍ／秒
【００２９】
上記加工条件によって上述したレーザー光線照射工程を実施することにより、図７に示すように半導体ウエーハ２０には分割予定ライン２０１に沿って直径(D1)が略２０μｍのレーザー加工孔２０３が所定の間隔を持って形成される。なお、互いに隣接するレーザー加工孔２０３の中心間の間隔（L）は、上記加工条件においては４０μｍとなる。このような間隔（L）でレーザー加工孔２０３が形成されると、半導体ウエーハ２０はレーザー加工孔２０３間に亀裂２０４が発生する。この結果、半導体ウエーハ２０は、分割予定ライン２０１に沿って分割される。
【００３０】
ここで、パルスレーザー光線の集光スポット径(D)と隣接するスポットとの中心間の間隔(L)との関係について説明する。
本発明者の実験によれば、隣接する集光スポットとの中心間の間隔(L)がパルスレーザー光線の集光スポット径(D)以下であると、半導体ウエーハ２０に照射されるパルスレーザー光線の集光スポットが一部重合するため、レーザー加工孔２０３が一部重合するので、この重合部で溶融して再固化する現象が発生した。一方、隣接するスポットとの中心間の間隔(L)がパルスレーザー光線の集光スポット径(D)の４倍以上になると、半導体ウエーハ２０はレーザー加工孔２０３間に亀裂が発生しなかった。
従って、パルスレーザー光線の集光スポット径をDとし、隣接する集光スポットとの中心間の間隔をLとした場合、D＜L≦4Dの範囲でパルスレーザー光線を照射することが望ましい。
【００３１】
次に、パルスレーザー光線の１パルスあたりのエネルギー(E)について説明する。
本発明者の実験によれば、パルスレーザー光線の１パルスあたりのエネルギー(E)が０．１(mJ)より小さいと、レーザー加工孔２０３は形成されるが、レーザー加工孔２０３間に亀裂が発生しなかった。一方、パルスレーザー光線の１パルスあたりのエネルギー(E)が１(mJ)より大きいと、レーザー加工孔２０３間が破壊され直線状の亀裂を形成することができなかった。従って、パルスレーザー光線の１パルスあたりのエネルギー(E)は、０．１(mJ) ≦E≦1(mJ)に設定することが望ましい。
【００３２】
ここで、パルスレーザー光線の周波数と加工送り速度との関係について説明する。
パルスレーザー光線の周波数をH(Hz)とし、加工送り速度をV(μm／秒)とすると、隣接する集光スポットとの中心間の間隔(L)はL＝V÷Hとなる。従って、制御手段１０は、隣接する集光スポットとの中心間の間隔(L)がD＜L≦4Dの範囲になるように、レーザー光線照射手段５２のパルスレーザー光線発振手段２２２から発振するパルスレーザー光線の周波数H(Hz)を制御するとともに、加工送り手段３７のパルスモータ３７２を制御して加工送り速度V(μm／秒)を制御する。
【００３３】
上述したように半導体ウエーハ２０の所定の分割予定ライン２０１に対してレーザー光線照射工程を実施したならば、分割予定ライン２０１と直角な方向に分割予定ラインの間隔分だけ割り出し送りし、隣接する次の分割予定ラインに対して上記レーザー光線照射工程を実施する。この割り出し送りとレーザー光線照射工程を繰り返し実行することにより、半導体ウエーハ２０の所定方向に延びる全ての分割予定ライン２０１に沿ってレーザー加工孔２０３と亀裂２０４を形成することができる。以上のようにして、半導体ウエーハ２０の所定方向に延びる分割予定ライン２０１に対してレーザー光線照射工程を実施したならば、チャックテーブル３６従って半導体ウエーハ２０を９０度回動して、上述した所定方向に延びる分割予定ライン２０１と直角な方向に延びる分割予定ライン２０１に対して上述したレーザー光線照射工程を実施する。この結果、半導体ウエーハ２０の全ての分割予定ライン２０１に沿ってレーザー加工孔２０３と亀裂２０４が形成され、半導体ウエーハ２０は個々のチップに分割される。なお、このようにして分割された各チップは、保護テープ２２に貼着されているので、バラバラにはならずウエーハの形態が維持される。
【００３４】
以上のように、本発明によれば、半導体ウエーハ２０に形成された分割予定ライン２０１に沿って上記レーザー光線照射工程を実施することにより、半導体ウエーハ２０を個々のチップに分割することができる。従って、本発明によれば、上述したウエーハの分割方法のように被加工物にレーザー光線を照射し被加工物の内部に変質層を形成した後に、変質層が形成された被加工物に外力を付与し被加工物を変質層に沿って分割する工程を実施する必要がないため、ウエーハの分割を効率的に行うことができる。
【００３５】
次に、本発明によるウエーハのレーザー加工方法の他の実施形態について説明する。
この実施形態においては、上記レーザー光線照射手段５２のパルスレーザー光線発振手段５２２は、制御手段１０からの照射信号に基づいて１パルスのレーザー光線を照射するように構成されている。なお、この実施形態におけるレーザー光線照射工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４
波長 ：３５５ｎｍ
パルスエネルギー ：０．２mJ
集光スポット径 ：２０μｍ
【００３６】
この実施形態においても、チャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ２０を図６に示すようにレーザー光線照射手段５２の集光器５２４が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分割予定ライン２０１を集光器５２４の直下に位置付ける。このとき、図６に示すように半導体ウエーハ２０は、分割予定ライン２０１の一端(図６において左端)が集光器５２４の直下に位置するように位置付けられる。次に、制御手段１０は、レーザー光線照射手段５２に照射信号を出力し集光器５２４から１パルスのレーザー光線を照射するように制御するとともに、チャックテーブル３６を図６において矢印Ｘ１で示す方向に所定の移動速度で加工送りするように上記加工送り手段３７を制御する。従って、半導体ウエーハ２０には所定の分割予定ライン２０１の一端部に、１パルスのレーザー光線が照射される。このとき、集光器５２４から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pは、半導体ウエーハ２０の裏面２０b（上面）付近に合わせる。この結果、１パルスのレーザー光線が照射された半導体ウエーハ２０には図８において左端部に直径（D１）が略２０μｍのレーザー加工孔２０３−１が形成される。一方、制御手段１０は、加工送り量検出手段３７４の読み取りヘッド３７４bからの検出信号を入力しており、この検出信号をカウンター１０４によってカウントしている。そして、カウンター１０４によるカウント値が例えば４０パルスに達したら、制御手段１０はレーザー光線照射手段５２に照射信号を出力し、集光器５２２から１パルスのレーザー光線を照射するように制御する。従って、図示の実施形態においては、上記レーザー加工孔２０３−１から４０μの間隔（L）を置いた位置に直径（D１）が略２０μｍのレーザー加工孔２０３−２が形成される。そして、その後も制御手段１０は、カウンター１０４によるカウント値が４０パルスに達する毎にレーザー光線照射手段５２に照射信号を出力し、半導体ウエーハ１０の右端が集光器５２２の直下に達するまで上記レーザー光線照射工程を実施する。この結果、半導体ウエーハ２０には分割予定ライン２０１に沿って直径（D１）が略２０μｍの複数個のレーザー加工孔２０３−１〜２０３−nが４０μmの間隔（L）毎に形成されるとともに、上述した実施形態と同様に各レーザー加工孔２０３間には亀裂２０４が形成される。
【００３７】
この実施形態においても、パルスレーザー光線のスポット径をDとし、隣接するスポットとの中心間の間隔をLとした場合、D＜L≦4Dの範囲でパルスレーザー光線を照射することが望ましい。また、パルスレーザー光線の１パルスあたりのエネルギー(E)は、０．１(mJ)≦E≦1(mJ)に設定することが望ましい。
【００３８】
なお、被加工物である半導体ウエーハ２０の厚さが厚い場合には、上述したレーザー光線照射工程を複数回繰り返して実施し、半導体ウエーハ２０に貫通したレーザー加工孔２０３を形成することにより、各レーザー加工孔２０３間には亀裂２０４を形成することができる。
【００３９】
以上、本発明をシリコンウエーハからなる半導体ウエーハ２０に実施した例を示したが、本発明はサファイヤ基板からなる光デバイス等の他のウエーハに実施しても同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図。
【図２】図１に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段の構成を簡略に示すブロック図。
【図３】パルスレーザー光線の集光スポット径を説明するための簡略図。
【図４】被加工物としての半導体ウエーハの平面図。
【図５】図４に示す半導体ウエーハを環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着した状態を示す斜視図。
【図６】図１に示すレーザー加工装置によって実施するレーザー光線照射工程の説明図。
【図７】図６に示すレーザー光線照射工程を実施することにより、半導体ウエーハに形成されるレーザー加工孔および亀裂の説明図。
【図８】図６に示すレーザー光線照射工程の他の実施形態を実施することにより、半導体ウエーハに形成されるレーザー加工孔および亀裂の説明図。
【符号の説明】
【００４１】
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３１：案内レール
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３７４：加工送り量検出手段
３８：第１の割り出し送り手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４１：案内レール
４２：可動支持基台
４３：第２の割り出し送り手段
４３３：割り出し送り量検出手段
５：レーザー光線照射ユニット
５１：ユニットホルダ
５２：レーザー光線加工手段
５２２：集光器
６：撮像手段
１０：制御手段
２０：半導体ウエーハ
２０１：分割予定ライン
２０２：回路
２０３：レーザー加工孔
２０４：亀裂
２１：環状のフレーム
２２：保護テープ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハを所定の分割予定ラインに沿って分割するウエーハのレーザー加工方法およびレーザー加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
当業者には周知の如く、半導体デバイス製造工程においては、シリコン等の半導体基板の表面に絶縁膜と機能膜が積層された積層体によって複数のＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップをマトリックス状に形成した半導体ウエーハが形成される。このように形成された半導体ウエーハは上記半導体チップがストリートと呼ばれる分割予定ラインによって区画されており、この分割予定ラインに沿って切断することによって個々の半導体チップを製造している。また、サファイヤ基板等の表面に格子状に形成された分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスが形成された光デバイスウエーハは、分割予定ラインに沿って個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器等に広く利用されている。
【０００３】
近年、半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、その被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、被加工物の一方の面側から内部に集光点を合わせて被加工物に対して透過性を有する赤外光領域のパルスレーザー光線を照射し、被加工物の内部に分割予定ラインに沿って変質層を連続的に形成し、この変質層が形成されることによって強度が低下した分割予定ラインに沿って外力を加えることにより、被加工物を分割するものである。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特許第３４０８８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
而して、上述した特許第３４０８８０５号公報に開示された分割方法は、被加工物にレーザー光線を照射し被加工物の内部に変質層を形成する工程と、変質層が形成された被加工物に外力を付与し被加工物を変質層に沿って分割する工程との２つの工程を要するため、生産性の面で必ずしも満足し得るものではない。
【０００５】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、ウエーハに形成された分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射することにより、ウエーハを分割予定ラインに沿って効率よく分割することができるウエーハのレーザー加工方法およびレーザー加工装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、ウエーハに形成された分割予定ラインに沿ってパルスレーザー光線を照射し、ウエーハを該分割予定ラインに沿って分割するウエーハのレーザー加工方法であって、
パルスレーザー光線の集光スポット径をDとし、隣接するス集光ポットとの中心間の間隔をLとした場合、D＜L≦4Dの範囲でパルスレーザー光線を照射することにより、ウエーハに該分割予定ラインに沿ってレーザー加工孔を形成するとともに、該レーザー加工孔間に亀裂を生じせしめる、
ことを特徴とするウエーハのレーザー加工方法が提供される。
【０００７】
パルスレーザー光線の１パルスあたりのエネルギーEは、０．１(mJ)≦E≦1(mJ)に設定されていることが望ましい。
【０００８】
また、本発明によれば、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物にパルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段を加工送り方向に相対的に移動せしめる加工送り手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該レーザー光線照射手段および加工送り手段を制御する制御手段を具備し、
該制御手段は、該レーザー光線照射手段から照射されるパルスレーザー光線の周波数をH(Hz)とし、パルスレーザー光線の集光スポット径をD(μm)とし、隣接するスポットとの中心間の間隔をL(μm)とした場合、D＜L≦4Dの範囲でパルスレーザー光線を照射するように該レーザー光線照射手段および加工送り手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
【０００９】
上記制御手段は、該加工送り手段による加工送り速度をV(μm／秒)とした場合、D＜(V÷H)≦4Dの範囲でパルスレーザー光線を照射するように該レーザー光線照射手段および加工送り手段を制御する。また、上記チャックテーブルと上記レーザー光線照射手段との相対的な加工送り量を検出する加工送り量検出手段を具備し、制御手段は加工送り量検出手段からの検出信号に基づいて加工送り量が所定量に達したらレーザー光線照射手段に照射信号を出力する。上記制御手段は、パルスレーザー光線の１パルスあたりのエネルギーEを、０．１(mJ)≦E≦1(mJ)になるようにレーザー光線照射手段を制御する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、パルスレーザー光線の集光スポット径をDとし、隣接するスポットとの中心間の間隔をLとした場合、D＜L≦4Dの範囲でパルスレーザー光線を照射することにより、ウエーハに分割予定ラインに沿ってレーザー加工孔を形成するとともに、このレーザー加工孔間に亀裂を生じせしめるので、パルスレーザー光線を照射するだけでウエーハを分割予定ラインに沿って効率的に分割することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明によるウエーハの分割方法レーザー加工装置について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【００１２】
図１には、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２に上記矢印Ｘで示す方向と直角な矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構４と、該レーザー光線ユニット支持機構４に矢印Ｚで示す方向に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット５とを具備している。
【００１３】
上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上に矢印Ｘで示す加工送り方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上に矢印Ｘで示す加工送り方向に移動可能に配設された第一の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持された支持テーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１上に被加工物である例えば円盤状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル３６には、後述する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。
【００１４】
上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第一の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられる。
【００１５】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記チャックテーブル３６の加工送り量を検出するための加工送り量検出手段３７４を備えている。加工送り量検出手段３７４は、案内レール３１に沿って配設されたリニアスケール３７４aと、第１の滑動ブロック３２に配設され第１の滑動ブロック３２とともにリニアスケール３７４aに沿って移動する読み取りヘッド３７４bとからなっている。この送り量検出手段３７４の読み取りヘッド３７４bは、図示に実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出する。なお、上記加工送り手段３７の駆動源としてパルスモータ３７２を用いた場合には、パルスモータ３７２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することができる。また、上記加工送り手段３７の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することができる。
【００１６】
上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動させるための第１の割り出し送り手段３８を具備している。第１の割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。
【００１７】
上記レーザー光線照射ユニット支持機構４は、静止基台２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上に矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一側面に矢印Ｚで示す方向に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動させるための第２の割り出し送り手段４３を具備している。第２の割り出し送り手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロッド４３１と、該雄ねじロッド４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロッド４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。
【００１８】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、上記レーザー光線照射ユニット支持機構４の可動支持基台４２の割り出し送り量を検出するための割り出し送り量検出手段４３３を備えている。割り出し送り量検出手段４３３は、案内レール４１に沿って配設されたリニアスケール４３３aと、可動支持基台４２に配設されリニアスケール４３３aに沿って移動する読み取りヘッド４３３bとからなっている。この送り量検出手段４３３の読み取りヘッド４３３bは、図示に実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、レーザー光線照射ユニット５の割り出し送り量を検出する。なお、上記第２の割り出し送り手段４３の駆動源としてパルスモータ４３２を用いた場合には、パルスモータ４３２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、レーザー光線照射ユニット５の割り出し送り量を検出することができる。また、上記第２の割り出し送り手段４３の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、レーザー光線照射ユニット５の割り出し送り量を検出することができる。
【００１９】
図示の実施形態のおけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられたレーザー光線照射手段５２を具備している。ユニットホルダ５１は、上記装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝５１１、５１１が設けられており、この被案内溝５１１、５１１を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、矢印Ｚで示す方向に移動可能に支持される。
【００２０】
図示のレーザー光線照射手段５２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング５２１を含んでいる。ケーシング５２１内には図２に示すようにパルスレーザー光線発振手段５２２と出力調整手段５２３とが配設されている。パルスレーザー光線発振手段５２２は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器５２２ａと、これに付設された繰り返し周波数設定手段５２２ｂとから構成されている。このように構成されたパルスレーザー光線発振手段５２２は、後述する制御手段によって発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数H(Hz)が制御される。上記出力調整手段５２３は、上記パルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたパルスレーザー光線の出力を後述する制御手段からの制御信号に基づいて調整する。上記ケーシング５２１の先端部には、それ自体は周知の形態でよい組レンズから構成される集光レンズ（図示せず）を収容した集光器５２４が装着されている。上記パルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたレーザー光線は、出力調整手段５２３によって所定の出力に調整され、集光器５２４に至り、集光器５２４から上記チャックテーブ３６に保持される被加工物に所定の集光スポット径Ｄで照射される。この集光スポット径Ｄは、図３に示すようにガウシアン分布を示すパルスレーザー光線が集光器５２４の対物レンズ５２４ａを通して照射される場合、Ｄ（μｍ）＝４×λ×ｆ／（π×Ｗ）、ここでλはパルスレーザー光線の波長（μｍ）、Ｗは対物集光レンズ１２４ａに入射されるパルスレーザー光線の直径（ｍｍ）、ｆは対物集光レンズ５２４ａの焦点距離（ｍｍ）、で規定される。
【００２１】
図１に戻って説明を続けると、上記レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の先端部には、レーザー光線照射手段５２によってレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段６が配設されている。この撮像手段６は、可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該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撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。
【００２２】
図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１を一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向に移動させるための移動手段５３を具備している。移動手段５３は、一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロッド（図示せず）と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、ユニットホルダ５１およびレーザー光線照射手段５２を案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向に移動せしめる。なお、図示の実施形態においてはパルスモータ５３２を正転駆動することによりレーザー光線照射手段５２を上方に移動し、パルスモータ５３２を逆転駆動することによりレーザー光線照射手段５２を下方に移動するようになっている。
【００２３】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、制御手段１０を具備している。制御手段１０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）１０１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１０２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）１０３と、カウンター１０４と、入力インターフェース１０５および出力インターフェース１０６とを備えている。制御手段１０の入力インターフェース１０５には、上記送り量検出手段３７４および撮像手段６等からの検出信号が入力される。そして、制御手段１０の出力インターフェース１０６からは、上記パルスモータ３７２、パルスモータ３８２、パルスモータ４３２、パルスモータ５３２、レーザー光線照射手段５２等に制御信号を出力する。
【００２４】
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図４には、レーザー加工される被加工物としての半導体ウエーハ２０の斜視図が示されている。図４に示す半導体ウエーハ２０は、例えば厚さが５０μmのシリコンウエーハからなっており、その表面２０ａに格子状に配列された複数の分割予定ライン２０１によって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス２０２がそれぞれマトリックス状に形成されている。このように形成された半導体ウエーハ２０は、図５に示すように環状のフレーム２１に装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなる保護テープ２２に表面２０ａ側を貼着する。従って、半導体ウエーハ１０は、裏面２０bが上側となる。
【００２５】
図５に示すように、環状のフレーム２１に保護テープ２２を介して支持された半導体ウエーハ２０は、図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上に保護テープ２２側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより半導体ウエーハ２０は、保護テープ２２を介してチャックテーブル３６上に吸引保持される。また、環状のフレーム２１は、クランプ３６２によって固定される。
【００２６】
上述したように半導体ウエーハ２０を吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７によって撮像手段６の直下に位置付けられる。チャックテーブル３６が撮像手段６の直下に位置付けられると、撮像手段６および制御手段１０によって半導体ウエーハ２０のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段６および制御手段１０は、半導体ウエーハ２０の所定方向に形成されている分割予定ライン２０１と、分割予定ライン２０１に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２の集光器５２４との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。また、半導体ウエーハ２０に形成されている上記所定方向に対して直角に延びる分割予定ライン２０１に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。このとき、半導体ウエーハ２０の分割予定ライン２０１が形成されている表面２０ａは下側に位置しているが、撮像手段６が上述したように赤外線照明手段と赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成された撮像手段を備えているので、裏面２０ｂから透かして分割予定ライン２０１を撮像することができる。
【００２７】
以上のようにしてチャックテーブル３６上に保持された半導体ウエーハ２０に形成されている分割予定ライン２０１を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、半導体ウエーハ２０に形成されている分割予定ライン２０１に沿って半導体ウエーハ２０に対して吸収性を有するパルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射工程を実施する。即ち、図６で示すようにチャックテーブル３６をレーザー光線照射手段５２の集光器５２４が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分割予定ライン２０１を集光器５２４の直下に位置付ける。このとき、図６で示すように半導体ウエーハ２０は、分割予定ライン２０１の一端(図６において左端)が集光器５２４の直下に位置するように位置付けられる。次に、集光器５２４からパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６即ち半導体ウエーハ２０を図６において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。このとき、集光器５２４から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pは、半導体ウエーハ２０の裏面２０b（上面）付近に合わせる。そして、図６に示すように分割予定ライン２０１の他端（図６において右端）が集光器５２４の直下位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル３６即ち半導体ウエーハ２０の移動を停止する。
【００２８】
上記レーザー光線照射工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４
波長 ：３５５ｎｍ
繰り返し周波数 ：６ｋＨｚ
出力 ：１．２W
パルスエネルギー ：０．２mJ
集光スポット径 ：２０μｍ
加工送り速度 ：２４０ｍｍ／秒
【００２９】
上記加工条件によって上述したレーザー光線照射工程を実施することにより、図７に示すように半導体ウエーハ２０には分割予定ライン２０１に沿って直径(D1)が略２０μｍのレーザー加工孔２０３が所定の間隔を持って形成される。なお、互いに隣接するレーザー加工孔２０３の中心間の間隔（L）は、上記加工条件においては４０μｍとなる。このような間隔（L）でレーザー加工孔２０３が形成されると、半導体ウエーハ２０はレーザー加工孔２０３間に亀裂２０４が発生する。この結果、半導体ウエーハ２０は、分割予定ライン２０１に沿って分割される。
【００３０】
ここで、パルスレーザー光線の集光スポット径(D)と隣接するスポットとの中心間の間隔(L)との関係について説明する。
本発明者の実験によれば、隣接する集光スポットとの中心間の間隔(L)がパルスレーザー光線の集光スポット径(D)以下であると、半導体ウエーハ２０に照射されるパルスレーザー光線の集光スポットが一部重合するため、レーザー加工孔２０３が一部重合するので、この重合部で溶融して再固化する現象が発生した。一方、隣接するスポットとの中心間の間隔(L)がパルスレーザー光線の集光スポット径(D)の４倍以上になると、半導体ウエーハ２０はレーザー加工孔２０３間に亀裂が発生しなかった。
従って、パルスレーザー光線の集光スポット径をDとし、隣接する集光スポットとの中心間の間隔をLとした場合、D＜L≦4Dの範囲でパルスレーザー光線を照射することが望ましい。
【００３１】
次に、パルスレーザー光線の１パルスあたりのエネルギー(E)について説明する。
本発明者の実験によれば、パルスレーザー光線の１パルスあたりのエネルギー(E)が０．１(mJ)より小さいと、レーザー加工孔２０３は形成されるが、レーザー加工孔２０３間に亀裂が発生しなかった。一方、パルスレーザー光線の１パルスあたりのエネルギー(E)が１(mJ)より大きいと、レーザー加工孔２０３間が破壊され直線状の亀裂を形成することができなかった。従って、パルスレーザー光線の１パルスあたりのエネルギー(E)は、０．１(mJ) ≦E≦1(mJ)に設定することが望ましい。
【００３２】
ここで、パルスレーザー光線の周波数と加工送り速度との関係について説明する。
パルスレーザー光線の周波数をH(Hz)とし、加工送り速度をV(μm／秒)とすると、隣接する集光スポットとの中心間の間隔(L)はL＝V÷Hとなる。従って、制御手段１０は、隣接する集光スポットとの中心間の間隔(L)がD＜L≦4Dの範囲になるように、レーザー光線照射手段５２のパルスレーザー光線発振手段２２２から発振するパルスレーザー光線の周波数H(Hz)を制御するとともに、加工送り手段３７のパルスモータ３７２を制御して加工送り速度V(μm／秒)を制御する。
【００３３】
上述したように半導体ウエーハ２０の所定の分割予定ライン２０１に対してレーザー光線照射工程を実施したならば、分割予定ライン２０１と直角な方向に分割予定ラインの間隔分だけ割り出し送りし、隣接する次の分割予定ラインに対して上記レーザー光線照射工程を実施する。この割り出し送りとレーザー光線照射工程を繰り返し実行することにより、半導体ウエーハ２０の所定方向に延びる全ての分割予定ライン２０１に沿ってレーザー加工孔２０３と亀裂２０４を形成することができる。以上のようにして、半導体ウエーハ２０の所定方向に延びる分割予定ライン２０１に対してレーザー光線照射工程を実施したならば、チャックテーブル３６従って半導体ウエーハ２０を９０度回動して、上述した所定方向に延びる分割予定ライン２０１と直角な方向に延びる分割予定ライン２０１に対して上述したレーザー光線照射工程を実施する。この結果、半導体ウエーハ２０の全ての分割予定ライン２０１に沿ってレーザー加工孔２０３と亀裂２０４が形成され、半導体ウエーハ２０は個々のチップに分割される。なお、このようにして分割された各チップは、保護テープ２２に貼着されているので、バラバラにはならずウエーハの形態が維持される。
【００３４】
以上のように、本発明によれば、半導体ウエーハ２０に形成された分割予定ライン２０１に沿って上記レーザー光線照射工程を実施することにより、半導体ウエーハ２０を個々のチップに分割することができる。従って、本発明によれば、上述したウエーハの分割方法のように被加工物にレーザー光線を照射し被加工物の内部に変質層を形成した後に、変質層が形成された被加工物に外力を付与し被加工物を変質層に沿って分割する工程を実施する必要がないため、ウエーハの分割を効率的に行うことができる。
【００３５】
次に、本発明によるウエーハのレーザー加工方法の他の実施形態について説明する。
この実施形態においては、上記レーザー光線照射手段５２のパルスレーザー光線発振手段５２２は、制御手段１０からの照射信号に基づいて１パルスのレーザー光線を照射するように構成されている。なお、この実施形態におけるレーザー光線照射工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４
波長 ：３５５ｎｍ
パルスエネルギー ：０．２mJ
集光スポット径 ：２０μｍ
【００３６】
この実施形態においても、チャックテーブル３６に保持された半導体ウエーハ２０を図６に示すようにレーザー光線照射手段５２の集光器５２４が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分割予定ライン２０１を集光器５２４の直下に位置付ける。このとき、図６に示すように半導体ウエーハ２０は、分割予定ライン２０１の一端(図６において左端)が集光器５２４の直下に位置するように位置付けられる。次に、制御手段１０は、レーザー光線照射手段５２に照射信号を出力し集光器５２４から１パルスのレーザー光線を照射するように制御するとともに、チャックテーブル３６を図６において矢印Ｘ１で示す方向に所定の移動速度で加工送りするように上記加工送り手段３７を制御する。従って、半導体ウエーハ２０には所定の分割予定ライン２０１の一端部に、１パルスのレーザー光線が照射される。このとき、集光器５２４から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pは、半導体ウエーハ２０の裏面２０b（上面）付近に合わせる。この結果、１パルスのレーザー光線が照射された半導体ウエーハ２０には図８において左端部に直径（D１）が略２０μｍのレーザー加工孔２０３−１が形成される。一方、制御手段１０は、加工送り量検出手段３７４の読み取りヘッド３７４bからの検出信号を入力しており、この検出信号をカウンター１０４によってカウントしている。そして、カウンター１０４によるカウント値が例えば４０パルスに達したら、制御手段１０はレーザー光線照射手段５２に照射信号を出力し、集光器５２２から１パルスのレーザー光線を照射するように制御する。従って、図示の実施形態においては、上記レーザー加工孔２０３−１から４０μの間隔（L）を置いた位置に直径（D１）が略２０μｍのレーザー加工孔２０３−２が形成される。そして、その後も制御手段１０は、カウンター１０４によるカウント値が４０パルスに達する毎にレーザー光線照射手段５２に照射信号を出力し、半導体ウエーハ１０の右端が集光器５２２の直下に達するまで上記レーザー光線照射工程を実施する。この結果、半導体ウエーハ２０には分割予定ライン２０１に沿って直径（D１）が略２０μｍの複数個のレーザー加工孔２０３−１〜２０３−nが４０μmの間隔（L）毎に形成されるとともに、上述した実施形態と同様に各レーザー加工孔２０３間には亀裂２０４が形成される。
【００３７】
この実施形態においても、パルスレーザー光線のスポット径をDとし、隣接するスポットとの中心間の間隔をLとした場合、D＜L≦4Dの範囲でパルスレーザー光線を照射することが望ましい。また、パルスレーザー光線の１パルスあたりのエネルギー(E)は、０．１(mJ)≦E≦1(mJ)に設定することが望ましい。
【００３８】
なお、被加工物である半導体ウエーハ２０の厚さが厚い場合には、上述したレーザー光線照射工程を複数回繰り返して実施し、半導体ウエーハ２０に貫通したレーザー加工孔２０３を形成することにより、各レーザー加工孔２０３間には亀裂２０４を形成することができる。
【００３９】
以上、本発明をシリコンウエーハからなる半導体ウエーハ２０に実施した例を示したが、本発明はサファイヤ基板からなる光デバイス等の他のウエーハに実施しても同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図。
【図２】図１に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段の構成を簡略に示すブロック図。
【図３】パルスレーザー光線の集光スポット径を説明するための簡略図。
【図４】被加工物としての半導体ウエーハの平面図。
【図５】図４に示す半導体ウエーハを環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着した状態を示す斜視図。
【図６】図１に示すレーザー加工装置によって実施するレーザー光線照射工程の説明図。
【図７】図６に示すレーザー光線照射工程を実施することにより、半導体ウエーハに形成されるレーザー加工孔および亀裂の説明図。
【図８】図６に示すレーザー光線照射工程の他の実施形態を実施することにより、半導体ウエーハに形成されるレーザー加工孔および亀裂の説明図。
【符号の説明】
【００４１】
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３１：案内レール
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３７４：加工送り量検出手段
３８：第１の割り出し送り手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４１：案内レール
４２：可動支持基台
４３：第２の割り出し送り手段
４３３：割り出し送り量検出手段
５：レーザー光線照射ユニット
５１：ユニットホルダ
５２：レーザー光線加工手段
５２２：集光器
６：撮像手段
１０：制御手段
２０：半導体ウエーハ
２０１：分割予定ライン
２０２：回路
２０３：レーザー加工孔
２０４：亀裂
２１：環状のフレーム
２２：保護テープ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエーハに形成された分割予定ラインに沿ってパルスレーザー光線を照射し、ウエーハを該分割予定ラインに沿って分割するウエーハのレーザー加工方法であって、
パルスレーザー光線の集光スポット径をDとし、隣接する集光スポットとの中心間の間隔をLとした場合、D＜L≦4Dの範囲でパルスレーザー光線を照射することにより、ウエーハに該分割予定ラインに沿ってレーザー加工孔を形成するとともに、該レーザー加工孔間に亀裂を生じせしめる、
ことを特徴とするウエーハのレーザー加工方法。
【請求項２】
該パルスレーザー光線の１パルスあたりのエネルギーEは、０．１(mJ)≦E≦1(mJ)に設定されている、請求項１記載のウエーハのレーザー加工方法。
【請求項３】
被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物にパルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段を加工送り方向に相対的に移動せしめる加工送り手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該レーザー光線照射手段および加工送り手段を制御する制御手段を具備し、
該制御手段は、該レーザー光線照射手段から発振されるパルスレーザー光線の周波数をH(Hz)とし、パルスレーザー光線の集光スポット径をD(μm)とし、隣接する集光スポットとの中心間の間隔をL(μm)とした場合、D＜L≦4Dの範囲でパルスレーザー光線を照射するように該レーザー光線照射手段および加工送り手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項４】
該制御手段は、該加工送り手段による加工送り速度をV(μm／秒)とした場合、D＜(V÷H)≦4Dの範囲でパルスレーザー光線を照射するように該レーザー光線照射手段および加工送り手段を制御する、請求項３記載のレーザー加工装置。
【請求項５】
該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段との相対的な加工送り量を検出する加工送り量検出手段を具備し、該制御手段は該加工送り量検出手段からの検出信号に基づいて加工送り量が所定量に達したら該レーザー光線照射手段に照射信号を出力する、請求項３記載のレーザー加工装置。
【請求項６】
該制御手段は、パルスレーザー光線の１パルスあたりのエネルギーEが、０．１(mJ)≦E≦1(mJ)になるように該レーザー光線照射手段を制御する、請求項３から５のいずれかに記載のレーザー加工装置。
【請求項１】
ウエーハに形成された分割予定ラインに沿ってパルスレーザー光線を照射し、ウエーハを該分割予定ラインに沿って分割するウエーハのレーザー加工方法であって、
パルスレーザー光線の集光スポット径をDとし、隣接する集光スポットとの中心間の間隔をLとした場合、D＜L≦4Dの範囲でパルスレーザー光線を照射することにより、ウエーハに該分割予定ラインに沿ってレーザー加工孔を形成するとともに、該レーザー加工孔間に亀裂を生じせしめる、
ことを特徴とするウエーハのレーザー加工方法。
【請求項２】
該パルスレーザー光線の１パルスあたりのエネルギーEは、０．１(mJ)≦E≦1(mJ)に設定されている、請求項１記載のウエーハのレーザー加工方法。
【請求項３】
被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物にパルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段を加工送り方向に相対的に移動せしめる加工送り手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該レーザー光線照射手段および加工送り手段を制御する制御手段を具備し、
該制御手段は、該レーザー光線照射手段から発振されるパルスレーザー光線の周波数をH(Hz)とし、パルスレーザー光線の集光スポット径をD(μm)とし、隣接する集光スポットとの中心間の間隔をL(μm)とした場合、D＜L≦4Dの範囲でパルスレーザー光線を照射するように該レーザー光線照射手段および加工送り手段を制御する、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項４】
該制御手段は、該加工送り手段による加工送り速度をV(μm／秒)とした場合、D＜(V÷H)≦4Dの範囲でパルスレーザー光線を照射するように該レーザー光線照射手段および加工送り手段を制御する、請求項３記載のレーザー加工装置。
【請求項５】
該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段との相対的な加工送り量を検出する加工送り量検出手段を具備し、該制御手段は該加工送り量検出手段からの検出信号に基づいて加工送り量が所定量に達したら該レーザー光線照射手段に照射信号を出力する、請求項３記載のレーザー加工装置。
【請求項６】
該制御手段は、パルスレーザー光線の１パルスあたりのエネルギーEが、０．１(mJ)≦E≦1(mJ)になるように該レーザー光線照射手段を制御する、請求項３から５のいずれかに記載のレーザー加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−２９４６７４（Ｐ２００６−２９４６７４Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０９６１７（Ｐ２００５−１０９６１７）
【出願日】平成１７年４月６日（２００５．４．６）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月６日（２００５．４．６）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
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