レーザー加工装置およびレーザー加工方法
【課題】光デバイスウェーハの分割性の向上と、発光デバイスの電気特性の低下の抑制を同時に達成できるレーザー加工装置およびレーザー加工方法を提供すること。
【解決手段】レーザー加工ユニット２６は、発振器４１が発振するレーザービームを、加工進行方向に対して偏光方向が直交する分離光４７ａと加工進行方向に対して偏光方向が平行な分離光４７ｂとに分離し、ウェーハＷの厚さ方向に変位させて２箇所の集光点に集光する集光器４４を備える。このとき、分離光４７ａは、発光デバイスが形成されているウェーハＷの表面Ｗｂから遠い集光点４８ａに集光され、分離光４７ｂは、ウェーハＷの表面Ｗｂに近い集光点４８ｂに集光される。
【解決手段】レーザー加工ユニット２６は、発振器４１が発振するレーザービームを、加工進行方向に対して偏光方向が直交する分離光４７ａと加工進行方向に対して偏光方向が平行な分離光４７ｂとに分離し、ウェーハＷの厚さ方向に変位させて２箇所の集光点に集光する集光器４４を備える。このとき、分離光４７ａは、発光デバイスが形成されているウェーハＷの表面Ｗｂから遠い集光点４８ａに集光され、分離光４７ｂは、ウェーハＷの表面Ｗｂに近い集光点４８ｂに集光される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイスウェーハ等のワークに対して透過性を有するレーザービームを照射し、ワークの内部に改質層を形成するレーザー加工装置およびレーザー加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハや光デバイスウェーハ等のワークを、ワークに形成した分割予定ラインに沿って分割する方法として、ワークに対して透過性を有するパルスレーザービームを用い、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ビームを照射するレーザー加工方法が試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ワークに対して透過性を有する波長のパルスレーザービームをワーク内部に集光点を合わせて照射し、ワークの内部に分割予定ラインに沿って改質層を連続的に形成する。ワークは、改質層が形成された部分において強度が低下し、外力が加わることによって、分割予定ラインに沿って分割される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４０８８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、光デバイスウェーハを改質層に沿って分割する際に、ウェーハ厚みに対して改質層の深さ（厚さ）が不十分であると、分割するために大きな力が必要となり、ウェーハに欠けや斜め割れが発生する原因となる。分割性を向上させるためには、パルスレーザービームの出力を大きくするか、あるいは、パルスレーザービームを繰り返し照射することで、ウェーハ内部に十分な深さの改質層を形成する必要がある。しかし、これと同時に、ウェーハの表面に形成された発光デバイスへのダメージも大きくなり、発光デバイスの電気特性が低下するという事態が発生し得る。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、光デバイスウェーハの分割性の向上と、発光デバイスの電気特性の低下の抑制を同時に達成できるレーザー加工装置およびレーザー加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のレーザー加工装置は、分割予定ラインによって区画された複数の発光デバイスが表面に形成されたサファイアウェーハの表面側を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された前記サファイアウェーハの前記分割予定ラインに沿って前記サファイアウェーハを透過する波長のパルスレーザーを照射するパルスレーザー照射手段と、を有し、前記パルスレーザー照射手段は、パルスレーザーを発振する発振器と、前記発振器が発振したパルスレーザーを集光して前記保持手段に保持された前記サファイアウェーハの露出面に照射する集光器と、を有するレーザー加工装置であって、前記集光器は、前記発振器から発振されたパルスレーザーを前記保持手段に保持された前記サファイアウェーハの厚さ方向に変位させて２箇所の集光点に集光する様に構成されており、前記サファイアウェーハの前記露出面から遠い側に集光されるパルスレーザーは、振動方向が加工進行方向に平行となる直線偏光であり、前記サファイアウェーハの前記露出面から近い側に集光されるパルスレーザーは、振動方向が加工進行方向に直交する直線偏光であることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明のレーザー加工方法は、分割予定ラインによって区画された複数の発光デバイスが表面に形成されたサファイアウェーハの表面側を保持し、前記保持されたサファイアウェーハの前記分割予定ラインに沿って、前記サファイアウェーハを透過する波長のパルスレーザーを、前記サファイアウェーハに照射するレーザー加工方法であって、前記パルスレーザーを、前記サファイアウェーハの厚さ方向に変位させて２箇所の集光点に集光し、前記サファイアウェーハの露出面から遠い側に集光されるパルスレーザーを、振動方向が加工進行方向に平行となる直線偏光とし、前記サファイアウェーハの前記露出面から近い側に集光されるパルスレーザーを、振動方向が加工進行方向に直交する直線偏光とすることを特徴とする。
【０００８】
これらの構成によれば、振動方向が加工進行方向に対して平行な直線偏光のパルスレーザーにより、サファイアウェーハの露出面から遠い側（発光デバイスに近い側）で、分割特性が低くダメージが小さい改質層が形成される。また、振動方向が加工進行方向に対して直交する直線偏光のパルスレーザーにより、サファイアウェーハの露出面から近い側（発光デバイスに遠い側）で、分割特性が高くダメージが大きい改質層が形成される。したがって、光デバイスウェーハの分割性の向上と、発光デバイスの電気特性の低下の抑制を同時に達成できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光デバイスウェーハの分割性の向上と、発光デバイスの電気特性の低下の抑制を同時に達成できるレーザー加工装置およびレーザー加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置の光学系の模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置におけるレーザービームの偏光方向とウェーハに与えるダメージとの関係の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置による加工進行方向と偏光方向との関係を示す説明図である。
【図５】本発明の変形例に係るレーザー加工装置の光学系の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１を参照して、レーザー加工装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置の斜視図である。
【００１２】
図１に示すように、レーザー加工装置１は、ウェーハＷにレーザービームを照射するレーザー加工ユニット（パルスレーザー照射手段）２６とウェーハＷを保持する保持テーブル（保持手段）２０とを相対移動させて、ウェーハＷを加工するように構成されている。ウェーハＷは、略円板状に形成されており、サファイア（Al2O3）基板の表面に格子状に配列された分割予定ライン６４によって複数の領域に区画されている。この区画された領域には、窒化ガリウム系化合物半導体等から発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）等の発光デバイスが形成されている。ウェーハＷは、発光デバイスが形成されたデバイス形成面側を下向きにして、貼着テープ３１を介して環状フレーム３２に支持され、レーザー加工装置１に搬入および搬出される。
【００１３】
なお、本実施の形態においては、ウェーハＷの土台となる単結晶基板として、サファイア基板を例に挙げて説明するが、この構成に限定されるものではない。ウェーハＷは、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板、ＳｉＣ（炭化珪素）基板等を単結晶基板として用いてもよい。また、ウェーハＷとして、表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層されていない単結晶基板を用いてもよい。
【００１４】
レーザー加工装置１は、直方体状の加工台１０と、加工台１０の上面後方に立設した支柱部２４とを有している。支柱部２４の前面には、前方に突出したアーム部２５が設けられ、アーム部２５の先端側にはレーザー加工ユニット２６の加工ヘッド２７が設けられている。また、加工台１０の上面には、Ｙ軸方向に延在する一対のガイドレール１１ａ、１１ｂが設けられている。一対のガイドレール１１ａ、１１ｂには、加工送り方向となるＹ軸方向に移動可能に支持されたモーター駆動のＹ軸テーブル１２が配置されている。
【００１５】
Ｙ軸テーブル１２の上面には、Ｘ軸方向に延在する一対のガイドレール１５ａ、１５ｂが設けられている。一対のガイドレール１５ａ、１５ｂには、割出送り方向となるＸ軸方向に移動可能に支持されたモーター動のＸ軸テーブル１６が配置されている。Ｘ軸テーブル１６の上面には、保持テーブル２０が設けられている。また、Ｙ軸テーブル１２、Ｘ軸テーブル１６の背面側には、それぞれ図示しないナット部が形成され、これらナット部にそれぞれボールネジ１３、１７が螺合されている。ボールネジ１３、１７の一端部には、駆動モーター１４、１８が連結され、この駆動モーター１４、１８によりボールネジ１３、１７が回転駆動される。
【００１６】
保持テーブル２０は、Ｘ軸テーブル１６の上面においてＺ軸回りに回転可能なθテーブル２１と、θテーブル２１の上部に設けられ、ウェーハＷを吸着保持するワーク保持部２２とを有している。ワーク保持部２２は、所定の厚みを有する円板状であり、上面中央部分にはポーラスセラミック材により吸着面が形成されている。吸着面は、負圧により貼着テープ３１を介してウェーハＷを吸着する面であり、θテーブル２１の内部の配管を介して吸引源に接続されている。
【００１７】
ワーク保持部２２の周囲には、θテーブル２１の四方から径方向外側に延びる一対の支持アームを介して４つのクランプ部２３が設けられている。この４つのクランプ部２３は、エアーアクチュエータにより駆動し、半導体ウェーハＷの周囲の環状フレーム３２を四方から挟持固定する。
【００１８】
レーザー加工ユニット２６は、アーム部２５の先端に設けられた加工ヘッド２７を有している。加工ヘッド２７は、ウェーハＷの内部に改質層を形成するレーザービームを、ウェーハＷに向けて照射する。加工ヘッド２７、アーム部２５、支柱部２４内には、レーザー加工ユニット２６の光学系（図２参照）が設けられている。なお、レーザー加工ユニット２６の光学系は、加工ヘッド２７、アーム部２５、支柱部２４にまたがって形成される構成に限定されるものではなく、加工ヘッド２７内にのみ形成される構成としてもよい。
【００１９】
この場合、レーザービームは、光学系において２つの直線偏光に分離され、ウェーハＷの厚み方向に変位させて二箇所の集光点に集光するように調整される。一方の直線偏光は、加工進行方向に対して平行な振動方向となり発光デバイスに近い位置で集光され、他方の直線偏光は、加工進行方向に対して直交な振動方向となり発光デバイスから離れた位置で集光される。このようにして、ウェーハＷの内部に分割起点となる２種類の改質層が形成される。改質層は、レーザービームの照射によってウェーハ内部の密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲と異なる状態となり、周囲よりも強度が低下する領域のことをいう。改質層は、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等であり、これらが混在した領域でもよい。
【００２０】
ここで、図２を参照して、レーザー加工装置の光学系について詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置の光学系の模式図である。
【００２１】
図２に示すように、レーザー加工装置の光学系には、ウェーハＷに対して透過性を有する直線偏光のパルスレーザービームを発振する発振器４１と、発振器４１が発振したレーザービーム４７をウェーハＷの内部に集光する集光器４４とが設けられている。発振器４１から発振されるレーザービーム４７の光路上には、λ／２波長板４２、ミラー４３、上記した集光器４４が配置されている。この集光器４４は、発振器４１から発振されたレーザービーム４７を、ウェーハＷの厚さ方向に変位させて２箇所に集光するものであり、複屈折レンズ４５および対物レンズ４６を有して構成される。なお、対物レンズ４６は、単レンズ、または組み合わせレンズで構成されてもよい。
【００２２】
発振器４１から出射された直線偏光のレーザービーム４７は、透過するλ／２波長板４２の回転角度によって直線偏光方向が回転し、直交する２つの直線偏光成分の比率が調整される。直交する２つの直線偏光成分とは、一方が加工進行方向に対して平行な直線偏光成分であり、他方が加工進行方向に対して直交する直線偏光成分である。λ／２波長板４２を透過したレーザービーム４７は、ミラー４３にて複屈折レンズ４５に向けて反射される。なお、直交する２つの直線偏光成分の比率は、１：１に調整されてもよいし、加工対象に応じて柔軟に変更可能である。
【００２３】
複屈折レンズ４５は、凹面４５１ａを備えるガラス体４５１と、凸面４５２ａを備える結晶体４５２とを結合して構成される。このように構成された複屈折レンズ４５は、レーザービーム４７を、実線で示す分離光４７ａと、一点鎖線で示す分離光４７ｂとに分離する。分離光４７ａは、振動方向が加工進行方向に対して直交する直線偏光であり、分離光４７ｂは、振動方向が加工進行方向に対して平行な直線偏光である。複屈折レンズ４５は、分離光４７ａについては屈折させずにそのまま通過させ、分離光４７ｂについては結晶体４５２によって外側に屈折させて通過させる。
【００２４】
対物レンズ４６は、複屈折レンズ４５によって分離された分離光４７ａをウェーハＷの内部における集光点４８ａに集光し、分離光４７ｂをウェーハＷの内部における集光点４８ｂに集光する。集光点４８ｂは、分離光４７ｂが複屈折レンズ４５によって外側に屈折されているので、分離光４７ａの集光点４８ａより深い位置（デバイス形成面Ｗｂに近い位置）、すなわち、対物レンズ４６から離れた位置に形成される。
【００２５】
レーザービーム４７の分離光４７ａが、集光点４８ａに集光されると、集光点４８ａ付近に改質層が形成される。同様に、レーザービーム４７の分離光４７ｂが、集光点４８ｂに集光されると、集光点４８ｂ付近に改質層が形成される。この場合、詳細は後述するが、分離光４７ａに形成された改質層は分割特性に優れ、かつウェーハＷに対するダメージが大きい。また、分離光４７ｂに形成された改質層は分割特性が低く、かつウェーハＷに対するダメージが小さい。したがって、ウェーハＷの露出面Ｗａに近い位置、すなわちデバイス形成面Ｗｂから離れた位置で分割特性に優れた改質層が形成され、ウェーハＷの露出面Ｗａから遠い位置、すなわちデバイス形成面Ｗｂに近い位置で電気特性の低下し難い改質層が形成される。
【００２６】
そして、レーザー加工装置１は、加工ヘッド２７に対して保持テーブル２０を、分割予定ライン６４に沿って、矢印Ｄ１に示す加工進行方向（Ｙ軸方向）に加工送りすることにより、ウェーハＷ内部に上下２列の改質層を形成する。このように、ウェーハＷの内部に上下２列の改質層を形成することで、十分な深さの改質層を形成し、分割特性を向上させることができる。なお、改質層は、分割予定ラインに沿って連続的に形成されてもよいし、断続的に形成されてもよい。
【００２７】
図３を参照して、分離光の偏光方向とウェーハに与えるダメージとの関係について説明する。図３は、本実施の形態に係るレーザー加工装置におけるレーザービームの偏光方向とウェーハに与えるダメージとの関係の説明図である。図３（ａ）において、Ｂ１がレーザービームの平面模式図、Ｂ２がレーザービームのＸ軸方向からみた側面模式図、Ｂ３がレーザービームのＹ軸方向からみた側面模式図をそれぞれ示す。
【００２８】
また、図３（ｂ）は、集光点の拡大模式図である。なお、図３における集光点は、説明の便宜上、円環状に示し、分離光のエネルギー分布の傾向をハッチングで表している。集光点のエネルギー密度の高い傾向にある部分を濃いハッチングで示し、集光点のエネルギー密度の低い傾向にある部分を薄いハッチングで示す。
【００２９】
図３（ａ）のＢ１に示す平面視において、レーザービーム４７は、矢印Ｄ２に示すＹ軸方向に偏光している。レーザービーム４７は、ウェーハＷの内部において、より小さなスポット径に集光される。この場合、Ｂ２に示すＹ側面視側では、レーザービーム４７は、矢印Ｄ３に示すように入射面に対して平行に振動している。したがって、レーザービーム４７のウェーハＷに対する入射光が、入射面に平行なｐ偏光となるので、ウェーハＷの反射面Ｗａ（露出面Ｗａ）で反射されにくく、多くのエネルギーが集光されて改質層が形成される。
【００３０】
一方、Ｂ３に示すＸ側面視側では、レーザービーム４７は、Ｄ４に示すように入射面に対して直交する方向に振動している。したがって、レーザービーム４７のウェーハＷに対する入射光が入射面に直交するｓ偏光となるので、ウェーハＷの反射面Ｗａ（露出面Ｗａ）で反射されやすく、少ないエネルギーが集光されて改質層が形成される。
【００３１】
このため、図３（ｂ）に示すように、集光点４８のエネルギー密度は、レーザービーム４７の偏光方向に平行な濃いハッチング部分４８１で高くなり、レーザービーム４７の偏光方向に直交する薄いハッチング部分４８２で低くなる。したがって、レーザービーム４７によって、矢印Ｄ５に示すようにＹ軸方向に強い内部応力を持つ改質層がウェーハＷに形成される。なお、Ｘ軸方向を偏光方向とするレーザービーム４７をウェーハＷに照射した場合には、Ｘ軸方向に強い内部応力を持つ改質層がウェーハＷに形成される。すなわち、ウェーハＷ内には、レーザービーム４７（直線偏光）の偏光方向と同方向に強い内部応力を持つ改質層が形成される。
【００３２】
本発明では、この直線偏光の性質を利用して、偏光方向が直交する２つのレーザービーム（分離光４７ａ、４７ｂ）の照射により、ウェーハＷの厚み方向の異なる二箇所に、相互に内部応力の向きが直交する改質層を形成する。この場合、一方のレーザービーム（分離光４７ａ）の偏光方向が加工進行方向に直交する方向に設定され、他方のレーザービーム（分離光４７ｂ）の偏光方向が加工進行方向に平行な方向に設定される。
【００３３】
ここで、図４を参照して、分離光の偏光方向と加工進行方向との関係について説明する。図４は、本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置による加工進行方向と偏光方向との関係を示す説明図である。図４において、（ａ）が分離光の偏光方向が加工進行方向に対して平行な状態を示し、（ｂ）が分離光の偏光方向が加工進行方向に対して直交する状態を示す。
【００３４】
図４（ａ）に示すように、レーザービーム４７の偏光方向が分割予定ライン６４に平行な場合、集光点４８は、分割予定ライン６４に平行な方向でエネルギー密度が高くなる。そして、分割予定ライン６４に沿って矢印Ｄ１に示す加工進行方向に加工送りされると、集光点４８に集光されたレーザービーム４７により分割予定ライン６４に沿って連続的に改質層が形成される。このとき、集光点４８のエネルギー密度の高い濃いハッチング部分４８１が重なる範囲が少なく、ウェーハＷに与えるダメージが小さい。
【００３５】
したがって、加工進行方向に平行な偏光方向のレーザービーム４７により、発光デバイス付近の改質層を形成することで、発光デバイスとしての電気特性の低下を抑制できる。一方、上記したように、改質層の内部応力の向きは、偏光方向に平行となる。すなわち、改質層の形成による内部応力が、チップ同士を引き離す方向と直交する方向に働くため、分割に必要な力が大きく分割特性は低い。
【００３６】
図４（ｂ）に示すように、レーザービーム４７の偏光方向が分割予定ライン６４に直交する場合、集光点４８は、分割予定ライン６４に直交する方向でエネルギー密度が高くなる。そして、分割予定ライン６４に沿って矢印Ｄ１に示す加工進行方向に加工送りされると、集光点４８に集光されたレーザービーム４７により分割予定ライン６４に沿って連続的に改質層が形成される。このとき、集光点４８のエネルギー密度の高い濃いハッチング部分４８１が重なる範囲が多く、ウェーハＷに与えるダメージが大きい。
【００３７】
したがって、加工進行方向に直交する偏光方向のレーザービーム４７により、発光デバイス付近の改質層を形成する場合、発光デバイスにダメージを与えてしまい、発光デバイスとしての電気特性が低下する。一方、上記したように、改質層の内部応力の向きは、偏光方向に平行となる。すなわち、改質層の形成による内部応力が、チップ同士を引き離す方向に働くため、分割に必要な力が小さく分割特性は高い。
【００３８】
図２に戻り、レーザー加工装置によるレーザー加工について説明する。図２に示すように、レーザー加工装置１は、レーザービーム４７を分離光４７ａ、４７ｂに分離してウェーハＷの厚み方向における２箇所で集光させている。デバイス形成面Ｗｂから遠い集光点４８ａには、分離光４７ａが集光され、デバイス形成面Ｗｂから近い集光点４８ｂには、分離光４７ｂが集光されている。分離光４７ａは、加工進行方向に対して直交する直線偏光であり、分離光４７ｂは、加工進行方向に対して平行な直線偏光である。
【００３９】
したがって、ウェーハＷのデバイス形成面Ｗｂから遠い位置においては、加工進行方向に対して直交する直線偏光が集光されるため、内部応力の方向がチップ同士を引き離す方向に働き、分割特性が高い改質層が形成される。この改質層は、ウェーハＷに与えるダメージが大きいが、デバイス形成面Ｗｂから遠い位置に形成されるため、発光デバイスに与える影響が小さい。
【００４０】
また、ウェーハＷのデバイス形成面Ｗｂから近い位置においては、加工進行方向に対して平行な直線偏光が集光されるため、内部応力の方向がチップ同士を引き離す方向と直交する方向に働き、分割特性が低い改質層が形成される。この改質層は、ウェーハＷに与えるダメージが小さいため、デバイス形成面Ｗｂから近い位置に形成しても、発光デバイスに与える影響が小さい。
【００４１】
このように、本実施の形態に係るレーザー加工装置１により、ウェーハＷの分割特性を向上させると共に、発光デバイスの電気特性の低下を抑制したレーザー加工が可能となる。なお、高精度の収差補正がなされて集光性が高い場合は、分離光のガウシアン分布が支配的となり、集光点のエネルギー密度に偏りがなくなる。よって、偏光方向と内部応力の方向（加工進行方向）との関係で、レーザー加工に変化は起こらない。しかしながら、実際には高精度の収差補正が困難であるため、本発明のように、ウェーハＷの厚み方向の異なる二箇所に内部応力の向きが直交する改質層を形成する構成が有効となる。
【００４２】
ここで、ウェーハの分割方法の全体的な流れについて説明する。まず、保持テーブル２０にウェーハＷが載置されると、保持テーブル２０が加工ヘッド２７に臨む加工位置に移動される。次に、加工ヘッド２７の出射口がウェーハＷの分割予定ライン６４に位置合わせされると共に、集光器４４により分離光４７ａ、４７ｂの焦点が半導体ウェーハＷの内部に調整され、レーザー加工処理が開始される。
【００４３】
この場合、保持テーブル２０がウェーハＷを保持した状態でＹ軸方向に加工送りされ、分割予定ライン６４に沿って上下２列の改質層が形成される。続いて、保持テーブル２０が数ピッチ分だけＸ軸方向に移動され、加工ヘッド２７の出射口が隣接する分割予定ライン６４に位置合わせされる。そして、保持テーブル２０がウェーハＷを保持した状態でＹ軸方向に加工送りされ、分割予定ライン６４に沿って上下２列の改質層が形成される。この動作が繰り返されてウェーハＷのＹ軸方向の全ての分割予定ライン６４に沿って改質層が形成される。次に、θテーブル２１が９０度回転され、同様な動作により、半導体ウェーハＷのＸ軸方向の全ての分割予定ライン６４に沿って改質層が形成される。
【００４４】
次に、レーザー加工処理が完了すると、ウェーハＷが保持テーブル２０から取り外され、図示しない分割装置に搬入される。そして、分割装置において、ウェーハＷの分割予定ライン６４に沿って形成された改質層に外力が加えられることで、個々のチップに分割される。
【００４５】
以上のように、実施の形態にかかるレーザー加工装置１によれば、振動方向が加工進行方向に対して直交する直線偏光の分離光４７ａにより、ウェーハＷのデバイス形成面Ｗｂから離れた位置で、分割特性が高くダメージが大きい改質層が形成される。また、振動方向が加工進行方向に対して平行な直線偏光の分離光４７ｂにより、ウェーハＷのデバイス形成面Ｗｂに近い位置で、分割特性が低くダメージが小さい改質層が形成される。したがって、光デバイスウェーハの分割性の向上と、発光デバイスの電気特性の低下の抑制を同時に達成できる。
【００４６】
なお、上記した実施の形態においては、集光器が複屈折レンズによりレーザービームを２箇所の集光点に集光する構成としたが、この構成に限定されるものではない。集光器は、ウェーハの厚さ方向に変位させて２箇所の集光点に集光する構成であればよい。例えば、図５に示すように偏光ビームスプリッタを用いた構成としてもよい。図５は、本発明の変形例に係るレーザー加工装置の光学系の模式図である。なお、変形例に係る光学系は、集光器の構成についてのみ相違する。したがって、特に相違点についてのみ説明する。
【００４７】
図５に示すように、集光器５１は、偏光ビームスプリッタ５２、５３、対物レンズ４６、ミラー５５、５６および可変ビームエキスパンダ５７を有して構成される。なお、対物レンズ４６は、単レンズ、または組み合わせレンズで構成されてもよい。偏光ビームスプリッタ５２は、λ／２波長板４２、ミラー４３を介して入射されたレーザービーム４７を実線で示す分離光４７ａと、一点鎖線で示す分離光４７ｂとに分離し、分離光４７ａをそのまま透過し、分離光４７ｂをミラー５５に向けて反射する。
【００４８】
偏光ビームスプリッタ５２を透過した分離光４７ａは、偏光ビームスプリッタ５３も透過し、対物レンズ４６によって、ウェーハＷの内部における集光点４８ａに集光される。一方、偏光ビームスプリッタ５２によって反射された分離光４７ｂは、２枚のミラー５５、５６によって反射され、可変ビームエキスパンダ５７に入射する。可変ビームエキスパンダ５７は、図示しない２枚のレンズを備えており、この２枚のレンズの間隔を調整することによって、分離光４７ｂのビーム径を広げる。
【００４９】
可変ビームエキスパンダ５７から出射された分離光４７ｂは、偏光ビームスプリッタ５３によって反射され、対物レンズ４６によって、ウェーハＷの内部における集光点４８ｂに集光される。このように、可変ビームエキスパンダ５７によって、分離光４７ｂのビーム径を広げることで、ウェーハＷへ集光されるレーザービームの焦点距離を変更することができる。したがって、２箇所の集光点の間隔を調節することができ、加工条件を詳細に選択することができる。
【００５０】
また、上記した実施の形態においては、ウェーハのデバイス形成面に近い側に集光されるパルスレーザー（分離光）は、振動方向が加工進行方向に平行な直線偏光としたが、加工進行方向に平行とは完全に平行である場合に限定されるものではない。このパルスレーザーの振動方向は、ウェーハ内に分割特性が低くダメージが小さい改質層を形成する程度に、加工進行方向に平行な方向に対してずれていてもよい。
【００５１】
また、上記した実施の形態においては、ウェーハのデバイス形成面に遠い側に集光されるパルスレーザー（分離光）は、振動方向が加工進行方向に直交する直線偏光としたが、加工進行方向に直交とは完全に直交である場合に限定されるものではない。このパルスレーザーの振動方向は、ウェーハ内に分割特性が高くダメージが大きい改質層を形成する程度に、加工進行方向に直交する方向に対してずれていてもよい。
【００５２】
また、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上説明したように、本発明は、光デバイスウェーハの分割性の向上と、発光デバイスの電気特性の低下の抑制を同時に達成できるという効果を奏し、特に、光デバイスウェーハ等のワークに対して透過性を有するレーザービームを照射し、ワークの内部に改質層を形成する際に有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１ レーザー加工装置
２０ 保持テーブル（保持手段）
２６ レーザー加工ユニット（パルスレーザー照射手段）
２７ 加工ヘッド
４１ 発振器
４２ 波長板
４４、５１ 集光器
４５ 複屈折レンズ
４６ 対物レンズ
４７ レーザービーム（パルスレーザー）
４７ａ 分離光（振動方向が加工方向に直交する直線偏光）
４７ｂ 分離光（振動方向が加工方向に平行な直線偏光）
４８ａ 集光点
４８ｂ 集光点
５２、５３ 偏光ビームスプリッタ
５７ 可変ビームエキスパンダ
６４ 分割予定ライン
Ｗ ウェーハ（サファイアウェーハ）
Ｗａ 露出面
Ｗｂ デバイス形成面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイスウェーハ等のワークに対して透過性を有するレーザービームを照射し、ワークの内部に改質層を形成するレーザー加工装置およびレーザー加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハや光デバイスウェーハ等のワークを、ワークに形成した分割予定ラインに沿って分割する方法として、ワークに対して透過性を有するパルスレーザービームを用い、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ビームを照射するレーザー加工方法が試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ワークに対して透過性を有する波長のパルスレーザービームをワーク内部に集光点を合わせて照射し、ワークの内部に分割予定ラインに沿って改質層を連続的に形成する。ワークは、改質層が形成された部分において強度が低下し、外力が加わることによって、分割予定ラインに沿って分割される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４０８８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、光デバイスウェーハを改質層に沿って分割する際に、ウェーハ厚みに対して改質層の深さ（厚さ）が不十分であると、分割するために大きな力が必要となり、ウェーハに欠けや斜め割れが発生する原因となる。分割性を向上させるためには、パルスレーザービームの出力を大きくするか、あるいは、パルスレーザービームを繰り返し照射することで、ウェーハ内部に十分な深さの改質層を形成する必要がある。しかし、これと同時に、ウェーハの表面に形成された発光デバイスへのダメージも大きくなり、発光デバイスの電気特性が低下するという事態が発生し得る。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、光デバイスウェーハの分割性の向上と、発光デバイスの電気特性の低下の抑制を同時に達成できるレーザー加工装置およびレーザー加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のレーザー加工装置は、分割予定ラインによって区画された複数の発光デバイスが表面に形成されたサファイアウェーハの表面側を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された前記サファイアウェーハの前記分割予定ラインに沿って前記サファイアウェーハを透過する波長のパルスレーザーを照射するパルスレーザー照射手段と、を有し、前記パルスレーザー照射手段は、パルスレーザーを発振する発振器と、前記発振器が発振したパルスレーザーを集光して前記保持手段に保持された前記サファイアウェーハの露出面に照射する集光器と、を有するレーザー加工装置であって、前記集光器は、前記発振器から発振されたパルスレーザーを前記保持手段に保持された前記サファイアウェーハの厚さ方向に変位させて２箇所の集光点に集光する様に構成されており、前記サファイアウェーハの前記露出面から遠い側に集光されるパルスレーザーは、振動方向が加工進行方向に平行となる直線偏光であり、前記サファイアウェーハの前記露出面から近い側に集光されるパルスレーザーは、振動方向が加工進行方向に直交する直線偏光であることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明のレーザー加工方法は、分割予定ラインによって区画された複数の発光デバイスが表面に形成されたサファイアウェーハの表面側を保持し、前記保持されたサファイアウェーハの前記分割予定ラインに沿って、前記サファイアウェーハを透過する波長のパルスレーザーを、前記サファイアウェーハに照射するレーザー加工方法であって、前記パルスレーザーを、前記サファイアウェーハの厚さ方向に変位させて２箇所の集光点に集光し、前記サファイアウェーハの露出面から遠い側に集光されるパルスレーザーを、振動方向が加工進行方向に平行となる直線偏光とし、前記サファイアウェーハの前記露出面から近い側に集光されるパルスレーザーを、振動方向が加工進行方向に直交する直線偏光とすることを特徴とする。
【０００８】
これらの構成によれば、振動方向が加工進行方向に対して平行な直線偏光のパルスレーザーにより、サファイアウェーハの露出面から遠い側（発光デバイスに近い側）で、分割特性が低くダメージが小さい改質層が形成される。また、振動方向が加工進行方向に対して直交する直線偏光のパルスレーザーにより、サファイアウェーハの露出面から近い側（発光デバイスに遠い側）で、分割特性が高くダメージが大きい改質層が形成される。したがって、光デバイスウェーハの分割性の向上と、発光デバイスの電気特性の低下の抑制を同時に達成できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光デバイスウェーハの分割性の向上と、発光デバイスの電気特性の低下の抑制を同時に達成できるレーザー加工装置およびレーザー加工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置の光学系の模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置におけるレーザービームの偏光方向とウェーハに与えるダメージとの関係の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置による加工進行方向と偏光方向との関係を示す説明図である。
【図５】本発明の変形例に係るレーザー加工装置の光学系の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１を参照して、レーザー加工装置の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置の斜視図である。
【００１２】
図１に示すように、レーザー加工装置１は、ウェーハＷにレーザービームを照射するレーザー加工ユニット（パルスレーザー照射手段）２６とウェーハＷを保持する保持テーブル（保持手段）２０とを相対移動させて、ウェーハＷを加工するように構成されている。ウェーハＷは、略円板状に形成されており、サファイア（Al2O3）基板の表面に格子状に配列された分割予定ライン６４によって複数の領域に区画されている。この区画された領域には、窒化ガリウム系化合物半導体等から発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）等の発光デバイスが形成されている。ウェーハＷは、発光デバイスが形成されたデバイス形成面側を下向きにして、貼着テープ３１を介して環状フレーム３２に支持され、レーザー加工装置１に搬入および搬出される。
【００１３】
なお、本実施の形態においては、ウェーハＷの土台となる単結晶基板として、サファイア基板を例に挙げて説明するが、この構成に限定されるものではない。ウェーハＷは、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板、ＳｉＣ（炭化珪素）基板等を単結晶基板として用いてもよい。また、ウェーハＷとして、表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層されていない単結晶基板を用いてもよい。
【００１４】
レーザー加工装置１は、直方体状の加工台１０と、加工台１０の上面後方に立設した支柱部２４とを有している。支柱部２４の前面には、前方に突出したアーム部２５が設けられ、アーム部２５の先端側にはレーザー加工ユニット２６の加工ヘッド２７が設けられている。また、加工台１０の上面には、Ｙ軸方向に延在する一対のガイドレール１１ａ、１１ｂが設けられている。一対のガイドレール１１ａ、１１ｂには、加工送り方向となるＹ軸方向に移動可能に支持されたモーター駆動のＹ軸テーブル１２が配置されている。
【００１５】
Ｙ軸テーブル１２の上面には、Ｘ軸方向に延在する一対のガイドレール１５ａ、１５ｂが設けられている。一対のガイドレール１５ａ、１５ｂには、割出送り方向となるＸ軸方向に移動可能に支持されたモーター動のＸ軸テーブル１６が配置されている。Ｘ軸テーブル１６の上面には、保持テーブル２０が設けられている。また、Ｙ軸テーブル１２、Ｘ軸テーブル１６の背面側には、それぞれ図示しないナット部が形成され、これらナット部にそれぞれボールネジ１３、１７が螺合されている。ボールネジ１３、１７の一端部には、駆動モーター１４、１８が連結され、この駆動モーター１４、１８によりボールネジ１３、１７が回転駆動される。
【００１６】
保持テーブル２０は、Ｘ軸テーブル１６の上面においてＺ軸回りに回転可能なθテーブル２１と、θテーブル２１の上部に設けられ、ウェーハＷを吸着保持するワーク保持部２２とを有している。ワーク保持部２２は、所定の厚みを有する円板状であり、上面中央部分にはポーラスセラミック材により吸着面が形成されている。吸着面は、負圧により貼着テープ３１を介してウェーハＷを吸着する面であり、θテーブル２１の内部の配管を介して吸引源に接続されている。
【００１７】
ワーク保持部２２の周囲には、θテーブル２１の四方から径方向外側に延びる一対の支持アームを介して４つのクランプ部２３が設けられている。この４つのクランプ部２３は、エアーアクチュエータにより駆動し、半導体ウェーハＷの周囲の環状フレーム３２を四方から挟持固定する。
【００１８】
レーザー加工ユニット２６は、アーム部２５の先端に設けられた加工ヘッド２７を有している。加工ヘッド２７は、ウェーハＷの内部に改質層を形成するレーザービームを、ウェーハＷに向けて照射する。加工ヘッド２７、アーム部２５、支柱部２４内には、レーザー加工ユニット２６の光学系（図２参照）が設けられている。なお、レーザー加工ユニット２６の光学系は、加工ヘッド２７、アーム部２５、支柱部２４にまたがって形成される構成に限定されるものではなく、加工ヘッド２７内にのみ形成される構成としてもよい。
【００１９】
この場合、レーザービームは、光学系において２つの直線偏光に分離され、ウェーハＷの厚み方向に変位させて二箇所の集光点に集光するように調整される。一方の直線偏光は、加工進行方向に対して平行な振動方向となり発光デバイスに近い位置で集光され、他方の直線偏光は、加工進行方向に対して直交な振動方向となり発光デバイスから離れた位置で集光される。このようにして、ウェーハＷの内部に分割起点となる２種類の改質層が形成される。改質層は、レーザービームの照射によってウェーハ内部の密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲と異なる状態となり、周囲よりも強度が低下する領域のことをいう。改質層は、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等であり、これらが混在した領域でもよい。
【００２０】
ここで、図２を参照して、レーザー加工装置の光学系について詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置の光学系の模式図である。
【００２１】
図２に示すように、レーザー加工装置の光学系には、ウェーハＷに対して透過性を有する直線偏光のパルスレーザービームを発振する発振器４１と、発振器４１が発振したレーザービーム４７をウェーハＷの内部に集光する集光器４４とが設けられている。発振器４１から発振されるレーザービーム４７の光路上には、λ／２波長板４２、ミラー４３、上記した集光器４４が配置されている。この集光器４４は、発振器４１から発振されたレーザービーム４７を、ウェーハＷの厚さ方向に変位させて２箇所に集光するものであり、複屈折レンズ４５および対物レンズ４６を有して構成される。なお、対物レンズ４６は、単レンズ、または組み合わせレンズで構成されてもよい。
【００２２】
発振器４１から出射された直線偏光のレーザービーム４７は、透過するλ／２波長板４２の回転角度によって直線偏光方向が回転し、直交する２つの直線偏光成分の比率が調整される。直交する２つの直線偏光成分とは、一方が加工進行方向に対して平行な直線偏光成分であり、他方が加工進行方向に対して直交する直線偏光成分である。λ／２波長板４２を透過したレーザービーム４７は、ミラー４３にて複屈折レンズ４５に向けて反射される。なお、直交する２つの直線偏光成分の比率は、１：１に調整されてもよいし、加工対象に応じて柔軟に変更可能である。
【００２３】
複屈折レンズ４５は、凹面４５１ａを備えるガラス体４５１と、凸面４５２ａを備える結晶体４５２とを結合して構成される。このように構成された複屈折レンズ４５は、レーザービーム４７を、実線で示す分離光４７ａと、一点鎖線で示す分離光４７ｂとに分離する。分離光４７ａは、振動方向が加工進行方向に対して直交する直線偏光であり、分離光４７ｂは、振動方向が加工進行方向に対して平行な直線偏光である。複屈折レンズ４５は、分離光４７ａについては屈折させずにそのまま通過させ、分離光４７ｂについては結晶体４５２によって外側に屈折させて通過させる。
【００２４】
対物レンズ４６は、複屈折レンズ４５によって分離された分離光４７ａをウェーハＷの内部における集光点４８ａに集光し、分離光４７ｂをウェーハＷの内部における集光点４８ｂに集光する。集光点４８ｂは、分離光４７ｂが複屈折レンズ４５によって外側に屈折されているので、分離光４７ａの集光点４８ａより深い位置（デバイス形成面Ｗｂに近い位置）、すなわち、対物レンズ４６から離れた位置に形成される。
【００２５】
レーザービーム４７の分離光４７ａが、集光点４８ａに集光されると、集光点４８ａ付近に改質層が形成される。同様に、レーザービーム４７の分離光４７ｂが、集光点４８ｂに集光されると、集光点４８ｂ付近に改質層が形成される。この場合、詳細は後述するが、分離光４７ａに形成された改質層は分割特性に優れ、かつウェーハＷに対するダメージが大きい。また、分離光４７ｂに形成された改質層は分割特性が低く、かつウェーハＷに対するダメージが小さい。したがって、ウェーハＷの露出面Ｗａに近い位置、すなわちデバイス形成面Ｗｂから離れた位置で分割特性に優れた改質層が形成され、ウェーハＷの露出面Ｗａから遠い位置、すなわちデバイス形成面Ｗｂに近い位置で電気特性の低下し難い改質層が形成される。
【００２６】
そして、レーザー加工装置１は、加工ヘッド２７に対して保持テーブル２０を、分割予定ライン６４に沿って、矢印Ｄ１に示す加工進行方向（Ｙ軸方向）に加工送りすることにより、ウェーハＷ内部に上下２列の改質層を形成する。このように、ウェーハＷの内部に上下２列の改質層を形成することで、十分な深さの改質層を形成し、分割特性を向上させることができる。なお、改質層は、分割予定ラインに沿って連続的に形成されてもよいし、断続的に形成されてもよい。
【００２７】
図３を参照して、分離光の偏光方向とウェーハに与えるダメージとの関係について説明する。図３は、本実施の形態に係るレーザー加工装置におけるレーザービームの偏光方向とウェーハに与えるダメージとの関係の説明図である。図３（ａ）において、Ｂ１がレーザービームの平面模式図、Ｂ２がレーザービームのＸ軸方向からみた側面模式図、Ｂ３がレーザービームのＹ軸方向からみた側面模式図をそれぞれ示す。
【００２８】
また、図３（ｂ）は、集光点の拡大模式図である。なお、図３における集光点は、説明の便宜上、円環状に示し、分離光のエネルギー分布の傾向をハッチングで表している。集光点のエネルギー密度の高い傾向にある部分を濃いハッチングで示し、集光点のエネルギー密度の低い傾向にある部分を薄いハッチングで示す。
【００２９】
図３（ａ）のＢ１に示す平面視において、レーザービーム４７は、矢印Ｄ２に示すＹ軸方向に偏光している。レーザービーム４７は、ウェーハＷの内部において、より小さなスポット径に集光される。この場合、Ｂ２に示すＹ側面視側では、レーザービーム４７は、矢印Ｄ３に示すように入射面に対して平行に振動している。したがって、レーザービーム４７のウェーハＷに対する入射光が、入射面に平行なｐ偏光となるので、ウェーハＷの反射面Ｗａ（露出面Ｗａ）で反射されにくく、多くのエネルギーが集光されて改質層が形成される。
【００３０】
一方、Ｂ３に示すＸ側面視側では、レーザービーム４７は、Ｄ４に示すように入射面に対して直交する方向に振動している。したがって、レーザービーム４７のウェーハＷに対する入射光が入射面に直交するｓ偏光となるので、ウェーハＷの反射面Ｗａ（露出面Ｗａ）で反射されやすく、少ないエネルギーが集光されて改質層が形成される。
【００３１】
このため、図３（ｂ）に示すように、集光点４８のエネルギー密度は、レーザービーム４７の偏光方向に平行な濃いハッチング部分４８１で高くなり、レーザービーム４７の偏光方向に直交する薄いハッチング部分４８２で低くなる。したがって、レーザービーム４７によって、矢印Ｄ５に示すようにＹ軸方向に強い内部応力を持つ改質層がウェーハＷに形成される。なお、Ｘ軸方向を偏光方向とするレーザービーム４７をウェーハＷに照射した場合には、Ｘ軸方向に強い内部応力を持つ改質層がウェーハＷに形成される。すなわち、ウェーハＷ内には、レーザービーム４７（直線偏光）の偏光方向と同方向に強い内部応力を持つ改質層が形成される。
【００３２】
本発明では、この直線偏光の性質を利用して、偏光方向が直交する２つのレーザービーム（分離光４７ａ、４７ｂ）の照射により、ウェーハＷの厚み方向の異なる二箇所に、相互に内部応力の向きが直交する改質層を形成する。この場合、一方のレーザービーム（分離光４７ａ）の偏光方向が加工進行方向に直交する方向に設定され、他方のレーザービーム（分離光４７ｂ）の偏光方向が加工進行方向に平行な方向に設定される。
【００３３】
ここで、図４を参照して、分離光の偏光方向と加工進行方向との関係について説明する。図４は、本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置による加工進行方向と偏光方向との関係を示す説明図である。図４において、（ａ）が分離光の偏光方向が加工進行方向に対して平行な状態を示し、（ｂ）が分離光の偏光方向が加工進行方向に対して直交する状態を示す。
【００３４】
図４（ａ）に示すように、レーザービーム４７の偏光方向が分割予定ライン６４に平行な場合、集光点４８は、分割予定ライン６４に平行な方向でエネルギー密度が高くなる。そして、分割予定ライン６４に沿って矢印Ｄ１に示す加工進行方向に加工送りされると、集光点４８に集光されたレーザービーム４７により分割予定ライン６４に沿って連続的に改質層が形成される。このとき、集光点４８のエネルギー密度の高い濃いハッチング部分４８１が重なる範囲が少なく、ウェーハＷに与えるダメージが小さい。
【００３５】
したがって、加工進行方向に平行な偏光方向のレーザービーム４７により、発光デバイス付近の改質層を形成することで、発光デバイスとしての電気特性の低下を抑制できる。一方、上記したように、改質層の内部応力の向きは、偏光方向に平行となる。すなわち、改質層の形成による内部応力が、チップ同士を引き離す方向と直交する方向に働くため、分割に必要な力が大きく分割特性は低い。
【００３６】
図４（ｂ）に示すように、レーザービーム４７の偏光方向が分割予定ライン６４に直交する場合、集光点４８は、分割予定ライン６４に直交する方向でエネルギー密度が高くなる。そして、分割予定ライン６４に沿って矢印Ｄ１に示す加工進行方向に加工送りされると、集光点４８に集光されたレーザービーム４７により分割予定ライン６４に沿って連続的に改質層が形成される。このとき、集光点４８のエネルギー密度の高い濃いハッチング部分４８１が重なる範囲が多く、ウェーハＷに与えるダメージが大きい。
【００３７】
したがって、加工進行方向に直交する偏光方向のレーザービーム４７により、発光デバイス付近の改質層を形成する場合、発光デバイスにダメージを与えてしまい、発光デバイスとしての電気特性が低下する。一方、上記したように、改質層の内部応力の向きは、偏光方向に平行となる。すなわち、改質層の形成による内部応力が、チップ同士を引き離す方向に働くため、分割に必要な力が小さく分割特性は高い。
【００３８】
図２に戻り、レーザー加工装置によるレーザー加工について説明する。図２に示すように、レーザー加工装置１は、レーザービーム４７を分離光４７ａ、４７ｂに分離してウェーハＷの厚み方向における２箇所で集光させている。デバイス形成面Ｗｂから遠い集光点４８ａには、分離光４７ａが集光され、デバイス形成面Ｗｂから近い集光点４８ｂには、分離光４７ｂが集光されている。分離光４７ａは、加工進行方向に対して直交する直線偏光であり、分離光４７ｂは、加工進行方向に対して平行な直線偏光である。
【００３９】
したがって、ウェーハＷのデバイス形成面Ｗｂから遠い位置においては、加工進行方向に対して直交する直線偏光が集光されるため、内部応力の方向がチップ同士を引き離す方向に働き、分割特性が高い改質層が形成される。この改質層は、ウェーハＷに与えるダメージが大きいが、デバイス形成面Ｗｂから遠い位置に形成されるため、発光デバイスに与える影響が小さい。
【００４０】
また、ウェーハＷのデバイス形成面Ｗｂから近い位置においては、加工進行方向に対して平行な直線偏光が集光されるため、内部応力の方向がチップ同士を引き離す方向と直交する方向に働き、分割特性が低い改質層が形成される。この改質層は、ウェーハＷに与えるダメージが小さいため、デバイス形成面Ｗｂから近い位置に形成しても、発光デバイスに与える影響が小さい。
【００４１】
このように、本実施の形態に係るレーザー加工装置１により、ウェーハＷの分割特性を向上させると共に、発光デバイスの電気特性の低下を抑制したレーザー加工が可能となる。なお、高精度の収差補正がなされて集光性が高い場合は、分離光のガウシアン分布が支配的となり、集光点のエネルギー密度に偏りがなくなる。よって、偏光方向と内部応力の方向（加工進行方向）との関係で、レーザー加工に変化は起こらない。しかしながら、実際には高精度の収差補正が困難であるため、本発明のように、ウェーハＷの厚み方向の異なる二箇所に内部応力の向きが直交する改質層を形成する構成が有効となる。
【００４２】
ここで、ウェーハの分割方法の全体的な流れについて説明する。まず、保持テーブル２０にウェーハＷが載置されると、保持テーブル２０が加工ヘッド２７に臨む加工位置に移動される。次に、加工ヘッド２７の出射口がウェーハＷの分割予定ライン６４に位置合わせされると共に、集光器４４により分離光４７ａ、４７ｂの焦点が半導体ウェーハＷの内部に調整され、レーザー加工処理が開始される。
【００４３】
この場合、保持テーブル２０がウェーハＷを保持した状態でＹ軸方向に加工送りされ、分割予定ライン６４に沿って上下２列の改質層が形成される。続いて、保持テーブル２０が数ピッチ分だけＸ軸方向に移動され、加工ヘッド２７の出射口が隣接する分割予定ライン６４に位置合わせされる。そして、保持テーブル２０がウェーハＷを保持した状態でＹ軸方向に加工送りされ、分割予定ライン６４に沿って上下２列の改質層が形成される。この動作が繰り返されてウェーハＷのＹ軸方向の全ての分割予定ライン６４に沿って改質層が形成される。次に、θテーブル２１が９０度回転され、同様な動作により、半導体ウェーハＷのＸ軸方向の全ての分割予定ライン６４に沿って改質層が形成される。
【００４４】
次に、レーザー加工処理が完了すると、ウェーハＷが保持テーブル２０から取り外され、図示しない分割装置に搬入される。そして、分割装置において、ウェーハＷの分割予定ライン６４に沿って形成された改質層に外力が加えられることで、個々のチップに分割される。
【００４５】
以上のように、実施の形態にかかるレーザー加工装置１によれば、振動方向が加工進行方向に対して直交する直線偏光の分離光４７ａにより、ウェーハＷのデバイス形成面Ｗｂから離れた位置で、分割特性が高くダメージが大きい改質層が形成される。また、振動方向が加工進行方向に対して平行な直線偏光の分離光４７ｂにより、ウェーハＷのデバイス形成面Ｗｂに近い位置で、分割特性が低くダメージが小さい改質層が形成される。したがって、光デバイスウェーハの分割性の向上と、発光デバイスの電気特性の低下の抑制を同時に達成できる。
【００４６】
なお、上記した実施の形態においては、集光器が複屈折レンズによりレーザービームを２箇所の集光点に集光する構成としたが、この構成に限定されるものではない。集光器は、ウェーハの厚さ方向に変位させて２箇所の集光点に集光する構成であればよい。例えば、図５に示すように偏光ビームスプリッタを用いた構成としてもよい。図５は、本発明の変形例に係るレーザー加工装置の光学系の模式図である。なお、変形例に係る光学系は、集光器の構成についてのみ相違する。したがって、特に相違点についてのみ説明する。
【００４７】
図５に示すように、集光器５１は、偏光ビームスプリッタ５２、５３、対物レンズ４６、ミラー５５、５６および可変ビームエキスパンダ５７を有して構成される。なお、対物レンズ４６は、単レンズ、または組み合わせレンズで構成されてもよい。偏光ビームスプリッタ５２は、λ／２波長板４２、ミラー４３を介して入射されたレーザービーム４７を実線で示す分離光４７ａと、一点鎖線で示す分離光４７ｂとに分離し、分離光４７ａをそのまま透過し、分離光４７ｂをミラー５５に向けて反射する。
【００４８】
偏光ビームスプリッタ５２を透過した分離光４７ａは、偏光ビームスプリッタ５３も透過し、対物レンズ４６によって、ウェーハＷの内部における集光点４８ａに集光される。一方、偏光ビームスプリッタ５２によって反射された分離光４７ｂは、２枚のミラー５５、５６によって反射され、可変ビームエキスパンダ５７に入射する。可変ビームエキスパンダ５７は、図示しない２枚のレンズを備えており、この２枚のレンズの間隔を調整することによって、分離光４７ｂのビーム径を広げる。
【００４９】
可変ビームエキスパンダ５７から出射された分離光４７ｂは、偏光ビームスプリッタ５３によって反射され、対物レンズ４６によって、ウェーハＷの内部における集光点４８ｂに集光される。このように、可変ビームエキスパンダ５７によって、分離光４７ｂのビーム径を広げることで、ウェーハＷへ集光されるレーザービームの焦点距離を変更することができる。したがって、２箇所の集光点の間隔を調節することができ、加工条件を詳細に選択することができる。
【００５０】
また、上記した実施の形態においては、ウェーハのデバイス形成面に近い側に集光されるパルスレーザー（分離光）は、振動方向が加工進行方向に平行な直線偏光としたが、加工進行方向に平行とは完全に平行である場合に限定されるものではない。このパルスレーザーの振動方向は、ウェーハ内に分割特性が低くダメージが小さい改質層を形成する程度に、加工進行方向に平行な方向に対してずれていてもよい。
【００５１】
また、上記した実施の形態においては、ウェーハのデバイス形成面に遠い側に集光されるパルスレーザー（分離光）は、振動方向が加工進行方向に直交する直線偏光としたが、加工進行方向に直交とは完全に直交である場合に限定されるものではない。このパルスレーザーの振動方向は、ウェーハ内に分割特性が高くダメージが大きい改質層を形成する程度に、加工進行方向に直交する方向に対してずれていてもよい。
【００５２】
また、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上説明したように、本発明は、光デバイスウェーハの分割性の向上と、発光デバイスの電気特性の低下の抑制を同時に達成できるという効果を奏し、特に、光デバイスウェーハ等のワークに対して透過性を有するレーザービームを照射し、ワークの内部に改質層を形成する際に有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１ レーザー加工装置
２０ 保持テーブル（保持手段）
２６ レーザー加工ユニット（パルスレーザー照射手段）
２７ 加工ヘッド
４１ 発振器
４２ 波長板
４４、５１ 集光器
４５ 複屈折レンズ
４６ 対物レンズ
４７ レーザービーム（パルスレーザー）
４７ａ 分離光（振動方向が加工方向に直交する直線偏光）
４７ｂ 分離光（振動方向が加工方向に平行な直線偏光）
４８ａ 集光点
４８ｂ 集光点
５２、５３ 偏光ビームスプリッタ
５７ 可変ビームエキスパンダ
６４ 分割予定ライン
Ｗ ウェーハ（サファイアウェーハ）
Ｗａ 露出面
Ｗｂ デバイス形成面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分割予定ラインによって区画された複数の発光デバイスが表面に形成されたサファイアウェーハの表面側を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された前記サファイアウェーハの前記分割予定ラインに沿って前記サファイアウェーハを透過する波長のパルスレーザーを照射するパルスレーザー照射手段と、を有し、
前記パルスレーザー照射手段は、パルスレーザーを発振する発振器と、前記発振器が発振したパルスレーザーを集光して前記保持手段に保持された前記サファイアウェーハの露出面に照射する集光器と、を有するレーザー加工装置であって、
前記集光器は、前記発振器から発振されたパルスレーザーを前記保持手段に保持された前記サファイアウェーハの厚さ方向に変位させて２箇所の集光点に集光する様に構成されており、
前記サファイアウェーハの前記露出面から遠い側に集光されるパルスレーザーは、振動方向が加工進行方向に平行となる直線偏光であり、
前記サファイアウェーハの前記露出面から近い側に集光されるパルスレーザーは、振動方向が加工進行方向に直交する直線偏光であることを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
分割予定ラインによって区画された複数の発光デバイスが表面に形成されたサファイアウェーハの表面側を保持し、前記保持されたサファイアウェーハの前記分割予定ラインに沿って、前記サファイアウェーハを透過する波長のパルスレーザーを、前記サファイアウェーハに照射するレーザー加工方法であって、
前記パルスレーザーを、前記サファイアウェーハの厚さ方向に変位させて２箇所の集光点に集光し、
前記サファイアウェーハの露出面から遠い側に集光されるパルスレーザーを、振動方向が加工進行方向に平行となる直線偏光とし、
前記サファイアウェーハの前記露出面から近い側に集光されるパルスレーザーを、振動方向が加工進行方向に直交する直線偏光とすることを特徴とするレーザー加工方法。
【請求項１】
分割予定ラインによって区画された複数の発光デバイスが表面に形成されたサファイアウェーハの表面側を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された前記サファイアウェーハの前記分割予定ラインに沿って前記サファイアウェーハを透過する波長のパルスレーザーを照射するパルスレーザー照射手段と、を有し、
前記パルスレーザー照射手段は、パルスレーザーを発振する発振器と、前記発振器が発振したパルスレーザーを集光して前記保持手段に保持された前記サファイアウェーハの露出面に照射する集光器と、を有するレーザー加工装置であって、
前記集光器は、前記発振器から発振されたパルスレーザーを前記保持手段に保持された前記サファイアウェーハの厚さ方向に変位させて２箇所の集光点に集光する様に構成されており、
前記サファイアウェーハの前記露出面から遠い側に集光されるパルスレーザーは、振動方向が加工進行方向に平行となる直線偏光であり、
前記サファイアウェーハの前記露出面から近い側に集光されるパルスレーザーは、振動方向が加工進行方向に直交する直線偏光であることを特徴とするレーザー加工装置。
【請求項２】
分割予定ラインによって区画された複数の発光デバイスが表面に形成されたサファイアウェーハの表面側を保持し、前記保持されたサファイアウェーハの前記分割予定ラインに沿って、前記サファイアウェーハを透過する波長のパルスレーザーを、前記サファイアウェーハに照射するレーザー加工方法であって、
前記パルスレーザーを、前記サファイアウェーハの厚さ方向に変位させて２箇所の集光点に集光し、
前記サファイアウェーハの露出面から遠い側に集光されるパルスレーザーを、振動方向が加工進行方向に平行となる直線偏光とし、
前記サファイアウェーハの前記露出面から近い側に集光されるパルスレーザーを、振動方向が加工進行方向に直交する直線偏光とすることを特徴とするレーザー加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１６７２２（Ｐ２０１２−１６７２２Ａ）
【公開日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５５３６１（Ｐ２０１０−１５５３６１）
【出願日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【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２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
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