レーザ加工方法
【課題】サファイア基板等の脆性材料基板を、飛散物なしに、かつ比較的厚みが厚い基板においても容易に分断できるようにするとともに、取扱いが容易であり、しかもこの基板に形成された素子の特性を損なわないようにする。
【解決手段】このレーザ加工方法は、パルスレーザ光線を照射して脆性材料基板を分断する加工方法であって、第1工程及び第2工程を含んでいる。第1工程では、所定の繰り返し周波数のパルスレーザ光を、集光点が脆性材料基板の内部に位置するように照射して脆性材料基板の内部に改質層12を形成するとともに、パルスレーザ光を分断予定ラインに沿って走査し、改質層12から脆性材料基板の第1主面に向かって第1主面に到達しない長さの亀裂を進展させる。第2工程では亀裂を残して脆性材料基板の第2主面側を研磨し、改質層12を除去する。
【解決手段】このレーザ加工方法は、パルスレーザ光線を照射して脆性材料基板を分断する加工方法であって、第1工程及び第2工程を含んでいる。第1工程では、所定の繰り返し周波数のパルスレーザ光を、集光点が脆性材料基板の内部に位置するように照射して脆性材料基板の内部に改質層12を形成するとともに、パルスレーザ光を分断予定ラインに沿って走査し、改質層12から脆性材料基板の第1主面に向かって第1主面に到達しない長さの亀裂を進展させる。第2工程では亀裂を残して脆性材料基板の第2主面側を研磨し、改質層12を除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レーザ加工方法、特に、パルスレーザ光線を照射して脆性材料基板を分断するレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【0002】
発光ダイオード等の発光素子は、サファイア基板上に窒化物半導体を積層することによって形成されている。このようなサファイア基板等から構成される半導体ウェハには、複数の発光ダイオード等の発光素子が、分断予定ラインにより区画されて形成されている。そして、このような半導体ウェハを分断予定ラインに沿って分断する際には、レーザ加工が用いられている。
【0003】
サファイア基板等の脆性材料基板を分断するレーザ加工方法のひとつが特許文献1に示されている。この特許文献1に示された方法は、サファイア基板の分断予定ラインに対応する領域にレーザ光線を照射して加熱溶融を進行させ、これにより分断溝を形成して個々の発光素子に分割するものである。
【0004】
また、別のレーザ加工方法が特許文献2に示されている。この特許文献2に示された方法は、基板の内部にレーザ光線の集光点を合わせ、集光点を分断予定ラインに沿って走査し、基板の内部に多光子吸収による改質領域を形成して分断するものである。
【0005】
さらに、特許文献3には、レーザ光を基板に照射することによって基板内部に改質層(切断起点領域)を形成し、その後基板が所定の厚さとなるように基板を研磨して基板を分割する方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開昭58−44738号公報
【特許文献2】特開2002−192371号公報
【特許文献3】再公表特許WO2003/077295号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1に示されたレーザ加工方法では、基板表面に分断溝が形成される。このため、分断溝が形成された後は抗折強度が低くなり、後工程で分断するための力が小さくて良いという利点がある。しかし、基板表面が加熱溶融されるために、溶融された飛散物が素子領域に付着する場合があり、不良品が生じやすい。
【0008】
また、特許文献2及び特許文献3に示されたレーザ加工方法では、基板内部に改質領域が形成されるために、飛散物が素子領域に付着するといった問題はない。しかし、特許文献2では、基板表面に分断溝が形成されないために、後の分断工程において大きな力が必要になる。また、特許文献3では、研磨することによって基板が分割されるが、基板が分割されてしまうと、後工程で基板を一体的に取り扱うことができない。したがって、研磨する表面とは逆側の表面にフィルム等を貼り付けなければならない。
【0009】
ここで、特に発光ダイオード素子が形成された基板では、改質層が発光ダイオードの発光効率を下げることが知られている。したがって、改質層は極力薄いあるいはない方が好ましい。
【0010】
なお、特許文献3に示されるように、基板に改質領域を形成した後に、基板を所定の厚さまで研磨することで、改質層を形成することが可能である。しかし、前述のように、特許文献3の方法では、研磨によって基板が分割されてしまい、後工程での取扱いが非常に不便になる。また、この不便さを解消するために、フィルムを貼り付ける等の別の工程が必要になる。
【0011】
本発明の課題は、サファイア基板等の脆性材料基板を、飛散物なしに、かつ比較的厚みが厚い基板においても容易に分断できるようにするとともに、取扱いが容易であり、しかもこの基板に形成された素子の特性を損なわないようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
第1発明に係るレーザ加工方法は、パルスレーザ光線を照射して脆性材料基板を分断する加工方法であって、第1工程及び第2工程を含んでいる。第1工程では、所定の繰り返し周波数のパルスレーザ光を、集光点が脆性材料基板の内部に位置するように照射して脆性材料基板の内部に改質層を形成するとともに、パルスレーザ光を分断予定ラインに沿って走査し、改質層から脆性材料基板の第1主面に向かって第1主面に到達しない長さの亀裂を進展させる。第2工程では亀裂を残して脆性材料基板の第2主面側を研磨する。
【0013】
ここでは、脆性材料基板の表面は溶融されない。また、基板内部に改質層が形成され、この改質層から基板の第1表面に向かって第1表面に到達しない長さの亀裂が形成される。その後、亀裂を残して基板の第2主面側に研磨される。
【0014】
この方法では、改質層から基板表面に向かって亀裂が形成されるので、後工程である分断工程において、比較的小さな力で分断することができる。また、改質層が形成された側の基板表面が研磨されるので、改質層を少なく、あるいは除去することができ、この基板によって発光ダイオード等の素子を形成した場合に、改質層による特性の劣化を少なくすることができる。さらに、亀裂は基板の第1表面に到達していないので、第2主面側を研磨しても、基板が分割されることはない。したがって、後工程において、基板を一体的に取り扱うことができ、取扱いが容易になる。
【0015】
第2発明に係るレーザ加工方法は、第1発明のレーザ加工方法において、第1工程は、脆性材料基板の厚みtに対して、厚みtの15%以上55%以下の長さで改質層から基板の第1表面に向かって亀裂を進展させる。また、第2工程は改質層を除去する。
【0016】
ここでは、第1発明と同様に、分断工程において比較的小さな力で分断することができる。また、改質層の存在による素子への悪影響をなくすことができる。
【0017】
第3発明に係るレーザ加工方法は、第2発明のレーザ加工方法において、亀裂進展幅は、50μm以上で基板表面に到達しない長さである。
【0018】
ここでは、亀裂進展幅が基板表面に到達しないので、確実に飛散物をなくすことができる。また、第2工程での研磨後も、基板が分割されない。
【0019】
第4発明に係るレーザ加工方法は、第1から第3発明のいずれかのレーザ加工方法において、第2工程におけるレーザ光の走査速度は、25mm/s以下500mm/s以上である。
【0020】
このような走査速度でレーザ光を走査することにより、レーザ光が適切な範囲でオーバーラップし、適切な長さの亀裂を進展させることができる。
【0021】
第5発明に係るレーザ加工方法は、第1から第4発明のいずれかのレーザ加工方法において、第1工程におけるレーザ光の出力は、4.2W以上である。
【0022】
第6発明に係るレーザ加工方法は、第1から第5発明のいずれかのレーザ加工方法において、脆性材料基板はサファイア基板である。
【発明の効果】
【0023】
以上のような本発明では、サファイア基板等の脆性材料基板を、飛散物なしに、かつ比較的厚みが厚い基板においても容易に分断することができる。また、基板表面を研磨することによって改質層を薄く、あるいは除去するので、この基板に形成される素子の特性劣化を抑えることができる。さらに、基板研磨後においても基板が分割されないので、基板の取扱いが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の一実施形態による加工方法によって分断される半導体ウェハの外観斜視図。
【図2】本発明の一実施形態による加工方法を実施するためのレーザ加工装置の概略構成図。
【図3】ウェハに形成される改質領域を説明するための模式図。
【図4】改質層及び亀裂進展層が形成された基板の顕微鏡写真を図面にしたもの。
【図5】レーザ出力及びレーザ光線の相対速度をパラメータとして実験した亀裂進展の結果を示す図。
【図6】レーザ光線の相対速度と改質幅の関係を示す図。
【図7】レーザ光線の相対速度と亀裂進展幅の関係を示す図。
【図8】レーザ光線の出力と改質幅の関係を示す図。
【図9】レーザ光線の出力と亀裂進展幅の関係を示す図。
【図10】レーザ光線の出力と亀裂進展幅/改質幅の関係を示す図。
【図11】レーザ光線の各出力におけるレーザ光の走査速度と分断荷重との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0025】
[加工対象]
図1は、本発明の一実施形態による加工方法が適用される半導体ウェハの一例である。この図1に示す半導体ウェハ1は、サファイア基板2上に窒化物半導体が積層され、複数の発光ダイオード等の発光素子3が分割予定ライン4によって区画されて形成されたものである。
【0026】
[レーザ加工装置]
図2は、本発明の一実施形態による加工方法を実施するためのレーザ加工装置5の概略構成を示したものである。レーザ加工装置5は、レーザ光線発振器や制御部を含むレーザ光線発振ユニット6と、レーザ光を所定の方向に導くための複数のミラーを含む伝送光学系7と、伝送光学系7からのレーザ光をウェハ1の内部において集光させるための集光レンズ8と、を有している。なお、ウェハ1はテーブル9に載置されており、このテーブル9とレーザ光とは、相対的に上下方向に移動が可能であるとともに、水平面内で相対移動が可能となっている。
【0027】
[レーザ加工方法]
以上のようなレーザ加工装置5を用いたレーザ加工方法は以下の通りである。
【0028】
まず、レーザ光線発振ユニット6において、レーザ光の出力パワー等の加工条件を多光子吸収が生じる条件に制御し、ウェハ1のサファイア基板の内部に集光点Pを合わせる(図3参照)。そして、このレーザ光をウェハ1に照射して、サファイア基板内部に改質領域10を形成する。
【0029】
その後、レーザ光を分断予定ラインに沿って相対的に移動させることにより、集光点Pを分断予定ラインに沿って走査する。これにより、顕微鏡写真を図で示した図4に示すように、改質領域10が分断予定ラインに沿って移動し、サファイア基板の内部のみに改質された領域からなる改質層12が形成される。このとき、ウェハ1の表面ではレーザ光はほとんど吸収されないので、ウェハ1の表面が溶融することはない。また、レーザ加工条件を制御することによって、図4に示すように、改質層12からウェハ1の第1表面(第1主面)1aに向かって延びる、分断予定ラインに沿って連続した亀裂が形成される。すなわち、改質層12のウェハ第1表面1a側に、改質層12から亀裂が延びた亀裂進展層13が形成される。この亀裂は、改質層12の上下に熱応力が作用することによって生じるものである。
【0030】
次に、ウェハ1の第2表面(第2主面)1b側を研磨する。このとき、亀裂進展層13が残り、かつ改質層12が除去されるように研磨する。図4において、研磨量(研磨する厚み)を二点差線で示している。なお、ここで、研磨によって改質層12が除去されても、亀裂進展層13はウェハ1の表面まで到達していないので、研磨によってウェハ1が自動的に分断されることはない。
【0031】
以上のようにして、ウェハ1の内部に改質層12及び亀裂進展層13が形成され、さらに改質層12が除去された後は、分断予定ラインの両側に曲げ応力を加えることによって、ウェハ1を容易に分断することができる。
【0032】
以下に、改質層12及び亀裂進展層13を形成するレーザ加工方法の参考例及び実施例を示す。
【0033】
[実験条件]
各参考例及び実施例に共通の実験条件は以下の通りである。なお、ここでは、半導体ウェハ1を構成するサファイア基板を分断対象としている。
【0034】
基板:サファイア 厚みt=330μm
走査回数:1回
パルスレーザ繰り返し周波数:5MHz
集光位置:基板内部170μm
<参考例1>
レーザ出力2.8Wで、レーザ光線の基板に対する相対走査速度(以下、単に走査速度と記す)を25mm/s、50mm/s、100mm/s、200mm/s、500mm/sと変化させて観察したが、改質層及び亀裂進展層は見られなかった。
【0035】
<参考例2>
レーザ出力3.3Wで、走査速度を同様に25mm/s〜500mm/sまで変化させて観察したが、改質層及び亀裂進展層は見られなかった。
【0036】
<参考例3>
レーザ出力3.84Wで、走査速度を同様に25mm/s〜500mm/sまで変化させて観察したが、一部で改質層は観察されたものの、亀裂進展層は見られなかった。
【0037】
<実施例1>
レーザ出力4.27Wで、走査速度を25mm/s〜500m/sまで変化させた場合、走査速度が25mm/s〜300mm/sにおいて以下に示すような長さの亀裂進展が観察できた。なお、亀裂進展長さとともに、基板に対する比率を示している。
【0038】
25mm/s:165μm−−−−−(50%)
50mm/s:159.5μm−−−(48%)
100mm/s:158.9μm−−−(48%)
200mm/s:189.9μm−−−(58%)
300mm/s: 93.6μm−−−(28%)
<実施例2>
レーザ出力4.62Wで、走査速度を25mm/s〜500m/sまで変化させた場合、走査速度が25mm/s〜400mm/sにおいて以下に示すような長さの亀裂進展が観察できた。なお、亀裂進展長さとともに、基板に対する比率を示している。
【0039】
25mm/s:128.2μm−−−(39%)
50mm/s: 86.8μm−−−(26%)
100mm/s: 71.4μm−−−(22%)
200mm/s:104.3μm−−−(32%)
300mm/s:113.1μm−−−(34%)
400mm/s: 54.6μm−−−(17%)
<実施例3>
レーザ出力4.95Wで、走査速度を25mm/s〜500m/sまで変化させた場合、走査速度が25mm/s〜500mm/sにおいて以下に示すような長さの亀裂進展が観察できた。なお、亀裂進展長さとともに、基板に対する比率を示している。
【0040】
25mm/s:137.9μm−−−(42%)
50mm/s:130.5μm−−−(40%)
100mm/s:105μm−−−−−(32%)
200mm/s: 84μm−−−−−(25%)
300mm/s:111.9μm−−−(34%)
400mm/s: 75μm−−−−−(23%)
500mm/s:78.7μm−−−−(24%)
<実施例4>
レーザ出力6.62Wで、走査速度を25mm/s〜500m/sまで変化させた場合、走査速度が25mm/s〜500mm/sにおいて以下に示すような長さの亀裂進展が観察できた。なお、亀裂進展長さとともに、基板に対する比率を示している。
【0041】
25mm/s:179.4μm−−−(54%)
50mm/s:165μm−−−−−(50%)
100mm/s:152.7μm−−−(46%)
200mm/s:134.2μm−−−(41%)
300mm/s:140μm−−−−−(42%)
400mm/s:125.4μm−−−(38%)
500mm/s:107.4μm−−−(33%)
以上の実験結果をまとめた表を図5に示す。図5において、「×」は亀裂進展が見られなかったもの、「○」は亀裂進展が観察されたことを示している。また、「○」の欄に並べて記載している数値が亀裂進展の長さである。この結果から、以上の実験では、基板厚みtに対して、この厚みtの15%以上55%以下の長さの亀裂進展が観察されたことがわかる。また、レーザ光の繰り返し周波数については、すべての加工条件で実験がなされたわけではないが、例えば出力5.5W、走査速度300mm/sにおいては、2MHz〜5MHzで所望の亀裂進展が観察できた。
【0042】
なお、以上の実施例において、「亀裂進展の長さ」とは、亀裂の最大長さをいう。
【0043】
また、以上の実験データを基に、図6に出力毎の走査速度と改質幅との関係を示し、図7に出力毎の走査速度と亀裂進展幅との関係を示している。これらの図から、走査速度を下げてレーザスポットのオーバーラップ率を高くすると、改質幅が大きくなることが分かる。また、亀裂進展幅も同様の傾向を示していることが分かる。特に、図7から、走査速度を100mm/s以下にしたときに、出力によっては基板の半分程度の長さの亀裂が生じることがわかる。なお、図9に関して後述するように、亀裂進展幅は出力の大きさに比例して大きくなるわけではない。
【0044】
また、図8に走査速度毎の出力に対する改質幅を、図9に走査速度毎の出力に対する亀裂進展幅を示している。図8からは、出力を増加させることによって改質幅が大きくなることが分かる。また、図9から、出力に対して亀裂進展幅は極小値を持つことが分かる。
【0045】
図10は、出力に対して、改質幅と亀裂進展幅の割合(亀裂進展幅/改質幅)がどのように変化するかを示している。この図10から、走査速度が25〜500mm/s、出力が4.2〜7Wの範囲では、亀裂進展幅/改質幅は1.4〜3.6であることがわかる。
【0046】
図11は、レーザ出力を変えて、レーザ光の走査速度と分断荷重との関係を測定した結果を示している。この図から明らかなように、各出力ともに、走査速度が遅いほど、すなわち、レーザ光が照射される領域のオーバーラップ範囲が大きいほど、分断強度が小さくなる傾向にあることがわかる。
【0047】
[他の実施形態]
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
【0048】
前記実施形態では、ウェハを構成する基板として、サファイア基板を例にとって説明したが、他の脆性材料基板においても本発明を同様に適用することができる。
【符号の説明】
【0049】
2 サファイア基板
4 分断予定ライン
12 改質層
13 亀裂進展層
【技術分野】
【0001】
本発明は、レーザ加工方法、特に、パルスレーザ光線を照射して脆性材料基板を分断するレーザ加工方法に関する。
【背景技術】
【0002】
発光ダイオード等の発光素子は、サファイア基板上に窒化物半導体を積層することによって形成されている。このようなサファイア基板等から構成される半導体ウェハには、複数の発光ダイオード等の発光素子が、分断予定ラインにより区画されて形成されている。そして、このような半導体ウェハを分断予定ラインに沿って分断する際には、レーザ加工が用いられている。
【0003】
サファイア基板等の脆性材料基板を分断するレーザ加工方法のひとつが特許文献1に示されている。この特許文献1に示された方法は、サファイア基板の分断予定ラインに対応する領域にレーザ光線を照射して加熱溶融を進行させ、これにより分断溝を形成して個々の発光素子に分割するものである。
【0004】
また、別のレーザ加工方法が特許文献2に示されている。この特許文献2に示された方法は、基板の内部にレーザ光線の集光点を合わせ、集光点を分断予定ラインに沿って走査し、基板の内部に多光子吸収による改質領域を形成して分断するものである。
【0005】
さらに、特許文献3には、レーザ光を基板に照射することによって基板内部に改質層(切断起点領域)を形成し、その後基板が所定の厚さとなるように基板を研磨して基板を分割する方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開昭58−44738号公報
【特許文献2】特開2002−192371号公報
【特許文献3】再公表特許WO2003/077295号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1に示されたレーザ加工方法では、基板表面に分断溝が形成される。このため、分断溝が形成された後は抗折強度が低くなり、後工程で分断するための力が小さくて良いという利点がある。しかし、基板表面が加熱溶融されるために、溶融された飛散物が素子領域に付着する場合があり、不良品が生じやすい。
【0008】
また、特許文献2及び特許文献3に示されたレーザ加工方法では、基板内部に改質領域が形成されるために、飛散物が素子領域に付着するといった問題はない。しかし、特許文献2では、基板表面に分断溝が形成されないために、後の分断工程において大きな力が必要になる。また、特許文献3では、研磨することによって基板が分割されるが、基板が分割されてしまうと、後工程で基板を一体的に取り扱うことができない。したがって、研磨する表面とは逆側の表面にフィルム等を貼り付けなければならない。
【0009】
ここで、特に発光ダイオード素子が形成された基板では、改質層が発光ダイオードの発光効率を下げることが知られている。したがって、改質層は極力薄いあるいはない方が好ましい。
【0010】
なお、特許文献3に示されるように、基板に改質領域を形成した後に、基板を所定の厚さまで研磨することで、改質層を形成することが可能である。しかし、前述のように、特許文献3の方法では、研磨によって基板が分割されてしまい、後工程での取扱いが非常に不便になる。また、この不便さを解消するために、フィルムを貼り付ける等の別の工程が必要になる。
【0011】
本発明の課題は、サファイア基板等の脆性材料基板を、飛散物なしに、かつ比較的厚みが厚い基板においても容易に分断できるようにするとともに、取扱いが容易であり、しかもこの基板に形成された素子の特性を損なわないようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【0012】
第1発明に係るレーザ加工方法は、パルスレーザ光線を照射して脆性材料基板を分断する加工方法であって、第1工程及び第2工程を含んでいる。第1工程では、所定の繰り返し周波数のパルスレーザ光を、集光点が脆性材料基板の内部に位置するように照射して脆性材料基板の内部に改質層を形成するとともに、パルスレーザ光を分断予定ラインに沿って走査し、改質層から脆性材料基板の第1主面に向かって第1主面に到達しない長さの亀裂を進展させる。第2工程では亀裂を残して脆性材料基板の第2主面側を研磨する。
【0013】
ここでは、脆性材料基板の表面は溶融されない。また、基板内部に改質層が形成され、この改質層から基板の第1表面に向かって第1表面に到達しない長さの亀裂が形成される。その後、亀裂を残して基板の第2主面側に研磨される。
【0014】
この方法では、改質層から基板表面に向かって亀裂が形成されるので、後工程である分断工程において、比較的小さな力で分断することができる。また、改質層が形成された側の基板表面が研磨されるので、改質層を少なく、あるいは除去することができ、この基板によって発光ダイオード等の素子を形成した場合に、改質層による特性の劣化を少なくすることができる。さらに、亀裂は基板の第1表面に到達していないので、第2主面側を研磨しても、基板が分割されることはない。したがって、後工程において、基板を一体的に取り扱うことができ、取扱いが容易になる。
【0015】
第2発明に係るレーザ加工方法は、第1発明のレーザ加工方法において、第1工程は、脆性材料基板の厚みtに対して、厚みtの15%以上55%以下の長さで改質層から基板の第1表面に向かって亀裂を進展させる。また、第2工程は改質層を除去する。
【0016】
ここでは、第1発明と同様に、分断工程において比較的小さな力で分断することができる。また、改質層の存在による素子への悪影響をなくすことができる。
【0017】
第3発明に係るレーザ加工方法は、第2発明のレーザ加工方法において、亀裂進展幅は、50μm以上で基板表面に到達しない長さである。
【0018】
ここでは、亀裂進展幅が基板表面に到達しないので、確実に飛散物をなくすことができる。また、第2工程での研磨後も、基板が分割されない。
【0019】
第4発明に係るレーザ加工方法は、第1から第3発明のいずれかのレーザ加工方法において、第2工程におけるレーザ光の走査速度は、25mm/s以下500mm/s以上である。
【0020】
このような走査速度でレーザ光を走査することにより、レーザ光が適切な範囲でオーバーラップし、適切な長さの亀裂を進展させることができる。
【0021】
第5発明に係るレーザ加工方法は、第1から第4発明のいずれかのレーザ加工方法において、第1工程におけるレーザ光の出力は、4.2W以上である。
【0022】
第6発明に係るレーザ加工方法は、第1から第5発明のいずれかのレーザ加工方法において、脆性材料基板はサファイア基板である。
【発明の効果】
【0023】
以上のような本発明では、サファイア基板等の脆性材料基板を、飛散物なしに、かつ比較的厚みが厚い基板においても容易に分断することができる。また、基板表面を研磨することによって改質層を薄く、あるいは除去するので、この基板に形成される素子の特性劣化を抑えることができる。さらに、基板研磨後においても基板が分割されないので、基板の取扱いが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の一実施形態による加工方法によって分断される半導体ウェハの外観斜視図。
【図2】本発明の一実施形態による加工方法を実施するためのレーザ加工装置の概略構成図。
【図3】ウェハに形成される改質領域を説明するための模式図。
【図4】改質層及び亀裂進展層が形成された基板の顕微鏡写真を図面にしたもの。
【図5】レーザ出力及びレーザ光線の相対速度をパラメータとして実験した亀裂進展の結果を示す図。
【図6】レーザ光線の相対速度と改質幅の関係を示す図。
【図7】レーザ光線の相対速度と亀裂進展幅の関係を示す図。
【図8】レーザ光線の出力と改質幅の関係を示す図。
【図9】レーザ光線の出力と亀裂進展幅の関係を示す図。
【図10】レーザ光線の出力と亀裂進展幅/改質幅の関係を示す図。
【図11】レーザ光線の各出力におけるレーザ光の走査速度と分断荷重との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0025】
[加工対象]
図1は、本発明の一実施形態による加工方法が適用される半導体ウェハの一例である。この図1に示す半導体ウェハ1は、サファイア基板2上に窒化物半導体が積層され、複数の発光ダイオード等の発光素子3が分割予定ライン4によって区画されて形成されたものである。
【0026】
[レーザ加工装置]
図2は、本発明の一実施形態による加工方法を実施するためのレーザ加工装置5の概略構成を示したものである。レーザ加工装置5は、レーザ光線発振器や制御部を含むレーザ光線発振ユニット6と、レーザ光を所定の方向に導くための複数のミラーを含む伝送光学系7と、伝送光学系7からのレーザ光をウェハ1の内部において集光させるための集光レンズ8と、を有している。なお、ウェハ1はテーブル9に載置されており、このテーブル9とレーザ光とは、相対的に上下方向に移動が可能であるとともに、水平面内で相対移動が可能となっている。
【0027】
[レーザ加工方法]
以上のようなレーザ加工装置5を用いたレーザ加工方法は以下の通りである。
【0028】
まず、レーザ光線発振ユニット6において、レーザ光の出力パワー等の加工条件を多光子吸収が生じる条件に制御し、ウェハ1のサファイア基板の内部に集光点Pを合わせる(図3参照)。そして、このレーザ光をウェハ1に照射して、サファイア基板内部に改質領域10を形成する。
【0029】
その後、レーザ光を分断予定ラインに沿って相対的に移動させることにより、集光点Pを分断予定ラインに沿って走査する。これにより、顕微鏡写真を図で示した図4に示すように、改質領域10が分断予定ラインに沿って移動し、サファイア基板の内部のみに改質された領域からなる改質層12が形成される。このとき、ウェハ1の表面ではレーザ光はほとんど吸収されないので、ウェハ1の表面が溶融することはない。また、レーザ加工条件を制御することによって、図4に示すように、改質層12からウェハ1の第1表面(第1主面)1aに向かって延びる、分断予定ラインに沿って連続した亀裂が形成される。すなわち、改質層12のウェハ第1表面1a側に、改質層12から亀裂が延びた亀裂進展層13が形成される。この亀裂は、改質層12の上下に熱応力が作用することによって生じるものである。
【0030】
次に、ウェハ1の第2表面(第2主面)1b側を研磨する。このとき、亀裂進展層13が残り、かつ改質層12が除去されるように研磨する。図4において、研磨量(研磨する厚み)を二点差線で示している。なお、ここで、研磨によって改質層12が除去されても、亀裂進展層13はウェハ1の表面まで到達していないので、研磨によってウェハ1が自動的に分断されることはない。
【0031】
以上のようにして、ウェハ1の内部に改質層12及び亀裂進展層13が形成され、さらに改質層12が除去された後は、分断予定ラインの両側に曲げ応力を加えることによって、ウェハ1を容易に分断することができる。
【0032】
以下に、改質層12及び亀裂進展層13を形成するレーザ加工方法の参考例及び実施例を示す。
【0033】
[実験条件]
各参考例及び実施例に共通の実験条件は以下の通りである。なお、ここでは、半導体ウェハ1を構成するサファイア基板を分断対象としている。
【0034】
基板:サファイア 厚みt=330μm
走査回数:1回
パルスレーザ繰り返し周波数:5MHz
集光位置:基板内部170μm
<参考例1>
レーザ出力2.8Wで、レーザ光線の基板に対する相対走査速度(以下、単に走査速度と記す)を25mm/s、50mm/s、100mm/s、200mm/s、500mm/sと変化させて観察したが、改質層及び亀裂進展層は見られなかった。
【0035】
<参考例2>
レーザ出力3.3Wで、走査速度を同様に25mm/s〜500mm/sまで変化させて観察したが、改質層及び亀裂進展層は見られなかった。
【0036】
<参考例3>
レーザ出力3.84Wで、走査速度を同様に25mm/s〜500mm/sまで変化させて観察したが、一部で改質層は観察されたものの、亀裂進展層は見られなかった。
【0037】
<実施例1>
レーザ出力4.27Wで、走査速度を25mm/s〜500m/sまで変化させた場合、走査速度が25mm/s〜300mm/sにおいて以下に示すような長さの亀裂進展が観察できた。なお、亀裂進展長さとともに、基板に対する比率を示している。
【0038】
25mm/s:165μm−−−−−(50%)
50mm/s:159.5μm−−−(48%)
100mm/s:158.9μm−−−(48%)
200mm/s:189.9μm−−−(58%)
300mm/s: 93.6μm−−−(28%)
<実施例2>
レーザ出力4.62Wで、走査速度を25mm/s〜500m/sまで変化させた場合、走査速度が25mm/s〜400mm/sにおいて以下に示すような長さの亀裂進展が観察できた。なお、亀裂進展長さとともに、基板に対する比率を示している。
【0039】
25mm/s:128.2μm−−−(39%)
50mm/s: 86.8μm−−−(26%)
100mm/s: 71.4μm−−−(22%)
200mm/s:104.3μm−−−(32%)
300mm/s:113.1μm−−−(34%)
400mm/s: 54.6μm−−−(17%)
<実施例3>
レーザ出力4.95Wで、走査速度を25mm/s〜500m/sまで変化させた場合、走査速度が25mm/s〜500mm/sにおいて以下に示すような長さの亀裂進展が観察できた。なお、亀裂進展長さとともに、基板に対する比率を示している。
【0040】
25mm/s:137.9μm−−−(42%)
50mm/s:130.5μm−−−(40%)
100mm/s:105μm−−−−−(32%)
200mm/s: 84μm−−−−−(25%)
300mm/s:111.9μm−−−(34%)
400mm/s: 75μm−−−−−(23%)
500mm/s:78.7μm−−−−(24%)
<実施例4>
レーザ出力6.62Wで、走査速度を25mm/s〜500m/sまで変化させた場合、走査速度が25mm/s〜500mm/sにおいて以下に示すような長さの亀裂進展が観察できた。なお、亀裂進展長さとともに、基板に対する比率を示している。
【0041】
25mm/s:179.4μm−−−(54%)
50mm/s:165μm−−−−−(50%)
100mm/s:152.7μm−−−(46%)
200mm/s:134.2μm−−−(41%)
300mm/s:140μm−−−−−(42%)
400mm/s:125.4μm−−−(38%)
500mm/s:107.4μm−−−(33%)
以上の実験結果をまとめた表を図5に示す。図5において、「×」は亀裂進展が見られなかったもの、「○」は亀裂進展が観察されたことを示している。また、「○」の欄に並べて記載している数値が亀裂進展の長さである。この結果から、以上の実験では、基板厚みtに対して、この厚みtの15%以上55%以下の長さの亀裂進展が観察されたことがわかる。また、レーザ光の繰り返し周波数については、すべての加工条件で実験がなされたわけではないが、例えば出力5.5W、走査速度300mm/sにおいては、2MHz〜5MHzで所望の亀裂進展が観察できた。
【0042】
なお、以上の実施例において、「亀裂進展の長さ」とは、亀裂の最大長さをいう。
【0043】
また、以上の実験データを基に、図6に出力毎の走査速度と改質幅との関係を示し、図7に出力毎の走査速度と亀裂進展幅との関係を示している。これらの図から、走査速度を下げてレーザスポットのオーバーラップ率を高くすると、改質幅が大きくなることが分かる。また、亀裂進展幅も同様の傾向を示していることが分かる。特に、図7から、走査速度を100mm/s以下にしたときに、出力によっては基板の半分程度の長さの亀裂が生じることがわかる。なお、図9に関して後述するように、亀裂進展幅は出力の大きさに比例して大きくなるわけではない。
【0044】
また、図8に走査速度毎の出力に対する改質幅を、図9に走査速度毎の出力に対する亀裂進展幅を示している。図8からは、出力を増加させることによって改質幅が大きくなることが分かる。また、図9から、出力に対して亀裂進展幅は極小値を持つことが分かる。
【0045】
図10は、出力に対して、改質幅と亀裂進展幅の割合(亀裂進展幅/改質幅)がどのように変化するかを示している。この図10から、走査速度が25〜500mm/s、出力が4.2〜7Wの範囲では、亀裂進展幅/改質幅は1.4〜3.6であることがわかる。
【0046】
図11は、レーザ出力を変えて、レーザ光の走査速度と分断荷重との関係を測定した結果を示している。この図から明らかなように、各出力ともに、走査速度が遅いほど、すなわち、レーザ光が照射される領域のオーバーラップ範囲が大きいほど、分断強度が小さくなる傾向にあることがわかる。
【0047】
[他の実施形態]
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
【0048】
前記実施形態では、ウェハを構成する基板として、サファイア基板を例にとって説明したが、他の脆性材料基板においても本発明を同様に適用することができる。
【符号の説明】
【0049】
2 サファイア基板
4 分断予定ライン
12 改質層
13 亀裂進展層
【特許請求の範囲】
【請求項1】
パルスレーザ光線を照射して脆性材料基板を分断するレーザ加工方法であって、
所定の繰り返し周波数のパルスレーザ光を、集光点が脆性材料基板の内部に位置するように照射して脆性材料基板の内部に改質層を形成するとともに、パルスレーザ光を分断予定ラインに沿って走査し、前記改質層から脆性材料基板の第1主面に向かって前記第1主面に到達しない長さの亀裂を進展させる第1工程と、
前記亀裂を残して脆性材料基板の第2主面側を研磨する第2工程と、
を含むレーザ加工方法。
【請求項2】
前記第1工程は、脆性材料基板の厚みtに対して、前記厚みtの15%以上55%以下の長さで前記改質層から前記基板の第1表面に向かって亀裂を進展させ、
前記第2工程は、前記改質層を除去する、
請求項1に記載のレーザ加工方法。
【請求項3】
前記亀裂進展幅は、50μm以上で前記基板表面に到達しない長さである、請求項2に記載のレーザ加工方法。
【請求項4】
前記第1工程におけるレーザ光の走査速度は、25mm/s以下500mm/s以上である、請求項1から3のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【請求項5】
前記第1工程におけるレーザ光の出力は、4.2W以上である、請求項1から4のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【請求項6】
前記脆性材料基板はサファイア基板である、請求項1から5のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【請求項1】
パルスレーザ光線を照射して脆性材料基板を分断するレーザ加工方法であって、
所定の繰り返し周波数のパルスレーザ光を、集光点が脆性材料基板の内部に位置するように照射して脆性材料基板の内部に改質層を形成するとともに、パルスレーザ光を分断予定ラインに沿って走査し、前記改質層から脆性材料基板の第1主面に向かって前記第1主面に到達しない長さの亀裂を進展させる第1工程と、
前記亀裂を残して脆性材料基板の第2主面側を研磨する第2工程と、
を含むレーザ加工方法。
【請求項2】
前記第1工程は、脆性材料基板の厚みtに対して、前記厚みtの15%以上55%以下の長さで前記改質層から前記基板の第1表面に向かって亀裂を進展させ、
前記第2工程は、前記改質層を除去する、
請求項1に記載のレーザ加工方法。
【請求項3】
前記亀裂進展幅は、50μm以上で前記基板表面に到達しない長さである、請求項2に記載のレーザ加工方法。
【請求項4】
前記第1工程におけるレーザ光の走査速度は、25mm/s以下500mm/s以上である、請求項1から3のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【請求項5】
前記第1工程におけるレーザ光の出力は、4.2W以上である、請求項1から4のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【請求項6】
前記脆性材料基板はサファイア基板である、請求項1から5のいずれかに記載のレーザ加工方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2012−33668(P2012−33668A)
【公開日】平成24年2月16日(2012.2.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−171376(P2010−171376)
【出願日】平成22年7月30日(2010.7.30)
【出願人】(390000608)三星ダイヤモンド工業株式会社 (383)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年2月16日(2012.2.16)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年7月30日(2010.7.30)
【出願人】(390000608)三星ダイヤモンド工業株式会社 (383)
【Fターム(参考)】
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