(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素子が形成され、一方の面に金属膜を有する被加工基板のダイシング方法であって、
前記被加工基板を第１のステージに載置し、
前記金属膜を、ダイヤモンドバイトを用いた金属加工により除去して溝部を形成し、
前記被加工基板を第２のステージに載置し、
クロック信号を発生し、
前記クロック信号に同期したパルスレーザビームを前記被加工基板の前記溝部に出射し、
前記被加工基板と前記パルスレーザビームとを相対的に移動させ、
前記被加工基板への前記パルスレーザビームの照射と非照射を、前記クロック信号に同期して、パルスピッカーを用いて前記パルスレーザビームの通過と遮断を制御することで、光パルス単位で切り替え、
前記被加工基板に基板表面に達するクラックを形成するダイシング方法であって、
前記パルスレーザビームの照射エネルギー、前記パルスレーザビームの加工点深さ、および、前記パルスレーザビームの照射領域および非照射の領域の長さを制御することにより、前記クラックが前記被加工基板表面において連続するよう形成することを特徴とするダイシング方法。
【請求項２】
前記クラックが前記被加工基板表面において略直線的に形成されることを特徴とする請求項１記載のダイシング方法。
【請求項３】
前記クラックを形成した後に、外力を加えることにより前記被加工基板を割断することを特徴とする請求項１または請求項２記載のダイシング方法。
【請求項４】
前記金属加工がプレーナ加工法またはフライカット加工法であることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項記載のダイシング方法。
【請求項５】
前記金属加工の際に、前記被加工基板表面を切削することを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一項記載のダイシング方法。
【請求項６】
前記被加工基板の位置と前記パルスピッカーの動作開始が同期することを特徴とする請求項１ないし請求項５いずれか一項記載のダイシング方法。
【請求項７】
前記第２のステージを前記クロック信号に同期させて移動することにより、前記被加工基板と前記パルスレーザビームとを相対的に移動させることを特徴とする請求項６記載のダイシング方法。
【請求項８】
前記被加工基板がサファイア基板であることを特徴とする請求項１ないし請求項７いずれか一項記載のダイシング方法。
【請求項９】
複数の素子が形成され、一方の面に金属膜を有する被加工基板のダイシング方法であって、
前記被加工基板を第１のステージに載置し、
前記金属膜を、ダイヤモンドバイトを用いた金属加工により除去し、
前記被加工基板を第２のステージに載置し、
クロック信号を発生し、
前記クロック信号に同期したパルスレーザビームを出射し、
前記被加工基板表面に、パルスピッカーとレーザビームスキャナを用いて、前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームを通過と遮断を切り替えながら１次元方向に走査し、
前記１次元方向に前記パルスレーザビームを走査した後に、前記１次元方向に直交する方向に前記第２のステージを移動して、更に前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームを前記１次元方向に走査し、
前記被加工基板に基板表面に達するクラックを形成するダイシング方法であって、
前記レーザビームスキャナからの走査位置信号に基づき、前記パルスピッカーにおける前記パルスレーザビームの通過と遮断を制御することで、走査毎の加工原点位置を補正し、
前記パルスレーザビームの照射エネルギー、前記パルスレーザビームの加工点深さ、および、前記パルスレーザビームの照射領域および非照射の領域の長さを制御することにより、前記クラックが前記被加工基板表面において連続するよう形成することを特徴とするダイシング方法。
【請求項１０】
前記第２のステージは、前記レーザビームスキャナの走査位置信号に基づいて、前記１次元方向に直交する方向の移動制御がされることを特徴とする請求項９項記載のダイシング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイシング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイス（素子）が表面に複数形成された半導体ウェハは、裏面研削されて所望の厚さに形成された後に、ダイシングライン（またはストリート）と称される分割予定ラインに沿って個々の半導体チップに分割され、ＬＥＤ、ＭＥＭＳ等として、各種電子機器に利用される。
【０００３】
半導体ウェハを個々のデバイス（チップ）に分割するダイシング方法としては、以下のような方法が挙げられる。
（１）例えば、厚さが２０〜４０μｍ程度の切刃を有する切削ブレードにて半導体ウェハをダイシングラインに沿って切削を行い分割するダイシング方法。
（２）そろばん玉状のダイヤモンドホイールやダイヤモンド刃物を、半導体ウェハに接触させ、ガラス切りのように、傷をつけてブレーカでへき開するスクライビングを用いたダイシング方法。
（３）半導体ウェハに対してＹＡＧレーザ等のレーザビームを用いて、微小なエリアにごく短時間にレーザエネルギーを集中させることにより、固体を昇華させるアブレーションを用いたダイシング方法。
（４）半導体ウェハに対して透過性を有する波長のパルスレーザビームを照射するダイシング方法。
【０００４】
上記（４）の方法では、半導体ウェハ内部に集光点をあわせてダイシングラインに沿ってウェハに対して透過性を有する波長のパルスレーザビームを照射する。そして、半導体ウェハ内部に変質層を連続的に形成し、変質層が形成されることによって、強度が低下したダイシングラインに沿って外力を加えることにより、半導体ウェハを個々のチップに分割する（例えば、特許文献１）。
【０００５】
一方、表面にパワートランジスタ等のデバイスが形成された半導体ウェハは、その裏面に金、銀、チタン等の金属膜が数ｍｍの厚さで被覆された電極が形成されるのが一般的である。また、ＬＥＤに用いられるサファイア基板においても、輝度上昇を目的として、反射膜として、ウェハ裏面に金、アルミ等の金属膜が数μｍの厚さで被覆されている。
【０００６】
このように、ウェハ裏面に金属膜がある場合のダイシング方法としては、例えば、上記（１）（２）（３）のダイシング方法が用いられる。または、上記（４）の方法後に半導体ウェハの裏面に金属膜を成膜する方法もある（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３４０８８０５号公報
【特許文献２】特開２００９−２００１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
もっとも、金属膜は粘りがあるため、裏面に金属膜を被覆された半導体ウェハを、上記（１）の方法のように切削ブレードで切削すると、分割された半導体チップの裏面外周にバリが発生する。また、切削ブレードに金属屑が付着して目詰まりが生じ、切削ブレードの寿命が低下するという問題がある。
【０００９】
また、上記（２）の方法においては、そろばん玉状のダイヤモンドホイールや、ダイヤモンド刃物は消耗品となり、例えば、２インチのサファイア基板では、２枚加工すると交換しなければならないほど消耗が激しい。この交換の為の機械停止時間は、スループットの低下につながる。また、交換用刃物はオペレーションコストの増加、ひいては製品価格の上昇につながる。
【００１０】
また、上記（３）の方法は、レーザビームを金属表面に集光させて集光点の金属を溶融する方法や、気化・プラズマ化させる方法である。しかし、共に融解物やデブリと呼ばれる加工屑が発生し、加工屑を嫌う半導体チップの製造には不向きである。
【００１１】
そして、上記（４）の方法では、透過性を有する波長のパルスレーザビームを使用するが、金属膜レーザビームを透過することがないため、金属膜下の基板に変質層を形成することができない。このため、裏面金属をエッチングで除去し、金属膜を除去した部分からレーザ光を照射して割断する方法がある。この場合、高額なエッチング加工用の装置が必要となり、製品価格の上昇につながる。
【００１２】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、ダイヤモンドバイトを用いた金属加工により金属膜を除去し、その後、パルスレーザビームの照射をすることで、低コストで、優れた割断特性を実現するダイシング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】
【００１３】
本発明の一態様のダイシング方法は、複数の素子が形成され、一方の面に金属膜を有する被加工基板のダイシング方法であって、前記被加工基板を第１のステージに載置し、前記金属膜を、ダイヤモンドバイトを用いた金属加工により除去して溝部を形成し、前記被加工基板を第２のステージに載置し、クロック信号を発生し、前記クロック信号に同期したパルスレーザビームを前記被加工基板の前記溝部に出射し、前記被加工基板と前記パルスレーザビームとを相対的に移動させ、前記被加工基板への前記パルスレーザビームの照射と非照射を、前記クロック信号に同期して、パルスピッカーを用いて前記パルスレーザビームの通過と遮断を制御することで、光パルス単位で切り替え、前記被加工基板に基板表面に達するクラックを形成し、前記パルスレーザビームの照射エネルギー、前記パルスレーザビームの加工点深さ、および、前記パルスレーザビームの照射領域および非照射の領域の長さを制御することにより、前記クラックが前記被加工基板表面において連続するよう形成することを特徴とする。
【００１４】
上記態様の方法において、前記パルスレーザビームの照射エネルギー、前記パルスレーザビームの加工点深さ、および、前記パルスレーザビームの照射非照射の間隔を制御することにより、前記クラックが前記被加工基板表面において連続するよう形成することが望ましい。
【００１５】
上記態様の方法において、前記クラックが前記被加工基板表面において略直線的に形成されることが望ましい。
【００１６】
上記態様の方法において、前記クラックを形成した後に、外力を加えることが望ましい。
【００１７】
上記態様の方法において、前記金属加工がプレーナ加工法またはフライカット加工法であることが望ましい。
【００１８】
上記態様の方法において、前記金属加工の際に、前記被加工基板表面を切削することが望ましい。
【００１９】
上記態様の方法において、前記被加工基板の位置と前記パルスピッカーの動作開始位置が同期することが望ましい。この時、前記ステージを前記クロック信号に同期させて移動することにより、前記被加工基板と前記パルスレーザビームとを相対的に移動させることが望ましい。
【００２０】
上記態様の方法において、前記被加工基板がサファイア基板であることが望ましい。
【００２１】
上記態様の方法において、前記照射エネルギーを３０〜１５０ｍＷとし、前記パルスレーザビームの通過を１〜４光パルス単位、遮断を１〜４光パルス単位とすることにより照射の間隔を１〜６μｍとすることが望ましい。
【００２２】
前記照射エネルギーを５０±５ｍＷとし、前記加工点深さを２５．０±２．５μｍとし、前記パルスレーザビームの通過を１光パルス単位、遮断を２光パルス単位とすることにより照射の間隔を３．６±０．４μｍとすることが望ましい。
【００２３】
本発明の一態様のダイシング方法は、複数の素子が形成され、一方の面に金属膜を有する被加工基板のダイシング方法であって、前記被加工基板を第１のステージに載置し、前記金属膜を、ダイヤモンドバイトを用いた金属加工により除去し、前記被加工基板を第２のステージに載置し、クロック信号を発生し、前記クロック信号に同期したパルスレーザビームを出射し、前記被加工基板表面に、パルスピッカーとレーザビームスキャナを用いて、前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームを通過と遮断を切り替えながら１次元方向に走査し、前記１次元方向に前記パルスレーザビームを走査した後に、前記１次元方向に直交する方向に前記第２のステージを移動して、更に前記クロック信号に同期して前記パルスレーザビームを前記１次元方向に走査し、前記被加工基板に基板表面に達するクラックを形成するダイシング方法であって、前記レーザビームスキャナからの走査位置信号に基づき、前記パルスピッカーにおける前記パルスレーザビームの通過と遮断を制御することで、走査毎の加工原点位置を補正し、前記パルスレーザビームの照射エネルギー、前記パルスレーザビームの加工点深さ、および、前記パルスレーザビームの照射領域および非照射の領域の長さを制御することにより、前記クラックが前記被加工基板表面において連続するよう形成することを特徴とする。
【００２４】
上記態様の方法において、前記第２のステージは、前記レーザビームスキャナの走査位置信号に基づいて、前記１次元方向に直交する方向の移動制御がされることが望ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ダイヤモンドバイトを用いた金属加工により金属膜を除去し、その後、パルスレーザビームの照射をすることで、低コストで、優れた割断特性を実現するダイシング方法を提供するが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施の形態のダイシング方法の工程概念図である。
【図２】第１の実施の形態において被加工基板の例としてあげる半導体ウェハの概念図である。
【図３】第１の実施の形態のレーザダイシング方法で用いられるレーザダイシング装置の一例を示す概略構成図である。
【図４】第１の実施の形態のレーザダイシング方法のタイミング制御を説明する図である。
【図５】第１の実施の形態のレーザダイシング方法のパルスピッカー動作と変調パルスレーザビームのタイミングを示す図である。
【図６】第１の実施の形態のレーザダイシング方法の照射パターンの説明図である。
【図７】第１の実施の形態のサファイア基板上に照射される照射パタ−ンを示す上面図である。
【図８】図７のＡＡ断面図である。
【図９】第１の実施の形態の作用の説明図である。
【図１０】第１の実施の形態のステージ移動とダイシング加工との関係を説明する図である。
【図１１】異なる加工点深さのパルスレーザビームを複数回基板の同一走査線上を走査してクラックを形成する場合の説明図である。
【図１２】図１１の条件で割断した場合の割断面の光学写真である。
【図１３】実施例１の照射パターンを示す図である。
【図１４】実施例１〜４、比較例１のレーザダイシングの結果を示す図である。
【図１５】実施例１のレーザダイシングの結果を示す断面図である。
【図１６】実施例５〜１０のレーザダイシングの結果を示す図である。
【図１７】実施例１１〜１５のレーザダイシングの結果を示す図である。
【図１８】実施例１６〜２１のレーザダイシングの結果を示す図である。
【図１９】実施例２２〜２４のレーザダイシングの結果を示す図である。
【図２０】第２の実施の形態のパルスレーザ加工装置の構成図である。
【図２１】第２の実施の形態のパルスレーザ加工装置のレーザビームスキャナの説明図である。
【図２２】第２の実施の形態のパルスレーザ加工装置のレーザビームスキャナの走査の説明図である。
【図２３】第２の実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工制御部の説明図である。
【図２４】第２の実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工パターン生成部の説明図である。
【図２５】第２の実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工パターン信号生成部の説明図である。
【図２６】第２の実施の形態のレーザ加工装置のタイミング制御を説明する信号波形図である。
【図２７】第２の実施の形態のパルスレーザ加工装置のパルスピッカー動作のタイミング制御を説明する信号波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書中、加工点とは、パルスレーザビームの被加工基板内での集光位置（焦点位置）近傍の点であり、被加工基板の改質程度が深さ方向で最大となる点を意味する。そして、加工点深さとは、パルスレーザビームの加工点の被加工基板表面からの深さを意味するものとする。
【００２８】
（第１の実施の形態）
本実施の形態のダイシング方法は、複数の素子が形成され、一方の面に金属膜を有する被加工基板のダイシング方法であって、被加工基板を第１のステージに載置し、金属膜を、ダイヤモンドバイトを用いた金属加工により除去して溝部を形成し、被加工基板を第２のステージに載置し、クロック信号を発生し、クロック信号に同期したパルスレーザビームを被加工基板の前記溝部に出射し、被加工基板とパルスレーザビームとを相対的に移動させ、被加工基板へのパルスレーザビームの照射と非照射を、クロック信号に同期してパルスレーザビームの通過と遮断を制御することで、光パルス単位で切り替え、被加工基板に基板表面に達するクラックを形成する。
【００２９】
上記構成により、金属膜を有する被加工基板のダイシングにおいて、高いスループットで、優れた割断特性を実現するダイシング方法を提供することが可能になる。そして、パルスレーザビームの加工においては、被加工基板表面において連続するクラックを形成することで、特にサファイア基板のように硬質な基板のダイシングが容易になる。また、狭いダイシング幅でのダイシングが実現される。ここで、優れた割断特性とは、（１）直線性良く割断されること、（２）ダイシングした素子の収率が向上するよう小さな割断力で割断できること、（３）クラック形成の際に照射するレーザの影響で基板上に設けられる素子、例えば、基板上のエピタキシャル層で形成されるＬＥＤ素子、の劣化が生じないこと等が挙げられる。
【００３０】
図２は、本実施の形態において被加工基板の例としてあげる半導体ウェハの概念図である。図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００３１】
この半導体ウェハ１には、例えばサファイア基板２の上の、例えばＧａＮ系半導体層３に、例えば、複数の高輝度ＬＥＤ素子４が形成されている。そして、高輝度ＬＥＤ素子４が形成される面の他方の面には、例えば金（Ａｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）の反射膜が金属膜５として形成されている。
【００３２】
また、各高輝度ＬＥＤ素子４の間は、ダイシングのために一定の幅を持ち、素子が形成されないダイシングライン（図２（ａ）中の実線）で区画されている。ダイシングの際は、このダイシングライン上とその延長線（図２（ａ）中の破線）上でウェハを割断することで、個々のチップであるＬＥＤに分割する。
【００３３】
図１は、本実施の形態のダイシング方法の工程概念図である。
【００３４】
まず、図１（ａ）に示すように、半導体ウェハの高輝度ＬＥＤ素子４が形成されている面側に、ダイシングによって半導体ウェハがチップに分割される際に、個々のチップをつなぎとめる粘着テープ５が形成されている。
【００３５】
この半導体ウェハを、金属加工装置のステージ（第１のステージ）上に載置する。この金属加工装置はダイヤモンドバイト７を用いて金属を加工可能な公知の装置である。そして、図１（ｂ）に示すように、ステージ上に載置された、半導体ウェハの金属膜５を、ダイヤモンドバイト７を用いた金属加工によりダイシングラインに沿って除去し溝部を形成する。
【００３６】
このとき、金属加工方法は、例えば、ステージに対してダイヤモンドバイトが直線的に移動するプレーナ加工法、または、ステージ対してダイヤモンドバイトが回転移動するフライカット加工法を採用することが可能である。なお、金属膜５の加工精度を上げる観点からは、プレーナ加工の方が望ましい。
【００３７】
また、溝部の底部の金属膜５は、すべて除去しても一部残してもかまわない。全部除去した上で、溝部のサファイア基板２の表面を切削することで、後に、半導体ウェハを割断する際の外力を小さくすることも可能である。一方、金属膜５をレーザ光が透過する程度の厚さだけ残すことによって、ダイヤモンドバイト７によるサファイア基板２の切削屑の発生をおさえたり、後のレーザ加工のクラック形成を安定化させたりすることも可能である。
【００３８】
このように、本実施の形態によれば、被加工基板や金属膜の材料や厚さ等に応じて最適なプロセスを選択して実施できるという利点がある。
【００３９】
なお、金属加工の際には、発生する切削屑をダイヤモンドバイト７近傍に設けられる吸入ノズルにより吸入することが望ましい。
【００４０】
次に、半導体ウェハを、パルスレーザ加工装置のステージ（第２のステージ）上に載置する。そして、パルスレーザ加工装置内でクロック信号を発生し、図１（ｃ）に示すように、このクロック信号に同期したパルスレーザビーム８を半導体ウェハの溝部に出射する。この時、パルスレーザビーム８の焦点位置はサファイア基板２の内部の所定の位置とする。
【００４１】
そして、半導体ウェハとパルスレーザビーム８とを相対的に移動させる。そして、半導体ウェハへのパルスレーザビーム８の照射と非照射を、クロック信号に同期してパルスレーザビームの通過と遮断を制御することで、光パルス単位で切り替える。これによって、半導体ウェハに金属膜５側のウェハ表面に達するクラックを形成する。
【００４２】
後に、詳述するように、レーザ加工の際、パルスレーザビーム８の照射エネルギー、パルスレーザビーム８の加工点深さ、および、パルスレーザビーム８の照射非照射の間隔を制御することにより、クラックが前記被加工基板表面において連続するよう形成する。
【００４３】
次に、図１（ｄ）に示すように、ブレーキング装置のブレーカ９により、外力を加えることにより、半導体ウェハを個々の高輝度ＬＥＤのチップに分割する。この時、ブレーキング装置にかえて、粘着テープを伸長させることで外力を加えてもかまわない。また、ブレーキング装置と粘着テープの双方を用いて、外力を印加するものであってもかまわない。
【００４４】
本実施の形態のダイシング方法によれば、スループットが高く、低コスト、高歩留まりで、高精度なダイシング方法を実現することが可能となる。
【００４５】
なお、ここでは、金属加工装置でウェハ上のダイシングラインの金属膜をすべて除去してから、レーザダイシング加工を行う場合を例に説明した。金属加工装置とパルスレーザ加工装置との２台の装置を用いる場合は必然的にこのプロセスとなる。もっとも、１本１本のダイシングラインごとに、金属膜除去と、パルスレーザビームの照射によるレーザ加工を１対として実施する方法であってもかまわない。この場合には、ダイシングラインに沿った走査回数を半減できるためスループットが向上するという利点がある。また、金属加工とレーザ加工の合わせ精度が向上し、より精度の高いダイシングが実現されるという利点もある。
【００４６】
金属加工とレーザ加工が一体化し、ダイヤモンドバイトの位置とレーザ光の照射位置が、半導体ウェハとの相対移動との関係で一直線上に乗るように設計された加工装置を用いることで、上記方法が実現される。この装置の場合、第１のステージと第２のステージは同じである。
【００４７】
次に、本実施の形態のレーザダイシング加工について詳述する。
【００４８】
上記ダイシング方法において、レーザ加工を実現する本実施の形態のレーザダイシング装置は、被加工基板を載置可能なステージと、クロック信号を発生する基準クロック発振回路と、パルスレーザビームを出射するレーザ発振器と、パルスレーザビームをクロック信号に同期させるレーザ発振器制御部と、レーザ発振器とステージとの間の光路に設けられ、パルスレーザビームの被加工基板への照射と非照射を切り替えるパルスピッカーと、クロック信号に同期して、光パルス単位でパルスレーザビームのパルスピッカーにおける通過と遮断を制御するパルスピッカー制御部と、を備える。
【００４９】
図３は本実施の形態のレーザダイシング装置の一例を示す概略構成図である。図３に示すように、本実施の形態のレーザダイシング装置１０は、その主要な構成として、レーザ発振器１２、パルスピッカー１４、ビーム整形器１６、集光レンズ１８、ＸＹＺステージ部２０、レーザ発振器制御部２２、パルスピッカー制御部２４および加工制御部２６を備えている。加工制御部２６には所望のクロック信号Ｓ１を発生する基準クロック発振回路２８および加工テーブル部３０が備えられている。
【００５０】
レーザ発振器１２は、基準クロック発振回路２８で発生するクロック信号Ｓ１に同期した周期ＴｃのパルスレーザビームＰＬ１を出射するよう構成されている。照射パルス光の強度はガウシアン分布を示す。クロック信号Ｓ１は、レーザダイシング加工の制御に用いられる加工制御用クロック信号である。
【００５１】
ここでレーザ発振器１２から出射されるレーザ波長は被加工基板に対して透過性の波長を使用する。レーザとしては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ等を用いることができる。例えば、被加工基板がサファイア基板である場合には、波長５３２ｎｍの、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザを用いることが望ましい。
【００５２】
パルスピッカー１４は、レーザ発振器１２とレーザビームスキャナ１８との間の光路に設けられる。そして、クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームＰＬ１の通過と遮断（オン／オフ）を切り替えることで被加工基板へのパルスレーザビームＰＬ１の照射と非照射を、光パルス数単位で切り替えるよう構成されている。このように、パルスピッカー１４の動作によりパルスレーザビームＰＬ１は、被加工基板の加工のためにオン／オフが制御され、変調された変調パルスレーザビームＰＬ２となる。
【００５３】
パルスピッカー１４は、例えば音響光学素子（ＡＯＭ）で構成されていることが望ましい。また、例えばラマン回折型の電気光学素子（ＥＯＭ）を用いても構わない。
【００５４】
ビーム整形器１６は、入射したパルスレーザビームＰＬ２を所望の形状に整形されたパルスレーザビームＰＬ３とする。例えば、ビーム径を一定の倍率で拡大するビームエキスパンダである。また、例えば、ビーム断面の光強度分布を均一にするホモジナイザのような光学素子が備えられていてもよい。また、例えばビーム断面を円形にする素子や、ビームを円偏光にする光学素子が備えられていても構わない。
【００５５】
集光レンズ１８は、ビーム整形器１６で整形されたパルスレーザビームＰＬ３を集光し、ＸＹＺステージ部２０上に載置される被加工基板Ｗ、例えばＬＥＤが下面に形成されるサファイア基板にパルスレーザビームＰＬ４を照射するよう構成されている。
【００５６】
ＸＹＺステージ部２０は、被加工基板Ｗを載置可能で、ＸＹＺ方向に自在に移動できるＸＹＺステージ（以後、単にステージとも言う）、その駆動機構部、ステージの位置を計測する例えばレーザ干渉計を有した位置センサ等を備えている。ここで、ＸＹＺステージは、その位置決め精度および移動誤差がサブミクロンの範囲の高精度になるよう構成されている。そして、Ｚ方向に移動させることでパルスレーザビームの焦点位置を被加工基板Ｗに対して調整し、加工点深さを制御することが可能である。
【００５７】
加工制御部２６はレーザダイシング装置１０による加工を全体的に制御する。基準クロック発振回路２８は、所望のクロック信号Ｓ１を発生する。また、加工テーブル部３０には、ダイシング加工データをパルスレーザビームの光パルス数で記述した加工テーブルが記憶される。
【００５８】
次に、上記レーザダイシング装置１０を用いたレーザダイシング方法について、図３〜図１０を用いて説明する。
【００５９】
まず、被加工基板Ｗ、例えば、サファイア基板をＸＹＺステージ部２０に載置する。このサファイア基板は、例えば下面にエピタキシャル成長されたＧａＮ層を有し、このＧａＮ層に複数のＬＥＤがパターン形成されているウェハである。ウェハに形成されるノッチまたはオリエンテーションフラットを基準にＸＹＺステージに対するウェハの位置合わせが行われる。なお、裏面に形成された金属膜のダイシングライン部は既に除去されているものとして、以下説明する。
【００６０】
図４は、本実施の形態のレーザダイシング方法のタイミング制御を説明する図である。加工制御部２６内の基準クロック発振回路２８において、周期Ｔｃのクロック信号Ｓ１が生成される。レーザ発振器制御部２２は、レーザ発振器１２がクロック信号Ｓ１に同期した周期ＴｃのパルスレーザビームＰＬ１を出射するよう制御する。この時、クロック信号Ｓ１の立ち上がりとパルスレーザビームの立ち上がりには、遅延時間ｔ１が生ずる。
【００６１】
レーザ光は、被加工基板に対して透過性を有する波長のものを使用する。ここで、被加工基板材料の吸収のバンドギャプＥｇより、照射するレーザ光の光子のエネルギーｈνが大きいレーザ光を用いることが好ましい。エネルギーｈνがバンドギャプＥｇより非常に大きいと、レーザ光の吸収が生ずる。これを多光子吸収と言い、レーザ光のパルス幅を極めて短くして、多光子吸収を被加工基板の内部に起こさせると、多光子吸収のエネルギーが熱エネルギーに転化せずに、イオン価数変化、結晶化、非晶質化、分極配向または微小クラック形成等の永続的な構造変化が誘起されてカラーセンターが形成される。
【００６２】
このレーザ光（パルスレーザビーム）の照射エネルギー（照射パワー）は、被加工基板表面に連続的なクラックを形成する上での最適な条件を選ぶ。
【００６３】
そして、被加工基板材料に対して、透過性を有する波長を使用すると、基板内部の焦点付近にレーザ光を導光、集光が可能となる。従って、局所的にカラーセンターを作ることが可能となる。このカラーセンターを、以後、改質領域と称する。
【００６４】
パルスピッカー制御部２４は、加工制御部２６から出力される加工パターン信号Ｓ２を参照し、クロック信号Ｓ１に同期したパルスピッカー駆動信号Ｓ３を生成する。加工パターン信号Ｓ２は、加工テーブル部３０に記憶され、照射パターンの情報を光パルス単位で光パルス数で記述する加工テーブルを参照して生成される。パルスピッカー１４は、パルスピッカー駆動信号Ｓ３に基づき、クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームＰＬ１の通過と遮断（オン／オフ）を切り替える動作を行う。
【００６５】
このパルスピッカー１４の動作により、変調パルスレーザビームＰＬ２が生成される。なお、クロック信号Ｓ１の立ち上がりとパルスレーザビームの立ち上がり、立下りには、遅延時間ｔ２、ｔ３が生ずる。また、パルスレーザビームの立ち上がり、立下りと、パルスピッカー動作には、遅延時間ｔ４、ｔ５が生ずる。
【００６６】
被加工基板の加工の際には、遅延時間ｔ１〜ｔ５を考慮して、パルスピッカー駆動信号Ｓ３等の生成タイミングや、被加工基板とパルスレーザビームとの相対移動タイミングが決定される。
【００６７】
図５は、本実施の形態のレーザダイシング方法のパルスピッカー動作と変調パルスレーザビームＰＬ２のタイミングを示す図である。パルスピッカー動作は、クロック信号Ｓ１に同期して光パルス単位で切り替えられる。このように、パルスレーザビームの発振とパルスピッカーの動作を、同じクロック信号Ｓ１に同期させることで、光パルス単位の照射パターンを実現できる。
【００６８】
具体的には、パルスレーザビームの照射と非照射が、光パルス数で規定される所定の条件に基づき行われる。すなわち、照射光パルス数（Ｐ１）と、非照射光パルス数（Ｐ２）を基にパルスピッカー動作が実行され、被加工基板への照射と非照射が切り替わる。パルスレーザビームの照射パターンを規定するＰ１値やＰ２値は、例えば、加工テーブルに照射領域レジスタ設定、非照射領域レジスタ設定として規定される。Ｐ１値やＰ２値は、被加工基板の材質、レーザビームの条件等により、ダイシング時のクラック形成を最適化する所定の条件に設定される。
【００６９】
変調パルスレーザビームＰＬ２は、ビーム整形器１６により所望の形状に整形されたパルスレーザビームＰＬ３とする。さらに、整形されたパルスレーザビームＰＬ３は、集光レンズ１８で集光され所望のビーム径を有するパルスレーザビームＰＬ４となり、被加工基板であるウェハ上に照射される。
【００７０】
ウェハをＸ軸方向およびＹ軸方向にダイシングする場合、まず、例えば、ＸＹＺステージをＸ軸方向に一定速度で移動させて、パルスレーザビームＰＬ４を走査する。そして、所望のＸ軸方向のダイシングが終了した後、ＸＹＺステージをＹ軸方向に一定速度で移動させて、パルスレーザビームＰＬ４を走査する。これにより、Ｙ軸方向のダイシングを行う。
【００７１】
上記の照射光パルス数（Ｐ１）と、非照射光パルス数（Ｐ２）およびステージの速度で、パルスレーザビームの照射非照射の間隔が制御される。
【００７２】
Ｚ軸方向（高さ方向）については、集光レンズの集光位置（焦点位置）がウェハ内の所定深さに位置するよう調整する。この所定深さは、ダイシングの際にクラックが所望の形状に形成されるよう設定される。
【００７３】
この時、
被加工基板の屈性率：ｎ
被加工基板表面からの加工位置：Ｌ
Ｚ軸移動距離：Ｌｚ
とすると、
Ｌｚ＝Ｌ／ｎ
となる。即ち、集光レンズによる集光位置を被加工基板の表面をＺ軸初期位置とした時、基板表面から深さ「Ｌ」の位置に加工する場合、Ｚ軸を「Ｌｚ」移動させればよい。
【００７４】
図６は、本実施の形態のレーザダイシング方法の照射パターンの説明図である。図のように、クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームＰＬ１が生成される。そして、クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームの通過と遮断を制御することで、変調パルスレーザビームＰＬ２が生成される。
【００７５】
そして、ステージの横方向（Ｘ軸方向またはＹ軸方向）の移動により、変調パルスレーザビームＰＬ２の照射光パルスがウェハ上に照射スポットとして形成される。このように、変調パルスレーザビームＰＬ２を生成することで、ウェハ上に照射スポットが光パルス単位で制御され断続的に照射される。図４の場合は、照射光パルス数（Ｐ１）＝２、非照射光パルス数（Ｐ２）＝１とし、照射光パルス（ガウシアン光）がスポット径のピッチで照射と非照射を繰り返す条件が設定されている。
【００７６】
ここで、
ビームスポット径：Ｄ（μｍ）
繰り返し周波数：Ｆ（ＫＨｚ）
の条件で加工を行うとすると、照射光パルスがスポット径のピッチで照射と非照射を繰り返すためのステージ移動速度Ｖ（ｍ／ｓｅｃ）は、
Ｖ＝Ｄ×１０−６×Ｆ×１０３
となる。
【００７７】
例えば、
ビームスポット径：Ｄ＝２μｍ
繰り返し周波数：Ｆ＝５０ＫＨｚ
の加工条件で行うとすると、
ステージ移動速度：Ｖ＝１００ｍｍ／ｓｅｃ
となる。
【００７８】
また、照射光のパワーをＰ（ワット）とすると、パルスあたり照射パルスエネルギーＰ／Ｆの光パルスがウェハに照射されることになる。
【００７９】
パルスレーザビームの照射エネルギー（照射光のパワー）、パルスレーザビームの加工点深さ、および、パルスレーザビームの照射非照射の間隔のパラメータが、クラックが被加工基板表面において連続して形成されるよう決定される。
【００８０】
図７は、サファイア基板上に照射される照射パタ−ンを示す上面図である。照射面上からみて、照射光パルス数（Ｐ１）＝２、非照射光パルス数（Ｐ２）＝１で、照射スポット径のピッチで照射スポットが形成される。図８は、図７のＡＡ断面図である。図に示すようにサファイア基板内部に改質領域が形成される。そして、この改質領域から、光パルスの走査線上に沿って基板表面に達するクラックが形成される。そして、このクラックが被加工基板表面において連続して形成される。
【００８１】
図９は、本実施の形態の作用の説明図である。例えば、設定できる最大のパルスレーザビームのレーザ周波数で、かつ、設定できる最速のステージ速度で、パルスレーザを照射する場合の照射可能位置を、図９（ａ）の点線丸で示す。図９（ｂ）は、照射／非照射＝１／２の場合の照射パターンである。実線丸が照射位置で、点線丸が非照射位置である。
【００８２】
ここで、照射スポットの間隔（非照射領域の長さ）をより短くした方が、割断性が良いと仮定する。この場合は、図９（ｃ）に示すように、ステージ速度を変更せずに照射／非照射＝１／１とすることで対応が可能である。仮に本実施の形態のように、パルスピッカーを用いなければ、同様の条件を現出させるためにはステージ速度を低下させることが必要となりダイシング加工のスループットが低下するという問題が生ずる。
【００８３】
ここで、照射スポットを連続させて照射領域の長さをより長くした方が、割断性が良いと仮定する。この場合は、図９（ｄ）に示すように、ステージ速度を変更せずに照射／非照射＝２／１とすることで対応が可能である。仮に本実施の形態のように、パルスピッカーを用いなければ、同様の条件を現出させるためにはステージ速度を低下させ、かつ、変動させることが必要となりダイシング加工のスループットが低下するとともに制御が極めて困難になるという問題が生ずる。図９（ｂ）の照射パターンで照射エネルギーを上げることで、図９（ｄ）に近い条件とすることも考えられるが、この場合、１点に集中するレーザパワーが大きくなり、クラック幅の増大やクラックの直線性に劣化が懸念される。また、サファイア基板にＬＥＤが形成されている場合には、クラックと反対側のＬＥＤ領域に到達するレーザ量が増大し、ＬＥＤ素子の劣化が生ずるという恐れもある。
【００８４】
このように、本実施の形態によれば、例えば、レーザビームの条件やステージ速度条件を変化させずとも多様の割断条件を実現することが可能であり、生産性や素子特性を劣化させることなく最適な割断条件を見出すことが可能となる。
【００８５】
なお、本明細書中、「照射領域の長さ」「非照射領域の長さ」とは図９（ｄ）に図示する長さとする。
【００８６】
図１０は、ステージ移動とダイシング加工との関係を説明する図である。ＸＹＺステージには、Ｘ軸、Ｙ軸方向に移動位置を検出する位置センサが設けられている。例えば、ステージのＸ軸またはＹ軸方向への移動開始後、ステージ速度が速度安定域に入る位置をあらかじめ同期位置として設定しておく。そして、位置センサにおいて同期位置を検出した時、例えば、移動位置検出信号Ｓ４（図３）がパルスピッカー制御部２４に送られることでパルスピッカー動作が許可され、パルスピッカー駆動信号Ｓ３によりパルスピッカーを動作させるようにする。同期位置を、例えば、被加工基板の端面として、この端面を位置センサで検出することにしてもよい。
【００８７】
このように、
ＳＬ：同期位置から基板までの距離
ＷＬ：加工長
Ｗ１：基板端から照射開始位置までの距離
Ｗ２：加工範囲
Ｗ３：照射終了位置から基板端までの距離
が管理される。
【００８８】
このようにして、ステージ位置とパルスピッカーの動作開始位置が同期する。すなわち、パルスレーザビームの照射と非照射と、ステージの位置との同期がとられる。そのため、パルスレーザビームの照射と非照射の際、ステージが一定速度で移動する（速度安定域にある）ことが担保される。したがって、照射スポット位置の規則性が担保され、安定したクラックの形成が実現される。
【００８９】
ここで、厚い基板を加工する場合に、異なる加工点深さのパルスレーザビームを複数回（複数層）基板の同一走査線上を走査してクラックを形成することにより、割断特性を向上させることが考えられる。このような場合、ステージ位置とパルスピッカーの動作開始位置が同期することにより、異なる深さの走査において、パルス照射位置の関係を任意に精度よく制御することが可能となり、ダイシング条件の最適化が可能になる。
【００９０】
図１１は、異なる加工点深さのパルスレーザビームを、複数回基板の同一走査線上を走査してクラックを形成する場合の説明図である。基板断面における照射パターンの模式図である。ＯＮ（色付き）が照射、ＯＦＦ（白色）が非照射領域である。図１１（ａ）は、照射の走査の１層目と２層目が同相の場合、すなわち、１層目と２層目で照射パルス位置の上下関係が揃っている場合である。図１１（ｂ）は、照射の走査の１層目と２層目が異相の場合、すなわち、１層目と２層目で照射パルス位置の上下関係がずれている場合である。
【００９１】
図１２は、図１１の条件で割断した場合の割断面の光学写真である。図１２（ａ）が同相、図１２（ｂ）が異相の場合である。それぞれ上側の写真が低倍率、下側の写真が高倍率となっている。このように、ステージ位置とパルスピッカーの動作開始位置が同期することにより、照射の走査の１層目と２層目の関係を精度よく制御することが可能となる。
【００９２】
なお、図１２（ａ）、（ｂ）に示した被加工基板は厚さ１５０μｍのサファイア基板である。この場合、割断に要した割断力は同相の場合が０．３１Ｎ、異相の場合が０．３８Ｎであり、同相の方が割断特性に優れていた。
【００９３】
なお、ここでは照射／非照射のパルス数を、１層目と２層目で同じとする場合を例に示したが、１層目と２層目で異なる照射／非照射のパルス数として最適な条件を見出すことも可能である。
【００９４】
また、例えば、ステージの移動をクロック信号に同期させることが、照射スポット位置の精度を一層向上させるため望ましい。これは、例えば、加工制御部２６からＸＹＺステージ部２０に送られるステージ移動信号Ｓ５（図３）をクロック信号Ｓ１に同期させることで実現可能である。
【００９５】
本実施の形態のレーザダイシング方法のように、基板表面にまで達し、かつ、被加工基板表面において連続するクラックを形成することで、後の基板の割断が容易になる。したがって、ダイシングの生産性が向上する。なお、クラック形成後の最終的な基板の割断、すなわち個々のＬＥＤチップへの分割は、クラック形成後に自然に分割されるものであっても、人為的な力を更に印加することで分割されるものであっても構わない。
【００９６】
従来のように、パルスレーザビームを連続的に基板に照射する方法では、例え、ステージ移動速度、集光レンズの開口数、照射光パワー等を最適化したとしても、基板表面に連続して形成するクラックを所望の形状に制御することは困難であった。本実施の形態のように、パルスレーザビームの照射と非照射を、光パルス単位で断続的に切り替えて照射パターンを最適化することで、基板表面に達するクラックの発生が制御され、優れた割断特性を備えたレーザダイシング方法が実現される。
【００９７】
すなわち、例えば、基板表面にレーザの走査線に沿った略直線的で連続する幅の狭いクラックの形成が可能となる。このような略直線的な連続するクラックを形成することで、ダイシング時に、基板に形成されるＬＥＤ等のデバイスに及ぼされるクラックの影響を最小化できる。また、例えば、直線的なクラックの形成が可能となるため、基板表面にクラックが形成される領域の幅を狭くできる。このため、設計上のダイシング幅を狭めることが可能である。したがって、同一基板あるいはウェハ上に形成されるデバイスのチップ数を増大させることが可能となり、デバイスの製造コスト削減にも寄与する。
【００９８】
［実施例］
以下、本実施の形態のレーザ加工部分についての実施例を説明する。
【００９９】
（実施例１）
実施の形態に記載した方法により、下記条件でレーザダイシングを行った。
被加工基板：サファイア基板、基板厚１００μｍ
レーザ光源：Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ
波長：５３２ｎｍ
照射エネルギー：５０ｍＷ
レーザ周波数：２０ＫＨｚ
照射光パルス数（Ｐ１）：１
非照射光パルス数（Ｐ２）：２
ステージ速度：２５ｍｍ／ｓｅｃ
加工点深さ：被加工基板表面から２５．２μｍ
【０１００】
図１３は、実施例１の照射パターンを示す図である。図に示すように、光パルスを１回照射した後、光パルス単位で２パルス分を非照射とする。この条件を以後、照射／非照射＝１／２という形式で記述する。なお、ここでは照射・非照射のピッチはスポット径と等しくなっている。
【０１０１】
実施例１の場合、スポット径は約１．２μｍであった。したがって、照射の間隔は約３．６μｍとなっていた。
【０１０２】
レーザダイシングの結果を、図１４（ａ）に示す。上側が基板上面の光学写真、下側が上側より低倍率の基板上面の光学写真である。上側の光学写真は、基板内部の改質領域に焦点を合わせて撮影している。下側の光学写真は、基板表面のクラックに焦点を合わせて撮影している。また、図１５はクラックの方向に垂直な基板の断面ＳＥＭ写真である。
【０１０３】
被加工基板は幅約５ｍｍの短冊状であり、短冊の伸長方向に垂直にパルスレーザビームを照射して、クラックを形成した。クラックを形成した後、ブレーカを用いて割断に要する割断力を評価した。
【０１０４】
（実施例２）
照射／非照射＝１／１とする以外は、実施例１と同様の方法でレーザダイシングを行った。レーザダイシングの結果を、図１４（ｂ）に示す。上側が基板上面の光学写真、下側が上側より低倍率の基板上面の光学写真である。
【０１０５】
（実施例３）
照射／非照射＝２／２とする以外は、実施例１と同様の方法でレーザダイシングを行った。レーザダイシングの結果を、図１４（ｃ）に示す。上側が基板上面の光学写真、下側が上側より低倍率の基板上面の光学写真である。
【０１０６】
（実施例４）
照射／非照射＝２／３とする以外は、実施例１と同様の方法でレーザダイシングを行った。レーザダイシングの結果を、図１４（ｅ）に示す。上側が基板上面の光学写真、下側が上側より低倍率の基板上面の光学写真である。
【０１０７】
（比較例１）
照射／非照射＝１／３とする以外は、実施例１と同様の方法でレーザダイシングを行った。レーザダイシングの結果を、図１４（ｄ）に示す。上側が基板上面の光学写真、下側が上側より低倍率の基板上面の光学写真である。
【０１０８】
実施例１〜４では、パルスレーザビームの照射エネルギー、加工点深さ、および、照射非照射の間隔を上記のように設定することで、図１４および図１５で示されるように、被加工基板表面において連続するクラックを形成できた。
【０１０９】
特に、実施例１の条件では、極めて直線的なクラックが被加工基板表面に形成されていた。そして、実施例１の条件が最も小さい割断力で基板を割断することが可能であった。したがって、被加工基板がサファイア基板である場合には、各条件の制御性も考慮すると、照射エネルギーを５０±５ｍＷとし、加工点深さを２５．０±２．５μｍとし、パルスレーザビームの通過を１光パルス単位、遮断を２光パルス単位とすることにより照射の間隔を３．６±０．４μｍとすることが望ましい。
【０１１０】
一方、実施例３のように、改質領域が接近し、改質領域間の基板内部にクラックが形成されると表面のクラックが蛇行し、クラックが発生する領域の幅が広がる傾向がみられた。これは、狭い領域に集中するレーザ光のパワーが大きすぎるためと考えられる。
【０１１１】
比較例１では、条件が最適化されておらず、基板表面において連続するクラックは形成されなかった。したがって、割断力の評価も不可能であった。
【０１１２】
（実施例５）
実施の形態に記載した方法により、下記条件でレーザダイシングを行った。
被加工基板：サファイア基板、基板厚１００μｍ
レーザ光源：Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ
波長：５３２ｎｍ
照射エネルギー：９０ｍＷ
レーザ周波数：２０ＫＨｚ
照射光パルス数（Ｐ１）：１
非照射光パルス数（Ｐ２）：１
ステージ速度：２５ｍｍ／ｓｅｃ
【０１１３】
レーザダイシングの結果を、図１６（ａ）に示す。上側が基板上面の光学写真、下側が上側より低倍率の基板上面の光学写真である。上側の光学写真は、基板内部の改質領域に焦点を合わせて撮影している。下側の光学写真は、基板表面のクラックに焦点を合わせて撮影している。
【０１１４】
（実施例６）
照射／非照射＝１／２とする以外は、実施例５と同様の方法でレーザダイシングを行った。レーザダイシングの結果を、図１６（ｂ）に示す。上側が基板上面の光学写真、下側が上側より低倍率の基板上面の光学写真である。
【０１１５】
（実施例７）
照射／非照射＝２／２とする以外は、実施例５と同様の方法でレーザダイシングを行った。レーザダイシングの結果を、図１６（ｃ）に示す。上側が基板上面の光学写真、下側が上側より低倍率の基板上面の光学写真である。
【０１１６】
（実施例８）
照射／非照射＝１／３とする以外は、実施例５と同様の方法でレーザダイシングを行った。レーザダイシングの結果を、図１６（ｄ）に示す。上側が基板上面の光学写真、下側が上側より低倍率の基板上面の光学写真である。
【０１１７】
（実施例９）
照射／非照射＝２／３とする以外は、実施例５と同様の方法でレーザダイシングを行った。レーザダイシングの結果を、図１６（ｅ）に示す。上側が基板上面の光学写真、下側が上側より低倍率の基板上面の光学写真である。
【０１１８】
（実施例１０）
照射／非照射＝２／３とする以外は、実施例５と同様の方法でレーザダイシングを行った。レーザダイシングの結果を、図１６（ｆ）に示す。上側が基板上面の光学写真、下側が上側より低倍率の基板上面の光学写真である。
【０１１９】
実施例５〜１０では、パルスレーザビームの照射エネルギー、加工点深さ、および、照射非照射の間隔を上記のように設定することで、図１６で示されるように、被加工基板表面において連続するクラックを形成できた。
【０１２０】
特に、実施例８の条件では、比較的直線的なクラックが被加工基板表面に形成されていた。また、実施例８の条件は割断力も小さかった。もっとも、実施例１〜４の照射エネルギーが５０ｍＷの場合に比べ、表面のクラックが蛇行し、クラックが発生する領域の幅が広がる傾向がみられた。これは、９０ｍＷの場合は、５０ｍＷに比べて狭い領域に集中するレーザ光のパワーが大きすぎるためと考えられる。
【０１２１】
（実施例１１）
実施の形態に記載した方法により、下記条件でレーザダイシングを行った。
被加工基板：サファイア基板
レーザ光源：Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ、基板厚１００μｍ
波長：５３２ｎｍ
照射エネルギー：５０ｍＷ
レーザ周波数：２０ＫＨｚ
照射光パルス数（Ｐ１）：１
非照射光パルス数（Ｐ２）：２
ステージ速度：２５ｍｍ／ｓｅｃ
加工点深さ：被加工基板表面から約１５．２μｍ
【０１２２】
実施例１より加工点深さが１０μｍ浅い条件、すなわち、実施例１よりもパルスレーザビームの集光位置がより被加工基板表面に近い条件でダイシング加工を行った。
【０１２３】
レーザダイシングの結果を、図１７（ａ）に示す。基板内部の改質領域に焦点を合わせて撮影している。写真において、右側の線（＋１０μｍ）が実施例１１の条件である。比較のために、加工点深さのみ異なる実施例１の条件（０）が左側に示されている。
【０１２４】
（実施例１２）
照射／非照射＝１／１とする以外は、実施例１１と同様の方法でレーザダイシングを行った。レーザダイシングの結果を、図１７（ｂ）に示す。
【０１２５】
（実施例１３）
照射／非照射＝２／２とする以外は、実施例１１と同様の方法でレーザダイシングを行った。レーザダイシングの結果を、図１７（ｃ）に示す。
【０１２６】
（実施例１４）
照射／非照射＝１／３とする以外は、実施例１１と同様の方法でレーザダイシングを行った。レーザダイシングの結果を、図１７（ｄ）に示す。
【０１２７】
（実施例１５）
照射／非照射＝２／３とする以外は、実施例１１と同様の方法でレーザダイシングを行った。レーザダイシングの結果を、図１７（ｅ）に示す。
【０１２８】
実施例１１〜１５では、パルスレーザビームの照射エネルギー、加工点深さ、および、照射非照射の間隔を上記のように設定することで、図１７で示されるように、被加工基板表面において連続するクラックを形成できた。
【０１２９】
もっとも、実施例１〜４の場合に比べ、表面に改質領域の大きな亀裂が露出した。そして、表面のクラックが蛇行し、クラックが発生する領域の幅が広がる傾向がみられた。
【０１３０】
上記実施例により、パルスレーザビームの照射エネルギー、パルスレーザビームの加工点深さ、および、パルスレーザビームの照射非照射の間隔を制御することにより、クラックが被加工基板表面において連続するよう形成することが可能となり、割断性に優れるレーザダイシング方法が提供できることが明らかになった。
【０１３１】
（実施例１６）
実施の形態に記載した方法により、下記条件でレーザダイシングを行った。
被加工基板：サファイア基板、基板厚１００μｍ
レーザ光源：Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ
波長：５３２ｎｍ
照射エネルギー：９０ｍＷ
レーザ周波数：２０ＫＨｚ
照射光パルス数（Ｐ１）：１
非照射光パルス数（Ｐ２）：１
ステージ速度：２５ｍｍ／ｓｅｃ
【０１３２】
実施例５より加工点深さが１０μｍ浅い条件、すなわち、実施例５よりもパルスレーザビームの集光位置がより被加工基板表面に近い条件でダイシング加工を行った。
【０１３３】
レーザダイシングの結果を、図１８（ａ）に示す。基板内部の改質領域に焦点を合わせて撮影している。写真において、右側の線（＋１０μｍ）が実施例１６の条件である。比較のために、加工点深さのみ異なる実施例５の条件（０）が左側に示されている。
【０１３４】
（実施例１７）
照射／非照射＝１／２とする以外は、実施例１６と同様の方法でレーザダイシングを行った。レーザダイシングの結果を、図１８（ｂ）に示す。
【０１３５】
（実施例１８）
照射／非照射＝２／２とする以外は、実施例１６と同様の方法でレーザダイシングを行った。レーザダイシングの結果を、図１８（ｃ）に示す。
【０１３６】
（実施例１９）
照射／非照射＝１／３とする以外は、実施例１６と同様の方法でレーザダイシングを行った。レーザダイシングの結果を、図１８（ｄ）に示す。
【０１３７】
（実施例２０）
照射／非照射＝２／３とする以外は、実施例１６と同様の方法でレーザダイシングを行った。レーザダイシングの結果を、図１８（ｅ）に示す。
【０１３８】
（実施例２１）
照射／非照射＝１／４とする以外は、実施例１６と同様の方法でレーザダイシングを行った。レーザダイシングの結果を、図１８（ｆ）に示す。
【０１３９】
実施例１６〜２１では、パルスレーザビームの照射エネルギー、加工点深さ、および、照射非照射の間隔を上記のように設定することで、図１８で示されるように、被加工基板表面において連続するクラックを形成できた。
【０１４０】
もっとも、実施例５〜１０の場合に比べ、表面に改質領域の大きな亀裂が露出した。そして、表面のクラックが蛇行し、クラックが発生する領域の幅が広がる傾向がみられた。したがって、割断後の割断部も蛇行が見られた。
【０１４１】
以上、以上実施例１〜２１、比較例１の評価から、被加工基板の厚さが１００μｍの場合には、クラックの直線性に優れるため割断部の直線性も優れ、割断力も小さい実施例１の条件が最適であることが明らかになった。
【０１４２】
（実施例２２）
実施の形態に記載した方法により、下記条件でレーザダイシングを行った。
被加工基板：サファイア基板、基板厚１５０μｍ
レーザ光源：Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ
波長：５３２ｎｍ
照射エネルギー：２００ｍＷ
レーザ周波数：２００ＫＨｚ
照射光パルス数（Ｐ１）：１
非照射光パルス数（Ｐ２）：２
ステージ速度：５ｍｍ／ｓｅｃ
加工点深さ：被加工基板表面から約２３．４μｍ
【０１４３】
実施例１〜２１が被加工基板厚が１００μｍのサファイア基板であったのに対し、本実施例は被加工基板厚が１５０μｍのサファイア基板である。レーザダイシングの結果を、図１９（ａ）に示す。上側が基板の割断面の光学写真、下側が基板断面における照射パターンの模式図である。ＯＮ（色付き）が照射、ＯＦＦ（白色）が非照射領域である。
【０１４４】
被加工基板は幅約５ｍｍの短冊状であり、短冊の伸長方向に垂直にパルスレーザビームを照射して、クラックを形成した。クラックを形成した後、ブレーカを用いて割断に要する割断力を評価した。
【０１４５】
（実施例２３）
照射／非照射＝２／４とする以外は、実施例２２と同様の方法でレーザダイシングを行った。レーザダイシングの結果を、図１９（ｂ）に示す。
【０１４６】
（実施例２４）
照射／非照射＝３／５とする以外は、実施例２２と同様の方法でレーザダイシングを行った。レーザダイシングの結果を、図１９（ｃ）に示す。
【０１４７】
クラックの直線性は実施例２２〜２３とも同程度であり、割断後の割断部の直線性も同程度であった。また、実施例２２の割断に要する割断力は２．３９Ｎ〜２．５１Ｎ、実施例２３は２．１３Ｎ〜２．８０Ｎ、実施例２４は１．０９Ｎ〜１．５１Ｎであった。この結果、割断に要する割断力は照射／非照射＝３／５とした実施例２４の条件が最も少ないことが分かった。したがって、被加工基板の厚さが１５０μｍの場合には、実施例２４の条件が最適であることが明らかになった。
【０１４８】
以上、実施例より、被加工基板の厚さが変わった場合でも、パルスレーザビームの照射エネルギー、パルスレーザビームの加工点深さ等に加え、パルスレーザビームの照射と非照射を、パルスレーザビームが同期すると同じ加工制御用のクロック信号に同期して制御して、光パルス単位で切り替えることにより、最適な割断特性を実現できることが明らかになった。
【０１４９】
なお、実施例では被加工基板が１００μｍと１５０μｍの場合について例示したが、さらに厚い２００μｍ、２５０μｍの被加工基板でも最適な割断特性を実現できる。
【０１５０】
（第２の実施の形態）
【０１５１】
本実施の形態のダイシング方法は、複数の素子が形成され、一方の面に金属膜を有する被加工基板のダイシング方法であって、被加工基板を第１のステージに載置し、金属膜を、ダイヤモンドバイトを用いた金属加工により除去し、被加工基板を第２のステージに載置し、クロック信号を発生し、クロック信号に同期したパルスレーザビームを出射し、被加工物表面に、パルスピッカーとレーザビームスキャナを用いて、クロック信号に同期してパルスレーザビームを通過と遮断を切り替えながら１次元方向に走査し、１次元方向にパルスレーザビームを走査した後に、１次元方向に直交する方向に第２のステージを移動して、更にクロック信号に同期してパルスレーザビームを１次元方向に走査し、被加工基板に基板表面に達するクラックを形成するダイシング方法であって、レーザビームスキャナからの走査位置信号に基づき、パルスピッカーにおけるパルスレーザビームの通過と遮断を制御することで、走査毎の加工原点位置を補正することを特徴とする。
【０１５２】
本実施の形態のダイシング方法は、レーザビームスキャナを有する、パルスレーザ加工装置を用いる加工方法であること以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。
【０１５３】
本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、レーザ発振器のパルス、レーザビームスキャナの走査、およびパルスレーザビームの通過と遮断を、同一のクロック信号に直接または間接的に同期させる。このように、レーザ系とビーム走査系の同期を維持することで、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度を向上させる。
【０１５４】
そして、さらに、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、パルスレーザビームの通過と遮断を制御することを可能にする。これにより、レーザ発振器のパルス、レーザビームスキャナの走査、およびパルスレーザビームの通過と遮断の同期維持が容易になる。また、制御回路の構成が簡略化できる。本実施の形態のパルスレーザ加工装置は、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度を一層向上させるとともに、被加工物表面の安定した微細加工とその高速化を容易に実現する。
【０１５５】
図２０は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置の構成図である。パルスレーザ加工装置１０は、その主要な構成として、レーザ発振器１２、パルスピッカー１４、ビーム整形器１６、レーザビームスキャナ１８、ＸＹステージ部２０、パルスピッカー制御部２４および加工制御部２６を備えている。加工制御部２６には所望のクロック信号Ｓ１を発生する基準クロック発振回路２８が備えられている。
【０１５６】
レーザ発振器１２は、基準クロック発振回路２６で発生するクロック信号Ｓ１に同期したパルスレーザビームＰＬ１を出射するよう構成されている。このレーザ発振器１２は、超短パルスであるｐｓ（ピコ秒）レーザビームあるいはｆｓ（フェムト秒）レーザビームを発振するものが望ましい。
【０１５７】
ここでレーザ発振器１２から射出されるレーザ波長は被加工物の光吸収率、光反射率等を考慮して選択される。例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、難削材であるＳＫＤ１１等を含む金属材料あるいはダイヤモンドライク・カーボン（ＤＬＣ）からなる被加工物の場合、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２高調波（波長：５３２ｎｍ）を用いることが望ましい。
【０１５８】
パルスピッカー１４は、レーザ発振器１２とレーザビームスキャナ１８との間の光路に設けられる。そして、クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームＰＬ１の通過と遮断（オン／オフ）を切り替えることで被加工物（ワークＷ）の加工と非加工を切り替えるよう構成されている。このように、パルスピッカー１４の動作によりパルスレーザビームＰＬ１は、被加工物の加工のためにオン／オフが制御され変調された変調パルスレーザビームＰＬ２となる。
【０１５９】
パルスピッカー１４は、例えば音響光学素子（ＡＯＭ）で構成されていることが望ましい。また、例えばラマン回折型の電気光学素子（ＥＯＭ）を用いても構わない。
【０１６０】
ビーム整形器１６は、入射したパルスレーザビームＰＬ２を所望の形状に整形されたパルスレーザビームＰＬ３とする。例えば、ビーム径を一定の倍率で拡大するビームエキスパンダである。また、例えば、ビーム断面の光強度分布を均一にするホモジナイザのような光学素子が備えられていてもよい。また、例えばビーム断面を円形にする素子や、ビームを円偏光にする光学素子が備えられていても構わない。
【０１６１】
レーザビームスキャナ１８は、クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームＰＬ４を、１次元方向のみに走査するよう構成されている。このように、クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームＰＬ４を走査することにより、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度が向上する。
【０１６２】
また、１次元方向のみの走査とすることによっても、パルスレーザビームの照射スポットの位置決め精度の向上を図ることができる。なぜなら、２次元方向の走査を行うレーザビームスキャナは、構造上１次元方向のみ走査するレーザビームスキャナに対してビームの位置精度が劣化するためである。
【０１６３】
レーザビームスキャナ１８としては、例えば１軸スキャンミラーを備えたガルバノメータ・スキャナが挙げられる。図２１は、ガルバノメータ・スキャナを用いたレーザビームスキャナの説明図である。
【０１６４】
ガルバノメータ・スキャナは、１軸スキャンミラー２９、ガルバノメータ３１、レーザビームスキャナ制御部３２を有している。ここで、ガルバノメータ３１は、例えば走査角センサ３６からのフィードバックによるサーボ制御のようなスキャンミラー回転の駆動機構を備えている。
【０１６５】
加工制御部２６からは、クロック信号Ｓ１に同期した走査指令信号Ｓ２が送られる。そして、ガルバノメータ３１は、走査指令信号Ｓ２に基づくレーザビームスキャナ制御部３２からの駆動信号Ｓ３により駆動制御されるよう構成されている。ガルバノメータ・スキャナは、１軸スキャンミラー２９により全反射するパルスレーザビームＰＬ３を、図２の矢印に示すようにスキャンミラーの回転運動（首振り）に従い走査する。
【０１６６】
レーザビームスキャナ１８には、走査角センサ３６が備えられている。ガルバノメータ・スキャナの場合には、その１軸スキャンミラー２８の回転位置をロータリエンコーダ等によって検出する構造になっている。そして、走査角センサ３６は検出した走査角検出信号Ｓ４をレーザビームスキャナ制御部３２に送り、ガルバノメータ３１の駆動制御用として使用する。また、レーザビームスキャナ制御部３２は、走査角検出信号Ｓ４に基づき走査位置信号である走査角信号Ｓ５を加工制御部２６に送信する。
【０１６７】
そして、上記１軸スキャンミラー２９で反射したパルスレーザビームＰＬ３は、ｆθレンズ３４を通り、１次元方向に、例えば一定の速度Ｖで並行して走査される像高Ｈ＝ｆθのパルスレーザビームＰＬ４となる。そして、このパルスレーザビームＰＬ４が、ＸＹステージ部２０上に保持される被加工物Ｗの表面を微細加工する照射パルス光として、被加工物Ｗ上に投射される。
【０１６８】
レーザビームスキャナ１８には、ガルバノメータ・スキャナの他に、例えば、ポリゴン・スキャナ、ピエゾ・スキャナ、またはレゾナント・スキャナ等を適用することも可能である。
【０１６９】
上記いずれのレーザビームスキャナであっても、加工を行う範囲で一定の走査速度Ｖが確保できるように制御するよう構成されることが、加工精度を上げる観点から重要である。図２２は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置のレーザビームスキャナの走査を説明する図である。図２２に示すように、スキャンミラーの走査角範囲の走査開始位置から走査終了位置に対応する位置範囲には、加速期間、安定域、減速期間がある。加工精度をあげるためには、実際の加工範囲が含まれる安定域内で走査速度Ｖが一定となるよう制御するよう装置が構成されることが重要である。
【０１７０】
ＸＹステージ部２０は、被加工物Ｗを載置可能で、パルスレーザビームが走査される１次元方向に直交する方向を含むＸＹ方向に自在に移動できるＸＹステージ、その駆動機構部、ＸＹステージの位置を計測する例えばレーザ干渉計を有した位置センサ等を備えている。ここで、ＸＹステージは、２次元の広範囲、例えば１ｍ程度のＸ方向およびＹ方向の距離範囲で、連続移動あるいはステップ移動できるようになっている。そして、その位置決め精度および移動誤差がサブミクロンの範囲の高精度になるよう構成されている。
【０１７１】
加工制御部２６は、半導体集積回路からなるマイクロコンピュータ（ＭＣＵ）、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、半導体メモリ、回路基板等のハードウェアまたはこれらのハードウェアとソウトウェアとの組み合わせにより構成されている。パルスレーザ加工装置による加工を統合して制御する。
【０１７２】
図２３は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工制御部の説明図である。加工制御部２６は、レーザ系・ビーム走査系制御部３６、加工データ設定部３８および加工パターン生成部４０を備えている。
【０１７３】
レーザ系・ビーム走査系制御部３６は、レーザ発振器１２やパルスピッカー１４等のレーザ系およびレーザビームスキャナ１８等のビーム走査系を制御する。レーザ系・ビーム走査系制御部３６には、レーザ系やビーム走査系の条件を設定するレーザ・ビーム条件設定部６８、レーザ系やビーム走査系の同期を維持するためのクロック信号Ｓ１を発生する基準クロック発振回路２６を備えている。また、レーザ系やビーム走査系の同期を維持するために、位相同期処理回路４２、レーザビームスキャナ制御回路３２、同期位置設定部４４、同期検出回路４６等を備えている。
【０１７４】
加工パターン生成部４０では、例えば、外部から加工データ設定部４０に入力される加工データを、実際の加工に即したパラメータのデータに変換する。加工データ設定部４０に入力される加工データは、例えば、３次元形状の指定、寸法、形状の数、配置、ワークの材料名、ワークの寸法等で構成されている。
【０１７５】
図２４は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工パターン生成部の説明図である。加工パターン生成部４０には、加工データ設定部３８に入力される加工データを解析する加工データ解析部４８が備えられる。また、加工データ解析部４８での解析を基に、加工テーブルおよびステージ移動テーブルを生成するテーブル生成部４９を備えている。加工テーブルは、加工パターンについて、待機長、加工長や非加工長をパルスレーザビームの光パルス数に基づき記載する。すなわち、テーブル生成部４９は、加工データの加工長および非加工長と、パルスレーザビームのスポット径と、を基準に加工テーブルを生成する。ステージ移動テーブルは、加工パターンについて、ＸＹステージ部の移動距離等を記載する。
【０１７６】
また、加工パターン生成部４０は、加工テーブルを備えるパルスピッカー加工テーブル部５０を備えている。また、ステージ移動テーブルを備えるステージ移動テーブル部５２を備えている。なお、加工テーブルやステージ移動テーブルについては、上記のように加工パターン生成部４０の内部で生成される装置構成であっても、加工パターン生成部４０やパルスレーザ加工装置１０の外部で生成される装置構成であっても構わない。
【０１７７】
そして、加工パターン生成部４０には、パルスピッカー加工テーブル部５０から出力される加工原点に関する情報が入力される加工原点（ＳＹＮＣ）レジスタ５４（以下、単に加工原点レジスタとも記載）を備える。また、パルスピッカー加工テーブル部５０から出力される待機長、加工長や非加工長に関する情報が入力される待機長レジスタ５６、加工長レジスタ５８、および非加工長レジスタ６０が備えられている。
【０１７８】
加工パターン信号生成部６２には、加工原点レジスタ５４、待機長レジスタ５６、加工長レジスタ５８、および非加工長レジスタ６０の値が入力され、パルスピッカー制御部２４へと送られる。移動信号生成部６４は、ステージ移動テーブル部５２からのデータに基づき、ステージ移動信号Ｓ１５を生成し、ステージ制御部６６へと出力するよう構成されている。
【０１７９】
加工パターン生成部４０で生成されたデータは、レーザ系・ビーム走査系制御部３６へも出力され、レーザ系とビーム走査系の同期維持に用いられる。
【０１８０】
図２５は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置の加工パターン信号生成部の説明図である。加工パターン信号生成部６２は、加工原点カウンタ７０、待機長カウンタ７２、加工長カウンタ７４、および非加工長カウンタ７６を備えている。これらのカウンタは、タイミング形成回路８８から出力されるカウンタ制御信号Ｓ８により、カウントを開始するよう構成されている。
【０１８１】
また、レジスタとカウンタとの値を比較する機能を有する加工原点比較器８０、待機長比較器８２、加工長比較器８４、および非加工長比較器８６を備えている。これらの比較器は、レジスタとカウンタとの値が一致した場合は、一致信号ａ〜ｄをタイミング形成回路８８へ出力するよう構成されている。
【０１８２】
そして、タイミング形成回路８８は、入力される同期検出信号Ｓ９、一致信号ａ〜ｄ、走査終了コードに基づき、加工パターン出力回路９０へ出力制御信号Ｓ１０を出力するよう構成されている。
【０１８３】
加工パターン出力回路９０は、加工長比較器８４からの出力と、タイミング形成回路８８からの出力制御信号Ｓ１０により加工パターン信号Ｓ７を発生するよう構成されている。
【０１８４】
上記加工制御部２６は、基準クロック発振回路において、パルスレーザビームの繰り返し周波数入力データに基づきレーザ発振器１２に与える発振器クロック（クロック信号）Ｓ１を生成する。そして、レーザ発振器１２は、その発振器クロックＳ１によりパルスレーザビームを生成する。すなわち、クロック信号に同期したパルスレーザビームが出射される。
【０１８５】
加工開始指示が行われると、内蔵するシャッターを開にすることでパルスレーザビームＰＬ１を出射する。このようにして、パルスレーザビームＰＬ１が出射される際にはファーストパルスは存在せず、安定出力エネルギーが維持される。
【０１８６】
また、加工制御部２６は、上述した２次元加工データから加工パターン信号Ｓ７を生成する。そして、パルスピッカー制御部２４は、この加工パターン信号Ｓ７に従い、クロック信号Ｓ１によりパルスレーザビームＰＬ１との同期を確保したパルスピッカー駆動信号Ｓ６を、パルスピッカー１４に供給する。このようして、クロック信号Ｓ１に同期して、パルスピッカー１４が、パルスレーザビームの通過と遮断を切り替える。
【０１８７】
また、加工制御部２６は、レーザビームスキャナ１８の走査開始時にクロック信号Ｓ１との同期を確保した走査指令信号Ｓ２を生成する。そして、レーザビームスキャナ１８のレーザビームスキャナ制御部３２が上記走査指令信号Ｓ２を受けてレーザビームスキャナ１８の駆動制御を行う。このようにして、クロック信号に同期して、レーザビームスキャナ１８がパルスレーザビームを１次元方向のみに走査する。
【０１８８】
更に、加工制御部２６は、レーザビームスキャナ１８からの走査位置信号である走査角信号Ｓ５に基づいてＸ−Ｙステージ部２０の移動タイミングを判定し、上記２次元加工データと上記移動タイミングによりステージ移動信号Ｓ１５を生成する。この場合の走査角信号Ｓ５は、図２２で説明した加工が終了する加工終端位置あるいはスキャナ走査が終了する走査終了位置を走査角センサ３６で検出した走査角検出信号Ｓ４からのものである。そして、Ｘ−Ｙステージ部２０は上記ステージ移動信号Ｓ１５に指示されて動作する。
【０１８９】
このように、Ｘ−Ｙステージは、レーザビームスキャナの走査位置信号に基づいて、例えば、レーザビームスキャナの走査方向とは直交する方向の移動制御がされる。これによって、次の走査への時間が短縮され、レーザビーム加工の更なる高速性が実現される。
【０１９０】
そして、本実施の形態において、レーザビームスキャナからの走査位置信号に基づき、走査毎の加工原点位置を補正する補正機構を有することが望ましい。この補正機構を有することにより、各走査毎のレーザビームスキャナの加速期間（図２２参照）における走査速度ばらつきが補償され、さらに高精度な加工が可能となるからである。
【０１９１】
なお、図２０において、加工制御部２６がビーム整形器１４も制御する構成になっていてもよい。この場合は、特に、ビーム整形器１４においてビーム径を自動制御したりビーム断面の光強度分布を自動調整したりする場合に有効になる。
【０１９２】
次に、パルスレーザ加工装置１０の主要な動作について説明する。ワークＷのレーザ加工動作においては、レーザ発振器１２はその内蔵する制御部によりレーザ発振のほとんどが制御され自律して動作している。もっとも、上述した基準クロック発振回路２６によりパルス発振のタイミング等の制御がなされる。これについて図２６を参照して説明する。
【０１９３】
レーザビームスキャナの例として図２１に示したガルバノメータ・スキャナの１軸スキャンミラー２９は、走査起動信号により図２２で説明したような走査開始位置（走査原点）で走査起動する。この時、レーザビームスキャナ１８は、図２６（ａ）に示すようにクロック信号Ｓ１の例えば立ち上がり（立ち下りでもよい）に同期した走査指令信号Ｓ２により指示を受け、そのレーザビームスキャナ制御部３２がガルバノメータ３１の駆動制御を行う。ここで、走査指令信号３３は、ＸＹ２−１００プロトコルに対応することで、例えば１００ｋＨｚ（Ｔｓ＝１０μｓｅｃ）での絶対走査角指令に従う。
【０１９４】
なお、図２６（ａ）は、パルスレーザの発振周波数を５００ｋＨｚ（Ｔｐ＝２μｓｅｃ）、パルスレーザビームのビーム径を１６μｍ、走査速度Ｖを４０００ｍｍ／ｓｅｃとした場合の、走査起動時のクロック信号Ｓ１の立ち上がりに同期した走査指令信号Ｓ２の例を示している。このような動作が、パルスレーザビームの走査毎に行われる。
【０１９５】
ここで、図２２の加速期間では、スキャナ速度が早期に安定した走査速度Ｖになるように、走査指令信号Ｓ２によりレーザビームスキャナ制御部３２はガルバノメータ３１の駆動制御を行う。この時、最適条件での１軸スキャンミラー２９の走査角繰り返し再現性は、安定領域では１０μｒａｄ／ｐ−ｐ程度が経験的に得られることが確認されている。この値は、焦点距離が１００ｍｍのｆθレンズとした場合、１μｍ／ｐ−ｐの走査位置再現性になる。
【０１９６】
しかし、上記加速期間の繰り返し安定性は、長期走査において１０倍程度まで悪化するため、加工開始位置において走査ごとに変動が生じる。そこで、補正機構によって、レーザビームスキャナからの走査位置信号（走査角信号Ｓ５）に基づき、走査毎の加工原点位置を補正する。
【０１９７】
例えば、加速期間終了後、充分な安定域（例えば、経験的には加速期間が１ｍｓｅｃ〜１．５ｍｓｅｃで、焦点距離が１００ｍｍのｆθレンズとした場合、その走査角範囲は約２．３度〜３．４度である）に達した後、図２６（ｂ）に示すように予め設定されている同期角（θｓｙ）を検出信号として走査角センサ３６により検出する時、走査指令信号（θｏ：走査開始位置からの走査角）との差分を位相差（θｉ）とし、この位相差により走査指令信号Ｓ２に対する加工原点までの距離を補正する。
【０１９８】
上記加工原点までの距離補正値は、加工時の第１回目走査（ｉ＝１）を基準補正値として記憶し、以後のｉ＝ｎとなる第ｎ回目の走査開始位置からの走査の都度、位相差（θｎ）と位相差（θ１）の差分を第ｎ回目走査の第１回目走査に対する走査指令信号に対する加工原点までの距離補正値として、第１回目走査時と第ｎ回目走査時の加工原点位置を一致させる。
【０１９９】
図２７に示した加工パターン信号Ｓ７は、加工原点からの距離データを含め３次元ビットマップから与えられている。このため、走査毎に加工原点位置が一致すると、加工パターン信号３１の加工開始位置も一致し、パルスピッカー駆動信号Ｓ６も所望のタイミングで生成される。
【０２００】
レーザビームスキャナ１８が図２１に説明したガルバノメータ・スキャナからなる場合、スキャナクロック信号がレーザビームスキャナ制御部３２からの駆動信号としてサーボ制御モータを駆動させる。しかし、レーザビームスキャナ１８もその自律した動作によりその位相ズレが生じることがある。そこで、上記スキャン動作の繰り返し毎に発生する走査位置信号となる同期角検出信号により、発振パルス光の通過／遮断とビームのスキャン動作との同期化、すなわちタイミングを合わせることで、極めて安定したレーザ加工が可能になる。
【０２０１】
レーザビームスキャナからの走査位置信号に基づき、パルスピッカーにおけるパルスレーザビームの通過と遮断を制御することが望ましい。具体的には、例えば、補正機構が、走査位置信号（走査角信号Ｓ５）に基づき、パルスピッカーにおけるパルスレーザビームの通過と遮断を制御する。すなわち、上記スキャンミラーの回転位置の同期位置（角）検出の走査位置信号から検出した位相差に基づき、パルスピッカー１４の駆動信号のタイミングを指定する。これによって、パルスレーザビームの走査毎の加工原点位置を補正する。
【０２０２】
あるいは、例えば、補正機構が、走査位置信号から検出した位相差から得られる距離補正値を、走査開始位置からの走査角にθｏに対するレーザビームスキャナへの走査指令信号以降の走査指令信号に与えることで、パルスレーザビームの走査毎の加工原点位置を補正する。
【０２０３】
パルスピッカー動作によりパルスレーザビームはパルス周波数変調され所要の変調パルス光が生成される。これについて図２７を参照して説明する。
【０２０４】
図２７に示すように、周波数Ｔｐのクロック信号Ｓ１からのｔ１遅延のパルスレーザビームＰＬ１は、パルスピッカー駆動信号Ｓ６により遮断／通過の動作がなされる。例えば、そのパルスピッカー駆動信号Ｓ６は、加工パターン信号Ｓ７をクロック信号Ｓ１の立ち上がりによりサンプリングし、クロック信号Ｓ１の一クロックの立ち上がりからｔ２時間遅延して立ち上がり、所要数クロック後の他クロックの立ち上がりからｔ３時間遅延して立ち下がるパターン信号になる。そして、このパルスピッカー駆動信号によりパルスピッカー１４の動作がその遅延時間ｔ４およびｔ５に従って生じ、その動作の間のパルスレーザビームＰＬ１が変調パルスレーザビームＰＬ２として抽出される。ここで、上記遅延時間ｔ２、ｔ３、ｔ４およびｔ５はパルスピッカー１４に合わせて設定される。
【０２０５】
なお、パルスピッカー１４が音響光学素子（ＡＯＭ）を使用する場合、上記パルスピッカー駆動信号Ｓ６の反転パターン信号が、超音波発生制御部における発振のＯＮ／ＯＦＦを制御するドライバ信号となる。そして、この反転パターンのドライバ信号により所要の発振パルス光が抽出されることになる。
【０２０６】
また、上述したようにレーザビームスキャナ１８からの走査位置信号（走査角信号Ｓ５）、例えばそのスキャンミラーの回転位置における加工終端位置の走査位置信号が、Ｘ−Ｙステージ移動部２０の移動タイミングを指示する。レーザビームスキャナ１８の１次元走査方向をＸ軸方向とすると、上記移動タイミングにより、Ｙ軸方向の所定幅のステップ移動あるいは連続移動がなされる。あるいは、Ｘ−ＹステージのＸ軸方向の所定距離の連続移動あるいはステップ移動が行われる。このようにして、Ｘ−Ｙステージの予め決められている移動パターンの移動制御が行われる。
【０２０７】
例えば、パルスピッカー動作パターンにより生成された変調パルスレーザビームＰＬ２は、各パルス光がビーム整形器１６において所要の形状に整形される。そして、上記レーザビームスキャナ１８によるＸ軸方向の走査とＸ−Ｙステージ部２０によるワークＷ位置のＹ軸方向の移動によって、ワークＷの所要位置に照射パルス光が投射され、ワークＷ表面の高精度の微細加工がなされる。パルスピッカー動作パターンにおける各パルスピッカー動作の時間幅および各動作の時間間隔はそれぞれ異なるようになっていてもよい。
【０２０８】
次に、上記パルスレーザ加工装置１０を用いたパルスレーザ加工方法について説明する。このパルスレーザ加工方法は、ステージに被加工物（ワーク）を載置し、クロック信号を発生し、クロック信号に同期したパルスレーザビームを出射し、被加工物表面に、上記クロック信号に同期してパルスレーザビームを１次元方向に走査し、１次元方向にパルスレーザビームを走査した後に、上記１次元方向に直交する方向にステージを移動して、更に上記クロック信号に同期してパルスレーザビームを上記１次元方向に走査するパルスレーザ加工方法である。そして、パルスレーザビームを上記１次元方向に走査する際に、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、上記クロック信号に同期してパルスレーザビームの照射と非照射を切り替える。
【０２０９】
図２６は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置のタイミング制御を説明する信号波形図である。ステージに載置されるワークＷを加工する際、レーザ発振器１２は内蔵する制御部によりレーザ発振の大半が制御され自律して動作する。もっとも、図２６（ａ）に示すように基準クロック発振回路により生成される周期Ｔｐのクロック信号Ｓ１により、パルス発振のタイミングの制御が行われ、クロック信号Ｓ１に同期した周期ＴｐのパルスレーザビームＰＬ１を出射する。
【０２１０】
レーザビームスキャナ１８は、走査起動信号Ｓ１１に基づき図１８に示す走査開始位置（走査原点）で走査起動する。この時、レーザビームスキャナ１８は図２６（ａ）に示すように、クロック信号Ｓ１の立ち上がり（立下りでもよい）に同期した、加工制御部２６で生成される周期Ｔｓの走査指令信号Ｓ２により指示を受ける。そして、この走査指令信号Ｓ２に基づき、レーザビームスキャナ制御部３２がガルバノメータ３１の駆動制御を行う。
【０２１１】
このように、レーザビームスキャナ１８により、クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームを１次元方向に走査する。この時、パルスレーザビームの照射と非照射を切り替えることで、ワークＷ表面にパターンを加工する。なお、走査指令信号Ｓ２は、ＸＹ２−１００プロトコルに対応することで、例えば、１００ｋＨｚ（Ｔｓ＝１０μｓｅｃ）での、ガルバノメータ３１の走査角「０度」位置を基準とする絶対走査角指令に従う。
【０２１２】
なお、図２６（ａ）は、パルスレーザビームの発振周波数を５００ｋＨｚ（Ｔｐ＝２μｓｅｃ）、パルスレーザビームのビーム径を１６μｍ、走査速度Ｖを４０００ｍｍ／ｓｅｃとした場合の、走査起動時のクロック信号Ｓ１の立ち上がりに同期した走査指令信号Ｓ２の例を示している。
【０２１３】
１次元方向にパルスレーザビームを走査した後に、上記１次元方向に直交する方向にステージを移動して、更に上記クロック信号に同期してパルスレーザビームを上記１次元方向に走査する。このように、パルスレーザビームの１次元方向の走査と、上記１次元方向に直交する方向にステージの移動が交互に行われる。
【０２１４】
ここで、レーザビームスキャナ１８からの走査位置信号である走査角信号Ｓ５が、ＸＹステージ部の移動タイミングを指示する。レーザビームスキャナ１８の１次元走査方向をＸ軸方向とすると、上記移動タイミングにより、Ｙ軸方向の所定幅のステップ移動あるいは連続移動がなされる。その後、パルスレーザビームをＸ方向に走査する。
【０２１５】
ここで、図２２の加速期間では、走査速度が早期に安定した走査速度Ｖになるように、走査指令信号Ｓ２によるレーザビームスキャナ１８の制御を行う。最適条件での１軸スキャンミラー２９の走査角繰り返し再現性は、安定域では１０μｒａｄ／ｐ−ｐ程度が得られることが経験的に明らかである。この値は、焦点距離が１００ｍｍのｆθレンズとした場合、１μｍ／ｐ−ｐの走査位置再現性になる。
【０２１６】
もっとも、加速期間における走査速度Ｖの繰り返し安定性は、長期の走査において１０倍程度まで悪化する。このため、図２２における加工原点の位置が走査ごとに変動する恐れがある。そこで、加速期間終了後、充分に安定した領域で、パルスレーザビームＰＬ１の発振と、ビーム走査との同期をとるための同期角（θｓｙ）を設定する。充分に安定した領域に達するまでの走査角範囲は、例えば、加速期間が１ｍｓｅｃ〜１．５ｍｓｅｃで、焦点距離が１００ｍｍのｆθレンズとした場合、約２．３度〜３．４度である。
【０２１７】
そして、図２６（ｂ）に示すように、この同期角を走査角センサ３６が検出する。そして、同期角を検出する時に走査開始位置からの走査角θ０に対応する走査指令信号Ｓ２との位相差θｉを求める。そして、この位相差θｉに基づき、走査指令信号Ｓ２に対する加工原点までの距離を補正する。
【０２１８】
上記加工原点までの距離の補正値は、加工時の第１回目の走査（ｉ＝１）を基準補正値として記憶させる。そして、以後のｉ＝ｎとなる第ｎ回目の走査開始位置からの走査の都度、位相差θｎと位相差θ１の差分を第ｎ回目走査の第１回目走査に対する走査指令信号Ｓ２に対する加工原点までの距離補正値とする。求められた距離補正値は、走査開始位置からの走査角θ０に対する走査指令信号（Ｓ２：絶対走査角指令）以降の走査指令信号（Ｓ２）に与えることで、加工原点位置が補正される。このようにして、レーザビームスキャナ１８の加速期間における走査速度がばらついたとしても、第１回目走査時と第ｎ回目走査時の加工原点位置を一致させることが可能となる。
【０２１９】
以上のように、１次元方向にパルスレーザビームを走査した後に、上記１次元方向に直交する方向にステージを移動して、更に上記クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームを上記１次元方向に走査する場合において、走査ごとの加工原点位置が一致し、加工精度が向上する。
【０２２０】
上記、１次元方向にパルスレーザビームを走査する際に、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、上記クロック信号Ｓ１に同期してパルスレーザビームの照射と非照射を切り替える。パルスレーザビームの照射と非照射は、パルスピッカーを用いて行われる。
【０２２１】
図１８に示すように、
ＳＬ：同期角検出位置からワークまでの距離
ＷＬ：ワーク長
Ｗ１：ワーク端から加工原点まで距離
Ｗ２：加工範囲
Ｗ３：加工終端からワーク端までの距離
とする。
【０２２２】
ここで、
加工原点＝同期角検出位置＋ＳＬ＋Ｗ１
となり、ワークはステージ上に固定位置で設置されるため、ＳＬも固定距離となる。更に、同期角検出位置を基準とするワーク上の加工原点（以下、加工原点（ＳＹＮＣ）とも表記）は、
加工原点（ＳＹＮＣ）＝ＳＬ＋Ｗ１
となる。この加工原点（ＳＹＮＣ）は、上述のような補正を行うことで管理され、走査ごとに常に安定した位置から加工が開始される。なお、図１８に示すように、実加工は加工範囲（Ｗ２）に収まる範囲で行われる。
【０２２３】
例えば、ビームスポット径Ｄ（μｍ）、ビーム周波数Ｆ（ｋＨｚ）の加工条件で走査を行う場合、加工速度：Ｖ（ｍ／ｓｅｃ）は、スポット径の１／ｎずつ、ビームの照射位置をずらす場合、
Ｖ＝Ｄ×１０−６×Ｆ×１０３／ｎ
となる。
【０２２４】
パルスピッカーにより光パルスを制御して加工を行う場合、パルスピッカーで作成するパルスピッカー駆動信号Ｓ６は、実際に加工を行う領域を加工長により定義し、繰り返し加工ピッチを非加工長により定義することが可能である。ここで、加工長をＬ１とし、非加工長をＬ２とすると、パルスレーザビームの光パルス数に基づき、加工長レジスタ設定は、
加工パルス数＝（Ｌ１／（Ｄ／ｎ））−１
非加工長レジスタ設定は、
非加工パルス数＝（Ｌ２／（Ｄ／ｎ））＋１
とすることができる。
【０２２５】
また、加工原点（ＳＹＮＣ）から実際に加工を開始する位置を待機長として定義することで、加工形状ごとの開始位置を設定する。ここで、待機長をＬＷとすると、加工原点（ＳＹＮＣ）レジスタ設定は、
加工原点（ＳＹＮＣ）光パルス数＝（ＳＬ＋Ｗ１）／（Ｄ／ｎ）
待機長レジスタ設定は、
待機長光パルス数＝ＬＷ／（Ｄ／ｎ）
とすることができる。
【０２２６】
なお、加工長、非加工長、待機長、加工原点（ＳＹＮＣ）に対する各レジスタへの設定値は、それぞれに対応する光パルス数である。そして、この光パルス数は、使用されるビームプロファイルに基づいて予め決定される補正のための光パルス数を加味した値となる。
【０２２７】
上記のレジスタ設定値は、照射する光パルス数で管理される。また、同期角検出後の加工待機区間についても光パルス数で管理される。このようにパルスピッカーの管理を光パルス数で行うことにより、基準となるクロック信号Ｓ１とパルスピッカーとの同期を容易に維持でき、安定した繰り返し性が維持される。そして、クロック信号Ｓ１とパルスピッカー１４との同期を維持することで、高精度なレーザ加工が簡易に実現される。
【０２２８】
図２７は、本実施の形態のパルスレーザ加工装置のパルスピッカー動作のタイミング制御を説明する信号波形図である。加工データから生成され、光パルス数で管理される加工パターン信号Ｓ７は、加工パターン信号生成部４０の加工パターン出力回路６２から出力される。
【０２２９】
図２７に示すように、周期Ｔｐのクロック信号Ｓ１からｔ１遅延したパルスレーザビーム（ＰＬ１）は、パルスピッカー駆動信号Ｓ６に基づき遮断／通過が制御される。なお、レーザビームスキャナ１８の走査と、パルスレーザビームの遮断／通過との同期は、走査角指令信号（Ｓ２）生成タイミングをクロック信号（Ｓ１）に同期させることで行っている。
【０２３０】
例えば、パルスピッカー駆動信号Ｓ６は、加工パターン信号Ｓ７をクロック信号Ｓ１の立ち上がりによりサンプリングする。そして、クロック信号Ｓ１の一クロックの立ち上がりからｔ２時間遅延して立ち上がる。そして、所要のパルス数に相当するクロック数後、加工パターン信号Ｓ７がインアクティブとなった状態をクロック信号Ｓ１の立ち上がりでサンプリングし、ｔ３時間遅延して立ち下がる。
【０２３１】
そして、このパルスピッカー駆動信号Ｓ６により、パルスピッカー１４の動作が遅延時間ｔ４およびｔ５経過後に生ずる。このパルスピッカー１４の動作により、パルスレーザビーム（ＰＬ１）が、変調パルスレーザビーム（ＰＬ２）として抽出される。
【０２３２】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。実施の形態においては、ダイシング方法、ダイシング装置等で、本発明の説明に直接必要としない部分については記載を省略したが、必要とされるダイシング方法、ダイシング装置等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
【０２３３】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全てのダイシング方法は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
【０２３４】
例えば、実施の形態では、被加工基板として、ＬＥＤが形成されるサファイア基板を例に説明した。サファイア基板のように硬質で劈開性に乏しく割断の困難な基板に本発明は有用であるが、被加工基板は、その他、ＳｉＣ（炭化珪素）基板等の半導体材料基板、圧電材料基板、ガラス基板等であっても構わない。
【０２３５】
また、実施の形態においては、照射光パルス数（Ｐ１）＝２、非照射光パルス数（Ｐ２）＝１とする場合を例に説明したが、Ｐ１とＰ２の値は、最適条件とするために任意の値を取ることが可能である。また、実施の形態においては、照射光パルスがスポット径のピッチで照射と非照射を繰り返す場合を例に説明したが、パルス周波数あるいはステージ移動速度を変えることで、照射と非照射のピッチを変えて最適条件を見出すことも可能である。例えば、照射と非照射のピッチをスポット径の１／ｎやｎ倍にすることも可能である。
【０２３６】
特に、被加工基板がサファイア基板の場合には照射エネルギーを３０〜１５０ｍＷ以下とし、パルスレーザビームの通過を１〜４光パルス単位、遮断を１〜４光パルス単位とすることにより照射の間隔を１〜６μｍとすることで、被加工基板表面において連続性および直線性の良好なクラックを形成することが可能である。
【０２３７】
また、ダイシング加工のパターンについては、例えば、照射領域レジスタ、非照射領域レジスタを複数設けたり、リアルタイムで照射領域レジスタ、非照射領域レジスタ値を所望のタイミングで、所望の値に変更したりすることでさまざまなダイシング加工パターンへの対応が可能となる。
【０２３８】
また、レーザダイシング装置として、ダイシング加工データをパルスレーザビームの光パルス数で記述した加工テーブルを記憶する加工テーブル部を備える装置を例に説明した。しかし、必ずしも、このような加工テーブル部を備えなくとも、光パルス単位でパルスレーザビームのパルスピッカーにおける通過と遮断を制御する構成を有する装置であればよい。
【０２３９】
また、素子についてはＡｕ等の反射膜を有する高輝度ＬＥＤを例に説明したが、裏面に金、銀、アルミニウム等の金属膜を電極材料として有するパワートランジスタ等、その他の素子であってもかまわない。
【符号の説明】
【０２４０】
１        半導体ウェハ
２        サファイア基板
３        ＧａＮ系半導体層
４        高輝度ＬＥＤ素子
５        金属膜
６        粘着膜
７        ダイヤモンドバイト
８        レーザ光
９        ブレーカ
１０      パルスレーザ加工装置
１２      レーザ発振器
１４      パルスピッカー
１６      ビーム整形器
１８      集光レンズ
２０      ＸＹＺステージ部
２２      レーザ発振器制御部
２４      パルスピッカー制御部
２６      加工制御部
２８      基準クロック発振回路
３０      加工テーブル部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１３】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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