(57)【要約】【課題】  ウエーハの裏面に所定の分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射し、ウエーハの表面に損傷を与えることなくウエーハの裏面に分割予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成することができるウエーハのレーザー加工方法および加工装置を提供する。【解決手段】  基板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デバイスが形成されたウエーハを、分割予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成するウエーハのレーザー加工方法であって、非コヒーレント光源のレーザー光線をウエーハの裏面側から分割予定ラインに沿って照射し、ウエーハの裏面に分割予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成する。【選択図】        図１
2006253432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板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デバイスが形成されたウエーハを、分割予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成するウエーハのレーザー加工方法であって、
非コヒーレント光源のレーザー光線をウエーハの裏面側から分割予定ラインに沿って照射し、ウエーハの裏面に分割予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成する、
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】
基板はサファイヤ基板であり、レーザー光線の波長は２００nm以下に設定されている、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レーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、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は、レーザー光線の光源として非コヒーレント光源を備えている、
ことを特徴とするレーザー加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイスウエーハ等のウエーハに所定の分割予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成するウエーハのレーザー加工方法におよび加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、電気機器に広く利用されている。
【０００３】
このような光デバイスウエーハ等のウエーハの分割予定ラインに沿った切断は、通常、切削ブレードを高速回転して切削する切削装置によって行われている。しかしながら、サファイヤ等の基板はモース硬度が高く難削材であるため、加工速度を遅くする必要があり、生産性が悪いという問題がある。
【０００４】
一方、ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、被加工物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することによりレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿ってメカニカルブレーキング装置によって割断する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開平１０−３０５４２１号公報
【０００５】
また、サファイヤ基板に該基板に対して吸収性を有するパルスレーザー光線を照射してレーザー加工溝を形成する方法が提案されている。（例えば、特許文献参照。）
【特許文献２】特開２００４−９１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
而して、上述したレーザー加工溝を形成するために照射するレーザー光線は、光源がコヒーレント光源であるＹＶＯ４レーザーまたはＹＡＧレーザーが用いられている。このコヒーレント光源のレーザー光線は、吸収する物質に当たっても直進性がある。従って、ウエーハを構成する基板に対して吸収性を有するレーザー光線を照射しても、レーザー光線の全てのエネルギーが基板に吸収されることはなく、吸収されなかったレーザー光線は入射側と反対側の面に放出される。サファイヤ基板等の表面に複数の光デバイスが形成された光デバイスウエーハにレーザー加工溝を形成する場合には、基板の表面に形成された光デバイスにレーザー加工時に発生するデブリが付着することによる損傷を防止するために、ウエーハの裏面側からレーザー光線を照射している。しかるに、上述したように基板に吸収されなかったレーザー光線が基板の表面に至ると、基板の表面に形成されたデバイス層を損傷させ、光デバイスの品質を低下させるという問題がある。
【０００７】
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、ウエーハの裏面に所定の分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射し、ウエーハの表面に損傷を与えることなくウエーハの裏面に分割予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成することができるウエーハのレーザー加工方法および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】
【０００８】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、基板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デバイスが形成されたウエーハを、分割予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成するウエーハのレーザー加工方法であって、
非コヒーレント光源のレーザー光線をウエーハの裏面側から分割予定ラインに沿って照射し、ウエーハの裏面に分割予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成する、
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。
【０００９】
上記基板はサファイヤ基板であり、上記レーザー光線の波長は２００nm以下に設定されている。
【００１０】
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レーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、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は、レーザー光線の光源として非コヒーレント光源を備えている、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、非コヒーレント光源のレーザー光線をウエーハの裏面側から分割予定ラインに沿って照射するので、レーザー光線が照射される照射面であるウエーハの裏面付近でレーザー光線のエネルギーが吸収され、ウエーハの表面側にレーザー光線が到達しない。このため、基板の表面に形成されたデバイスがレーザー光線のエネルギーによって損傷されることはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明によ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の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
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で示す焦点位置調整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被加工物保持面３６１を備えており、チャックテーブル３６上に板状の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。また、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。
【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の出力軸に図示しない減速装置を介して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】
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の出力軸に図示しない減速装置を介して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。
【００１６】
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の出力軸に図示しない減速装置を介して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。
【００１７】
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。
【００１８】
図示のレーザー光線照射手段５２は、上記ユニットホルダ５１に固定され実質上水平に延出する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と伝送光学系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、図示の実施形態においては非コヒーレント光源であるエキシマ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。このエキシマレーザー光線発振器５２２ａは、伝送光学系５２３は、ビームスプリッタの如き適宜の光学要素を含んでいる。上記ケーシング５２１の先端部には、上記パルスレーザー光線発振手段５２２から発振され伝送光学系５２３を介して伝送されたレーザー光線を集光する集光器５３が装着されている。
【００１９】
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の前端部には、上記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、図示の実施形態において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図示しない制御手段に送る。
【００２０】
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５４を具備している。移動手段５４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５４２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５４２によって図示しない雄ネジロッドを正転または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で示す方向に移動せしめる。なお、図示の実施形態においては、パルスモータ５４２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５４２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。
【００２１】
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。
ここで、上記レーザー加工装置によって加工される被加工物であるウエーハとしての光デバイスウエーハについて、図３および図４を参照して説明する。図３には、光デバイスウエーハの斜視図が示されており、図４には図３に示す光デバイスウエーハの要部拡大断面図が示されている。
図３および図４に示す光デバイスウエーハ１０は、サファイヤからなる基板１１の表面に窒化ガリウム（GaN）、窒化アルミニウム・ガリウム(AlGaN)等からなる成膜が積層されたデバイス層１２によって複数のデバイス１３がマトリックス状に形成されている。そして、各デバイス１３は、格子状に形成された分割予定ライン１４によって区画されている。
このように構成された光デバイスウエーハ１０の裏面１０aにレーザー加工を施すには、図５に示すように光デバイスウエーハ１０の表面に保護テープ２０を貼着する（保護テープ貼着工程）。
【００２２】
上述した保護テープ貼着工程を実施したならば、光デバイスウエーハ１０の裏面１０bに分割予定ライン１４に沿ってレーザー加工溝を形成するレーザー光線照射工程を実施する。このレーザー光線照射工程は、先ず上述した図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上に光デバイスウエーハ１０の保護テープ２０側を載置し、該チャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０を吸着保持する。従って、光デバイスウエーハ１０は、裏面１０bを上側にして保持される。
【００２３】
上述したように光デバイスウエーハ１０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および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ１０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および図示しない制御手段は、光デバイスウエーハ１０の所定方向に形成されている分割予定ライン１４と、分割予定ライン１４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５３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、光デバイスウエーハ１０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１４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１０の分割予定ライン１１が形成されている表面１０ａ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１０ｂから透かして分割予定ライン１１を撮像することができる。
【００２４】
以上のようにしてチャックテーブル３６上に保持された光デバイスウエーハ１０に形成されている分割予定ライン１４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、図６(a)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５３が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定のストリート１４を集光器５３の直下に位置付ける。このとき、図６の（ａ）で示すように光デバイスウエーハ１０は、分割予定ライン１４の一端(図６の(a)において左端)が集光器５３の直下に位置するように位置付けられる。次に、集光器５３からレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６即ち光デバイスウエーハ１０を図６の（ａ）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。そして、図６の（ｂ）で示すように分割予定ライン１４の他端（図６(b)において右端）が集光器５３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即ち光デバイスウエーハ１０の移動を停止する。この結果、光デバイスウエーハ１０の裏面１０bには、図７に示すように所定の分割予定ライン１４に沿ってレーザー加工溝１５が形成される。
【００２５】
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。
レーザー光線の光源      ：非コヒーレント光源（エキシマレーザー）
波長                    ：１９３ｎｍ
出力                    ：１〜２５Ｗ
繰り返し周波数          ：１〜５０ｋＨｚ
集光スポット径          ：φ１０〜２００μm
加工送り速度            ：１０〜４００ｍｍ／秒
なお、上述したレーザー加工工程における加工条件ではパルスレーザー光線の集光スポットを円形にした例を示したが、パルスレーザー光線の集光スポットは楕円形にすることが望ましい。即ち、集光スポットを楕円形にすることにより、パルスレーザー光線のスポットが重合する割合を拡大することができ、連続したレーザー加工溝１５を確実に形成することができる。
【００２６】
ここで、上記レーザー光線照射工程において照射されるパルスレーザー光線の波長および光源について検討する。
図８は、サファイヤの光透過率を示すグラフで、横軸は波長、縦軸は光透過率である。図８から判るように、波長が３００nm以上では光透過率が８３％以上となり、レーザー光線が実際の加工に寄与するのが１７％以下である。そして、サファイヤがレーザー光線を吸収し始める波長は２００nm以下であることがわかる。従って、レーザー光線のエネルギーを加工に有効に寄与させるためには波長が２００nm以下のレーザー光線を用いることが望ましい。
また、本発明においては、レーザー光線の光源として非コヒーレント光源を用いている。非コヒーレント光源のレーザー光線は、吸収する物質に当たった途端に拡散・反射する。従って、レーザー光線が照射される照射面付近でエネルギーが吸収され、照射面と反対側の面までレーザー光線が到達しない。このため、上述したように光デバイスウエーハ１０の裏面１０b側から照射されたレーザー光線は、表面１０a側に到達しない。このため、基板１１の表面に形成されたデバイス層１２がレーザー光線のエネルギーによって損傷されることはない。
【００２７】
上述したレーザー光線照射工程を光デバイスウエーハ１０に所定方向に形成された全ての分割予定ライン１４に沿って実施したならば、チャックテーブル３６従って光デバイスウエーハ１０を９０度回動する。そして、光デバイスウエーハ１０に上記所定方向と直交する方向に形成された全ての分割予定ライン１４に沿って上述したレーザー光線照射工程を実施する。
【００２８】
以上のようにして光デバイスウエーハ１０に形成された全ての分割予定ライン１４に沿って上述したレーザー光線照射工程を実施したならば、光デバイスウエーハ１０は次工程である分割工程に搬送される。そして、分割工程においては、光デバイスウエーハ１０の分割予定ライン１４に沿って形成されたレーザー加工溝１５が容易に分割できる深さに形成されているので、メカニカルブレーキングによって容易に分割することができる。
【００２９】
以上、本発明を光デバイスウエーハに対して実施した例を示したが、本発明は基板の表面に複数の回路が形成された半導体ウエーハのストリートに沿ったレーザー加工に適用しても同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【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】本発明によってレーザー加工されるウエーハとしての光デバイスウエーハの斜視図。
【図４】図３に示す光デバイスウエーハの要部拡大断面図。
【図５】図３に示す光デバイスウエーハの表面に保護テープを貼着した状態を示す斜視図。
【図６】本発明によるウエーハのレーザー加工方法におけ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によってレーザー加工された光デバイスウエーハの要部拡大断面図。
【図８】サファイヤの光透過率を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３１】
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
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
４３：第２の割り出し送り手段
５：レーザー光線照射ユニット
５１：ユニットホルダ
５２：レーザー光線照射手段
５２２：パルスレーザー光線発振手段
５２３：伝送光学系
５３：集光器
６：撮像手段
１０：光デバイスウエーハ
１１：サファイヤ基板
１２：デバイス層
１３：デバイス
１４：分割予定ライン
１５：レーザー加工溝
２０：保護テープ
【図１】
2006253432.tif 000003
【図２】
2006253432.tif 000004
【図３】
2006253432.tif 000005
【図４】
2006253432.tif 000006
【図５】
2006253432.tif 000007
【図６】
2006253432.tif 000008
【図７】
2006253432.tif 000009
【図８】
2006253432.tif 000010