(57)【要約】【課題】脆性基板を加工ラインに沿って効率よくレーザー加工できるとともに加工ラインに沿って分離することができる脆性基板の加工方法を提供する。【解決手段】脆性基板を加工ラインに沿って破断する脆性基板の加工方法であって、脆性基板に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を集光器によって集光し、脆性基板の内部に集光点を位置付けて加工ラインに沿って照射せしめ、脆性基板の内部に加工ラインに沿って破断起点となる改質層を形成する改質層形成工程と、改質層形成工程が実施された脆性基板に外力を付与し、脆性基板を改質層が形成された加工ラインに沿って破断する破断工程とを含み、改質層形成工程において照射するパルスレーザー光線は、中波長赤外光線(波長帯３〜８μm)または長波長赤外光線(波長帯８〜１５μm)に設定されている。【選択図】図５
2015179756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性基板を加工ラインに沿って破断する脆性基板の加工方法であって、
脆性基板に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を集光器によって集光し、脆性基板の内部に集光点を位置付けて加工ラインに沿って照射せしめ、脆性基板の内部に加工ラインに沿って破断起点となる改質層を形成する改質層形成工程と、
該改質層形成工程が実施された脆性基板に外力を付与し、脆性基板を改質層が形成された加工ラインに沿って破断する破断工程と、を含み、
該改質層形成工程において照射するパルスレーザー光線は、中波長赤外光線(波長帯３〜８μm)または長波長赤外光線(波長帯８〜１５μm)に設定されている、
ことを特徴とする脆性基板の加工方法。
【請求項２】
該パルスレーザー光線を発振する発振器はCOレーザー発振器またはCO2レーザー発振器であり、パルスレーザー光線の波長帯は５．３〜１０．８μmである、請求項１記載の脆性基板の加工方法。
【請求項３】
該集光器の開口数(NA)は０．２〜０．８に設定されている、請求項１又は２記載の脆性基板の加工方法。
【請求項４】
該脆性基板は、Si基板、SiC基板、GaN基板のいずれかである、請求項１から３のいずれかに記載の脆性基板の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Si基板、SiC基板、GaN基板等の脆性基板を設定された分割予定ラインに沿って分割する脆性基板の加工方法に関する。
【０００２】
半導体デバイス製造工程においては、Si基板、SiC基板、GaN基板等の脆性基板の表面に格子状に形成された複数の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ＬＳＩ、ＬＥＤ等の複数のデバイスを形成したウエーハを構成する。そして、ウエーハを分割予定ラインに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々のデバイスを製造している。
【０００３】
上述したウエーハを分割予定ラインに沿って分割する方法として、脆性基板に対して透過性を有する波長（１０６４nm）のパルスレーザー光線を内部に集光点を合わせストリートに沿って照射し、ウエーハの内部に分割予定ラインに沿って破断の起点となる改質層を連続的に形成し、この破断起点となる改質層が形成され強度が低下せしめられた分割予定ラインに沿って外力を加えることにより、ウエーハを分割予定ラインに沿って分割する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
而して、分割予定ラインに沿って内部に集光点を位置付けて改質層を形成するには開口数(NA)が０．８以上の集光レンズを用いる必要があり、例えば厚みが３００μmのウエーハを個々のデバイスに分割するためにはパルスレーザー光線を分割予定ラインに沿って複数回重ねて照射し、複数の改質層を形成しなければならず、生産性が悪いという問題がある。
また、ウエーハを構成する脆性基板の表面には複数のデバイスが形成されているために開口数(NA)が０．８以上ある集光レンズでレーザー光線を絞って深い位置に集光点を位置付けると、レーザー光線がデバイスによって遮断されるとともにデバイスが破損することから、レーザー光線はウエーハの裏面から照射しなければならず、生産性が悪いという問題がある。
【０００６】
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、脆性基板を加工ラインに沿って効率よくレーザー加工できるとともに加工ラインに沿って分離することができる脆性基板の加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、脆性基板を加工ラインに沿って破断する脆性基板の加工方法であって、
脆性基板に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を集光器によって集光し、脆性基板の内部に集光点を位置付けて加工ラインに沿って照射せしめ、脆性基板の内部に加工ラインに沿って破断起点となる改質層を形成する改質層形成工程と、
該改質層形成工程が実施された脆性基板に外力を付与し、脆性基板を改質層が形成された加工ラインに沿って破断する破断工程と、を含み、
該改質層形成工程において照射するパルスレーザー光線は、中波長赤外光線(波長帯３〜８μm)または長波長赤外光線(波長帯８〜１５μm)に設定されている、
ことを特徴とする脆性基板の加工方法が提供される。
【０００８】
上記パルスレーザー光線を発振する発振器はCOレーザー発振器またはCO2レーザー発振器であり、パルスレーザー光線の波長帯は５．３〜１０．８μmである。
また、上記集光器の開口数(NA)は０．２〜０．８に設定されている。
また、脆性基板は、Si基板、SiC基板、GaN基板のいずれかである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による脆性基板の加工方法においては、脆性基板に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を集光器によって集光し、脆性基板の内部に集光点を位置付けて加工ラインに沿って照射せしめ、脆性基板の内部に加工ラインに沿って破断起点となる改質層を形成する改質層形成工程において照射するパルスレーザー光線は、中波長赤外光線(波長帯３〜８μm)または長波長赤外光線(波長帯８〜１５μm)に設定されているので、集光器の開口数(NA)に制約されることなく脆性基板の内部に改質層を形成することができるとともに、平均出力を調整して改質層の深さを適宜調整でき脆性基板の厚みに対応して改質層を形成することができる。また、波長が長いパルスレーザー光線を照射するので、集光器の開口数(NA)を小さくでき、脆性基板の表面に複数のデバイスが形成されたウエーハの加工ラインに沿ってパルスレーザー光線を照射してもデバイスに遮断されることがないため、ウエーハの表面からパルスレーザー光線を照射することが可能となり、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による脆性基板の加工方法によって加工される脆性基板としてのウエーハの斜視図。
【図２】本発明による脆性基板の加工方法おけるウエーハ支持工程の説明図。
【図３】本発明による脆性基板の加工方法における改質層形成工程を実施するためのレーザー加工装置の要部斜視図。
【図４】図３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ブロック構成図。
【図５】本発明による脆性基板の加工方法における改質層形成工程の説明図。
【図６】本発明による脆性基板の加工方法における破断工程を実施するためのテープ拡張装置の斜視図。
【図７】本発明による脆性基板の加工方法におけるウエーハ破断工程の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明によるウエーハの分割方法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。
【００１２】
図１には、本発明による脆性基板の加工方法によって加工される脆性基板としてのウエーハの斜視図が示されている。図１に示すウエーハ２は、厚みが例えば３００μmのSi基板またはSiC基板またはGaN基板からなっており、表面２aに格子状に形成された複数の加工ライン２１によって複数の領域が区画されるとともに該区画された領域にＬＳＩ、ＬＥＤ等のデバイス２２形成されている。このように形成されたウエーハ２は、図２に示すように環状のフレームFに装着されたダイシングテープTの表面に裏面２bを貼着する（ウエーハ支持工程）。
【００１３】
以下、上述したウエーハ２を複数の加工ライン２１に沿って個々のデバイス２２に分割する方法について説明する。
先ず、脆性基板からなるウエーハ２に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を集光器によって集光し、ウエーハ２の内部に集光点を位置付けて加工ライン２１に沿って照射せしめ、ウエーハ２の内部に加工ライン２１に沿って破断起点となる改質層を形成する改質層形成工程を実施する。この改質層形成工程は、図３に示すレーザー加工装置３を用いて実施する。図３に示すレーザー加工装置３は、被加工物を保持する保持手段としてのチャックテーブル３１と、該チャックテーブル３１上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３２と、チャックテーブル３１上に保持された被加工物を撮像する撮像手段３３を具備している。チャックテーブル３１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない加工送り手段によって図３において矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられるとともに、図示しない割り出し送り手段によって図３において矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。
【００１４】
上記レーザー光線照射手段３２は、実質上水平に延出する円筒形状のケーシング３２１を含んでいる。このレーザー光線照射手段３２について、図４を参照して説明する。
図示のレーザー光線照射手段３２は、上記ケーシング３２１内に配設されたパルスレーザー光線発振手段３２２と、該パルスレーザー光線発振手段３２２によって発振されたパルスレーザー光線LBの出力を調整する出力調整手段３２３と、該出力調整手段３２３によって出力が調整されたパルスレーザー光線を上記チャックテーブル３１の保持面に保持された被加工物Wに照射する集光器３２４を具備している。
【００１５】
上記パルスレーザー光線発振手段３２２は、パルスレーザー光線を発振するパルスレーザー光線発振器３２２aと、パルスレーザー光線発振器３２２aが発振するパルスレーザー光線の繰り返し周波数を設定する繰り返し周波数設定手段３２２bとから構成されている。なお、パルスレーザー光線発振器３２２aは、図示の実施形態においてはCOレーザー発振器またはCO2レーザー発振器からなっている。COレーザー発振器は５．３〜５．９μmの波長帯のパルスレーザー光線を発振し、CO2レーザー発振器は９．２〜１０．８μmの波長帯のパルスレーザー光線を発振する。
【００１６】
上記出力調整手段３２３は、パルスレーザー光線発振手段３２２から発振されたパルスレーザー光線の出力を所定の出力に調整する。これらパルスレーザー光線発振手段３２２のパルスレーザー光線発振器３２２a、繰り返し周波数設定手段３２２bおよび出力調整手段３２３は、図示しない制御手段によって制御される。
【００１７】
上記集光器３２４は、パルスレーザー光線発振手段３２２から発振され出力調整手段３２３によって出力が調整されたパルスレーザー光線をチャックテーブル３１の保持面に向けて方向変換する方向変換ミラー３２４aと、該方向変換ミラー３２４aによって方向変換されたパルスレーザー光線を集光してチャックテーブル３１に保持された被加工物Wに照射する集光レンズ３２４bを具備している。このように構成された集光器３２４は、図３に示すようにケーシング３２１の先端に装着される。なお、上記集光器３２４を構成する集光レンズ３２４bは、開口数(NA)が０．２〜０．８に設定されている。
【００１８】
図３に戻って説明を続けると、上記撮像手段３３はレーザー光線照射手段３２を構成するケーシング３２１の先端部に装着されている。この撮像手段３３は、顕微鏡等の光学系と撮像素子（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。
【００１９】
上述したレーザー加工装置３を用いて実施する改質層形成工程について、図３および図５を参照して説明する。
改質層形成工程を実施するには、先ず上述した図３に示すレーザー加工装置３のチャックテーブル３１上にウエーハ２の裏面２bが貼着されたダイシングテープTを載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、ダイシングテープTを介してウエーハ２をチャックテーブル３１上に吸引保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル３１に保持されたウエーハ２は、表面２aが上側となる。なお、図３においては、ダイシングテープTが装着された環状のフレームFを省いて示しているが、環状のフレームFはチャックテーブル３１に配設された適宜のフレーム保持手段に保持されている。このようにして、ウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル３１は、図示しない加工送り手段によって撮像手段３３の直下に位置付けられる。
【００２０】
チャックテーブル３１が撮像手段３３の直下に位置付けられると、撮像手段３３および図示しない制御手段によってウエーハ２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３３および図示しない制御手段は、ウエーハ２の所定方向に形成されている加工ライン２１と、該加工ライン２１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３２の集光器３２４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（アライメント工程）。また、ウエーハ２に上記所定方向と直交する方向に形成された加工ライン２１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。
【００２１】
以上のようにしてチャックテーブル３１上に保持されたウエーハ２に形成されている加工ライン２１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５の（ａ）で示すようにチャックテーブル３１をレーザー光線照射手段３２の集光器３２４が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の加工ライン２１の一端（図５の（ａ）において左端）をレーザー光線照射手段３２の集光器３２４の直下に位置付ける。そして、ウエーハ２の厚みが３００μmの場合はパルスレーザー光線の集光点Ｐをウエーハ２の表面２a（上面）から例えば２００μｍの位置に合わせる。次に、集光器３２４から５．３、５．９μmの波長帯のCOレーザーまたは９．２、１０．８μmの波長帯のCO2レーザーを照射しつつチャックテーブル３１を図５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（改質層形成工程）。そして、図５の（ｂ）で示すようにレーザー光線照射手段３２の集光器３２４の照射位置に加工ライン２１の他端（図５の（b）において右端）が達したら、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３１の移動を停止する。この結果、ウエーハ２の内部には、加工ライン２１に沿って改質層２４が形成される。このように改質層形成工程は、中波長赤外光線(波長帯３〜８μm)または長波長赤外光線(波長帯８〜１５μm)の波長が長いパルスレーザー光線を照射するので、集光器の開口数(NA)に制約されることなく脆性基板であるウエーハ２の内部に改質層２４を形成することができるとともに、平均出力を調整して改質層の深さを適宜調整でき脆性基板であるウエーハ２の厚みに対応して改質層を形成することができる。また、波長が長いパルスレーザー光線を照射するので、集光器の開口数(NA)を小さくでき、複数のデバイスが形成された加工ラインに沿ってウエーハの表面からパルスレーザー光線を照射してもデバイスに遮断されることがないため、ウエーハの表面からパルスレーザー光線を照射することが可能となり、生産性を向上させることができる。
【００２２】
上記改質層形成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。
平均出力                ：１０〜５０W
波長帯                  ：５．３〜１０．８μｍ
COレーザー：５．３、５．９μm
CO2レーザー：９．２、１０．８μm
パルス幅                ：２０μs
加工送り速度            ：１００〜１０００ｍｍ／秒
【００２３】
このようにして、ウエーハ２の所定方向に延在する全ての加工ライン２１に沿って上記改質層形成工程を実行したならば、チャックテーブル３１を９０度回動せしめて、上記所定方向に対して直交する方向に延びる各加工ライン２１に沿って上記改質層形成工程を実行する。
【００２４】
上述した改質層形成工程を実施したならば、ウエーハ２に外力を付与し、脆性基板であるウエーハ２を改質層２４が形成された加工ライン２１に沿って破断する破断工程を実施する。この破断工程は、図６に示すテープ拡張装置４を用いて実施する。図６に示すテープ拡張装置４は、上記環状のフレームFを保持するフレーム保持手段４１と、該フレーム保持手段４１に保持された環状のフレームFに装着されたダイシングテープTを拡張するテープ拡張手段４２と、ピックアップコレット４３を具備している。フレーム保持手段４１は、環状のフレーム保持部材４１１と、該フレーム保持部材４１１の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ４１２とからなっている。フレーム保持部材４１１の上面は環状のフレームFを載置する載置面４１１ａを形成しており、この載置面４１１ａ上に環状のフレームFが載置される。そして、載置面４１１ａ上に載置された環状のフレームFは、クランプ４１２によってフレーム保持部材４１１に固定される。このように構成されたフレーム保持手段４１は、テープ拡張手段４２によって上下方向に進退可能に支持されている。
【００２５】
テープ拡張手段４２は、上記環状のフレーム保持部材４１１の内側に配設される拡張ドラム４２１を具備している。この拡張ドラム４２１は、環状のフレームFの内径より小さく該環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに貼着されるウエーハ２の外径より大きい内径および外径を有している。また、拡張ドラム４２１は、下端に支持フランジ４２２を備えている。図示の実施形態におけるテープ拡張手段４２は、上記環状のフレーム保持部材４１１を上下方向に進退可能な支持手段４２３を具備している。この支持手段４２３は、上記支持フランジ４２２上に配設された複数のエアシリンダ４２３aからなっており、そのピストンロッド４２３bが上記環状のフレーム保持部材４１１の下面に連結される。このように複数のエアシリンダ４２３aからなる支持手段４２３は、図７の（ａ）に示すように環状のフレーム保持部材４１１を載置面４１１ａが拡張ドラム４２１の上端と略同一高さとなる基準位置と、図７の（b）に示すように拡張ドラム４２１の上端より所定量下方の拡張位置の間を上下方向に移動せしめる。
【００２６】
以上のように構成されたテープ拡張装置４を用いて実施するウエーハは破断工程について図７を参照して説明する。即ち、ウエーハ２が貼着されているダイシングテープTが装着された環状のフレームFを、図７の（ａ）に示すようにフレーム保持手段４１を構成するフレーム保持部材４１１の載置面４１１ａ上に載置し、クランプ４１２によってフレーム保持部材４１１に固定する（フレーム保持工程）。このとき、フレーム保持部材４１１は図７の（ａ）に示す基準位置に位置付けられている。
【００２７】
上述したフレーム保持工程を実施したならば、図７の(b)に示すようにテープ拡張手段４２を構成する支持手段４２３としての複数のエアシリンダ４２３ａを作動して、環状のフレーム保持部材４１１を拡張位置に下降せしめる。従って、フレーム保持部材４１１の載置面４１１ａ上に固定されている環状のフレームFも下降するため、図７の（b）に示すように環状のフレームFに装着されたダイシングテープTは拡張ドラム４２１の上端縁に接して拡張せしめられる（テープ拡張工程）。この結果、ダイシングテープTに貼着されているウエーハ２は放射状に引張力が作用する。このようにウエーハ２に放射状に引張力が作用すると、加工ライン２１に沿って形成された改質層２４は強度が低下せしめられているので、ウエーハ２は強度が低下せしめられている改質層２４が破断起点となってストリート２１に沿って破断され個々のデバイス２２に分割される。
【００２８】
上述したウエーハ破断工程を実施することにより、ウエーハ２を改質層２４が形成された加工ライン２１に沿って破断し個々のデバイス２２に分割したならば、図８に示すようにピックアップコレット４３を作動してデバイス２２を吸着し、ダイシングテープTから剥離してピックアップする。なお、ピックアップ工程においては、個々のデバイス２２間の隙間Sが広げられているので、隣接するデバイス２２と接触することなく容易にピックアップすることができる。
【００２９】
なお、上述した実施形態においてはウエーハ２の表面側からレーザー光線を照射する例について説明したが、本発明はウエーハの裏面側からレーザー光線を照射してもよい。
【符号の説明】
【００３０】
２：ウエーハ
２１：加工ライン
２２：デバイス
３：レーザー加工装置
３１：レーザー加工装置のチャックテーブル
３２：レーザー光線照射手段
３２２：パルスレーザー光線発振手段
３２４：集光器
３３：撮像手段
４：テープ拡張装置
４１：フレーム保持手段
４２：テープ拡張手段
４３：ピックアップコレット
Ｆ：環状のフレーム
Ｔ：ダイシングテープ
【図１】
2015179756.tif 000003
【図２】
2015179756.tif 000004
【図３】
2015179756.tif 000005
【図４】
2015179756.tif 000006
【図５】
2015179756.tif 000007
【図６】
2015179756.tif 000008
【図７】
2015179756.tif 000009
【図８】
2015179756.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成26年4月1日(2014.4.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
【図１】本発明による脆性基板の加工方法によって加工される脆性基板としてのウエーハの斜視図。
【図２】本発明による脆性基板の加工方法おけるウエーハ支持工程の説明図。
【図３】本発明による脆性基板の加工方法における改質層形成工程を実施するためのレーザー加工装置の要部斜視図。
【図４】図３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ブロック構成図。
【図５】本発明による脆性基板の加工方法における改質層形成工程の説明図。
【図６】本発明による脆性基板の加工方法における破断工程を実施するためのテープ拡張装置の斜視図。
【図７】本発明による脆性基板の加工方法におけるウエーハ破断工程の説明図。
【図８】本発明による脆性基板の加工方法におけるピックアップ工程の説明図。