(57)【要約】【課題】エネルギー効率の高い割断を実現するレーザダイシング装置を提供する。【解決手段】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。そして、パルスレーザビームの光軸の被加工基板に対する入射角をα度、被加工基板の屈折率をｎとする場合に、ａｒｃｔａｎ（ｎ）−５≦α≦ａｒｃｔａｎ（ｎ）＋５の関係を充足するレーザダイシング装置。【選択図】図２
2015123482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記パルスレーザビームを前記クロック信号に同期させるレーザ発振器制御部と、
前記レーザ発振器と前記ステージとの間の光路に設けられ、前記パルスレーザビームの前記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、
前記クロック信号に同期して、光パルス単位で前記パルスレーザビームの前記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、
前記パルスレーザビームの光軸の前記被加工基板に対する入射角をα度、前記被加工基板の屈折率をｎとする場合に、
ａｒｃｔａｎ（ｎ）−５≦α≦ａｒｃｔａｎ（ｎ）＋５
の関係を充足することを特徴とするレーザダイシング装置。
【請求項２】
前記レーザ発振器と前記被加工基板との間に、前記被加工基板に入射する前記パルスレーザビームをｐ波とする偏光素子を備えることを特徴とする請求項１記載のレーザダイシング装置。
【請求項３】
前記偏光素子がλ／４波長板または偏光子であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザダイシング装置。
【請求項４】
前記入射角を可変とする入射角制御部を備え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レーザダイシング装置。
【請求項５】
被加工基板をステージに載置し、
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レーザダイシング方法であって、
前記パルスレーザビームの光軸の前記被加工基板に対する入射角をα度、前記被加工基板の屈折率をｎとする場合に、
ａｒｃｔａｎ（ｎ）−５≦α≦ａｒｃｔａｎ（ｎ）＋５
の関係を充足させることを特徴とするレーザダイシング方法。
【請求項６】
前記被加工基板に入射する前記パルスレーザビームがｐ波であることを特徴とする請求項５記載のレーザダイシング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルスレーザビームを用いるレーザダイシング装置およびレーザダイシング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板のダイシングにパルスレーザビームを用いる方法が特許文献１に開示されている。特許文献１の方法は、パルスレーザビームによって生ずる光学的損傷により加工対象物の内部に改質領域を形成する。同時に、この改質領域を起点とするクラックを加工対象物表面に形成する。そして、このクラックを利用して加工対象物を割断する。
【０００３】
従来の技術では、パルスレーザビームのエネルギー、スポット径、パルスレーザビームと加工対象物の相対移動速度等をパラメータとしてクラックの形成を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８１３６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
もっとも、従来の方法では、加工対象物の表面で一部のパルスレーザビームが反射され、エネルギー効率の良いクラック形成ができないおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、パルスレーザビームの入射角を調整することパルスレーザビームの加工対象物表面での反射を抑制し、エネルギー効率の高い割断を実現するレーザダイシング装置およびレーザ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】
【０００７】
本発明の一態様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、前記パルスレーザビームを前記クロック信号に同期させるレーザ発振器制御部と、前記レーザ発振器と前記ステージとの間の光路に設けられ、前記パルスレーザビームの前記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、前記クロック信号に同期して、光パルス単位で前記パルスレーザビームの前記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、
前記パルスレーザビームの光軸の前記被加工基板に対する入射角をα度、前記被加工基板の屈折率をｎとする場合に、
ａｒｃｔａｎ（ｎ）−５≦α≦ａｒｃｔａｎ（ｎ）＋５
の関係を充足することを特徴とする。
【０００８】
上記態様の装置において、前記レーザ発振器と前記被加工基板との間に、前記被加工基板に入射する前記パルスレーザビームをｐ波とする偏光素子を備えることが望ましい。
【０００９】
上記態様の装置において、前記偏光素子がλ／４波長板または偏光子であることが望ましい。
【００１０】
上記態様の装置において、前記入射角を可変とする入射角制御部を備えることが望ましい。
【００１１】
本発明の一態様のレーザダイシング方法は、被加工基板をステージに載置し、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レーザダイシング方法であって、前記パルスレーザビームの光軸の前記被加工基板に対する入射角をα度、前記被加工基板の屈折率をｎ、入射側材質の屈折率を１とする場合に、
ａｒｃｔａｎ（ｎ）−５≦α≦ａｒｃｔａｎ（ｎ）＋５
の関係を充足させることを特徴とする。
【００１２】
上記態様の方法において、前記被加工基板に入射する前記パルスレーザビームがｐ波であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、パルスレーザビームの入射角を調整することパルスレーザビームの加工対象物表面での反射を抑制し、エネルギー効率の高い割断を実現するレーザダイシング装置およびレーザ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】
【００１４】
【図１】第１の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２】第１の実施の形態のレーザダイシング装置の要部の一例を示す概略図である。
【図３】第１の実施の形態のレーザダイシング装置の作用を説明する図である。
【図４】第１の実施の形態のレーザダイシング装置の作用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タイミング制御を説明する図である。
【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７】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８】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９】図８のＡＡ断面図である。
【図１０】図８のＢＢ断面図である。
【図１１】第１の実施の形態の作用の説明図である。
【図１２】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１３】第２の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１４】第３の実施の形態のレーザダイシング装置の要部の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
また、本明細書中、「ピコ秒レーザ」とはパルス幅がピコ秒オーダー、すなわち１ピコ秒以上１ナノ秒未満のレーザを意味するものとする。そして、「フェムト秒レーザ」とはパルス幅がフェムト秒オーダー、すなわち１フェムト秒以上１ピコ秒未満のレーザを意味するものとする。
【００１８】
また、本明細書中、「偏光素子」とは光の偏光方向を変換する素子であり、例えば、偏光子、波長板等を含む概念である。
【００１９】
（第１の実施の形態）
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。そして、パルスレーザビームの光軸の被加工基板に対する入射角をα度、被加工基板の屈折率をｎとする場合に、
ａｒｃｔａｎ（ｎ）−５≦α≦ａｒｃｔａｎ（ｎ）＋５
の関係を充足する。
【００２０】
図１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１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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
また、レーザは、ピークパワーの大きなピコ秒レーザやフェムト秒レーザを用いることが、割断特性を向上させる観点から望ましい。
【００２４】
パルスピッカー１４は、レーザ発振器１２と集光レンズ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。
【００２５】
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、例えば電気光学素子（ＥＯＭ）を用いても構わない。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
図２は、本実施の形態のレーザダイシング装置の要部の一例を示す概略図である。パルスレーザビームのレーザヘッド５０が、ＸＹＺステージ部２０に載置される被加工基板Ｗの法線方向に対して、パルスレーザビームの光軸が傾斜するよう設けられている。すなわち、レーザヘッド５０から被加工基板に入射される入射光の被加工基板Ｗに対する入射角αが０度より大きくなっている。レーザヘッド５０内には、例えば、図１における集光レンズ１８が組み込まれていてもかまわない。
【００３１】
本実施の形態では、パルスレーザビームの光軸の被加工基板に対する入射角をα度、被加工基板の屈折率をｎとする場合に、
ａｒｃｔａｎ（ｎ）−５≦α≦ａｒｃｔａｎ（ｎ）＋５
の関係を充足する。なお、本実施の形態では、入射側材質は空気等、屈折率が１で近似できる材質であると仮定している。
【００３２】
図３、図４は本実施の形態のレーザダイシング装置の作用を説明する図である。
【００３３】
図３に示すように、空気中から空気よりも屈折率の高い被加工基板に入射する入射光は、一部が被加工基板表面で反射される反射光となり、一部が被加工基板を通過する透過光（屈折光）となる。反射光の割合が大きくなると、入射されるエネルギーの内、割断に利用されるエネルギーの割合が減少し、被加工基板に十分なクラック形成ができないおそれがある。また、割断の際のエネルギー効率が低下する。
【００３４】
入射光の光線と被加工基板の表面の法線を含む面を入射面と称する。入射光のうち、入射面と光（電場）の振動方向が平行な偏光がｐ波であり、垂直な偏光がｓ波である。
【００３５】
入射側材質である空気等の屈折率を１、被加工基板の屈折率をｎとし、入射光の入射角をα（度）とすると、αが下記の式を充足する、すなわち、入射角がブリュースター角となる時に、入射光のｐ波成分の反射率が０％となる。
α＝ａｒｃｔａｎ（ｎ）
【００３６】
このため、入射角をα近傍に持ってくることで、入射するパルスレーザビームの偏光方向がｐ波近傍にある光の反射率が抑制され、エネルギー効率の高い割断が実現される。ｐ波成分の反射率を１０％以下程度に抑制する観点から、
ａｒｃｔａｎ（ｎ）−５≦α≦ａｒｃｔａｎ（ｎ）＋５
の関係が充足されることが望ましい。
【００３７】
図４は、ｐ波の入射角αと反射率との関係を、被加工基板がガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板である場合についてシミュレーションした結果である。ガリウムヒ素の屈折率は３．２である。図に示すように、入射角αが７３度（＝ａｒｃｔａｎ（３．２））の時に、反射率が０％となり、７３±５度の範囲では、反射率が１０％以下に抑制されている。
【００３８】
また、例えば、被加工基板が屈折率１．７のサファイア基板の場合には、入射角αが６０度（＝ａｒｃｔａｎ（１．７））の時に、反射率が０％となる。したがって、サファイア基板の場合には、入射角αを６０±５度とすることが望ましい。
【００３９】
上記構成により優れた割断特性を実現するレーザダイシング装置を提供することが可能になる。ここで、優れた割断特性とは、（１）割断部が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。
【００４０】
そして、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。
【００４１】
さらに、本実施の形態のレーザダイシング装置は、被加工基板に対して、パルスレーザビームを傾斜させて入射させる。これにより、パルスレーザビームの被加工基板表面における反射を抑制する。したがって、所望のクラックを形成でき、エネルギー効率の高い被加工基板の割断が実現できる。
【００４２】
なお、本実施の形態の効果を実現する上では、被加工基板に対して、パルスレーザビームの光軸を傾斜させて入射させる構成であれば、レーザヘッド５２の光軸を鉛直方向に対して傾ける構成であっても、逆に、ＸＹＺステージ部２０の表面を水平面から傾ける構成であってもかまわない。
【００４３】
本実施の形態のレーザダイシング方法は、被加工基板をステージに載置し、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、パルスピッカーを用い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レーザダイシング方法である。そして、パルスレーザビームの光軸の被加工基板に対する入射角をα度、被加工基板の屈折率をｎ、入射側材質の屈折率を１とする場合に、
ａｒｃｔａｎ（ｎ）−５≦α≦ａｒｃｔａｎ（ｎ）＋５
の関係を充足させる。
【００４４】
以下、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１〜図１２を用いて説明する。
【００４５】
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。
【００４６】
図５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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
図６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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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被加工基板表面に所望の形状に形成されるよう設定される。
【００５９】
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。
【００６０】
図７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。
【００６１】
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７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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
図８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９は、図８のＡＡ断面図である。図１０は、図８のＢＢ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（または溝）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。なお、本実施の形態では、クラックは基板表面側のみに露出するよう形成され、基板裏面側にまでは達していない。
【００６７】
図１１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パルス照射可能位置を、図１１（ａ）の点線丸で示す。図１１（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。
【００６８】
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１１（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。
【００６９】
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１１（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、ステージ速度を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。
【００７０】
あるいは、パルスピッカーを用いない場合、図１１（ｂ）の照射パターンで照射エネルギーを上げることで、図１１（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の劣化が懸念される。また、サファイア基板にＬＥＤ素子が形成されているような被加工基板を加工するような場合には、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。
【００７１】
このように、本実施の形態によれば、例えば、パルス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な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。
【００７２】
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１１（ｄ）に図示する長さとする。
【００７３】
図１２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１）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構成にしてもよい。
【００７４】
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。
【００７５】
このようにして、ステージの位置およびそれに載置される被加工基板の位置と、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。
【００７６】
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。
【００７７】
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１）をクロック信号Ｓ１に同期させることで実現可能である。
【００７８】
さらに、本実施の形態では、パルスレーザビームの光軸の被加工基板Ｗに対する入射角をα度、被加工基板Ｗの屈折率をｎ、入射側材質の屈折率を１とする場合に、
ａｒｃｔａｎ（ｎ）−５≦α≦ａｒｃｔａｎ（ｎ）＋５
の関係を充足させる。
【００７９】
この構成により、入射光のうちのｐ波成分近傍の光の反射率を抑制する。したがって、所望のクラックを形成と、エネルギー効率の高い割断を実現することが可能となる。
【００８０】
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。例えば、サファイア基板のように硬質の基板であっても、基板表面にまで達するクラックを割断または切断の起点として、人為的に力を印加することで、割断が容易になり、優れた割断特性を実現することが可能となる。したがって、ダイシングの生産性が向上する。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
さらに、被加工基板に対して、パルスレーザビームの光軸を傾斜させることで、エネルギー効率の高い割断が実現される。
【００８４】
（第２の実施の形態）
本実施の形態のレーザダイシング装置は、レーザ発振器と被加工基板との間に、被加工基板に入射するパルスレーザビームをｐ波とする偏光素子を備えること以外は、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述を省略する。
【００８５】
図１３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。本実施の形態のレーザダイシング装置７０は、第１の実施の形態の構成に加え、レーザ発振器１２と被加工基板Ｗとの間に、被加工基板Ｗに入射するパルスレーザビームＰＬ５を、直線偏光のｐ波とする偏光素子５２を備える。
【００８６】
偏光素子５２は、λ／４波長板または偏光子である。偏光素子５２により、例えば、円偏光であったパルスレーザビームを、被加工基板Ｗに入射する時点でｐ波の直線偏光となるよう偏光方向を変更する。
【００８７】
本実施の形態によれば、被加工基板Ｗに入射されるパルスレーザビームをｐ波とすることで、入射光全体に占める反射光の割合が一層抑制される。したがって、更にエネルギー効率の高いレーザダイシング装置およびレーザダイシング方法を実現することが可能となる。
【００８８】
なお、エネルギー効率向上のためには、被加工基板Ｗに入射される光がすべてｐ波となることが望ましい。しかしながら、偏光素子５２がない場合に比べ、ｐ波成分の入射光全体に対する割合が増えるのであれば、エネルギー効率が向上効果は得られる。このため、必ずしも、入射される光がすべてｐ波とならなくともよい。
【００８９】
また、ここでは、偏光素子５２を、集光レンズ１８と被加工基板Ｗとの間に設ける構成とした。しかしながら、入射されるパルスレーザビームをｐ偏光とすることが可能であれば、偏光素子５２を、レーザ発振器１２と被加工基板Ｗとの間の、その他の位置に設ける構成であってもかまわない。
【００９０】
（第３の実施の形態）
本実施の形態のレーザダイシング装置は、被加工基板に対する入射角を可変とする入射角制御部を備えること以外は、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述を省略する。
【００９１】
図１４は、本実施の形態のレーザダイシング装置の要部の一例を示す概略図である。パルスレーザビームのレーザヘッド５０が、ＸＹＺステージ部２０に載置される被加工基板Ｗの法線方向に対して、パルスレーザビームの光軸が傾斜するよう設けられている。さらに、被加工基板Ｗに対する入射角を可変とする入射角制御部５４を備える。
【００９２】
入射角制御部５４は、例えば、機械的にレーザヘッド５０の傾斜を可変とし、入射光の入射角をαからα’の間で可変とする。また、例えば、光学的に入射光の入射角を変更する構成であってもかまわない。また、例えば、ＸＹＺステージ部２０の水平面に対する傾斜を可変とする機構であってもかまわない。
【００９３】
本実施の形態によれば、入射光の入射角を可変とすることで、被加工基板Ｗの屈折率に応じた最適な傾斜角でパルスレーザビームを入射させることが可能となる。したがって、被加工基板に応じて、エネルギー効率の観点から最適な条件でダイシング可能なレーザダイシング装置およびレーザダイシング方法を実現することが可能となる。
【００９４】
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、レーザダイシング装置、レーザダイシング方法等で、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、必要とされるレーザダイシング装置、レーザダイシング方法等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
【００９５】
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レーザダイシング装置、レーザダイシング方法は、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。
【００９６】
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、シリコン基板、ＩＩＩ−Ｖ族基板、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。
【００９７】
また、実施の形態では、ステージを移動させることで、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る場合を例に説明した。しかしながら、例えば、レーザビームスキャナ等を用いることで、パルスレーザビームを走査することで、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る方法であっても構わない。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
また、割断特性をさらに向上させるために、基板表面に連続するクラックを形成した後、さらに、例えば、レーザを照射することで表面に対し溶融加工またはアブレーション加工を追加する構成とすることも可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
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
５０      レーザヘッド
５２      偏光素子
５４      入射角制御部
７０      パルスレーザ加工装置
【図１】
2015123482.tif 000003
【図２】
2015123482.tif 000004
【図３】
2015123482.tif 000005
【図４】
2015123482.tif 000006
【図５】
2015123482.tif 000007
【図６】
2015123482.tif 000008
【図７】
2015123482.tif 000009
【図８】
2015123482.tif 000010
【図９】
2015123482.tif 000011
【図１０】
2015123482.tif 000012
【図１１】
2015123482.tif 000013
【図１２】
2015123482.tif 000014
【図１３】
2015123482.tif 000015
【図１４】
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