(57)【要約】【課題】  ウエーハに貼着された保護テープがウエーハに照射されたレーザー光線のエネルギーを吸収して気泡を発生しても、この気泡による影響を除去することができるウエーハのレーザー加工方法を提供する。【解決手段】  ウエーハに形成された分割予定ラインに沿ってウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線を照射し、ウエーハの内部に溶融再固化した変質領域を形成するレーザー加工方法であって、ウエーハの一方の面に通気性を有する保護テープを貼着する保護テープ貼着工程と、保護テープが貼着されたウエーハを保護テープが貼着された側をレーザー加工装置のチャックテーブルに保持するウエーハ保持工程と、チャックテーブルに保持されたウエーハの他方の面側からウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線をウエーハの一方の面の近傍に集光点を合わせて照射し、ウエーハの内部に分割予定ラインに沿って一方の面に露出する変質層を形成するレーザー光線照射工程とを含む。【選択図】        図７
2005203541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエーハに形成された分割予定ラインに沿って該ウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線を照射し、該ウエーハの内部に溶融再固化した変質領域を形成するレーザー加工方法であって、
該ウエーハの一方の面に通気性を有する保護テープを貼着する保護テープ貼着工程と、
該保護テープが貼着された該ウエーハを該保護テープが貼着された側をレーザー加工装置のチャックテーブルに保持するウエーハ保持工程と、
該チャックテーブルに保持された該ウエーハの他方の面側から該ウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線を該ウエーハの一方の面の近傍に集光点を合わせて照射し、該ウエーハの内部に該分割予定ラインに沿って一方の面に露出する変質層を形成するレーザー光線照射工程と、を含む、
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】
該通気性を有する保護テープは、メッシュ状テープからなっている、請求項１記載のウエーハのレーザー加工方法。
【請求項３】
該通気性を有する保護テープは、多孔質テープからなっている、請求項１記載のウエーハのレーザー加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエーハに形成された分割予定ラインに沿ってウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線を照射し、ウエーハの内部に変質層を形成するウエーハのレーザー加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる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ＩＣ、ＬＳＩ等の回路を形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することにより回路が形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。また、サファイヤ基板の表面に分割予定ラインによって区画された複数の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や、リチウムタンタレート基板の表面に分割予定ラインによって区画された複数の領域に圧電素子が配設されたウエーハは、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デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。
【０００３】
上述した半導体ウエーハや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、ダイサーと称されている切削装置によって行われている。この切削装置は、被加工物であるウエーハ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ウエーハを切削するための切削手段と、チャックテーブルと切削手段とを相対的に移動せしめる移動手段とを具備している。切削手段は、高速回転せしめられる回転スピンドルと該スピンドルに装着された切削ブレードを含んでいる。切削ブレードは円盤状の基台と該基台の側面外周部に装着された環状の切れ刃からなっており、切れ刃は例えば粒径３μｍ程度のダイヤモンド砥粒を電鋳によって固定し厚さ２０μｍ程度に形成されている。しかるに、サファイヤ基板やリチウムタンタレート基板はモース硬度が高く、上記切削ブレードによる切削が困難である。
【０００４】
一方、近年半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、その被加工物に対して透過性を有するパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、被加工物の一方の面側から内部に集光点を合わせて被加工物に対して透過性を有する赤外光領域のパルスレーザー光線を照射し、被加工物の内部に分割予定ラインに沿って改質層を連続的に形成し、この改質層が形成されることによって強度が低下した分割予定ラインに沿って外力を加えることにより、被加工物を分割するものである。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特開平２００２−１９２３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
サファイヤ基板やリチウムタンタレート基板等のウエーハにレーザー加工を施す際には、ウエーハの表面又は裏面に保護テープを貼着し、該保護テープ側をチャックテーブルに保持した状態でウエーハに透過性を有するパルスレーザー光線を照射し、ウエーハの内部に溶融再固化した変質層を形成する。しかるに、ウエーハの内部にクラックが生じないように変質層を形成するためには、クラックが生じない程度のパワー密度のレーザー光線をウエーハの内部に照射するとともに、レーザー光線の集光点を保護テープが貼着された面の近傍に位置付けることにより変質層を保護テープが貼着された面に露出させる必要がある。このように集光点を保護テープが貼着された面の近傍に位置付けてレーザー光線を照射すると、保護テープもレーザー光線のエネルギーを吸収するため、加熱される際に保護テープを構成する成分が変化して、またウエーハを構成する成分が変化して気泡が発生し、この気泡が保護テープとウエーハとの間に溜まる。この結果、チャックテーブルに保持されたウエーハが気泡により僅かに浮き上がるため、レーザー光線の集光点位置が変位し、均一な変質層を形成することができないという問題がある。また、チャックテーブルに保持されたウエーハが気泡により僅かに浮き上がることにより、チャックテーブルによるウエーハの保持力が低下するという問題もある。
【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、ウエーハに貼着された保護テープがウエーハに照射されたレーザー光線のエネルギーを吸収して気泡を発生しても、この気泡による影響を除去することができるウエーハのレーザー加工方法を提供することである。
【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、ウエーハに形成された分割予定ラインに沿って該ウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線を照射し、該ウエーハの内部に溶融再固化した変質領域を形成するレーザー加工方法であって、
該ウエーハの一方の面に通気性を有する保護テープを貼着する保護テープ貼着工程と、
該保護テープが貼着された該ウエーハを該保護テープが貼着された側をレーザー加工装置のチャックテーブルに保持するウエーハ保持工程と、
該チャックテーブルに保持された該ウエーハの他方の面側から該ウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線を該ウエーハの一方の面の近傍に集光点を合わせて照射し、該ウエーハの内部に該分割予定ラインに沿って一方の面に露出する変質層を形成するレーザー光線照射工程と、を含む、
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。
【０００８】
上記通気性を有する保護テープは、メッシュ状テープまたは多孔質テープからなっている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、ウエーハの一方の面に貼着される保護テープが通気性を有するテープからなっているため、照射されるレーザー光線のエネルギーによって保護テープが加熱される際に発生した気泡は保護テープとウエーハとの間に溜まることなく、保護テープを通して排出される。従って、上記気泡が保護テープとウエーハとの間に溜まってウエーハが浮き上がることはない。このため、チャックテーブルに保持されたウエーハが気泡により浮き上がることによるレーザー光線の集光点位置が変位することを防止できるとともに、チャックテーブルによるウエーハの保持力が低下するという問題も解消される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明によるウエーハのレーザー加工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。
【００１１】
図１には、本発明によるレーザー加工方法によって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が示されている。図１に示す光デバイスウエーハ２は、サファイヤ基板２０の表面２０ａに分割予定ライン２１によって区画された複数の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２２が形成されている。以下、この光デバイスウエーハ２の分割予定ライン２１に沿ってレーザー加工を施すウエーハのレーザー加工方法について説明する。
【００１２】
上述した光デバイスウエーハ２のストリート２２に沿ってレーザー加工を施すには、先ず上記光デバイスウエーハ２の一方の面に通気性を有する保護テープを貼着する保護テープ貼着工程を実施する。この保護テープ貼着工程は、図２に示すように環状のフレーム３に装着された通気性を有する保護テープ４に光デバイスウエーハ２の一方の面（図示の実施形態においては光デバイスウエーハ２を形成するサファイヤ基板２０の表面２０ａ）を貼着する。従って、保護テープ４に貼着された光デバイスウエーハ２は、裏面２０ｂが上側となる。なお、上記通気性を有する保護テープ４としては、樹脂繊維によって織物状に形成されたテープの表面に粘着剤が塗布されたメッシュ状の粘着テープが用いられている。図３には、環状のフレーム３に装着された通気性を有する保護テープの他の実施形態が示されている。図３に示す通気性を有する保護テープ４０は、多孔質の樹脂テープの表面に粘着剤が塗布された多孔質粘着テープである。
【００１３】
上述した保護テープ貼着工程を実施したならば、保護テープ４（４０）が貼着された光デバイスウエーハ２を保護テープ４（４０）が貼着された側をレーザー加工装置のチャックテーブルに保持するウエーハ保持工程を実施する。ここで、レーザー加工装置について図４乃至図６を参照して説明する。図４乃至図６に示すレーザー加工装置５は、被加工物を保持するチャックテーブル５１と、該チャックテーブル５１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５２と、チャックテーブル５１上に保持された被加工物を撮像する撮像手段５３を具備している。チャックテーブル５１は被加工物を保持する保持部が多孔質セラミックスによって形成され図示しない吸引手段に接続されており、その上面に載置された被加工物を適宜吸引保持するように構成されているとともに、図示しないクランプ機構によって上記環状のフレーム３をクランプするように構成されている。また、チャックテーブル５１は、図示しない移動機構によって図４において矢印Ｘで示す加工送り方向および矢印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５２は、実質上水平に配置された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５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、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルス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。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、それ自体は周知の形態でよい組レンズから構成される集光レンズ（図示せず）を収容した集光器５２４が装着されている。上記パルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたレーザー光線は、伝送光学系５２３を介して集光器５２４に至り、集光器５２４から上記チャックテーブル５１に保持される被加工物に所定の集光スポット径Ｄで照射される。この集光スポット径Ｄは、図６に示すようにガウス分布を示すパルスレーザー光線が集光器５２４の対物集光レンズ５２４ａを通して照射される場合、Ｄ（μｍ）＝４×λ×ｆ／（π×Ｗ）、ここでλはパルスレーザー光線の波長（μｍ）、Ｗは対物集光レンズ５２４ａに入射されるパルスレーザー光線の直径（ｍｍ）、ｆは対物集光レンズ７２４ａの焦点距離（ｍｍ）、で規定される。
【００１５】
上記レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の先端部に装着された撮像手段５３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。
【００１６】
上記ウエーハ保持工程においては、図４に示すレーザー加工装置５のチャックテーブル５１上に保護テープ４（４０）が貼着された光デバイスウエーハ２を保護テープ４が貼着された側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、チャックテーブル５１上に保護テープ４（４０）が貼着された光デバイスウエーハ２を吸着保持する。従って、チャックテーブル５１上に保持された光デバイスウエーハ２は、他方の面（図示の実施形態においては光デバイスウエーハ２を形成するサファイヤ基板２０の裏面２０ｂ）が上側となる。
【００１７】
上述したようにウエーハ保持工程を実施したならば、レーザー加工装置５のチャックテーブル５１に保持された光デバイスウエーハ２の他方の面側からウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線をウエーハの一方の面の近傍に集光点を合わせて照射し、ウエーハの内部に分割予定ラインに沿って一方の面に露出する変質層を形成するレーザー光線照射工程を実施する。レーザー光線照射工程について、図４、図７および図８を参照して説明する。
上述したようにウエーハ保持工程において光デバイスウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル５１は、図示しない移動機構によって撮像手段５３の直下に位置付けられる。チャックテーブル５１が撮像手段５３の直下に位置付けられると、撮像手段５３および図示しない制御手段によって光デバイスウエーハ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５３および図示しない制御手段は、光デバイス２の所定方向に形成されている分割予定ライン２１と、分割予定ライン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５２の集光器５２４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２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。このとき、光デバイスウエーハ２の分割予定ライン２１が形成されている表面２０ａは下側に位置しているが、撮像手段５３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２０ｂから透かして分割予定ライン２１を撮像することができる。
【００１８】
以上のようにしてチャックテーブル５１上に保持されている光デバイスウエーハ２に形成されている分割予定ライン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７の（ａ）で示すようにチャックテーブル３１を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５２４が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分割予定ライン２１の一端（図７の（ａ）において左端）をレーザー光線照射手段５２の集光器５２４の直下に位置付ける。そして、集光器５２４から光デバイスウエーハ２のサファイヤ基板２０に対して透過性を有するパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル５１即ち光デバイスウエーハ２を図７の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の送り速度で移動せしめる。そして、図７の（ｂ）で示すようにレーザー光線照射手段５２の集光器５２４の照射位置が分割予定ライン２１の他端の位置に達したら、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５１即ち光デバイスウエーハ２の移動を停止する。このレーザー光線照射工程においては、パルスレーザー光線の集光点Ｐを光デバイスウエーハ２の一方の面である表面２０ａ（下面）付近に合わせることにより、表面２０ａ（下面）に露出するとともに表面２ａから内部に向けて変質層２１０が形成される。この変質層２１０は、溶融再固化層として形成される。
【００１９】
なお、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。
光源            ：ＹＶＯ４レーザー
波長            ：１０６４ｎｍのパルスレーザー
ピークパワー密度：５．０×１０Ｅ８Ｗ／ｃｍ２  〜２．０×１０Ｅ１２Ｗ／ｃｍ２  
集光スポット径  ：φ１μｍ
繰り返し周波数  ：４０〜４００ｋＨｚ
加工送り速度    ：４０〜４００ｍｍ／秒
【００２０】
上述したようにレーザー光線照射工程においてパルスレーザー光線をその集光点Ｐを光デバイスウエーハ２の表面２０ａ（下面）付近に合わせて照射すると、光デバイスウエーハ２の表面２０ａ（下面）に貼着した保護テープ４（４０）もレーザー光線のエネルギーを吸収するため、加熱される際に保護テープ内に含まれる空気や水分等が熱膨張して気泡が発生する。しかるに、保護テープ４（４０）は上述したように通気性を有するテープによって形成されているので、加熱される際に発生した気泡は保護テープ４（４０）を通りチャックテーブル５１を構成する多孔質セラミックスによって形成された保持部を通して図示しない吸引手段に吸引される。従って、上記気泡が保護テープ４（４０）と光デバイスウエーハ２の表面２０ａ（下面）との間に溜まることはない。このため、チャックテーブルに保持されたウエーハが気泡により浮き上がることはなく、気泡によってウエーハが浮き上がることによりレーザー光線の集光点位置が変位することを防止できるとともに、チャックテーブルによるウエーハの保持力が低下するという問題も解消される。
【００２１】
なお、光デバイスウエーハ２の厚さが厚い場合には、図８に示すように集光点Ｐを段階的に変えて上述したレーザー光線照射工程を複数回実行することにより、複数の変質層２１０を形成する。
【００２２】
上述したように光デバイスウエーハ２の所定の分割予定ライン２１に沿ってレーザー光線照射工程を実行したら、チャックテーブル５１、従ってこれに保持されている光デバイスウエーハ２を矢印Ｙで示す方向に分割予定ライン２１の間隔だけ割り出し移動し（割り出し工程）、上記レーザー光線照射工程を遂行する。このようにして光デバイスウエーハ２の所定方向に延在する全ての分割予定ライン２１についてレーザー光線照射工程と割り出し工程を遂行したならば、チャックテーブル５１、従ってこれに保持されている光デバイスウエーハ２を９０度回動せしめて、上記所定方向に対して直角に延びる各分割予定ライン２１に沿って上記レーザー光線照射工程と割り出し工程を実行することにより、光デバイスウエーハ２に形成されている全ての分割予定ライン２１に沿って変質層２１０を形成することができる。このようにして、光デバイスウエーハ２に形成されている全ての分割予定ライン２１に沿って変質層２１０を形成したならば分割工程に移行し、光デバイスウエーハ２を変質層２１０が形成された分割予定ライン２１に沿って外力を作用せしめることにより、個々の光デバイス２２に分割する。
【００２３】
以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。例えば、図示の実施形態においては光デバイスウエーハ２の表面２０ａに保護テープ４（４０）を貼着し、光デバイスウエーハ２の裏面２０ｂ側からレーザー光線を照射する例を示したが、光デバイスウエーハ２の裏面２０ｂに保護テープ４（４０）を貼着し、光デバイスウエーハ２の表面２０ａ側からレーザー光線を照射するようにしてもよい。また、本発明は、サファイヤ基板を用いた光デバイスウエーハの外に、リチウムタンタレート基板、炭化珪素基板、水晶基板、シリコン基板等からなるウエーハのレーザー加工に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明によるウエーハのレーザー加工方法によってレーザー加工される光デバイスウエーハの斜視図。
【図２】図１に示す光デバイスウエーハを環状のフレームに装着された通気性を有する保護テープに貼着した状態を示す一実施形態の斜視図。
【図３】図１に示す光デバイスウエーハを環状のフレームに装着された通気性を有する保護テープに貼着した状態を示す他の実施形態の斜視図。
【図４】本発明によるウエーハのレーザー加工方法のレーザー光線照射工程を実施するレーザー加工装置の要部斜視図。
【図５】図４に示すレーザー加工装置に装備されるレーザ光線照射手段の構成を簡略に示すブロック図。
【図６】パルスレーザー光線の集光スポット径を説明するための簡略図。
【図７】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光線照射工程の説明図。
【図８】図７に示すレーザ光線照射工程においてウエーハの内部に変質層を積層して形成した状態を示す説明図。
【符号の説明】
【００２５】
２：光デバイスウエーハ
２０：サファイヤ基板
２１：分割予定ライン
２２：光デバイス
２１０：変質層
３：環状のフレーム
４、４０：保護テープ
５：レーザー加工装置
５１：レーザー加工装置のチャックテーブル
５２：レーザー光線照射手段
５３：撮像手段
【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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