JP2005203541A - ウエーハのレーザー加工方法 - Google Patents

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Abstract

【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

Description

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。
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。
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。
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。)
特開平2002−192367号公報
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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/cm〜2.0×10E12W/cm
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
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。
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。
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。
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。
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。 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。 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。 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
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

Claims (3)

  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。
  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。
  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。
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