JP2007305646A - ウエーハのレーザー加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ウエーハの厚さが厚い場合でも、分割に必要な深さの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。
【解決手段】集光スポットが楕円形のレーザー光線をウエーハ２０に形成されたストリート２０１に沿って照射しつつウエーハ２０を所定の加工送り速度で加工送りし、レーザー加工溝を形成するウエーハ２０のレーザー加工方法であって、楕円形の集光スポットの長軸と短軸との比が３０〜６０：１の第１のレーザー光線をウエーハ２０に形成されたストリート２０１に沿って照射し、ストリート２０１に沿ってレーザー加工溝を形成する溝形成工程と、楕円形の集光スポットの長軸と短軸との比が１〜２０：１の第２のレーザー光線を溝形成ステップによって形成されたレーザー加工溝２１０に沿って照射し、レーザー加工溝２１０に体積しているデブリ２２０を除去するデブリ除去工程とを含み、溝形成工程とデブリ除去工程を交互に実施する。
【選択図】図１３

Description

本発明は、半導体ウエーハ等のウエーハに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、略円板形状であるシリコン基板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等のデバイスを形成する。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デバイス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、炭化ケイ素基板の表面にフォトダイオード等の受光素子やレーザーダイオード等の発光素子等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々のフォトダイオード、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。
シリコン基板からウエーハは切削装置によって容易に個々のチップに切断することができるが、サファイヤ、炭化ケイ素、ガリウム砒素、リチウムタンタレート等の難削材によって形成された基板からなるウエーハは切削装置によって切断することが困難である。このような難削材によって形成された基板からなるウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに形成されたストリートに沿ってウエーハに対して吸収性を有する波長の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破断する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
特開２０００−１５６３５８号公報
しかるに、ウエーハに形成されたストリートに沿ってレーザー光線を照射する方法は、ウエーハの厚さが３００μm以上と厚い場合には、ウエーハにレーザー光線を照射してレーザー加工溝を形成すると、飛散したデブリがレーザー加工溝に堆積してレーザー光線による加工を妨げるという問題がある。本発明者等の実験によると波長が３５５ｎｍ、繰り返し周波数が１０ｋＨｚ、平均出力が７W、集光スポットが長軸(D1)１００μｍ、短軸(D2)１０μｍの楕円形、加工送り速度が５０ｍｍ／秒の加工条件で、厚さが３５０μmのウエーハにストリートに沿ってパルスレーザー光線を４００回重複して照射したが、分割に必要な深さのレーザー加工溝を形成することができなかった。
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、ウエーハの厚さが３００μm以上と厚い場合でも、分割に必要な深さの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を提供することにある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、集光スポットが楕円形のレーザー光線をウエーハに形成されたストリートに沿って照射しつつウエーハを所定の加工送り速度で加工送りし、ウエーハにストリート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、
楕円形の集光スポットの長軸と短軸との比が３０〜６０：１の第１のレーザー光線をウエーハに形成されたストリートに沿って照射し、ストリートに沿ってレーザー加工溝を形成する溝形成工程と、
楕円形の集光スポットの長軸と短軸との比が１〜２０：１の第２のレーザー光線を該溝形成ステップによって形成されたレーザー加工溝に沿って照射し、レーザー加工溝に体積しているデブリを除去するデブリ除去工程とを含み、
該溝形成工程と該デブリ除去工程を交互に実施する、
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。
上記第１のレーザー光線の楕円形の集光スポットは長軸が３００〜６００μmに設定されており、該第２のレーザー光線の楕円形の集光スポットは長軸が１０〜２００μmに設定されている。
本発明においては、溝形成工程は集光スポットの長軸と短軸との比を溝形成に適する３０〜６０：１に設定した第１のレーザー光線によって実施し、デブリ除去工程は集光スポットの長軸と短軸との比をデブリ除去に適する１〜２０：１に設定した第２のレーザー光線によって実施し、この溝形成工程とデブリ除去工程を交互に実施するので、デブリに影響されることなく、厚いウエーハであっても必要な深さのレーザー加工溝を形成することができる。
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、更に詳細に説明する。
図１には、本発明によるウエーハのレーザー加工方法を実施するための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１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で示す割り出し送り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。
上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上に矢印Ｘで示す加工送り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で示す加工送り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で示す割り出し送り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カバーテーブル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た吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１上に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。このように構成され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。なお、チャックテーブル３６には、後述する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。
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で示す割り出し送り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で示す加工送り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で示す加工送り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。
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で示す割り出し送り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で示す割り出し送り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。
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で示す割り出し送り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で示す割り出し送り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。
図示の実施形態の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。
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５３を具備している。移動手段５３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５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、ユニットホルダ５１およびレーザビーム照射手段５２を案内レール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５３２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５３２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。
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を具備している。また、レーザー光線照射手段５２は、図２に示すようにケーシング５２１内に配設されたパルスレーザー光線発振手段５２２および伝送光学系５２３と、ケーシング５２１の先端に配設されパルスレーザー光線発振手段５２２によって発振されたパルスレーザー光線を上記チャックテーブル３６に保持された被加工物に照射する加工ヘッド６を具備している。上記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。
上記加工ヘッド６は、図３に示すように方向変換ミラー６１と、集光器７とからなっている。方向変換ミラー６１は、上記パルスレーザー光線発振手段５２２によって発振され伝送光学系５２３を介して照射されたパルスレーザー光線を集光器７に向けて方向変換する。集光器７は、図示の実施形態においては上記チャックテーブル３６に保持された被加工物と対向する集光レンズ８と、該集光レンズ８よりレーザー光線照射方向上流側、即ち集光レンズ８と方向変換ミラー６１との間に配設されたシリンドリカルレンズユニット９と、集光レンズ８とシリンドリカルレンズユニット９との間隔を調整するための後述する間隔調整機構とを具備している。上記方向変換ミラー６１とシリンドリカルレンズユニット９とおよび後述する間隔調整機構は、図４に示すように上記ケーシング５２１の先端に装着された加工ヘッドハウジング６０内に配設されている。また、上記集光レンズ８は、加工ヘッドハウジング６０の下端に装着されるレンズハウジング８０内に配設されている。この集光レンズ８は、図示の実施形態においては焦点距離が４０mmに設定されている。
上記シリンドリカルレンズユニット９について、図５乃至図７を参照して説明する。図５にはシリンドリカルレンズユニット９の斜視図が示されており、図６には図５に示すシリンドリカルレンズユニット９の分解斜視図が示されている。
図５および図６に示すシリンドリカルレンズユニット９は、シリンドリカルレンズ９１と、該シリンドリカルレンズを保持するレンズ保持部材９２と、該レンズ保持部材９２を保持する第１の枠体９３と、該第１の枠体９３を保持する第２の枠体９４とからなっている。
シリンドリカルレンズ９１は、図７に示すように断面が半円形状に形成された凸レンズからなっている。このシリンドリカルレンズ９１は、図示の実施形態においては焦点距離が４０mmに設定されている。シリンドリカルレンズ９１を保持するレンズ保持部材９２は、図示の実施形態においては、合成樹脂によって円形に形成されている。この合成樹脂によって形成されたレンズ保持部材９２に、シリンドリカルレンズ９１が上面および下面を露出して埋設される。また、レンズ保持部材９２には、図６に示すように外周面の一箇所に被作動片９２１が突出して形成されている。
上記第１の枠体９３は、図６に示すように一辺の長さがＥの正方形に形成され、その上面には上記レンズ保持部材９２が嵌合する円形凹部９３１が形成されているとともに、レンズ保持部材８２に設けられた被作動片９２１を収容する作動室９３２が形成されている。円形凹部９３１の底壁９３１aの中央部には、穴９３１bが形成されている。また、作動室９３２を形成する壁面９３２aには、ばね座となる凹部９３２bが形成されている。なお、第１の枠体９３には、凹部９３２bの軸線上にネジ穴９３２cが形成されている。このように構成された第１の枠体９３には、図５に示すように円形凹部９３１にレンズ保持部材９２が嵌合され、作動室９３２に被作動片９２１が収容される。従って、第１の枠体９３の円形凹部９３１に嵌合されたレンズ保持部材９２は、被作動片９２１が作動室９３２内で移動可能な範囲において円形凹部９３１の内周面に沿って回動することができる。そして、上記凹部９３２bと被作動片９２１との間には、圧縮コイルばね９５が介在される。また、上記ネジ穴９３２cには第１の調整ネジ９６が螺合され、その先端が被作動片９２１に当接するようになっている。従って、第１の調整ネジ９６を一方向に回転して前進させると圧縮コイルばね９５のばね力に抗してレンズ保持部材９２を一方向に回動し、第１の調整ネジ９６を他方向に回転して後退させると圧縮コイルばね９５のばね力によってレンズ保持部材９２が他方向に回動せしめられる。このように、レンズ保持部材９２に設けられた被作動片９２１と、第１の調整ネジ９６および圧縮コイルばね９５は、レンズ保持部材９２を円形凹部９３１の内周面に沿って回動する回動調整手段として機能する。
上記第２の枠体９４は矩形状に形成され、その上面には図６に示すように上記第１の枠体９３が嵌合する矩形状凹部９４１が形成されている。この矩形状凹部９４１は、幅Aが上記正方形の第１の枠体９３の一辺の長さＥと対応した寸法に形成され、長さBが第１の枠体９３の一辺の長さＥより大きい寸法に形成されている。矩形状凹部９４１は、底壁９４２aと側壁９４２b、９４２c、９４２d、９４２eによって区画されている。底壁９４２aの中央部には穴９４２fが形成されている。矩形状凹部９４１を区画する壁面９４２dの内面には、ばね座となる凹部９４２gが形成されている。この凹部９４２gが形成され壁面９４２dと対向する側壁９４２eは、ネジ穴９４２hが形成されている。また、第２の枠体９４の側壁９４２bには、上記第１の調整ネジ９６が挿通するための長穴９４２jが形成されている。このように構成された第２の枠体９４の矩形状凹部９４１に、図５に示すように上記第１の枠体９３が嵌合される。そして、上記壁面９４２dの内面に形成された凹部９４２gと第１の枠体９３の側壁との間には、圧縮コイルばね９７が介在される。また、側壁９４２eに形成されたネジ穴９４２hには第２の調整ネジ９８が螺合され、その先端が第１の枠体９３の側壁に当接するようになっている。従って、第２の調整ネジ９８を一方向に回転して前進させると圧縮コイルばね９７のばね力に抗して第１の枠体９３を一方向に移動し、第２の調整ネジ９８を他方向に回転して後退させると圧縮コイルばね９７のばね力によって第１の枠体９３が他方向に移動せしめられる。このように、第２の調整ネジ９８および圧縮コイルばね９７は、第１の枠体９３をシリンドリカルレンズ９１aの集光方向と直交する方向に第２の枠体９４に対して移動する移動調整手段として機能する。
以上のように構成されたシリンドリカルレンズユニット９は、図８に示す間隔調整機構１０にセットされる。以下、間隔調整機構１０について説明する。
図８に示す間隔調整機構１０は、支持基板１１と、該支持基板１１の下端に設けられた集光レンズ支持板１２と、該支持基板１１の前面に沿って上下方向に移動可能に配設された支持テーブル１３とを具備している。
支持基板１１は、前面中央部に上下方向に形成された案内溝１１１を備えている。集光レンズ支持板１２は、支持基板１１の前面に対して直角に突出して形成されている。この集光レンズ支持板１２には、中央部に穴１２１が形成されている。このように構成された集光レンズ支持板１２の下面における穴１２１と対応する位置に集光レンズ８が配設されたレンズハウジング８０が装着される。
上記支持テーブル１３は、支持部１４と、該支持部１４の下端に設けられたテーブル部１５とからなっている。支持部１４は、後面に上記支持基板１１に形成された案内溝１１１に嵌合する被案内レール１４１が形成されている。この被案内レール１４１が案内溝１１１に嵌合することにより、支持テーブル１３は支持基板１１の案内溝１１１に沿って上下方向に移動可能に支持される。上記テーブル部１５は、支持部１４の前面に対して直角に突出して形成されている。このテーブル部１５には、中央部に穴１５１が形成されている。また、テーブル部１５の両側端には支持基板１１の前面に対して直角に延びる位置決めレール１５２、１５３が形成されている。この位置決めレール１５２、１５３の間隔は、上記シリンドリカルレンズユニット９を構成する第２の枠体９４の幅方向寸法に対応した寸法に設定されている。
図示の実施形態における間隔調整機構１０は、支持テーブル１３を支持基板１１の案内溝１１１に沿って下方向に移動せしめる移動手段１６を具備している。移動手段１６は、支持テーブル１３の支持部１４を側方に上下方向に配設された雄ネジロッド１６１と、該雄ネジロッド１６１を回転駆動するためのパルスモータ１６２を含んでいる。雄ネジロッド１６１は、支持部１４の上端に固定された移動板１６３に形成された雌ねじ穴１６３aに螺合して配設され、その下端がこの支持基板１１の側面に固定された軸受け１６４に回転可能に軸支されている。パルスモータ１６２は、支持基板１１に取り付けられ、その駆動軸１６２aが雄ネジロッド１６１の上端に連結されている。従って、パルスモータ１６２によって雄ネジロッド１６１を正転駆動することにより支持テーブル１３を例えば下方に移動し、雄ネジロッド１６１を逆転駆動することにより持テーブル１３を例えば上方に移動する。このように移動手段１６は、パルスモータ１６２を正転または逆転駆動することにより、支持テーブル１３のテーブル部１５と集光レンズ支持板１２との間隔を適宜調整することができる。
以上のように構成された間隔調整機構１０の支持テーブル１３を構成するテーブル部１５には、図９に示すように上記シリンドリカルレンズユニット９がセットされる。即ち、シリンドリカルレンズユニット９の第２の枠体９４を支持テーブル１３を構成するテーブル部１５における位置決めレール１５２、１５３の間に載置する。なお、支持テーブル１３のテーブル部１５上の所定位置に載置されたシリンドリカルレンズユニット９は、図示しない適宜の固定手段によって支持テーブル１３のテーブル部１５に固定される。このようにして支持テーブル１３のテーブル部１５上に配置されたシリンドリカルレンズユニット９のシリンドリカルレンズ９は、集光方向が図１においてXで示す加工送り方向にセットされる。
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１７が配設されている。この撮像手段１７は、撮像素子（ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を制御手段１００に送る。制御手段１００は、コンピュータによって構成されており、上記撮像手段１７から撮像して画像信号を入力し、上記パルスモータ３７２、パルスモータ３８２、パルスモータ４３２、パルスモータ５３２、パルスモータ１６２等に制御信号を出力する。
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。
上述したレーザー光線照射手段５２によって照射されるレーザー光線の集光スポット形状について、図１０および図１１を参照して説明する。
先ず、図１０の（a）および１０の（b）に示すようにシリンドリカルレンズ９１と集光レンズ８の間隔(d1)をシリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f2)と同一の４０mmに設定した場合について説明する。この場合、レーザー光線Lは、シリンドリカルレンズ９１によってY方向は集光されず、集光レンズ８のみによってY方向に集光される。即ち、図１０の（a）に示すようにシリンドリカルレンズ９１を通過したレーザー光線Lは、集光レンズ８の焦点距離(f1)である４０mm下方の集光点P1で集光される。
一方、レーザー光線Lは、シリンドリカルレンズ９１によってX方向が集光される。即ち、シリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f2)が４０mmに設定されているので、図１０の（b）に示すようにシリンドリカルレンズ９１によってレーザー光線L がX方向に集光される集光点P2は集光レンズ８の中心位置となる。このようにして集光レンズ８の中心位置で集光されたレーザー光線Lは、集光レンズ８の下面に向けて広がり、集光レンズ８の下面から上記集光点P1で再度集光される。このように、シリンドリカルレンズ９１と集光レンズ８の間隔(d1)をシリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f2)と同一にすると、シリンドリカルレンズ９１に入射された断面が円形のレーザー光線Lは、シリンドリカルレンズ９１によって矢印X方向が集光され、集光レンズ８によって矢印Y方向が集光されるので、集光点P1において図１０の（c）に拡大して示すように断面が円形の集光スポットS1が形成される。従って、集光点P1の位置に被加工物をセットすることにより、断面が円形の集光スポットS1によって被加工物にレーザー加工を施すことができる。
次に、図１１の（a）および１１の（b）に示すようにシリンドリカルレンズ９１と集光レンズ８の間隔(d1)をシリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f2)の半分の２０mmに設定した場合について説明する。この場合もレーザー光線Lは、シリンドリカルレンズ９１によってY方向は集光されず、集光レンズ８のみによってY方向に集光される。即ち、図１１の（a）に示すようにシリンドリカルレンズ９１を通過したレーザー光線Lは、集光レンズ８の焦点距離(f1)である４０mm下方の集光点(P1)で集光される。
一方、シリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f2)が４０mmに設定されているので、図１１の（b）に示すようにシリンドリカルレンズ９１によってX方向に集光されるレーザー光線Lは集光される途中で集光レンズ８に入光し、集光レンズ８によって更に集光され集光点P3で集光された後被加工物に達するまで矢印Xで示す方向に広げられる。この結果、集光点P1の位置においては、図１１の（c）に拡大して示すように断面が楕円形の集光スポットS2が形成される。この楕円形の集光スポットS2は、長軸D1が矢印Xで示す方向に向けて形成される。なお、楕円形の集光スポットS2の長軸D1と短軸D2との比（アスペクト比）は、集光レンズ８とシリンドリカルレンズ９１との間隔(d1)を変更することによって調整することができる。即ち、集光レンズ８とシリンドリカルレンズ９１との間隔(d1)がシリンドリカルレンズ９１の焦点距離(f2)より小さくなる程、楕円形の集光スポットS2の長軸D1と短軸D2との比（アスペクト比）は大きくなる。従って、集光点P1の位置に被加工物をセットすることにより、断面が楕円形の集光スポットS2によって被加工物にレーザー加工を施すことができる。
次に、図１１の（c）に示すように断面が楕円形の集光スポットS2を用いて、被加工物にレーザー加工溝を形成する加工方法について説明する。
ここで、上記レーザー加工装置１によって加工される被加工物としての光デバイスウエーハについて、図１２を参照して説明する。図１２に示す光デバイスウエーハ２０は炭化ケイ素(SiC)ウエーハからなり、その表面２０ａに格子状に形成された複数のストリート２０１によって複数の領域が区画され、この区画された領域にフォトダイオードやレーザーダイオード等の光デバイス２０２が形成されている。この半導体ウエーハ２０は、環状のフレーム２１に装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなる保護テープ２２に表面２０ａを上側にして裏面が貼着される。
図１に示すレーザー加工装置１を用いて上述した光デバイスウエーハ２０のストリート２０１に沿ってレーザー加工溝を形成するには、先ずレーザー加工装置１のチャックテーブル３６上に光デバイスウエーハ２０の表面２０ａを上にして載置する。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３６上に保護テープ２２を介して光デバイスウエーハ２０を吸引保持する。また、保護テープ２２が装着された環状のフレーム２１は、チャックテーブル３６に配設されたクランプ３６２によって固定される。光デバイスウエーハ２０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１７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１７の直下に位置付けられると、撮像手段１７および制御手段１００によって光デバイスウエーハ２０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１７および制御手段１００は、光デバイスウエーハ２０の所定方向に形成されているストリート２０１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７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２０に形成されている所定方向と直交する方向に形成されているストリート２０１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。
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２０に形成されているストリート２０１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１３の（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７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２０１の一端(図１３の（ａ）において左端)を集光器７の直下に位置付ける。なお、集光器７から照射されるレーザー光線の断面が楕円形の集光スポットは、図１１の(c)に示す長軸D1がストリート２０１に沿って位置付けられる。
次に、楕円形の集光スポットの長軸と短軸との比（アスペクト比）が３０〜６０：１の第１のレーザー光線をウエーハに形成されたストリートに沿って照射し、ストリートに沿ってレーザー加工溝を形成する溝形成工程を実施する。この溝形成工程は、第１のレーザー光線の楕円形の集光スポットの長軸と短軸との比（アスペクト比）を溝形成に適する３０〜６０：１に設定することが重要である。なお、楕円形の集光スポットのアスペクト比の調整は、制御手段１００が設定されたアスペクト比になるように上記間隔調整機構１０のパルスモータ１６２を制御する。そして、集光器７から照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐ1を光デバイスウエーハ２０の表面２０ａ（上面）付近に合わせる。この集光点Ｐ1を光デバイスウエーハ２０の表面２０ａ（上面）付近に合わせるのは、レーザー光線照射手段５２を案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向に移動する移動手段５３によって行う。次に、レーザー光線照射手段５２の集光器７から光デバイスウエーハ２０に対して吸収性を有する波長（２００〜６００nm）のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６を図１３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、ストリート２０１の他端（図１３の（a）において右端）が集光器７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の移動を停止する。次に、図１３の（ｂ）に示すようにレーザー光線照射手段５２の集光器７からパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６を図１３の（ｂ）において矢印Ｘ２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、ストリート２０１の他端（図１３の（b）において左端）が集光器７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の移動を停止する。この溝形成工程を複数回（例えば、５往復）実施することにより、図１３の(c)に示すように光デバイスウエーハ２０には、ストリート２０１に沿ってレーザー加工溝２１０が形成される。また、このレーザー加工溝２１０には、パルスレーザー光線の照射によって生成されたデブリ２２０が堆積されている。
なお、上記溝形成工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
レーザー光線の光源 ：ＹＶＯ４レーザーまたはＹＡＧレーザー
波長 ：３５５ｎｍ
繰り返し周波数 ：１０ｋＨｚ
平均出力 ：７W
集光スポット ：楕円形 長軸(D1)５００μｍ、短軸(D2)１０μｍ
加工送り速度 ：５０ｍｍ／秒
上記溝形成工程においては、第１のレーザー光線の楕円形の集光スポットの長軸(D1)が５００μｍに設定されアスペクト比が５０：１と大きくに設定されているので、集光スポットの重なり率が多くなるため、溝加工効果が大きい。上述したように溝形成工程を複数回実施することにより、光デバイスウエーハ２０にはストリート２０１に沿ってレーザー加工溝２１０が形成されとともに、レーザー加工溝２１０にデブリ２２０が堆積される。このようにレーザー加工溝２１０にデブリ２２０が堆積すると、上述した溝形成工程を繰り返し実施してもレーザー光線がデブリ２２０によって妨げられレーザー加工溝を深くすることができないことが判った。
そこで、本発明においては、上述したように溝形成工程を実施した後に、レーザー加工溝２１０に堆積しているデブリ２２０を除去するデブリ除去工程を実施する。このデブリ除去工程においては、楕円形の集光スポットのアスペクト比がデブリ除去に適する１〜２０：１の第２のレーザー光線を用いることが重要である。なお、楕円形の集光スポットのアスペクト比の調整は、制御手段１００に設定されたアスペクト比になるように上記間隔調整機構１０のパルスモータ１６２を制御する。そして、図１４の（a）で示すように上記レーザー加工溝２１０（ストリート２０１）の一端(図１４の（ａ）において左端)を集光器７の直下に位置付ける。なお、集光器７から照射されるレーザー光線の断面が楕円形の集光スポット長軸がレーザー加工溝２１０（ストリート２０１）に沿って位置付けられる。そして、集光器７から照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐ1をレーザー加工溝２１０の底付近に合わせる。この集光点Ｐ1をレーザー加工溝２１０の底付近に合わせるのは、レーザー光線照射手段５２を案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向に移動する移動手段５３によって行う。
次に、レーザー光線照射手段５２の集光器７からパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６を図１４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、レーザー加工溝２１０（ストリート２０１）の他端（図１４の（a）において右端）が集光器７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の移動を停止する。次に、図１４の（ｂ）に示すようにレーザー光線照射手段５２の集光器７からパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６を図１４の（ｂ）において矢印Ｘ２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、レーザー加工溝２１０（ストリート２０１）の他端（図１４の（b）において左端）が集光器７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の移動を停止する。このデブリ除去工程を複数回（例えば、５往復）実施することにより、図１４の(c)に示すように光デバイスウエーハ２０には、上記加工溝形成工程においてレーザー加工溝２１０に堆積されたデブリ２２０が焼失および飛散して除去されるとともにレーザー加工溝２１０が深く形成される。
なお、上記デブリ除去工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
レーザー光線の光源 ：ＹＶＯ４レーザーまたはＹＡＧレーザー
波長 ：３５５ｎｍ
繰り返し周波数 ：１０ｋＨｚ
平均出力 ：７W
集光スポット ：楕円形 長軸(D1)１００μｍ、短軸(D2)１０μｍ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒
上記デブリ除去工程においては、第のレーザー光線の楕円形の集光スポットの長軸(D1)と短軸(D2)のアスペクト比が１０：１に設定され、上記溝形成工程における集光スポットの長軸(D1)と短軸(D2)のアスペクト比より小さく設定され集光スポットの面積が小さくなるため、照射されるレーザー光線のパワー密度が高くなるので、上記加工溝形成工程においてレーザー加工溝２１０に堆積されたデブリ２２０が焼失および飛散して除去される。上述した溝形成工程とデブリ除去工程を繰り返し実施することによって、光デバイスウエーハ２０をストリート２０１に沿って切断することができる。
本発明者等の実験によると、厚さが３５０μｍの炭化ケイ素(SiC)ウエーハに対して、上記加工条件で上述した溝形成工程とデブリ除去工程を３回繰り返し実施することにより、炭化ケイ素(SiC)ウエーハを所定のストリートに沿って切断することができた。
本発明によるウエーハのレーザー加工方法を実施するためのレーザー加工装置の斜視図。 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ブロック図。 図２に示すレーザー光線照射手段を構成する第１の実施形態における集光器を備えた加工ヘッドの説明図。 図３に示す加工ヘッドの斜視図。 図３に示す加工ヘッドの集光器を構成するシリンドリカルレンズユニットの斜視図。 図５に示すシリンドリカルレンズユニットの構成部材を分解して示す斜視図。 図５に示すシリンドリカルレンズユニットを構成するシリンドリカルレンズを保持したレンズ保持部材の断面図。 図１に示すレーザー加工装置に装備され集光レンズとシリンドリカルレンズユニットとの間隔を調整する間隔調整機構の斜視図。 図８に示す間隔調整機構にシリンドリカルレンズユニットをセットした状態を示す斜視図。 集光レンズと凸レンズからなるシリンドリカルレンズによって断面が円形の集光スポットを形成する状態を示す説明図。 集光レンズと凸レンズからなるシリンドリカルレンズによって断面が楕円形の集光スポットを形成する状態を示す説明図。 被加工物としての光デバイスウエーハを環状のフレームに装着された保護テープ２２の表面に貼着した状態を示す斜視図。 図１に示すレーザー加工装置によって実施する本発明によるウエーハのレーザー加工方法における加工溝形成工程の説明図。 図１に示すレーザー加工装置によって実施する本発明によるウエーハのレーザー加工方法におけるデブリ除去工程の説明図。
符号の説明
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３１：案内レール
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
４１：案内レール
４２：可動支持基台
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：レーザー光線加工手段
６：加工ヘッド
６１：方向変換ミラー
７：集光器
８：集光レンズ
９：シリンドリカルレンズユニット
９１：シリンドリカルレンズ
９２：レンズ保持部材
９３：第１の枠体
９４：第２の枠体
１０：間隔調整機構
１１：支持基板
１２：集光レンズ支持板
１３：支持テーブル
１６：移動手段
１７：撮像手段

Claims (2)

  1. 集光スポットが楕円形のレーザー光線をウエーハに形成されたストリートに沿って照射しつつウエーハを所定の加工送り速度で加工送りし、ウエーハにストリート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、
    楕円形の集光スポットの長軸と短軸との比が３０〜６０：１の第１のレーザー光線をウエーハに形成されたストリートに沿って照射し、ストリートに沿ってレーザー加工溝を形成する溝形成工程と、
    楕円形の集光スポットの長軸と短軸との比が１〜２０：１の第２のレーザー光線を該溝形成ステップによって形成されたレーザー加工溝に沿って照射し、レーザー加工溝に体積しているデブリを除去するデブリ除去工程とを含み、
    該溝形成工程と該デブリ除去工程を交互に実施する、
    ことを特徴とするウエーハのレーザー加工方法。
  2. 該第１のレーザー光線の楕円形の集光スポットは、長軸が３００〜６００μmに設定されており、
    該第２のレーザー光線の楕円形の集光スポットは、長軸が１０〜２００μm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。
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