JP2010129987A - ウエーハ加工方法、レーザ加工装置およびレーザ加工用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】照射するレーザ出力を抑えつつ、高品質なウエーハの分割に支障を来たすことなくウエーハをより高速に加工できるようにする。
【解決手段】パルスレーザビームＢの照射によるアブレーション加工によりウエーハ１にレーザ加工溝７を連続的に形成する際に、先行するパルスレーザビームの照射によるレーザ加工溝７の形成に伴い形成される熱歪８を打ち消さない間隔をあけて後続のパルスレーザビームを照射させることで、形成されるレーザ加工溝７が浅めであってもレーザ加工溝７に付随して形成される熱歪８部分が残存しその残留応力によってウエーハ１の抗折強度が低下するようにした。
【選択図】 図６

Description

本発明は、サファイア基板を用いたウエーハ等を加工するウエーハ加工方法、レーザ加工装置およびレーザ加工用プログラムに関するものである。

サファイア基板等の表面に格子状に形成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窒化ガリウム系化合物半導体等の光デバイスが積層された光デバイスウエーハは、ストリートに沿って個々の発光ダイオード等の光デバイスに分割され、電子機器に広く利用されている。

このような光デバイスウエーハのストリートに沿った切断は、通常、切削ブレードを高速回転させて切削する切削装置によって行われている。しかしながら、サファイア基板はモース硬度が高く難削材であるため、加工速度を遅くする必要があり、生産性が悪いという問題がある。

近年、光デバイスウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームをストリートに沿って照射することによりレーザ加工溝を形成し、このレーザ加工溝に沿って外力を付与することにより分割する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−３０５４２０号公報

ここで、高品質な分割を可能とするには、ウエーハ厚みに対して２０％程の深さのレーザ加工溝が必要と考えられており、生産性を早めるためには、パルスレーザビームのレーザ出力を大きくする必要があるが、同時に発光デバイスへのダメージが大きくなることが懸念される。

したがって、現実的な対策としては、レーザ出力を抑えて、ウエーハの加工送り速度を例えば、７０〜１２０ｍｍ／ｓ程度の低速にして加工するしかなく、生産性の向上は困難な現状にある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、照射するレーザ出力を抑えつつ、高品質なウエーハの分割に支障を来たすことなくウエーハをより高速に加工することができるウエーハ加工方法、レーザ加工装置およびレーザ加工用プログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるウエーハ加工方法は、ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームを照射することによりウエーハに外力を加えて分割するためのレーザ加工溝を形成するウエーハ加工方法であって、ウエーハに対してパルスレーザビームを順次照射して前記レーザ加工溝を連続的に形成する際に、先行するパルスレーザビームの照射による前記レーザ加工溝の形成に伴い形成される熱歪を打ち消さない間隔をあけて後続のパルスレーザビームを照射させるようにしたことを特徴とする。

また、本発明にかかるウエーハ加工方法は、サファイア基板の表面に窒化物半導体層が形成され格子状に配列された複数のストリートによって形成された複数の領域に発光デバイスが形成されたウエーハに、該ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームを前記ストリートに沿って照射することによりウエーハに外力を加えて分割するためのレーザ加工溝を形成するウエーハ加工方法であって、ウエーハに対してパルスレーザビームを順次照射してアブレーション加工により前記レーザ加工溝を連続的に形成する際に、先行するパルスレーザビームの照射による前記レーザ加工溝の形成に伴い該レーザ加工溝の底部から成長するように形成される熱歪を打ち消さない間隔をあけて後続のパルスレーザビームを照射させるようにしたことを特徴とする。

また、本発明にかかるウエーハ加工方法は、上記発明において、前記熱歪を打ち消さない間隔は、ウエーハに対して照射するパルスレーザビームのレーザ出力および繰返し周波数に応じて設定されたウエーハとパルスレーザビームとの相対移動速度により規定されることを特徴とする。

また、本発明にかかるウエーハ加工方法は、上記発明において、前記熱歪を打ち消さない間隔は、１．５μｍ以上の一定の間隔に設定されていることを特徴とする。

また、本発明にかかるウエーハ加工方法は、上記発明において、パルスレーザビームの照射による前記レーザ加工溝を形成する工程の完了後に、ウエーハに外力を加えてウエーハを分割する分割工程をさらに有することを特徴とする。

また、本発明にかかるウエーハ加工方法は、上記発明において、前記レーザ加工溝と前記熱歪とを起点としてウエーハを分割することを特徴とする。

また、本発明にかかるウエーハ加工方法は、上記発明において、前記分割工程は、パルスレーザビームの照射による前記レーザ加工溝を形成する工程の完了後、２４時間以内に実行させることを特徴とする。

また、本発明にかかるレーザ加工装置は、上記発明において、ウエーハを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたウエーハに該ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームを照射することによりウエーハに外力を加えて分割するためのレーザ加工溝を形成するパルスレーザビーム照射手段と、前記保持手段と前記パルスレーザビーム照射手段とを相対的に加工送り方向に移動させる加工送り手段と、を有するレーザ加工装置であって、ウエーハに対してパルスレーザビームを順次照射して前記レーザ加工溝を連続的に形成する際に、先行するパルスレーザビームの照射による前記レーザ加工溝の形成に伴い形成される熱歪を打ち消さない間隔をあけて後続のパルスレーザビームを照射させるように前記パルスレーザビーム照射手段および前記加工送り手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかるレーザ加工装置は、上記発明において、前記制御手段は、前記熱歪を打ち消さない間隔を、前記パルスレーザビーム照射手段によりウエーハに対して照射するパルスレーザビームのパワーおよび繰返し周波数に応じて設定された前記加工送り手段によるウエーハとパルスレーザビームとの相対移動速度により規定することを特徴とする。

また、本発明にかかるレーザ加工装置は、上記発明において、前記熱歪を打ち消さない間隔は、１．５μｍ以上の一定の間隔に設定されていることを特徴とする。

また、本発明にかかるレーザ加工用プログラムは、ウエーハを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたウエーハに該ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームを照射することによりウエーハに外力を加えて分割するためのレーザ加工溝を形成するパルスレーザビーム照射手段と、前記保持手段と前記パルスレーザビーム照射手段とを相対的に加工送り方向に移動させる加工送り手段と、を有するレーザ加工装置が備えるコンピュータに、ウエーハに対してパルスレーザビームを順次照射して前記レーザ加工溝を連続的に形成する際に、先行するパルスレーザビームの照射による前記レーザ加工溝の形成に伴い形成される熱歪を打ち消さない間隔をあけて後続のパルスレーザビームを照射させるように前記パルスレーザビーム照射手段および前記加工送り手段を制御する制御手順を実行させることを特徴とする。

本発明にかかるウエーハ加工方法、レーザ加工装置およびレーザ加工用プログラムによれば、パルスレーザビームの照射によるアブレーション加工によりウエーハにレーザ加工溝を連続的に形成する際に、先行するパルスレーザビームに対して後続のパルスレーザビームを照射する間隔を最適化してレーザ加工溝の形成に伴い形成される熱歪を打ち消さないようにしたので、形成されるレーザ加工溝が浅めであってもレーザ加工溝に付随して形成される熱歪部分が残存しその残留応力によってウエーハの抗折強度が低下することでウエーハの分割が可能となり、よって、照射するレーザ出力を抑えつつ、高品質なウエーハの分割に支障を来たすことなくウエーハをより高速に加工することができるという効果を奏する。

以下、本発明を実施するための最良の形態であるウエーハ加工方法、レーザ加工装置並びにレーザ加工用プログラムについて図面を参照して説明する。本実施の形態は、例えばサファイア基板の表面に窒化物半導体層が形成され格子状に配列された複数のストリートによって形成された複数の領域に発光デバイスが形成されたウエーハに、該ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームをストリートに沿って照射することによりウエーハに外力を加えて分割するためのレーザ加工溝を形成する場合への適用例を示す。本発明は、実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。

図１は、本実施の形態のウエーハ加工方法中のレーザ加工工程を実施するためのレーザ加工装置の主要部を示す外観斜視図であり、図２は、加工手段の構成例を示す概略ブロック図である。本実施の形態のレーザ加工装置２０は、ウエーハ１を保持する保持手段２１と、保持手段２１上に保持されたウエーハ１にパルスレーザビームを照射するパルスレーザビーム照射手段２２と、保持手段２１上に保持されたウエーハ１を撮像する撮像手段２３とを備えている。また、保持手段２１は、ウエーハ１を吸引保持するとともに、円筒部２４内の図示しないモータに連結されて回転可能に設けられている。

また、保持手段２１は、２段の滑動ブロック２５，２６上に搭載されている。保持手段２１は、滑動ブロック２５に対してボールネジ２７、ナット（図示せず）、パルスモータ２８等により構成された加工送り手段２９によって加工送り方向となるＸ軸方向に移動可能に設けられ、搭載されたウエーハ１をパルスレーザビーム照射手段２２が照射するパルスレーザビームに対して相対的に加工送りさせる。保持手段２１は、同様に、滑動ブロック２６に対してボールネジ３０、ナット（図示せず）、パルスモータ３１等により構成された割り出し送り手段３２によって割り出し送り方向となるＹ軸方向に移動可能に設けられ、搭載されたウエーハ１をパルスレーザビーム照射手段２２が照射するパルスレーザビームに対して相対的に割り出し送りさせる。

また、パルスレーザビーム照射手段２２は、基本的には、ウエーハ１に対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームを照射することにより、後の分割工程でウエーハ１に外力を加えて分割するためのレーザ加工溝を形成するためのレーザ加工工程を実施するためのものである。

このようなパルスレーザビーム照射手段２２は、実質上水平に配置されたケーシング３５を含んでおり、支持ブロック３６に対してこのケーシング３５を介して図示しないＺ軸移動手段によってＺ軸方向に移動可能に設けられている。パルスレーザビーム照射手段２２は、図２に示すようにケーシング３５内に配設されたパルスレーザビーム発振手段３７および伝送光学系３８と、ケーシング３５の先端に配設されパルスレーザビーム発振手段３７によって発振されたパルスレーザビームを保持手段２１に保持されたウエーハ１に照射する集光器３９を具備している。パルスレーザビーム発振手段３７は、ＹＡＧレーザ発振器或いはＹＶＯ４レーザ発振器からなるパルスレーザビーム発振器３７ａと、これに付設されたＱスイッチ３７ｂとから構成されている。このパルスレーザビーム発振器３７ａやＱスイッチ３７ｂは、後述する制御手段によって制御され、出力するレーザ出力（ピークパワー：１パルスのエネルギーをパルス幅で割った値；以下同様）およびパルスレーザビームの繰返し周波数（１秒間に繰返されるパルスの総数；以下同様）が規定される。伝送光学系３８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。集光器３９には、組レンズ等の周知構成からなる集光レンズ（図示せず）が収容されている。

また、ケーシング３５の先端部に装着された撮像手段２３は、保持手段２１上に保持されたウエーハ１の上面を撮像し、パルスレーザビーム照射手段２２の集光器３９から照射されるパルスレーザビームによって加工すべき領域を検出するためのものである。この撮像手段２３は、可視光線によって撮像する撮像素子（ＣＣＤ）等で構成され、撮像した画像信号を後述の制御手段に送る。

また、本実施の形態のレーザ加工装置２０は、図１に示すように、制御手段１０を具備している。この制御手段１０はマイクロコンピュータによって構成されており、特に図示しないが、制御プログラムにしたがって演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）、制御プログラム等を格納するＲＯＭ、ウエーハ１にパルスレーザビームを照射するために各ストリートの始点、終点等のＸ，Ｙ座標値等に基づき設定されるストリートに関する設定情報や演算結果等を格納する読み書き可能なＲＡＭ等を備えている。また、制御手段１０は、レーザ加工工程の実施時にはレーザ加工用プログラムに基づき、後述するように、ウエーハ１に対してパルスレーザビームを順次照射してレーザ加工溝を連続的に形成する際に、先行するパルスレーザビームの照射によるレーザ加工溝の形成に伴い形成される熱歪を打ち消さない間隔をあけて後続のパルスレーザビームを照射させるようにパルスレーザビーム照射手段２２、加工送り手段２９、その他の各部の動作を制御する。

次いで、このようなレーザ加工装置２０を用いたウエーハ１のレーザ加工工程について説明する。図３は、ウエーハを示す外観斜視図である。ウエーハ１は、環状のフレーム２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３に表面１ａを上側にして貼着された状態で用意される。ウエーハ１は、透明体基板の表面に機能層が形成され格子状に配列された複数のストリートによって形成された複数の領域にデバイスが形成されたものである。具体的には、例えばサファイア基板の表面に窒化物半導体層が形成され格子状に配列された複数の第１のストリート４と複数の第２のストリート５とによって区画形成された複数の矩形領域に発光ダイオード（ＬＥＤ）からなるデバイス６が形成されている。なお、ウエーハ１の基板は、サファイア基板の他に、石英ガラス、リチウムタンタレイト等であってもよい。

図３に示すように、環状のフレーム２に保護テープ３を介して支持されたウエーハ１は、図１に示すレーザ加工装置２０の保持手段２１上に保護テープ３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ウエーハ１は、保護テープ３を介して保持手段２１上に吸引保持される。なお、環状のフレーム２は、クランプ２１ａによって固定される。

そして、ウエーハ１を吸引保持した保持手段２１を、加工送り手段２９によって撮像手段２３の直下に位置付け、撮像手段２３および制御手段１０によってウエーハ１のレーザ加工すべき領域を検出するアライメント作業並びに第１、第２のストリート４，５に対するストリート検出作業を実行する。

次に、制御手段１０は、上述のストリート検出作業で得られた加工送り開始位置、加工送り終了位置の各座標値を参照して、各ストリート４，５の一端から他端に向けてパルスレーザビーム照射手段２２によるパルスレーザビームを順次照射してレーザ加工溝を形成するレーザ加工工程を実施する。

すなわち、保持手段２１を移動して加工対象となる第１のストリート４の一端である加工送り開始位置を図４に示すように集光器３９の直下に位置付ける。このとき、パルスレーザビームの照射点Ｐをウエーハ１の表面１ａ（上面）付近に合わせる。そして、加工送り手段２９によって保持手段２１、即ちウエーハ１を図４において矢印Ｘ１で示す方向に加工送りしつつ、集光器３９からウエーハ１の基板に対してパルスレーザビームの照射を順次行う。そして、第１のストリート４の他端である加工送り終了位置がパルスレーザビーム照射手段２２の集光器３９の照射位置に達したら、パルスレーザビームの照射を停止するとともに保持手段２１、即ちウエーハ１の加工送りを停止する。

以上のようにして、ウエーハ１に形成された加工対象となる第１のストリート４に対してレーザ加工工程を実施した後、保持手段２１を図１において矢印Ｙで示す方向に第１のストリート４の間隔だけ割り出し送りし、次の加工対象となるストリート４に対してレーザ加工工程を実施する。

このようにしてウエーハ１の所定方向に延在する全ての第１のストリート４についてのレーザ加工工程が終了すると、保持手段２１、したがってこれに保持されているウエーハ１を９０度回動させ、第１のストリート４に対して直交する方向に形成された第２のストリート５に沿って上述のレーザ加工工程を同様に実行することにより、ウエーハ１の全ての第１、第２のストリート４，５に沿ってレーザ加工溝が形成される。

以上のようにして、レーザ加工工程が実施されたウエーハ１は、次工程である図示しない分割装置による分割工程に搬送される。分割工程においては、ウエーハ１の第１、第２のストリート４，５に形成されたレーザ加工溝に沿って外力が付与される。この結果、レーザ加工溝が破断の起点となり、ウエーハ１は第１、第２のストリート４，５に沿って確実に破断される。

ここで、ウエーハにパルスレーザビームを順次照射してレーザ加工溝を連続的に形成する際に、従来にあっては、照射するパルスレーザビームのレーザ出力を抑えるとともに加工送り速度を例えば７０〜１２０ｍｍ／ｓ程度に低速化させることで、形成されるレーザ加工溝の深さを深くしているものである。

これに対して、本実施の形態では、加工送り手段２９によってウエーハ１（保持手段２１）を加工送り方向に所定の加工送り速度で加工送りさせながら、ウエーハ１に対してパルスレーザビーム照射手段２２によってパルスレーザビームを順次照射してレーザ加工溝を連続的に形成する際に、照射するパルスレーザビームのレーザ出力を抑えるとともに加工送り速度を例えば３００ｍｍ／ｓ程度に高速化させることで、高速なレーザ加工を可能としつつウエーハ１を高品質に分割できるようにしたものである。図５は、ウエーハ１のあるストリートに対して所定のレーザ出力のパルスレーザビームが順次連続的に照射される様子を平面的かつ模式的に示す説明図である。この図５において、本実施の形態では、例えば先行するパルスレーザビームＢ１に対して後続のパルスレーザビームＢ２を照射する間隔Ｔを最適化させることで、レーザ出力を抑えつつ加工送り速度を適正に高速化させることができるようにしたものである。

これは、ウエーハ１にパルスレーザビームを照射することによるアブレーション加工によりレーザ加工溝が形成される際に、同時に、レーザ加工溝に付随してその底部から成長する熱歪が形成される熱歪形成加工がなされ、かつ、この熱歪が残存する場合に熱歪部分の残留応力によってウエーハの抗折強度が低下することを本発明者らが見出したことを利用したものである。

図６は、ウエーハ１に対してパルスレーザビームＢが相対移動しながら連続的に順次照射されることによる、アブレーション加工と熱歪形成加工との様子を時系列順に示す模式図である。すなわち、ウエーハ１に対してパルスレーザビームＢが照射されると、プラズマＰが発生することによるアブレーション加工によってウエーハ１にはレーザ加工溝７が形成される。ここで、レーザ加工溝７をストリートに沿って連続的に形成するために、パルスレーザビームＢは、オーバーラップするように順次連続的に照射され、プラズマＰも重なるように発生する。また、発生したプラズマＰは、時間の経過とともに段々小さくなっていく。このようなアブレーション加工によりレーザ加工溝７が形成される際、プラズマＰによる加熱に伴いレーザ加工溝７の底部側においてサファイア基板に膨張が起き、その後、自然冷却することにより、レーザ加工溝７の底部から真下に成長する熱歪８が形成される熱歪形成加工がなされる。

ここで、熱歪８は、加熱→自然冷却により生ずるため、自然冷却が妨げられると熱歪８が生じにくいものとなる。すなわち、順次連続的に照射されるパルスレーザビームＢに伴いプラズマＰは重なって発生するが、あまり近すぎるとプラズマＰ発生後の自然冷却の速度が抑えられて熱歪８の発生が妨げられることとなる。そこで、本実施の形態では、このような熱歪８の特性に着目し、先行するパルスレーザビームＢ１の照射によるレーザ加工溝７の形成に伴いこのレーザ加工溝７の底部から成長するように形成される熱歪８を打ち消さない間隔Ｔをあけて後続のパルスレーザビームＢ２を照射させるようにしたものである。

以下、実験結果を参照して従来方式と比較しつつ本実施の形態によるウエーハ加工方法について説明する。まず、加工送り速度の違いによる抗折強度の変化を測定した実験結果について説明する。ここで、抗折強度の測定方法は、図７に示すように、ウエーハ１に形成されたレーザ加工溝７のラインと分割刃４１による分割位置とが上下で同じ位置にくるようにして計測したものである。この際、分割刃４１の押込量は８０μｍ、刃落とし速度は２０００μｍ／ｓ、受け刃４２の幅は５２５μｍとした。

まず、第１の実験では、パルスレーザビーム照射手段２２によりウエーハ１に照射するパルスレーザビームの波長を３５５ｎｍとし、レーザ出力を２３Ｗ（ピークパワー）とし、繰返し周波数を２００ｋＨｚとし、照射するスポット径φを７μｍとし、チップサイズ３５０μｍ、ＰＥＴ基材からなる保護テープ３を用いた厚さ１００μｍのサファイア基板からなるウエーハ１に対して加工送り速度を変えてパルスレーザビームを照射したものである。加工送り速度としては、従来の１２０ｍｍ／ｓ、１５０ｍｍ／ｓ、２００ｍｍ／ｓに加えて、本実施の形態の３００ｍｍ／ｓ、４００ｍｍ／ｓ、５００ｍｍ／ｓ、６００ｍｍ／ｓの各速度で実験を行ったものである。実験結果を図８に示す。なお、横軸は、加工送り速度に応じて変化するパルス間の間隔Ｔで示している（図９および図１０でも同様）。抗折強度は、レーザ加工後、３０分以内に測定した。抗折強度の折れ線は、各速度での平均値を結んだものである。

図８に示す実験結果によれば、従来方式の１２０ｍｍ／ｓ、１５０ｍｍ／ｓのような低速の場合、形成されるレーザ加工溝が深くなるために目的通り抗折強度が低くなることがわかる。一方、従来方式の２００ｍｍ／ｓの場合、形成されるレーザ加工溝の深さは２０μｍ程度であり、抗折強度は３３４．８ＭＰａに留まったものである。よって、従来方式の場合、レーザ出力を２３Ｗ（ピークパワー）するときは、現実的には１５０ｍｍ／ｓ以下の低速で加工せざるを得ないといえる。

一方、本実施の形態のように加工送り速度を３００ｍｍ／ｓ以上に高速化した場合、形成されるレーザ加工溝７の深さが浅くなっても、抗折強度が２００ｍｍ／ｓの場合よりも低下していることがわかる。特に、加工送り速度が３００ｍｍ／ｓ（パルス間の間隔Ｔ＝１．５μｍ）の場合には、抗折強度が２１２．６ＭＰａまで低下し、１２０ｍｍ／ｓの場合の抗折強度２８０．７ＭＰａよりも低いことがわかる。また、加工送り速度を６００ｍｍ／ｓに高速化しても、抗折強度は２００ｍｍ／ｓの場合よりも低く、分割可能であることがわかる。

また、第２の実験では、パルスレーザビーム照射手段２２によりウエーハ１に照射するパルスレーザビームのレーザ出力を６２Ｗ（ピークパワー）とし、繰返し周波数を９０ｋＨｚとし、第１の実験の場合と同じウエーハ１に対して加工送り速度を変えてパルスレーザビームを照射したものである。加工送り速度としては、従来の７０ｍｍ／ｓ、８５ｍｍ／ｓ、１１０ｍｍ／ｓに加えて、本実施の形態の１５０ｍｍ／ｓ、１８０ｍｍ／ｓ、２７０ｍｍ／ｓ、４５０ｍｍ／ｓの各速度で実験を行ったものである。実験結果を図９に示す。抗折強度は、レーザ加工後、３０分以内に測定した。抗折強度の折れ線は、各速度での平均値を結んだものである。

図９に示す実験結果によれば、従来方式の７０ｍｍ／ｓ、８５ｍｍ／ｓのような低速の場合、形成されるレーザ加工溝が深くなるために目的通り抗折強度が低くなることがわかる。一方、従来方式の１１０ｍｍ／ｓの場合、形成されるレーザ加工溝の深さは１７μｍ程度であり、抗折強度は３８０ＭＰａ程度に留まったものである。よって、従来方式の場合、レーザ出力を６２Ｗ（ピークパワー）としたときには、現実的には８５ｍｍ／ｓ以下の低速で加工せざるを得ないといえる。

一方、本実施の形態のように加工送り速度を１５０ｍｍ／ｓ以上に高速化した場合、形成されるレーザ加工溝７の深さが浅くなっても、抗折強度が１１０ｍｍ／ｓの場合よりも低下していることがわかる。特に、加工送り速度が２７０ｍｍ／ｓ（パルス間の間隔Ｔ＝３．０μｍ）の場合には、抗折強度が約１８０ＭＰａまで低下し、８５ｍｍ／ｓの場合の抗折強度（約３００ＭＰａ）よりも低いことがわかる。また、加工送り速度を４５０ｍｍ／ｓに高速化しても、抗折強度は従来方式の場合よりも低く、分割可能であることがわかる。

実験１，２の結果によれば、レーザ出力（ピークパワー）が大きいと、抗折強度が低下するパルスレーザビーム間の間隔Ｔは長くなる。よって、抗折強度が最も弱くなるパルスレーザビーム間の間隔Ｔは、レーザ出力（ピークパワー）を変えた場合、図１０に示すようなリニアな特性を示すものと推定される。

このように、本実施の形態の方式によれば、加工送り速度を高速化し、形成されるレーザ加工溝７の深さが浅くなっているにも関わらず、割れやすくなっている。これは、既に形成された熱歪８を打ち消さない間隔Ｔをあけて後続のパルスレーザビームを照射するように加工送り速度を敢えて高速化することによって、アブレーション加工によるレーザ加工溝７に付随して形成される熱歪８部分が図７中に破線で模式的に示すようにレーザ加工溝７の底部側に残存し、その残留応力によってウエーハ１の抗折強度が低下するためと推測される。逆に、従来にあっては、抗折強度が低下するように目的とする深さのレーザ加工溝を形成するために、加工送り速度を極力低速化させているものである。よって、順次連続的に照射するパルスレーザビーム間のオーバーラップ量が必然的に大きくなり、先行するパルスレーザビームの照射によって熱歪部分が形成されようとしても、後続のパルスレーザビームもすぐに照射されて冷却が妨げられるため、熱歪が生じにくく、あるいは、生じても打ち消されて残存することはない。よって、熱歪による抗折強度が低下する効果は得られず、レーザ加工溝の深さのみに依存するものとなっている。

このように、本実施の形態によれば、パルスレーザビームの照射によるアブレーション加工によりウエーハ１にレーザ加工溝７を連続的に形成する際に、先行するパルスレーザビームの照射によるレーザ加工溝７の形成に伴い形成される熱歪８を打ち消さない間隔Ｔをあけて後続のパルスレーザビームを照射させるようにしたので、アブレーション加工により形成されるレーザ加工溝７が浅めであってもレーザ加工溝７に付随して形成される熱歪８部分が残存しその残留応力によってウエーハ１の抗折強度が低下する。よって、レーザ加工溝７と熱歪８とを起点としてウエーハ１を分割することにより、高品質な分割が可能となる。このようにして、本実施の形態によれば、照射するレーザ出力を抑えつつ、高品質なウエーハの分割に支障を来たすことなくウエーハ１をより高速に加工することができる。また、アブレーション加工により形成されるレーザ加工溝７の深さを浅くすることができるので、チップとして分割形成される発光ダイオード（ＬＥＤ）からなるデバイス６の発光面に対するダメージが少なくて済むとともに、へき開面が多くなり、発光輝度を向上させることができる。

また、実験１における加工送り速度を従来の２００ｍｍ／ｓとした場合と本実施の形態のように３００ｍｍ／ｓとした場合の分割時の斜め割れを比較した結果を図１１に示す。ここで、斜め割れとは、分割刃４１による分割位置に対する実際の割れの水平方向のずれ量を意味する。サンプル数は、それぞれ３０とした。比較の結果、２００ｍｍ／ｓの場合には、斜め割れ量（平均）が４．５４μｍであったのに対して、本実施の形態の３００ｍｍ／ｓの場合には、斜め割れ量（平均）が２．３１μｍに向上し、チップの斜め割れも抑制することができたものである。上述したように、分割に際して熱歪８部分が残存して抗折強度が低下するとともに、熱歪８部分がレーザ加工溝７の底部直下に位置して分割時のトリガとなり直進性が増しているためと思われる。

さらに、実験１における加工送り速度を本実施の形態の３００ｍｍ／ｓとしてレーザ加工を行った場合の、抗折強度の時間経過に伴う変化を調べたところ、図１２に示すような結果が得られたものである。すなわち、抗折強度は、レーザ加工後、３０分以内に測定した場合には、前述したように２１２．６ＭＰａ（平均値）であったが、４８時間後には３０５．８ＭＰａ（平均値）に上昇し、割れにくくなったものである。これは、アブレーション加工により形成されるレーザ加工溝７が永久変形的なものであるのに対して、加熱−冷却により生じた熱歪８が有する残留応力が時間の経過とともに解放ないしは緩和されるためと推測される。よって、本実施の形態では、レーザ加工工程が完了した後、２４時間以内に分割工程を行わせることで、熱歪８による抗折強度の低下効果を有効に利用するものである。

本発明の実施の形態のウエーハ加工方法中のレーザ加工工程を実施するためのレーザ加工装置の主要部を示す外観斜視図である。 加工手段の構成例を示す概略ブロック図である。 ウエーハを示す外観斜視図である。 レーザ加工工程を示す概略側面図である。 ウエーハのあるストリートに対して所定のレーザ出力のパルスレーザビームが順次連続的に照射される様子を平面的かつ模式的に示す説明図である。 アブレーション加工と熱歪形成加工との様子を時系列順に示す模式図である。 抗折強度の測定方法を示す説明図である。 第１の実験結果としてパルス間隔−抗折強度、加工深さの関係を示すグラフである。 第２の実験結果としてパルス間隔−抗折強度、加工深さの関係を示すグラフである。 抗折強度が最小となるパルス間隔とピークパワーとの関係を示す特性図である。 加工送り速度−斜め割れの実験結果の比較例を示す説明図である。 抗折強度の時間経過特性の実験結果を示す説明図である。

符号の説明

１ ウエーハ
４，５ ストリート
６ デバイス
７ レーザ加工溝
８ 熱歪
１０ 制御手段
２０ レーザ加工装置
２１ 保持手段
２２ パルスレーザビーム照射手段
２９ 加工送り手段
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２ パルスレーザビーム
Ｔ 間隔

Claims (11)

1. ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームを照射することによりウエーハに外力を加えて分割するためのレーザ加工溝を形成するウエーハ加工方法であって、
   ウエーハに対してパルスレーザビームを順次照射して前記レーザ加工溝を連続的に形成する際に、先行するパルスレーザビームの照射による前記レーザ加工溝の形成に伴い形成される熱歪を打ち消さない間隔をあけて後続のパルスレーザビームを照射させるようにしたことを特徴とするウエーハ加工方法。
2. サファイア基板の表面に窒化物半導体層が形成され格子状に配列された複数のストリートによって形成された複数の領域に発光デバイスが形成されたウエーハに、該ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームを前記ストリートに沿って照射することによりウエーハに外力を加えて分割するためのレーザ加工溝を形成するウエーハ加工方法であって、
   ウエーハに対してパルスレーザビームを順次照射してアブレーション加工により前記レーザ加工溝を連続的に形成する際に、先行するパルスレーザビームの照射による前記レーザ加工溝の形成に伴い該レーザ加工溝の底部から成長するように形成される熱歪を打ち消さない間隔をあけて後続のパルスレーザビームを照射させるようにしたことを特徴とするウエーハ加工方法。
3. 前記熱歪を打ち消さない間隔は、ウエーハに対して照射するパルスレーザビームのレーザ出力および繰返し周波数に応じて設定されたウエーハとパルスレーザビームとの相対移動速度により規定されることを特徴とする請求項１または２に記載のウエーハ加工方法。
4. 前記熱歪を打ち消さない間隔は、１．５μｍ以上の一定の間隔に設定されていることを特徴とする請求項３に記載のウエーハ加工方法。
5. パルスレーザビームを照射して前記レーザ加工溝を形成する工程の完了後に、ウエーハに外力を加えてウエーハを分割する分割工程をさらに有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のウエーハ加工方法。
6. 前記分割工程は、前記レーザ加工溝と前記熱歪とを起点としてウエーハを分割することを特徴とする請求項５に記載のウエーハ加工方法。
7. 前記分割工程は、パルスレーザビームを照射して前記レーザ加工溝を形成する工程の完了後、２４時間以内に実行させることを特徴とする請求項５または６に記載のウエーハ加工方法。
8. ウエーハを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたウエーハに該ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームを照射することによりウエーハに外力を加えて分割するためのレーザ加工溝を形成するパルスレーザビーム照射手段と、前記保持手段と前記パルスレーザビーム照射手段とを相対的に加工送り方向に移動させる加工送り手段と、を有するレーザ加工装置であって、
   ウエーハに対してパルスレーザビームを順次照射して前記レーザ加工溝を連続的に形成する際に、先行するパルスレーザビームの照射による前記レーザ加工溝の形成に伴い形成される熱歪を打ち消さない間隔をあけて後続のパルスレーザビームを照射させるように前記パルスレーザビーム照射手段および前記加工送り手段を制御する制御手段を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
9. 前記制御手段は、前記熱歪を打ち消さない間隔を、前記パルスレーザビーム照射手段によりウエーハに対して照射するパルスレーザビームのレーザ出力および繰返し周波数に応じて設定された前記加工送り手段によるウエーハとパルスレーザビームとの相対移動速度により規定することを特徴とする請求項８に記載のレーザ加工装置。
10. 前記熱歪を打ち消さない間隔は、１．５μｍ以上の一定の間隔に設定されていることを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工装置。
11. ウエーハを保持する保持手段と、該保持手段に保持されたウエーハに該ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームを照射することによりウエーハに外力を加えて分割するためのレーザ加工溝を形成するパルスレーザビーム照射手段と、前記保持手段と前記パルスレーザビーム照射手段とを相対的に加工送り方向に移動させる加工送り手段と、を有するレーザ加工装置が備えるコンピュータに、
    ウエーハに対してパルスレーザビームを順次照射して前記レーザ加工溝を連続的に形成する際に、先行するパルスレーザビームの照射による前記レーザ加工溝の形成に伴い形成される熱歪を打ち消さない間隔をあけて後続のパルスレーザビームを照射させるように前記パルスレーザビーム照射手段および前記加工送り手段を制御する制御手順を実行させることを特徴とするレーザ加工用プログラム。

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