JP2014014825A - レーザダイシング方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】パルスレーザビームの照射条件を最適化することで、優れた割断特性を実現するレーザダイシング方法を提供する。
【解決手段】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、クラックが被加工基板表面において連続するよう形成するレーザダイシング方法であって、被加工基板に対してパルスレーザビームを第１の直線に沿って照射する第１のクラック形成ステップと、被加工基板に対してパルスレーザビームを第１の直線に直交する第２の直線に沿って照射する第２のクラック形成ステップと、を有し、第１の直線と第２の直線が交差する領域において、第１のクラック形成ステップまたは第２のクラック形成ステップで、パルスレーザビームの光パルス密度を増加させるレーザダイシング方法。
【選択図】図２

Description

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方法に関する。
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。そして、この改質領域を起点として加工対象物を割断する。
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改質領域の形成を制御している。
ダイシングには割断部の高い直線性求められる。例えば、ジグザグ形状にしか割断されないとすると、加工対象物に形成される半導体素子にダイシングの影響がおよび素子特性が劣化したり、ダイシングラインの幅を広くとる必要が生じ、基板上に形成できる素子数が減少したりといった問題が生じる。
特許第３８６７１０７号公報
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照射条件を最適化することで、優れた割断特性を実現するレーザダイシング方法を提供することを目的とする。
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、前記パルスレーザビームの照射エネルギー、前記パルスレーザビームの加工点深さ、および、前記パルスレーザビームの照射領域および非照射領域の長さを制御することにより、前記クラックが前記被加工基板表面において連続するよう形成するレーザダイシング方法であって、前記被加工基板に対してパルスレーザビームを第１の直線に沿って照射する第１のクラック形成ステップと、前記被加工基板に対してパルスレーザビームを前記第１の直線に直交する第２の直線に沿って照射する第２のクラック形成ステップと、を有し、前記第１の直線と前記第２の直線が交差する領域において、前記第１のクラック形成ステップまたは前記第２のクラック形成ステップで、パルスレーザビームの光パルス密度を増加させることを特徴とする。
上記態様の方法において、前記第１または第２のクラック形成ステップにおいて、パルスレーザビームの光パルス密度を増加させる箇所の情報を備える照射制御信号を発生し、前記照射制御信号を用いて、前記第１の直線と前記第２の直線が交差する領域における光パルス密度を増加させることが望ましい。
上記態様の方法において、前記クラックが前記被加工基板表面において略直線的に形成されることが望ましい。
上記態様の方法において、前記被加工基板の位置と前記パルスピッカーの動作開始位置が同期することが望ましい。
上記態様の方法において、前記被加工基板がサファイア基板、水晶基板、またはガラス基板を含むことが望ましい。
本発明によれば、パルスレーザビームの照射条件を最適化することで、優れた割断特性を実現するレーザダイシング方法を提供することが可能になる。
実施の形態のレーザダイシング方法で用いられるレーザダイシング装置の一例を示す概略構成図である。 実施の形態のレーザダイシング方法の工程フロー図である。 実施の形態のレーザダイシング方法の説明図である。 実施の形態のＬＥＤの一例を示す断面図である。 レーザダイシング方法の問題点を説明する図である。 実施の形態のレーザダイシング方法の説明図である。 実施の形態のレーザダイシング方法の作用を示す図である。 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。 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。 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。 実施の形態のクラック形成ステップにおける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１１のＡＡ断面図である。 実施の形態の作用の説明図である。 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。
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。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。
また、本明細書中、光パルス密度とは、光パルス単位でパルスレーザビームの照射と非照射を繰り返す際に、走査線上における照射光パルス数の密度を意味するものとする。
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、パルスレーザビームの照射エネルギー、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領域および非照射領域の長さを制御することにより、クラックが被加工基板表面において連続するよう形成するレーザダイシング方法である。そして、被加工基板に対してパルスレーザビームを第１の直線に沿って照射する第１のクラック形成ステップと、被加工基板に対してパルスレーザビームを第１の直線に直交する第２の直線に沿って照射する第２のクラック形成ステップと、を有する。そして、第１の直線と第２の直線が交差する領域において、第１のクラック形成ステップまたは第２のクラック形成ステップで、パルスレーザビームの光パルス密度を増加させる。
上記構成により、被加工基板について、優れた割断特性を実現するレーザダイシング方法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）工程が簡略であること、（３）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、等が挙げられる。特に、被加工基板上に形成される素子のダイシングラインの交点、すなわち、パルスレーザビームの走査が交差する領域において、直線性の低い、例えばジグザグ形状の割断部が生じることを抑制することが可能となる。
さらに、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。
上記レーザダイシング方法を実現する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。
図１は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、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、照射制御部２５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。
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。
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。
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。
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、例えばラマン回折型の電気光学素子（ＥＯＭ）を用いても構わない。
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。
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。
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。
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。
照射制御部２５は、クラック形成の際にパルスレーザビームの照射が重複しうる箇所において、パルスレーザビームの光パルス密度を増加させるために、光パルス密度増加箇所の情報を記憶する。そして、記憶された情報に基づきパルスレーザビームの照射の光パルス密度増加箇所の情報を備える照射制御信号（Ｓ６）を生成し、パルスピッカー制御部２４へ伝達する機能を備える。光パルス密度増加箇所の情報は、例えば、ダイシングラインの交点、あるいは、交点を含む所定の範囲を特定するＸＹ座標である。
次に、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、図面を参照しつつ説明する。図２は、実施の形態のレーザダイシング方法の工程フロー図である。図３は、実施の形態のレーザダイシング方法の説明図である。
まず、被加工基板Ｗをレーザダイシング装置１０のＸＹＺステージ部２０上に載置するステップを行う（Ｓｔｅｐ１）。被加工基板Ｗは、例えば、サファイア基板上のエピタキシャル半導体層を用いて複数のＬＥＤ１００が形成されたウェハである。
図３に示すように、被加工基板Ｗには、複数のＬＥＤ１００が形成されている。ＬＥＤ１００の間は、ＬＥＤ１００を個々に分割するために所定の幅を備える領域、いわゆるダイシングラインとなっている。ダイシングラインの幅は、ダイシング装置の能力、素子の種類等により、素子の十分な収率を実現するための所定の幅に設定される
図４は、ＬＥＤ１００の一例を示す断面図である。図４に示すように、ＬＥＤ１００は、例えばサファイア基板１０１と、サファイア基板１０１上に、例えば、エピタキシャル成長により形成されたＧａＮ系の半導体層１０２を備える。半導体層１０２は、発光層１０２ａを備える。また、半導体層１０２に通電するための第１の電極１０３および第２の電極１０４を備えている。
Ｓｔｅｐ１では、ＬＥＤ１００のサファイア基板１０１が上面にくるよう被加工基板ＷをＸＹＺステージ部２０上に載置する。ここで、ＬＥＤ１００の配置のＸ方向のピッチを「ａ」、Ｙ方向のピッチを「ｂ」とする。
次に、パルスレーザビームを第１の直線（Ｌ１）に沿って照射し、クラックを形成する第１のクラック形成ステップを行う（Ｓｔｅｐ２）。ここで、第１の直線（Ｌ１）とは、被加工基板のＸ方向に垂直なダイシングラインに沿った直線を意味する。すなわち、ＸＹ座標上で、Ｘ＝ｘ０＋（ｎ−１）ａで表される直線である。なお、図３ではｎ＝１〜７となっている。
第１のクラック形成ステップでは、照射／非照射＝１／１の割合でパルスレーザビームを照射する。
次に、パルスレーザビームを第１の直線（Ｌ１）に直交する第２の直線（Ｌ２）に沿って照射し、クラックを形成する第２のクラック形成ステップを行う（Ｓｔｅｐ３）。ここで、第２の直線（Ｌ２）とは、被加工基板のＹ方向に垂直なダイシングラインに沿った直線を意味する。すなわち、ＸＹ座標上で、Ｙ＝ｙ０＋（ｋ−１）ｂで表される直線である。なお、図３ではｋ＝１〜６となっている。
図５は、レーザダイシング方法の問題点を説明する図である。図５（ａ）がパルスレーザビームの照射パターンを示す図、図５（ｂ）が図５（ａ）の照射パターンにより形成されるクラックの形状を示す図である。それぞれの図とも、例えば、図３における点線の円で囲まれた領域の拡大図である。また、図５において実線の円は、パルスレーザビームが被加工基板Ｗ表面に照射される領域を示している。点線の円はパルスレーザビームが非照射となる領域を示している。
図５（ａ）に示すように、第１の直線（Ｌ１）と第２の直線（Ｌ２）の交差する領域においても、他の領域と同様に一定の光パルス密度でパルスレーザビームの照射を行うとする。この場合、図５（ｂ）に示すように、クラックが第１の直線（Ｌ１）と第２の直線（Ｌ２）の交差する領域で斜光しジグザグ形状になる場合がある。
クラックは、通常、パルスレーザビームの照射で基板内に形成される改質領域間を結ぶように形成される。図５（ｂ）の場合、第２のクラック形成ステップで、第２の直線（Ｌ２）に沿ってパルスレーザビームを照射する際には、第１の直線（Ｌ１）と第２の直線（Ｌ２）の交差する領域において、既に、第１のクラック形成ステップで形成された改質領域やクラックが存在する。このため、例えば、第１あるいは第２の直線に対して斜行する方向の結晶方向が割断されやすい方向であるとすると、第２のクラック形成ステップの際に、第２の直線（Ｌ２）に対して斜行するクラックが形成されると考えられる。
このような、斜行するクラック、あるいは、ジグザグ形状のクラックが形成されると、例えば、被加工基板Ｗ上に形成されるＬＥＤ等の素子特性の劣化等が生じ、素子の収率が低下するという問題が生ずる。あるいは、このような、ジグザグ形状をおり込んでダイシングラインの幅を設定すると、一枚の被加工基板Ｗに形成可能な素子数が減少するという問題が生ずる。
実施の形態においては、第１の直線（Ｌ１）と第２の直線（Ｌ２）が交差する領域において、第１のクラック形成ステップまたはクラック形成ステップのいずれか一方または両方のステップで、パルスレーザビームの光パルス密度を増加させるようパルスレーザビームの照射を制御する。
図６は、実施の形態のレーザダイシング方法の説明図である。図６（ａ）、図６（ｂ）ともに、図３における点線の円で囲まれた領域の拡大図である。Ｘ＝ｘ０＋２ａで表される第１の直線（Ｌ１）と、Ｙ＝ｙ０＋（ｋ−１）ｂで表される第２の直線（Ｌ２）が交差する領域を示している。
図６において実線の円は、パルスレーザビームが被加工基板Ｗ表面に照射される領域を示している。点線の円はパルスレーザビームが非照射となる領域を示している。
例えば、図６（ａ）に示すように、第１のクラック形成ステップにおいては、第１の直線（Ｌ１）と第２の直線（Ｌ２）が交差する領域、すなわち、ダイシングラインの交点において、パルスレーザビームの光パルス密度を増加させて、パルスレーザビームを照射する。具体的には、第１の直線（Ｌ１）と第２の直線（Ｌ２）が交差する以外の領域では非照射としていた領域の少なくとも一部を照射領域とするパターンで照射を行う。
次に、図６（ｂ）に示すように、第２のクラック形成ステップにおいても、第１の直線（Ｌ１）と第２の直線（Ｌ２）が交差する領域、すなわち、ダイシングラインの交点において、パルスレーザビームの光パルス密度を増加させて、パルスレーザビームを照射する。具体的には、第１の直線（Ｌ１）と第２の直線（Ｌ２）が交差する以外の領域では非照射としていた領域の少なくとも一部を照射領域とするパターンで照射を行う。
図７は、実施の形態の作用を示す図である。図７に示すように、実施の形態によれば、第１および第２のクラック形成ステップの後に、直線性の高いクラックが形成される。したがって、直線性の高い割断部の形成が可能となる。これは、ダイシングラインの交点において光パルス密度を増加させることにより改質領域の密度も高くなり、第１および第２の直線に沿った割断が生じやすくなるため、第１または第２の直線に斜行する割断が生じにくくなるためと考えられる。
なお、第１および第２のクラック形成ステップの双方で、ダイシングラインの交点におけるパルスレーザビームの光パルス密度を増加させる場合を例に説明したが、いずれか一方のクラック形成ステップでパルスレーザビームの光パルス密度を増加させる形態であっても、形成されるクラックの直線性を向上させることが可能となる。
特に、既にクラックが第１のクラック形成ステップで生じている状態で行われる第２のクラック形成ステップで、パルスレーザビームの光パルス密度を増加させることがクラックの直線性を向上させる観点から望ましい。この場合、第１の直線（Ｌ１）と第２の直線（Ｌ２）が交差する領域の光パルス密度を、第１のクラック形成ステップよりも第２のクラック形成ステップで大きくすることが望ましい。
次に、第１および第２のクラック形成ステップ（Ｓｔｅｐ２、３）の基本動作の詳細について説明する。
まず、被加工基板Ｗ、例えば、サファイア基板にＬＥＤ１００が形成された基板をＸＹＺステージ部２０に載置する。この被加工基板Ｗは、例えば、サファイア基板の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。
図８は、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。
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。クラック形成ステップにおいては、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。
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、第１および第２のクラック形成ステップにおいて、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ことが望ましい。
そして、第１および第２のクラック形成ステップにおい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、改質領域とも称する。
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。
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。
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。
図９は、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。
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クラック形成ステップのクラック形成を最適化する所定の条件に設定される。
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。
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。そして、所望のＹ軸方向のダイシングが終了した後、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。これにより、Ｘ軸方向のダイシングを行う。
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。
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）がウェハ内外の所定深さに位置するよう調整する。この所定深さは、クラック形成ステップの際に、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それぞれ設定される。
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。
図１０は、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。
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１０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。
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。
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。
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。
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、クラック形成ステップでは、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。
なお、第１の直線（Ｌ１）と第２の直線（Ｌ２）が交差する領域において、パルスレーザビームの光パルス密度を増加させるには、例えば、以下の方法によることが可能である。
あらかじめ、照射制御部２５に、第１または第２のクラック形成ステップにおいて光パルス密度を増加させる範囲をＸＹ座標で指定した情報を記憶させる。この情報は、例えば、第１の直線（Ｌ１）と第２の直線（Ｌ２）との交点のＸＹ座標または、交点を含むＸＹ座標範囲である。この情報は、照射制御信号（Ｓ６）として、パルスピッカー制御部２４に伝達される。
パルスピッカー制御部２４では、加工パターン信号（Ｓ２）と照射制御信号（Ｓ６）の双方に基づきパルスレーザビームの照射を制御する。そして、第１または第２のクラック形成ステップで、第１の直線（Ｌ１）と第２の直線（Ｌ２）が交差する領域においては、パルスレーザビームの光パルス密度を増加させる。
図１１は、クラック形成ステップにおける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（点線で示される円）が形成される。
図１２は、図１１のＡＡ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、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。
図１３は、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１３（ａ）の点線丸で示す。図１３（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。
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１３（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。
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１３（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。
あるいは、パルスピッカーを用いない場合、図１３（ｂ）の照射パターンで照射エネルギーを上げることで、図１３（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。
このように、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。
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１３（ｄ）に図示する長さとする。
図１４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。
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。
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。
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。
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。
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。
クラック形成ステップにおいて、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。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。
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。
また、パルスレーザビームのパルス密度を増加させる方法は、上記のように、照射制御部２５を用いれば、加工テーブル部３０に記憶される加工テーブルとは独立して、照射パターンを制御できる。したがって、例えば、ＬＥＤ１００の配置のピッチ「ａ」、「ｂ」が変化した場合でも容易に照射パターンを変更できるという利点がある。
もっとも、例えば、レーザダイシング装置の構成を簡便化するために、あらかじめ、加工テーブル部３０に記憶される加工テーブル部にパルスレーザビームの光パルス密度を増加させる箇所を記述することで、光パルス密度を増加させてもかまわない。
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、レーザダイシング方法、レーザダイシング装置等で、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方法、レーザダイシング装置等に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
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。
例えば、実施の形態では、被加工基板として、サファイア基板上にＬＥＤが形成される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を含む場合に本発明は有用であるが、被加工基板は、その他、ＳｉＣ（炭化珪素）基板等の半導体材料基板、圧電材料基板、水晶基板、石英ガラス等のガラス基板を含む基板であっても構わない。
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。
また、実施の形態においては、クラック形成ステップにおいて、照射光パルス数（Ｐ１）＝１、非照射光パルス数（Ｐ２）＝１とする場合、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。
また、実施の形態においては、Ｙ方向の走査を第１のクラック形成ステップ、Ｘ方向の走査を第２のクラック形成ステップとしたが、順序を入れ替えＸ方向の走査を第１のクラック形成ステップ、Ｙ方向の走査を第２のクラック形成ステップとしてもかまわない。
特に、被加工基板がサファイア基板の場合には照射エネルギーを３０ｍＷ以上１５０ｍＷ以下とし、パルスレーザビームの通過を１〜４光パルス単位、遮断を１〜４光パルス単位とすることにより照射の間隔を１〜６μｍとすることで、被加工基板表面において連続性および直線性の良好なクラックを形成することが可能である。
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。
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。
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。
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
２５ 照射制御部
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
１００ ＬＥＤ

Claims (5)

  1. 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、前記パルスレーザビームの照射エネルギー、前記パルスレーザビームの加工点深さ、および、前記パルスレーザビームの照射領域および非照射領域の長さを制御することにより、前記クラックが前記被加工基板表面において連続するよう形成するレーザダイシング方法であって、
    前記被加工基板に対してパルスレーザビームを第１の直線に沿って照射する第１のクラック形成ステップと、
    前記被加工基板に対してパルスレーザビームを前記第１の直線に直交する第２の直線に沿って照射する第２のクラック形成ステップと、を有し、
    前記第１の直線と前記第２の直線が交差する領域において、前記第１のクラック形成ステップまたは前記第２のクラック形成ステップで、パルスレーザビームの光パルス密度を増加させることを特徴とするレーザダイシング方法。
  2. 前記第１または第２のクラック形成ステップにおいて、パルスレーザビームの光パルス密度を増加させる箇所の情報を備える照射制御信号を発生し、前記照射制御信号を用いて、前記第１の直線と前記第２の直線が交差する領域における光パルス密度を増加させることを特徴とする請求項１記載のレーザダイシング方法。
  3. 前記クラックが前記被加工基板表面において略直線的に形成され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方法。
  4. 前記被加工基板の位置と前記パルスピッカーの動作開始位置が同期す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方法。
  5. 前記被加工基板がサファイア基板、水晶基板、またはガラス基板を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一項記載のレーザダイシング方法。
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