JP2017069285A - ウエーハの加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】一方の分割予定ラインが非連続に形成されたウエーハをレーザー加工する際に、一方の分割予定ラインの端部が他方の分割予定ラインにT字路となる交点付近で既に形成された改質層にレーザービームが照射されることを抑制し、レーザービームの反射又は散乱を防止し、漏れ光によるデバイスの損傷を防止可能な加工方法を提供する。【解決手段】第1分割予定ライン13aに沿って改質層を形成する第1方向改質層17形成ステップと、第2分割予定ライン13bに沿って改質層を形成する第2方向改質層19形成ステップと、第1分割予定ラインにT字路となって交わる第2分割予定ラインに第2方向改質層を形成するT字路加工ステップを含み、第1方向改質層形成ステップ及び第2方向改質層形成ステップでは、波長1342nmのレーザービームを使用し、T字路加工ステップでは波長1064nmのレーザービームを使用する。【選択図】図6

Description

本発明は、シリコンウエーハ等のウエーハの加工方法に関する。
IC、LSI等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたシリコンウエーハ等のウエーハは、加工装置によって個々のデバイスチップに分割され、分割されたデバイスチップは、携帯電話、パソコン等の各種電子機器に広く利用されている。
ウエーハの分割には、ダイシングソーと呼ばれる切削装置を用いたダイシング方法が広く採用されている。ダイシング方法では、ダイヤモンド等の砥粒を金属や樹脂で固めて厚さ30μm程度とした切削ブレードを、30000rpm程度の高速で回転させつつウエーハへと切り込ませることでウエーハを切削し、ウエーハを個々のデバイスチップへと分割する。
一方、近年では、レーザービームを用いてウエーハを個々のデバイスチップに分割する方法が開発され、実用化されている。レーザービームを用いてウエーハを個々のデバイスチップに分割する方法として、以下に説明する第1及び第2の加工方法が知られている。
第1の加工方法は、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザービームの集光点を分割予定ラインに対応するウエーハの内部に位置付けて、レーザービームを分割予定ラインに沿って照射してウエーハ内部に改質層を形成し、その後分割装置によりウエーハに外力を付与してウエーハを改質層を分割起点として個々のデバイスチップに分割する方法である(例えば、特許第3408805号参照)。
第2の加工方法は、ウエーハに対して吸収性を有する波長(例えば355nm)のレーザービームを分割予定ラインに対応する領域に照射してアブレーション加工により加工溝を形成し、その後外力を付与してウエーハを加工溝を分割起点として個々のデバイスチップに分割する方法である(例えば、特開平10−305420号参照)。
上記第1の加工方法では、加工屑の発生もなく、従来一般的に用いられてきた切削ブレードによるダイシングに比較し、カットラインの極小化や無水加工等のメリットがあり、盛んに用いられている。
また、レーザービームの照射によるダイシング方法では、プロジェクションウエーハに代用されるような分割予定ライン(ストリート)が非連続的な構成のウエーハを加工できるというメリットがある(例えば、特開2010−123723号参照)。分割予定ラインが非連続的なウエーハの加工では、分割予定ラインの設定に従ってレーザービームの出力をオン/オフして加工する。
特許第3408805号公報 特開平10−305420号公報 特開2010−123723号公報
しかし、第1の方向に連続的に伸長する分割予定ラインに第2の方向に伸長する分割予定ラインがT字路となって突き当たる交点付近では、次のような問題がある。
(1)デバイスの一辺に平行な第1分割予定ラインの内部に先に第1改質層が形成された第1分割予定ラインにT字路となって交わる第2分割予定ラインの内部に第2改質層を形成すると、レーザービームの集光点がT字路の交点に近付くにつれて既に形成された第1改質層に第2分割予定ラインを加工するレーザービームの一部が照射されて、レーザービームの反射又は散乱が発生し、デバイス領域に光が漏れ、この漏れ光によりデバイスに損傷を与えデバイスの品質を低下させるという問題がある。
(2)反対に、デバイスの一辺に平行な第1分割予定ラインに改質層を形成する前に、第1分割予定ラインにT字路となって突き当たる第2分割予定ラインに沿ってウエーハの内部に先に改質層を形成すると、T字路の交点近傍に形成された改質層から発生するクラックの進行を遮断する改質層がT字路の交点に存在しないことに起因して、T字路の交点からクラックが1〜2mm程度伸長してデバイスに至り、デバイスの品質を低下させるという問題がある。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、少なくとも一方の分割予定ラインが非連続に形成されたウエーハをレーザー加工する際に、一方の分割予定ラインの端部が他方の分割予定ラインにT字路となって突き当たる交点付近で既に形成された改質層にレーザービームが照射されることを抑制し、改質層でのレーザービームの反射又は散乱を防止し、漏れ光によるデバイスの損傷を防止可能なウエーハの加工方法を提供することである。
本発明によると、第1の方向に形成された複数の第1分割予定ラインと該第1の方向と交差する第2の方向に形成された複数の第2分割予定ラインとで区画された各領域にデバイスが形成され、該第1分割予定ラインと該第2分割予定ラインのうち少なくとも該第2分割予定ラインが非連続に形成されているウエーハを個々のデバイスチップに分割するウエーハの加工方法であって、該第1分割予定ラインに沿って、ウエーハに対し透過性を有する波長のレーザービームをウエーハの裏面側からウエーハの内部に集光して照射し、ウエーハの内部に該第1分割予定ラインに沿った複数層の第1方向改質層を形成する第1方向改質層形成ステップと、該第1方向改質層形成ステップを実施した後、該第2分割予定ラインに沿って、ウエーハに対し透過性を有する波長のレーザービームをウエーハの裏面側からウエーハの内部に集光して照射し、ウエーハの内部に該第2分割予定ラインに沿った複数層の第2方向改質層を形成する第2方向改質層形成ステップと、該第1方向改質層形成ステップ及び該第2方向改質層形成ステップを実施した後、ウエーハに外力を付与し、該第1方向改質層及び該第2方向改質層を破断起点にウエーハを該第1分割予定ライン及び該第2分割予定ラインに沿って破断して個々のデバイスチップに分割する分割ステップと、を備え、該第2方向改質層形成ステップは、該第1方向改質層が形成された該第1分割予定ラインにT字路となって交わる該第2分割予定ラインの内部に第2方向改質層を形成するT字路加工ステップを含み、該T字路加工ステップでは、波長が1064nmのレーザービームに照射されることを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。
好ましくは、該T字路加工ステップ以外の第1方向改質層形成ステップ及び該第2方向改質層形成ステップでは、波長が1300nm以上のレーザービームが照射される。より好ましくは、T字路加工ステップ以外のステップで照射するレーザービームの波長は1342nmである。
本発明のウエーハの加工方法によると、T字路加工ステップでは波長が1064nmのレーザービームが照射されるので、波長1300nm以上のレーザービームを照射する場合に比較して、レーザービームが先に形成された第1方向改質層に衝突してレーザービームの散乱又は反射による漏れ光が発生しても、漏れ光の発生量が少ないため、漏れ光がデバイスをアタックしてデバイスに損傷を与えるという問題を抑制できる。従って、デバイスの品質を低下させることがなく、分割予定ラインに沿ってウエーハの内部に適正な改質層を形成することができる。
本発明のウエーハの加工方法を実施するのに適したレーザー加工装置の斜視図である。 レーザービーム発生ユニットのブロック図である。 本発明のウエーハの加工方法で加工されるのに適した半導体ウエーハの斜視図である。 第1方向改質層形成ステップを示す斜視図である。 第1方向改質層形成ステップを示す模式的断面図である。 第2方向改質層形成ステップを示す模式的平面図である。 第1及び第2方向改質層形成ステップとT字路加工ステップとの間で使用するレーザー発振器を切り換える構成を示す模式的側面図である。 分割装置の斜視図である。 分割ステップを示す断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図1を参照すると、本発明実施形態のウエーハの加工方法を実施するのに適したレーザー加工装置2の斜視図が示されている。レーザー加工装置2は、静止基台4上に搭載されたY軸方向に伸長する一対のガイドレール6を含んでいる。
Y軸移動ブロック8は、ボールねじ10及びパルスモータ12とから構成されるY軸送り機構(Y軸送り手段)14により割り出し送り方向、即ちY軸方向に移動される。Y軸移動ブロック8上には、X軸方向に伸長する一対のガイドレール16が固定されている。
X軸移動ブロック18は、ボールねじ20及びパルスモータ22とから構成されるX軸送り機構(X軸送り手段)28により、ガイドレール16に案内されて加工送り方向、即ちX軸方向に移動される。
X軸移動ブロック18上には円筒状支持部材30を介してチャックテーブル24が搭載されている。チャックテーブル24には、図4に示す環状フレームFをクランプする複数(本実施形態では4個)のクランプ26が配設されている。
ベース4の後方にはコラム32が立設されている。コラム32には、レーザービーム照射ユニット34のケーシング36が固定されている。レーザービーム照射ユニット34は、ケーシング36中に収容された第1レーザービーム発生ユニット35と、ケーシング36の先端に取り付けられた集光レンズ39(図7参照)を有する集光器(レーザーヘッド)38を含んでいる。集光器38は上下方向(Z軸方向)に微動可能にケーシング36に取り付けられている。
第1レーザービーム発生ユニット35は、図2に示すように、波長1064nmのパルスレーザーを発振するYAGレーザー発振器又はYVO4レーザー発振器等の第1レーザー発振器42Aと、繰り返し周波数設定手段44と、パルス幅調整手段46と、レーザー発振器42から発振されたパルスレーザービームのパワーを調整するパワー調整手段48とを含んでいる。
更に、図7に示すように、波長1342nmのパルスレーザーを発振するYAGレーザー発振器又はYVO4レーザー発振器等の第2レーザー発振器42Bを有する図示しない第2レーザービーム発生ユニットを備えている。
第2レーザービーム発生ユニットも、図2に示す第1レーザービーム発生ユニット35と同様に、繰り返し周波数設定手段、パルス幅調整手段及びパワー調整手段を含んでいるが、これらの構成要素は図7では省略されている。
レーザービーム照射ユニット34のケーシング36の先端には、チャックテーブル24に保持されたウエーハ11を撮像する顕微鏡及びカメラを備えた撮像ユニット40が装着されている。集光器38と撮像ユニット40はX軸方向に整列して配設されている。
図3を参照すると、本発明のウエーハの加工方法により加工されるのに適した半導体ウエーハ(以下、単にウエーハと略称することがある)11の表面側斜視図が示されている。ウエーハ11の表面11aには、第1の方向に連続的に形成された複数の第1分割予定ライン13aと、第1分割予定ライン13aと直交する方向に非連続的に形成された複数の第2分割予定ライン13bが形成されており、第1分割予定ライン13aと第2分割予定ライン13bとで区画された領域にLSI等のデバイス15が形成されている。
本発明実施形態のウエーハの加工方法を実施するのに当たり、図4に示すように、ウエーハ11はその表面が外周部が環状フレームFに貼着された粘着テープであるダイシングテープTに貼着されたフレームユニットの形態とされ、このフレームユニットの形態でウエーハ11はチャックテーブル24上に載置されてダイシングテープTを介して吸引保持され、環状フレームFはクランプ26によりクランプされて固定される。
特に図示しないが、本発明のウエーハの加工方法では、まずチャックテーブル24に吸引保持されたウエーハ11をレーザー加工装置2の撮像ユニット40の直下に位置付けて、撮像ユニット40によりウエーハ11を撮像して、第1分割予定ライン13aを集光器38とX軸方向に整列させるアライメントを実施する。
次いで、チャックテーブル24を90°回転してから、第1分割予定ライン13aと直交する方向に伸長する第2分割予定ライン13bについても同様なアライメントを実施し、アライメントのデータをレーザー加工装置2のコントローラのRAMに格納する。
レーザー加工装置2の撮像ユニット40は通常赤外線カメラを備えているため、この赤外線カメラによりウエーハ11の裏面11b側からウエーハ11を透かして表面11aに形成された第1及び第2分割予定ライン13a,13bを検出することができる。
アライメント実施後、第1分割予定ライン13aに沿ってウエーハ11の内部に第1方向改質層17を形成する第1方向改質層形成ステップを実施する。この第1方向改質層形成ステップでは、図4及び図5に示すように、シリコンウエーハ11に対して透過性を有する波長のレーザービームの集光点を集光器38によりウエーハ11の内部に位置付けて、ウエーハ11の裏面11b側から第1分割予定ライン13aに照射し、チャックテーブル24を図5で矢印X1方向に加工送りすることにより、ウエーハ11の内部に第1分割予定ライン13aに沿った第1方向改質層17を形成する。
ここで、シリコンウエーハの光学吸収端は約1050nmであるため、シリコンウエーハ11に対して透過性を有する波長のレーザービームとしては、波長1300nm以上のレーザービームが好ましい。
YAGパルスレーザーの発振波長は通常1064nmであるが、YAGの組成を調整することにより、1342nm、1550nm、2940nmのレーザーを発振することができる。
本実施形態では、第1方向改質層形成ステップで使用するレーザービームとして、波長1342nmのレーザービームを使用することにした。波長1342nmのレーザービームは1064nmのレーザービームに比較してシリコンウエーハ11に対する透過性が高いため、ウエーハ内部に良好な第1改質層17を形成することができる。
好ましくは、集光器38を上方に段階的に移動して、ウエーハ11の内部に第1分割予定ライン13aに沿った複数層の第1方向改質層17、例えば5層の第1方向改質層17を形成する。
改質層17は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域を言い、溶融再固化層として形成される。この第1方向改質層形成ステップ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 :LD励起QスイッチNd:YAGパルスレーザー
波長 :1342nm
繰り返し周波数 :50kHz
平均出力 :0.5W
集光スポット径 :φ3μm
加工送り速度 :200mm/s
第1方向改質層形成ステップを実施した後、延在方向(伸長方向)の端部が第1分割予定ライン13aにT字路となって突き当たる第2分割予定ライン13bに沿って、ウエーハ11に対して透過性を有する波長のレーザービームをウエーハ11の内部に集光して照射し、ウエーハ11の内部に第2分割予定ライン13bに沿った第2方向改質層19を形成する第2方向改質層形成ステップを実施する。
この第2方向改質層形成ステップでは、チャックテーブル24を90°回転した後、ウエーハ11の内部に第2分割予定ライン13bに沿った複数層の第2方向改質層19を形成する。
本実施形態では、第2方向改質層形成ステップで使用するレーザービームとして第1方向改質層形成ステップと同様に波長1342nmのレーザービームを使用した。図6は第2方向改質層形成ステップを示す模式的平面図を示している。第2方向改質層形成ステップの加工条件は上述した第1方向改質層形成ステップの加工条件と同様である。
第2方向改質層形成ステップは、第1方向改質層17が形成された第1分割予定ライン13aにT字路となって交わる第2分割予定ライン13bの内部に第2方向改質層19を形成するT字路加工ステップを含んでいる。
T字路加工ステップでは、図7に示すように、移動機構47により反射ミラー43を移動して、第1レーザー発振器42Aから発振された波長1064nmのレーザービームを反射ミラー43により反射して集光レンズ39に入射する。移動機構47は例えばエアシリンダから構成され、エアシリンダ47のピストンロッドが反射ミラー43を支持する支持部材45に連結されている。
このように、T字路加工ステップでは、図6に示す波長1342nmのレーザービームで形成した第2方向改質層19に連続して、第1レーザー発振器42Aから発振された波長1064nmのレーザービームで第2分割予定ライン13bに沿ってウエーハ内部に第2方向改質層19を形成し、第1方向改質層17に交わる寸前でT字路加工ステップを中止する。
T字路加工ステップで第2レーザー発振器42Bから第1レーザー発振器42Aに切り換える地点の座標は予めレーザー加工装置2のコントローラのメモリに格納しておく。そして、集光器38から照射されるレーザービームのx座標値が予め格納されている座標値に一致した時、移動機構47を駆動して照射されるレーザービームを波長1342nmのレーザービームから波長1064nmのレーザービームに切り換えてT字路加工ステップを実施する。
T字路加工ステップの加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 :LD励起QスイッチNd:YAGパルスレーザー
波長 :1064nm
繰り返し周波数 :50kHz
平均出力 :0.5W
集光スポット径 :φ3μm
加工送り速度 :200mm/s
上述したように、シリコンウエーハの光学吸収端は約1050nm近辺であるため、シリコンウエーハに対して透過性の良い波長1300nm以上のレーザービームを使用して第1改質層形成ステップ及び第2改質層形成ステップを実施すると、良好な第1方向改質層17及び第2方向改質層19を形成することができる。
しかし、波長1300nm以上のレーザービームは透過性が良好であることに起因して改質層を形成した後の余ったレーザービームが漏れ光となってウエーハ11の表面11aに形成されたデバイス15をアタックして回路を損傷させる恐れがある。
そこで、本発明のウエーハの加工方法では、透過性は有するもののシリコンウエーハの光学吸収端に近い波長1064nmのレーザービームをT字路加工ステップに使用したことにより、第2方向改質層19を形成した後の余ったレーザービームはウエーハ11の表面11aに至る途中で吸収されて消光し、デバイス15をアタックすることが抑制される。
第1方向改質層形成ステップ及び第2方向改質層形成ステップを実施した後、ウエーハ11に外力を付与し、第1方向改質層17及び第2方向改質層19を破断起点にウエーハ11を第1分割予定ライン13a及び第2分割予定ライン13bに沿って破断して、個々のデバイスチップに分割する分割ステップを実施する。
この分割ステップは、例えば図8に示すような分割装置(エキスパンド装置)50を使用して実施する。図8に示す分割装置50は、環状フレームFを保持するフレーム保持手段52と、フレーム保持手段52に保持された環状フレームFに装着されたダイシングテープTを拡張するテープ拡張手段54を具備している。
フレーム保持手段52は、環状のフレーム保持部材56と、フレーム保持部材56の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ58から構成される。フレーム保持部材56の上面は環状フレームFを載置する載置面56aを形成しており、この載置面56a上に環状フレームFが載置される。
そして、載置面56a上に載置された環状フレームFは、クランプ58によってフレーム保持手段52に固定される。このように構成されたフレーム保持手段52はテープ拡張手段54によって上下方向に移動可能に支持されている。
テープ拡張手段54は、環状のフレーム保持部材56の内側に配設された拡張ドラム60を具備している。拡張ドラム60の上端は蓋62で閉鎖されている。この拡張ドラム60は、環状フレームFの内径より小さく、環状フレームFに装着されたダイシングテープTに貼着されるウエーハ11の外径より大きい内径を有している。
拡張ドラム60はその下端に一体的に形成された支持フランジ64を有している。テープ拡張手段54は更に、環状のフレーム保持部材56を上下方向に移動する駆動手段66を具備している。この駆動手段66は支持フランジ64上に配設された複数のエアシリンダ68から構成されており、そのピストンロッド70はフレーム保持部材56の下面に連結されている。
複数のエアシリンダ68から構成される駆動手段66は、環状のフレーム保持部材56を、その載置面56aが拡張ドラム60の上端である蓋62の表面と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム60の上端より所定量下方の拡張位置との間で上下方向に移動する。
以上のように構成された分割装置50を用いて実施するウエーハ11の分割ステップについて図9を参照して説明する。図9(A)に示すように、ウエーハ11をダイシングテープTを介して支持した環状フレームFを、フレーム保持部材56の載置面56a上に載置し、クランプ58によってフレーム保持部材56に固定する。この時、フレーム保持部材56はその載置面56aが拡張ドラム60の上端と略同一高さとなる基準位置に位置付けられる。
次いで、エアシリンダ68を駆動してフレーム保持部材56を図9(B)に示す拡張位置に下降する。これにより、フレーム保持部材56の載置面56a上に固定されている環状フレームFを下降するため、環状フレームFに装着されたダイシングテープTは拡張ドラム60の上端縁に当接して主に半径方向に拡張される。
その結果、ダイシングテープTに貼着されているウエーハ11には放射状に引っ張り力が作用する。このようにウエーハ11に放射状に引っ張り力が作用すると、第1分割予定ライン13aに沿って形成された第1方向改質層17及び第2分割予定ライン13bに沿って形成された第2方向改質層19が分割起点となって、ウエーハ11が第1分割予定ライン13a及び第2分割予定ライン13bに沿って破断され、個々のデバイスチップ21に分割される。
11 半導体ウエーハ
13a 第1分割予定ライン
13b 第2分割予定ライン
15 デバイス
17 第1方向改質層
19 第2方向改質層
24 チャックテーブル
34 レーザービーム照射ユニット
35 レーザービーム発生ユニット
38 集光器(レーザーヘッド)
39 集光レンズ
40 撮像ユニット
42A 第1レーザー発振器
42B 第2レーザー発振器
43 反射ミラー
47 移動機構
50 分割装置

Claims (3)

  1. 第1の方向に形成された複数の第1分割予定ラインと該第1の方向と交差する第2の方向に形成された複数の第2分割予定ラインとで区画された各領域にデバイスが形成され、該第1分割予定ラインと該第2分割予定ラインのうち少なくとも該第2分割予定ラインが非連続に形成されているウエーハを個々のデバイスチップに分割するウエーハの加工方法であって、
    該第1分割予定ラインに沿って、ウエーハに対し透過性を有する波長のレーザービームをウエーハの裏面側からウエーハの内部に集光して照射し、ウエーハの内部に該第1分割予定ラインに沿った複数層の第1方向改質層を形成する第1方向改質層形成ステップと、
    該第1方向改質層形成ステップを実施した後、該第2分割予定ラインに沿って、ウエーハに対し透過性を有する波長のレーザービームをウエーハの裏面側からウエーハの内部に集光して照射し、ウエーハの内部に該第2分割予定ラインに沿った複数層の第2方向改質層を形成する第2方向改質層形成ステップと、
    該第1方向改質層形成ステップ及び該第2方向改質層形成ステップを実施した後、ウエーハに外力を付与し、該第1方向改質層及び該第2方向改質層を破断起点にウエーハを該第1分割予定ライン及び該第2分割予定ラインに沿って破断して個々のデバイスチップに分割する分割ステップと、を備え、
    該第2方向改質層形成ステップは、該第1方向改質層が形成された該第1分割予定ラインにT字路となって交わる該第2分割予定ラインの内部に第2方向改質層を形成するT字路加工ステップを含み、
    該T字路加工ステップでは、波長が1064nmのレーザービームが照射されることを特徴とするウエーハの加工方法。
  2. 該T字路加工ステップ以外の第1方向改質層形成ステップ及び該第2方向改質層形成ステップでは、波長が1300nm以上のレーザービームが照射される請求項1記載のウエーハの加工方法。
  3. 該T字路加工ステップ以外で照射されるレーザービームの波長は1342nmである請求項2記載のウエーハの加工方法。
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