JP2022138027A - レーザ加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】有機膜の剥離を抑制することができるレーザ加工方法を提供すること。【解決手段】レーザ加工方法は、基材上に機能層を有したウェーハにレーザ加工を施すレーザ加工方法であって、機能層に対して透過性を有した波長のパルスレーザビームを発振器で発生させ、機能層が加工される加工閾値以上のエネルギーのパルスレーザビームを、連続して機能層に照射されるパルスレーザビームの重なり率が９０％以上１００％未満になるように機能層に照射して機能層を黒色化させる黒色化ステップ１００３と、黒色化ステップ１００３を実施した後、黒色化した機能層にパルスレーザビームを照射して黒色化した機能層にパルスレーザビームを吸収させレーザ加工溝を形成する溝加工ステップ１００４と、を備える。【選択図】図７

Description

本発明は、基材上に有機膜を有したウェーハにレーザ加工を施すレーザ加工方法に関する。
近年、半導体デバイスの処理速度を高速化すべく、シリコンウェーハの上にポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物の低誘電率材料（いわゆる、Ｌｏｗ－ｋ材料）からなる層間絶縁膜を回路層と積層させて半導体デバイスを形成し、シリコンからなる基板の表面に有機膜を積層した半導体ウェーハが実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１５－１２６０５４号公報
Ｌｏｗ－ｋ材料は、雲母のように脆く、切削ブレードで切削すると剥離してしまう。そこで上記特許文献１に開示されているように、レーザアブレーション技術を利用してＬｏｗ－ｋ材料を含むデバイス層にレーザ加工溝を形成することが行われている。
半導体ウェーハのアブレーション加工には例えば３５５ｎｍや５３２ｎｍの波長のレーザビームが用いられているが、Ｌｏｗ－ｋ材料である層間絶縁膜はこれら紫外～可視光領域のレーザビームに対して透明であり照射されたレーザビームを吸収しないため、シリコンウェーハにレーザビームを集光することでシリコンウェーハとともにデバイス層を加工していた。
しかし、シリコンウェーハにレーザビームが集光されてシリコンウェーハが昇華するのに伴って有機膜が局所的に剥離してしまう等の問題があり、改善が切望されていた。
本発明の目的は、有機膜の剥離を抑制することができるレーザ加工方法を提供することである。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーザ加工方法は、基材上に有機膜を有したウェーハにレーザ加工を施すレーザ加工方法であって、該有機膜に対して透過性を有した波長のパルスレーザビームを発振器で発生させ、該有機膜が加工される加工閾値以上のエネルギーの該パルスレーザビームを、連続して該有機膜に照射される該パルスレーザビームの重なり率が９０％以上１００％未満になるように該有機膜に照射して該有機膜を黒色化させる黒色化ステップと、該黒色化ステップを実施した後、黒色化した該有機膜に該パルスレーザビームを照射して黒色化した該有機膜にパルスレーザビームを吸収させレーザ加工溝を形成する溝加工ステップと、を備えたことを特徴とする。
前記レーザ加工方法では、該黒色化ステップにおいて、該有機膜に照射されるパルスレーザビームは、ガウシアン分布の裾野部分が垂直な分布に修正されることで該加工閾値より低いエネルギーの該パルスレーザビームが該有機膜を透過して該基材に照射されることを防止しても良い。
本発明は、有機膜の剥離を抑制することができるという効果を奏する。
図１は、実施形態１に係るレーザ加工方法の加工対象のウェーハの斜視図である。 図２は、図１に示されたウェーハの要部の断面図である。 図３は、実施形態１に係るレーザ加工方法の一部を実施するレーザ加工装置の構成例を示す斜視図である。 図４は、図３に示されたレーザ加工装置のレーザビーム照射ユニットの構成を模式的に示す図である。 図５は、図４に示されたレーザビーム照射ユニットのマスクにより整形される前のパルスレーザビームのエネルギー分布を模式的に示す図である。 図６は、図４に示されたレーザビーム照射ユニットのマスクにより整形されたパルスレーザビームのエネルギー分布を模式的に示す図である。 図７は、実施形態１に係るレーザ加工方法の流れを示すフローチャートである。 図８は、図７に示されたレーザ加工方法の保護膜形成ステップを一部断面で模式的に示す側面図である。 図９は、図７に示されたレーザ加工方法のパルスレーザビームの重なり率を模式的に説明する図である。 図１０は、図７に示されたレーザ加工方法の黒色化ステップを一部断面で模式的に示す側面図である。 図１１は、図７に示されたレーザ加工方法の溝加工ステップを一部断面で模式的に示す側面図である。
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換または変更を行うことができる。
〔実施形態１〕
本発明の実施形態１に係るレーザ加工方法を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態１に係るレーザ加工方法の加工対象のウェーハの斜視図である。図２は、図１に示されたウェーハの要部の断面図である。図３は、実施形態１に係るレーザ加工方法の一部を実施するレーザ加工装置の構成例を示す斜視図である。図４は、図３に示されたレーザ加工装置のレーザビーム照射ユニットの構成を模式的に示す図である。図５は、図４に示されたレーザビーム照射ユニットのマスクにより整形される前のパルスレーザビームのエネルギー分布を模式的に示す図である。図６は、図４に示されたレーザビーム照射ユニットのマスクにより整形されたパルスレーザビームのエネルギー分布を模式的に示す図である。図７は、実施形態１に係るレーザ加工方法の流れを示すフローチャートである。
（ウェーハ）
実施形態１に係るレーザ加工方法は、図１及び図２に示すウェーハ２００にレーザ加工を施す方法である。実施形態１に係るレーザ加工方法の加工対象のウェーハ２００は、シリコンを基材２０１とする円板状の半導体ウェーハである。ウェーハ２００は、表面２０２に互いに交差する分割予定ライン２０３が複数設定され、分割予定ライン２０３によって区画された領域にデバイス２０４が形成されている。
デバイス２０４は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）、又はＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサである。
実施形態１において、ウェーハ２００は、図１及び図２に示すように、基材２０１上に有機膜である機能層２０５を有している。機能層２０５は、ＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜又は炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣＨ）からなる低誘電率絶縁体被膜（以下、Ｌｏｗ－ｋ膜と呼ぶ）と、導電性の金属により構成された回路層とを備える。
Ｌｏｗ－ｋ膜は、回路層と積層されて、デバイス２０４を形成する。回路層は、デバイス２０４の回路を構成する。このために、デバイス２０４は、基材２０１上に積層された機能層２０５の互いに積層されたＬｏｗ－ｋ膜と、Ｌｏｗ－ｋ膜間に積層された回路層とによって形成される。なお、分割予定ライン２０３の機能層２０５は、Ｌｏｗ－ｋ膜により形成され、ＴＥＧ（Test Element Group）を除いて導電体膜を備えていない。ＴＥＧは、デバイス２０４に発生する設計上や製造上の問題を見つけ出すための評価用の素子である。
実施形態１において、ウェーハ２００は、図３に示すように、ウェーハ２００の外径よりも大径な円板状でかつ外縁部に環状フレーム２１０が貼着された粘着テープ２０９が表面２０２の裏側の裏面２０６に貼着されて、環状フレーム２１０の開口内に支持される。ウェーハ２００は、分割予定ライン２０３に沿って切断されて、個々のデバイス２０４に分割される。
（レーザ加工装置）
実施形態１に係るレーザ加工方法は、図３に示されたレーザ加工装置１により一部が実施される。図３に示すレーザ加工装置１は、ウェーハ２００に対してパルス状のパルスレーザビーム２１を照射し、ウェーハ２００にレーザ加工（加工に相当）を施す装置である。レーザ加工装置１は、図３に示すように、ウェーハ２００を保持する保持面１１を有するチャックテーブル１０と、レーザビーム照射ユニット２０と、移動ユニット３０と、撮像ユニット４０と、制御ユニット１００とを備える。
チャックテーブル１０は、ウェーハ２００を水平方向と平行な保持面１１で保持する。保持面１１は、ポーラスセラミック等から形成された円盤形状であり、図示しない真空吸引経路を介して図示しない真空吸引源と接続されている。チャックテーブル１０は、保持面１１上に載置されたウェーハ２００を吸引保持する。チャックテーブル１０の周囲には、ウェーハ２００を開口内に支持する環状フレーム２１０を挟持するクランプ部１２が複数配置されている。
また、チャックテーブル１０は、移動ユニット３０の回転移動ユニット３４により保持面１１に対して直交しかつ鉛直方向と平行なＺ軸方向と平行な軸心回りに回転される。チャックテーブル１０は、回転移動ユニット３４とともに、移動ユニット３０のＸ軸移動ユニット３１により水平方向と平行なＸ軸方向に移動されかつＹ軸移動ユニット３２により水平方向と平行でかつＸ軸方向と直交するＹ軸方向に移動される。チャックテーブル１０は、移動ユニット３０によりレーザビーム照射ユニット２０の下方の加工領域と、レーザビーム照射ユニット２０の下方から離れてウェーハ２００が搬入、搬出される搬入出領域とに亘って移動される。
レーザビーム照射ユニット２０は、チャックテーブル１０に保持されたウェーハ２００に対してパルス状のパルスレーザビーム２１を照射するユニットである。実施形態１では、レーザビーム照射ユニット２０は、ウェーハ２００の基材２０１に対して吸収性を有し、かつ機能層２０５に対して透過性を有する波長（実施形態１では、５１４ｎｍであり、本発明では、３５５ｎｍ又は２６６ｎｍでも良い）のパルス状のパルスレーザビーム２１を照射して、ウェーハ２００にレーザ加工を施すレーザビーム照射手段である。
実施形態１では、レーザビーム照射ユニット２０の一部は、図１に示すように、装置本体２から立設した立設壁３に設けられた移動ユニット３０のＺ軸移動ユニット３３によりＺ軸方向に移動される昇降部材４に支持されている。
次に、レーザビーム照射ユニット２０の構成を説明する。レーザビーム照射ユニット２０は、図４に示すように、ウェーハ２００を加工するためのパルス状のパルスレーザビーム２１を発振する発振器２２と、チャックテーブル１０の保持面１１に保持されたウェーハ２００に発振器２２から発振されたパルスレーザビーム２１を集光する集光レンズ２３と、発振器２２と集光レンズ２３との間のパルスレーザビーム２１の光路上に設けられかつ発振器２２で発生されたパルスレーザビーム２１を発振器２２から集光レンズ２３へと導く少なくとも一つの光学部品２４と、マスクユニット２５とを備える。
実施形態１において、発振器２２で発生されたパルスレーザビーム２１のエネルギー分布２１２は、図５に示すように、パルスレーザビーム２１の光路の光軸２１１上のエネルギーが最も強く、光軸２１１から離れるのにしたがってエネルギーが徐々に低下するガウシアン分布となっている。なお、図５の横軸は、Ｙ軸方向の位置を示し、横軸の中央がパルスレーザビーム２１の光路の光軸２１１を示している。また、図５の縦軸は、エネルギーを示している。また、図５は、Ｙ軸方向と平行な位置でのパルスレーザビーム２１のエネルギー分布２１２を示しているが、パルスレーザビーム２１のエネルギー分布２１２は、Ｘ軸方向と平行な位置でもガウシアン分布となる。
集光レンズ２３は、チャックテーブル１０の保持面１１とＺ軸方向に対向する位置に配置されている。集光レンズ２３は、発振器２２から発振されたパルスレーザビーム２１を透過して、パルスレーザビーム２１を集光点２１－１に集光する。実施形態１では、レーザビーム照射ユニット２０は、光学部品２４として、パルスレーザビーム２１を反射するミラーを備えているが、本発明では、光学部品２４は、ミラーに限定されない。
マスクユニット２５は、発振器２２で発生されたパルスレーザビーム２１のエネルギー分布を修正（変更）するものである。マスクユニット２５は、発振器２２と光学部品２４との間のパルスレーザビーム２１の光路上に設けられている。実施形態１では、マスクユニット２５は、図４に示すように、一対のＹ軸方向マスク部材２５１と、一対の移動ユニット２５２と、一対のＸ軸方向マスク部材２５３と、図示しない一対のＸ軸方向移動ユニットとを備える。
一対のＹ軸方向マスク部材２５１は、パルスレーザビーム２１を遮る（即ち、透過しない）材料で構成されている。一対のＹ軸方向マスク部材２５１は、互いにＹ軸方向に間隔をあけて配置され、互いの間に発振器２２と光学部品２４との間のパルスレーザビーム２１の光路の光軸２１１を位置付けている。一対のＹ軸方向マスク部材２５１は、Ｙ軸方向に互いに近づいたり離れる方向に移動自在に設けられている。
移動ユニット２５２は、一対のＹ軸方向マスク部材２５１をＹ軸方向に互いに近づいたり離れる方向に移動するものである。実施形態１では、移動ユニット２５２は、Ｙ軸方向マスク部材２５１と１対１で対応して設けられ、対応するＹ軸方向マスク部材２５１をＹ軸方向に移動する。
一対のＸ軸方向マスク部材２５３は、パルスレーザビーム２１を遮る（即ち、透過しない）材料で構成されている。一対のＸ軸方向マスク部材２５３は、互いにＸ軸方向に間隔をあけて配置され、互いの間に発振器２２と光学部品２４との間のパルスレーザビーム２１の光路の光軸２１１を位置付けている。一対のＸ軸方向マスク部材２５３は、Ｘ軸方向に互いに近づいたり離れる方向に移動自在に設けられている。
Ｘ軸方向移動ユニットは、一対のＸ軸方向マスク部材２５３をＸ軸方向に互いに近づいたり離れる方向に移動するものである。実施形態１では、Ｘ軸方向移動ユニットは、Ｘ軸方向マスク部材２５３と１対１で対応して設けられ、対応するＸ軸方向マスク部材２５３をＸ軸方向に移動する。なお、マスクユニット２５の説明で記載したＸ軸方向，Ｙ軸方向は、チャックテーブル１０に保持されたウェーハ２００に照射された際のパルスレーザビーム２１のＸ軸方向、Ｙ軸方向を示している。
マスクユニット２５は、一対のＹ軸方向マスク部材２５１及び一対のＸ軸方向マスク部材２５３が発振器２２で発生されたパルスレーザビーム２１の光軸２１１から離れた部分（ガウシアン分布の裾野部分）を遮光して、発振器２２で発生されたパルスレーザビーム２１の図５に示すエネルギー分布２１２を、マスク部材２５１，２５３の光軸２１１からの距離２５４分、光軸２１１から離れた位置でエネルギーが図５に示すエネルギー分布２１２上の値２１３から零まで急激に減少する図６に示すエネルギー分布２１４に修正する。
また、マスクユニット２５は、移動ユニット２５２により一対のＹ軸方向マスク部材２５１の光軸２１１からの距離２５４を変更し、Ｘ軸方向移動ユニットにより一対のＸ軸方向マスク部材２５３の光軸２１１からの距離を変更することで、図５に示すエネルギー分布２１２上の値２１３から零まで急激に減少する図６に示すエネルギー分布２１４の位置２１５を変更する。なお、以下、零まで急激に減少する位置２１５のエネルギー分布２１４上の値２１３を境界値と記す。このように、マスクユニット２５は、パルスレーザビーム２１のガウシアン分布の図５に示すエネルギー分布２１２を、裾野部分が垂直な分布の図６に示すエネルギー分布２１４に修正する。
こうして、実施形態１において、マスクユニット２５は、一対のＸ軸方向マスク部材２５３のＸ軸方向の間隔を一対のＹ軸方向マスク部材２５１のＹ軸方向の間隔よりも狭く設定することで、集光レンズ２３により集光されたパルスレーザビーム２１のスポット２１６を、長手方向がＹ軸方向と平行でかつ短手方向がＸ軸方向と平行な矩形状に形成する。なお、図６の横軸は、Ｙ軸方向の位置を示し、横軸の中央がパルスレーザビーム２１の光路の光軸２１１を示している。また、図６の縦軸は、エネルギーを示している。また、図６は、Ｙ軸方向と平行な位置でのパルスレーザビーム２１のエネルギー分布２１４を示しているが、レーザビームのエネルギー分布２１４は、Ｘ軸方向と平行な位置でも図６と同様な分布となっている。
なお、実施形態１では、レーザビーム照射ユニット２０は、パルスレーザビーム２１のエネルギー分布を修正する手段としてマスクユニット２５を備えているが、本発明では、パルスレーザビーム２１のエネルギー分布を修正する手段として、マスクユニット２５の代わりにＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を備えても良い。
移動ユニット３０は、レーザビーム照射ユニット２０とチャックテーブル１０とをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及びＺ軸方向と平行な軸心回りに相対的に移動させるものである。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、保持面１１と平行な方向である。Ｘ軸方向は、チャックテーブル１０に保持されたウェーハ２００の一方の分割予定ライン２０３と平行な方向であり、レーザ加工装置１がウェーハ２００にレーザ加工を施す際にチャックテーブル１０を加工送りする所謂加工送り方向である。Ｙ軸方向は、Ｘ軸方向と直交し、レーザ加工装置１がウェーハ２００にレーザ加工を施す際にチャックテーブル１０を割り出し送りする所謂割り出し送り方向である。
移動ユニット３０は、チャックテーブル１０をＸ軸方向に移動させる加工送りユニットであるＸ軸移動ユニット３１と、チャックテーブル１０をＹ軸方向に移動させる割り出し送りユニットであるＹ軸移動ユニット３２と、レーザビーム照射ユニット２０に含まれる集光レンズ２３をＺ軸方向に移動させるＺ軸移動ユニット３３と、チャックテーブル１０をＺ軸方向と平行な軸心回りに回転する回転移動ユニット３４とを備える。
Ｙ軸移動ユニット３２は、チャックテーブル１０と、レーザビーム照射ユニット２０とを相対的に割り出し送りするユニットである。実施形態１では、Ｙ軸移動ユニット３２は、レーザ加工装置１の装置本体２上に設置されている。Ｙ軸移動ユニット３２は、Ｘ軸移動ユニット３１を支持した移動プレート１５をＹ軸方向に移動自在に支持している。
Ｘ軸移動ユニット３１は、チャックテーブル１０と、レーザビーム照射ユニット２０とを相対的に加工送りするユニットである。Ｘ軸移動ユニット３１は、移動プレート１５上に設置されている。Ｘ軸移動ユニット３１は、チャックテーブル１０をＺ軸方向と平行な軸心回りに回転する回転移動ユニット３４を支持した第２移動プレート１６をＸ軸方向に移動自在に支持している。Ｚ軸移動ユニット３３は、立設壁３に設置され、昇降部材４をＺ軸方向に移動自在に支持している。
Ｘ軸移動ユニット３１、Ｙ軸移動ユニット３２及びＺ軸移動ユニット３３は、軸心回りに回転自在に設けられた周知のボールねじ、ボールねじを軸心回りに回転させる周知のパルスモータ、移動プレート１５，１６をＸ軸方向又はＹ軸方向に移動自在に支持するとともに、昇降部材４をＺ軸方向に移動自在に支持する周知のガイドレールを備える。
また、レーザ加工装置１は、チャックテーブル１０のＸ軸方向の位置を検出するための図示しないＸ軸方向位置検出ユニットと、チャックテーブル１０のＹ軸方向の位置を検出するための図示しないＹ軸方向位置検出ユニットと、レーザビーム照射ユニット２０に含まれる集光レンズ２３のＺ軸方向の位置を検出するＺ軸方向位置検出ユニットとを備える。各位置検出ユニットは、検出結果を制御ユニット１００に出力する。
撮像ユニット４０は、チャックテーブル１０に保持されたウェーハ２００を撮像するものである。撮像ユニット４０は、チャックテーブル１０に保持されたウェーハ２００を撮像するＣＣＤ（Charge Coupled Device）撮像素子又はＣＭＯＳ（Complementary MOS）撮像素子等の撮像素子を備える。実施形態１では、撮像ユニット４０は、昇降部材 の先端の先端に取り付けられて、レーザビーム照射ユニット２０の集光レンズ２３とＸ軸方向に並ぶ位置に配置されている。撮像ユニット４０は、ウェーハ２００を撮像して、ウェーハ２００とレーザビーム照射ユニット２０との位置合わせを行うアライメントを遂行するための画像を得て、得た画像を制御ユニット１００に出力する。
また、実施形態１において、レーザ加工装置１は、パワーメータ５０を備える。パワーメータ５０は、レーザビーム照射ユニット２０からパルスレーザビーム２１が照射されて、レーザビーム照射ユニット２０が照射するパルスレーザビーム２１のエネルギー分布を測定するものである。パワーメータ５０は、測定したエネルギー分布を制御ユニット１００に向かって出力する。実施形態１では、パワーメータ５０は、第２移動プレート１６上に設置されて、移動ユニット２５２によりレーザビーム照射ユニット２０の集光レンズ２３とＺ軸方向に対向することができる。
制御ユニット１００は、レーザ加工装置１の上述した構成要素をそれぞれ制御して、ウェーハ２００に対するレーザ加工動作をレーザ加工装置１に実施させるものである。なお、制御ユニット１００は、ＣＰＵ（central processing unit）のようなマイクロプロセッサを有する演算処理装置と、ＲＯＭ（read only memory）又はＲＡＭ（random access memory）のようなメモリを有する記憶装置と、入出力インターフェース装置とを有するコンピュータである。制御ユニット１００の演算処理装置は、記憶装置に記憶されているコンピュータプログラムに従って演算処理を実施して、レーザ加工装置１を制御するための制御信号を入出力インターフェース装置を介してレーザ加工装置１の上述した構成要素に出力して、制御ユニット１００の機能を実現する。
また、制御ユニット１００は、加工動作の状態や画像などを表示する液晶表示装置などにより構成される表示ユニット１１０と、オペレータが加工内容情報などを登録する際に用いる図示しない入力ユニットとが接続されている。入力ユニットは、表示ユニット１１０に設けられたタッチパネルと、キーボード等の外部入力装置とのうち少なくとも一つにより構成される。
また、制御ユニット１００は、レーザ加工装置１の加工条件を設定するためにも用いられる。加工条件は、例えば、パルスレーザビーム２１のエネルギー、パルス状のパルスレーザビーム２１の繰り返し周波数、後述する重なり率、機能層２０５の加工閾値、レーザ加工時のチャックテーブル１０のＸ軸方向の移動速度（以下、加工送り速度と記す）等を含む。なお、パルスレーザビーム２１のエネルギーとは、エネルギー分布２１２，２１４の光軸２１１上のエネルギーを示している。また、制御ユニット１００は、パルスレーザビーム２１のエネルギーに応じて、マスク部材２５１，２５３のパルスレーザビーム２１の光軸２１１からの距離２５４とエネルギー分布２１４の境界値２１３との関係を算出する機能、加工閾値等に基づいてスポット２１６のＸ軸方向の幅ＷＸ（図９に示す）を算出する機能、重なり率、幅ＷＸ及び繰り返し周波数等に基づいて加工送り速度を算出し、加工条件として入力する機能を有している。これらの機能は、演算処理装置が記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。また、本発明では、前述した機能は、プログラムを実行することにより実現されることにくわえ、作業員が算出しても良い。
実施形態１に係るレーザ加工方法は、基材２０１上の有機膜である機能層２０５を有したウェーハ２００にレーザ加工を施す方法であって、レーザ加工装置１の加工動作を含む。実施形態１に係るレーザ加工方法は、図７に示すように、エネルギー分布設定ステップ１００１と、保護膜形成ステップ１００２と、黒色化ステップ１００３と、溝加工ステップ１００４とを備える。
（エネルギー分布設定ステップ）
エネルギー分布設定ステップ１００１は、マスク部材２５１，２５３の光軸２１１からの距離を調整して、エネルギー分布２１４の境界値２１３を設定するステップである。前述した構成のレーザ加工装置１は、オペレータが入力ユニット等を操作して入力した加工条件を制御ユニット１００が受け付ける。なお、加工条件は、ウェーハ２００の機能層２０５の加工閾値、黒色化ステップ１００３のパルスレーザビーム２１のエネルギー、繰り返し周波数、重なり率、溝加工ステップ１００４のパルスレーザビーム２１のエネルギー、繰り返し周波数、重なり率等を含む。
実施形態１において、レーザ加工装置１は、制御ユニット１００がウェーハ２００の機能層２０５の加工閾値、黒色化ステップ１００３のパルスレーザビーム２１のエネルギー等に基づいて、境界値２１３が加工閾値となるマスク部材２５１，２５３の光軸２１１からの距離２５４を算出し、移動ユニット２５２を制御して、各マスク部材２５１，２５３の光軸２１１からの距離２５４を境界値２１３が加工閾値となる距離に設定する。
なお、実施形態１では、加工条件がウェーハ２００の機能層２０５の加工閾値を含んでいるが、機能層２０５の加工閾値が不明である場合、チャックテーブル１０にウェーハ２００を吸引保持して、ウェーハ２００の種々のエネルギーのパルスレーザビーム２１を、集光点２１－１を機能層２０５に設定して、照射し、機能層２０５が炭化して黒色化したパルスレーザビーム２１のエネルギーを加工閾値として設定しても良い。なお、黒色化したか否かの確認は、レーザ加工装置１のオペレータが目視により確認しても良く、撮像ユニット４０で撮像し、周知の画像処理を実施することで確認しても良い。なお、黒色化すると、機能層２０５は、パルスレーザビーム２１の吸収性が黒色化前よりも向上する。このように、本発明でいう加工閾値とは、加工閾値以上のエネルギーのパルスレーザビーム２１を、集光点２１－１を機能層２０５に設定して照射することで、機能層２０５を炭化させてパルスレーザビーム２１を吸収することができる程度に黒色化できるパルスレーザビーム２１のエネルギーの値をいう。
（保護膜形成ステップ）
図８は、図７に示されたレーザ加工方法の保護膜形成ステップを一部断面で模式的に示す側面図である。保護膜形成ステップ１００２は、ウェーハ２００の表面２０２側に水溶性保護膜を被覆するステップである。
保護膜形成ステップ１００２では、保護膜被覆装置６０が、粘着テープ２０９を介してウェーハ２００の裏面２０６側をスピンナーテーブル６１の保持面６２に吸引保持し、環状フレーム２１０をスピンナーテーブル６１の周囲に設けられたクランプ部６３でクランプする。保護膜形成ステップ１００２では、保護膜被覆装置６０が、図８に示すように、スピンナーテーブル６１を軸心回りに回転するとともに、水溶性樹脂供給ノズル６４から水溶性樹脂６５をウェーハ２００の表面２０２に滴下する。
滴下された水溶性樹脂４５は、スピンナーテーブル６１の回転により発生する遠心力によって、ウェーハ２００の表面２０２上を中心側から外周側に向けて流れていき、ウェーハ２００の表面２０２の全面に塗布される。
なお、水溶性樹脂６５は、例えば、ポリビニルアルコール（polyvinyl alcohol：ＰＶＡ）またはポリビニルピロリドン（Polyvinylpyrrolidone：ＰＶＰ）等の水溶性樹脂である。保護膜形成ステップ１００２では、ウェーハ２００の表面２０２の全面に塗布された水溶性樹脂６５を硬化することによって、ウェーハ２００の表面２０２の全面を被覆する水溶性保護膜を形成する。
（黒色化ステップ）
図９は、図７に示されたレーザ加工方法のパルスレーザビームの重なり率を模式的に説明する図である。図１０は、図７に示されたレーザ加工方法の黒色化ステップを一部断面で模式的に示す側面図である。なお、図１０は、水溶性保護膜を省略している。
黒色化ステップ１００３は、機能層２０５に対して透過性を有した波長のパルスレーザビーム２１を発振器２２で発生させ、機能層２０５が加工される加工閾値以上のエネルギーのパルスレーザビーム２１を、連続して機能層２０５に照射されるパルスレーザビーム２１の重なり率が９０％以上でかつ１００％未満になるように機能層２０５に照射して機能層２０５を黒色化させるステップである。
なお、重なり率とは、図９に示す連続しかつ前後して照射されるパルスレーザビーム２１のウェーハ２００の機能層２０５上のスポット２１６のうち先のパルスレーザビーム２１のスポット２１６（以下、２０６－１と記す）と、後のパルスレーザビーム２１のスポット２１６（以下、２０６－２と記す）とが重なる領域２１６－３（図９中に平行斜線で示す）の各スポット２１６－１，２１６－２の面積に対する割合（％）をいう。
ここで、加工送り速度（ｍｍ／秒）をＳとし、スポット２１６－１，２１６－２のＸ軸方向の幅（ｍｍ）をＷＸ（図９に示す）とし、パルスレーザビーム２１の繰り返し周波数（Ｈｚ）をＦとすると、重なり率Ｏ（％）は、以下の式１により定義される。
Ｏ＝〔１－｛Ｓ／（ＷＸ×Ｆ）｝〕×１００・・・式１
なお、重なり率Ｏが、９０％未満であると、機能層２０５を黒色化できずに、溝加工ステップ１００４を実施した際に、機能層２０５の基材２０１からの膜剥がれを抑制できないからである。また、重なり率Ｏが、１００％であると、常に同じ位置にパルスレーザビーム２１を照射し続けることになる。また、重なり率Ｏは、機能層２０５を黒色化でき、溝加工ステップ１００４を実施した際に、機能層２０５の基材２０１からの膜剥がれを良好に抑制するためには、９５％以上であるのが望ましい。
黒色化ステップ１００３では、レーザ加工装置１は、粘着テープ２０８を介して搬入出領域に位置付けられたチャックテーブル１０の保持面１１に水溶性保護膜により表面２０２が被覆されたウェーハ２００が載置される。実施形態１において、黒色化ステップ１００３では、レーザ加工装置１は、制御ユニット１００が入力ユニットからオペレータの加工動作開始指示を受け付けると、加工動作を開始し、ウェーハ２００を粘着テープ２０８を介して、チャックテーブル１０の保持面１１に吸引保持し、クランプ部１２で環状フレーム２１０をクランプする。
また、黒色化ステップ１００３では、レーザ加工装置１は、制御ユニット１００が加工閾値及び算出した距離２５４等に基づいて、スポット２１６－１，２１６－２の幅ＷＸを算出し、加工条件で定められた重なり率Ｏ、繰り返し周波数Ｆに基づいて、式１を満たす加工送り速度Ｓを算出する。黒色化ステップ１００３では、レーザ加工装置１は、移動ユニット３０がチャックテーブル１０を加工領域に向かって移動して、撮像ユニット４０がウェーハ２００を撮影する。レーザ加工装置１が、撮像ユニット４０が撮像して得た画像に基づいて、アライメントを遂行する。
実施形態１において、レーザ加工装置１は、加工条件及び算出した加工送り速度Ｓ等に基づいて、パルスレーザビーム２１の集光点２１－１を機能層２０５に設定し、図１０に示すように、加工条件で設定された重なり率Ｏとなるように、移動ユニット３０がチャックテーブル１０に保持されたウェーハ２００と、レーザビーム照射ユニット２０が照射するパルスレーザビーム２１の集光点２１－１とを分割予定ライン２０３に沿って算出した加工送り速度Ｓで相対的に移動させながら、レーザビーム照射ユニット２０がパルス状のパルスレーザビーム２１を分割予定ライン２０３に照射することで、ウェーハ２００にレーザ加工を施して、全ての分割予定ライン２０３上の機能層２０５を黒色化する。
なお、実施形態１では、黒色化ステップ１００３では、パルスレーザビーム２１の波長を５１４ｎｍとし、パルスレーザビーム２１のエネルギーを０．２μＪ以上でかつ２μＪ以下（望ましくは、０．２μＪ以上でかつ０．５μＪ以下）とする。
また、実施形態１では、黒色化ステップ１００３では、例えば、各スポット２１６－１，２１６－２のＸ軸方向の幅ＷＸ（図９に示す）が５μｍ、パルスレーザビーム２１の繰り返し周波数Ｆを１ＭＨｚ、加工送り速度Ｓを５０ｍｍ／秒とすると、重なり率Ｏは、９９％となる。重なり率Ｏが、９９％の場合、領域２１６－３のＸ軸方向の幅２１６－４（図９に示す）は、４．９５μｍとなる。実施形態１において、黒色化ステップ１００３では、例えば、重なり率Ｏが９９％でレーザ加工を施す。
また、黒色化ステップ１００３において、機能層２０５に照射されるパルスレーザビーム２１は、図５に示されたエネルギー分布２１２から図６に示されたエネルギー分布２１４に修正されている。このように、黒色化ステップ１００３において、機能層２０５に照射されるパルスレーザビーム２１は、図４に示されたエネルギー分布２１２から裾野部分が垂直な図５に示されたエネルギー分布２１４に修正されることで、加工閾値よりも低いエネルギーのパルスレーザビーム２１が機能層２０５を透過して基材２０１に照射されることを防止する。
（溝加工ステップ）
図１１は、図７に示されたレーザ加工方法の溝加工ステップを一部断面で模式的に示す側面図である。なお、図１１は、水溶性保護膜を省略している。溝加工ステップ１００４は、黒色化ステップ１００３を実施した後、黒色化した機能層２０５にパルスレーザビーム２１を照射して黒色化した機能層２０５にパルスレーザビーム２１を吸収させレーザ加工溝２０７を形成するステップである。
実施形態１において、溝加工ステップ１００４では、レーザ加工装置１は、パルスレーザビーム２１を、重なり率Ｏが０％を超えかつ８０％未満になるように黒色化した機能層２０５に照射して、機能層２０５及び基材２０１の表層を除去して、レーザ加工溝２０７を形成する。溝加工ステップ１００４では、レーザ加工装置１は、制御ユニット１００が加工条件で定められた重なり率Ｏ、繰り返し周波数Ｆに基づいて、式１を満たす加工送り速度Ｓを算出する。
溝加工ステップ１００４では、レーザ加工装置１は、加工条件及び算出した加工送り速度Ｓに基づいて、パルスレーザビーム２１の集光点２１－１を黒色化した機能層２０５に設定し、図１１に示すように、加工条件で設定された重なり率Ｏとなるように、移動ユニット３０がチャックテーブル１０に保持されたウェーハ２００と、レーザビーム照射ユニット２０が照射するパルスレーザビーム２１の集光点２１－１とを分割予定ライン２０３に沿って算出した加工送り速度Ｓで相対的に移動させながら、レーザビーム照射ユニット２０がパルス状のパルスレーザビーム２１を分割予定ライン２０３に照射する。溝加工ステップ１００４では、レーザ加工装置１は、黒色化した機能層２０５及び基材２０１に対して吸収性を有する波長のパルスレーザビーム２１を照射することで、ウェーハ２００に分割予定ライン２０３に沿ってレーザ加工即ちアブレーション加工を施して、全ての分割予定ライン２０３にレーザ加工溝２０７を形成する。
なお、実施形態１では、溝加工ステップ１００４では、パルスレーザビーム２１の波長を５１４ｎｍとし、パルスレーザビーム２１のエネルギーを５μＪ以上でかつ１０μＪ以下（望ましくは、８μＪ以上でかつ１０μＪ以下）とする。また、実施形態１では、溝加工ステップ１００４では、例えば、重なり率Ｏが７５％でレーザ加工を施す。
また、実施形態１では、溝加工ステップ１００４では、レーザ加工装置１は、黒色化ステップ１００３と同様に、図６に示すエネルギー分布２１４でかつスポット２１６－１，２１６－２の形状が矩形状のパルスレーザビーム２１を照射するが、本発明では、スポットの形状が丸形（円形）のパルスレーザビーム２１を照射しても良い。
こうして、実施形態１に係るレーザ加工方法は、黒色化ステップ１００３において、溝加工ステップ１００４よりも高い重なり率Ｏでかつ低いエネルギーのパルスレーザビーム２１を照射して機能層２０５を黒色化し、溝加工ステップ１００４において、黒色化ステップ１００３よりも低い重なり率Ｏでかつ高いエネルギーのパルスレーザビーム２１を照射して、レーザ加工溝２０７を形成する。
実施形態１において、レーザ加工装置１は、ウェーハ２００の全ての分割予定ライン２０３にレーザ加工溝２０７を形成すると、パルスレーザビーム２１の照射を停止する。実施形態１においてレーザ加工装置１は、移動ユニット３０がチャックテーブル１０を搬入出領域に向かって移動し、チャックテーブル１０を搬入出領域に停止し、チャックテーブル１０がウェーハ２００の吸引保持を停止するとともに、クランプ部１２が環状フレーム２１０のクランプを解除し、チャックテーブル１０の保持面１１からウェーハ２００が搬出されて、加工動作及びレーザ加工方法を終了する。
実施形態１に係るレーザ加工方法が施されたウェーハ２００は、水溶性保護膜が除去され、分割予定ライン２０３に沿って切削加工が施されて、個々のデバイス２０４に分割される。
以上説明したように、実施形態１に係るレーザ加工方法は、黒色化ステップ１００３と溝加工ステップ１００４とを備える。レーザ加工方法は、黒色化ステップ１００３では、溝加工ステップ１００４もよりも低いエネルギーのパルスレーザビーム２１を、溝加工ステップ１００４よりも大きな重なり率Ｏでパルスレーザビーム２１を重ねて照射する。また、レーザ加工方法は、溝加工ステップ１００４では、黒色化した機能層２０５に集光点２１－１を設定して、パルスレーザビーム２１を照射する。
このために、レーザ加工方法は、黒色化されてパルスレーザビーム２１の吸収性が向上された状態の機能層２０５に溝加工ステップ１００４においてパルスレーザビーム２１を照射するため、基材２０１に集光点２１－１を設定することなく、即ち、機能層２０５の剥離を抑制した状態でパルスレーザビーム２１を照射することでレーザ加工溝２０７を形成することができる。その結果、レーザ加工方法は、機能層２０５の剥離を抑制しながらもウェーハ２００にレーザ加工溝２０７を形成することができるという効果を奏する。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
２１ パルスレーザビーム
２２ 発振器
２００ ウェーハ
２０１ 基材
２０５ 機能層（有機膜）
２０７ レーザ加工溝

Claims (2)

  1. 基材上に有機膜を有したウェーハにレーザ加工を施すレーザ加工方法であって、
    該有機膜に対して透過性を有した波長のパルスレーザビームを発振器で発生させ、該有機膜が加工される加工閾値以上のエネルギーの該パルスレーザビームを、連続して該有機膜に照射される該パルスレーザビームの重なり率が９０％以上１００％未満になるように該有機膜に照射して該有機膜を黒色化させる黒色化ステップと、
    該黒色化ステップを実施した後、黒色化した該有機膜に該パルスレーザビームを照射して黒色化した該有機膜にパルスレーザビームを吸収させレーザ加工溝を形成する溝加工ステップと、を備えた、レーザ加工方法。
  2. 該黒色化ステップにおいて、該有機膜に照射されるパルスレーザビームは、ガウシアン分布の裾野部分が垂直な分布に修正されることで該加工閾値より低いエネルギーの該パルスレーザビームが該有機膜を透過して該基材に照射されることを防止する、請求項１に記載のレーザ加工方法。
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