JP2024009506A - ウエーハの加工方法及びウエーハの加工装置 - Google Patents

ウエーハの加工方法及びウエーハの加工装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ウエーハ薄い場合であっても、ウエーハを適正に個々のチップに分割することができるウエーハの加工方法及び装置を提供する。【解決手段】方法は、ウエーハ１０に透過性を有する波長のパルスレーザー光線ＬＢの集光点を、分割予定ラインの内部に位置付けて照射し、改質層を連続的に形成する工程及び外力を付与して分割する工程を備える。改質層形成工程は、レーザー光線を照射する面１０ａから第一の深さｄ１と、より浅い第二の深さｄ２とに集光点Ｓが位置付けられるように設定するステップと、第一の深さにおいて改質層が形成されて発生する熱衝撃波が伝播する速度と、第一の深さと第二の深さとの差を用いて、第二の深さに熱衝撃波が到達する到達時間を求めるステップと、第二の深さにおいて改質層が形成される時間に到達時間を足して合計時間を求めるステップと、合計時間以上の時間をパルスレーザー光線のパルス幅として設定するステップと、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、ウエーハの加工方法及びウエーハの加工装置に関する。
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ウエーハは、ダイシング装置によって個々のデバイスチップに分割され、携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。
また、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線の集光点を分割予定ラインの内部に位置付けて照射すると共に、加工送りして分割予定ラインの内部に改質層を連続的に形成し、その後、外力を付与してウエーハを個々のデバイスチップに分割することで、分割予定ラインの幅を狭くできると共に、ウエーハを切削屑で汚さない技術が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
特許第３４０８８０５号公報
ところで、近年では、デバイスチップの小型化が進んでおり、これに伴いウエーハの厚みも薄くなってきている。特にウエーハの厚みが１００μｍ以下になった場合、ウエーハに過剰な負荷をかけることなく、改質層からクラックを上下方向に延ばすことが困難になり、ウエーハを適正に個々のデバイスチップに分割することが困難であるという問題がある。
本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、ウエーハの厚みが薄い場合であっても、ウエーハを適正に個々のチップに分割することができるウエーハの加工方法及びウエーハの加工装置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、ウエーハの加工方法であって、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線の集光点を分割予定ラインの内部に位置付けて照射すると共に加工送りして分割予定ラインの内部に改質層を連続的に形成する改質層形成工程と、該改質層が形成された分割予定ラインに外力を付与して分割する分割工程と、を備え、該改質層形成工程において、パルスレーザー光線を照射する側の面から第一の深さと該第一の深さよりも浅い第二の深さとに集光点が位置付けられるように設定する集光点設定ステップと、該第一の深さにおいて改質層が形成されて発生する熱衝撃波が伝播する速度を分母とし、該第一の深さと該第二の深さとの差を分子として、該第二の深さに熱衝撃波が到達する到達時間を求める到達時間算出ステップと、該第二の深さに熱衝撃波が到達し該第二の深さにおいて改質層が形成される時間に該到達時間を足し算して合計時間を求める合計時間算出ステップと、該合計時間以上の時間をパルスレーザー光線のパルス幅として設定するパルス幅設定ステップと、を含むウエーハの加工方法が提供される。
該集光点設定ステップにおいて、該熱衝撃波が発生し減衰して消滅するまでの消滅時間内に該到達時間が収まるように、該第一の深さと該第二の深さが設定されることが好ましい。また、該ウエーハにおいて熱衝撃波が伝播する速度が１８２ｍ／ｓ、該熱衝撃波が発生し減衰して消滅するまでの消滅時間が１１０ｎｓである場合に、該第一の深さと該第二の深さとの差が２０μｍ以下となるように集光点を設定し、該パルス幅設定ステップにおいて該パルス幅を２００～５００ｎｓで設定することが好ましい。さらに、該改質層形成工程において、パルスエネルギーを２．５～７．５μＪに設定することが好ましい。
該改質層形成工程において、該加工送りする送り速度を分子とし、パルスレーザー光線の繰り返し周波数を分母として求まる集光点のピッチは、２．２５～１０．２５μｍに設定されることが好ましい。また、ウエーハはシリコンウエーハであり、厚みが１００μｍ以下であることが好ましい。
さらに、本発明によれば、ウエーハの加工装置であって、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パルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該保持手段とレーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、を含み、該レーザー光線照射手段は、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を発振する発振器と、該発振器が発振したパルスレーザー光線を集光し該保持手段に保持されウエーハの内部に集光点を位置付ける集光器と、該保持手段に保持されたウエーハに対して、第一の深さと該第一の深さより浅い第二の深さとに集光点が位置付けられるように設定する集光点設定部と、制御手段と、を備え、該制御手段は、該第一の深さにおいて改質層が形成されて発生する熱衝撃波が伝播する速度を分母とし、該第一の深さと該第二の深さとの差を分子として、該第二の深さに熱衝撃波が到達する到達時間を演算して記憶する到達時間記憶部と、該第二の深さに熱衝撃波が到達して該第二の深さにおいて改質層が形成される時間に該到達時間を足した合計時間を記憶する合計時間記憶部と、該合計時間以上の時間をパルスレーザー光線のパルス幅として設定するパルス幅調整部と、を含むウエーハの加工装置が提供される。
該ウエーハの加工装置の該集光点設定部は、空間光位相変調器、又は楕円ビームを形成するマスクであることが好ましい。
本発明のウエーハの加工方法は、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線の集光点を分割予定ラインの内部に位置付けて照射すると共に加工送りして分割予定ラインの内部に改質層を連続的に形成する改質層形成工程と、該改質層が形成された分割予定ラインに外力を付与して分割する分割工程と、を備え、該改質層形成工程において、パルスレーザー光線を照射する側の面から第一の深さと該第一の深さよりも浅い第二の深さとに集光点が位置付けられるように設定する集光点設定ステップと、該第一の深さにおいて改質層が形成されて発生する熱衝撃波が伝播する速度を分母とし、該第一の深さと該第二の深さとの差を分子として、該第二の深さに熱衝撃波が到達する到達時間を求める到達時間算出ステップと、該第二の深さに熱衝撃波が到達し該第二の深さにおいて改質層が形成される時間に該到達時間を足し算して合計時間を求める合計時間算出ステップと、該合計時間以上の時間をパルスレーザー光線のパルス幅として設定するパルス幅設定ステップと、を含むことから、厚みが薄い、例えば１００μｍ以下のウエーハであっても、１回のパルスレーザー光線ＬＢの走査で上下方向に複数の改質層を容易に形成し、該改質層において上下方向に伸長するクラックを形成することができることから、ウエーハを適正に個々のチップに分割することが可能になる。
また、本発明のウエーハの加工装置は、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パルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該保持手段とレーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、を含み、該レーザー光線照射手段は、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を発振する発振器と、該発振器が発振したパルスレーザー光線を集光し該保持手段に保持されウエーハの内部に集光点を位置付ける集光器と、該保持手段に保持されたウエーハに対して、第一の深さと該第一の深さより浅い第二の深さとに集光点が位置付けられるように設定する集光点設定部と、制御手段と、を備え、該制御手段は、該第一の深さにおいて改質層が形成されて発生する熱衝撃波が伝播する速度Ｖを分母とし、第一の深さと第二の深さとの差を分子として、該第二の深さに熱衝撃波が到達する到達時間を演算して記憶する到達時間記憶部と、該第二の深さに熱衝撃波が到達して該第二の深さにおいて改質層が形成される時間に該到達時間を足した合計時間を記憶する合計時間記憶部と、該合計時間以上の時間をパルスレーザー光線のパルス幅として設定するパルス幅調整部と、を含み構成されていることから、厚みが薄い、例えば１００μｍ以下のウエーハであっても、１回のパルスレーザー光線ＬＢの走査で上下方向に複数の改質層を容易に形成し、該改質層において上下方向に伸長するクラックを形成することができることから、ウエーハを適正に個々のチップに分割することが可能になる。
本実施形態のレーザー加工装置の全体斜視図である。 図１に記載のレーザー加工装置に装着されるレーザー光線照射手段の光学系の概略を示すブロック図である。 図１に記載のレーザー加工装置により加工されるウエーハの斜視図である。 改質層形成工程の実施態様を示す斜視図である。 図４に示す改質層形成工程において形成される第一の集光点、及び第二の集光点を示す一部拡大断面図である。 改質層形成工程において改質層が形成される態様を示す一部拡大断面図である。
以下、本発明に基づいて構成されるウエーハの加工方法、及びウエーハの加工装置に係る実施形態について、添付図面を参照しながら、詳細に説明する。
図１には、本発明のウエーハの加工装置として例示されるレーザー加工装置１が示されている。レーザー加工装置１は、保持手段３に保持される環状のフレームＦに保護テープＴを介して保持された例えばシリコン（Ｓｉ）のウエーハ１０にレーザー加工を施す装置である。レーザー加工装置１は、基台２上に配設され、ウエーハ１０の表面１０ａにパルスレーザー光線ＬＢを照射するレーザー光線照射手段７を少なくとも備えている。
レーザー加工装置１は、上記した保持手段３、レーザー光線照射手段７に加え、保持手段３とレーザー光線照射手段７とを相対的に加工送りする加工送り手段４を備えている。加工送り手段４は、保持手段３をＸ軸方向に移動するＸ軸移動手段４ａ及び保持手段３をＹ軸方向に移動するＹ軸移動手段４ｂを含んでいる。さらに、レーザー加工装置１は、基台２上のＸ軸移動手段４ａ、Ｙ軸移動手段４ｂの側方に立設される垂直壁部５ａ及び垂直壁部５ａの上端部から水平方向に延びる水平壁部５ｂからなる枠体５と、各作動部を制御する制御手段１００と、を備えている。
保持手段３は、Ｘ軸方向において移動自在に基台２に搭載された矩形状のＸ軸方向可動板３１と、Ｙ軸方向において移動自在にＸ軸方向可動板３１に搭載された矩形状のＹ軸方向可動板３２と、Ｙ軸方向可動板３２の上面に固定された円筒状の支柱３３と、支柱３３の上端に固定された矩形状のカバー板３４とを含み、カバー板３４にはカバー板３４上に形成された長穴を通って上方に延びるチャックテーブル３５が配設されている。チャックテーブル３５は、支柱３３内に収容された図示を省略する回転駆動手段により回転可能に構成されている。チャックテーブル３５の上面には、通気性を有する多孔質材料から形成され、Ｘ座標及びＹ座標で特定されるＸＹ平面を保持面とする円形状の吸着チャック３６が配設されている。吸着チャック３６は、支柱３３を通る流路によって図示しない吸引手段に接続されており、吸着チャック３６の周囲には、ウエーハ１０をチャックテーブル３５に保持する際にフレームＦを把持し固定する４つのクランプ３７が等間隔で配置されている。
Ｘ軸移動手段４ａは、モータ４２ａの回転運動を、ボールねじ４２ｂを介して直線運動に変換してＸ軸方向可動板３１に伝達し、基台２上にＸ軸方向に沿って配設された一対の案内レール２Ａ、２Ａに沿ってＸ軸方向可動板３１をＸ軸方向に移動させる。Ｙ軸移動手段４ｂは、モータ４４ａの回転運動を、ボールねじ４４ｂを介して直線運動に変換し、Ｙ軸方向可動板３２に伝達し、Ｘ軸方向可動板３１上においてＹ軸方向に沿って配設された一対の案内レール３１ａ、３１ａに沿ってＹ軸方向可動板３２をＹ軸方向に移動させる。
枠体５の水平壁部５ｂの内部には、上記のレーザー光線照射手段７を構成する光学系、及び位置合わせ手段６が収容されている。水平壁部５ｂの先端部下面側には、該レーザー光線照射手段７の一部を構成し、パルスレーザー光線ＬＢを集光してウエーハ１０に照射する集光器７１が配設されている。位置合わせ手段６は、保持手段３に保持されるウエーハ１０を撮像して、ウエーハ１０の位置や向き、パルスレーザー光線ＬＢを照射する分割予定ライン１４の位置等を検出する撮像手段であり、前記の集光器７１に対して図中矢印Ｘで示すＸ軸方向で隣接する位置に配設されている。
図２には、上記のレーザー光線照射手段７の光学系の概略を示すブロック図が示されている。本実施形態のレーザー光線照射手段７は、ウエーハ１０に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線ＬＢを発振する発振器７２と、パルスレーザー光線ＬＢの出力を調整するアッテネータ７３と、ウエーハ１０に対して第一の深さｄ１と該第一の深さｄ１より浅い第二の深さｄ２とにパルスレーザー光線ＬＢの集光点が位置付けられるように設定する集光点設定部７４と、反射ミラー７５と、を備え、集光器７１の集光レンズ７１ａによってパルスレーザー光線ＬＢが集光されて、保持手段３に保持されたウエーハ１０に照射される。なお、アッテネータ７３及び反射ミラー７５は必要に応じて設定されるものであり、適宜省略すことができる。
図２を参照しながら、集光点設定部７４について説明する。集光点設定部７４は、例えば空間光位相変調器（ＬＣＯＳ）から構成され、入射されるパルスレーザー光線ＬＢの空間的な分布を電気的に制御して、ウエーハ１０の上面（本実施形態では、表面１０ａ）から任意の第一の深さｄ１に第一の集光点Ｓ１を位置付け、該第一の深さｄ１よりも浅い任意の第二の深さｄ２に第二の集光点Ｓ２を位置付けることが可能である。第一の集光点Ｓ１及び第二の集光点Ｓ２を任意の深さ位置に設定する具体的な設定方法としては、図２に示すように、上記の集光点設定部７４を使用してパルスレーザー光線ＬＢのスポットＳの形状を成形し、ＸＹ平面で見たとき、パルスレーザー光線ＬＢの走査方向（Ｘ軸方向）に延ばした楕円ビームとなるように設定する。このようにして、中心に高エネルギー密度の領域Ｓｃを有するスポットＳを成形して、ウエーハ１０の表面１０ａ側から照射することにより、図示のように、第一の深さｄ１と第二の深さｄ２のそれぞれに集光点を位置付けることが可能である。なお、本実施形態のパルスレーザー光線ＬＢのスポットＳは、集光点設定部７４により、パルスレーザー光線ＬＢを走査するＸ軸方向に沿うように設定された長軸方向の寸法を１２μｍ、短軸方向の寸法を２μｍの略楕円形状となるように設定されている。これにより、第一の集光点Ｓ１が位置付けられる第一の深さｄ１を、ウエーハ１０の表面１０ａから６０μｍの深さに設定すると共に、第二の集光点Ｓ２が位置付けられる第二の深さｄ２を、表面１０ａから４８μｍの深さに設定する。これにより、第一の深さｄ１と第二の深さｄ２との差（ｄ１－ｄ２）は、１２μｍとなる。
なお、本発明の集光点設定部７４は、上記した空間光位相変調器（ＬＣＯＳ）により構成されることに限定されない。パルスレーザー光線ＬＢのスポットＳを上記のような楕円ビームとするためには、発振器７２と集光器７１との間のいずれかの位置に、上記の空間光位相変調器に替えて、楕円形状の隙間を有するマスクを配設して、上記のごとき形状のスポット形状Ｓを形成することもできる。また、任意の第一の深さｄ１に第一の集光点Ｓ１を位置付け、第一の深さｄ１よりも浅い任意の第二の深さｄ２に第二の集光点Ｓ２を位置付ける手段として、上記したうようにスポット形状を楕円形状に成形することに限定されず、集光点設定部７４を二つの光路によって形成し、発振器７２から発振されたパルスレーザー光線ＬＢを上記の光学系の光路上で分岐して、２つの異なる光路を通過することで、集光点が異なる位置になるように調整された２種のパルスレーザー光線を形成し、該２種のパルスレーザー光線を集光器７１により集光することにより、第一の深さｄ１と第二の深さｄ２とに集光点を位置付けるようにしてもよい。さらにいえば、該２種のパルスレーザー光線を、上記した空間光位相変調器を使用して疑似的に形成することも可能であり、必ずしもレーザー光線照射手段７の光学系上で分岐させて形成することに限定されない。
制御手段１００は、第一の深さｄ１において改質層が形成された場合に発生する熱衝撃波が伝播する速度Ｖを分母とし、第一の深さｄ１と第二の深さｄ２との差（ｄ１－ｄ２）を分子として、第二の深さｄ２に該熱衝撃波が到達するまでに掛かる到達時間ｔ１を記憶する到達時間記憶部１１０と、第二の深さｄ２に該熱衝撃波が到達して第二の深さｄ２において改質層が形成されるのに掛かる時間ｔ２に該到達時間ｔ１を足した合計時間ｔ３を記憶する合計時間記憶部１２０と、該合計時間ｔ３以上の時間をパルスレーザー光線ＬＢのパルス幅Ｐｗとして設定し発振器７２から発振されるパルスレーザー光線ＬＢのパルス幅を調整するパルス幅調整部１３０とを備えている。
本実施形態のレーザー加工装置１は、概ね上記したとおりの構成を備えており、上記したレーザー加工装置１を使用して実施される本発明のウエーハの加工方法の実施形態について、以下に説明する。
本実施形態のウエーハの加工方法により加工されるウエーハ１０は、例えば、厚みが１００μｍのシリコン（Ｓｉ）のウエーハであり、図３に示すように、複数のデバイス１２が分割予定ライン１４によって区画され表面１０ａに形成されたウエーハである。ウエーハ１０は、ウエーハ１０を収容可能な開口部Ｆａを備える環状のフレームＦの該開口部Ｆａの中央に位置付けられて、保護テープＴを介して保持される。なお、以下に説明する実施形態では、ウエーハ１０の表面１０ａ側からパルスレーザー光線ＬＢを照射して、分割予定ライン１４の内部に沿って改質層を形成する例について説明するが、本発明はこれに限定されず、ウエーハ１０の裏面側からパルスレーザー光線ＬＢを照射して、分割予定ライン１４の内部に沿って改質層を形成する場合も含む。
上記したウエーハ１０を用意したならば、図４に示すように、ウエーハ１０に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線ＬＢの集光点を分割予定ライン１４の内部に位置付けて照射すると共に、ウエーハ１０を加工送りして分割予定ライン１４の内部に改質層を連続的に形成する改質層形成工程を実施する。
該改質層形成工程を実施するに際し、まず、パルスレーザー光線ＬＢを照射する上面（本実施形態では表面１０ａ）から第一の深さｄ１と第一の深さｄ１よりも浅い第二の深さｄ２とに集光点が位置付けられるように設定する集光点設定ステップを実施する。本実施形態の集光点設定ステップでは、上記したように、第一の集光点Ｓ１を位置付ける第一の深さｄ１が６０μｍとなるように、第二の集光点Ｓ２を位置付ける第二の深さｄ２が４８μｍになるように設定する。
次いで、上記した第一の深さｄ１において改質層が形成されて発生する熱衝撃波が伝播する速度Ｖを分母とし、第一の深さｄ１と第二の深さｄ２との差（ｄ１－ｄ２＝１２μｍ）を分子として、第二の深さｄ２に熱衝撃波が到達する到達時間ｔ１を求める到達時間算出ステップを実施する。シリコン（Ｓｉ）のウエーハ１０において、改質層が形成される際に発生する熱衝撃波の伝播する速度Ｖは、１８２ｍ／ｓであることが知られており、
到達時間ｔ１＝（ｄ１－ｄ２）／Ｖ＝６６ｎｓ
が算出される。なお、このようにして算出された到達時間ｔ１が、上記した制御手段１００の到達時間記憶部１１０に記憶される。
次いで、上記した第二の深さｄ２に形成される第二の集光点Ｓ２に上記した熱衝撃波が到達し第二の深さｄ２の第二の集光点Ｓ２において改質層が形成されるのに必要な時間ｔ２に、上記した到達時間ｔ１を足し算した合計時間ｔ３を求める合計時間算出ステップを実行する。この第二の集光点Ｓ２において改質層が形成されるのに必要な時間ｔ２は、本発明の発明者により確認されており、本実形態では、第二の集光点Ｓ２において改質層が形成されるのに必要な時間ｔ２は１００ｎｓであったことから、
合計時間ｔ３＝ｔ１＋ｔ２＝１６６ｎｓ
が算出される。このようにして上記の合計時間算出ステップを実行することで算出された合計時間ｔ３は、上記した制御手段１００の合計時間記憶部１２０に記憶される。
次いで、上記した合計時間算出ステップにより算出され合計時間記憶部１２０に記憶された合計時間ｔ３以上の時間を、パルスレーザー光線ＬＢのパルス幅Ｐｗ（例えば３５０ｎｓ）として設定するパルス幅設定ステップを実行する。これは、第二の深さｄ２に適正に改質層が形成される条件として、第一の集光点Ｓ１に改質層が形成される際に発生する熱衝撃波が第二の深さｄ２に達した際に、該第二の深さｄ２に第二の集光点Ｓ２が形成されていることが必要であることに加えて、パルス幅Ｐｗを上記の合計時間ｔ３以上の時間で設定する必要があることに基づくものであり、このようにパルス幅Ｐｗを設定することで、第二の深さｄ２に適正に改質層が形成される。
ところで、上記した集光点設定ステップにより設定される第一の深さｄ１及び第二の深さｄ２に関しては、次に述べる条件が考慮されて設定される。まず、第二の深さｄ２と比べ高いエネルギーが集中する第一の深さｄ１において改質層が形成され熱衝撃波が発生した場合、該熱衝撃波は、ウエーハ１０内を伝播する間に減衰する。上記したシリコンからなるウエーハ１０を加工するレーザー加工条件においては、第一の集光点Ｓ１において発生した熱衝撃波は所定の消滅時間Ｔ＝１１０ｎｓで消滅することが分かっている。よって、第一の深さｄ１で改質層が形成されることで発生した熱衝撃波が第二の深さｄ２に到達するまでの到達時間が少なくとも上記の消滅時間Ｔ（１１０ｎｓ）内に収まるように、第一の深さｄ１及び第二の深さｄ２が設定される。
なお、上記した集光点設定ステップにより設定される第一の深さｄ１及び第二の深さｄ２は、次に述べる条件を満たすように設定されてもよい。すなわち、ウエーハ１０内を熱衝撃波が伝播する際の速度Ｖ（１８２ｍ／ｓ）、該熱衝撃波Ｖが減衰して消滅するまでの消滅時間をＴ（１１０ｎｓ）とした場合に、熱衝撃波が伝播する距離はＶ×Ｔによって算出することができることから、
ｄ１－ｄ２ ＜ Ｖ×Ｔ（＝２０μｍ）
を満たすように、該第一の深さｄ１と第二の深さｄ２を設定すればよいのであり、本実施形態では、ｄ１－ｄ２が１２μｍになるように設定されている。
上記したように、集光点設定ステップと、到達時間算出ステップと、合計時間算出ステップと、パルス幅設定ステップが実施されたならば、ウエーハ１０に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線ＬＢの集光点を分割予定ラインの内部に位置付けて照射すると共に加工送りして分割予定ラインの内部に改質層を連続的に形成する。
レーザー加工装置１のチャックテーブル３５にウエーハ１０を載置したならば、図示を省略する吸引手段により吸引すると共に、クランプ３７によってフレームＦを把持して固定する。次いで、加工送り手段４のＸ軸移動手段４ａ、Ｙ軸移動手段４ｂを作動して、図１に示す位置合わせ手段６の直下に位置付ける。次いで、該位置合わせ手段６によってウエーハ１０を撮影し、図示を省略する回転駆動手段によりチャックテーブル３５を回転して、所定の分割予定ライン１４の方向をＸ軸方向に整合させると共に、該分割予定ライン１４と直交する分割予定ライン１４をＹ軸方向に整合させる。さらに、加工すべき分割予定ライン１４のＸＹ座標によって規定される位置情報を制御手段１００に記憶する。
上記した位置合わせ手段６により検出した加工すべき分割予定ライン１４の位置情報に基づき、加工送り手段４を作動して、図４に示すように、ウエーハ１０に形成された所定の分割予定ライン１４を、レーザー光線照射手段７の集光器７１の直下に位置付ける。次いで、図５に示すように、ウエーハ１０に対して、パルスレーザー光線ＬＢの第一の深さｄ１（６０μｍ）に第一の集光点Ｓ１を、第一の深さｄ１より浅い第二の深さｄ２（４８μｍ）に第二の集光点Ｓ２を位置付ける。本実施形態では、第一の集光点Ｓ１と第二の集光点Ｓ２に高エネルギー密度の領域が形成され、第一の集光点Ｓ１と第二の集光点Ｓ２とを囲むように低エネルギー密度の領域Ｓ３が形成され、第一の集光点Ｓ１に第二の集光点Ｓ２に比してより大きなエネルギーが供給される。
上記したように、パルスレーザー光線ＬＢの集光点をウエーハ１０の内部に位置付けたならば、上記のＸ軸移動手段４ａを作動して、図６に示すように、ウエーハ１０をＸ軸方向に移動して、分割予定ライン１４の内部に沿ってパルスレーザー光線ＬＢを照射することにより、分割予定ライン１４の内部に連続的に改質層１８を形成する。改質層１８は、第一の集光点Ｓ１において形成される第一の改質層１６ａと、該第一の改質層１６ａから発生した熱衝撃波が第二の集光点Ｓ２に達することで形成される第二の改質層１６ｂとを含み、本実施形態では、さらに、第一の改質層１６ａと第二の改質層１６ｂとが略同時に形成されるに伴い第一の改質層１６ａと第二の改質層１６ｂとを連結するように上下方向（Ｚ軸方向）に形成される複数のクラック１７とを含む。
レーザー光線照射手段７と、Ｘ軸移動手段４ａと、Ｙ軸移動手段４ｂと、図示を省略するチャックテーブル３５の回転駆動手段を作動して、ウエーハ１０の表面１０ａに形成された全ての分割予定ライン１４の内部に沿って上記の改質層１８を連続的に形成して、改質層形成工程を完了する。
上記の改質層形成工程を実施したならば、改質層１８が形成された分割予定ライン１４に外力を付与して分割する分割工程を実施して、ウエーハ１０のデバイス１２を個々のチップに分割する。該分割工程を実施するに際しては、図示を省略する周知の外力付加手段を使用して実施することが可能である。該外力付加手段は、例えば、ウエーハ１０の表面１０ａ上に弾性を有するローラを押圧して転動することにより、分割予定ライン１４に外力を付与する手段であったり、ウエーハ１０を保持する保護テープＴを放射状に拡張することにより分割予定ライン１４に外力を付与する手段であったりすることができ、ウエーハ１０を個々のチップに分割する。
本発明の発明者は、上記した改質層１８が形成される適正なレーザー加工条件の範囲を見出すべく、以下のような範囲でレーザー加工条件を変更して改質層を形成するレーザー加工の実験を行い、上記した適正な改質層１８が形成される結果が得られる範囲について確認した。
波長 ：１０８０ｎｍ
繰り返し周波数 ：８０ｋＨｚ
平均出力 ：０．１～１．０Ｗ
パルスエネルギー ：１．２５～１２．５μＪ
加工送り速度 ：１００～１０００ｍｍ／ｓ
パルスピッチ ：１．２５～１２．５μｍ
パルス幅Ｐｗ ：１５０～５００ｎｓ
パルスレーザー光線ＬＢを照射する際のパルス幅Ｐｗについては、上記した合計時間ｔ３（１６６ｎｓ）以上の時間をパルス幅Ｐｗと設定することが必要である旨述べたが、上記のレーザー加工条件を変更して実施した実験の結果、特に２００～５００ｎｓに設定することで、良好な改質層１８が形成されることを確認した。また、上記した実験の結果からみて、パルス幅Ｐｗを、５００ｎｓを超える値に設定すると、第二の深さｄ２に良好な改質層が形成されず、改質層１８の質が低下することが推定された。
また、パルスレーザー光線ＬＢを照射する際のパルスエネルギーについては、２．５～７．５μＪの範囲で設定することで、良好な改質層１８が形成されることが確認された。特に、パルスエネルギーを３．５～７．５μＪの範囲で設定し、パルス幅Ｐｗを２５０～３５０ｎｓの範囲で設定して上記の改質層形成工程を実施することで、第一の改質層１６ａ、第二の改質層１６ｂと、上下方向に延びるクラック１７を含む良好な改質層１８が形成されることが確認された。
さらに、上記した改質層１８を形成するに際しては、パルスレーザー光線ＬＢを照射して、分割予定ライン１４の内部に沿って集光点を位置付けてレーザー加工を実施する際に、加工送りする送り速度を分子とし、パルスレーザー光線の繰り返し周波数を分母として演算することにより求まる集光点のピッチ（パルスピッチ）を、２．２５～１０．２５μｍの範囲で設定することで、分割予定ライン１４に沿って適正な間隔で改質層１８を形成することができ、ウエーハ１０をより適正に個々のチップに分割することが可能である。
上記した実施形態では、シリコンで構成されたウエーハ１０を被加工物とする例について説明したが、本発明は、シリコンで構成されたウエーハ１０を被加工物とすることに限定されず、ウエーハが他の素材であっても適用可能であり、例えば、ウエーハが窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）によって構成されている場合も含む。なお、ウエーハに改質層を形成した際に発生する熱衝撃波の伝播速度、及び熱衝撃波が発生し減衰して消滅するまでの時間、第二の深さｄ２において改質層が形成されるのに掛かる時間は、ウエーハを構成する素材に応じたものになる。よって、他の素材により構成されたウエーハを被加工物とする場合は、ウエーハを構成する素材に応じて、ウエーハの第一の深さｄ１に改質層を形成した際に発生する熱衝撃波の伝播速度、熱衝撃波が発生し減衰して消滅するまでの消滅時間、及び第二の深さｄ２において改質層が形成されるのに掛かる時間等を計測して本発明に適用し、上記のウエーハの加工方法を実施する。
本発明によれば、特に、厚みが１００μｍ以下となるような薄いウエーハであっても、１回のパルスレーザー光線ＬＢの走査で上下方向に容易に複数の改質層を形成することが可能であり、該改質層において上下方向に伸長するクラックを形成することができることから、ウエーハを適正に個々のチップに分割することが可能になる。
１：レーザー加工装置
２：基台
３：保持手段
３１：Ｘ軸方向可動板
３２：Ｙ軸方向可動板
３３：支柱
３４：カバー板
３５：チャックテーブル
３６：吸着チャック
３７：クランプ
４：加工送り手段
４ａ：Ｘ軸移動手段
４ｂ：Ｙ軸移動手段
５：枠体
５ａ：垂直壁部
５ｂ：水平壁部
６：位置合わせ手段
７：レーザー光線照射手段
７１：集光器
７１ａ：集光レンズ
７２：発振器
７３：アッテネータ
７４：集光点設定部
７５：反射ミラー
１０：ウエーハ
１０ａ：表面
１２：デバイス
１４：分割予定ライン
１６ａ：第一の改質層
１６ｂ：第二の改質層
１７：クラック
１８：改質層
１００：制御手段
１１０：到達時間記憶部
１２０：合計時間記憶部
１３０：パルス幅調整部
ｄ１：第一の深さ
ｄ２：第二の深さ
Ｓ：スポット
Ｓ１：第一の集光点
Ｓ２；第二の集光点
Ｓ３：低エネルギー密度の領域
Ｓｃ：中心領域

Claims (8)

  1. ウエーハの加工方法であって、
    ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線の集光点を分割予定ラインの内部に位置付けて照射すると共に加工送りして分割予定ラインの内部に改質層を連続的に形成する改質層形成工程と、
    該改質層が形成された分割予定ラインに外力を付与して分割する分割工程と、を備え、
    該改質層形成工程において、
    パルスレーザー光線を照射する側の面から第一の深さと該第一の深さよりも浅い第二の深さとに集光点が位置付けられるように設定する集光点設定ステップと、
    該第一の深さにおいて改質層が形成されて発生する熱衝撃波が伝播する速度を分母とし、該第一の深さと該第二の深さとの差を分子として、該第二の深さに熱衝撃波が到達する到達時間を求める到達時間算出ステップと、
    該第二の深さに熱衝撃波が到達し該第二の深さにおいて改質層が形成される時間に該到達時間を足し算して合計時間を求める合計時間算出ステップと、
    該合計時間以上の時間をパルスレーザー光線のパルス幅として設定するパルス幅設定ステップと、
    を含むウエーハの加工方法。
  2. 該集光点設定ステップにおいて、
    該熱衝撃波が発生し減衰して消滅するまでの消滅時間内に該到達時間が収まるように、該第一の深さと該第二の深さが設定される請求項１に記載のウエーハの加工方法。
  3. 該ウエーハにおいて熱衝撃波が伝播する速度が１８２ｍ／ｓ、該熱衝撃波が発生し減衰して消滅するまでの消滅時間が１１０ｎｓである場合に、該第一の深さと該第二の深さとの差が２０μｍ以下となるように集光点を設定し、該パルス幅設定ステップにおいて該パルス幅を２００～５００ｎｓで設定する請求項２に記載のウエーハの加工方法。
  4. 該改質層形成工程において、
    パルスエネルギーを２．５～７．５μＪに設定する請求項１に記載のウエーハの加工方法。
  5. 該改質層形成工程において、
    該加工送りする送り速度を分子とし、パルスレーザー光線の繰り返し周波数を分母として求まる集光点のピッチは、２．２５～１０．２５μｍに設定される請求項１に記載のウエーハの加工方法。
  6. 該ウエーハはシリコンウエーハであり、厚みが１００μｍ以下である請求項３～５のいずれかに記載のウエーハの加工方法。
  7. ウエーハの加工装置であって、
    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パルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該保持手段と該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、を含み、
    該レーザー光線照射手段は、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を発振する発振器と、該発振器が発振したパルスレーザー光線を集光し該保持手段に保持されウエーハの内部に集光点を位置付ける集光器と、該保持手段に保持されたウエーハに対して、第一の深さと該第一の深さより浅い第二の深さとに集光点が位置付けられるように設定する集光点設定部と、制御手段と、を備え、
    該制御手段は、
    該第一の深さにおいて改質層が形成されて発生する熱衝撃波が伝播する速度を分母とし、該第一の深さと該第二の深さとの差を分子として該第二の深さに熱衝撃波が到達する到達時間を演算して記憶する到達時間記憶部と、
    該第二の深さに熱衝撃波が到達して該第二の深さにおいて改質層が形成される時間に該到達時間を足した合計時間を記憶する合計時間記憶部と、
    該合計時間以上の時間をパルスレーザー光線のパルス幅として設定するパルス幅調整部と、
    を含むウエーハの加工装置。
  8. 該集光点設定部は、空間光位相変調器、又は楕円ビームを形成するマスクである請求項７に記載のウエーハの加工装置。
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