JP5318545B2 - Wafer processing method - Google Patents
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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に関するものである。 The present invention relates to a wafer processing how to process the wafer or the like using a sapphire substrate.
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。 An optical device wafer in which a plurality of regions are defined by dividing lines called streets formed in a lattice pattern on the surface of a sapphire substrate or the like, and an optical device such as a gallium nitride compound semiconductor is stacked on the partitioned regions. It is divided into optical devices such as individual light emitting diodes along the street, and is widely used in electronic equipment.
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。 Such cutting along the streets of the optical device wafer is usually performed by a cutting device that performs cutting by rotating a cutting blade at a high speed. However, since the sapphire substrate has a high Mohs hardness and is a difficult-to-cut material, there is a problem that it is necessary to slow the processing speed and productivity is poor.
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)。 In recent years, as a method of dividing an optical device wafer along a street, a laser processing groove is formed by irradiating the wafer with a pulsed laser beam having a wavelength that absorbs the wafer. A method of dividing by applying an external force has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
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。 Here, in order to enable high-quality division, it is considered that a laser processing groove having a depth of about 20% with respect to the wafer thickness is necessary. In order to increase productivity, a laser of a pulse laser beam is used. Although it is necessary to increase the output, there is a concern that damage to the light emitting device may increase at the same time.
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。 Therefore, as a practical measure, there is no choice but to improve the productivity because the laser output is suppressed and the wafer processing feed rate is set to a low speed of about 70 to 120 mm / s, for example.
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を提供することを目的とする。 The present invention was made in view of the above, while suppressing the laser output to be irradiated, the wafer processing how that can process the wafer faster without disturbing the resolution of high-quality wafers The purpose is to provide.
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、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、前記レーザ出力が23Wで、かつ前記繰返し周波数が200kHzである場合には、前記相対移動速度が300mm/s以上でかつ600mm/s以下であり、前記レーザ出力が62Wで、かつ前記繰返し周波数が90kHzである場合には、前記相対移動速度が150mm/s以上でかつ450mm/s以下であることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a wafer processing method according to the present invention includes a plurality of streets formed by a plurality of streets in which a nitride semiconductor layer is formed on a surface of a sapphire substrate and arranged in a lattice pattern. A laser processing groove is formed on a wafer having a light-emitting device formed in the region by irradiating the wafer with a pulsed laser beam having a wavelength that absorbs the wafer along the street to apply an external force to the wafer. A wafer processing method for forming a laser processing groove by irradiation with a preceding pulsed laser beam when sequentially irradiating a wafer with a pulse laser beam and continuously forming the laser processing groove by ablation processing. Followed by an interval that does not cancel out the thermal strain formed to grow from the bottom of the laser processed groove So as to irradiate the pulsed laser beam, with the laser output is 23W, and if the repetition frequency is 200kHz, the relative movement speed is not higher than 300 mm / s or more and 600 mm / s, the laser output Is 62 W and the repetition frequency is 90 kHz, the relative movement speed is 150 mm / s or more and 450 mm / s or less .
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。 The wafer processing method according to the present invention further includes a dividing step of dividing the wafer by applying an external force to the wafer after completion of the step of forming the laser processing groove by irradiation with a pulsed laser beam. Features.
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。 The wafer processing method according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the dividing step is executed within 24 hours after the step of forming the laser processing groove by irradiation with a pulsed laser beam.
本発明にかかるウエーハ加工方法によれば、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。 According to the wafer processing how according to the present invention, when continuously forming a laser processed grooves in the wafer by ablation processing by irradiating a pulsed laser beam, subsequent pulse laser beam with respect to the preceding pulse laser beam irradiation The thermal strain formed with the formation of the laser processing groove is not canceled by optimizing the interval to be processed, so that even if the laser processing groove formed is shallow, the thermal strain formed accompanying the laser processing groove Wafer splitting is possible due to the residual stress that decreases the bending strength of the wafer due to the residual stress, so that it is possible to reduce the laser power to irradiate the wafer without disturbing the splitting of high-quality wafers. There is an effect that it can be processed at high speed.
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。 Hereinafter, with the wafer processing how is the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, for example, a wafer in which a light-emitting device is formed in a plurality of regions formed by a plurality of streets in which a nitride semiconductor layer is formed on the surface of a sapphire substrate and is arranged in a lattice pattern is applied to the wafer. An application example in the case of forming a laser processing groove for applying an external force to a wafer to divide the wafer by irradiating a pulsed laser beam having an absorptive wavelength along the street will be described. The present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
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。
FIG. 1 is an external perspective view showing a main part of a laser processing apparatus for carrying out a laser processing step in the wafer processing method of the present embodiment, and FIG. 2 is a schematic block diagram showing a configuration example of processing means. It is. The
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。
The
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。
Further, the pulse laser beam irradiation means 22 basically divides the
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。
Such a pulsed laser beam irradiation means 22 includes a
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。
The imaging means 23 mounted on the tip of the
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。
Moreover, the
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。
Next, the laser processing process of the
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。
As shown in FIG. 3, the
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。
Then, the holding means 21 that sucks and holds the
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。
Next, the control means 10 refers to the coordinate values of the machining feed start position and the machining feed end position obtained in the above-described street detection work, and the pulse laser is directed from one end to the other end of each
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。
That is, the holding means 21 is moved so that the processing feed start position, which is one end of the
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。
After performing the laser processing step on the
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。
When the laser processing steps for all the
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。
As described above, the
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。 Here, when the laser processing groove is continuously formed by sequentially irradiating the wafer with the pulse laser beam, conventionally, the laser output of the pulse laser beam to be irradiated is suppressed and the processing feed rate is set to 70 to 120 mm, for example. The depth of the laser processing groove to be formed is increased by reducing the speed to about / s.
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。
On the other hand, in the present embodiment, while the wafer 1 (holding means 21) is processed and fed at a predetermined processing feed speed in the processing feed direction by the processing feed means 29, the pulse laser beam irradiation means 22 is applied to the
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。
This is because when a laser processing groove is formed by ablation processing by irradiating the
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。
FIG. 6 is a schematic diagram showing the state of the ablation process and the thermal strain formation process in time series by sequentially irradiating the
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。
Here, since the
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。
Hereinafter, the wafer processing method according to the present embodiment will be described with reference to the experimental results while comparing with the conventional method. First, an experimental result of measuring a change in bending strength due to a difference in processing feed rate will be described. Here, as shown in FIG. 7, the bending strength measurement method was performed such that the line of the
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。
First, in the first experiment, the wavelength of the pulse laser beam irradiated to the
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。 According to the experimental results shown in FIG. 8, it can be seen that, at low speeds of 120 mm / s and 150 mm / s of the conventional method, the bending strength is lowered as intended because the formed laser processing groove is deep. On the other hand, in the case of 200 mm / s of the conventional method, the depth of the laser-processed groove formed is about 20 μm, and the bending strength remains at 334.8 MPa. Therefore, in the case of the conventional method, when the laser output is 23 W (peak power), it can be said that in reality it is inevitably processed at a low speed of 150 mm / s or less.
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。
On the other hand, when the processing feed rate is increased to 300 mm / s or more as in the present embodiment, the bending strength is 200 mm / s even when the depth of the
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。
In the second experiment, the laser output of the pulse laser beam irradiated to the
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。 According to the experimental results shown in FIG. 9, it can be seen that, at low speeds such as 70 mm / s and 85 mm / s of the conventional method, the bending strength is lowered as intended because the formed laser processing groove is deep. On the other hand, in the case of 110 mm / s in the conventional method, the depth of the laser processed groove to be formed is about 17 μm, and the bending strength remains at about 380 MPa. Therefore, in the case of the conventional method, when the laser output is set to 62 W (peak power), it can be said that it is practically necessary to process at a low speed of 85 mm / s or less.
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。
On the other hand, when the machining feed rate is increased to 150 mm / s or more as in the present embodiment, the bending strength is 110 mm / s even when the depth of the formed
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。
According to the results of
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。
As described above, according to the system of the present embodiment, the machining feed rate is increased, and the
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。
Thus, according to the present embodiment, when the
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。
Further, FIG. 11 shows a result of comparison of oblique cracks at the time of division when the processing feed rate in
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。
Furthermore, when laser processing was performed with the processing feed rate in
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
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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、
前記レーザ出力が23Wで、かつ前記繰返し周波数が200kHzである場合には、前記相対移動速度が300mm/s以上でかつ600mm/s以下であり、
前記レーザ出力が62Wで、かつ前記繰返し周波数が90kHzである場合には、前記相対移動速度が150mm/s以上でかつ450mm/s以下であることを特徴とするウエーハ加工方法。 A pulse having a wavelength that absorbs light from a wafer in which a light emitting device is formed in a plurality of regions formed by a plurality of streets arranged in a lattice form with a nitride semiconductor layer formed on the surface of a sapphire substrate. A wafer processing method for forming a laser processing groove for splitting by applying an external force to a wafer by irradiating a laser beam along the street,
When the laser processing groove is continuously formed by ablation processing by sequentially irradiating the wafer with a pulsed laser beam, the bottom of the laser processing groove is formed along with the formation of the laser processing groove by irradiation with the preceding pulsed laser beam. In order to irradiate the subsequent pulse laser beam with an interval that does not cancel the thermal strain formed to grow from ,
When the laser output is 23 W and the repetition frequency is 200 kHz, the relative movement speed is 300 mm / s or more and 600 mm / s or less,
When the laser output is 62 W and the repetition frequency is 90 kHz, the relative moving speed is 150 mm / s or more and 450 mm / s or less .
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