JP5583981B2 - Laser processing method - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハの内部に変質層を形成するためのレーザー加工方法に関する。   The present invention relates to a laser processing method for forming a deteriorated layer inside a wafer such as a semiconductor wafer or an optical device wafer.

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列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IC、LSI等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体デバイスを製造している。また、サファイア基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。   In the semiconductor device manufacturing process, a plurality of regions are partitioned by dividing lines called streets arranged in a lattice pattern on the surface of a substantially wafer-shaped semiconductor wafer, and devices such as ICs, LSIs, etc. are partitioned in the partitioned regions. Form. Then, the semiconductor wafer is cut along the streets to divide the region in which the device is formed to manufacture individual semiconductor devices. In addition, optical device wafers with gallium nitride compound semiconductors laminated on the surface of sapphire substrates are also divided into optical devices such as individual light emitting diodes and laser diodes by cutting along the streets, and are widely used in electrical equipment. ing.

上述した半導体ウエーハ等のウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法が試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの一方の面側から内部に集光点を合わせてウエーハに対して透過性を有する例えば波長が1064nmのパルスレーザー光線を照射し、ウエーハの内部にストリートに沿って変質層を連続的に形成し、この変質層が形成されることによって強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、被加工物を分割するものである。(例えば、特許文献1参照。)このようにウエーハに形成されたストリートに沿って内部に変質層を形成する場合、ウエーハの上面から所定の深さ位置にレーザー光線の集光点を位置付けて照射している。   As a method of dividing a wafer such as the above-mentioned semiconductor wafer along the street, a pulsed laser beam having a wavelength that is transparent to the wafer is used, and the focused laser beam is irradiated to the inside of the region to be divided. Laser processing methods have been tried. The dividing method using this laser processing method is to irradiate a pulse laser beam having a wavelength of 1064 nm, for example, having a light converging point from one surface side of the wafer and having the light converging point inside, so that a street is formed inside the wafer. The deteriorated layer is continuously formed along the surface, and the workpiece is divided by applying an external force along the street whose strength is reduced by the formation of the deteriorated layer. (For example, refer to Patent Document 1.) When an altered layer is formed inside along the street formed on the wafer as described above, a laser beam condensing point is positioned at a predetermined depth from the upper surface of the wafer and irradiated. ing.

しかるに、ウエーハにはウネリがあり、その厚みにバラツキがあるため、均一なレーザー加工を施すことが難しい。即ち、ウエーハの内部にストリートに沿って変質層を形成する場合、ウエーハの厚みにバラツキがあるとレーザー光線を照射する際に屈折率の関係でレーザー光線を照射する照射面から所定の深さ位置に均一に変質層を形成することができない。   However, since the wafer has undulation and the thickness varies, it is difficult to perform uniform laser processing. That is, when forming a deteriorated layer along the street inside the wafer, if there is variation in the thickness of the wafer, it will be uniform at a predetermined depth position from the irradiation surface that irradiates the laser beam due to the refractive index when irradiating the laser beam. However, a deteriorated layer cannot be formed.

上述した問題を解消するために、チャックテーブルに保持されたウエーハの上面高さ位置を検出し、検出されたウエーハの上面高さ位置に基づいてレーザー光線を照射する集光器による集光点位置を制御するレーザー加工装置が下記特許文献2に開示されている。   In order to solve the above problem, the upper surface height position of the wafer held on the chuck table is detected, and the condensing point position by the condenser that irradiates the laser beam based on the detected upper surface height position of the wafer is determined. A laser processing apparatus to be controlled is disclosed in Patent Document 2 below.

特許第3408805号Japanese Patent No. 3408805 特開2005−313182号公報JP 2005-313182 A

而して、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線をウエーハの裏面から所定深さに集光点を位置付けて照射して変質層を形成すると、基板の厚みが薄い箇所では基板の表面に積層して形成された機能層に変質層が達する場合がある。このようにレーザー光線を照射することによって基板に形成された変質層が機能層に達したり極めて近くまで接近すると、機能層がレーザー光線を照射することによるエネルギーの影響を受けて損傷するという問題がる。このような問題は、サファイア基板の表面にn型窒化物半導体層およびp型窒化物半導体層を積層した光デバイスが形成された光デバイスウエーハの裏面側からサファイア基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射し、サファイア基板の内部にストリートに沿って変質層を形成する場合に特に多く発生する。   Thus, when a denatured layer is formed by irradiating a laser beam having a wavelength transmissive to the wafer at a predetermined depth from the back surface of the wafer to form a denatured layer, the denatured layer is formed on the surface of the substrate at a portion where the substrate is thin. The altered layer may reach the functional layer formed by stacking. When the altered layer formed on the substrate by irradiating the laser beam in this way reaches the functional layer or approaches very close to the functional layer, there is a problem that the functional layer is damaged by the influence of energy by irradiating the laser beam. Such a problem is that the wavelength having transparency to the sapphire substrate from the back side of the optical device wafer in which the optical device in which the n-type nitride semiconductor layer and the p-type nitride semiconductor layer are laminated on the surface of the sapphire substrate is formed. This occurs especially when a deteriorated layer is formed along the street inside the sapphire substrate by irradiating the laser beam.

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、基板の表面に機能層が形成されたウエーハの内部に機能層を損傷することなくストリートに沿って変質層を形成することができるレーザー加工方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-mentioned facts, and its main technical problem is to form a deteriorated layer along the street without damaging the functional layer inside the wafer in which the functional layer is formed on the surface of the substrate. It is to provide a laser processing method that can be performed.

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、基板の表面に機能層が積層され格子状に形成された複数のストリートによって区画された複数の領域にデバイスが形成されているウエーハにおける基板の内部に、基板の裏面側から基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射し、基板の内部にストリートに沿って変質層を形成するレーザー加工方法であって、
レーザー加工装置の被加工物を保持するチャックテーブル上にウエーハを基板の裏面を上側にして保持するウエーハ保持工程と、
チャックテーブルに保持されたウエーハの基板に対して透過性を有する波長の検出光を基板の裏面側からストリートに沿って照射し、基板の裏面および表面で反射した反射光に基づいてストリートに沿ってチャックテーブルの上面から基板の裏面までの第1の高さ位置(h1)およびチャックテーブルの上面から基板の表面までの第2の高さ位置(h2)を計測する高さ位置計測工程と、
該高さ位置計測工程において計測された該第1の高さ位置(h1)と該第2の高さ位置(h2)との中間部にレーザー光線の集光点を位置付けてストリートに沿って照射することにより基板の内部にストリートに沿って機能層に達しない変質層を形成する変質層形成工程と、を含み、
該高さ位置計測工程は、所定の波長領域を有する光を発する発光源と、該発光源からの光を第1の経路に導くとともに該第1の経路を逆行する反射光を第2の経路に導く第1の光分岐手段と、該第1の経路に導かれた光を平行光に形成するコリメーションレンズと、該コリメーションレンズによって平行光に形成された光を第3の経路と第4の経路に分ける第2の光分岐手段と、該第3の経路に配設され該第3の経路に導かれた光を該チャックテーブルに保持されたウエーハに導く対物レンズと、該第2の光分岐手段と該対物レンズとの間に配設され該第3の経路に導かれた平行光を集光し該対物レンズに集光点を位置付けて該対物レンズからの光を擬似平行光に生成する集光レンズと、該第4の経路に配設され該第4の経路に導かれた平行光を反射して該第4の経路に反射光を逆行せしめる反射ミラーと、該反射ミラーによって反射し該第4の経路と該第2の光分岐手段と該コリメーションレンズおよび該第1の経路を逆行して該第1の光分岐手段から該第2の経路に導かれた反射光と、該チャックテーブルに保持されたウエーハで反射し該対物レンズと該集光レンズと該第2の光分岐手段と該コリメーションレンズおよび該第1の経路を逆行して該第1の光分岐手段から該第2の経路に導かれた反射光との干渉を回折する回折格子と、該回折格子によって回折した反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、該第4の経路における該反射ミラーまでの光路長と該第3の経路における該チャックテーブルに保持されたウエーハまでの光路長との光路長差(d)を求め、該光路長差(d)に基づいて該チャックテーブルの表面から該チャックテーブルに保持されたウエーハの基板の裏面および表面までの距離を求める制御手段とを具備している計測手段を用い、基板の裏面で反射した第1の光路長差(d1)と基板の表面で反射した第2の光路長差(d2)とに基づいてチャックテーブルの上面から基板の裏面までの第1の高さ位置(h1)およびチャックテーブルの上面から基板の表面までの第2の高さ位置(h2)を計測する、
ことを特徴とするレーザー加工方法が提供される。
In order to solve the above-mentioned main technical problem, according to the present invention, a substrate in a wafer in which devices are formed in a plurality of regions partitioned by a plurality of streets in which functional layers are stacked on the surface of the substrate and are formed in a lattice shape. A laser processing method of irradiating a laser beam of a wavelength having transparency to the substrate from the back side of the substrate, and forming a deteriorated layer along the street inside the substrate,
A wafer holding step for holding the wafer on the chuck table holding the workpiece of the laser processing apparatus with the back side of the substrate facing up;
A detection light having a wavelength that is transparent to the wafer substrate held on the chuck table is irradiated along the street from the back side of the substrate along the street, and along the street based on the reflected light reflected on the back and front surfaces of the substrate. A height position measuring step for measuring a first height position (h1) from the upper surface of the chuck table to the back surface of the substrate and a second height position (h2) from the upper surface of the chuck table to the surface of the substrate;
A condensing point of the laser beam is positioned at an intermediate portion between the first height position (h1) and the second height position (h2) measured in the height position measuring step, and is irradiated along the street. seen containing a deteriorated layer forming step for forming a deteriorated layer which does not reach the functional layer along the streets in the substrate, the by,
The height position measuring step includes a light emitting source that emits light having a predetermined wavelength region, and a reflected light that guides the light from the light emitting source to the first path and reverses the first path to the second path. A first light branching unit that guides the light to the first path, a collimation lens that forms the light guided to the first path into parallel light, and a third path and a fourth path that convert the light formed by the collimation lens into parallel light. A second light splitting unit that divides the path, an objective lens that is disposed in the third path and guides the light guided to the third path to a wafer held by the chuck table, and the second light Parallel light arranged between the branching means and the objective lens is guided to the third path, and a focusing point is positioned on the objective lens to generate light from the objective lens as pseudo-parallel light. A condensing lens that is disposed on the fourth path and a parallel led to the fourth path Reflecting mirror for reflecting the reflected light back to the fourth path, and reflecting the fourth path, the second light branching means, the collimation lens and the first path reflected by the reflecting mirror. Then, the reflected light guided from the first light branching means to the second path, and reflected by the wafer held on the chuck table, the objective lens, the condenser lens, and the second light branching means. And a diffraction grating that diffracts the interference between the collimation lens and the first path and the reflected light guided from the first light branching means to the second path, and the reflection diffracted by the diffraction grating An image sensor that detects light intensity in a predetermined wavelength range of light, a spectral interference waveform is obtained based on a detection signal from the image sensor, and waveform analysis is performed based on the spectral interference waveform and a theoretical waveform function. The fourth An optical path length difference (d) between an optical path length to the reflecting mirror in the path and an optical path length to the wafer held on the chuck table in the third path is obtained, and based on the optical path length difference (d) A first optical path length difference (reflected by the back surface of the substrate) using a measuring means comprising a control means for determining the distance from the front surface of the chuck table to the back surface and front surface of the wafer held by the chuck table. The first height position (h1) from the top surface of the chuck table to the back surface of the substrate and the top surface of the substrate from the top surface of the chuck table based on d1) and the second optical path length difference (d2) reflected by the surface of the substrate Measuring the second height position (h2) up to
A laser processing method is provided.

上記変質層形成工程は、第1の高さ位置(h1)と第2の高さ位置(h2)とに基づいて、レーザー光線の集光点を{ h2+(h1−h2)/2}の位置に位置付けて実施する。
上記変質層形成工程は、第1の高さ位置(h1)と該第2の高さ位置(h2)とに基づいて、基板の厚みが設定値以上の箇所においてはレーザー光線の集光点を{ h2+(h1−h2)/2}の位置に位置付けて実施し、基板の厚みが設定値厚み未満の箇所においてはレーザー光線の照射を停止する。
In the altered layer forming step, based on the first height position (h1) and the second height position (h2), the condensing point of the laser beam is set to a position {h2 + (h1−h2) / 2}. Position and implement.
The deteriorated layer forming step is based on the first height position (h1) and the second height position (h2). It is carried out by positioning at the position of h2 + (h1−h2) / 2}, and the irradiation of the laser beam is stopped at the position where the thickness of the substrate is less than the set thickness.

本発明によるレーザー加工方法においては、チャックテーブルに保持されたウエーハの基板に対して透過性を有する波長の検出光を基板の裏面側からストリートに沿って照射し、基板の裏面および表面で反射した反射光に基づいてストリートに沿ってチャックテーブルの上面から基板の裏面までの第1の高さ位置(h1)およびチャックテーブルの上面から基板の表面までの第2の高さ位置(h2)を計測する高さ位置計測工程と、高さ位置計測工程において計測された第1の高さ位置(h1)と第2の高さ位置(h2)との中間部にレーザー光線の集光点を位置付けてストリートに沿って照射することにより基板の内部にストリートに沿って機能層に達しない変質層を形成する変質層形成工程とを含み、高さ位置計測工程は、所定の波長領域を有する光を発する発光源と、該発光源からの光を第1の経路に導くとともに該第1の経路を逆行する反射光を第2の経路に導く第1の光分岐手段と、第1の経路に導かれた光を平行光に形成するコリメーションレンズと、該コリメーションレンズによって平行光に形成された光を第3の経路と第4の経路に分ける第2の光分岐手段と、第3の経路に配設され第3の経路に導かれた光をチャックテーブルに保持されたウエーハに導く対物レンズと、第2の光分岐手段と対物レンズとの間に配設され第3の経路に導かれた平行光を集光し対物レンズに集光点を位置付けて対物レンズからの光を擬似平行光に生成する集光レンズと、第4の経路に配設され第4の経路に導かれた平行光を反射して第4の経路に反射光を逆行せしめる反射ミラーと、該反射ミラーによって反射し第4の経路と第2の光分岐手段とコリメーションレンズおよび第1の経路を逆行して第1の光分岐手段から第2の経路に導かれた反射光と、チャックテーブルに保持されたウエーハで反射し対物レンズと集光レンズと第2の光分岐手段とコリメーションレンズおよび第1の経路を逆行して第1の光分岐手段から第2の経路に導かれた反射光との干渉を回折する回折格子と、該回折格子によって回折した反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、第4の経路における反射ミラーまでの光路長と第3の経路におけるチャックテーブルに保持されたウエーハまでの光路長との光路長差(d)を求め、該光路長差(d)に基づいてチャックテーブルの表面からチャックテーブルに保持されたウエーハの基板の裏面および表面までの距離を求める制御手段とを具備している計測手段を用い、基板の裏面で反射した第1の光路長差(d1)と基板の表面で反射した第2の光路長差(d2)とに基づいてチャックテーブルの上面から基板の裏面までの第1の高さ位置(h1)およびチャックテーブルの上面から基板の表面までの第2の高さ位置(h2)を計測するので、基板にうねりがあり基板の厚みが薄い箇所があっても、基板の表面に積層して形成された機能層を損傷させることなく変質層を形成することができる。 In the laser processing method according to the present invention, detection light having a wavelength that is transparent to the wafer substrate held on the chuck table is irradiated along the street from the back surface side of the substrate, and reflected by the back surface and the front surface of the substrate. Based on the reflected light, the first height position (h1) from the upper surface of the chuck table to the back surface of the substrate and the second height position (h2) from the upper surface of the chuck table to the surface of the substrate are measured along the street. A position where the laser beam condensing point is located in the middle of the height position measuring step and the first height position (h1) and the second height position (h2) measured in the height position measuring step. and a deteriorated layer forming step for forming a deteriorated layer which does not reach the inside functional layer along the streets of the substrate by irradiating along the height position measurement step, a predetermined wavelength territory A light-emitting source that emits light having a first light branching means that guides light from the light-emitting source to a first path and guides reflected light that travels backward through the first path to a second path; A collimation lens for forming the light guided to the path into parallel light, a second light branching means for splitting the light formed into the parallel light by the collimation lens into a third path and a fourth path, An objective lens that guides the light guided to the third path to the wafer held on the chuck table, and the third path disposed between the second light branching means and the objective lens. A condensing lens that condenses the guided parallel light, positions a condensing point on the objective lens, and generates light from the objective lens as pseudo-parallel light, and is disposed in the fourth path and guided to the fourth path. A reflection mirror that reflects the reflected parallel light and reverses the reflected light to the fourth path; The fourth path, the second light branching means, the collimation lens, and the reflected light guided from the first light branching means to the second path after being reflected by the reflecting mirror, and the chuck table The reflected light reflected by the wafer held on the objective lens, the condensing lens, the second light branching means, the collimation lens, and the first path and led to the second path from the first light branching means A diffraction grating that diffracts the interference with the image sensor, an image sensor that detects light intensity in a predetermined wavelength range of the reflected light diffracted by the diffraction grating, and a spectral interference waveform based on a detection signal from the image sensor, Waveform analysis is performed based on the spectral interference waveform and the theoretical waveform function, and the optical path length to the reflecting mirror in the fourth path and the wafer held on the chuck table in the third path Control for obtaining an optical path length difference (d) with respect to the optical path length to c and obtaining distances from the surface of the chuck table to the back surface and the surface of the wafer substrate held on the chuck table based on the optical path length difference (d) And measuring means comprising: a first optical path length difference (d1) reflected on the back surface of the substrate and a second optical path length difference (d2) reflected on the surface of the substrate; Since the first height position (h1) from the upper surface to the back surface of the substrate and the second height position (h2) from the upper surface of the chuck table to the surface of the substrate are measured , the substrate has waviness and the thickness of the substrate is Even if there is a thin portion, the altered layer can be formed without damaging the functional layer formed by being laminated on the surface of the substrate.

本発明によるレーザー加工方法よって加工されるウエーハとしての光デバイスウエーハの斜視図および要部拡大断面図。The perspective view and principal part expanded sectional view of the optical device wafer as a wafer processed by the laser processing method by this invention. 本発明によるレーザー加工方法を実施するためのレーザー加工装置の斜視図。The perspective view of the laser processing apparatus for enforcing the laser processing method by this invention. 図2に示すレーザー加工装置に装備される位置計測兼レーザー照射ユニットを構成する位置計測装置およびレーザー光線照射手段のブロック構成図。FIG. 3 is a block configuration diagram of a position measurement device and a laser beam irradiation means constituting a position measurement / laser irradiation unit equipped in the laser processing apparatus shown in FIG. 2. 図3に示す位置計測装置を構成する制御手段によって求められる分光干渉波形を示す説明図。Explanatory drawing which shows the spectral interference waveform calculated | required by the control means which comprises the position measuring device shown in FIG. 図3に示す位置計測装置を構成する制御手段によって求められる被加工物の裏面までの光路長差と被加工物の表面までの光路長差および被加工物の厚みを示す光路長差の説明図。Explanatory drawing of the optical path length difference which shows the optical path length difference to the back surface of the workpiece calculated | required by the control means which comprises the position measuring apparatus shown in FIG. 3, the optical path length to the surface of a workpiece, and the thickness of a workpiece . 図1に示す光デバイスウエーハが図2に示すレーザー加工装置のチャックテーブルの所定位置に保持された状態における座標位置との関係を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship with a coordinate position in a state where the optical device wafer shown in FIG. 1 is held at a predetermined position of a chuck table of the laser processing apparatus shown in FIG. 2. 図2に示すレーザー加工装置に装備されたチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置によって実施される高さ位置検出工程の説明図。Explanatory drawing of the height position detection process implemented by the measuring device of the workpiece hold | maintained at the chuck table with which the laser processing apparatus shown in FIG. 2 was equipped. 図2に示すレーザー加工装置によって図1に示す光デバイスウエーハに変質層を形成する変質層形成工程の第1の実施形態を示す説明図。Explanatory drawing which shows 1st Embodiment of the deteriorated layer formation process which forms a deteriorated layer in the optical device wafer shown in FIG. 1 with the laser processing apparatus shown in FIG. 図2に示すレーザー加工装置によって図1に示す光デバイスウエーハに変質層を形成する変質層形成工程の第2の実施形態を示す説明図。Explanatory drawing which shows 2nd Embodiment of the deteriorated layer formation process which forms a deteriorated layer in the optical device wafer shown in FIG. 1 with the laser processing apparatus shown in FIG.

以下、本発明によるレーザー加工方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, a preferred embodiment of a laser processing method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1の(a)および(b)には、本発明によるレーザー加工方法によって加工される光デバイスウエーハの斜視図および要部を拡大して示す断面図が示されている。図1の(a)および(b)に示す光デバイスウエーハ10は、例えば厚みが120μmのサファイア基板11の表面11aにn型窒化物半導体層およびp型窒化物半導体層とからなる光デバイス層(エピ層)12(機能層)が例えば10μmの厚みで積層されている。そして、光デバイス層(エピ層)12が格子状に形成された複数のストリート121によって区画された複数の領域に発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイス122が形成されている。なお、光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11にうねりがあると、図1の(b)に示すようにサファイア基板11および光デバイス層(エピ層)12の厚みにバラツキが生ずる。以下、サファイア基板11および光デバイス層(エピ層)12の厚みにバラツキがある光デバイスウエーハ10の基板11の裏面側から基板11に対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射し、基板11の内部にストリート121に沿って変質層を形成するレーザー加工方法について説明する。   1A and 1B show a perspective view of an optical device wafer processed by the laser processing method according to the present invention and a sectional view showing an enlarged main part. An optical device wafer 10 shown in FIGS. 1A and 1B includes an optical device layer (for example, an n-type nitride semiconductor layer and a p-type nitride semiconductor layer formed on a surface 11a of a sapphire substrate 11 having a thickness of 120 μm). (Epi layer) 12 (functional layer) is laminated with a thickness of 10 μm, for example. An optical device 122 such as a light emitting diode or a laser diode is formed in a plurality of regions partitioned by a plurality of streets 121 in which the optical device layer (epi layer) 12 is formed in a lattice shape. If the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10 has waviness, the thickness of the sapphire substrate 11 and the optical device layer (epi layer) 12 varies as shown in FIG. Hereinafter, a laser beam having a wavelength having transparency to the substrate 11 is irradiated from the back surface side of the substrate 11 of the optical device wafer 10 having variations in thickness of the sapphire substrate 11 and the optical device layer (epi layer) 12. A laser processing method for forming a deteriorated layer along the street 121 inside will be described.

図2には、本発明によるレーザー加工方法を実施するためレーザー加工装置の斜視図が示されている。図2に示すレーザー加工装置1は、静止基台2と、該静止基台2に矢印Xで示す加工送り方向(X軸方向)に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構3と、静止基台2に上記X軸方向と直交する矢印Yで示す割り出し送り方向(Y軸方向)に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構4と、該レーザー光線照射ユニット支持機構4に矢印Zで示す集光点位置調整方向(Z軸方向)に移動可能に配設された位置計測兼レーザー照射ユニット5とを具備している。   FIG. 2 is a perspective view of a laser processing apparatus for carrying out the laser processing method according to the present invention. A laser processing apparatus 1 shown in FIG. 2 includes a stationary base 2 and a chuck table mechanism that is disposed on the stationary base 2 so as to be movable in a machining feed direction (X-axis direction) indicated by an arrow X and holds a workpiece. 3, a laser beam irradiation unit support mechanism 4 disposed on the stationary base 2 so as to be movable in an indexing feed direction (Y axis direction) indicated by an arrow Y orthogonal to the X axis direction, and the laser beam irradiation unit support mechanism 4 And a position measurement / laser irradiation unit 5 disposed so as to be movable in a condensing point position adjustment direction (Z-axis direction) indicated by an arrow Z.

上記チャックテーブル機構3は、静止基台2上にX軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール31、31と、該案内レール31、31上にX軸方向に移動可能に配設された第一の滑動ブロック32と、該第1の滑動ブロック32上にY軸方向に移動可能に配設された第2の滑動ブロック33と、該第2の滑動ブロック33上に円筒部材34によって支持された支持テーブル35と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル36を具備している。このチャックテーブル36は多孔性材料から形成された吸着チャック361を具備しており、吸着チャック361の上面である保持面上に被加工物を図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル36は、円筒部材34内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル36には、被加工物を保護テープを介して支持する環状のフレームを固定するためのクランプ362が配設されている。   The chuck table mechanism 3 includes a pair of guide rails 31 and 31 disposed in parallel along the X-axis direction on the stationary base 2, and is arranged on the guide rails 31 and 31 so as to be movable in the X-axis direction. A first sliding block 32 provided, a second sliding block 33 movably disposed on the first sliding block 32 in the Y-axis direction, and a cylindrical member on the second sliding block 33 And a chuck table 36 as a workpiece holding means. The chuck table 36 includes a suction chuck 361 formed of a porous material, and holds a workpiece on a holding surface which is the upper surface of the suction chuck 361 by suction means (not shown). The chuck table 36 configured as described above is rotated by a pulse motor (not shown) disposed in the cylindrical member 34. The chuck table 36 is provided with a clamp 362 for fixing an annular frame that supports the workpiece via a protective tape.

上記第1の滑動ブロック32は、その下面に上記一対の案内レール31、31と嵌合する一対の被案内溝321、321が設けられているとともに、その上面にX軸方向に沿って平行に形成された一対の案内レール322、322が設けられている。このように構成された第1の滑動ブロック32は、被案内溝321、321が一対の案内レール31、31に嵌合することにより、一対の案内レール31、31に沿ってX軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構3は、第1の滑動ブロック32を一対の案内レール31、31に沿ってX軸方向に移動させるための加工送り手段37を具備している。加工送り手段37は、上記一対の案内レール31と31の間に平行に配設された雄ネジロッド371と、該雄ネジロッド371を回転駆動するためのパルスモータ372等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド371は、その一端が上記静止基台2に固定された軸受ブロック373に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ372の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド371は、第1の滑動ブロック32の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ372によって雄ネジロッド371を正転および逆転駆動することにより、第1の滑動ブロック32は案内レール31、31に沿ってX軸方向に移動せしめられる。   The first sliding block 32 has a pair of guided grooves 321 and 321 fitted to the pair of guide rails 31 and 31 on the lower surface thereof, and is parallel to the upper surface along the X-axis direction. A pair of formed guide rails 322 and 322 are provided. The first sliding block 32 configured in this manner moves in the X-axis direction along the pair of guide rails 31, 31 when the guided grooves 321, 321 are fitted into the pair of guide rails 31, 31. Configured to be possible. The chuck table mechanism 3 in the illustrated embodiment includes a processing feed means 37 for moving the first slide block 32 along the pair of guide rails 31, 31 in the X-axis direction. The processing feed means 37 includes a male screw rod 371 disposed in parallel between the pair of guide rails 31 and 31, and a drive source such as a pulse motor 372 for rotationally driving the male screw rod 371. One end of the male screw rod 371 is rotatably supported by a bearing block 373 fixed to the stationary base 2, and the other end is connected to the output shaft of the pulse motor 372 by transmission. The male screw rod 371 is screwed into a penetrating female screw hole formed in a female screw block (not shown) provided on the lower surface of the central portion of the first sliding block 32. Therefore, the first slide block 32 is moved in the X-axis direction along the guide rails 31 and 31 by driving the male screw rod 371 forward and backward by the pulse motor 372.

図示の実施形態におけるレーザー加工装置1は、上記チャックテーブル36の加工送り量を検出するための加工送り量検出手段374を備えている。加工送り量検出手段374は、案内レール31に沿って配設されたリニアスケール374aと、第1の滑動ブロック32に配設され第1の滑動ブロック32とともにリニアスケール374aに沿って移動する読み取りヘッド374bとからなっている。この送り量検出手段374の読み取りヘッド374bは、図示の実施形態においては1μm毎に1パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル36の加工送り量を検出する。なお、上記加工送り手段37の駆動源としてパルスモータ372を用いた場合には、パルスモータ372に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル36の加工送り量を検出することもできる。また、上記加工送り手段37の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル36の加工送り量を検出することもできる。   The laser processing apparatus 1 in the illustrated embodiment includes processing feed amount detection means 374 for detecting the processing feed amount of the chuck table 36. The processing feed amount detection means 374 includes a linear scale 374a disposed along the guide rail 31, and a read head disposed along the linear scale 374a along with the first sliding block 32 disposed along the first sliding block 32. 374b. In the illustrated embodiment, the reading head 374b of the feed amount detecting means 374 sends a pulse signal of one pulse every 1 μm to the control means described later. Then, the control means to be described later detects the machining feed amount of the chuck table 36 by counting the input pulse signals. When the pulse motor 372 is used as the drive source of the machining feed means 37, the machining feed amount of the chuck table 36 is counted by counting the drive pulses of the control means to be described later that outputs a drive signal to the pulse motor 372. Can also be detected. When a servo motor is used as a drive source for the machining feed means 37, a pulse signal output from a rotary encoder that detects the rotation speed of the servo motor is sent to a control means described later, and the pulse signal input by the control means. By counting, the machining feed amount of the chuck table 36 can also be detected.

上記第2の滑動ブロック33は、その下面に上記第1の滑動ブロック32の上面に設けられた一対の案内レール322、322と嵌合する一対の被案内溝331、331が設けられており、この被案内溝331、331を一対の案内レール322、322に嵌合することにより、Y軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構3は、第2の滑動ブロック33を第1の滑動ブロック32に設けられた一対の案内レール322、322に沿ってY軸方向に移動させるための第1の割り出し送り手段38を具備している。第1の割り出し送り手段38は、上記一対の案内レール322と322の間に平行に配設された雄ネジロッド381と、該雄ネジロッド381を回転駆動するためのパルスモータ382等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド381は、その一端が上記第1の滑動ブロック32の上面に固定された軸受ブロック383に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ382の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド381は、第2の滑動ブロック33の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ382によって雄ネジロッド381を正転および逆転駆動することにより、第2の滑動ブロック33は案内レール322、322に沿ってY軸方向に移動せしめられる。   The second sliding block 33 is provided with a pair of guided grooves 331 and 331 which are fitted to a pair of guide rails 322 and 322 provided on the upper surface of the first sliding block 32 on the lower surface thereof. By fitting the guided grooves 331 and 331 to the pair of guide rails 322 and 322, the guided grooves 331 and 331 are configured to be movable in the Y-axis direction. The chuck table mechanism 3 in the illustrated embodiment has a first index for moving the second slide block 33 along the pair of guide rails 322 and 322 provided in the first slide block 32 in the Y-axis direction. A feeding means 38 is provided. The first index feed means 38 includes a male screw rod 381 disposed in parallel between the pair of guide rails 322 and 322, and a drive source such as a pulse motor 382 for rotationally driving the male screw rod 381. It is out. One end of the male screw rod 381 is rotatably supported by a bearing block 383 fixed to the upper surface of the first sliding block 32, and the other end is connected to the output shaft of the pulse motor 382. The male screw rod 381 is screwed into a penetrating female screw hole formed in a female screw block (not shown) provided on the lower surface of the central portion of the second sliding block 33. Therefore, by driving the male screw rod 381 forward and backward by the pulse motor 382, the second slide block 33 is moved along the guide rails 322 and 322 in the Y-axis direction.

図示の実施形態におけるレーザー加工装置1は、上記第2の滑動ブロック33の割り出し加工送り量を検出するための割り出し送り量検出手段384を備えている。割り出し送り量検出手段384は、案内レール322に沿って配設されたリニアスケール384aと、第2の滑動ブロック33に配設され第2の滑動ブロック33とともにリニアスケール384aに沿って移動する読み取りヘッド384bとからなっている。この送り量検出手段384の読み取りヘッド384bは、図示に実施形態においては1μm毎に1パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル36の割り出し送り量を検出する。なお、上記第1の割り出し送り手段38の駆動源としてパルスモータ382を用いた場合には、パルスモータ382に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル36の割り出し送り量を検出することもできる。また、上記加工送り手段37の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル36の割り出し送り量を検出することもできる。   The laser processing apparatus 1 in the illustrated embodiment includes index feed amount detection means 384 for detecting the index processing feed amount of the second sliding block 33. The index feed amount detecting means 384 includes a linear scale 384a disposed along the guide rail 322 and a read head disposed along the linear scale 384a along with the second sliding block 33 disposed along the second sliding block 33. 384b. In the illustrated embodiment, the reading head 384b of the feed amount detection means 384 sends a pulse signal of one pulse every 1 μm to the control means described later. Then, the control means described later detects the index feed amount of the chuck table 36 by counting the input pulse signals. When the pulse motor 382 is used as the drive source of the first indexing and feeding means 38, the drive table of the chuck table 36 is counted by counting the drive pulses of the control means to be described later that outputs a drive signal to the pulse motor 382. The index feed amount can also be detected. When a servo motor is used as a drive source for the machining feed means 37, a pulse signal output from a rotary encoder that detects the rotation speed of the servo motor is sent to a control means described later, and the pulse signal input by the control means. It is possible to detect the index feed amount of the chuck table 36 by counting.

上記レーザー光線照射ユニット支持機構4は、静止基台2上にY軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール41、41と、該案内レール41、41上に矢印Yで示す方向に移動可能に配設された可動支持基台42を具備している。この可動支持基台42は、案内レール41、41上に移動可能に配設された移動支持部421と、該移動支持部421に取り付けられた装着部422とからなっている。装着部422は、一側面にZ軸方向に延びる一対の案内レール423、423が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構4は、可動支持基台42を一対の案内レール41、41に沿ってY軸方向に移動させるための第2の割り出し送り手段43を具備している。第2の割り出し送り手段43は、上記一対の案内レール41、41の間に平行に配設された雄ネジロッド431と、該雄ネジロッド431を回転駆動するためのパルスモータ432等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド431は、その一端が上記静止基台2に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ432の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド431は、可動支持基台42を構成する移動支持部421の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ432によって雄ネジロッド431を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台42は案内レール41、41に沿ってY軸方向に移動せしめられる。   The laser beam irradiation unit support mechanism 4 includes a pair of guide rails 41 and 41 disposed in parallel along the Y-axis direction on the stationary base 2 and a direction indicated by an arrow Y on the guide rails 41 and 41. A movable support base 42 is provided so as to be movable. The movable support base 42 includes a movement support portion 421 that is movably disposed on the guide rails 41, 41, and a mounting portion 422 that is attached to the movement support portion 421. The mounting portion 422 is provided with a pair of guide rails 423 and 423 extending in the Z-axis direction on one side surface in parallel. The laser beam irradiation unit support mechanism 4 in the illustrated embodiment includes a second index feed means 43 for moving the movable support base 42 along the pair of guide rails 41 and 41 in the Y-axis direction. The second index feed means 43 includes a male screw rod 431 disposed in parallel between the pair of guide rails 41, 41, and a drive source such as a pulse motor 432 for rotationally driving the male screw rod 431. It is out. One end of the male screw rod 431 is rotatably supported by a bearing block (not shown) fixed to the stationary base 2, and the other end is connected to the output shaft of the pulse motor 432. The male screw rod 431 is screwed into a female screw hole formed in a female screw block (not shown) provided on the lower surface of the central portion of the moving support portion 421 constituting the movable support base 42. For this reason, when the male screw rod 431 is driven to rotate forward and reversely by the pulse motor 432, the movable support base 42 is moved along the guide rails 41, 41 in the Y-axis direction.

図示の実施形態のおける位置計測兼レーザー照射ユニット5は、ユニットホルダ51と、該ユニットホルダ51に取り付けられた円筒形状のユニットハウジング52を具備しており、ユニットホルダ51が上記可動支持基台42の装着部422に一対の案内レール423、423に沿って移動可能に配設されている。ユニットホルダ51に取り付けられたユニットハウジング52には、上記チャックテーブル36に保持された被加工物である上記光デバイスウエーハ10の高さ位置を検出する位置計測手段およびチャックテーブル36に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段が配設されている。この位置計測手段およびレーザー光線照射手段について、図3を参照して説明する。   The position measurement and laser irradiation unit 5 in the illustrated embodiment includes a unit holder 51 and a cylindrical unit housing 52 attached to the unit holder 51, and the unit holder 51 is connected to the movable support base 42. The mounting portion 422 is movably disposed along a pair of guide rails 423 and 423. A unit housing 52 attached to the unit holder 51 has a position measuring means for detecting the height position of the optical device wafer 10 which is a workpiece held on the chuck table 36 and a workpiece held on the chuck table 36. Laser beam irradiation means for irradiating the workpiece with a laser beam is provided. The position measuring unit and the laser beam irradiation unit will be described with reference to FIG.

図示の実施形態における位置計測手段6は、所定の波長領域を有する光を発する発光源61と、該発光源61からの光を第1の経路6aに導くとともに該第1の経路6aを逆行する反射光を第2の経路6bに導く第1の光分岐手段62と、第1の経路6aに導かれた光を平行光に形成するコリメーションレンズ63と、該コリメーションレンズ63によって平行光に形成された光を第3の経路6cと第4の経路6dに分ける第2の光分岐手段64とを具備している。   The position measuring means 6 in the illustrated embodiment emits light having a predetermined wavelength region, guides the light from the light source 61 to the first path 6a, and reverses the first path 6a. The first light splitting means 62 that guides the reflected light to the second path 6b, the collimation lens 63 that forms the light guided to the first path 6a into parallel light, and the collimation lens 63 form the parallel light. And a second light branching means 64 for dividing the light into a third path 6c and a fourth path 6d.

発光源61は、例えば波長が820〜870nm領域の光を発光するLED、SLD、LD、ハロゲン電源、ASE電源、スーパーコンティニアム電源を用いることができる。上記第1の光分岐手段62は、偏波保持ファイバーカプラ、偏波保持ファイバーサーキュレーター、シングルモードファイバーカプラ、シングルモードファイバーカプラサーキュレーターなどを用いることができる。上記第2の光分岐手段64は、図示の実施形態においてはビームスプリッター641と、方向変換ミラー642とによって構成されている。なお、上記発光源61から第1の光分岐手段62までの経路および第1の経路6aは、光ファイバーによって構成されている。   As the light emitting source 61, for example, an LED, an SLD, an LD, a halogen power source, an ASE power source, or a supercontinuum power source that emits light having a wavelength of 820 to 870 nm can be used. As the first optical branching unit 62, a polarization maintaining fiber coupler, a polarization maintaining fiber circulator, a single mode fiber coupler, a single mode fiber coupler circulator, or the like can be used. In the illustrated embodiment, the second optical branching unit 64 is constituted by a beam splitter 641 and a direction conversion mirror 642. The path from the light emitting source 61 to the first light branching means 62 and the first path 6a are constituted by optical fibers.

上記第3の経路6cには、第3の経路6cに導かれた光をチャックテーブル36に保持された被加工物としての上記光デバイスウエーハ10に導く対物レンズ65と、該対物レンズ65と上記第2の光分岐手段64との間に集光レンズ66が配設されている。この集光レンズ66は、第2の光分岐手段64から第3の経路6cに導かれた平行光を集光し対物レンズ65内に集光点を位置付けて対物レンズ65からの光を擬似平行光に生成する。このように対物レンズ65と第2の光分岐手段64との間に集光レンズ66を配設して対物レンズ65からの光を擬似平行光に生成することにより、チャックテーブル36に保持された光デバイスウエーハ10で反射した反射光が対物レンズ65と集光レンズ66と第2の光分岐手段64およびコリメーションレンズ63を介して逆行する際に第1の経路6aを構成する光ファイバーに収束させることができる。なお、光デバイスウエーハ10は、光デバイス層(エピ層)12側がチャックテーブル36上に載置される。従って、チャックテーブル36に保持された光デバイスウエーハ10は、サファイア基板11の裏面11bが上側となる(ウエーハ保持工程)。上記対物レンズ65はレンズケース651に装着されており、このレンズケース651はボイスコイルモータやリニアモータ等からなる第1の集光点位置調整手段650によって図3において上下方向即ちチャックテーブル36の保持面に対して垂直な集光点位置調整方向(Z軸方向)に移動せしめられるようになっている。この第1の集光点位置調整手段650は、後述する制御手段によって制御される。   The third path 6c includes an objective lens 65 that guides the light guided to the third path 6c to the optical device wafer 10 as a workpiece held by the chuck table 36, the objective lens 65, and the A condensing lens 66 is disposed between the second light branching means 64. This condensing lens 66 condenses the parallel light guided from the second light branching means 64 to the third path 6c, positions the condensing point in the objective lens 65, and quasi-parallels the light from the objective lens 65. Generate into light. As described above, the condenser lens 66 is disposed between the objective lens 65 and the second light branching means 64 to generate the light from the objective lens 65 as quasi-parallel light, which is held on the chuck table 36. When the reflected light reflected by the optical device wafer 10 travels backward through the objective lens 65, the condenser lens 66, the second light branching means 64, and the collimation lens 63, it is converged on the optical fiber constituting the first path 6a. Can do. The optical device wafer 10 is placed on the chuck table 36 at the optical device layer (epi layer) 12 side. Accordingly, in the optical device wafer 10 held on the chuck table 36, the back surface 11b of the sapphire substrate 11 is on the upper side (wafer holding step). The objective lens 65 is mounted on a lens case 651. The lens case 651 is held in the vertical direction in FIG. 3, that is, the chuck table 36 by a first focusing point position adjusting means 650 comprising a voice coil motor, a linear motor or the like. It can be moved in the condensing point position adjustment direction (Z-axis direction) perpendicular to the surface. The first focusing point position adjusting unit 650 is controlled by a control unit described later.

上記第4の経路6dには、第4の経路6dに導かれた平行光を反射して第4の経路6dに反射光を逆行せしめる反射ミラー67が配設されている。この反射ミラー67は、図示の実施形態においては上記対物レンズ65のレンズケース651に装着されている。   The fourth path 6d is provided with a reflection mirror 67 that reflects the parallel light guided to the fourth path 6d and reverses the reflected light to the fourth path 6d. The reflection mirror 67 is attached to the lens case 651 of the objective lens 65 in the illustrated embodiment.

上記第2の経路6bには、コリメーションレンズ68と回折格子69と集光レンズ70およびラインイメージセンサー71が配設されている。コリメーションレンズ68は、反射ミラー67によって反射し第4の経路6dと第2の光分岐手段64とコリメーションレンズ63および第1の経路6aを逆行して第1の光分岐手段62から第2の経路6bに導かれた反射光と、チャックテーブル36に保持された光デバイスウエーハ10で反射し対物レンズ65と集光レンズ66と第2の光分岐手段64とコリメーションレンズ63および第1の経路6aを逆行して第1の光分岐手段62から第2の経路6bに導かれた反射光を平行光に形成する。上記回折格子69は、コリメーションレンズ68によって平行光に形成された上記両反射光の干渉を回折し、各波長に対応する回折信号を集光レンズ70を介してラインイメージセンサー71に送る。上記ラインイメージセンサー71は、回折格子69によって回折した反射光の各波長における光強度を検出し、検出信号を制御手段80に送る。   In the second path 6b, a collimation lens 68, a diffraction grating 69, a condenser lens 70, and a line image sensor 71 are disposed. The collimation lens 68 is reflected by the reflecting mirror 67 and travels backward from the first light branching means 62 to the second path 6d, the second light branching means 64, the collimation lens 63, and the first path 6a. The reflected light guided to 6b and reflected by the optical device wafer 10 held on the chuck table 36 are reflected through the objective lens 65, the condensing lens 66, the second light branching means 64, the collimation lens 63, and the first path 6a. Reversely, the reflected light guided from the first light branching means 62 to the second path 6b is formed into parallel light. The diffraction grating 69 diffracts the interference of the both reflected lights formed in the parallel light by the collimation lens 68 and sends a diffraction signal corresponding to each wavelength to the line image sensor 71 via the condenser lens 70. The line image sensor 71 detects the light intensity at each wavelength of the reflected light diffracted by the diffraction grating 69 and sends a detection signal to the control means 80.

制御手段80は、イメージセンサー71による検出信号から分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、第4の経路6dにおける反射ミラー67までの光路長と第3の経路6cにおけるチャックテーブル36に保持された光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の裏面11b(上面)までの光路長との第1の光路長差(d1)を求めるとともに、第4の経路6dにおける反射ミラーまでの光路長と第3の経路6cにおけるチャックテーブル36に保持された光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の表面11a(光デバイス層12との境界面)までの光路長との第2の光路長差(d2)を求める。即ち、制御手段10は、イメージセンサー71からの検出信号に基づいて図4に示すような分光干渉波形を求める。図4において横軸は反射光の波長を示し、縦軸は光強度を示している。   The control means 80 obtains the spectral interference waveform from the detection signal from the image sensor 71, executes waveform analysis based on the spectral interference waveform and the theoretical waveform function, and the optical path length to the reflection mirror 67 in the fourth path 6d. And a first optical path length difference (d1) between the optical path length to the back surface 11b (upper surface) of the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10 held on the chuck table 36 in the third path 6c, and 4 to the reflection mirror in the path 6d and to the surface 11a of the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10 held by the chuck table 36 in the third path 6c (interface with the optical device layer 12). A second optical path length difference (d2) from the optical path length is obtained. That is, the control means 10 obtains a spectral interference waveform as shown in FIG. 4 based on the detection signal from the image sensor 71. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the wavelength of the reflected light, and the vertical axis indicates the light intensity.

以下、制御手段80が上記分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて実行する波形解析の一例について説明する。
上記第3の経路6cにおける第2の光分岐手段64のビームスプリッター641からチャックテーブル35の上面(保持面)までの光路長を(L0)とし、上記第4の経路6dにおける第2の光分岐手段64のビームスプリッター641から反射ミラー67までの光路長を(L1)とし、光路長(L1)と光路長(L0)との差を光路長差(d=L1−L0)とする。なお、図示の実施形態において光路長差(d=L1−L0)は、例えば500μmに設定されているものとする。なお、上記第4の経路6dにおける第2の光分岐手段64のビームスプリッター641から反射ミラー67までの光路長を(L1)とし、上記第3の経路6cにおける第2の光分岐手段64のビームスプリッター641からチャックテーブル36に保持された光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の裏面11b(上面)までの光路長を(L2)とし、上記第3の経路6cにおける第2の光分岐手段64のビームスプリッター641からチャックテーブル36に保持された光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の表面11a(光デバイス層12との境界面)までの光路長を(L3)とし、光路長(L1)と光路長(L2)との差を第1の光路長差(d1=L1−L2)とし、光路長(L1)と光路長(L3)との差を第2の光路長差(d2=L1−L3)とする。
Hereinafter, an example of waveform analysis performed by the control unit 80 based on the spectral interference waveform and a theoretical waveform function will be described.
The optical path length from the beam splitter 641 of the second optical branching means 64 in the third path 6c to the upper surface (holding surface) of the chuck table 35 is (L0), and the second optical branch in the fourth path 6d. The optical path length from the beam splitter 641 of the means 64 to the reflection mirror 67 is (L1), and the difference between the optical path length (L1) and the optical path length (L0) is the optical path length difference (d = L1-L0). In the illustrated embodiment, the optical path length difference (d = L1−L0) is set to 500 μm, for example. Note that the optical path length from the beam splitter 641 of the second optical branching means 641 to the reflection mirror 67 in the fourth path 6d is (L1), and the beam of the second optical branching means 64 in the third path 6c. The optical path length from the splitter 641 to the back surface 11b (upper surface) of the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10 held on the chuck table 36 is (L2), and the second optical branching means 64 in the third path 6c. The optical path length from the beam splitter 641 to the surface 11a (interface with the optical device layer 12) of the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10 held on the chuck table 36 is defined as (L3), and the optical path length (L1) Is the first optical path length difference (d1 = L1-L2), and the difference between the optical path length (L1) and the optical path length (L3) is the second optical path length difference (d2 = L1). -L3) And

次に、制御手段80は、上記分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行する。この波形解析は、例えばフーリエ変換理論やウエーブレット変換理論に基づいて実行することができるが、以下に述べる実施形態においては下記数式1、数式2、数式3に示すフーリエ変換式を用いた例について説明する。   Next, the control means 80 performs waveform analysis based on the spectral interference waveform and the theoretical waveform function. This waveform analysis can be executed based on, for example, Fourier transformation theory or wavelet transformation theory. In the embodiment described below, examples using the Fourier transformation formulas shown in the following formulas 1, 2, and 3 are used. explain.

Figure 0005583981
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上記数式において、λは波長、dは上記第1の光路長差(d1=L1−L2)および第2の光路長差(d2=L1−L3)、W(λi)は窓関数である。
上記数式1は、cosの理論波形と上記分光干渉波形(I(λn))との比較で最も波の周期が近い(相関性が高い)、即ち分光干渉波形と理論上の波形関数との相関係数が高い光路長差(d)を求める。また、上記数式2は、sinの理論波形と上記分光干渉波形(I(λn))との比較で最も波の周期が近い(相関性が高い))、即ち分光干渉波形と理論上の波形関数との相関係数が第1の光路長差(d1=L1−L2)および第2の光路長差(d2=L1−L3)を求める。そして、上記数式3は、数式1の結果と数式2の結果の平均値を求める。
In the above formula, λ is a wavelength, d is the first optical path length difference (d1 = L1−L2) and second optical path length difference (d2 = L1−L3), and W (λi) is a window function.
The above Equation 1 shows that the wave period is closest (highly correlated) in comparison between the theoretical waveform of cos and the spectral interference waveform (I (λ n )), that is, the spectral interference waveform and the theoretical waveform function. An optical path length difference (d) having a high correlation coefficient is obtained. Further, the above formula 2 is obtained by comparing the theoretical waveform of sin and the spectral interference waveform (I (λ n )) with the closest wave period (high correlation)), that is, the spectral interference waveform and the theoretical waveform. A correlation coefficient with the function obtains a first optical path length difference (d1 = L1-L2) and a second optical path length difference (d2 = L1-L3). Then, the above Equation 3 obtains the average value of the result of Equation 1 and the result of Equation 2.

制御手段80は、上記数式1、数式2、数式3に基づく演算を実行することにより、図5に示すように信号強度が第1の光路長差(d1=L1−L2)および第2の光路長差(d2=L1−L3)を求める。図5において横軸は光路長差(d)を示し、縦軸は信号強度を示している。図5に示す例においては、光路長差(d)が630μmの位置と光路長差(d)が510μmの位置で信号強度が高く表されている。光路長差(d)が630μmの位置の信号強度(A)は第1の光路長差(d1=L1−L2)の位置で、チャックテーブル36の上面から光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の(上面)までの第1の高さ位置(h1)を表している。また、光路長差(d)が510μmの位置の信号強度(B)は第2の光路長差(d2=L1−L3)の位置で、チャックテーブル36の上面から光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の表面11a(光デバイス層12との境界面)までの第2の高さ位置(h2)を表している。なお、制御手段80は、上記図5に示す解析結果を表示手段81に表示する。   As shown in FIG. 5, the control means 80 performs calculations based on the above-described Equation 1, Equation 2, and Equation 3, so that the signal intensity becomes the first optical path length difference (d1 = L1-L2) and the second optical path as shown in FIG. Find the length difference (d2 = L1-L3). In FIG. 5, the horizontal axis represents the optical path length difference (d), and the vertical axis represents the signal intensity. In the example shown in FIG. 5, the signal intensity is high at the position where the optical path length difference (d) is 630 μm and the optical path length difference (d) is 510 μm. The signal intensity (A) at the position where the optical path length difference (d) is 630 μm is the position of the first optical path length difference (d1 = L1-L2), and the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10 from the upper surface of the chuck table 36. The first height position (h1) up to (upper surface) is shown. The signal intensity (B) at the position where the optical path length difference (d) is 510 μm is the position of the second optical path length difference (d2 = L1−L3), and the sapphire constituting the optical device wafer 10 from the upper surface of the chuck table 36. The second height position (h2) to the surface 11a of the substrate 11 (interface with the optical device layer 12) is shown. The control means 80 displays the analysis result shown in FIG.

図3に戻って説明を続けると、図2に示す位置計測兼レーザー照射ユニット5のユニットハウジング52に配設されレーザー光線照射手段9は、パルスレーザー光線発振手段91と、該パルスレーザー光線発振手段91から発振されたパルスレーザー光線を上記対物レンズ65に向けて方向変換するダイクロイックミラー92を具備している。パルスレーザー光線発振手段91は、YAGレーザー発振器或いはYVO4レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器911と、これに付設された繰り返し周波数設定手段912とから構成されており、例えば波長が1064nmのパルスレーザー光線を発振する。ダイクロイックミラー92は、上記集光レンズ66と対物レンズ65との間に配設され、集光レンズ66からの光は通過させるが、パルスレーザー光線発振手段91から発振されたパルスレーザー光線を対物レンズ65に向けて方向変換する。従って、パルスレーザー光線発振手段91から発振されたパルスレーザー光線(LB)は、ダイクロイックミラー92によって90度方向変換されて対物レンズ65に入光し、対物レンズ65によって集光されてチャックテーブル36に保持された被加工物としての上記光デバイスウエーハ10に照射される。従って、対物レンズ65は、レーザー光線照射手段7を構成する集光レンズとしての機能を有する。   Returning to FIG. 3, the description is continued. The laser beam irradiation means 9 disposed in the unit housing 52 of the position measurement / laser irradiation unit 5 shown in FIG. 2 oscillates from the pulse laser beam oscillation means 91 and the pulse laser beam oscillation means 91. A dichroic mirror 92 for changing the direction of the pulsed laser beam directed toward the objective lens 65 is provided. The pulse laser beam oscillating means 91 includes a pulse laser beam oscillator 911 made of a YAG laser oscillator or a YVO4 laser oscillator and a repetition frequency setting means 912 attached thereto, and oscillates a pulse laser beam having a wavelength of 1064 nm, for example. The dichroic mirror 92 is disposed between the condenser lens 66 and the objective lens 65, and allows the light from the condenser lens 66 to pass through. However, the pulse laser beam oscillated from the pulse laser beam oscillation means 91 is passed to the objective lens 65. Change direction. Accordingly, the pulse laser beam (LB) oscillated from the pulse laser beam oscillating means 91 is changed in direction by 90 degrees by the dichroic mirror 92 and enters the objective lens 65, and is condensed by the objective lens 65 and held on the chuck table 36. The optical device wafer 10 as a workpiece is irradiated. Accordingly, the objective lens 65 has a function as a condensing lens constituting the laser beam irradiation means 7.

図2に戻って説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工装置1は、ユニットホルダ51を可動支持基台42の装着部422に設けられた一対の案内レール423、423に沿って矢印Zで示す集光点位置調整方向(Z軸方向)即ちチャックテーブル36の上面(保持面)に対して垂直な方向に移動させるための第2の集光点位置調整手段53を具備している。第2の集光点位置調整手段53は、一対の案内レール423、423の間に配設された雄ネジロッド(図示せず)と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ532等の駆動源を含んでおり、パルスモータ532によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、上記位置計測兼レーザー照射ユニット5を案内レール423、423に沿ってZ軸方向に移動せしめる。なお、図示の実施形態においてはパルスモータ532を正転駆動することにより位置計測兼レーザー照射ユニット5を上方に移動し、パルスモータ532を逆転駆動することにより位置計測兼レーザー照射ユニット5を下方に移動するようになっている。   Returning to FIG. 2 and continuing the description, the laser processing apparatus 1 in the illustrated embodiment is configured so that the unit holder 51 moves along an arrow Z along a pair of guide rails 423 and 423 provided on the mounting portion 422 of the movable support base 42. The second condensing point position adjusting means 53 for moving in the condensing point position adjusting direction (Z-axis direction) shown in FIG. 1, that is, the direction perpendicular to the upper surface (holding surface) of the chuck table 36 is provided. The second condensing point position adjusting means 53 is driven by a male screw rod (not shown) disposed between a pair of guide rails 423 and 423, a pulse motor 532 for rotating the male screw rod, and the like. The position measuring and laser irradiation unit 5 is moved along the guide rails 423 and 423 in the Z-axis direction by driving a male screw rod (not shown) forward and backward by a pulse motor 532. In the illustrated embodiment, the position measurement / laser irradiation unit 5 is moved upward by driving the pulse motor 532 forward, and the position measurement / laser irradiation unit 5 is moved downward by driving the pulse motor 532 in the reverse direction. It is supposed to move.

上記位置計測兼レーザー照射ユニット5を構成するユニットハウジング52の前端部には、撮像手段95が配設されている。この撮像手段95は、可視光線によって撮像する通常の撮像素子(CCD)の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子(赤外線CCD)等で構成されており、撮像した画像信号を後述する上記制御手段80に送る。   An imaging means 95 is disposed at the front end of the unit housing 52 that constitutes the position measurement / laser irradiation unit 5. The imaging unit 95 includes an infrared illumination unit that irradiates a workpiece with infrared rays, an optical system that captures infrared rays emitted by the infrared illumination unit, in addition to a normal imaging device (CCD) that captures visible light. An image pickup device (infrared CCD) that outputs an electrical signal corresponding to the infrared light captured by the optical system is used, and the picked-up image signal is sent to the control means 80 described later.

図示の実施形態におけるレーザー加工装置1は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。   The laser processing apparatus 1 in the illustrated embodiment is configured as described above, and the operation thereof will be described below.

上述したレーザー加工装置1を用い、上記光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の裏面側から基板11に対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射し、サファイア基板11の内部にストリート121に沿って変質層を形成するレーザー加工の実施形態について説明する。なお、光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の内部に変質層を形成する際に、サファイア基板11にうねりがあり厚みにバラツキがあると、レーザー光線をサファイア基板11の裏面11b(上面)から所定の深さ位置に集光点を位置付けて照射すると、サファイア基板11の厚みが薄い箇所においてはサファイア基板11の表面11aに積層されて形成された光デバイス層(エピ層)12にレーザー光線のエネルギーの影響で光デバイス層(エピ層)12を損傷させるという問題がる。そこで、レーザー加工を施す前に、上述した位置計測手段6によってチャックテーブル36に保持された光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の裏面11b(上面)位置と光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の表面11a(光デバイス層12との境界面)の位置を計測する。即ち、先ず上述した図2に示すレーザー加工装置1のチャックテーブル36上に光デバイスウエーハ10の光デバイス層(エピ層)12側を載置し、該チャックテーブル36上に光デバイスウエーハ10を吸引保持する。従って、チャックテーブル36に保持された光デバイスウエーハ10は、サファイア基板11の裏面11bが上側となる(ウエーハ保持工程)。光デバイスウエーハ10を吸引保持したチャックテーブル36は、加工送り手段37によって撮像手段95の直下に位置付けられる。   Using the laser processing apparatus 1 described above, a laser beam having a wavelength having transparency to the substrate 11 is irradiated from the back side of the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10, and along the street 121 inside the sapphire substrate 11. An embodiment of laser processing for forming a deteriorated layer will be described. In addition, when forming a deteriorated layer inside the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10, if the sapphire substrate 11 has waviness and variations in thickness, a laser beam is given from the back surface 11 b (upper surface) of the sapphire substrate 11. When the condensing point is positioned and irradiated at the depth position, the energy of the laser beam is applied to the optical device layer (epilayer) 12 formed by being laminated on the surface 11a of the sapphire substrate 11 in the portion where the thickness of the sapphire substrate 11 is thin. There is a problem that the optical device layer (epi layer) 12 is damaged by the influence. Therefore, before laser processing, the position of the back surface 11b (upper surface) of the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10 held by the chuck table 36 by the position measuring means 6 and the sapphire substrate constituting the optical device wafer 10 are provided. 11, the position of the surface 11a (boundary surface with the optical device layer 12) is measured. That is, the optical device layer (epi layer) 12 side of the optical device wafer 10 is first placed on the chuck table 36 of the laser processing apparatus 1 shown in FIG. 2 and the optical device wafer 10 is sucked onto the chuck table 36. Hold. Accordingly, in the optical device wafer 10 held on the chuck table 36, the back surface 11b of the sapphire substrate 11 is on the upper side (wafer holding step). The chuck table 36 that sucks and holds the optical device wafer 10 is positioned immediately below the imaging unit 95 by the processing feeding unit 37.

チャックテーブル36が撮像手段95の直下に位置付けられると、撮像手段95および制御手段8によって光デバイスウエーハ10のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段95および制御手段80は、光デバイスウエーハ10の所定方向に形成されているストリート121と、該ストリート121に沿って光デバイスウエーハ10の位置計測兼レーザー照射ユニット5を構成する位置測定装置6の対物レンズ65との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、検出位置のアライメントを遂行する。また、光デバイスウエーハ10に形成されている所定方向と直交する方向に形成されているストリート121に対しても、同様に検出位置のアライメントが遂行される。このとき、光デバイスウエーハ10のストリート121が形成されている表面10aは下側に位置しているが、サファイア基板11は透明体であるため、可視光線であってもサファイア基板11の裏面11bから透かしてストリート121を撮像することができる。   When the chuck table 36 is positioned immediately below the image pickup means 95, the image pickup means 95 and the control means 8 execute an alignment operation for detecting a processing region to be laser processed of the optical device wafer 10. That is, the imaging unit 95 and the control unit 80 are configured to measure the position of the street 121 formed in a predetermined direction of the optical device wafer 10 and the position measurement / laser irradiation unit 5 of the optical device wafer 10 along the street 121. Image processing such as pattern matching for performing alignment with the objective lens 65 of the apparatus 6 is executed, and alignment of detection positions is performed. Similarly, the alignment of the detection position is performed on the street 121 formed in the direction orthogonal to the predetermined direction formed in the optical device wafer 10. At this time, the surface 10a on which the street 121 of the optical device wafer 10 is formed is located on the lower side. However, since the sapphire substrate 11 is a transparent body, even if it is visible light, from the back surface 11b of the sapphire substrate 11. The street 121 can be imaged through the watermark.

上述したようにアライメントが行われると、チャックテーブル36上の光デバイスウエーハ10は、図6の(a)に示す座標位置に位置付けられた状態となる。なお、図6の(b)はチャックテーブル36即ち光デバイスウエーハ10を図6の(a)に示す状態から90度回転した状態を示している。   When alignment is performed as described above, the optical device wafer 10 on the chuck table 36 is positioned at the coordinate position shown in FIG. 6B shows a state in which the chuck table 36, that is, the optical device wafer 10, is rotated by 90 degrees from the state shown in FIG. 6A.

なお、図6の(a)および図6の(b)に示す座標位置に位置付けられた状態における半導体ウエーハ10に形成された各ストリート101の送り開始位置座標値(A1,A2,A3・・・An)と送り終了位置座標値(B1,B2,B3・・・Bn)および送り開始位置座標値(C1,C2,C3・・・Cn)と送り終了位置座標値(D1,D2,D3・・・Dn)は、その設計値のデータが制御手段80のメモリに格納されている。   It should be noted that the feed start position coordinate values (A1, A2, A3... Of each street 101 formed on the semiconductor wafer 10 in the state positioned at the coordinate positions shown in FIGS. An), feed end position coordinate value (B1, B2, B3 ... Bn), feed start position coordinate value (C1, C2, C3 ... Cn) and feed end position coordinate value (D1, D2, D3 ... For Dn), the data of the design value is stored in the memory of the control means 80.

上述したようにチャックテーブル36上に保持されている光デバイスウエーハ10に形成されたストリート121を検出し、検出位置のアライメントが行われたならば、チャックテーブル36を移動して図6の(a)において最上位のストリート121を位置計測兼レーザー照射ユニット5を構成する位置計測手段6の対物レンズ65の直下に位置付ける。そして、更に図7で示すようにストリート121の一端(図7において左端)である送り開始位置座標値(A1)(図6の(a)参照)を対物レンズ65の直下に位置付ける。そして、位置計測手段6を作動するとともに、チャックテーブル36を図7において矢印X1で示す方向に移動し、送り終了位置座標値(B1)まで移動する。この結果、光デバイスウエーハ10の図6の(a)において最上位のストリート121に沿って、上記第1の光路長差(d1=L1−L2)およびチャックテーブル36の上面から光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の裏面11b(上面)までの第1の高さ位置(h1)と、上記第2の光路長差(d2=L1−L3)およびチャックテーブル36の上面から光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の表面11a(光デバイス層12との境界面)までの第2の高さ位置(h2)が位置計測手段6によって上述したように計測される(高さ位置計測工程)。この計測されたチャックテーブル36の上面から光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の裏面11b(上面)までの第1の高さ位置(h1)とチャックテーブル36の上面から光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の表面11a(光デバイス層12との境界面)までの第2の高さ位置(h2)は、上記制御手段80のメモリに格納される。このようにして、光デバイスウエーハ10に形成された全てのストリート121に沿って高さ位置計測工程を実施し、各ストリート121におけるチャックテーブル36の上面から光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の裏面11b(上面)までの高さ位置(h1)とチャックテーブル36の上面から光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の表面11a(光デバイス層12との境界面)までの高さ位置(h2)を制御手段80のメモリに格納する。 As described above, when the street 121 formed on the optical device wafer 10 held on the chuck table 36 is detected and the detection position is aligned, the chuck table 36 is moved to move the position (a) of FIG. ), The uppermost street 121 is positioned immediately below the objective lens 65 of the position measuring means 6 constituting the position measuring / laser irradiation unit 5. Further, as shown in FIG. 7, the feed start position coordinate value (A1) (see FIG. 6A) that is one end (the left end in FIG. 7) of the street 121 is positioned immediately below the objective lens 65. Then, the position measuring means 6 is operated, and the chuck table 36 is moved in the direction indicated by the arrow X1 in FIG. 7 to move to the feed end position coordinate value (B1). As a result, the optical device wafer 10 is moved from the first optical path length difference (d1 = L1−L2) and the upper surface of the chuck table 36 along the uppermost street 121 in FIG. 6A of the optical device wafer 10. The optical device wafer 10 is moved from the first height position (h1) to the back surface 11b (upper surface) of the sapphire substrate 11 to be configured, the second optical path length difference (d2 = L1-L3) and the upper surface of the chuck table 36. The second height position (h2) to the surface 11a (boundary surface with the optical device layer 12) of the sapphire substrate 11 to be configured is measured by the position measuring means 6 as described above ( height position measuring step ). The optical device wafer 10 is configured from the first height position (h1) from the measured upper surface of the chuck table 36 to the back surface 11b (upper surface) of the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10 and the upper surface of the chuck table 36. The second height position (h2) to the surface 11a of the sapphire substrate 11 (the boundary surface with the optical device layer 12) is stored in the memory of the control means 80. In this way, the height position measurement process is performed along all the streets 121 formed in the optical device wafer 10, and the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10 is formed from the upper surface of the chuck table 36 in each street 121. Height position (h1) to the back surface 11b (upper surface) and height position (h2) from the upper surface of the chuck table 36 to the surface 11a (boundary surface with the optical device layer 12) of the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10 Is stored in the memory of the control means 80.

以上のようにして光デバイスウエーハ10に形成された全てのストリート121に沿って高さ位置計測工程を実施したならば、光デバイスウエーハ10の内部にストリート121に沿って変質層を形成する変質層形成工程を実施する。この変質層形成工程の第1の実施形態について、図8を参照して説明する。
変質層形成工程の第1の実施形態は、先ずチャックテーブル36を移動して図6の(a)において最上位のストリート121を位置計測兼レーザー照射ユニット5を構成するレーザー光線照射手段9の集光レンズとして機能する対物レンズ65の直下に位置付ける。そして、更に図8の(a)で示すようにストリート121の一端(図8の(a)において左端)である送り開始位置座標値(A1)(図6の(a)参照)を対物レンズ65の直下に位置付ける。そして、レーザー光線照射手段9を構成する対物レンズ65から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pを光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の厚みの中間位置(50%の位置)に合わせる。即ち、制御手段80は、上記高さ位置計測工程において検出されメモリに格納されているチャックテーブル36の上面から光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の裏面11b(上面)まで第1の高さ位置(h1)とチャックテーブル36の上面から光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の表面11a(光デバイス層12との境界面)までの第2の高さ位置(h2)に基づいて、対物レンズ65から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pが{h2+(h1−h2)/2}の位置になるように第1の集光点位置調整手段650を制御する。
If the height position measurement step is performed along all the streets 121 formed on the optical device wafer 10 as described above, the altered layer that forms an altered layer along the street 121 inside the optical device wafer 10. A forming step is performed. A first embodiment of the deteriorated layer forming step will be described with reference to FIG.
In the first embodiment of the deteriorated layer forming step, first, the chuck table 36 is moved, and the uppermost street 121 in FIG. 6A is collected by the laser beam irradiation means 9 constituting the position measurement / laser irradiation unit 5. It is positioned directly below the objective lens 65 that functions as a lens. Further, as shown in FIG. 8A, the feed start position coordinate value (A1) (see FIG. 6A) which is one end of the street 121 (the left end in FIG. 8A) is used as the objective lens 65. Position directly below. And the condensing point P of the pulse laser beam irradiated from the objective lens 65 which comprises the laser beam irradiation means 9 is matched with the intermediate position (50% position) of the thickness of the sapphire substrate 11 which comprises the optical device wafer 10. FIG. That is, the control means 80 has a first height from the upper surface of the chuck table 36 detected in the height position measuring step and stored in the memory to the back surface 11b (upper surface) of the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10. Based on the position (h1) and the second height position (h2) from the upper surface of the chuck table 36 to the surface 11a (interface with the optical device layer 12) of the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10, the objective The first condensing point position adjusting means 650 is controlled so that the condensing point P of the pulse laser beam emitted from the lens 65 is at the position {h2 + (h1−h2) / 2}.

次に、レーザー光線照射手段9を作動し、対物レンズ65からパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル36を矢印X1で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図8の(b)で示すように対物レンズ65の照射位置がストリート101の他端(図8の(b)において右端)に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともに、チャックテーブル36の移動を停止する。この変質層形成工程においては、制御手段80はメモリに格納されている光デバイスウエーハ10のストリート121におけるチャックテーブル36の上面から光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の裏面11b(上面)までの第1高さ位置(h1)とチャックテーブル36の上面から光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の表面11a(光デバイス層12との境界面)までの第2の高さ位置(h2)に基づいて、第1の集光点位置調整手段650を制御し、位置計測兼レーザー照射ユニット5をZ軸方向(集光点位置調整方向)に移動し、レーザー光線照射手段9を構成する対物レンズ65を図8の(b)で示すように対物レンズ65から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pが{h2+(h1−h2)/2}の位置になるように上下方向に移動せしめる。この結果、光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の内部には、図8の(b)で示すように厚みの中間位置(50%の位置)に変質層110が形成される。   Next, the laser beam irradiation means 9 is operated to move the chuck table 36 in the direction indicated by the arrow X1 at a predetermined processing feed speed while irradiating the objective lens 65 with the pulse laser beam. Then, as shown in FIG. 8B, when the irradiation position of the objective lens 65 reaches the other end of the street 101 (the right end in FIG. 8B), the irradiation of the pulse laser beam is stopped and the chuck table 36 is stopped. Stop moving. In this deteriorated layer forming step, the controller 80 extends from the upper surface of the chuck table 36 on the street 121 of the optical device wafer 10 stored in the memory to the back surface 11b (upper surface) of the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10. The first height position (h1) and the second height position (h2) from the upper surface of the chuck table 36 to the surface 11a of the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10 (boundary surface with the optical device layer 12). Based on this, the first condensing point position adjusting means 650 is controlled to move the position measurement / laser irradiation unit 5 in the Z-axis direction (condensing point position adjusting direction), thereby forming the objective lens 65 constituting the laser beam irradiation means 9. As shown in FIG. 8B, the focusing point P of the pulse laser beam irradiated from the objective lens 65 is set to the position {h2 + (h1−h2) / 2}. Move it down. As a result, in the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10, the altered layer 110 is formed at the middle position (50% position) of the thickness as shown in FIG.

なお、上記変質層形成工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
レーザー :YVO4 パルスレーザー
波長 :1064nm
平均出力 :1.2W
繰り返し周波数 :80kHz
パルス幅 :120ns
集光スポット径 :φ2μm
加工送り速度 :100mm/秒
Note that the processing conditions in the deteriorated layer forming step are set as follows, for example.
Laser: YVO4 pulse laser Wavelength: 1064nm
Average output: 1.2W
Repetition frequency: 80 kHz
Pulse width: 120 ns
Condensing spot diameter: φ2μm
Processing feed rate: 100 mm / sec

上記加工条件によって変質層形成工程を実施すると、厚みが50μm程度の変質層110がサファイア基板11の中間位置にストリート121に沿って形成される。従って、サファイア基板11にうねりがありサファイア基板11の厚みが薄い箇所があっても、サファイア基板11の表面11aに積層して形成された光デバイス層(エピ層)12に達しない変質層110が形成されるので、レーザー光線が作用して光デバイス層(エピ層)12を損傷させるという問題が解消される。   When the deteriorated layer forming step is performed under the above processing conditions, the deteriorated layer 110 having a thickness of about 50 μm is formed along the street 121 at an intermediate position of the sapphire substrate 11. Therefore, even if the sapphire substrate 11 has waviness and the sapphire substrate 11 has a thin portion, the altered layer 110 that does not reach the optical device layer (epilayer) 12 formed by being laminated on the surface 11a of the sapphire substrate 11 is formed. Since it is formed, the problem that the optical device layer (epilayer) 12 is damaged by the action of the laser beam is solved.

以上のようにして、光デバイスウエーハ10の所定方向に延在する全てのストリート121に沿って上記変質層形成工程を実行したならば、チャックテーブル36を90度回動せしめて、上記所定方向に対して直交する方向に延びる各ストリート121に沿って上記変質層形成工程を実行する。このようにして、光デバイスウエーハ10に形成された全てのストリート121に沿って上記変質層形成工程を実行したならば、光デバイスウエーハ10を保持しているチャックテーブル36は、最初に光デバイスウエーハ10を吸引保持した位置に戻され、ここで光デバイスウエーハ10の吸引保持を解除する。そして、光デバイスウエーハ10は、図示しない搬送手段によって分割工程に搬送される。   As described above, when the deteriorated layer forming step is executed along all the streets 121 extending in the predetermined direction of the optical device wafer 10, the chuck table 36 is rotated by 90 degrees to move in the predetermined direction. The altered layer forming step is executed along each street 121 extending in a direction perpendicular to the vertical direction. In this way, if the altered layer forming step is performed along all the streets 121 formed on the optical device wafer 10, the chuck table 36 holding the optical device wafer 10 is first set to the optical device wafer 10. 10 is returned to the position where the optical device wafer 10 is sucked and held, and the suction holding of the optical device wafer 10 is released here. Then, the optical device wafer 10 is transported to the dividing step by a transport means (not shown).

次に、変質層形成工程の第2の実施形態について、図9を参照して説明する。
第2の実施形態においても、図9の(a)で示すようにストリート121の一端(図9の(a)において左端)である送り開始位置座標値(A1)(図6の(a)参照)を対物レンズ65の直下に位置付ける。そして、制御手段80はメモリに格納されている光デバイスウエーハ10のストリート121におけるチャックテーブル36の上面から光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の裏面11b(上面)までの第1の高さ位置(h1)とチャックテーブル36の上面から光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の表面11a(光デバイス層12との境界面)までの第2の高さ位置(h2)に基づいて、サファイア基板11の厚み(t=h1−h2)が設定厚み(例えば、図示の実施形態の場合90μm)以上の場合には、対物レンズ65から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pが光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の厚みの中間位置(50%の位置)、即ち上記高さ位置計測工程において検出されメモリに格納されているチャックテーブル36の上面から光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の裏面11b(上面)まで第1の高さ位置(h1)とチャックテーブル36の上面から光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の表面11a(光デバイス層12との境界面)までの第2の高さ位置(h2)に基づいて、対物レンズ65から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pが{h2+(h1−h2)/2}の位置になるように第1の集光点位置調整手段650を制御する。
Next, a second embodiment of the deteriorated layer forming step will be described with reference to FIG.
Also in the second embodiment, as shown in FIG. 9A, the feed start position coordinate value (A1) which is one end of the street 121 (the left end in FIG. 9A) (see FIG. 6A). ) Is positioned directly below the objective lens 65. Then, the control means 80 has a first height position from the upper surface of the chuck table 36 on the street 121 of the optical device wafer 10 stored in the memory to the back surface 11b (upper surface) of the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10. (h1) and the second height position (h2) from the upper surface of the chuck table 36 to the surface 11a (interface with the optical device layer 12) of the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10, based on the sapphire substrate. 11 (t = h1−h2) is equal to or greater than a set thickness (for example, 90 μm in the illustrated embodiment), the condensing point P of the pulsed laser beam emitted from the objective lens 65 causes the optical device wafer 10 to The intermediate position (50% position) of the thickness of the sapphire substrate 11 to be formed, that is, detected in the height position measuring step and stored in the memory. The first height position (h1) from the upper surface of the chuck table 36 to the rear surface 11b (upper surface) of the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10 and the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10 from the upper surface of the chuck table 36. Based on the second height position (h2) up to the surface 11a (boundary surface with the optical device layer 12), the condensing point P of the pulsed laser beam emitted from the objective lens 65 is {h2 + (h1−h2) / 2} to control the first focusing point position adjusting means 650.

次に、レーザー光線照射手段9を作動し、対物レンズ65からパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル36を矢印X1で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図9の(a)においてD部に示すようにサファイア基板11の厚み(t=h1−h2)が設定厚み(例えば、図示の実施形態の場合90μm)未満の場合には、レーザー光線を照射することによって基板に形成される変質層が光デバイス層12に達したり極めて近くまで接近(例えば、20μm未満)すると光デバイス層12を損傷させる虞があるので、制御手段80はパルスレーザー光線の照射を停止する。そして、更にチャックテーブル36を矢印X1で示す方向に移動して図9の(a)においてD部が対物レンズ65の直下を通過し、サファイア基板11の厚み(t=h1−h2)が第1の設定厚み(例えば、図示の実施形態の場合90μm)以上になったならば、制御手段80は再び対物レンズ65から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pが{h2+(h1−h2)/2}の位置になるように第1の集光点位置調整手段650を制御するとともにレーザー光線照射手段9を作動して対物レンズ65からパルスレーザー光線を照射する。そして、図9の(b)で示すように対物レンズ65の照射位置がストリート121の他端(図9の(b)において右端)に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともに、チャックテーブル36の移動を停止する。この結果、光デバイスウエーハ10を構成するサファイア基板11の内部には、図9の(b)で示すようにサファイア基板11にうねりがありサファイア基板11の厚みが設定厚み(例えば、図示の実施形態の場合90μm)以上の箇所にはサファイア基板11の厚みの中間位置(50%の位置)に変質層110が形成され、サファイア基板11の厚みが設定厚み(例えば、図示の実施形態の場合90μm)未満の箇所においては変質層が形成されない。このように、サファイア基板11の厚みが薄い箇所においてはパルスレーザー光線の照射を停止するので、光デバイス層(エピ層)12の損傷を未然に防止することができる。   Next, the laser beam irradiation means 9 is operated to move the chuck table 36 in the direction indicated by the arrow X1 at a predetermined processing feed speed while irradiating the objective lens 65 with the pulse laser beam. 9A, when the thickness (t = h1−h2) of the sapphire substrate 11 is less than a set thickness (for example, 90 μm in the illustrated embodiment), a laser beam is irradiated. If the altered layer formed on the substrate reaches the optical device layer 12 or approaches very close (for example, less than 20 μm), the optical device layer 12 may be damaged. Stop. Then, the chuck table 36 is further moved in the direction indicated by the arrow X1, and in FIG. 9A, the portion D passes just below the objective lens 65, and the thickness (t = h1-h2) of the sapphire substrate 11 is the first. Is equal to or greater than the set thickness (for example, 90 μm in the case of the illustrated embodiment), the control means 80 again sets the condensing point P of the pulse laser beam irradiated from the objective lens 65 to {h2 + (h1−h2) / 2. The first condensing point position adjusting unit 650 is controlled so as to be in the position of}, and the laser beam irradiation unit 9 is operated to irradiate a pulse laser beam from the objective lens 65. 9B, when the irradiation position of the objective lens 65 reaches the other end of the street 121 (the right end in FIG. 9B), the irradiation of the pulse laser beam is stopped and the chuck table 36 is stopped. Stop moving. As a result, the sapphire substrate 11 constituting the optical device wafer 10 has undulations in the sapphire substrate 11 as shown in FIG. 9B, and the thickness of the sapphire substrate 11 is set to a set thickness (for example, the illustrated embodiment). In this case, the altered layer 110 is formed at an intermediate position (50% position) of the thickness of the sapphire substrate 11, and the thickness of the sapphire substrate 11 is set to a set thickness (for example, 90 μm in the case of the illustrated embodiment). The deteriorated layer is not formed in the portion below. Thus, since the irradiation of the pulsed laser beam is stopped at the portion where the thickness of the sapphire substrate 11 is thin, damage to the optical device layer (epi layer) 12 can be prevented in advance.

2:静止基台
3:チャックテーブル機構
36:チャックテーブル
37:加工送り手段
374:加工送り量検出手段
38:第1の割り出し送り手段
4:レーザー光線照射ユニット支持機構
42:可動支持基台
43:第2の割り出し送り手段
5:高さ計測兼レーザー照射ユニット
53:集光点位置調整手段
6:位置計測装置
61:発光源
62:第1の光分岐手段
63:コリメーションレンズ
64:第2の光分岐手段
65:対物レンズ65
66:集光レンズ
67:反射ミラー
68:コリメーションレンズ
69:回折格子
70:集光レンズ
71:ラインイメージセンサー
80:制御手段
9:レーザー光線照射手段
91:パルスレーザー光線発振手段
92:ダイクロイックミラー
10:光デバイスウエーハ
2: stationary base 3: chuck table mechanism 36: chuck table 37: processing feed means 374: processing feed amount detection means 38: first index feed means 4: laser beam irradiation unit support mechanism 42: movable support base 43: first 2 index feeding means 5: height measurement / laser irradiation unit 53: focusing point position adjusting means 6: position measuring device 61: light source 62: first light branching means 63: collimation lens 64: second light branching Means 65: Objective lens 65
66: Condensing lens 67: Reflection mirror 68: Collimation lens 69: Diffraction grating 70: Condensing lens 71: Line image sensor 80: Control unit 9: Laser beam irradiation unit 91: Pulse laser beam oscillation unit 92: Dichroic mirror 10: Optical device Wafer

Claims (3)

基板の表面に機能層が積層され格子状に形成された複数のストリートによって区画された複数の領域にデバイスが形成されているウエーハにおける基板の内部に、基板の裏面側から基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射し、基板の内部にストリートに沿って変質層を形成するレーザー加工方法であって、
レーザー加工装置の被加工物を保持するチャックテーブル上にウエーハを基板の裏面を上側にして保持するウエーハ保持工程と、
チャックテーブルに保持されたウエーハの基板に対して透過性を有する波長の検出光を基板の裏面側からストリートに沿って照射し、基板の裏面および表面で反射した反射光に基づいてストリートに沿ってチャックテーブルの上面から基板の裏面までの第1の高さ位置(h1)およびチャックテーブルの上面から基板の表面までの第2の高さ位置(h2)を計測する高さ位置計測工程と、
該高さ位置計測工程において計測された該第1の高さ位置(h1)と該第2の高さ位置(h2)との中間部にレーザー光線の集光点を位置付けてストリートに沿って照射することにより基板の内部にストリートに沿って機能層に達しない変質層を形成する変質層形成工程と、を含み、
該高さ位置計測工程は、所定の波長領域を有する光を発する発光源と、該発光源からの光を第1の経路に導くとともに該第1の経路を逆行する反射光を第2の経路に導く第1の光分岐手段と、該第1の経路に導かれた光を平行光に形成するコリメーションレンズと、該コリメーションレンズによって平行光に形成された光を第3の経路と第4の経路に分ける第2の光分岐手段と、該第3の経路に配設され該第3の経路に導かれた光を該チャックテーブルに保持されたウエーハに導く対物レンズと、該第2の光分岐手段と該対物レンズとの間に配設され該第3の経路に導かれた平行光を集光し該対物レンズに集光点を位置付けて該対物レンズからの光を擬似平行光に生成する集光レンズと、該第4の経路に配設され該第4の経路に導かれた平行光を反射して該第4の経路に反射光を逆行せしめる反射ミラーと、該反射ミラーによって反射し該第4の経路と該第2の光分岐手段と該コリメーションレンズおよび該第1の経路を逆行して該第1の光分岐手段から該第2の経路に導かれた反射光と、該チャックテーブルに保持されたウエーハで反射し該対物レンズと該集光レンズと該第2の光分岐手段と該コリメーションレンズおよび該第1の経路を逆行して該第1の光分岐手段から該第2の経路に導かれた反射光との干渉を回折する回折格子と、該回折格子によって回折した反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、該第4の経路における該反射ミラーまでの光路長と該第3の経路における該チャックテーブルに保持されたウエーハまでの光路長との光路長差(d)を求め、該光路長差(d)に基づいて該チャックテーブルの表面から該チャックテーブルに保持されたウエーハの基板の裏面および表面までの距離を求める制御手段とを具備している計測手段を用い、基板の裏面で反射した第1の光路長差(d1)と基板の表面で反射した第2の光路長差(d2)とに基づいてチャックテーブルの上面から基板の裏面までの第1の高さ位置(h1)およびチャックテーブルの上面から基板の表面までの第2の高さ位置(h2)を計測する、
ことを特徴とするレーザー加工方法。
Transparency to the substrate from the back side of the substrate inside the substrate in the wafer where the device is formed in multiple areas partitioned by multiple streets formed in a lattice shape with functional layers laminated on the surface of the substrate A laser processing method of irradiating a laser beam having a wavelength having a wavelength, and forming an altered layer along the street inside the substrate,
A wafer holding step for holding the wafer on the chuck table holding the workpiece of the laser processing apparatus with the back side of the substrate facing up;
A detection light having a wavelength that is transparent to the wafer substrate held on the chuck table is irradiated along the street from the back side of the substrate along the street, and along the street based on the reflected light reflected on the back and front surfaces of the substrate. A height position measuring step for measuring a first height position (h1) from the upper surface of the chuck table to the back surface of the substrate and a second height position (h2) from the upper surface of the chuck table to the surface of the substrate;
A condensing point of the laser beam is positioned at an intermediate portion between the first height position (h1) and the second height position (h2) measured in the height position measuring step, and is irradiated along the street. seen containing a deteriorated layer forming step for forming a deteriorated layer which does not reach the functional layer along the streets in the substrate, the by,
The height position measuring step includes a light emitting source that emits light having a predetermined wavelength region, and a reflected light that guides the light from the light emitting source to the first path and reverses the first path to the second path. A first light branching unit that guides the light to the first path, a collimation lens that forms the light guided to the first path into parallel light, and a third path and a fourth path that convert the light formed by the collimation lens into parallel light. A second light splitting unit that divides the path, an objective lens that is disposed in the third path and guides the light guided to the third path to a wafer held by the chuck table, and the second light Parallel light arranged between the branching means and the objective lens is guided to the third path, and a focusing point is positioned on the objective lens to generate light from the objective lens as pseudo-parallel light. A condensing lens that is disposed on the fourth path and a parallel led to the fourth path Reflecting mirror for reflecting the reflected light back to the fourth path, and reflecting the fourth path, the second light branching means, the collimation lens and the first path reflected by the reflecting mirror. Then, the reflected light guided from the first light branching means to the second path, and reflected by the wafer held on the chuck table, the objective lens, the condenser lens, and the second light branching means. And a diffraction grating that diffracts the interference between the collimation lens and the first path and the reflected light guided from the first light branching means to the second path, and the reflection diffracted by the diffraction grating An image sensor that detects light intensity in a predetermined wavelength range of light, a spectral interference waveform is obtained based on a detection signal from the image sensor, and waveform analysis is performed based on the spectral interference waveform and a theoretical waveform function. The fourth An optical path length difference (d) between an optical path length to the reflecting mirror in the path and an optical path length to the wafer held on the chuck table in the third path is obtained, and based on the optical path length difference (d) A first optical path length difference (reflected by the back surface of the substrate) using a measuring means comprising a control means for determining the distance from the front surface of the chuck table to the back surface and front surface of the wafer held by the chuck table. The first height position (h1) from the top surface of the chuck table to the back surface of the substrate and the top surface of the substrate from the top surface of the chuck table based on d1) and the second optical path length difference (d2) reflected by the surface of the substrate Measuring the second height position (h2) up to
The laser processing method characterized by the above-mentioned.
該変質層形成工程は、該第1の高さ位置(h1)と該第2の高さ位置(h2)とに基づいて、レーザー光線の集光点を{h2+(h1−h2)/2}の位置に位置付けて実施する、請求項記載のレーザー加工方法。 In the altered layer forming step, the focal point of the laser beam is set to {h2 + (h1−h2) / 2} based on the first height position (h1) and the second height position (h2). The laser processing method according to claim 1 , wherein the laser processing method is performed while being positioned. 該変質層形成工程は、該第1の高さ位置(h1)と該第2の高さ位置(h2)とに基づいて、基板の厚みが設定値以上の箇所においてはレーザー光線の集光点を{h2+(h1−h2)/2}の位置に位置付けて実施し、基板の厚みが設定値厚み未満の箇所においてはレーザー光線の照射を停止する、請求項記載のレーザー加工方法。 In the altered layer forming step, the condensing point of the laser beam is determined at a location where the thickness of the substrate is equal to or larger than a set value based on the first height position (h1) and the second height position (h2). 3. The laser processing method according to claim 2 , wherein the laser processing is performed at a position of {h2 + (h1-h2) / 2}, and the irradiation of the laser beam is stopped at a position where the thickness of the substrate is less than a set value thickness.
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