JP6003496B2 - パターン付き基板の加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板上に複数の単位パターンを２次元的に繰り返し配置してなるパターン付き基板を分割する方法に関する。

ＬＥＤ素子は、例えばサファイア単結晶などの基板（ウェハ、母基板）上にＬＥＤ素子の単位パターンを２次元的に繰り返し形成してなるパターン付き基板（ＬＥＤパターン付き基板）を、格子状に設けられたストリートと称される分割予定領域にて分割し、個片化（チップ化）する、というプロセスにて製造される。ここで、ストリートとは、分割によってＬＥＤ素子となる２つの部分の間隙部分である幅狭の領域である。

係る分割のための手法として、パルス幅がｐｓｅｃオーダーの超短パルス光であるレーザー光を、個々の単位パルス光の被照射領域が加工予定線に沿って離散的に位置する条件にて照射することにより、加工予定線（通常はストリート中心位置）に沿って分割のための起点を形成する手法が既に公知である（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された手法においては、それぞれの単パルス光の被照射領域において形成される加工痕の間で劈開や裂開による亀裂伸展（クラック伸展）が生じ、係る亀裂に沿って基板を分割することで、個片化が実現される。

特開２０１１−１３１２５６号公報

上述のようなパターン付き基板においては、通常、サファイア単結晶基板に設けられたオリフラ（オリエンテーションフラット）に平行な方向とこれに直交する方向とに沿って単位パターンが配置されてなる。それゆえ、係るパターン付き基板において、ストリートは、オリフラに平行な方向とこれに垂直な方向とに延在してなる。

このようなパターン付き基板を特許文献１に開示されたような手法にて分割する場合、当然ながら、オリフラに平行なストリートとオリフラに垂直なストリートとに沿ってレーザー光を照射することになる。係る場合において、レーザー光の照射に伴う加工痕からの亀裂の伸展は、加工予定線の延在方向でもあるレーザー光の照射方向（走査方向）のみに生じるのではなく、基板の厚み方向においても生じる。

ただし、オリフラに平行なストリートに沿ってレーザー光を照射した場合、基板厚み方向における亀裂伸展は加工痕から垂直な方向に生じるのに対して、同じ照射条件でオリフラに垂直なストリートに沿ってレーザー光を照射した場合、亀裂は、垂直方向ではなく垂直方向から傾斜した方向に伸展するという相違があることが、経験的に知られている。

なお、パターン付き基板に用いるサファイア単結晶基板としては、ｃ面やａ面などの結晶面の面方位が主面法線方向と一致してなるもののほか、主面内においてオリフラに垂直な方向を傾斜軸としてそれらの結晶面の面方位を主面法線方向に対して傾斜させた、いわゆるオフ角を与えた基板（オフ基板とも称する）が用いられることがあるが、上述したオリフラに垂直なストリートに沿ってレーザー光を照射した場合の亀裂の傾斜は、オフ基板であろうとなかろうと生じることが、本発明の発明者らによって確認されている。

一方で、ＬＥＤ素子の微小化や基板面積あたりの取り個数向上などの要請から、ストリートの幅はより狭い方が望ましい。しかしながら、そのようなストリートの幅が狭いパターン付き基板を対象に特許文献１に開示された手法を適用した場合、オリフラに垂直なストリートにおいては、傾斜して伸展した亀裂が当該ストリートの幅に収まらず、隣接する、ＬＥＤ素子となる領域にまで達してしまうという不具合が起こり得る。係る不具合の発生は、ＬＥＤ素子の歩留まりを低下させる要因となるため、好ましくない。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、パターン付き基板を良好に分割可能な分割方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、単結晶基板上に複数の単位パターンを２次元的に繰り返し配置してなるパターン付き基板を加工する方法であって、前記パターン付き基板においてオリフラに沿う第１の方向に延在するように設定された第１の分割予定線と前記第１の方向に直交する第２の方向に延在するように設定された第２の分割予定線とに沿ってレーザー光を照射することにより、前記パターン付き基板に格子状に分割起点を形成する分割起点形成工程と、前記パターン付き基板を前記分割起点に沿ってブレイクすることにより個片化するブレイク工程と、を備え、前記分割起点形成工程が、前記レーザー光を前記第１および第２の分割予定線に沿って走査しつつ照射することによって、前記レーザー光のそれぞれの単位パルス光が前記パターン付き基板（被加工物）に形成する加工痕が前記第１および第２の分割予定線に沿って離散的に位置するようにするとともに、それぞれの加工痕から前記パターン付き基板（被加工物）に亀裂を伸展させる亀裂伸展加工工程、を含み、前記亀裂伸展加工工程においては、前記第１の分割予定線に沿って前記分割起点を形成する際には、前記亀裂が前記パターン付き基板の前記加工痕が形成された側の主面とは反対の主面にまで到達する第１の加工条件にて前記レーザー光を照射し、前記第２の分割予定線に沿って前記分割起点を形成する際には、前記亀裂が前記パターン付き基板の内部で留まる第２の加工条件にて前記レーザー光を照射する、ことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のパターン付き基板の加工方法であって、前記第２の分割予定線に沿って前記分割起点を形成する際の前記レーザー光のピークパワーを前記前記第１の分割予定線に沿って前記分割起点を形成する際のピークパワーの５０％以上７０％以下とする、ことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のパターン付き基板の加工方法であって、前記分割起点形成工程においては、前記パターン付き基板のうち、前記単位パターンが形成されていない側の主面を前記レーザー光の被照射面とする、ことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のパターン付き基板の加工方法であって、前記単結晶基板が、前記パターン付き基板の主面内においてオリフラに垂直な方向を軸として所定の結晶面の面方位を主面法線方向に対して数度程度傾斜させたオフ基板である、ことを特徴とする。

請求項１ないし請求項４の発明によれば、分割面の傾斜が充分かつ確実に抑制されたパターン付き基板の分割が実現される。

被加工物の分割に用いるレーザー加工装置１００の構成を概略的に示す模式図である。 亀裂伸展加工におけるレーザー光ＬＢの照射態様を説明するための図である。 パターン付き基板Ｗの模式平面図および部分拡大図である。 パターン付き基板ＷのＸ方向に垂直な断面における亀裂ＣＲ０の伸展の様子を示す図である。 パターン付き基板ＷのＹ方向に垂直な断面における亀裂ＣＲ１またはＣＲ２の伸展の様子を示す図である。 デバイスチップの模式平面図である。 実施例１の試料のＹ方向に垂直な断面についての光学顕微鏡像である。 比較例１の試料のＹ方向に垂直な断面についての光学顕微鏡像である。 実施例２の試料のＹ方向に垂直な断面についての光学顕微鏡像である。 比較例２の試料のＹ方向に垂直な断面についての光学顕微鏡像である。

＜レーザー加工装置＞
図１は、本発明の実施の形態に適用可能な、被加工物の分割に用いるレーザー加工装置１００の構成を概略的に示す模式図である。レーザー加工装置１００は、装置内における種々の動作（観察動作、アライメント動作、加工動作など）の制御を行うコントローラ１と、被加工物１０をその上に載置するステージ４と、レーザー光源ＳＬから出射されたレーザー光ＬＢを被加工物１０に照射する照射光学系５とを主として備える。

ステージ４は、石英などの光学的に透明な部材から主として構成される。ステージ４は、その上面に載置された被加工物１０を、例えば吸引ポンプなどの吸引手段１１により吸引固定できるようになっている。また、ステージ４は、移動機構４ｍによって水平方向に移動可能とされてなる。なお、図１においては、被加工物１０に粘着性を有する保持シート１０ａを貼り付けたうえで、該保持シート１０ａの側を被載置面として被加工物１０をステージ４に載置しているが、保持シート１０ａを用いる態様は必須のものではない。

移動機構４ｍは、図示しない駆動手段の作用により水平面内で所定のＸＹ２軸方向にステージ４を移動させる。これにより、観察位置の移動やレーザー光照射位置の移動が実現されてなる。なお、移動機構４ｍについては、所定の回転軸を中心とした、水平面内における回転（θ回転）動作も、水平駆動と独立に行えることが、アライメントなどを行う上ではより好ましい。

照射光学系５は、レーザー光源ＳＬと、図示を省略する鏡筒内に備わるハーフミラー５１と、集光レンズ５２とを備える。

レーザー加工装置１００においては、概略、レーザー光源ＳＬから発せられたレーザー光ＬＢを、ハーフミラー５１にて反射させたうえで、該レーザー光ＬＢを、集光レンズ５２にてステージ４に載置された被加工物１０の被加工部位に合焦するように集光させて、被加工物１０に照射するようになっている。そして、係る態様にてレーザー光ＬＢを照射しつつ、ステージ４を移動させることによって、被加工物１０に対し所定の加工予定線に沿った加工を行えるようになっている。すなわち、レーザー加工装置１００は、被加工物１０に対しレーザー光ＬＢを相対的に走査することによって、加工を行う装置である。

レーザー光源ＳＬとしては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーを用いるのが好適な態様である。レーザー光源ＳＬとしては、波長が５００ｎｍ〜１６００ｎｍのものを用いる。また、上述した加工パターンでの加工を実現するべく、レーザー光ＬＢのパルス幅は１ｐｓｅｃ〜５０ｐｓｅｃ程度である必要がある。また、繰り返し周波数Ｒは１０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ程度、レーザー光の照射エネルギー（パルスエネルギー）は０．１μＪ〜５０μＪ程度であるのが好適である。

なお、レーザー加工装置１００においては、加工処理の際、必要に応じて、合焦位置を被加工物１０の表面から意図的にずらしたデフォーカス状態で、レーザー光ＬＢを照射することも可能となっている。本実施の形態においては、デフォーカス値（被加工物１０の表面から内部に向かう方向への合焦位置のずらし量）を０μｍ以上３０μｍ以下の範囲に設定するのが好ましい。

また、レーザー加工装置１００において、ステージ４の上方には、被加工物１０を上方から観察・撮像するための上部観察光学系６と、被加工物１０に対しステージ４の上方から照明光を照射する上部照明系７とが備わっている。また、ステージ４の下方には、被加工物１０に対しステージ４の下方から照明光を照射する下部照明系８が備わっている。

上部観察光学系６は、ハーフミラー５１の上方（鏡筒の上方）に設けられたＣＣＤカメラ６ａと該ＣＣＤカメラ６ａに接続されたモニタ６ｂとを備える。また、上部照明系７は、上部照明光源Ｓ１と、ハーフミラー８１と、集光レンズ８２とを備える。

これら上部観察光学系６と上部照明系７とは、照射光学系５と同軸に構成されてなる。より詳細にいえば、照射光学系５のハーフミラー５１と集光レンズ５２が、上部観察光学系６および上部照明系７と共用されるようになっている。これにより、上部照明光源Ｓ１から発せられた上部照明光Ｌ１は、図示しない鏡筒内に設けられたハーフミラー７１で反射され、さらに照射光学系５を構成するハーフミラー５１を透過した後、集光レンズ５２で集光されて、被加工物１０に照射されるようになっている。また、上部観察光学系６においては、上部照明光Ｌ１が照射された状態で、集光レンズ５２、ハーフミラー５１およびハーフミラー７１を透過した被加工物１０の明視野像の観察を行うことが出来るようになっている。

また、下部照明系８は、下部照明光源Ｓ２と、ハーフミラー８１と、集光レンズ８２とを備える。すなわち、レーザー加工装置１００においては、下部照明光源Ｓ２から出射され、ハーフミラー８１で反射されたうえで、集光レンズ８２で集光された下部照明光Ｌ２を、ステージ４を介して被加工物１０に対し照射出来るようになっている。例えば、下部照明系８を用いると、下部照明光Ｌ２を被加工物１０に照射した状態で、上部観察光学系６においてその透過光の観察を行うことなどが可能である。

さらには、図１に示すように、レーザー加工装置１００においては、被加工物１０を下方から観察・撮像するための下部観察光学系１６が、備わっていてもよい。下部観察光学系１６は、ハーフミラー８１の下方に設けられたＣＣＤカメラ１６ａと該ＣＣＤカメラ１６ａに接続されたモニタ１６ｂとを備える。係る下部観察光学系１６においては、例えば、上部照明光Ｌ１が被加工物１０に照射された状態でその透過光の観察を行うことが出来る。

コントローラ１は、装置各部の動作を制御し、後述する態様での被加工物１０の加工処理を実現させる制御部２と、レーザー加工装置１００の動作を制御するプログラム３ｐや加工処理の際に参照される種々のデータを記憶する記憶部３とをさらに備える。

制御部２は、例えばパーソナルコンピュータやマイクロコンピュータなどの汎用のコンピュータによって実現されるものであり、記憶部３に記憶されているプログラム３ｐが該コンピュータに読み込まれ実行されることにより、種々の構成要素が制御部２の機能的構成要素として実現される。

記憶部３は、ＲＯＭやＲＡＭおよびハードディスクなどの記憶媒体によって実現される。なお、記憶部３は、制御部２を実現するコンピュータの構成要素によって実現される態様であってもよいし、ハードディスクの場合など、該コンピュータとは別体に設けられる態様であってもよい。

記憶部３には、プログラム３ｐの他、被加工物１０についての加工位置を記述した加工位置データＤ１が記憶されるとともに、個々の加工モードにおけるレーザー加工の態様に応じた、レーザー光の個々のパラメータについての条件やステージ４の駆動条件（あるいはそれらの設定可能範囲）などが記述された加工モード設定データＤ２が記憶される。

制御部２は、移動機構４ｍによるステージ４の駆動や集光レンズ５２の合焦動作など、加工処理に関係する種々の駆動部分の動作を制御する駆動制御部２１と、上部観察光学系６や下部観察光学系１６による被加工物１０の観察・撮像を制御する撮像制御部２２と、レーザー光源ＳＬからのレーザー光ＬＢの照射を制御する照射制御部２３と、吸引手段１１によるステージ４への被加工物１０の吸着固定動作を制御する吸着制御部２４と、与えられた加工位置データＤ１および加工モード設定データＤ２に従って加工対象位置への加工処理を実行させる加工処理部２５と、を主として備える。

以上のような構成のコントローラ１を備えるレーザー加工装置１００においては、オペレータから、加工位置データＤ１に記述された加工位置を対象とした所定の加工モードによる加工の実行指示が与えられると、加工処理部２５が、加工位置データＤ１を取得するとともに選択された加工モードに対応する条件を加工モード設定データＤ２から取得し、当該条件に応じた動作が実行されるよう、駆動制御部２１や照射制御部２３その他を通じて対応する各部の動作を制御する。例えば、レーザー光源ＳＬから発せられるレーザー光ＬＢの波長や出力、パルスの繰り返し周波数、パルス幅の調整などは、照射制御部２３により実現される。これにより、対象とされた加工位置において、指定された加工モードでの加工が実現される。

好ましくは、レーザー加工装置１００は、加工処理部２５の作用によりコントローラ１においてオペレータに利用可能に提供される加工処理メニューに従って、種々の加工内容に対応する加工モードを選択できるように、構成される。係る場合において、加工処理メニューは、ＧＵＩにて提供されるのが好ましい。

以上のような構成を有することで、レーザー加工装置１００は、種々のレーザー加工を好適に行えるようになっている。

＜亀裂伸展加工の原理＞
次に、レーザー加工装置１００において実現可能な加工手法の１つである亀裂伸展加工について説明する。図２は、亀裂伸展加工におけるレーザー光ＬＢの照射態様を説明するための図である。より詳細には、図２は、亀裂伸展加工の際のレーザー光ＬＢの繰り返し周波数Ｒ（ｋＨｚ）と、レーザー光ＬＢの照射にあたって被加工物１０を載置するステージの移動速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）と、レーザー光ＬＢのビームスポット中心間隔Δ（μｍ）との関係を示している。なお、以降の説明では、上述したレーザー加工装置１００を使用することを前提に、レーザー光ＬＢの出射源は固定され、被加工物１０が載置されたステージ４を移動させることによって、被加工物１０に対するレーザー光ＬＢの相対的な走査が実現されるものとするが、被加工物１０は静止させた状態で、レーザー光ＬＢの出射源を移動させる態様であっても、亀裂伸展加工は同様に実現可能である。

図２に示すように、レーザー光ＬＢの繰り返し周波数がＲ（ｋＨｚ）である場合、１／Ｒ（ｍｓｅｃ）ごとに１つのレーザーパルス（単位パルス光とも称する）がレーザー光源から発せられることになる。被加工物１０が載置されたステージ４が速度Ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）で移動する場合、あるレーザーパルスが発せられてから次のレーザーパルスが発せられる間に、被加工物１０はＶ×（１／Ｒ）＝Ｖ／Ｒ（μｍ）だけ移動することになるので、あるレーザーパルスのビーム中心位置と次に発せられるレーザーパルスのビーム中心位置との間隔、つまりはビームスポット中心間隔Δ（μｍ）は、Δ＝Ｖ／Ｒで定まる。

このことから、被加工物１０の表面におけるレーザー光ＬＢのビーム径（ビームウェスト径、スポットサイズとも称する）Ｄｂとビームスポット中心間隔Δとが
Δ＞Ｄｂ ・・・・・（式１）
をみたす場合には、レーザー光の走査に際して個々のレーザーパルスは重ならないことになる。

加えて、単位パルス光の照射時間つまりはパルス幅を極めて短く設定すると、それぞれの単位パルス光の被照射位置においては、レーザー光ＬＢのスポットサイズより狭い、被照射位置の略中央領域に存在する物質が、照射されたレーザー光から運動エネルギーを得ることで被照射面に垂直な方向に飛散したり変質したりする一方、係る飛散に伴って生じる反力を初めとする単位パルス光の照射によって生じる衝撃や応力が、該被照射位置の周囲に作用するという現象が生じる。

これらのことを利用して、レーザー光源から次々と発せられるレーザーパルス（単位パルス光）が、加工予定線に沿って順次にかつ離散的に照射されるようにすると、加工予定線に沿った、個々の単位パルス光の被照射位置において微小な加工痕が順次に形成されるとともに、個々の加工痕同士の間において亀裂が連続的に形成されるようになる。このように、亀裂伸展加工によって連続的に形成された亀裂が、被加工物１０を分割する際の分割の起点となる。

そして、例えば公知のブレイク装置を用い、亀裂伸展加工によって形成された亀裂をパターン付き基板Ｗの反対面にまで伸展させるブレイク工程を行うことで、被加工物１０を分割することが可能となる。なお、亀裂の伸展によって被加工物１０が厚み方向において完全に分断される場合、上述のブレイク工程は不要であるが、一部の亀裂が反対面にまで達したとしても亀裂伸展加工によって被加工物１０は完全に二分されることはまれであるので、ブレイク工程を伴うのが一般的である。

ブレイク工程は、例えば、被加工物１０を、加工痕が形成された側の主面が下側になる姿勢とし、分割予定線の両側を２つの下側ブレイクバーにて支持した状態で、他方の主面であって分割予定線の直上のブレイク位置に向けて上側ブレイクバーを降下させるようにすることで行える。

なお、加工痕のピッチに相当するビームスポット中心間隔Δがあまりに大きすぎると、ブレイク特性が悪くなって加工予定線に沿ったブレイクが実現されなくなる。亀裂伸展加工の際には、この点を考慮して加工条件を定める必要がある。

以上の点を鑑みた、被加工物１０に分割起点となる亀裂を形成するための亀裂伸展加工を行うにあたって好適な条件は、おおよそ以下の通りである。具体的な条件は、被加工物１０の材質や厚みなどによって適宜に選択することでよい。

パルス幅τ：１ｐｓｅｃ以上５０ｐｓｅｃ以下；
ビーム径Ｄｂ：１μｍ以上１０μｍ以下；
ステージ移動速度Ｖ：５０ｍｍ／ｓｅｃ以上３０００ｍｍ／ｓｅｃ以下；
パルスの繰り返し周波数Ｒ：１０ｋＨｚ以上２００ｋＨｚ以下；
パルスエネルギーＥ：０．１μＪ〜５０μＪ。

＜パターン付き基板＞
次に、被加工物１０の一例としてのパターン付き基板Ｗについて説明する。図３は、パターン付き基板Ｗの模式平面図および部分拡大図である。

パターン付き基板Ｗとは、例えばサファイアなどの単結晶基板（ウェハ、母基板）Ｗ１（図４参照）の一方主面上に、所定のデバイスパターンを積層形成してなるものである。デバイスパターンは、個片化された後にそれぞれが１つのデバイスチップをなす複数の単位パターンＵＰを２次元的に繰り返し配置した構成を有する。例えば、ＬＥＤ素子などの光学デバイスや電子デバイスとなる単位パターンＵＰが２次元的に繰り返される。

また、パターン付き基板Ｗは平面視で略円形状をなしているが、外周の一部には直線状のオリフラ（オリエンテーションフラット）ＯＦが備わっている。以降、パターン付き基板Ｗの面内においてオリフラＯＦの延在方向をＸ方向と称し、Ｘ方向に直交する方向をＹ方向と称することとする。

単結晶基板Ｗ１としては、７０μｍ〜２００μｍの厚みを有するものが用いられる。１００μｍ厚のサファイア単結晶を用いるのが好適な一例である。また、デバイスパターンは通常、数μｍ程度の厚みを有するように形成される。また、デバイスパターンは凹凸を有していてもよい。

例えば、ＬＥＤチップ製造用のパターン付き基板Ｗであれば、ＧａＮ（窒化ガリウム）を初めとするIII族窒化物半導体からなる、発光層その他の複数の薄膜層を、サファイア単結晶の上にエピタキシャル形成し、さらに、該薄膜層の上に、ＬＥＤ素子（ＬＥＤチップ）において通電電極を構成する電極パターンを形成することによって構成されてなる。

なお、パターン付き基板Ｗの形成にあたって、単結晶基板Ｗ１として、主面内においてオリフラに垂直なＹ方向を軸としてｃ面やａ面などの結晶面の面方位を主面法線方向に対して数度程度傾斜させた、いわゆるオフ角を与えた基板（オフ基板とも称する）を用いる態様であってもよい。

個々の単位パターンＵＰの境界部分である幅狭の領域はストリートＳＴと称される。ストリートＳＴは、パターン付き基板Ｗの分割予定位置であって、後述する態様にてレーザー光がストリートＳＴに沿って照射されことで、パターン付き基板Ｗは個々のデバイスチップへと分割される。ストリートＳＴは、通常、数十μｍ程度の幅で、デバイスパターンを平面視した場合に格子状をなすように設定される。ただし、ストリートＳＴの部分において単結晶基板Ｗ１が露出している必要はなく、ストリートＳＴの位置においてもデバイスパターンをなす薄膜層が連続して形成されていてもよい。

＜オフ基板を用いたパターン付き基板Ｗの分割＞
以下、単結晶基板Ｗ１として上述のオフ基板が用いられているパターン付き基板ＷをストリートＳＴに沿って分割すべく、ストリートＳＴの中心に定めた加工予定線ＰＬ（ＰＬ１、ＰＬ２）に沿って亀裂伸展加工を行う場合を考える。

なお、本実施の形態では、係る態様での亀裂伸展加工を行うにあたって、パターン付き基板Ｗのうち、デバイスパターンが設けられていない側の面、つまりは、単結晶基板Ｗ１が露出した主面Ｗａ（図４参照）に向けて、レーザー光ＬＢを照射するものとする。すなわち、デバイスパターンが形成されてなる側の主面Ｗｂ（図４参照）を被載置面としてレーザー加工装置１００のステージ４に載置固定して、レーザー光ＬＢの照射を行うものとする。なお、厳密にいえば、デバイスパターンの表面には凹凸が存在するが、当該凹凸はパターン付き基板Ｗ全体の厚みに比して充分に小さいので、実質的には、パターン付き基板Ｗのデバイスパターンが形成されてなる側には平坦な主面が備わっているとみなして差し支えない。あるいは、デバイスパターンが設けられた単結晶基板Ｗ１の主面をパターン付き基板Ｗの主面Ｗｂとみなすようにしてもよい。

これは、亀裂伸展加工の実施において本質的に必須の態様ではないが、ストリートＳＴの幅が小さい場合や、ストリートＳＴの部分にまで薄膜層が形成されてなる場合など、レーザー光の照射がデバイスパターンに与える影響を小さくしたり、あるいは、より確実な分割を実現するという点から、好ましい態様である。ちなみに、図３において単位パターンＵＰやストリートＳＴを破線にて表しているのは、単結晶基板が露出した主面Ｗａがレーザー光の照射対象面であり、デバイスパターンが設けられた主面Ｗｂがその反対側を向いていることを示すためである。

図４は、レーザー加工装置１００において、亀裂伸展を生じさせる照射条件を設定したうえで、Ｘ方向に延在する加工予定線ＰＬ１に沿って亀裂伸展加工を行った場合の、パターン付き基板Ｗの厚み方向における亀裂（クラック）ＣＲ０の様子を示す模式断面図である。より詳細には、図４は、パターン付き基板ＷのＸ方向に垂直な断面における亀裂ＣＲ０の伸展の様子を示している。

係る場合、亀裂ＣＲ０は、加工痕Ｍから鉛直下方に、つまりは、加工予定線ＰＬ１からパターン付き基板Ｗの厚み方向に延在する面Ｐ１に沿って、伸展する。それゆえ、ブレイク工程を行えば、パターン付き基板ＷはＸ方向については面Ｐ１のところで垂直に分割される。すなわち、分割面と主面Ｗｂとがなす角は、９０°となる。

一方、図５は、Ｙ方向に延在する加工予定線ＰＬ２に沿って亀裂伸展加工を行った場合の、パターン付き基板Ｗの厚み方向における亀裂ＣＲ１またはＣＲ２の様子を示す模式断面図である。より詳細には、図５は、パターン付き基板ＷのＹ方向に垂直な断面における亀裂ＣＲ１またはＣＲ２の伸展の様子を示している。また、図６は、図４に示す態様と図５に示す態様とを組み合わせてパターン付き基板Ｗを分割することで得られるデバイスチップの模式平面図である。

まず、図５（ａ）は、対比のために示す、Ｙ方向に延在する加工予定線ＰＬ２に沿った亀裂伸展加工を図４に加工結果を示したＸ方向における亀裂伸展加工と略同一の加工条件で行った場合の、パターン付き基板Ｗの厚み方向における亀裂ＣＲ１の様子を示す模式断面図である。ここで、Ｙ方向における加工をＸ方向における加工と略同一の加工条件で行うとは、両者の照射条件を全く同一にする場合のみならず、前者の加工の際のレーザー光ＬＢのピークパワー（あるいはパルスエネルギー）を、後者の加工の際のレーザー光ＬＢのピークパワー（あるいはパルスエネルギー）の９０％以上１００％以下とする場合をも包含するものとする。

図５（ａ）に示すように、Ｙ方向に延在する加工予定線ＰＬ２に沿った亀裂伸展加工を、Ｘ方向における加工と略同一の加工条件で行った場合、亀裂ＣＲ１は、加工痕Ｍから鉛直下方に向けて、つまりは、加工予定線ＰＬ２からパターン付き基板Ｗの厚み方向に延在する面Ｐ２に沿って伸展するのではなく、加工痕Ｍから離れるほど面Ｐ２からずれる態様にて伸展する。結果として、デバイスパターンが備わる側の主面Ｗｂにおいては、面Ｐ２から距離ｗ０だけずれたところが、亀裂ＣＲ１の終端位置Ｔ１となる。そして、係る態様にて亀裂ＣＲ１が形成されたパターン付き基板Ｗをブレイクした場合、分割面は面Ｐ２に対して傾斜した状態となる。具体的には、分割面と主面Ｗｂとがなす角は、最大でも８３°程度に留まる。

なお、係る態様にて亀裂ＣＲ１が伸展することは、単結晶基板Ｗ１にオフ基板を用いた場合に顕著であるが、オフ基板を用いていない場合にも起こり得るものとされており、その原因は必ずしも特定されてはない。また、図５（ａ）では終端位置Ｔ１が面Ｐ１よりも図面視左側に位置しているが、面Ｐ１と終端位置Ｔ１との配置関係はこれに限られず、終端位置Ｔ１が面Ｐ１よりも図面視右側に位置する場合も起こり得る。

図６（ａ）に、図４に示す態様と図５（ａ）に示す態様とを組み合わせて得られるデバイスチップＣＰを示しているが、Ｙ方向に沿った分割面の加工予定線ＰＬ２からのズレに起因して、単位パターンＵＰが図面視左右方向に偏在した状態となっている。

図５（ａ）に示す場合においては、亀裂ＣＲ１の終端位置Ｔ１がストリートＳＴに収まっている場合を例示しているが、ストリートＳＴがより狭い場合や、亀裂ＣＲ１の傾斜度合いがより大きい場合など、終端位置Ｔ１がストリートＳＴに収まらないことも起こり得る。係る場合、得られたデバイスチップは不良品となる。従って、分割面の傾斜につながる亀裂ＣＲ１の傾斜はできるだけ抑制される方が好ましい。

一方、図５（ｂ）は、本実施の形態において行う、Ｙ方向に延在する加工予定線ＰＬ２に沿った亀裂伸展加工での、パターン付き基板Ｗの厚み方向における亀裂ＣＲ２の様子を示す模式断面図である。本実施の形態では、Ｙ方向に延在する加工予定線ＰＬ２に沿って亀裂伸展加工を行う際の、レーザー光ＬＢのピークパワー（あるいはパルスエネルギー）を、図４に加工結果を示したＸ方向における加工の際のレーザー光ＬＢのピークパワー（あるいはパルスエネルギー）の５０％以上７０％以下とする。

係る場合に生じる亀裂ＣＲ２においても、図５（ａ）に示した亀裂ＣＲ１と場合と同様、加工痕Ｍから鉛直下方に向けて、つまりは、加工予定線ＰＬ２からパターン付き基板Ｗの厚み方向に延在する面Ｐ２に沿って伸展するのではなく、加工痕Ｍから離れるほど面Ｐ２からずれる態様にて伸展する。ただし、亀裂ＣＲ２は、パターン付き基板Ｗの反対面にまで達することはなく、その終端位置Ｔ２は、基板内部に留まる。これは、亀裂伸展加工を行う際の、レーザー光ＬＢのピークパワー（あるいはパルスエネルギー）を、Ｘ方向を加工する場合よりも弱めたことの効果である。換言すれば、本実施の形態においては、Ｙ方向における亀裂伸展加工を行う際のレーザー光ＬＢのピークパワー（あるいはパルスエネルギー）を、パターン付き基板Ｗの被照射面と反対面にまで亀裂ＣＲ２が到達することのない値に設定していることになる。

以降、このようなＹ方向についての亀裂伸展加工を特に、部分亀裂伸展加工と称することとする。

Ｙ方向について部分亀裂伸展加工を行い、亀裂ＣＲ２をパターン付き基板Ｗの内部に留めた状態とした後には、ブレイク工程を行うことになるが、係るブレイク工程の際に新たに生じる亀裂ＣＲ３は、図５（ｂ）に示すように、終端位置Ｔ２から鉛直下方に、つまりは、面Ｐ２に平行に伸展する。この場合、デバイスパターンが備わる側の主面Ｗｂにおいては、面Ｐ２から距離ｗ１だけずれたところが、亀裂ＣＲ３の終端位置Ｔ３となるが、終端位置Ｔ３と面Ｐ２との距離ｗ１は、図５（ａ）に示す距離ｗ０よりも小さくなる。係る場合に形成される分割面は、厳密にいえば凹凸を有しているが、全体としてみれば、面Ｐ２に対する傾斜の度合いは、Ｘ方向と同一の照射条件でレーザー光ＬＢを照射した場合の分割面よりも小さくなっている。具体的には、分割面と主面Ｗｂとがなす角は、８５°〜８７°程度となる。

図６（ｂ）に、図４に示す態様と図５（ｂ）に示す態様とを組み合わせて得られるデバイスチップＣＰを示しているが、図６（ａ）に示した場合に比して、Ｙ方向に沿った分割面の加工予定線ＰＬ２からのズレが小さいことから、図面視左右方向における単位パターンＵＰの偏在は抑制されてなる。

すなわち、本実施の形態の場合、Ｙ方向について部分亀裂伸展加工を行うことで、Ｘ方向と同じ照射条件でＹ方向の亀裂伸展加工を行う場合に比して、分割面の傾斜はより抑制され、伸展した亀裂のストリートＳＴからのはみ出しがより起こりにくくなる。

ただし、部分亀裂伸展加工を適用したパターン付き基板Ｗの分割は、単結晶基板Ｗが上述のようなオフ基板ではない場合であっても有効である。なぜならば、上述のように、オフ基板ではない場合にも分割面の傾斜は発生し得るものであり、その場合にも同様の作用効果を奏するからである。あるいは、亀裂ＣＲ２が加工痕から鉛直下方に伸展してパターン付き基板Ｗの内部で留まり、その後のブレイク工程において亀裂ＣＲ３はそのまま鉛直下方に伸展するのであれば、分割面の傾斜は生じず、結果として好適な分割が行えたことになるからである。

このように、本実施の形態によれば、亀裂伸展加工によってパターン付き基板ＷをオリフラＯＦに平行なＸ方向に沿ったストリートＳＴとこれに垂直なＹ方向に沿ったストリートＳＴとにおいて分割するにあたって、Ｙ方向に沿った亀裂伸展加工を、Ｘ方向における亀裂伸展加工で与えるレーザー光のピークパワーの５０％以上７０％以下のピークパワーとした、部分亀裂伸展加工として行うようにする。これにより、分割面の傾斜が充分かつ確実に抑制された分割が実現される。

Ｙ方向を軸として結晶面を主面に対して傾斜させたオフ基板であるサファイア単結晶を単結晶基板Ｗ１とし、該単結晶基板Ｗ１の上に、ＸＹ２方向に複数のストリートＳＴを設けたパターン付き基板Ｗを用意し、該パターン付き基板Ｗを、Ｘ方向については通常の亀裂伸展加工を行い、Ｙ方向について部分亀裂伸展加工を行うことによって、個片化した。その際には、加工条件を２通りに違え（より具体的には、Ｘ方向の加工条件とＹ方向の加工条件との組合せを２通りに違え）、それぞれを実施例１と実施例２とした。

また、比較のため、実施例１および実施例２のＹ方向についての加工条件をＸ方向についての加工条件と略同一とした加工を行い、それぞれ比較例１、比較例２とした。

各実施例および各比較例において得られた加工後の試料について、Ｙ方向に沿った分割面の傾斜の様子を観察するべく、Ｙ方向に垂直な断面を光学顕微鏡にて観察した。また、その観察像から、Ｙ方向に沿った分割面の主面Ｗｂに対する傾斜角度を算出した。なお、傾斜角度の算出は、光学顕微鏡像において、主面Ｗａと主面ＷｂのＸ方向における同じ端部側の端点同士を結んだ線分と、主面Ｗｂとのなす角度を求めることにより行った。

実施例１と比較例１の加工条件と傾斜角度の算出結果とを表１に示す。また、実施例２と比較例２の加工条件と傾斜角度の算出結果とを表２に示す。

なお、表１および表２においては、繰り返し周波数とパルス幅とピッチ（ビームスポット間隔）とピークパワーとパルスエネルギーとを、実施例１における各々のＸ方向についての値（「共通」という欄において示している値）に対する比として表している。なお、デフォーカス値は１３μｍとした。

さらには、図７〜図１０に、それぞれ、実施例１、比較例１、実施例２、比較例２のＹ方向に垂直な断面についての光学顕微鏡像を示す。なお、図７〜図１０は、試料を略水平姿勢に保って撮像したものであり、図面視左右方向の両側端部が、Ｙ方向について加工を行うことで得られた分割面となっている。また、図７〜図１０には、参考のために、鉛直上下に延在する破線を付している。

図７〜図１０、および、表１、表２に示す傾斜角度の算出結果からわかるように、図７および図９に示した、パワー比率を６０％台として部分亀裂伸展加工を行った実施例に係る試料の方が、図８および図１０に示した、パワー比率を（ほぼ）１００％とした比較例に係る試料よりも、Ｙ方向に沿った分割面の傾斜度合いが小さかった。

係る結果は、部分亀裂伸展加工を採用することが、Ｙ方向についての分割面の傾斜の抑制に効果があることを示すものである。

１ コントローラ
４ ステージ
４ｍ 移動機構
５ 照射光学系
６ 上部観察光学系
６ａ、１６ａ カメラ
６ｂ、１６ｂ モニタ
７ 上部照明系
８ 下部照明系
１０ 被加工物
１０ａ 保持シート
１１ 吸引手段
１００ レーザー加工装置
１６ 下部観察光学系
５１、７１、８１ ハーフミラー
５２、８２ 集光レンズ
ＣＰ デバイスチップ
ＣＲ０〜ＣＲ３ 亀裂
Ｌ１ 上部照明光
Ｌ２ 下部照明光
ＬＢ レーザー光
Ｍ 加工痕
ＯＦ オリフラ
ＰＬ、ＰＬ１、ＰＬ２ 加工予定線
Ｓ１ 上部照明光源
Ｓ２ 下部照明光源
ＳＬ レーザー光源
ＳＴ ストリート
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３ （亀裂の）終端位置
ＵＰ 単位パターン
Ｗ パターン付き基板
Ｗ１ 単結晶基板
Ｗａ、Ｗｂ （パターン付き基板の）主面

Claims (4)

1. 単結晶基板上に複数の単位パターンを２次元的に繰り返し配置してなるパターン付き基板を加工する方法であって、
   前記パターン付き基板においてオリフラに沿う第１の方向に延在するように設定された第１の分割予定線と前記第１の方向に直交する第２の方向に延在するように設定された第２の分割予定線とに沿ってレーザー光を照射することにより、前記パターン付き基板に格子状に分割起点を形成する分割起点形成工程と、
   前記パターン付き基板を前記分割起点に沿ってブレイクすることにより個片化するブレイク工程と、
   を備え、
   前記分割起点形成工程が、前記レーザー光を前記第１および第２の分割予定線に沿って走査しつつ照射することによって、前記レーザー光のそれぞれの単位パルス光によって前記パターン付き基板に形成される加工痕が前記第１および第２の分割予定線に沿って離散的に位置するようにするとともに、それぞれの加工痕から前記パターン付き基板に亀裂を伸展させる亀裂伸展加工工程、
   を含み、
   前記亀裂伸展加工工程においては、
   前記第１の分割予定線に沿って前記分割起点を形成する際には、前記亀裂が前記パターン付き基板の前記加工痕が形成された側の主面とは反対の主面にまで到達する第１の加工条件にて前記レーザー光を照射し、
   前記第２の分割予定線に沿って前記分割起点を形成する際には、前記亀裂が前記パターン付き基板の内部で留まる第２の加工条件にて前記レーザー光を照射する、
   ことを特徴とするパターン付き基板の加工方法。
2. 請求項１に記載のパターン付き基板の加工方法であって、
   前記第２の分割予定線に沿って前記分割起点を形成する際の前記レーザー光のピークパワーを前記前記第１の分割予定線に沿って前記分割起点を形成する際のピークパワーの５０％以上７０％以下とする、
   ことを特徴とするパターン付き基板の加工方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のパターン付き基板の加工方法であって、
   前記分割起点形成工程においては、前記パターン付き基板のうち、前記単位パターンが形成されていない側の主面を前記レーザー光の被照射面とする、
   ことを特徴とするパターン付き基板の加工方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のパターン付き基板の加工方法であって、
   前記単結晶基板が、前記パターン付き基板の主面内においてオリフラに垂直な方向を軸として所定の結晶面の面方位を主面法線方向に対して数度程度傾斜させたオフ基板である、
   ことを特徴とするパターン付き基板の加工方法。