JP4851918B2 - ウエーハのレーザー加工方法およびレーザー加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、表面に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たウエーハに、ストリートに沿って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形成するウエーハのレーザー加工方法およびレーザー加工装置に関する。

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形成されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域に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チップを製造している。また、サファイヤ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所定の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。

上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等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も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの裏面側から内部に集光点を合わせて被加工物に対して透過性を有する赤外光領域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、ウエーハをストリートに沿って分割するものである。（例えば、特許文献１参照。）
特許第３４０８８０５号公報

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としては、現状では波長が１０６４nmのパルスレーザー光線が用いられている。しかるに、波長が１０６４nmのパルスレーザー光線によってウエーハの内部に変質層を形成すると、表面に形成されたデバイスに影響を与えることはないが、形成される変質層が薄く、破断に可能な厚さの変質層を形成するには多くの変質層を積層しなければならず、生産性が悪いという問題がある。
一方、ウエーハに対する透過性が１０６４nmの波長より良好な１３４２nmの波長のパルスレーザー光線が実用化されている。この１３４２nmの波長のパルスレーザー光線を用いてウエーハの内部に変質層を形成すると、破壊力が強く厚い変質層を形成することができる。

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、表面に形成されたデバイスに影響を与えることなくウエーハの内部に必要な厚さの変質層を効率よく形成することができるウエーハのレーザー加工方法およびレーザー加工装置を提供することである。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、表面に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たウエーハに、ストリートに沿って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形成するウエーハのレーザー加工方法であって、
波長が１０６４nmのレーザー光線をウエーハの裏面側からウエーハの表面近傍に集光点を位置付けてストリートに沿って照射し、ウエーハの表面近傍にストリートに沿って第１の変質層を形成する第１の変質層形成工程と、
波長が１３４２nmのレーザー光線をウエーハの裏面側から該第１の変質層よりウエーハの裏面側に集光点を位置付けてストリートに沿って照射し、該第１の変質層よりウエーハの裏面側にストリートに沿って第２の変質層を形成する第２の変質層形成工程と、を含む、
ことを特徴とするウエーハのレーザー加工方法が提供される。

また、本発明によれば、表面に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たウエーハに、ストリートに沿って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形成するウエーハのレーザー加工方法であって、
波長が１３４２nmのレーザー光線をウエーハの表面側からウエーハの裏面近傍に集光点を位置付けてストリートに沿って照射し、ウエーハの裏面近傍にストリートに沿って第１の変質層を形成する第１の変質層形成工程と、
波長が１０６４nmのレーザー光線をウエーハの表面側から該第１の変質層よりウエーハの表面側に集光点を位置付けてストリートに沿って照射し、該第１の変質層よりウエーハの表面側にストリートに沿って第２の変質層を形成する第２の変質層形成工程と、を含む、
ことを特徴とするウエーハのレーザー加工方法が提供される。

更に本発明によれば、ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハにレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを該加工送り方向と直交する割り出し送り方向に相対的に割り出し送りする割り出し送り手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該レーザー光線照射手段は、波長が１０６４nmのレーザー光線を発振するレーザー光線発振器を備えた第１のレーザー光線照射手段と、波長が１３４２nmのレーザー光線を発振するレーザー光線発振器を備えた第２のレーザー光線照射手段と、を具備している、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。

本発明においては、ウエーハの内部における表面近傍には破壊力が比較的弱い波長が１０６４nmのレーザー光線によって変質層を形成するので、ウエーハの表面に形成されたデバイスを損傷することはない。一方、ウエーハの表面に形成されたデバイスに影響しないウエーハの内部における裏面近傍には破壊力が強い波長が１３４２nmのレーザー光線によって変質層を形成するため厚い変質層を形成することができるため、効率よく必要な厚さの変質層を形成することができる。

以下、本発明によるウエーハのレーザー加工方法およびレーザー加工装置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。

図１には本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図が示されている。
図１に示されたレーザー加工装置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に上記矢印Ｘで示す加工送り方向と直交する矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に配設された第１のレーザー光線照射ユニット支持機構４ａと、該第１のレーザー光線ユニット支持機構４ａに矢印Ｚで示す方向に移動可能に配設された第１のレーザー光線照射ユニット５ａと、第２のレーザー光線照射ユニット支持機構４ｂと、該第２のレーザー光線ユニット支持機構４ｂに矢印Ｚで示す方向に移動可能に配設された第２のレーザー光線照射ユニット５ｂとを具備している。

上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上に矢印Ｘで示す加工送り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上に矢印Ｘで示す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上に矢印Ｙで示す割り出し送り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の被加工物載置面３６１ａ上に被加工物であるウエーハ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。また、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。

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、その上面に矢印Ｙで示す割り出し送り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に沿って矢印Ｘで示す加工送り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に沿って矢印Ｘで示す加工送り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、第一の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられる。

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ができる。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ができる。

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、矢印Ｙで示す割り出し送り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に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り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に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。

上記第１のレーザー光線照射ユニット支持機構４ａは、静止基台２上に矢印Ｙで示す割り出し送り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で示す割り出し送り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、一側面に矢印Ｚで示す方向即ち上記チャックテーブル３６の被加工物載置面３６１ａに垂直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第１のレーザー光線照射ユニット支持機構４ａは、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿って割り出し送り方向である矢印Ｙで示す割り出し送り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、該雄ねじロッド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に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、上記レーザー光線照射ユニット支持機構４の可動支持基台４２の割り出し送り量を検出するための割り出し送り量検出手段４３３を備えている。割り出し送り量検出手段４３３は、案内レール４１に沿って配設されたリニアスケール４３３aと、可動支持基台４２に配設されリニアスケール４３３aに沿って移動する読み取りヘッド４３３bとからなっている。この送り量検出手段４３３の読み取りヘッド４３３b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、レーザー光線照射ユニット５の割り出し送り量を検出する。なお、上記第２の割り出し送り手段４３の駆動源としてパルスモータ４３２を用いた場合には、パルスモータ４３２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、レーザー光線照射ユニット５の割り出し送り量を検出することができる。また、上記第２の割り出し送り手段４３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、レーザー光線照射ユニット５の割り出し送り量を検出することができる。

図示の実施形態における第１のレーザー光線照射ユニット５ａは、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられた第１のレーザー光線照射手段６ａを具備している。ユニットホルダ５１は、上記装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝５１１、５１１が設けられており、この被案内溝５１１、５１１を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、矢印Ｚで示す方向に移動可能に支持される。図示の実施形態における第１のレーザー光線照射ユニット５ａは、ユニットホルダ５１を一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向に移動させるための集光点位置調整手段５３を具備している。集光点位置調整手段５３は、上記一対の案内レール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、ユニットホルダ５１および第１のレーザー光線照射ユニット５ａを案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向に移動せしめる。

第１のレーザー光線照射手段６ａは、上記ユニットホルダ５１に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング６０aを含んでいる。また、第１のレーザー光線照射手段６ａは、図２に示すようにケーシング６０a内に配設されたパルスレーザー光線発振手段６１aおよび出力調整手段６２aと、上記ケーシング６０aの先端に装着された集光器６３aを具備している。上記パルスレーザー光線発振手段６１a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６１１ａと、これに付設された繰り返し周波数設定手段６１２aとから構成されている。このパルスレーザー光線発振手段６１aのパルスレーザー光線発振器６１１ａは、１０６４nmの波長を有するパルスレーザー光線を発振する。出力調整手段６２aは、パルスレーザー光線発振手段６１aから発振されたパルスレーザー光線の出力を所定の値に調整する。

上記第１のレーザー光線照射手段６ａを構成するケーシング６０aの前端部には、撮像手段７が配設されている。この撮像手段7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制御手段に送る。

次に、上記第２のレーザー光線照射ユニット支持機構４ｂおよび第２のレーザー光線照射ユニット５ｂについて説明する。なお、第２のレーザー光線照射ユニット支持機構４ｂおよび第２のレーザー光線照射ユニット５ｂについては、上記第１のレーザー光線照射ユニット支持機構４ａおよび第１のレーザー光線照射ユニット５ａの構成部材と実質的に同一機能を有する各構成部材には同一符号を付して説明する。
第２のレーザー光線照射ユニット支持機構４ｂは上記第１のレーザー光線照射ユニット支持機構４ａと平行に配設され、第２のレーザー光線照射ユニット支持機構４ｂの可動支持基台４２と上記第１のレーザー光線照射ユニット支持機構４ａの可動支持基台４２とが対向して配設されている。従って、上記第１のレーザー光線照射ユニット支持機構４ａの可動支持基台４２を構成する装着部４２２に配設された第１のレーザー光線照射ユニット５ａと、第２のレーザー光線照射ユニット支持機構４ｂの可動支持基台４２を構成する装着部４２２に配設された第２のレーザー光線照射ユニット５ｂとは、近接した位置に線対称に配置される。なお、第２のレーザー光線照射ユニット５ｂの第２のレーザー光線照射手段６ｂを構成するケーシング６０bの前端部には、撮像手段は配設されていない。

第２のレーザー光線照射手段６ｂは、上記ユニットホルダ５１に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング６０bを含んでいる。また、第２のレーザー光線照射手段６bは、図３に示すようにケーシング６０b内に配設されたパルスレーザー光線発振手段６１bおよび出力調整手段６２aと、上記ケーシング６０bの先端に装着された集光器６３bを具備している。上記パルスレーザー光線発振手段６１b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６１１bと、これに付設された繰り返し周波数設定手段６１２bとから構成されている。このパルスレーザー光線発振手段６１bのパルスレーザー光線発振器６１１bは、１３４２nmの波長を有するパルスレーザー光線を発振する。出力調整手段６２bは、パルスレーザー光線発振手段６１bから発振されたパルスレーザー光線の出力を所定の値に調整する。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置は、制御手段８を具備している。制御手段８はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）８１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）８２と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３と、カウンター８４と、入力インターフェース８５および出力インターフェース８６とを備えている。制御手段８の入力インターフェース８５には、上記加工送り量検出手段３７４、割り出し送り量検出手段４３３および撮像手段７等からの検出信号が入力される。そして、制御手段８の出力インターフェース８６からは、上記パルスモータ３７２、パルスモータ３８２、パルスモータ４３２、パルスモータ５３２、第１のレーザー光線照射手段６ａ、第２のレーザー光線照射手段６ｂ等に制御信号を出力する。

図示のレーザー加工装置１は以上のように構成されており、以下このレーザー加工装置１を用いてウエーハの内部に変質層を形成するウエーハの加工方法について説明する。
図４には、本発明によるウエーハの加工方法によって加工されるウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図が示されている。図４に示す半導体ウエーハ１０は、厚さが１００μmのシリコンウエーハからなり、表面１０ａに複数のストリート１０１が格子状に形成されているとともに、該複数のストリート１０１によって区画された複数の領域にデバイス１０２が形成されている。

上記半導体ウエーハ１０の内部にストリート１０１に沿って変質層を形成する第１の実施形態について、図５乃至図８を参照して説明する。
上記のように構成された半導体ウエーハ１０は、図５に示すように環状のフレームFに装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなる保護テープTに表面１０ａを貼着する。従って、半導体ウエーハ１０は、裏面１０bが上側となる。このようにして環状のフレームFに保護テープTを介して支持された半導体ウエーハ１０は、図１に示すレーザー加工装置１のチャックテーブル３６上に保護テープT側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより半導体ウエーハ１０は、保護テープTを介してチャックテーブル３６上に吸引保持される。また、環状のフレームFは、クランプ３６２によって固定される。

上述したように半導体ウエーハ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７の直下に位置付けられる。チャックテーブル３６が撮像手段７の直下に位置付けられると、撮像手段７および制御手段８によって半導体ウエーハ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７および制御手段１０は、半導体ウエーハ１０の所定方向に形成されているストリート１０１と、ストリート１０１に沿ってレーザー光線を照射する第１のレーザー光線照射手段６ａの第１の集光器６３aおよび第２のレーザー光線照射手段６bの第２の集光器６３b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が実行され、レーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。また、半導体ウエーハ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１０１に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。

以上のようにしてチャックテーブル３６上に保持されている半導体ウエーハ１０に形成されたストリート１０１を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、波長が１０６４nmのパルスレーザー光線を半導体ウエーハ１０の裏面１０b側から半導体ウエーハ１０の表面１０a近傍に集光点を位置付けてストリート１０１に沿って照射し、半導体ウエーハ１０の表面１０a近傍にストリート１０１に沿って第１の変質層を形成する第１の変質層形成工程を実施する。即ち、制御手段８は、加工送り手段３７を作動して図６の（ａ）で示すようにチャックテーブル３６を第１のレーザー光線照射手段６ａの集光器６３aが位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分割予定ライン１０１の一端（図６の（ａ）において左端）を第１のレーザー光線照射手段６ａの集光器６３aの直下に位置付ける。そして、第１のレーザー光線照射手段６ａの集光器６３aから照射するパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ１０の表面１０a（下面）から例えば１０μｍ裏面１０b（上面）側に位置付ける。次に、制御手段８は、第１のレーザー光線照射手段６aのパルスレーザー光線発振手段６１aを作動して集光器６３aからシリコンウエーハに対して透過性を有する１０６４ｎｍの波長のパルスレーザー光線を照射しつつ、加工送り手段３７のパルスモータ３７２を作動してチャックテーブル３６を図６の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の送り速度で移動せしめる。そして、図６の（ｂ）で示すように集光器６３aの照射位置がストリート１０１の他端の位置に達したら、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、図６の(b)に示すように半導体ウエーハ１０の内部には表面１０a（下面）近傍にストリート１０１に沿って所定の厚さの第１の変質層１１０が形成される。

上記第１の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。
光源 ：YAGスレーザー
波長 ：１０６４ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数 ：４００ｋＨｚ
平均出力 ：１W
集光スポット径 ：φ１μｍ
加工送り速度 ：6００ｍｍ／秒

上記加工条件によって第１の変質層形成工程を実施すると、第１の変質層１１０の厚さは２０μｍ程度形成される。なお、第１の変質層形成工程においてはパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ１０の表面１０a近傍に合わせて実施するが、波長が１０６４ｎｍのパルスレーザー光線によって実施するので破壊力が比較的弱いため、半導体ウエーハ１０の表面１０aに形成されたデバイス１０２を損傷することはない。

上述したように所定のストリート１０１に沿って第１の変質層形成工程を実施したならば、制御手段８は第１の割り出し送り手段３８のパルスモータ３８２を作動して、チャックテーブル３６を図１において矢印Ｙで示す方向にストリート１０１の間隔だけ割り出し送りし、上記第１の変質層形成工程を実施する。このようにして半導体ウエーハ１０の所定方向に延在する全てのストリート１０１について第１の変質層形成工程を遂行したならば、チャックテーブル３６を９０度回動し該チャックテーブル３６に保持されている半導体ウエーハ１０を９０度回動せしめて、上記所定方向に対して直角に延びる各分割予定ライン１０１に沿って上記第１の変質層形成工程を実行することにより、半導体ウエーハ１０の内部に全てのストリート１０１に沿って変質層１１０を形成することができる。

以上のようにして半導体ウエーハ１０に形成された全てのストリート１０１に沿って上記第１の変質層形成工程を実行することにより、半導体ウエーハ１０の表面１０a近傍にストリート１０１に沿って第１の変質層１１０を形成したならば、波長が１３４２nmのパルスレーザー光線を半導体ウエーハ１０の裏面１０b側から第１の変質層１１０より半導体ウエーハ１０の裏面１０b側に集光点を位置付けてストリート１０１に沿って照射し、第１の変質層１１０より半導体ウエーハ１０のウエーハの裏面１０b側にストリート１０１に沿って第２の変質層を形成する第２の変質層形成工程を実施する。即ち、制御手段８は、加工送り手段３７を作動して図７の（ａ）で示すようにチャックテーブル３６を第２のレーザー光線照射手段６bの集光器６３bが位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分割予定ライン１０１の一端（図７の（ａ）において左端）を第２のレーザー光線照射手段６bの集光器６３bの直下に位置付ける。そして、第２のレーザー光線照射手段６bの集光器６３bから照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを第１の変質層１１０より例えば２０μｍ裏面１０b（上面）側に位置付ける。次に、制御手段８は、第２のレーザー光線照射手段６bのパルスレーザー光線発振手段６１bを作動して集光器６３bからシリコンウエーハに対して透過性を有する１３４２ｎｍの波長のパルスレーザー光線を照射しつつ、加工送り手段３７のパルスモータ３７２を作動してチャックテーブル３６を図７の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の送り速度で移動せしめる。そして、図７の（ｂ）で示すように集光器６３bの照射位置がストリート１０１の他端の位置に達したら、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、図７の(b)に示すように半導体ウエーハ１０の内部には第１の変質層１１０より例えば２０μｍ裏面１０b（上面）側にストリート１０１に沿って所定の厚さの第２の変質層１２０が形成される。

上記第１の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。
光源 ：ＹＶＯ₄スレーザー
波長 ：１３４２ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数 ：８０ｋＨｚ
平均出力 ：１W
集光スポット径 ：φ１．３μｍ
加工送り速度 ：6００ｍｍ／秒

上記加工条件によって第２の変質層形成工程を実施すると、第２の変質層１２０の厚さは４０μｍ程度形成される。このように第２の変質層形成工程においては波長が１３４２ｎｍのパルスレーザー光線によって実施するので破壊力が強いので、第１の変質層形成工程に用いた波長が１０６４ｎｍのパルスレーザー光線の出力と同じであっても２倍の厚さの第２の変質層１２０を形成することができる。従って、厚さが１００μｍの半導体ウエーハ１０に上記第１の変質層形成工程と第２の変質層形成工程を実施すると、図８に示すように半導体ウエーハ１０の内部には表面１０a（下面）から１０μｍ裏面１０b（上面）側に厚さが２０μｍの第１の変質層１１０が形成され、第１の変質層１１０から２０μｍ裏面１０b（上面）側に厚さが４０μｍの第２の変質層１２０が形成される。このように厚さが１００μｍの半導体ウエーハ１０に上記第１の変質層形成工程と第２の変質層形成工程をそれぞれ１回実施することにより半導体ウエーハ１０の厚さに対して６０％の厚さの変質層を形成することができる。もし、従来のように波長が１０６４ｎｍのパルスレーザー光線を用いて厚さが１００μｍの半導体ウエーハ１０に６０％の厚さの変質層を形成するは上記第１の変質層形成工程を３回実施する必要がある。なお、第２の変質層形成工程において用いる波長が１３４２ｎｍのパルスレーザー光線は上述したように破壊力が強いが、第２の変質層形成工程によって形成される第２の変質層１２０は第１の変質層１１０より裏面１０b側に形成するので、半導体ウエーハ１０の表面１０aに形成されたデバイス１０２を損傷することはない。

上述した第２の変質層形成工程を上記第１の変質層形成工程と同様に半導体ウエーハ１０に形成された全てのストリート１０１に沿って実施する。この結果、半導体ウエーハ１０の内部には、ストリート１０１に沿って表面１０a近傍に第１の変質層１１０が形成され、裏面１０b近傍に第２の変質層１２０が形成される。
なお、上述した実施形態においては第１の変質層形成工程と第２の変質層形成工程において第１の変質層１１０と第２の変質層１２０をそれぞれ１層ずつ形成した例を示したが、ウエーハの厚さにより必要に応じて２層以上の変質層を形成してもよい。

次に、本発明によるウエーハのレーザー加工方法の第２の実施形態について、図９乃至図１２を参照して説明する。
図９乃至図１２に示す実施形態は、上記レーザー加工装置１を用いて半導体ウエーハ１０の表面１０a側からパルスレーザー光線を照射し、半導体ウエーハ１０の内部に効率よく変質層を形成するものである。
第２の実施形態を実施するには、上記図４に示す半導体ウエーハ１０は、図９に示すように環状のフレームFに装着された保護テープTに裏面１０bを貼着する。従って、半導体ウエーハ１０は、表面１０ａが上側となる。このようにして環状のフレームFに保護テープTを介して支持された半導体ウエーハ１０は、図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上に保護テープT側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより半導体ウエーハ１０は、保護テープTを介してチャックテーブル３６上に吸引保持される。また、環状のフレームFは、クランプ３６２によって固定される。

上述したようにチャックテーブル３６上に半導体ウエーハ１０を吸引保持したならば、上述した第１の実施形態と同様にチャックテーブル３６を撮像手段７の直下に位置付け、撮像手段７および制御手段８によって半導体ウエーハ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。

以上のようにしてチャックテーブル３６上に保持されている半導体ウエーハ１０に形成されたストリート１０１を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、波長が１３４２nmのパルスレーザー光線を半導体ウエーハ１０の表面１０a側から半導体ウエーハ１０の裏面１０b近傍に集光点を位置付けてストリート１０１に沿って照射し、半導体ウエーハ１０の裏面１０b近傍にストリート１０１に沿って第１の変質層を形成する第１の変質層形成工程を実施する。即ち、制御手段８は、加工送り手段３７を作動して図１０の（ａ）で示すようにチャックテーブル３６を第２のレーザー光線照射手段６bの集光器６３bが位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分割予定ライン１０１の一端（図１０の（ａ）において左端）を第２のレーザー光線照射手段６bの集光器６３bの直下に位置付ける。そして、第２のレーザー光線照射手段６bの集光器６３bから照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ１０の裏面１０b（下面）から例えば１０μｍ表面１０a（上面）側に位置付ける。次に、制御手段８は、第２のレーザー光線照射手段６bのパルスレーザー光線発振手段６１bを作動して集光器６３bから１３４２ｎｍの波長のパルスレーザー光線を照射しつつ、加工送り手段３７のパルスモータ３７２を作動してチャックテーブル３６を図１０の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の送り速度で移動せしめる。そして、図１０の（ｂ）で示すように集光器６３bの照射位置がストリート１０１の他端の位置に達したら、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。なお、この第１の変質層形成工程の加工条件は、上記第１の実施形態における第２の変質層形成工程の加工条件と同一でよい。この結果、図１０の(b)に示すように半導体ウエーハ１０の内部には裏面１０b（下面）近傍にストリート１０１に沿って厚さが４０μmの第１の変質層１３０が形成される。なお、第１の変質層形成工程において用いる波長が１３４２ｎｍのパルスレーザー光線は上述したように破壊力が強いが、第１の変質層形成工程によって形成される第１の変質層１３０は半導体ウエーハ１０の裏面１０b近傍に形成されるので、半導体ウエーハ１０の表面１０aに形成されたデバイス１０２を損傷することはない。

上述した第１の変質層形成工程を半導体ウエーハ１０に形成された全てのストリート１０１に沿って実施する。この結果、半導体ウエーハ１０の内部には、裏面１０b（下面）近傍に全てのストリート１０１に沿って厚さが４０μmの第１の変質層１３０が形成される。

以上のようにして半導体ウエーハ１０に形成された全てのストリート１０１に沿って上記第１の変質層形成工程を実行することにより、半導体ウエーハ１０の裏面１０b近傍にストリート１０１に沿って第１の変質層１３０を形成したならば、波長が１０６４nmのレーザー光線を半導体ウエーハ１０の表面１０ａ側から第１の変質層１３０より半導体ウエーハ１０の表面１０ａ側に集光点を位置付けてストリート１０１に沿って照射し、第１の変質層１３０より半導体ウエーハ１０の表面１０ａ側にストリート１０１に沿って第２の変質層を形成する第２の変質層形成工程を実施する。即ち、制御手段８は、加工送り手段３７を作動して図１１の（ａ）で示すようにチャックテーブル３６を第１のレーザー光線照射手段６１の集光器６３aが位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分割予定ライン１０１の一端（図１１の（ａ）において左端）を第１のレーザー光線照射手段６aの集光器６３aの直下に位置付ける。そして、第１のレーザー光線照射手段６aの集光器６３aから照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを第１の変質層１３０より例えば２０μｍ表面１０ａ（上面）側に位置付ける。次に、制御手段８は、第１のレーザー光線照射手段６aのパルスレーザー光線発振手段６１aを作動して集光器６３aから１０６４ｎｍの波長のパルスレーザー光線を照射しつつ、加工送り手段３７のパルスモータ３７２を作動してチャックテーブル３６を図１１の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の送り速度で移動せしめる。そして、図１１の（ｂ）で示すように集光器６３aの照射位置がストリート１０１の他端の位置に達したら、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。なお、この第２の変質層形成工程の加工条件は、上記第１の実施形態における第１の変質層形成工程の加工条件と同一でよい。この結果、図１１の(b)に示すように半導体ウエーハ１０の内部には第１の変質層１３０より例えば２０μｍ表面１０ａ（上面）側にストリート１０１に沿って厚さが２０μmの第２の変質層１４０が形成される。なお、第２の変質層形成工程においては第２の変質層１４０が半導体ウエーハ１０の表面１０ａ近傍に形成されるが、波長が１０６４ｎｍのパルスレーザー光線によって実施するので破壊力が比較的弱いため、半導体ウエーハ１０の表面１０aに形成されたデバイス１０２を損傷することはない。

以上のように、本発明によるウエーハのレーザー加工方法における第２の実施形態においても、厚さが１００μｍの半導体ウエーハ１０に上述した第１の変質層形成工程と第２の変質層形成工程を実施することにより、図１２に示すように半導体ウエーハ１０の内部には裏面１０b（下面）から１０μｍ表面１０ａ（上面）側に厚さが４０μｍの第１の変質層１３０が形成され、第１の変質層１３０から２０μｍ表面１０ａ（上面）側に厚さが２０μｍの第２の変質層１４０が形成される。このように厚さが１００μｍの半導体ウエーハ１０に上記第１の変質層形成工程と第２の変質層形成工程をそれぞれ１回実施することにより半導体ウエーハ１０の厚さに対して６０％の厚さの変質層を形成することができる。
なお、上述した実施形態においては第１の変質層形成工程と第２の変質層形成工程において第１の変質層１３０と第２の変質層１４０をそれぞれ１層ずつ形成した例を示したが、ウエーハの厚さにより必要に応じて２層以上の変質層を形成してもよい。

次に、上記レーザー加工装置１に装備されるレーザー光線照射手段の他の実施形態について、図１３を参照して説明する。なお、図１３に示すレーザー光線照射手段６においては、上記図２に示す第１のレーザー光線照射手段６ａおよび図３に示す第２のレーザー光線照射手段６ｂと同一の構成部材には同一符号を付してその説明は省略する。
図１３に示すレーザー光線照射手段６は、第１のレーザー光線照射手段６ａの集光器と第２のレーザー光線照射手段６ｂの集光器を共通の集光器６３とした構成である。即ち、図１３に示すレーザー光線照射手段６においては、第１のレーザー光線照射手段６ａのパルスレーザー光線発振手段６１aから発振された１０６４nmの波長を有するパルスレーザー光線は、出力調整手段６２aによって出力が構成されハーフミラー６４を通して共通の集光器６３に導かれる。一方、第２のレーザー光線照射手段６ｂのパルスレーザー光線発振手段６１bから発振された１３４２nmの波長を有するパルスレーザー光線は、方向変換ミラー６５および上記ハーフミラー６４を介して共通の集光器６３に導かれる。このように図１３に示すレーザー光線照射手段６は、共通の集光器６３によって１０６４nmの波長を有するパルスレーザー光線と１３４２nmの波長を有するパルスレーザー光線を照射するように構成したので、第１のレーザー光線照射手段６ａと第２のレーザー光線照射手段６ｂを一つのユニットとして構成することができる。

本発明によって構成されたレーザー加工装置の斜視図。 図1に示すレーザー加工装置に装備される第１のレーザー光線照射手段のブロック構成図。 図1に示すレーザー加工装置に装備される第２のレーザー光線照射手段のブロック構成図。 本発明によるウエーハのレーザー加工方法によって加工されるウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図。 図４に示す半導体ウエーハの表面を環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着した状態を示す斜視図。 本発明によるウエーハのレーザー加工方法の第１の実施形態における第１の変質層形成工程を示す説明図。 本発明によるウエーハのレーザー加工方法の第１の実施形態における第２の変質層形成工程を示す説明図。 本発明によるウエーハのレーザー加工方法の第１の実施形態における第１の変質層形成工程および第２の変質層形成工程が実施された半導体ウエーハの要部を拡大して示す断面図。 図４に示す半導体ウエーハの裏面を環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着した状態を示す斜視図。 本発明によるウエーハのレーザー加工方法の第２の実施形態における第１の変質層形成工程を示す説明図。 本発明によるウエーハのレーザー加工方法の第２の実施形態における第２の変質層形成工程を示す説明図。 本発明によるウエーハのレーザー加工方法の第２の実施形態における第１の変質層形成工程および第２の変質層形成工程が実施された半導体ウエーハの要部を拡大して示す断面図。 図1に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段の他の実施形態を示すブロック構成図。

符号の説明

１：レーザー加工装置
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
４ａ：第１のレーザー光線照射ユニット支持機構
４ｂ：第２のレーザー光線照射ユニット支持機構
５ａ：第１のレーザー光線照射ユニット
５ｂ：第２のレーザー光線照射ユニット
５１：ユニットホルダ
５３：集光点位置調整手段
６ａ：第１のレーザー光線照射手段
６ｂ：第１のレーザー光線照射手段
６１a、６１b：パルスレーザー光線発振手段
６３、６３a、６３b：集光器
６４：方向変換ミラー
６５：ハーフミラー
７：撮像手段
１０：半導体ウエーハ
１０１：分割予定ライン
１０２：デバイス
１１０：第１の変質層
１２０：第２の変質層
１３０：第１の変質層
１４０：第２の変質層

Claims (3)

1. 表面に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たウエーハに、ストリートに沿って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形成するウエーハのレーザー加工方法であって、
   波長が１０６４nmのレーザー光線をウエーハの裏面側からウエーハの表面近傍に集光点を位置付けてストリートに沿って照射し、ウエーハの表面近傍にストリートに沿って第１の変質層を形成する第１の変質層形成工程と、
   波長が１３４２nmのレーザー光線をウエーハの裏面側から該第１の変質層よりウエーハの裏面側に集光点を位置付けてストリートに沿って照射し、該第１の変質層よりウエーハの裏面側にストリートに沿って第２の変質層を形成する第２の変質層形成工程と、を含む、
   ことを特徴とするウエーハのレーザー加工方法。
2. 表面に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たウエーハに、ストリートに沿って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形成するウエーハのレーザー加工方法であって、
   波長が１３４２nmのレーザー光線をウエーハの表面側からウエーハの裏面近傍に集光点を位置付けてストリートに沿って照射し、ウエーハの裏面近傍にストリートに沿って第１の変質層を形成する第１の変質層形成工程と、
   波長が１０６４nmのレーザー光線をウエーハの表面側から該第１の変質層よりウエーハの表面側に集光点を位置付けてストリートに沿って照射し、該第１の変質層よりウエーハの表面側にストリートに沿って第２の変質層を形成する第２の変質層形成工程と、を含む、
   ことを特徴とするウエーハのレーザー加工方法。
3. ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハにレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを該加工送り方向と直交する割り出し送り方向に相対的に割り出し送りする割り出し送り手段と、を具備するレーザー加工装置において、
   該レーザー光線照射手段は、波長が１０６４nmのレーザー光線を発振するレーザー光線発振器を備えた第１のレーザー光線照射手段と、波長が１３４２nmのレーザー光線を発振するレーザー光線発振器を備えた第２のレーザー光線照射手段と、を具備している、
   ことを特徴とするレーザー加工装置。

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