(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023148049
(43)【公開日】2023-10-13
(54)【発明の名称】レーザー加工方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/304 20060101AFI20231005BHJP
B23K 26/352 20140101ALI20231005BHJP
【ＦＩ】
H01L21/304 622N
B23K26/352
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022055878
(22)【出願日】2022-03-30
(71)【出願人】
【識別番号】000134051
【氏名又は名称】株式会社ディスコ
(74)【代理人】
【識別番号】100075177
【弁理士】
【氏名又は名称】小野 尚純
(74)【代理人】
【識別番号】100113217
【弁理士】
【氏名又は名称】奥貫 佐知子
(74)【代理人】
【識別番号】100202496
【弁理士】
【氏名又は名称】鹿角 剛二
(74)【代理人】
【識別番号】100202692
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 吉文
(72)【発明者】
【氏名】前田 充史
(72)【発明者】
【氏名】須藤 友紀
(72)【発明者】
【氏名】伊賀 勇人
(72)【発明者】
【氏名】芳野 知輝
【テーマコード（参考）】
4E168
5F057
【Ｆターム（参考）】
4E168CA06
4E168CB03
4E168CB07
4E168CB23
4E168DA02
4E168DA03
4E168DA04
4E168DA46
4E168DA47
4E168EA15
4E168HA01
4E168JA12
5F057AA12
5F057BA11
5F057BB05
5F057BB12
5F057CA11
5F057DA05
5F057DA11
5F057DA31
5F057DA40
(57)【要約】
【課題】削加工が困難なウエーハを、比較的容易に表面の研削加工が可能となる状態に加工するレーザー加工方法を提供する。
【解決手段】レーザー加工装置を用いて被加工物の表面に加工を施すレーザー加工方法であって、１パルス当たりのエネルギーであるパルスエネルギーとパルス間隔との相関関係から被加工物の上面に角質層を形成する相関関係閾値を生成する相関関係閾値生成工程と、レーザー照射手段から照射されるパルスレーザー光線のパルスエネルギーが該相関関係閾値以上であり、且つパルス間隔が該相関関係閾値以下になるようにレーザー加工条件を設定するレーザー加工条件設定工程と、該チャックテーブルに保持された被加工物に、該レーザー加工条件に基づきパルスレーザー光線を照射して被加工物の上面に角質層を形成する角質層形成工程と、を含み構成される。
【選択図】図１
【解決手段】レーザー加工装置を用いて被加工物の表面に加工を施すレーザー加工方法であって、１パルス当たりのエネルギーであるパルスエネルギーとパルス間隔との相関関係から被加工物の上面に角質層を形成する相関関係閾値を生成する相関関係閾値生成工程と、レーザー照射手段から照射されるパルスレーザー光線のパルスエネルギーが該相関関係閾値以上であり、且つパルス間隔が該相関関係閾値以下になるようにレーザー加工条件を設定するレーザー加工条件設定工程と、該チャックテーブルに保持された被加工物に、該レーザー加工条件に基づきパルスレーザー光線を照射して被加工物の上面に角質層を形成する角質層形成工程と、を含み構成される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
板状の被加工物を保持する保持面を有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被加工物に吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射するレーザー照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー照射手段とを相対的に加工送りする送り手段と、を含み構成されるレーザー加工装置を用いて被加工物の表面に加工を施すレーザー加工方法であって、
１パルス当たりのエネルギーであるパルスエネルギーとパルス間隔との相関関係から被加工物の上面に角質層を形成する相関関係閾値を生成する相関関係閾値生成工程と、
レーザー照射手段から照射されるパルスレーザー光線のパルスエネルギーが該相関関係閾値以上であり、且つパルス間隔が該相関関係閾値以下になるようにレーザー加工条件を設定するレーザー加工条件設定工程と、
該チャックテーブルに保持された被加工物に、該レーザー加工条件に基づきパルスレーザー光線を照射して被加工物の上面に角質層を形成する角質層形成工程と、を含み構成されるレーザー加工方法。
１パルス当たりのエネルギーであるパルスエネルギーとパルス間隔との相関関係から被加工物の上面に角質層を形成する相関関係閾値を生成する相関関係閾値生成工程と、
レーザー照射手段から照射されるパルスレーザー光線のパルスエネルギーが該相関関係閾値以上であり、且つパルス間隔が該相関関係閾値以下になるようにレーザー加工条件を設定するレーザー加工条件設定工程と、
該チャックテーブルに保持された被加工物に、該レーザー加工条件に基づきパルスレーザー光線を照射して被加工物の上面に角質層を形成する角質層形成工程と、を含み構成されるレーザー加工方法。
【請求項2】
該角質層は、パルスレーザー光線が照射された被加工物の局所に急速に膨張しようとする大きな熱応力が生じ、その大きな熱応力が低温な周辺に拘束されて被加工物の降伏応力を超えることで生じる圧縮塑性歪みの連鎖によって生成される請求項１に記載のレーザー加工方法。
【請求項3】
相関関係閾値生成工程における相関関係閾値は近似式によって特定され、該近似式は、横軸をパルス間隔［μｓ］とし、縦軸をパルスエネルギー［μＪ］とした場合、
パルスエネルギー＝ａ｛ｂ－（パルス間隔／［μｓ］－ｃ）２｝
で表され、係数ａ、ｂ、ｃは、被加工物の種類によって設定される請求項１に記載のレーザー加工方法。
パルスエネルギー＝ａ｛ｂ－（パルス間隔／［μｓ］－ｃ）２｝
で表され、係数ａ、ｂ、ｃは、被加工物の種類によって設定される請求項１に記載のレーザー加工方法。
【請求項4】
被加工物がシリコン（Ｓｉ）の場合、該係数ａ、ｂ、ｃは、
ａ＝４、ｂ＝１、ｃ＝０．９
に設定され、該近似式は、
パルスエネルギー＝４｛１－（パルス間隔／［μｓ］－０．９）２｝
で表され、パルス間隔は０．０２μｓ以上０．８μｓ以下の範囲で設定される請求項３に記載のレーザー加工方法。
ａ＝４、ｂ＝１、ｃ＝０．９
に設定され、該近似式は、
パルスエネルギー＝４｛１－（パルス間隔／［μｓ］－０．９）２｝
で表され、パルス間隔は０．０２μｓ以上０．８μｓ以下の範囲で設定される請求項３に記載のレーザー加工方法。
【請求項5】
パルスレーザー光線の照射ピッチは、１０～２００ｎｍの範囲で設定される請求項１に記載のレーザー加工方法。
【請求項6】
パルスレーザー光線のパルス幅は、０．３～１００ｐｓの範囲で設定される請求項１に記載のレーザー加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レーザー加工装置を用いて被加工物に加工を施すレーザー加工方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが、分割予定ラインによって区画されて表面に形成されたウエーハは、研削装置によって裏面が研削され所望の厚みに形成された後、ダイシング装置、レーザー加工装置によって個々のデバイスチップに分割され、携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。
【0003】
研削装置は、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を研削する研削砥石が環状に配設された研削ホイールとを回転可能に装着した研削手段と、から概ね構成されていて、ウエーハを所望の状態に加工することができる（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第６３６６３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記したウエーハは、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、サファイアー基板等の基板によって構成され、各基板の特性に応じた各種のデバイスチップが生産されるが、研削装置による研削が困難なウエーハが存在し、生産性が悪いという問題がある。
【0006】
また、Ｓｉ基板から構成されたウエーハは脆性であり、研削加工によるストレスによってデバイスに損傷が生じないように時間を掛けて研削する必要があり、上記と同様に生産性悪いという問題がある。
【0007】
本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、研削加工が困難なウエーハを、比較的容易に表面の研削加工が可能となる状態に加工するレーザー加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、板状の被加工物を保持する保持面を有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被加工物に吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射するレーザー照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー照射手段とを相対的に加工送りする送り手段と、を含み構成されるレーザー加工装置を用いて被加工物の表面に加工を施すレーザー加工方法であって、１パルス当たりのエネルギーであるパルスエネルギーとパルス間隔との相関関係から被加工物の上面に角質層を形成する相関関係閾値を生成する相関関係閾値生成工程と、レーザー照射手段から照射されるパルスレーザー光線のパルスエネルギーが該相関関係閾値以上であり、且つパルス間隔が該相関関係閾値以下になるようにレーザー加工条件を設定するレーザー加工条件設定工程と、該チャックテーブルに保持された被加工物に、該レーザー加工条件に基づきパルスレーザー光線を照射して被加工物の上面に角質層を形成する角質層形成工程と、を含み構成されるレーザー加工方法が提供される。
【0009】
該角質層は、パルスレーザー光線が照射された被加工物の局所に急速に膨張しようとする大きな熱応力が生じ、その大きな熱応力が低温な周辺に拘束されて被加工物の降伏応力を超えることで生じる圧縮塑性歪みの連鎖によって生成されることが好ましい。
【0010】
該相関関係閾値生成工程における相関関係閾値は近似式によって特定され、該近似式は、横軸をパルス間隔［μｓ］とし、縦軸をパルスエネルギー［μＪ］とした場合、
パルスエネルギー＝ａ｛ｂ－（パルス間隔／［μｓ］－ｃ）２｝
で表され、係数ａ、ｂ、ｃは、被加工物の種類によって設定されることが好ましい。
パルスエネルギー＝ａ｛ｂ－（パルス間隔／［μｓ］－ｃ）２｝
で表され、係数ａ、ｂ、ｃは、被加工物の種類によって設定されることが好ましい。
【0011】
さらに、被加工物がシリコン（Ｓｉ）の場合、該係数ａ、ｂ、ｃは、
ａ＝４、ｂ＝１、ｃ＝０．９
に設定され、該近似式は、
パルスエネルギー＝４｛１－（パルス間隔／［μｓ］－０．９）２｝
で表され、パルス間隔は０．０２μｓ以上０．８μｓ以下の範囲で設定されることが好ましい。
ａ＝４、ｂ＝１、ｃ＝０．９
に設定され、該近似式は、
パルスエネルギー＝４｛１－（パルス間隔／［μｓ］－０．９）２｝
で表され、パルス間隔は０．０２μｓ以上０．８μｓ以下の範囲で設定されることが好ましい。
【0012】
パルスレーザー光線の照射ピッチは、１０～２００ｎｍの範囲で設定されることが好ましい。また、パルスレーザー光線のパルス幅は、０．３～１００ｐｓの範囲で設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【0013】
本発明のレーザー加工方法は、板状の被加工物を保持する保持面を有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被加工物に吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射するレーザー照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー照射手段とを相対的に加工送りする送り手段と、を含み構成されるレーザー加工装置を用いて被加工物の表面に加工を施すレーザー加工方法であって、１パルス当たりのエネルギーであるパルスエネルギーとパルス間隔との相関関係から被加工物の上面に角質層を形成する相関関係閾値を生成する相関関係閾値生成工程と、レーザー照射手段から照射されるパルスレーザー光線のパルスエネルギーが該相関関係閾値以上であり、且つパルス間隔が該相関関係閾値以下になるようにレーザー加工条件を設定するレーザー加工条件設定工程と、該チャックテーブルに保持された被加工物に、該レーザー加工条件に基づきパルスレーザー光線を照射して被加工物の上面に角質層を形成する角質層形成工程と、を含み構成されることから、板状の被加工物に形成された角質層によって、研削加工が困難な被加工物を、比較的容易に表面の研削加工が可能となり、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】（ａ）本実施形態のレーザー加工装置の全体斜視図、（ｂ）（ａ）に記載のレーザー加工装置に配設されるレーザー照射手段の光学系を示すブロック図である。
【図2】本実施形態で加工されるウエーハの斜視図である。
【図3】相関関係閾値生成工程において実施されるレーザー加工実験の実施態様を示す斜視図である。
【図5】相関関係閾値生成工程により作成された相関関係図である。
【図7】（ａ）研削装置のチャックテーブルにウエーハを載置する態様を示す斜視図、（ｂ）研削加工の実施態様を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明に基づいて構成されるレーザー加工方法に係る実施形態について、添付図面を参照しながら、詳細に説明する。
【0016】
図１（ａ）には、本実施形態のレーザー加工方法を実施するのに好適なレーザー加工装置１が示されている。レーザー加工装置１は、基台１ａ上に配設されており、被加工物を保持するチャックテーブル２３を有する保持手段２と、チャックテーブル２３に保持された被加工物にパルスレーザー光線を照射するレーザー照射手段３と、チャックテーブル２３とレーザー照射手段３とを相対的に加工送りする送り手段４と、を含み構成されている。
【0017】
保持手段２は、Ｘ軸方向において移動自在に基台１ａに搭載された矩形状のＸ軸方向可動板２１と、Ｙ軸方向において移動自在にＸ軸方向可動板２１に搭載された矩形状のＹ軸方向可動板２２とを備え、上記したチャックテーブル２３は、Ｙ軸方向可動板２２の上面に図示を省略する回転駆動手段により回転可能に配設されている。チャックテーブル２３は、Ｘ座標及びＹ座標で特定されるＸＹ平面を保持面２５として被加工物を保持する手段であり、保持面２５は、通気性を有する部材により構成されている。保持面２５は、チャックテーブル２３を通る流路によって図示しない吸引手段に接続されており、該吸引手段を作動させることにより、保持面２５に負圧を生成して板状の被加工物を吸引保持することが可能である。
【0018】
送り手段４は、チャックテーブル２３をＸ軸方向に移動するＸ軸移動手段４１と、チャックテーブル２３をＹ軸方向に移動するＹ軸移動手段４４と、を備えている。Ｘ軸移動手段４１は、モータ４２の回転運動を、ボールねじ４３を介して直線運動に変換してＸ軸方向可動板２１に伝達し、基台１ａ上にＸ軸方向に沿って配設された一対の案内レール１ｄ、１ｄに沿ってＸ軸方向可動板２１をＸ軸方向に移動させる。Ｙ軸移動手段４４は、モータ４５の回転運動を、ボールねじ４６を介して直線運動に変換してＹ軸方向可動板２２に伝達し、Ｘ軸方向可動板２１上にＹ軸方向に沿って配設された一対の案内レール２４、２４に沿ってＹ軸方向可動板２２をＹ軸方向に移動させる。
【0019】
レーザー加工装置１は、基台１ａ上のＸ軸移動手段４１、Ｙ軸移動手段４４の側方に立設される垂直壁部１ｂを備え、垂直壁部１ｂは、上端部から水平方向に延びる水平壁部１ｃを備えている。水平壁部１ｃの内部には、上記のレーザー照射手段３を構成する光学系、及び撮像手段５が収容されている。水平壁部１ｃの先端部下面側には、該レーザー照射手段３の一部を構成し、レーザー光線を被加工物に照射する集光器３１が配設されている。撮像手段５は、保持手段２に保持された被加工物を撮像して、レーザー光線を照射すべき位置等を検出する手段であり、前記の集光器３１に対して図中矢印Ｘで示すＸ軸方向で隣接する位置に配設されている。
【0020】
図１（ｂ）には、上記のレーザー照射手段３の光学系の概略を示すブロック図が示されている。レーザー照射手段３は、レーザー光線ＬＢを発振する発振器３２と、発振器３２が発振したレーザー光線ＬＢの光路を集光器３１に向けて変更する反射ミラー３３と、被加工物であるウエーハ１０にレーザー光線ＬＢを集光する集光器３１に配設された集光レンズ３４と、を少なくとも備えている。また、レーザー照射手段３の発振器３２には、制御手段１００が接続されており、発振器３２からレーザー光線ＬＢを発振する際のレーザー加工条件は、制御手段１００によって調整される。
【0021】
制御手段１００は、コンピュータにより構成され、制御プログラムに従って演算処理する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）と、検出した検出値、演算結果等を一時的に格納するための読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、入力インターフェース、及び出力インターフェースとを備えている（詳細についての図示は省略する）。制御手段１００には、上記したレーザー照射手段３の他、送り手段４、撮像手段５、表示手段６等が接続される。
【0022】
本実施形態のレーザー加工方法を実施するのに好適なレーザー加工装置１は、概ね上記したような構成を備えておりレーザー加工装置１を使用して実施される本実施形態のレーザー加工方法について、以下に説明する。
【0023】
本実施形態のレーザー加工方法によって加工される板状の被加工物は、例えば、図２に示すような、複数のデバイス１２が分割予定ライン１４によって区画されて表面１０ａに形成された７００μｍの厚みのシリコン（Ｓｉ）のウエーハ１０である。以下に説明するレーザー加工は、ウエーハ１０の裏面１０ｂを、後述する研削加工に適した所望の状態とするための加工である。
【0024】
本実施形態のレーザー加工方法を実施するに際し、まず初めに、１パルス当たりのエネルギーであるパルスエネルギーＰｅとパルス間隔Ｐｗとの相関関係から被加工物の上面に後述する角質層が形成される相関関係閾値を生成する相関関係閾値生成工程を実施する。
【0025】
該相関関係閾値生成工程を実施するに際し、図２に示すように、シリコン（Ｓｉ）のウエーハ１０を用意する。次いで、上記のウエーハ１０の表面１０ａに保護テープＴを貼着してウエーハ１０を反転し、ウエーハ１０の裏面１０ｂを上方に、保護テープＴを下方に向けて、レーザー加工装置１のチャックテーブル２３の保持面２５に載置して吸引保持する。なお、図２では、説明の都合上、相関関係閾値生成工程を実施する際にも、表面１０ａにデバイス１２が形成されたウエーハ１０を使用する例を示すが、相関関係閾値生成工程は、レーザー加工実験により、被加工物の上面に角質層が形成される領域と、形成されない領域とを区別する相関関係閾値を生成するものであることから、デバイス１２及び分割予定ライン１４が形成されていない以外は、ウエーハ１０と同じ寸法及び材質のいわゆるダミーウエーハを使用することが好ましい。
【0026】
上記したウエーハ１０を用意したならば、撮像手段５の直下にウエーハ１０を位置付けて、ウエーハ１０を撮像して適宜表示手段６に表示すると共に、ウエーハ１０の外形等を検出する。次いで、撮像手段５によって検出されたウエーハ１０の情報に基づき、適宜の加工開始位置、例えばＹ軸方向の端部にレーザー照射手段３の集光器３１を位置付ける。次いで、後述するレーザー加工条件に基づき、図３（ａ）に示すように、ウエーハ１０の裏面１０ｂにパルスレーザー光線ＬＢの集光点を位置付けて照射すると共に、チャックテーブル２３と共にウエーハ１０をＸ軸方向に加工送りしてウエーハ１０の裏面１０ｂにレーザー加工を施す。このようにレーザー加工を実施したならば、ウエーハ１０をＹ軸方向に所定の間隔（例えば１５μｍ）だけ割り出し送りして、Ｙ軸方向で隣接する未加工の領域を、集光器３１の直下に位置付ける。そして、上記したのと同様にしてパルスレーザー光線ＬＢの集光点を、ウエーハ１０の裏面１０ｂに位置付けて照射し、ウエーハ１０をＸ軸方向に加工送りする。このような加工を繰り返すことにより、図４（ａ）に示すように、ウエーハ１０の裏面１０ｂの全域に対して、上記したレーザー加工が施される。
【0027】
上記の相関関係閾値生成工程では、上記したレーザー加工を実施する際のレーザー加工条件を適宜変化させることにより、１パルス当たりのエネルギーであるパルスエネルギーＰｅ［μＪ］とパルス間隔Ｐｗ［μｓ］との相関関係に応じて、図４（ｂ）に示す如く、ウエーハ１０の裏面１０ｂに良好な角質層１８が生成されるか否かの閾値を見出すためのレーザー加工実験が実施される。
【0028】
角質層１８は、パルスレーザー光線ＬＢがウエーハ１０の裏面１０ｂに照射され、該ウエーハ１０の局所に急速に膨張しようとする大きな熱応力が生じ、その大きな熱応力が低温な周辺に拘束されてウエーハ１０を構成するシリコン（Ｓｉ）の降伏応力を超えることで生じる圧縮塑性歪みの連鎖によって生成される層である。図４（ｂ）に示すウエーハ１０の内部の構成の一部を拡大した画像から明らかなように、該圧縮塑性歪みの連鎖によって、ウエーハ１０の内部に、ＸＹ平面に沿う界面１６が生成されて、該界面１６を境にして上面側に剥離する層が本実施形態の角質層１８となる。本実施形態におけるレーザー加工実験は、例えば以下に示すレーザー加工条件の範囲で、各パラメータを変化させることにより実施される。
【0029】
＜レーザー加工条件＞
対象ウエーハ ：シリコン（Ｓｉ）ウエーハ
波長 ：２６６ｎｍ、３５５ｎｍ、５３２ｎｍ、１０６４ｎｍ
平均出力 ：１～５０Ｗ
繰り返し周波数 ：０．１～５０ＭＨｚ
パルス幅 ：０．３～１０００ｐｓ
＊パルスエネルギーＰｅ ：平均出力／繰り返し周波数 ［μＪ］
＊パルス間隔Ｐｗ ：１ｓ／繰り返し周波数 ［μｓ］
対象ウエーハ ：シリコン（Ｓｉ）ウエーハ
波長 ：２６６ｎｍ、３５５ｎｍ、５３２ｎｍ、１０６４ｎｍ
平均出力 ：１～５０Ｗ
繰り返し周波数 ：０．１～５０ＭＨｚ
パルス幅 ：０．３～１０００ｐｓ
＊パルスエネルギーＰｅ ：平均出力／繰り返し周波数 ［μＪ］
＊パルス間隔Ｐｗ ：１ｓ／繰り返し周波数 ［μｓ］
【0030】
上記したレーザー加工条件のうち、波長２６６ｎｍ、３５５ｎｍ、５３２ｎｍは、シリコン（Ｓｉ）に対して吸収性を有する波長であり、波長１０６４ｎｍは、シリコン（Ｓｉ）に対して透過性を有する波長である。また、上記しているように、パルス間隔Ｐｗは、繰り返し周波数を決定することで一義的に決定する値であり、該繰り返し周波数及び平均出力を決定することで、パルスレーザー光線ＬＢの１パルス当たりのエネルギーであるパルスエネルギーＰｅが決定する。以下に上記したレーザー加工実験の手順について説明する。
【0031】
＜レーザー加工実験の手順＞
ア）レーザー照射手段３の発振器３２から照射する波長（本実施形態では５３２ｎｍ）を決定する。
イ）平均出力を１～５０Ｗの範囲で適宜変化させる。
ウ）繰り返し周波数を０．１～５０ＭＨｚの範囲で適宜変化させる。
エ）パルス幅を０．３～１０００ｐｓの範囲で適宜変化させる。
オ）パルスレーザー光線ＬＢを照射してレーザー加工を実施する。
ア）レーザー照射手段３の発振器３２から照射する波長（本実施形態では５３２ｎｍ）を決定する。
イ）平均出力を１～５０Ｗの範囲で適宜変化させる。
ウ）繰り返し周波数を０．１～５０ＭＨｚの範囲で適宜変化させる。
エ）パルス幅を０．３～１０００ｐｓの範囲で適宜変化させる。
オ）パルスレーザー光線ＬＢを照射してレーザー加工を実施する。
【0032】
上記した手順により、各値（平均出力、繰り返し周波数、パルス幅）を変更しながら、レーザー加工を施して、上記の角質層１８が良好に形成されたか否かを適宜の電子顕微鏡により確認すると共に、ウエーハ１０の裏面１０ｂ側から容易に角質層１８を剥離させることができるか否かを確認した。
【0033】
上記したレーザー加工実験の手順に従いレーザー加工条件を変更してレーザー加工を実施し、その都度、上記の角質層１８が良好に形成された否かを確認した結果、以下に示す閾値１～１０が相関関係閾値として確認された。
【0034】
１）閾値１
パルス間隔Ｐｗ ：０．０２μｓ（繰り返し周波数 ：５０ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：０．２５μＪ（平均出力 ：１２．５Ｗ）
２）閾値２
パルス間隔Ｐｗ ：０．０４μｓ（繰り返し周波数 ：２５ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：０．５μＪ（平均出力 ：１２．５Ｗ）
３）閾値３
パルス間隔Ｐｗ ：０．１μｓ（繰り返し周波数 ：１０ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：１μＪ（平均出力 ：１０Ｗ）
４）閾値４
パルス間隔Ｐｗ ：０．２μｓ（繰り返し周波数 ：５ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：１．８μＪ（平均出力 ：９Ｗ）
５）閾値５
パルス間隔Ｐｗ ：０．２５μｓ（繰り返し周波数 ：４ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：２．２μＪ（平均出力 ：８．８Ｗ）
６）閾値６
パルス間隔Ｐｗ ：０．４μｓ（繰り返し周波数 ：２．５ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：３μＪ（平均出力 ：７．５Ｗ）
７）閾値７
パルス間隔Ｐｗ ：０．５μｓ（繰り返し周波数 ：２ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：３．３μＪ（平均出力 ：６．６Ｗ）
８）閾値８
パルス間隔Ｐｗ ：０．６μｓ（繰り返し周波数 ：１．６６ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：３．５μＪ（平均出力 ：５．８Ｗ）
９）閾値９
パルス間隔Ｐｗ ：０．７μｓ（繰り返し周波数 ：１．４２ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：３．６μＪ（平均出力 ：５．１Ｗ）
１０）閾値１０
パルス間隔Ｐｗ ：０．８μｓ（繰り返し周波数 ：１．２５ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：３．８μＪ（平均出力 ：４．７５Ｗ）
パルス間隔Ｐｗ ：０．０２μｓ（繰り返し周波数 ：５０ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：０．２５μＪ（平均出力 ：１２．５Ｗ）
２）閾値２
パルス間隔Ｐｗ ：０．０４μｓ（繰り返し周波数 ：２５ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：０．５μＪ（平均出力 ：１２．５Ｗ）
３）閾値３
パルス間隔Ｐｗ ：０．１μｓ（繰り返し周波数 ：１０ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：１μＪ（平均出力 ：１０Ｗ）
４）閾値４
パルス間隔Ｐｗ ：０．２μｓ（繰り返し周波数 ：５ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：１．８μＪ（平均出力 ：９Ｗ）
５）閾値５
パルス間隔Ｐｗ ：０．２５μｓ（繰り返し周波数 ：４ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：２．２μＪ（平均出力 ：８．８Ｗ）
６）閾値６
パルス間隔Ｐｗ ：０．４μｓ（繰り返し周波数 ：２．５ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：３μＪ（平均出力 ：７．５Ｗ）
７）閾値７
パルス間隔Ｐｗ ：０．５μｓ（繰り返し周波数 ：２ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：３．３μＪ（平均出力 ：６．６Ｗ）
８）閾値８
パルス間隔Ｐｗ ：０．６μｓ（繰り返し周波数 ：１．６６ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：３．５μＪ（平均出力 ：５．８Ｗ）
９）閾値９
パルス間隔Ｐｗ ：０．７μｓ（繰り返し周波数 ：１．４２ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：３．６μＪ（平均出力 ：５．１Ｗ）
１０）閾値１０
パルス間隔Ｐｗ ：０．８μｓ（繰り返し周波数 ：１．２５ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：３．８μＪ（平均出力 ：４．７５Ｗ）
【0035】
なお、本発明者らは、上記したレーザー加工実験において、閾値１０を超える下記のレーザー加工条件でもレーザー加工を実施したが、角質層１８が良好に生成されなかったことから、下記のレーザー加工条件が、角質層１８が良好に生成されない限界値であることが確認された。
パルス間隔Ｐｗ ：０．９μｓ（繰り返し周波数 ：１．１１ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：３．８μＪ（平均出力 ：４．２２Ｗ）
パルス間隔Ｐｗ ：０．９μｓ（繰り返し周波数 ：１．１１ＭＨｚ）
パルスエネルギーＰｅ：３．８μＪ（平均出力 ：４．２２Ｗ）
【0036】
上記の閾値１～１０を、図５に示すような、横軸をパルス間隔Ｐｗ［μｓ］、縦軸をパルスエネルギーＰｅ［μＪ］とする相関関係図に実測値としてプロットして直線で連結して示す（参考として上記限界値を×で示している）。閾値１～１０は、上記のレーザー加工実験により、上記の角質層１８が良好に形成される領域（Ａ）と、該角質層１８が良好に形成されない領域（Ｂ）を分ける相関関係閾値として見出された実測値である。すなわち、上記したレーザー加工実験により、パルスエネルギーＰｅが該相関関係閾値以上で、且つパルス間隔Ｐｗが該相関関係閾値以下の領域（Ａ）でレーザー加工条件を設定すると良好な角質層１８が形成され、パルスエネルギーＰｅが該相関関係閾値未満で、且つパルス間隔Ｐｗが該相関関係閾値より大きい領域（Ｂ）でレーザー加工条件を設定すると、良好な角質層１８形成されないことが確認され、制御手段１００に該相関関係閾値を記憶する。
【0037】
なお、上記したレーザー加工実験において、照射するパルスレーザー光線ＬＢの波長としてシリコンウエーハに対して吸収性を有する他の波長２６６ｎｍ、３５５ｎｍを選択して実験した場合でも、同様の相関関係閾値を得ることができたのに対し、照射するパルスレーザー光線ＬＢの波長としてシリコンウエーハに対して透過性を有する波長１０６４ｎｍを選択して上記のレーザー加工実験を実施した場合は、いずれの領域でも、良好な角質層は形成されなかった。
【0038】
以上のようにして、１パルス当たりのエネルギーであるパルスエネルギーＰｅとパルス間隔Ｐｗとの相関関係から被加工物の上面に角質層を形成することが可能である相関関係閾値が生成されて、該相関関係閾値を制御手段１００に記憶することで、相関関係閾値生成工程が完了する。
【0039】
なお、本発明は、上記したように、実測値に基づき相関関係閾値を生成する相関関係閾値生成工程を実施することに替えて、相関関係閾値を近似式によって生成するものであってもよい。本発明者らは、上記した相関関係閾値を生成する際のレーザー加工実験により良好な結果を示したレーザー加工実験の範囲において、以下に示す近似式（１）で、上記の実測値に基づく相関関係閾値を近似できることを見出した。
【0040】
近似式（１）は、横軸をパルス間隔Ｐｗ［μｓ］とし、縦軸をパルスエネルギーＰｅ［μＪ］とした場合、以下のように特定される。
Ｐｅ＝ａ｛ｂ－（Ｐｗ／［μｓ］－ｃ）２｝ ・・・（１）
＊パルス間隔Ｐｗを単位［μｓ］で除算することにより無次元化している。
＊係数ａ、ｂ、ｃは、被加工物の種類（例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ、サファイアー等）によって設定される。
Ｐｅ＝ａ｛ｂ－（Ｐｗ／［μｓ］－ｃ）２｝ ・・・（１）
＊パルス間隔Ｐｗを単位［μｓ］で除算することにより無次元化している。
＊係数ａ、ｂ、ｃは、被加工物の種類（例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ、サファイアー等）によって設定される。
【0041】
上記したレーザー加工実験は、シリコン（Ｓｉ）のウエーハ１０に対して実験を行ったものであり、シリコン（Ｓｉ）のウエーハ１０について、上記の近似式（１）を適用した場合は、少なくとも、パルス間隔Ｐｗが０．０２μｓ以上、０．８μｓ以下の範囲で、該係数ａ、ｂ、ｃを、ａ＝４、ｂ＝１、ｃ＝０．９に設定することで、良好な角質層１８が生成される相関関係閾値として利用できることを見出した。すなわち、該近似式（１）は、以下の近似式（２）で表され、下記の近似式（２）を使用することで、良好な角質層１８を生成できるレーザー加工条件を容易に設定することが可能になる。
Ｐｅ＝４｛１－（Ｐｗ／［μｓ］－０．９）２｝ ・・・（２）
Ｐｅ＝４｛１－（Ｐｗ／［μｓ］－０．９）２｝ ・・・（２）
【0042】
上記したように、実測値に基づき、又は近似式に基づき相関関係閾値を生成する相関関係閾値生成工程を実施したならば、被加工物であるウエーハ１０を用意し（図２を参照）、制御手段１００によって、レーザー照射手段３から照射されるパルスレーザー光線ＬＢのパルスエネルギーＰｅが相関関係閾値以上であり、且つパルス間隔Ｐｗが相関関係閾値以下になるようにレーザー加工条件を設定するレーザー加工条件設定工程を実施する。すなわち、図５に示す相関関係図において、パルスレーザー光線ＬＢのパルスエネルギーＰｅとパルス間隔Ｐｗとが領域（Ａ）内で設定されるように、レーザー加工条件を設定する。なお、繰り返し周波数を高くしてパルス間隔Ｐｗを小さくすることで、より小さいパルスエネルギーＰｅで角質層１８を形成することが可能になり、また、パルスエネルギーＰｅを大きくすることにより、角質層１８の厚みをより大きく調整することができることから、エネルギー効率や、形成しようとする角質層１８の厚み等を考慮して、パルスレーザー光線ＬＢのパルスエネルギーＰｅとパルス間隔Ｐｗとを設定するとよい。また、パルスレーザー光線ＬＢのパルスエネルギーＰｅの値が大きすぎると、漏れ光がデバイス１２に達して損傷を起こすおそれがあることから、デバイス１２の損傷が起きない範囲で設定される。
【0043】
上記したレーザー加工実験においては、パルスレーザー光線ＬＢのパルス幅を、０．３～１００ｐｓに設定することで、角質層１８の厚みと界面１６の厚みとが安定的に形成されることが確認されたことから、上記のレーザー加工条件設定工程では、パルス幅を上記の範囲で設定することが好ましい。また、上記のレーザー加工実験においては、ウエーハ１０に照射されるパルスレーザー光線ＬＢの照射ピッチが１０～２００ｎｍである場合に良好な角質層１８が形成されることも確認されており、パルスレーザー光線ＬＢの繰り返し周波数に応じてＸ軸方向の加工送り速度を適宜調整して、上記の照射ピッチ範囲になるように調整することが好ましい。
【0044】
上記したように、レーザー加工条件設定工程を実施したならば、ウエーハ１０の表面１０ａに保護テープＴを貼着して、上記したレーザー加工装置１のチャックテーブル２３に吸引保持し、上記のレーザー加工条件設定工程により設定した条件に基づいて、ウエーハ１０の裏面１０ｂの全域に対して、パルスレーザー光線ＬＢを照射して角質層形成工程を実施する。これにより、ウエーハ１０の裏面１０ｂ上に、上記した角質層１８が形成される。該角質層１８の厚みは、例えば２００μｍである。この角質層形成工程は、上記の図３、図４に基づき説明した加工と同様の加工手順により実施されるものであり、詳細な説明は省略する。
【0045】
上記したように、相関関係閾値生成工程によって得られた相関関係閾値に基づきレーザー加工条件設定工程を実施し、該レーザー加工条件設定工程によって設定されたレーザー加工条件によって角質層形成工程を実施することで、ウエーハ１０の裏面１０ｂに、良好な角質層１８が形成される。
【0046】
なお、上記した図３、図４では、角質層１８を形成する際に、チャックテーブル２３をＸ軸方向に加工送りして、直線状にパルスレーザー光線ＬＢを照射するようにしたが、本発明はこれに限定されず、例えば、図６に示すように、上記のレーザー加工条件設定工程において設定されたレーザー加工条件に基づき、ウエーハ１０の裏面１０ｂの外周端にパルスレーザー光線ＬＢを照射し、チャックテーブル２３を矢印Ｒ１で示す方向に回転させると共に、チャックテーブル２３を矢印Ｘ軸方向に移動して、パルスレーザー光線ＬＢの照射位置をウエーハ１０の中心Ｏまで移動させることで、ウエーハ１０の裏面１０ｂ側に対し、螺旋状にパルスレーザー光線ＬＢを照射するようにしてもよい。このようにパルスレーザー光線ＬＢを照射した場合であっても、上記した実施形態と同様に、ウエーハ１０の裏面１０ｂに、良好な角質層１８を形成することができる。
【0047】
上記した相関関係閾値生成工程と、レーザー加工条件設定工程と、角質層形成工程と、を含むレーザー加工方法を実施することにより、ウエーハ１０の裏面１０ｂに形成された角質層１８によって、研削加工が困難なウエーハを、比較的容易に表面の研削加工が可能となり、生産性が向上する。
【0048】
上記したレーザー加工方法によってウエーハ１０の裏面１０ｂに角質層１８を形成したならば、図７に示す研削装置８０（一部のみを示している）に搬送して、研削加工を実施する。図７（ａ）に示すように、研削装置８０は、吸着チャック８１ｂと、該吸着チャック８１ｂを囲繞する枠体８１ａを含むチャックテーブル８１を備えている。チャックテーブル８１の枠体８１ａには、図示を省略する吸引手段が接続されており、該吸引手段を作動することにより吸着チャック８１ｂの表面に負圧を生成する。
【0049】
また、研削装置８０は、図７（ｂ）に示すようにチャックテーブル８１に吸引保持された被加工物を研削して薄化するための研削手段８２を備えている。研削手段８２は、図示しない回転駆動機構により回転させられる回転スピンドル８３と、回転スピンドル８３の下端に装着されたホイールマウント８４と、ホイールマウント８４の下面に取り付けられ、下面側に複数の研削砥石８６が環状に配設された研削ホイール８５とを備えている。
【0050】
上記した角質層１８が裏面１０ｂに形成されたウエーハ１０を、該裏面１０ｂを上方に向けてチャックテーブル８１に載置して吸引保持したならば、図示を省略する駆動モータを作動して研削手段８２の回転スピンドル８３を、図７（ｂ）おいて矢印Ｒ２で示す方向に、例えば６０００ｒｐｍで回転させると共に、チャックテーブル８１を矢印Ｒ３で示す方向に、例えば３００ｒｐｍで回転させる。次いで、図示しない研削水供給手段により、研削水をウエーハ１０の裏面１０ｂ上に供給しつつ、研削砥石８６をウエーハ１０の裏面１０ｂに接触させ、研削ホイール８５を、例えば１μｍ／秒の研削送り速度で下方に向けて研削送りする。この際、図示しない接触式の測定ゲージによりウエーハ１０の厚みを測定しながら研削を進めることができ、ウエーハ１０の裏面１０ｂを所定量研削してウエーハ１０を所望の厚さとしたならば、研削手段８２を停止し、洗浄、乾燥工程等を経て、図７（ｃ）に示すようにウエーハ１０を薄化して裏面１０ｂを平坦面にする研削加工が完了する。
【0051】
本実施形態における研削加工では、上記したように、ウエーハ１０の裏面１０ｂに角質層１８が形成されており、界面１６を境界にして剥がれやすい状態となっている。したがって、研削加工を実施する際に、ウエーハ１０の裏面１０ｂから、上記の角質層１８が研削手段８２によって破壊されながら大きい個体として離脱するため、研削加工に係る時間を短縮することが可能となって生産性が向上する。さらに、角質層１８が研削手段８２によって破壊されながら大きい個体として離脱することから、研削に使用された研削水を容易に浄化して再利用することが可能になることから、環境負荷が低い研削加工を実現することが可能になる。
【0052】
本発明は、上記した実施形態に限定されない。例えば、図１に示すレーザー加工装置１に配設されたレーザー照射手段３に替えて、図８に示す別の形態のレーザー照射手段７を備えてもよい。図示のレーザー光線照射手段７は、パルスレーザー光線ＬＢを発振する発振器７２と、発振器７２が発振したパルスレーザー光線ＬＢをＸ軸方向に揺動するＸ軸ガルバノスキャナー７４と、パルスレーザー光線ＬＢをＹ軸方向に揺動するＹ軸ガルバノスキャナー７５と、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に揺動したパルスレーザー光線ＬＢをチャックテーブル２３に保持されたウエーハ１０の所望の位置に照射するｆθレンズ７６を含む集光器７１と、を備えている。
【0053】
Ｘ軸ガルバノスキャナー７４およびＹ軸ガルバノスキャナー７５は、図示を省略するミラー及び該ミラーの反射角度を調整する角度調整アクチュエータを有する公知の構成で構成される。ｆθレンズ７６は、Ｘ軸ガルバノスキャナー７４およびＹ軸ガルバノスキャナー７５の作用によりＸ軸方向およびＹ軸方向に揺動したパルスレーザー光線ＬＢを、ウエーハ１０の裏面１０ｂに対して垂直に照射するようになっている。発振器７２、Ｘ軸ガルバノスキャナー７４、Ｙ軸ガルバノスキャナー７５は、制御手段１００’によって制御される。なお、本実施形態におけるＸ軸ガルバノスキャナー７４及びＹ軸ガルバノスキャナー７５が、本発明におけるチャックテーブルとレーザー照射手段とを相対的に加工送りする送り手段として機能する。
【0054】
レーザー照射手段７の発振器７２が発振したパルスレーザー光線ＬＢは、Ｘ軸ガルバノスキャナー７４およびＹ軸ガルバノスキャナー７５によってＸ軸方向およびＹ軸方向に揺動されてｆθレンズ７６に導かれた後、ｆθレンズ７６を介してチャックテーブル２３に保持されたウエーハ１０の裏面１０ｂの所望の位置に照射される。
【0055】
上記のレーザー照射手段７を備えたレーザー加工装置１においても、本実施形態の相関関係閾値生成工程によって生成された相関関係閾値に基づきレーザー加工条件設定工程が実施され、該レーザー加工条件に基づき上記のレーザー照射手段７を使用してウエーハ１０の裏面１０ｂに角質層形成工程を実施する。これにより、ウエーハ１０の裏面１０ｂに図４に基づき説明したのと同等の角質層１８が形成される。そして、レーザー照射手段７によってウエーハ１０の裏面１０ｂに角質層１８を形成したウエーハ１０の裏面１０ｂを、図７に基づき説明した研削装置８０によって研削することで、先に説明した実施形態と同様に、良好な研削加工を実施することができる。
【0056】
上記した実施形態では、シリコン（Ｓｉ）のウエーハ１０を被加工物として、上記の相関関係閾値生成工程と、レーザー加工条件設定工程と、角質層形成工程とを実施したが、本発明はこれに限定されず、他の材質の板状の被加工物、例えばＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、サファイアー基板等の基板に対しても同様に実施することができ、該被加工物に形成された角質層によって、研削加工が困難な被加工物を、比較的容易に表面の研削加工が可能となり、生産性を向上させることができる。
【符号の説明】
【0057】
１：レーザー加工装置
１ａ：基台
１ｂ：垂直壁部
１ｃ：水平壁部
１ｄ：案内レール
２：保持手段
２１：Ｘ軸方向可動板
２２：Ｙ軸方向可動板
２３：チャックテーブル
２４：案内レール
２５：保持面
３：レーザー照射手段
３１：集光器
３２：発振器
３３：反射ミラー
３４：集光レンズ
４：送り手段
４１：Ｘ軸移動手段
４２：モータ
４３：ボールねじ
４４：Ｙ軸移動手段
４５：モータ
４６：ボールねじ
５：撮像手段
６：表示手段
７：レーザー照射手段
７１：集光器
７２：発振器
７４：Ｘ軸ガルバノスキャナー
７５：Ｙ軸ガルバノスキャナー
７６：ｆθレンズ
１０：ウエーハ
１０ａ：表面
１０ｂ：裏面
１２：デバイス
１４：分割予定ライン
１６：界面
１８：角質層
８０：研削装置
８１：チャックテーブル
８２：研削手段
８３：回転スピンドル
８４：ホイールマウント
８５：研削ホイール
８６：研削砥石
１００、１００’：制御手段
Ｐｅ：パルスエネルギー
Ｐｗ：パルス幅
１ａ：基台
１ｂ：垂直壁部
１ｃ：水平壁部
１ｄ：案内レール
２：保持手段
２１：Ｘ軸方向可動板
２２：Ｙ軸方向可動板
２３：チャックテーブル
２４：案内レール
２５：保持面
３：レーザー照射手段
３１：集光器
３２：発振器
３３：反射ミラー
３４：集光レンズ
４：送り手段
４１：Ｘ軸移動手段
４２：モータ
４３：ボールねじ
４４：Ｙ軸移動手段
４５：モータ
４６：ボールねじ
５：撮像手段
６：表示手段
７：レーザー照射手段
７１：集光器
７２：発振器
７４：Ｘ軸ガルバノスキャナー
７５：Ｙ軸ガルバノスキャナー
７６：ｆθレンズ
１０：ウエーハ
１０ａ：表面
１０ｂ：裏面
１２：デバイス
１４：分割予定ライン
１６：界面
１８：角質層
８０：研削装置
８１：チャックテーブル
８２：研削手段
８３：回転スピンドル
８４：ホイールマウント
８５：研削ホイール
８６：研削砥石
１００、１００’：制御手段
Ｐｅ：パルスエネルギー
Ｐｗ：パルス幅
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】