DE102005047123B4

DE102005047123B4 - Siliziumwafer-Laserbearbeitungsverfahren und Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine

Info

Publication number: DE102005047123B4
Application number: DE102005047123.4A
Authority: DE
Inventors: Yusuke Nagai; Yukio Morishige; Yosuke Watanabe
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2004-10-07
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2014-07-31
Anticipated expiration: 2025-10-01
Also published as: US7553777B2; CN100452299C; CN1779914A; JP2006108459A; DE102005047123A1; US20060079069A1

Abstract

Siliziumwafer-Laserbearbeitungsverfahren zum Ausbilden einer verschlechterten Schicht (110) entlang von Unterteilungslinien (101), die auf einem Siliziumwafer (10), in dem Inneren des Siliziumwafers (10) durch Aufbringen oder Anwenden eines Laserstrahls entlang der Unterteilungslinien (101) ausgebildet werden, wobei die Wellenlänge des Laserstrahls auf 1.100 bis 2.000 nm festgelegt wird und ein Brennpunktdurchmesser des Laserstrahls in einem Bereich von 1,0 bis 3,0 μm liegt und wobei die Wellenlänge des Laserstrahls auf 1.100 bis 2.000 nm derart festgelegt wird, dass eine Last (W), die für die Unterteilung des Siliziumwafers (10) entlang der Unterteilungslinien (101) erforderlich ist, weniger als eine Last ist, welche für eine Unterteilung des Siliziumwafers (10) entlang der Unterteilungslinien (101) erforderlich wäre, wenn ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1.064 nm verwendet werden würde.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Laserbearbeitungsverfahren zum Ausbilden einer verschlechterten Schicht entlang von Unterteilungslinien in dem Inneren eines Siliziumwafers durch Aufbringen bzw. Anwenden eines Laserstrahls entlang der Unterteilungslinien, die auf dem Siliziumwafer ausgebildet sind, und auf eine Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine.
Die EP 1 338 371 A1 offenbart ein Siliziumwafer-Laserbearbeitungsverfahren, bei dem entlang von Unterteilungslinien im Inneren eines Siliziumwafers durch einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1.064 nm eine verschlechterte Schicht ausgebildet wird.
Die US 2003/0209528 A1 offenbart ein Verfahren zum Zerteilen von Substraten, bei welchem das Substrat durch Erhitzen mittels eines Laserstrahls mit einer Wellenlänge von 1.300 nm und anschließendes plötzliches Abkühlen zerteilt wird.
In dem Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung wird eine Mehrzahl von Bereichen durch Unterteilungslinien unterteilt, die ”Straßen” genannt sind, die in einem Gittermuster auf der vorderen Oberfläche eines im wesentlichen scheibenartigen Halbleiterwafers angeordnet sind, und eine Schaltung, wie ein IC oder LSI ist in jedem der unterteilten Bereiche ausgebildet. Individuelle bzw. einzelne Halbleiterchips werden durch ein Schneiden dieses Halbleiterwafers entlang der Unterteilungslinien gebildet, um ihn in die Bereiche zu unterteilen, welche eine Schaltung bzw. einen Schaltkreis darauf ausgebildet aufweisen.
Ein Schneiden entlang der Unterteilungslinien des obigen Halbleiterwafers wird allgemein durch ein Verwenden einer Schneidmaschine ausgeführt, die ”Dicer” bzw. ”Zerteilmaschine” genannt ist. Da diese Schneidmaschine den Halbleiterwafer mit einer Schneidklinge schneidet, die eine Dicke von etwa 20 μm aufweist, müssen die Unterteilungslinien, die auf dem Halbleiterwafer ausgebildet sind, eine Breite von etwa 50 μm aufweisen. Daher wird das Flächenverhältnis der unterteilenden bzw. Unterteilungslinien zu dem Halbleiterchip hoch, wodurch die Produktivität reduziert wird.
Als Mittel zum Unterteilen eines plattenartigen Werkstücks, wie eines Halbleiterwafers, wurde ein Laserbearbeitungsverfahren zum Aufbringen bzw. Anwenden eines Pulslaserstrahls, der eine Permeabilität für das Werkstück aufweist, wobei sein Brennpunkt auf das Innere des Bereichs festgelegt ist, der zu unterteilen ist, gegenwärtig auch versucht und ist durch das japanische Patent JP 3 408 805 B2 offenbart. In dem Unterteilungsverfahren, das von dieser Laserbearbeitungstechnik Gebrauch macht, wird das Werkstück durch Aufbringen eines Pulslaserstrahls, der eine Wellenlänge von 1.064 nm besitzt, welcher eine Permeabilität für das Werkstück besitzt, wobei sein Brennpunkt auf das Innere festgelegt ist, von einer Oberflächenseite des Werkstücks um kontinuierlich eine verschlechterte Schicht im Inneren des Werkstücks entlang der Unterteilungslinien auszubilden, und Ausüben einer externen Kraft entlang der Unterteilungslinien unterteilt, deren Festigkeit durch die Ausbildung der verschlechterten Schichten verringert wurde.
Jedoch entspricht die Wellenlänge (1.064 nm) des Pulslaserstrahls einem Zwischenbereich von einem Wellenlängenbereich, der eine Absorptivität für einen Siliziumwafer besitzt, bis zu einem Wellenlängenbereich, der eine Permeabilität für den Siliziumwafer aufweist. Daher wird, wenn ein Pulslaserstrahl, der eine Wellenlänge von 1.064 nm aufweist, entlang der Unterteilungslinien eines Siliziumwafers aufgebracht wird, um eine verschlechterte Schicht im Inneren des Siliziumwafers auszubilden, eine Multiphoton-Absorption nicht vollständig im Inneren des Siliziumwafers ausgeführt und daher wird eine zufriedenstellende verschlechterte Schicht nicht immer ausgebildet, was es schwierig macht, den Siliziumwafer entlang der Unterteilungslinien glatt zu teilen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel bzw. Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Siliziumwafer-Laserbearbeitungsverfahren das fähig ist, eine zufriedenstellende, verschlechterte Schicht entlang von Unterteilungslinien im Inneren eines Siliziumwafers auszubilden, und eine Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine zur Verfügung zu stellen.
Um das obige Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Siliziumwafer-Laserbearbeitungsverfahren zum Ausbilden einer verschlechterten Schicht entlang von Unterteilungslinien, die auf einem Siliziumwafer, in dem Inneren des Siliziumwafers ausgebildet werden, durch Aufbringen bzw. Anwenden eines Laserstrahls entlang der Unterteilungslinien zur Verfügung gestellt, wobei
die Wellenlänge des Laserstrahls auf 1.100 bis 2.000 nm festgelegt wird und ein Brennpunktdurchmesser des Laserstrahls in einem Bereich von 1,0 bis 3,0 μm liegt und wobei
die Wellenlänge des Laserstrahls auf 1.100 bis 2.000 nm derart festgelegt wird, dass eine Last, die für die Unterteilung des Siliziumwafers entlang der Unterteilungslinien erforderlich ist, weniger als eine Last ist, welche für die Unterteilung des Siliziumwafers entlang der Unterteilungslinien erforderlich wäre, wenn ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1.064 nm verwendet werden würde.
Vorzugsweise ist bzw. wird die Wellenlänge des Laserstrahls auf 1.300 bis 1.600 nm festgelegt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiters eine Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine zur Verfügung gestellt, umfassend einen Ansaug- bzw. Einspanntisch zum Halten eines Wafers, Laserstrahlaufbringmittel zum Aufbringen eines Laserstrahls auf den Wafer, der auf dem Einspanntisch gehalten ist, und Bearbeitungs-Zufuhrmittel zum Bewegen des Einspanntischs und der Laserstrahlaufbringmittel relativ zueinander, wobei
die Laserstrahlaufbringmittel Laserstrahl-Oszillationsmittel zum Oszillieren eines Laserstrahls umfassen, der eine Wellenlänge von 1.100 bis 2.000 nm aufweist und dessen Brennpunktdurchmesser in einem Bereich von 1,0 bis 3,0 μm liegt, und wobei
die Laserstrahlaufbringmittel konfiguriert sind, die Wellenlänge des Laserstrahls auf 1.100 bis 2.000 nm derart festzulegen, dass eine Last, die für die Unterteilung des Siliziumwafers entlang der Unterteilungslinien erforderlich ist, weniger als eine Last ist, welche für die Unterteilung des Siliziumwafers entlang der Unterteilungslinien erforderlich wäre, wenn ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1.064 nm verwendet werden würde.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist, da ein Laserstrahl eine Wellenlänge von 1.100 bis 2.000 nm aufweist, entlang der Unterteilungslinien des Siliziumwafers aufgebracht wird, seine Permeabilität für den Siliziumwafer hoch, wodurch es möglich gemacht wird, eine verschlechterte Schicht im Inneren des Siliziumwafers effizient auszubilden.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine, die entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
2 ist ein Blockdiagramm, das schematisch die Ausbildung von Laserstrahlaufbringmitteln zeigt, die in der Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine zur Verfügung gestellt sind, die in 1 gezeigt ist;
3 ist ein schematisches Diagramm, das den Brennpunktdurchmesser eines Pulslaserstrahls zeigt;
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Siliziumhalbleiterwafers, der durch das Laserstrahlbearbeitungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu bearbeiten ist;
5(a) und 5(b) sind erläuternde Diagramme, die den Ausbildungsschritt der verschlechterten Schicht in dem Laserbearbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung zeigen; und
6 ist ein erläuterndes Diagramm für ein 3-Punkt Biegetestverfahren.
Bevorzugte Ausbildungen des Siliziumwafer-Laserstrahlbearbeitungsverfahrens und der Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Detail unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine, die gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Die Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine, die in 2 gezeigt ist, umfaßt eine stationäre Basis 2, einen Ansaug- bzw. Einspanntischmechanismus 3, um ein Werkstück zu halten, welches auf der stationären Basis 2 in einer derartigen Weise festgelegt bzw. montiert ist, daß es sich in einer Bearbeitungszufuhrrichtung bewegen kann, die durch einen Pfeil X angedeutet ist, einen Laserstrahlaufbringeinheits-Supportmechanismus 4, welcher an der stationären Basis 2 in einer derartigen Weise festgelegt ist, daß er sich in einer schrittweisen Zufuhrrichtung bewegen kann, die durch einen Pfeil Y senkrecht zu der Richtung angedeutet ist, die durch den Pfeil X angedeutet ist, und eine Laserstrahlaufbringeinheit 5, welche an dem Laserstrahlaufbringeinheits-Supportmechanismus 4 in einer derartigen Weise festgelegt ist, daß sie sich in einer Richtung bewegen kann, die durch einen Pfeil Z angedeutet ist.
Der obige Einspanntischmechanismus 3 hat ein Paar von Führungsschienen 31 und 31, welche auf der stationären Basis 2 festgelegt und parallel zueinander in der Bearbeitungszufuhrrichtung angeordnet sind, die durch den Pfeil X angedeutet ist, einen ersten Gleitblock 32, der auf den Führungsschienen 31 und 31 in einer derartigen Weise festgelegt ist, daß er sich in der Bearbeitungszufuhrrichtung bewegen kann, die durch den Pfeil X angedeutet ist, einen zweiten Gleitblock 33, der auf dem ersten Gleitblock 32 in einer derartigen Weise festgelegt ist, daß er sich in der schrittweisen bzw. Indexier-Zufuhrrichtung bewegen kann, die durch den Pfeil Y angedeutet ist, einen Abstütz- bzw. Supporttisch 35, der auf dem zweiten Gleitblock 33 durch ein zylindrisches Glied 34 abgestützt ist, und einen Ansaug- bzw. Einspanntisch 36 als Werkstückhaltemittel. Dieser Einspanntisch 36 hat eine Adsorptionseinspanneinrichtung 361, die aus einem porösen Material gebildet ist, so daß ein scheibenartiger Halbleiterwafer als das Werkstück auf der Adsorptionseinspanneinrichtung 361 durch Saugmittel gehalten wird, welche nicht gezeigt sind. Der Einspanntisch 36 wird durch einen Schritt- bzw. Pulsmotor (nicht gezeigt) gedreht, der in dem zylindrischen Glied 34 installiert ist.
Der obige erste Gleitblock 32 hat an einer Unteroberfläche ein Paar von zu führenden Nuten bzw. Rillen 321 und 321, die in das obige Paar von Führungsschienen 31 und 31 einzupassen sind, und hat an der oberen Oberfläche ein Paar von Führungsschienen 322 und 322, die parallel zueinander in der schrittweisen Zufuhrrichtung ausgebildet sind, die durch den Pfeil Y angedeutet ist. Der erste Gleitblock 32, der wie oben beschrieben ausgebildet ist, ist ausgebildet, um in der Bearbeitungszufuhrrichtung, die durch den Pfeil X angedeutet ist, entlang des Paars von Führungsschienen 31 und 31 durch ein Einpassen der zu führenden Nuten bzw. Rillen 321 und 321 in das Paar von Führungsschienen 31 bzw. 31 bewegt zu werden. Der Einspanntischmechanismus 3 in der dargestellten bzw. illustrierten Ausbildung hat Bearbeitungszufuhrmittel 37, um den ersten Gleitblock 32 entlang des Paars von Führungsschienen 31 und 31 in der Bearbeitungszufuhrrichtung zu bewegen, die durch den Pfeil X angedeutet ist. Die Bearbeitungszufuhrmittel 37 umfassen eine aufzunehmende Schraubenstange 371, welche zwischen dem obigen Paar von Führungsschienen 31 und 31 parallel dazu angeordnet ist, und eine Antriebsquelle, wie einen Pulsmotor 372, um die aufzunehmende Schraubenstange 371 in rotierender Weise anzutreiben. Die aufzunehmende Schraubenstange 371 ist an ihrem einen Ende drehbar an einem Lagerblock 373 abgestützt, der an der obigen stationären Basis 2 fixiert bzw. festgelegt ist, und ist an dem anderen Ende durch eine Übertragung bzw. ein Getriebe mit der Abtriebswelle des obigen Pulsmotors 372 gekoppelt. Die aufzunehmende Schraubenstange 371 wird in ein Gewindedurchgangsloch eingeschraubt, welches in einem aufnehmenden Schraubenblock (nicht gezeigt) ausgebildet ist, welcher von der Unteroberfläche des zentralen Abschnitts des ersten Gleitblocks 32 vorragt. Daher wird, indem die aufzunehmende Schraubenstange 371 in einer normalen Richtung oder Umkehrrichtung mit dem Pulsmotor 372 angetrieben ist bzw. wird, der erste Gleitblock 32 entlang der Führungsschienen 31 und 31 in der Bearbeitungszufuhrrichtung bewegt, die durch den Pfeil X angedeutet ist.
Der obige zweite Gleitblock 33 hat an der Unteroberfläche ein Paar von zu führenden Rillen bzw. Nuten 331 und 331, die in das Paar von Führungsschienen 322 und 322 einzupassen sind, die an der oberen Oberfläche des obigen ersten Gleitblocks 32 ausgebildet sind, und ist ausgebildet, um in der schrittweisen Zufuhrrichtung bewegt zu werden, die durch den Pfeil Y angedeutet ist, indem die zu führenden Nuten bzw. Rillen 331 und 331 mit dem Paar von Führungsschienen 322 bzw. 322 zusammengepaßt werden. Der Einspanntischmechanismus 3 in der illustrierten Ausbildung hat erste schrittweise Zufuhrmittel 38, um den zweiten Gleitblock 33 in der schrittweisen Zufuhrrichtung, die durch den Pfeil Y angedeutet ist, entlang des Paars von Führungsschienen 322 und 322 zu bewegen, die in dem ersten Gleitblock 32 ausgebildet sind. Die ersten Indexier- bzw. Schrittmittel 38 umfassen eine aufzunehmende Schraubenstange 381, welche zwischen dem obigen Paar von Führungsschienen 322 und 322 parallel dazu angeordnet ist, und eine Antriebsquelle, wie einen Pulsmotor 382, um die aufzunehmende Schraubenstange 381 zur Rotation anzutreiben. Die aufzunehmende Schraubenstange 381 ist an ihrem einen Ende drehbar an einem Lagerblock 383 abgestützt, welcher an der oberen Oberfläche des obigen ersten Gleitblocks 32 festgelegt ist, und ist an dem anderen Ende getriebe- bzw. antriebsgekuppelt mit der Abtriebswelle des obigen Pulsmotors 382. Die aufzunehmende Schraubenstange 381 ist in ein Gewindedurchgangsloch eingeschraubt, das in einem aufnehmenden Schraubenblock (nicht gezeigt) ausgebildet ist, welches von der Unteroberfläche des zentralen Abschnitts des zweiten Gleitblocks 33 vorragt. Daher wird, indem die aufzunehmende Schraubenstange 381 in einer normalen Richtung oder Umkehrrichtung mit dem Pulsmotor 382 angetrieben wird, der zweite Gleitblock 33 entlang der Führungsschienen 322 und 322 in der schrittweisen Indexier- bzw. Zufuhrrichtung bewegt, die durch den Pfeil Y angedeutet ist.
Der obige Laserstrahlaufbringeinheits-Supportmechanismus 4 hat ein Paar von Führungsschienen 41 und 41, welche an der stationären Basis 2 festgelegt sind und parallel zueinander in der schrittweisen Zufuhrrichtung angeordnet sind, welche durch den Pfeil Y angedeutet ist, und eine bewegbare Abstütz- bzw. Supportbasis 42, die an den Führungsschienen 41 und 41 in einer derartigen Weise montiert ist, daß sie sich in der Richtung bewegen kann, die durch den Pfeil Y angedeutet ist. Diese bewegbare Supportbasis 42 umfaßt einen bewegbaren Supportabschnitt 421, der bewegbar auf den Führungsschienen 41 und 41 festgelegt ist, und einen Montageabschnitt 422, der auf dem bewegbaren Supportabschnitt 421 festgelegt ist. Der Montageabschnitt 422 ist mit einem Paar von Führungsschienen 423 und 423 versehen, die sich parallel in der Richtung, die durch den Pfeil Z angedeutet ist, an einer ihrer Flanken erstrecken. Der Laserstrahlaufbringeinheits-Supportmechanismus 4 in der illustrierten Ausbildung umfaßt zweite schrittweise Zufuhrmittel 43 zum Bewegen der bewegbaren Supportbasis 42 entlang des Paars von Führungsschienen 41 und 41 in der schrittweisen Zufuhrrichtung, die durch den Pfeil Y angedeutet ist. Diese zweiten Indexiermittel 43 umfassen eine aufzunehmende Schraubenstange 431, welche zwischen dem obigen Paar von Führungsschienen 41 und 41 parallel dazu angeordnet ist, und eine Antriebsquelle, wie einen Pulsmotor 432, zum drehbaren Antreiben der aufzunehmenden Schraubenstange 431. Die aufzunehmende Schraubenstange 431 ist an ihrem einen Ende drehbar an einem Lagerblock (nicht gezeigt) abgestützt, welcher an der obigen stationären Basis 2 festgelegt ist, und ist an dem anderen Ende mit der Abtriebswelle des obigen Pulsmotors 432 getriebegekoppelt. Die aufzunehmende Schraubenstange 431 ist in ein Gewindedurchgangsloch eingeschraubt, das in einem aufnehmenden Schraubenblock (nicht gezeigt) ausgebildet ist, der von der Unteroberfläche des zentralen Abschnitts des bewegbaren Supportabschnitts 421 vorragt, welcher die bewegbare Supportbasis 42 ausbildet. Daher wird, indem die aufzunehmende Schraubenstange 431 in einer normalen Richtung oder Umkehrrichtung mit dem Pulsmotor 432 angetrieben wird bzw. ist, die bewegbare Supportbasis 42 entlang der Führungsschienen 41 und 41 in der schrittweisen bzw. Indexier-Zufuhrrichtung bewegt, die durch den Pfeil Y angedeutet ist.
Die Laserstrahlaufbringeinheit 5 in der illustrierten Ausbildung hat einen Einheitshalter 51 und ein Laserstrahlaufbringmittel 52, die an dem Einheitshalter 51 gesichert sind. Der Einheitshalter 51 weist ein Paar von zu führenden Rillen bzw. Nuten 511 und 511 auf, um gleitbar mit dem Paar von Führungsschienen 423 und 423 zusammengepaßt zu werden, welche an dem obigen Montageabschnitt 422 festgelegt sind und ist in einer derartigen Weise abgestützt, daß er sich in der Richtung bewegen kann, die durch den Pfeil Z angedeutet ist, indem die zu führenden Nuten 511 und 511 mit den obigen Führungsschienen 423 bzw. 423 zusammengepaßt werden.
Die illustrierten Laserstrahlaufbringmittel 52 umfassen ein zylindrisches Gehäuse 521, welches an dem obigen Einheitshalter 51 festgelegt ist, und erstrecken sich im wesentlichen horizontal. In dem Gehäuse 521 sind Pulslaserstrahl-Oszillationsmittel 522 und ein optisches Übertragungs- bzw. Transmissionssystem 523 installiert, wie dies in 2 gezeigt ist. Die Pulslaserstrahl-Oszillationsmittel 522 bestehen aus einem Pulslaserstrahloszillator 522a, bestehend aus einem YAG Laseroszillator oder einem YVO4 Laseroszillator, und Wiederholungsfrequenz-Festlegungsmitteln 522b, welche mit dem Pulslaserstrahloszillator 522a gekoppelt sind. Der Pulslaserstrahloszillator 522a ist ausgebildet, um einen Pulslaserstrahl zu oszillieren, der eine Wellenlänge von 1.100 bis 2.000 nm aufweist. Das obige optische Übertragungssystem 523 umfaßt geeignete optische Elemente, wie einen Strahlteiler usw. Ein Kondensor bzw. eine Sammellinse 524, welcher eine Sammellinse (nicht gezeigt) aufnimmt, der bzw. die durch eine Kombination von Linsen gebildet ist, welche eine per se bekannte Ausbildung sein kann, ist an dem Ende des obigen Gehäuses 521 festgelegt.
Ein Laserstrahl, der von den obigen Pulslaserstrahl-Oszillationsmittel 522 oszilliert ist, erreicht den Kondensor 524 durch das optische Übertragungssystem 523 und wird von dem Kondensor 524 auf das Werkstück, das auf dem obigen Einspanntisch 36 gehalten ist, mit bzw. bei einem vorbestimmten Brennpunktdurchmesser D aufgebracht. Dieser Brennpunktdurchmesser D ist durch den Ausdruck D (μm) = 4 × λ ×f/(π × W) definiert (worin λ die Wellenlänge (μm) des Pulslaserstrahls ist, W der Durchmesser (mm) des Pulslaserstrahls ist, der auf eine Objektivlinse 524a aufgebracht ist, und f die Brennweite (mm) der Objektivlinse 524a ist, wenn der Pulslaserstrahl, der eine Gauss'sche Verteilung zeigt, durch die Objektivlinse 524a des Kondensors 524 aufgebracht bzw. angewandt ist, wie dies in 3 gezeigt ist.
Zurückkehrend zu 1 sind Bildaufnahmemittel 6 an dem Vorderende des Gehäuses 521 montiert bzw. festgelegt, welche die obigen Laserstrahlaufbringmittel 52 ausbilden bzw. darstellen. Diese Bildaufnahmemittel 6 bestehen aus Infrarot-Beleuchtungsmitteln zum Aufbringen von Infrarotstrahlung auf das Werkstück, einem optischen System zum Aufnehmen bzw. Einfangen von Infrarotstrahlung, die durch die Infrarot-Beleuchtungsmittel aufgebracht sind, und eine Bildaufnahmevorrichtung (Infrarot CCD) zum Ausgeben eines elektrischen Signals entsprechend der Infrarotstrahlung, die durch das optische System aufgenommen ist, zusätzlich zu einer üblichen Bildaufnahmevorrichtung (CCD) zum Aufnehmen eines Bilds mit sichtbarer Strahlung. Ein Bildsignal wird zu Steuer- bzw. Regelmitteln gesandt, welche nicht gezeigt sind.
Die Laserstrahlaufbringeinheit 5 in der illustrierten Ausbildung hat Bewegungsmittel 53, um den Einheitshalter 51 entlang des Paars von Führungsschienen 423 und 423 in der Richtung zu bewegen, die durch den Pfeil Z angedeutet ist. Die Bewegungsmittel 53 umfassen eine aufzunehmende Schraubenstange (nicht gezeigt), die zwischen dem Paar von Führungsschienen 423 und 423 angeordnet ist, und eine Antriebsquelle, wie einen Schritt- bzw. Pulsmotor 532 zum rotierenden Antreiben der aufzunehmenden Schraubenstange. Indem die aufzunehmende Schraubenstange (nicht gezeigt) in einer normalen Richtung oder Umkehrrichtung mit dem Pulsmotor 532 angetrieben ist, werden der Einheitshalter 51 und die Laserstrahlaufbringmittel 52 entlang der Führungsschienen 423 und 423 in der Richtung bewegt, die durch den Pfeil Z angedeutet ist. In der illustrierten Ausbildung werden die Laserstrahlaufbringmittel 52 durch ein Antreiben des Pulsmotors 532 in einer normalen Richtung nach oben bewegt und werden durch ein Antreiben des Pulsmotors 532 in der Umkehrrichtung nach unten bewegt.
Die Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine in der illustrierten Ausbildung ist wie oben beschrieben ausgebildet bzw. aufgebaut und ihre Funktion wird nachfolgend beschrieben.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Halbleiterwafers als einem Werkstück, das zu bearbeiten ist. Der Halbleiterwafer 10, der in 4 gezeigt ist, ist ein Siliziumwafer, und eine Mehrzahl von Bereichen ist bzw. wird durch eine Mehrzahl von Unterteilungslinien 101 unterteilt, die in einem Gittermuster auf einer vorderen Oberfläche 10a ausgebildet sind, und eine Schaltung 102, wie ein IC oder LSI ist in jedem der unterteilten Bereiche ausgebildet.
Es wird nachfolgend eine Beschreibung einer Laserbearbeitung zum Ausbilden einer verschlechterten Schicht im Inneren des Halbleiterwafers 10 entlang der unterteilenden bzw. Unterteilungslinien 101 durch ein Anwenden eines Laserstrahls entlang der Unterteilungslinien 101 des obigen Halbleiterwafers 10 unter Verwendung der obigen Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine 2 gegeben.
Der Halbleiterwafer 10 wird zuerst auf dem Ansaug- bzw. Einspanntisch 36 der obigen Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine, die in 1 gezeigt ist, in einer derartigen Weise angeordnet, daß die rückwärtige Oberfläche 10b nach oben schaut, und wird auf dem Einspanntisch 36 durch ein Saugen gehalten. Der Einspanntisch 36, der den Halbleiterwafer 10 durch Saugen hält, wird zu einer Position direkt unter den Bildaufnahmemitteln 6 durch die Bearbeitungszufuhrmittel 37 gebracht.
Nachdem der Einspanntisch 36 direkt unter den Bildaufnahmemitteln 6 positioniert ist, wird eine Ausrichtungsarbeit zum Detektieren des zu bearbeitenden Bereichs des Halbleiterwafers 10 unter Verwendung der Bildaufnahmemittel 6 und der Steuermittel ausgeführt, welche nicht gezeigt sind. D. h., die Bildaufnahmemittel 6 und die Steuer- bzw. Regelmittel (nicht gezeigt) führen eine Bildverarbeitung, wie ein Musterabstimmen usw. aus, um eine Unterteilungslinie 101, die in einer vorbestimmten Richtung des Halbleiterwafers 10 ausgebildet ist, mit dem Kondensor 524 der Laserstrahlaufbringmittel 52 zum Aufbringen des Laserstrahls entlang der Unterteilungslinie 101 auszurichten, wodurch die Ausrichtung einer Laserstrahlaufbringposition ausgeführt wird. Weiters ist bzw. wird die Ausrichtung der Laserstrahlaufbringposition in gleicher Weise an Unterteilungslinien 101 durchgeführt, die auf dem Halbleiterwafer 10 in einer Richtung senkrecht zu der vorbestimmten Richtung ausgebildet. Obwohl die vordere Oberfläche 10a, auf welcher die Unterteilungslinie 101 ausgebildet ist, des Halbleiterwafers 10 an diesem Punkt nach unten schaut, kann, da die Bildaufnahmemittel 6 die Infrarot-Beleuchtungsmittel und die Bildaufnahmemittel umfassen, die durch ein optisches System zum Aufnehmen von Infrarotstrahlung und eine Bildaufnahmevorrichtung (Infrarot CCD) zum Ausgeben eines elektrischen Signals entsprechend der Infrarotstrahlung gebildet sind, wie dies oben beschrieben ist, ein Bild der Unterteilungslinie 101 durch die rückwärtige Oberfläche 10b aufgenommen werden.
Nachdem die Unterteilungslinie 101, die auf dem Halbleiterwafer 10 ausgebildet ist, der auf dem Einspanntisch 36 gehalten ist, detektiert ist und die Ausrichtung der Laserstrahlaufbringposition, wie oben beschrieben, ausgeführt ist bzw. wird, wird der Einspanntisch 36 zu einem Laserstrahlaufbringbereich bewegt, wo der Kondensor 524 der Laserstrahlaufbringmittel 52 zum Aufbringen eines Laserstrahls angeordnet ist, wie dies in 5(a) gezeigt ist, um ein Ende (linkes Ende in 5(a)) der vorbestimmten Unterteilungslinie 101 zu einer Position direkt unter dem Kondensor 524 der Laserstrahlaufbringmittel 52 zu bringen. Der Einspanntisch 36, d. h. der Halbleiterwafer 10 wird dann in der Richtung, die durch den Pfeil X1 in 5(a) angedeutet ist, mit bzw. bei einer vorbestimmten Bearbeitungszufuhrgeschwindigkeit bzw. -rate bewegt, während ein Pulslaserstrahl, der eine Wellenlänge von beispielsweise 1.100 bis 2.000 nm aufweist, welche eine Permeabilität für den Siliziumwafer aufweist, von dem Kondensor 524 aufgebracht ist. Dann wird, wenn die Aufbringposition des Kondensors 524 der Laserstrahlaufbringmittel 52 das andere Ende der Unterteilungslinie 101 erreicht, wie dies in 5(b) gezeigt ist, die Aufbringung bzw. Anwendung des Pulslaserstrahls ausgesetzt und die Bewegung des Einspanntisches 36, d. h. des Halbleiterwafers 10 wird gestoppt. In diesem Laserbearbeitungsschritt ist der Brennpunkt P des Pulslaserstrahls auf eine Position nahe der vorderen Oberfläche 10a (untere Oberfläche) des Halbleiterwafers 10 festgelegt bzw. eingestellt. Als ein Ergebnis wird eine verschlechterte Schicht 110 zu der vorderen Oberfläche 10a (unteren Oberfläche) des Halbleiterwafers 10 freigelegt und von der vorderen Oberfläche 10a zum Inneren ausgebildet. Diese verschlechterte Schicht 110 wird als eine geschmolzene und wiederverfestigte Schicht ausgebildet (d. h. als eine Schicht, welche einmal geschmolzen wird, wenn der Pulslaserstrahl konvergiert bzw. gebündelt wird, und dann nach der Konvergenz des Pulslaserstrahls wieder verfestigt ist), um die Festigkeit des Halbleiterwafers 10 zu verringern.
Die obige verschlechterte Schicht 110 kann nur in dem Inneren ausgebildet werden, ohne an die vordere Oberfläche 10a und die rückwärtige Oberfläche 10b freigelegt zu werden, oder eine Mehrzahl von verschlechterten Schichten 110 kann durch ein Ausführen des obigen Laserstrahlbearbeitens für mehrere Male durch ein schrittweises Ändern des obigen Brennpunkts P ausgebildet werden.
Nachdem die obige Laserbearbeitung entlang aller Unterteilungslinien 21 ausgeführt wurde, die sich in der vorbestimmten Richtung des Halbleiterwafers 10 erstrecken, wird der Einspanntisch 36 um 90° gedreht, um die obige Laserbearbeitung entlang von Unterteilungslinien 101 auszuführen, die sich in einer Richtung senkrecht zu der obigen vorbestimmten Richtung erstrecken. Der Halbleiterwafer 10, der die verschlechterte Schicht 110 entlang aller Unterteilungslinien 101 ausgebildet aufweist, kann leicht entlang der Unterteilungslinien 101 durch ein Ausüben einer externen Kraft entlang der Unterteilungslinien 101 unterteilt werden.
[Experimentelles Beispiel 1]
Unterteilungslinien wurden in Intervallen von 5 mm in einem Gittermuster auf einem Siliziumwafer ausgebildet, der einen Durchmesser von 200 mm und eine Dicke von 600 μm aufweist, und eine Laserbearbeitung wurde entlang der Unterteilungslinien unter den folgenden Bearbeitungsbedingungen unter Verwendung eines Pulslaserstrahls, der eine Wellenlänge von 1.064 nm aufweist, durchgeführt, um eine verschlechterte Schicht im Inneren des Siliziumwafers entlang der Unterteilungslinien auszubilden. Eine verschlechterte Schicht hatte eine Dicke von etwa 50 μm und 12 Schichten von dieser verschlechterten Schicht wurden so ausgebildet, daß sie zu beiden Oberflächen des Siliziumwafers freigelegt wurden.
Lichtquelle: LD erregter Q Schalter Nd:YVO4 Laser
Wellenlänge: Pulslaserstrahl mit einer Wellenlänge von 1.064 nm
Wiederholungsfrequenz: 40 kHz
Pulsbreite: 20 ns
mittlere Leistung: 4 W
Brennpunktdurchmesser: 1,0 μm
Bearbeitungszufuhrgeschwindigkeit: 40 mm/s
Der Siliziumwafer, der eine verschlechterte Schicht aufweist, welche entlang der Unterteilungslinien unter den obigen Bearbeitungsbedingungen ausgebildet wurde, wurde einem Unterteilungstest unterworfen, um ihn entlang der Unterteilungslinien zu unterteilen. In diesem Unterteilungstest wurde ein 3-Punkt-Biegetest durch ein Unterteilen des Siliziumwafers, der die verschlechterte Schicht darauf ausgebildet aufweist, in eine bandartige Form mit einer Breite eines Chips ausgebildet, wobei dieser bandartige Wafer mit ein Paar von Abstütz- bzw. Scheitelwalzen A und A abgestützt wurde, die auf beiden Seiten der verschlechterten Schicht, die auf dem Wafer ausgebildet war, mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen angeordnet waren, wobei eine drückende bzw. Preßwalze B auf die verschlechterte Schicht an der Oberseite des Wafers angeordnet wurde und eine Last bzw. Belastung W auf diese Preßwalze B angewandt bzw. ausgeübt wurde, um eine Last W zu erhalten, die für eine Unterteilung erforderlich war, wie dies in 6 gezeigt ist. In diesem Unterteilungstest wurden 100 Meßdaten durch ein Unterteilen der verschlechterten Schichten gesammelt, die in dem bandartigen Wafer sequentiell ausgebildet wurden, um einen Mittelwert der Daten zu erhalten.
Als ein Ergebnis des obigen Tests war der Mittelwert der Last W, die für eine Unterteilung erforderlich war, 3,7 N (Newton).
[Experimentelles Beispiel 2]
Unterteilungslinien wurden in Intervallen bzw. Abständen von 5 mm in einem Gittermuster auf einem Siliziumwafer ausgebildet, der einen Durchmesser von 200 mm und eine Dicke von 600 μm aufweist, und eine Laserbearbeitung wurde entlang der Unterteilungslinien unter den folgenden Bearbeitungsbedingungen unter Verwendung eines Pulslaserstrahls ausgeführt, der eine Wellenlänge von 1.340 nm aufweist, um eine verschlechterte Schicht im Inneren des Siliziumwafers entlang der Unterteilungslinien auszubilden. Eine verschlechterte Schicht hatte eine Dicke von etwa 50 μm ähnlich dem obigen experimentellen Beispiel 1, und 12 Schichten von dieser verschlechterten Schicht wurden so ausgebildet, daß sie zu beiden Oberflächen des Siliziumwafers freigelegt waren.
Lichtquelle: LD erregter Q Schalter Nd:YVO4 Laser
Wellenlänge: Pulslaserstrahl mit einer Wellenlänge von 1.340 nm
Wiederholungsfrequenz: 40 kHz
Pulsbreite: 20 ns
mittlere Leistung: 4 W
Brennpunktdurchmesser: 1,3 μm
Bearbeitungszufuhrgeschwindigkeit: 40 mm/s
Der Siliziumwafer, der eine verschlechterte Schicht aufwies, welche entlang der Unterteilungslinien unter den obigen Bearbeitungsbedingungen ausgebildet wurde, wurde einem Unterteilungstest in derselben Weise wie im experimentellen Beispiel 1 unterworfen, um einen Mittelwert von 100 Meßdaten zu halten. Als ein Ergebnis war der Mittelwert der Last W, die für eine Unterteilung erforderlich war, 0,5 N (Newton)
[Experimentelles Beispiel 3]
Unterteilungslinien wurden in einem Gittermuster auf einem Siliziumwafer, der einen Durchmesser von 200 mm und eine Dicke von 600 μm aufwies, in Intervallen von 5 mm ausgebildet und eine Laserbearbeitung wurde entlang der Unterteilungslinien unter den folgenden Bearbeitungsbedingungen unter Verwendung eines Pulslaserstrahls durchgeführt, der eine Wellenlänge von 1.550 nm aufwies, um eine verschlechterte Schicht im Inneren des Siliziumwafers entlang der Unterteilungslinien auszubilden. Eine verschlechterte Schicht hatte eine Dicke von etwa 50 μm ähnlich dem obigen experimentellen Beispiel 1 und 2, und 12 Schichten von dieser verschlechterten Schicht wurden so ausgebildet, daß sie auf beiden Oberflächen des Siliziumwafers sichtbar wurden.
Lichtquelle: LD erregter Q Schalter Nd: YVO4 Laser
Wellenlänge: Pulslaserstrahl mit einer Wellenlänge von 1.550 nm
Wiederholungsfrequenz: 40 kHz
Pulsbreite: 20 ns
mittlere Leistung: 4 W
Brennpunktdurchmesser: 1,5 μm
Bearbeitungszufuhrgeschwindigkeit: 40 mm/s
Der Siliziumwafer, der eine verschlechterte Schicht aufwies, die entlang der Unterteilungslinien unter den obigen Bearbeitungsbedingungen ausgebildet wurde, wurde einem Unterteilungstest in derselben Weise wie in dem obigen experimentellen Beispiel 1 unterworfen, um einen Mittelwert von 100 Meßdaten zu erhalten. Als ein Ergebnis war der Mittelwert der Last W, die für eine Unterteilung erforderlich war, 0,7 N (Newton).
Es wird aus den obigen experimentellen Ergebnissen verstanden, daß, wenn die verschlechterte Schicht unter Verwendung eines Pulslaserstrahls, der eine Wellenlänge von 1.340 nm aufweist, ausgebildet ist, die Last W, die für eine Unterteilung erforderlich ist, 1/7 oder weniger der Last W ist, die erforderlich ist, wenn ein Pulslaserstrahl, der eine Wellenlänge von 1.064 nm aufweist, verwendet wird. Es ist auch zu verstehen, daß, wenn die verschlechterte Schicht unter Verwendung eines Pulslaserstrahls ausgebildet wird, der eine Wellenlänge von 1.550 nm aufweist, die Last W, die für eine Unterteilung erforderlich ist, 1/5 oder weniger der Last W ist, die erforderlich ist, wenn ein Pulslaserstrahl, der eine Wellenlänge von 1.064 nm aufweist, verwendet wird. Obwohl ein Pulslaserstrahl, der eine Wellenlänge von 2.000 bis 6.500 nm aufweist, auch eine hohe Permeabilität für einen Siliziumwafer aufweist, wird sein Brennpunktdurchmesser größer, da seine Wellenlänge länger wird. Wenn der Brennpunktdurchmesser 3,0 μm übersteigt, muß die Breite der Unterteilungslinien groß gemacht werden und die mittlere Leistung des Pulslaserstrahls muß erhöht werden, wobei dies alles vom Gesichtspunkt der Produktivität nicht bevorzugt ist. Daher ist, um eine zufriedenstellende, verschlechterte Schicht, die eine kleine Last W aufweist, die für eine Unterteilung erforderlich ist, mit einem Pulslaserstrahl auszubilden, der einen Brennpunktdurchmesser in einem Bereich von 1,0 bis 3,0 μm aufweist, ein Pulslaserstrahl, der eine Wellenlänge von 1.100 bis 2.000 nm aufweist, bevorzugt und ein Pulslaserstrahl, der eine Wellenlänge von 1.300 bis 1.600 nm aufweist, ist noch bevorzugter.
Die Bearbeitungsbedingungen zum Ausbilden der obigen verschlechterten Schicht sind eine mittlere Leistung des Pulslaserstrahls von 0,5 bis 10 W, eine Wiederholungsfrequenz von 10 bis 800 kHz, eine Pulsbreite von 10 bis 1000 ns, ein Brennpunktdurchmesser von 1,0 bis 3,0 μm und eine Bearbeitungszufuhrgeschwindigkeit von 10 bis 1.000 mm/s.

Claims

Siliziumwafer-Laserbearbeitungsverfahren zum Ausbilden einer verschlechterten Schicht (110) entlang von Unterteilungslinien (101), die auf einem Siliziumwafer (10), in dem Inneren des Siliziumwafers (10) durch Aufbringen oder Anwenden eines Laserstrahls entlang der Unterteilungslinien (101) ausgebildet werden, wobei die Wellenlänge des Laserstrahls auf 1.100 bis 2.000 nm festgelegt wird und ein Brennpunktdurchmesser des Laserstrahls in einem Bereich von 1,0 bis 3,0 μm liegt und wobei die Wellenlänge des Laserstrahls auf 1.100 bis 2.000 nm derart festgelegt wird, dass eine Last (W), die für die Unterteilung des Siliziumwafers (10) entlang der Unterteilungslinien (101) erforderlich ist, weniger als eine Last ist, welche für eine Unterteilung des Siliziumwafers (10) entlang der Unterteilungslinien (101) erforderlich wäre, wenn ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1.064 nm verwendet werden würde.
Siliziumwafer-Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Wellenlänge des Laserstrahls auf 1.300 bis 1.600 nm festgelegt oder eingestellt wird.
Siliziumwafer-Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 2, bei dem der Laserstrahl von einem YVO₄ Laseroszillator oszilliert wird und eine Bearbeitungszufuhrgeschwindigkeit des Laserstrahls zwischen 10 bis 1.000 mm/s beträgt.
Laserstrahl-Bearbeitungsmaschine, aufweisend einen Ansaug- oder Einspanntisch (36) zum Halten eines Wafers (10), Laserstrahlaufbringmittel (52) zum Aufbringen eines Laserstrahls auf den Wafer (10), der auf dem Einspanntisch (36) gehalten ist, und Bearbeitungs-Zufuhrmittel (37) zum Bewegen des Einspanntischs (36) und der Laserstrahlaufbringmittel (52) relativ zueinander, wobei die Laserstrahlaufbringmittel (52) Laserstrahl-Oszillationsmittel (522) zum Oszillieren eines Laserstrahls aufweisen, der eine Wellenlänge von 1.100 bis 2.000 nm aufweist und dessen Brennpunktdurchmesser in einem Bereich von 1,0 bis 3,0 μm liegt, und wobei die Laserstrahlaufbringmittel (52) konfiguriert sind, die Wellenlänge des Laserstrahls auf 1.100 bis 2.000 nm derart festzulegen, dass eine Last (W), die für die Unterteilung des Wafers (10) entlang der Unterteilungslinien (101) erforderlich ist, weniger als eine Last ist, welche für eine Unterteilung des Wafers (10) entlang der Unterteilungslinien (101) erforderlich wäre, wenn ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1.064 nm verwendet werden würde.