JP2005109323A - レーザーダイシング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハ内部の多層改質層形成や、形成された改質層への割断促進加工等の様々な加工に対応できる応用性に富んだレーザーダイシング装置を提供すること。
【解決手段】レーザーダイシング装置１０のレーザーヘッド２０には、レーザー発振器２１から発振されたレーザー光Ｌを複数の光路に分割する分光手段２４と、分割された各光路のレーザー光Ｌ１、Ｌ２を個々に集光する複数の集光手段２３、２３とを設け、分割された各光路のレーザー光Ｌ１、Ｌ２を個々に集光して複数箇所で同時にレーザー光Ｌ１、Ｌ２を照射できるようにし、様々な加工に対応できるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置や電子部品等のチップを製造するダイシング装置に関するもので、特にレーザー光を利用したダイシング装置に関する。

従来、表面に半導体装置や電子部品等が形成されたウエーハを個々のチップに分割するには、ダイシングブレードと呼ばれる砥石でウエーハに研削溝を入れてウエーハをカットするダイシング装置が用いられていた。ダイシングブレードは、微細なダイヤモンド砥粒をＮｉで電着したもので、厚さ３０μｍ程度の極薄のものが用いられる。

このダイシングブレードを３０，０００〜６０，０００ｒｐｍで高速回転させてウエーハに切込み、ウエーハを完全切断（フルカット）又は不完全切断（ハーフカット或いはセミフルカット）していた。ハーフカットはウエーハに厚さの半分程度切り込む方法で、セミフルカットは１０μｍ程度の肉厚を残して研削溝を形成する方法のことである。

ところで、このダイシングブレードによる研削加工の場合、ウエーハが高脆性材料であるため脆性モード加工となり、ウエーハの表面や裏面にチッピングが生じ、このチッピングが分割されたチップの性能を低下させる要因になっていた。

ダイシング工程におけるこのチッピングの問題を解決する手段として、従来のダイシングブレードによる切断に替えて、ウエーハの内部に集光点を合わせたレーザー光を入射し、ウエーハ内部に多光子吸収による改質領域を形成して個々のチップに分割するレーザ加工方法に関する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜６参照。）。
特開２００２−１９２３６７号公報 特開２００２−１９２３６８号公報 特開２００２−１９２３６９号公報 特開２００２−１９２３７０号公報 特開２００２−１９２３７１号公報 特開２００２−２０５１８０号公報

しかし、上記の特許文献１〜６で提案されているレーザー加工装置は、単一のレーザー光を照射する単一照射方式によってウェーハを割断するもので、チッピングの問題は解決されるが、様々な加工に対する応用性に乏しかった。

例えば、厚いウェーハの場合で、ウェーハ内部に改質層を複数層形成する時には、レーザー光を複数回スキャンさせて照射しなければならない。また、ウェーハ内部に形成された改質層に再度集光したレーザー光を照射することによって割断を促進しようとしたときは、改質層形成用のスキャン終了後に割断促進用のスキャンを行うことになる。このためどちらの場合も時間が掛かり過ぎるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ウェーハ内部の多層改質層形成や、形成された改質層への割断促進加工等の様々な加工に対応できる応用性に富んだレーザーダイシング装置を提供することを目的とする。

本発明は前記目的を達成するために、ウエーハの表面からレーザー光を入射して前記ウエーハの内部に改質領域を形成し、前記ウエーハを個々のチップに分割するレーザーダイシング装置において、前記ウエーハに向けてレーザー光を照射するレーザーヘッドが設けられ、該レーザーヘッドは、レーザー発振器と、発振されたレーザー光を複数の光路に分割する分光手段と、分割された各光路のレーザー光を個々に集光する複数の集光手段と、を有していることを特徴とする。

本発明によれば、レーザー発振器から発振されたレーザー光が複数の光路に分割され、分割された各光路のレーザー光が個々に集光されるので、複数箇所で同時にレーザー光を照射することができ、様々な加工に対応できる応用性に富んだレーザーダイシング装置を得ることができる。

また本発明は、前記分割された各光路のレーザー光を、前記ウェーハの表面と直交する軸を中心に回動させる光路回動手段が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、各光路の光軸を一本の軸の回りに回動させることにより、レーザー光の照射ライン間のピッチをウェーハのストリートに合わせて容易に変更することができる。

更に本発明は、前記レーザーヘッドには、前記分割された各光路のレーザー光の光軸上における集光点の位置を個々に調節する集光点位置調節手段が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、各光路のレーザー光の光軸上における集光点の位置が個々に調節できるので、夫々所望の位置に集光点を設定することができる。

また本発明は、前記集光点位置調節手段は、前記複数の集光手段を夫々の光軸上で微小移動させる駆動手段であることを特徴とする。また、前記駆動手段は、少なくとも１個の圧電素子を含むことを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構造で各レーザー光の集光点位置を調整することができる。

以上説明したように本発明のレーザーダイシング装置は、レーザー発振器から発振されたレーザー光が複数の光路に分割され、分割された各光路のレーザー光が個々に集光されるので、複数箇所で同時にレーザー光を照射することができ、様々な加工に対応できる応用性に富んだレーザーダイシング装置を得ることができる。

以下添付図面に従って本発明に係るレーザーダイシング装置の好ましい実施の形態について詳説する。尚、各図において同一部材には同一の番号または記号を付している。

図１は、本発明に係るレーザーダイシング装置の概略構成図である。ダイシング装置１０では、ウェーハは図５に示すように、一方の面に粘着材を有するダイシングシートＳに貼付され、このダイシングシートＳを介してフレームＦと一体化された状態で搬入され、ダイシング装置１０内を搬送される。

レーザーダイシング装置１０は、図１に示すように、ウェーハ移動部１１、レーザーヘッド２０、図示しない制御部等から構成されている。

ウェーハ移動部１１は、レーザーダイシング装置１０の本体ベース１６に設けられたＸＹテーブル１２、ＸＹテーブル１２に載置されたＺθテーブル１５、Ｚθテーブル１５に取り付けられダイシングシートＳを介してフレームＦにマウントされたウェーハＷを吸着保持する吸着ステージ１３、同じくＺθテーブル１５に取り付けられフレームＦを吸着保持するフレームチャック１４等からなっている。

このウェーハ移動部１１によって、ウェーハＷがダイシングシートＳを介してフレームＦにマウントされた状態で図のＸＹＺθ方向に精密に移動される。

レーザーヘッド２０は、レーザー光Ｌを発振するレーザー発振器２１、レーザー光ＬをＬ１とＬ２に分光するハーフミラー２４（分光手段）、分光された一方のレーザー光Ｌ２の光路を９０°方向変換するミラー２５、レーザー光Ｌ１、Ｌ２を個々に集光する集光レンズ（集光手段）２３、２３、集光レンズ２３、２３、を夫々の光軸上で微小移動させる駆動手段（集光点位置調節手段）２６、２６等で構成されている。

このレーザーヘッド２０は、レーザーダイシング装置１０の本体ベース１６に設けられたホルダー１７に図示しない軸受を介して回転自在に支持され、モータからなる光路回動手段３０によってウェーハＷの表面に直行する軸線を中心に回転されるようになっている。

レーザーヘッド２０を回転させると、レーザー光Ｌ１、Ｌ２の夫々の照射点がウェーハＷ上で回動するので、回転角度を制御することによってウェーハＷ上における夫々の照射点の図のＹ方向距離を所望の値に設定することができる。但し、設定可能なＹ方向距離は、レーザー光Ｌ１、Ｌ２の元々の光軸間距離以内である。

レーザーヘッド２０では、レーザー発振器２１から発振されたレーザー光Ｌはハーフミラー２４によってレーザー光Ｌ１とＬ２とに分割され、レーザー光Ｌ１は集光レンズ２３を経由してウエーハＷの内部に集光される。またレーザー光Ｌ２は、ミラー２５、集光レンズ２３を経由してウエーハＷの内部に集光される。

レーザー光Ｌ１の集光点Ｐ１、及びレーザー光Ｌ２の集光点Ｐ２の光軸上の位置は、夫々の駆動手段２６によって集光レンズ２３を光軸上で微小移動させることにより独立して調整される。

レーザー発振器２１から発振されるレーザー光Ｌは、例えば、集光点Ｐ１、Ｐ２におけるピークパワー密度が１×１０⁸ ( Ｗ／c ｍ² ）以上でかつパルス幅が１μｓ以下の条件で、ダイシングシートに対して透過性を有するレーザー光が用いられる。

ダイシングシートに対して透過性を有するレーザー光を用いるのは、例えば、ダイシングシートが貼付されたウェーハＷの裏面側からレーザー光を照射する場合等の変形例にも対応できるからである。

ダイシング装置１０はこの他に、図示しないウエーハカセットエレベータ、ウエーハ搬送手段、操作板、及び表示灯等から構成されている。

ウエーハカセットエレベータは、ウエーハが格納されたカセットを上下移動して搬送位置に位置決めする。搬送手段はカセットと吸着ステージ１３との間でウエーハを搬送する。

操作板には、ダイシング装置１０の各部を操作するスイッチ類や表示装置が取付けられている。表示灯は、ダイシング装置１０の加工中、加工終了、非常停止等の稼動状況を表示する。

図２は、集光レンズ２３をその光軸上で微小移動する駆動手段２６の細部を説明する概念図である。駆動手段２６は、集光レンズ２３を保持するレンズフレーム２６Ａ、レンズフレーム２６Ａの上面に取り付けられレンズフレーム２６Ａを光軸方向に微小移動させる圧電素子２６Ｂ等からなっている。

電圧印加によって伸縮する圧電素子２６Ｂは中空の円筒形状で、上端がレーザーヘッド本体２０Ａに固定され、下端で集光レンズ２３を保持するレンズフレーム２６Ａと接合されている。この圧電素子の伸縮によって集光レンズ２３、２３が光軸方向に微小送りされて、レーザー光Ｌ１及びＬ２の集光点Ｐ１及びＰ２の光軸方向位置が夫々独立して精密に位置決めされるようになっている。

図３は、レーザーヘッド２０内のレーザー光Ｌ１とレーザー光Ｌ２との位置関係を表わす平面図である。図３（ａ）は、レーザー光Ｌ１とレーザー光Ｌ２とを図のＸ方向の一直線上に配置した状態を示し、図３（ｂ）は、レーザーヘッド２０を回転させて、レーザー光Ｌ１とレーザー光Ｌ２とのＹ方向距離を所定距離に設定したを状態を表わしている。また、図３（Ｃ）は、レーザーヘッド２０を更に回転させて、レーザー光Ｌ１とレーザー光Ｌ２とを図のＹ方向の一直線上に配置した状態を示している。

このように、レーザーヘッド２０を回転させることにより、レーザー光Ｌ１とレーザー光Ｌ２とのＹ方向距離を、レーザー光Ｌ１とレーザー光Ｌ２とが元々有している光軸間距離以内の範囲で、所定の距離に設定することができる。

図４は、ウェーハ内部の集光点近傍に形成される改質領域を説明する概念図である。図４に示すように、ウェーハＷが図の白抜き矢印方向に加工送りされると、ウェーハＷの内部に入射されたレーザー光Ｌ１によって集光点Ｐ１に改質領域Ｒ１が形成され、またレーザー光Ｌ２の集光点Ｐ２に改質領域Ｒ２が形成されて、ウェーハ内部に上下２層の改質領域が僅かな時間差をもって形成される。

このようにウェーハＷは内部に上下２層の改質領域Ｒ１、Ｒ２が形成されているので、厚さが厚くても改質領域Ｒ１、Ｒ２を起点として自然に、或いは僅かな外力を加えることによって改質領域Ｒ１、Ｒ２に沿って割断される。この場合、ウェーハＷは表面や裏面にはチッピングが発生せずに容易にチップに分割される。

また、ウエーハＷは、図５に示すように、裏面にダイシングシートＳが貼られダイシング用のフレームＦにマウントされているので、個々のチップに分割されても個々のチップが１個１個バラバラになることがない。

次に、本発明に係るレーザーダイシング装置１０の作用について、ウエーハＷ内部に改質領域Ｒ１、Ｒ２を２層形成する例で説明する。ダイシングに当たって、最初に吸着ステージ１３に載置されたウエーハＷは、図示しないＣＣＤカメラで表面の回路パターンやアライメントマークが撮影され、画像処理装置を有するアライメント手段によってアライメントされる。

次に、レーザー発振器２１からレーザー光Ｌが出射される。レーザー光Ｌはハーフミラー２４によってレーザー光Ｌ１とレーザー光Ｌ２との２つの光路に分光され、レーザー光Ｌ１は集光レンズ２３等の光学系を経由してウェーハＷの上面に照射され、レーザー光Ｌ２はミラー２５、集光レンズ２３等の光学系を経由してウェーハＷの上面に照射される。

なお、レーザー光Ｌ１とレーザー光Ｌ２とは、図６に示すように、Ｘ方向の同一直線上に配置されている。

また、照射されるレーザー光Ｌ１及びＬ２の集光点Ｐ１及びＰ２のＺ方向位置は、夫々の集光レンズ２３を駆動手段２６で位置調整することによって、ウェーハ内部の所定位置に夫々独立して正確に設定される。

この状態でＸＹテーブル１２がダイシング方向であるＸ方向に加工送りされる。これによりウェーハ内部に多光子吸収による２層の改質領域Ｒ１、及びＲ２が同時に１ライン形成される。

１ラインのレーザーダイシングが行われると、ＸＹテーブル１２がＹ方向に１ピッチ割り出し送りされ、次のラインも同様にレーザーダイシングされる。

全てのラインがレーザーダイシングされると、Ｚθテーブル１５が９０°回転され、先程のラインと直交するラインも同様にして全てレーザーダイシングされ、ウェーハＷは個々のチップに分割されて１枚のウエーハＷのレーザーダイシングが完了する。

このように、レーザー光Ｌ１及びＬ２によってウェーハＷの内部に２層の改質領域Ｒ１、及びＲ２が同時形成されるため、厚いウェーハＷであっても、短時間で安定して割断され、チッピング等のほとんど生じない高品質なダイシングが行われる。

なお、前述のレーザーダイシング装置１０の作用についての説明では、ウエーハＷ内部に改質領域Ｒ１、Ｒ２を２層形成する例で説明したが、レーザー光Ｌ１又はＬ２のどちらか一方でウェーハＷの内部に改質領域を１層形成させ、次いで形成された改質領域に他方のレーザー光を集光して照射することにより、改質領域を起点としてウエーハＷをより割断し易くすることもできる。

この場合、レーザー光Ｌ１及びＬ２を図６に示すように、ウェーハＷの１本のダイシングライン上に配置し、一方のレーザー光で改質領域を形成した後僅かな遅れで他方のレーザー光を照射し、ダイシングラインＳ１、Ｓ２、…と順次ダイシングすることができる。

また、図７に示すように、レーザー光Ｌ１及びＬ２が、ウェーハＷのダイシングライン１ピッチ分離間した位置に位置付けられるように、レーザーヘッド２０を回転させて配置し、レーザー光Ｌ１でウェーハＷの内部に改質領域を形成させ、１ライン遅れでレーザー光Ｌ２を照射し、ダイシングラインＳ１、Ｓ２、…と順次ダイシングするようにしてもよい。

また、レーザー光Ｌ１で１つのダイシングラインに改質領域を形成させ、レーザー光Ｌ２で別のダイシングラインに改質領域を形成させ、２本のラインを同時に加工するようにしてもよい。

この場合は、例えば図８に示すように、レーザー光Ｌ１をウェーハＷの中央部のダイシングラインＳ１２に配置し、レーザー光Ｌ２をウェーハＷの端部のダイシングラインＳ１に配置し、レーザー光Ｌ１でダイシングラインＳ１２、Ｓ１３、…を、レーザー光Ｌ２でダイシングラインＳ１、Ｓ２、…をと順次２ライン同時加工を行うようにすることができる。

また、図９に示すように、例えばレーザー光Ｌ１をダイシングラインＳ１に、レーザー光Ｌ２をダイシングラインＳ２に互いに隣り合うラインに配置し、ウェーハＷのＹ方向インデックス量をダイシングラインのピッチの２倍に設定して、レーザー光Ｌ１でダイシングラインＳ１、Ｓ３、Ｓ５…を、レーザー光Ｌ２でダイシングラインＳ２、Ｓ４、Ｓ６…をと順次２ライン同時加工を行うようにしてもよい。

この場合ウェーハＷが円形ウェーハであれば、図８の場合と比べてＸ方向の加工送りストロークに無駄が生じない。

また、図１０に示すように、レーザー光Ｌ１とＬ２とを複数ライン離間したダイシングライン上に配置し、ウェーハＷのＹ方向インデックス送りを１ピッチで複数回送り、次いで複数ピッチで１回送り、また１ピッチで複数回送り、これを繰り返して全ラインダイシングするようにしてもよい。

即ち、図１０に示すように、レーザー光Ｌ１をダイシングラインＳ１に、レーザー光Ｌ２を３ピッチ離間したダイシングラインＳ４に配置する。レーザー光Ｌ１がダイシングラインＳ１からＳ２、Ｓ３へと相対的に送られ、レーザー光Ｌ２がダイシングラインＳ４からＳ５、Ｓ６へと相対的に送られる。次にレーザー光Ｌ１は４ピッチ離間したダイシングラインＳ７へ、レーザー光Ｌ２は４ピッチ離間したダイシングラインＳ１０へと送られ、このように複数回の１ピッチ送りと１回の複数ピッチ送りとを繰り返す。

この場合もウェーハＷが円形ウェーハであれば、図８の場合と比べてＸ方向の加工送りストロークの無駄が少ない。

なお、前述の実施の形態では、集光レンズ２３の駆動手段２６に圧電素子２６Ｂを用いたが、本発明はこれに限らず、その他の既知のリニアアクチュエーターを用いることができる。

また、レーザー光Ｌを２つの光軸に分光する分光手段としてハーフミラー２４を用いたが、プリズム等その他の光学部材を用いて複数の光路に分光するようにしてもよい。

本発明に係るレーザーダイシング装置の概略構成図 集光レンズの駆動手段の構成を表わす断面図 ２本のレーザー光の種々の配置を表わす平面図 ウェーハ内部に２層の改質領域が形成される状態を表わす概念図 フレームにマウントされたウェーハを表わす斜視図 レーザー光の配置とインデックス送り方法を説明する平面図１ レーザー光の配置とインデックス送り方法を説明する平面図２ レーザー光の配置とインデックス送り方法を説明する平面図３ レーザー光の配置とインデックス送り方法を説明する平面図４ レーザー光の配置とインデックス送り方法を説明する平面図５

符号の説明

１０…レーザーダイシング装置、２０…レーザーヘッド、２１…レーザー発振器、２３…集光レンズ（集光手段）、２４…ハーフミラー（分光手段）、２６…駆動手段（集光点位置調整手段）、２６Ｂ…圧電素子、３０…光路回動手段、Ｆ…フレーム、Ｌ、Ｌ１、Ｌ２…レーザー光、Ｐ１、Ｐ２…集光点、Ｒ１、Ｒ２…改質領域、Ｓ…ダイシングシート、Ｗ…ウエーハ

Claims (5)

1. ウエーハの表面からレーザー光を入射して前記ウエーハの内部に改質領域を形成し、前記ウエーハを個々のチップに分割するレーザーダイシング装置において、
   前記ウエーハに向けてレーザー光を照射するレーザーヘッドが設けられ、
   該レーザーヘッドは、
   レーザー発振器と、
   発振されたレーザー光を複数の光路に分割する分光手段と、
   分割された各光路のレーザー光を個々に集光する複数の集光手段と、を有していることを特徴とするレーザーダイシング装置。
2. 前記分割された各光路のレーザー光を、前記ウェーハの表面と直交する軸を中心に回動させる光路回動手段が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のレーザーダイシング装置。
3. 前記レーザーヘッドには、前記分割された各光路のレーザー光の光軸上における集光点の位置を個々に調節する集光点位置調節手段が設けられていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のレーザーダイシング装置。
4. 前記集光点位置調節手段は、前記複数の集光手段を夫々の光軸上で微小移動させる駆動手段であることを特徴とする、請求項３に記載のレーザーダイシング装置。
5. 前記駆動手段は、少なくとも１個の圧電素子を含むことを特徴とする、請求項４に記載のレーザーダイシング装置。

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