JP2005129851A

JP2005129851A - レーザ光線を利用した加工方法

Info

Publication number: JP2005129851A
Application number: JP2003366173A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Nagai; 祐介永井; Masashi Kobayashi; 賢史小林; Yukio Morishige; 幸雄森重
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2005-05-19
Also published as: US20050109742A1; CN100436030C; DE102004052252A1; SG111233A1; CN1611319A

Abstract

【課題】レーザ光線（８２）の集光点を被加工物（３４）の表面から所定深さ（Ｄ）位置に充分容易且つ迅速に位置付けることを可能にする、新規且つ改良されたレーザ光線を利用した加工方法を提供する。
【解決手段】レーザ光線を被加工物の表面に集光せしめる時の集光光学系（７８）と被加工物の表面との間隔を基準間隔（ＢＬ）として、集光光学系の開口数と被加工物の屈折率を考慮した設定数式に基いて、集光光学系と被加工物の表面との間隔（ＳＬ）を設定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体ウエーハの如き被加工物にこれを透過し得るレーザ光線を照射して被加工物に変質を生成することを含む加工方法に関する。

例えば、半導体チップの製造においては、周知の如く、半導体ウエーハの表面に、格子状に配設されたストリートによって複数個の矩形領域を区画し、かかる矩形領域の各々に半導体回路を形成する。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って矩形領域を個々に分離して半導体チップにせしめている。

半導体ウエーハをストリートに沿って分割する方法として、近時においてはレーザ光線を利用する方法が提案されている。下記特許文献１に開示された方法においては、ストリートの表面側から照射するレーザ光線をストリートの表面近傍で集光せしめて、ストリートに沿って半導体ウエーハとレーザ光線とを相対的に移動せしめ、かくしてストリートに沿って半導体ウエーハの表面側の材料を溶融、除去してストリートに沿って溝を形成する。しかる後に、半導体ウエーハに外力を加えてストリートに沿って、更に詳しくは溝に沿って、半導体ウエーハを破断せしめる。

下記特許文献２及び３には、ストリートの表面近傍ではなくて厚さ方向中間部にレーザ光線を集光せしめて、ストリートに沿って半導体ウエーハとレーザ光線とを相対的に移動せしめ、かくしてストリートに沿って半導体ウエーハの厚さ方向中間部に変質領域を生成し、しかる後に半導体ウエーハに外力を加えてストリートに沿って、更に詳しくは変質領域に沿って、半導体ウエーハを破断せしめる方法が開示されている。

更に、本出願人の出願にかかる特願２００３−１４０８８８の明細書及び図面には、ストリートの表面側から照射するレーザ光線をストリートの裏面乃至その近傍に集光せしめて、ストリートに沿って半導体ウエーハとレーザ光線とを相対的に移動せしめ、かくしてストリートに沿って半導体ウエーハの裏面に露呈する変質領域を生成し、しかる後に半導体ウエーハに外力を加えてストリートに沿って、更に詳しくは変質領域に沿って、半導体ウエーハを破断せしめる方法が開示されている。
米国特許第５，８２６，７７２号明細書米国特許第６，２１１，４８８号明細書特開２００１−２７７１６３号公報

而して、上述した従来の方法のいずれを採用するにしても、被加工物である半導体ウエーハの厚さ方向所定位置にてレーザ光線を集光せしめる、換言ずればレーザ光線の集光点を被加工物表面から所定深さ位置に位置せしめることが重要であるが、大気中と被加工物中とではレーザ光線の屈折率が異なる等に起因して、レーザ光線の集光点の上記位置付けは必ずしも容易ではなく、実験的手法によって設定していた。

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、レーザ光線の集光点を被加工物の表面から所定深さ位置に充分容易且つ迅速に位置付けることを可能にする、新規且つ改良されたレーザ光線を利用した加工方法を提供することである。

本発明者等は、レーザ光線を被加工物の表面に集光せしめる時の集光光学系と被加工物の表面との間隔を基準間隔として、集光光学系の開口数と被加工物の屈折率を考慮した設定数式に基いて、集光光学系と被加工物の表面との間隔を設定することによって、上記主たる技術的課題を解決ことができることを見出した。

即ち、本発明によれば、上記主たる技術的課題を解決するレーザ光線を利用した加工方法として、保持手段によって保持した被加工物に、集光光学系を含むレーザ光線照射手段によって該被加工物を透過し得るレーザ光線を照射して該被加工物を変質せしめることを含むレーザ光線を利用した加工方法において、
該レーザ光線が該被加工物の表面上に集光せしめられる時の該集光光学系と該被加工物の表面との基準間隔をＢＬとし、該集光光学系の開口数をＰとし、該被加工物の屈折率をｎとし、所望集光点の該被加工物の表面からの深さをＤとすると、該集光光学系と該被加工物の表面との間隔ＳＬを、下記数式１に基づいて設定する、ことを特徴とするレーザ光線を利用した加工方法が提供される。

本発明の加工方法においては、レーザ光線照射手段の集光光学系と被加工物の表面との関係を認識しさえすれば、充分容易且つ迅速に被加工物の表面から所定深さ位置にレーザ光線の集光点を位置せしめることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に従って構成されたレーザ光線を利用した加工方法の好適実施形態について更に詳細に説明する。

図１には、本発明に従って構成された加工方法を実施するために好適に使用することができる加工装置の典型例の主要部が図示されている。図示の加工装置は支持基台２を有し、この支持基台２上にはＸ軸方向に延びる一対の案内レール４が配設されている。かかる案内レール４上には第一の滑動ブロック６がＸ軸方向に移動自在に装着されている。一対の案内レール４間にはＸ軸方向に延びるねじ軸８が回転自在に装着されており、かかるねじ軸８にはパルスモータ１０の出力軸が連結されている。第一の滑動ブロック６は下方に垂下する垂下部（図示していない）を有し、かかる垂下部にはＸ軸方向に貫通する雌ねじ孔が形成されており、かかる雌ねじ孔にねじ軸８が螺合せしめられている。従って、パルスモータ１０が正転せしめられると第一の滑動ブロック６が矢印１２で示す方向に移動せしめられ、パルスモータ１０が逆転せしめられると第一の滑動ブロック６が矢印１４で示す方向に移動せしめられる。後の説明から明らかになるとおり、パルスモータ１０及びこれによって回転せしめられるねじ軸８は（レーザビーム加工手段に対して相対的に）被加工物を移動せしめる移動手段を構成する。

第一の滑動ブロック６上にはＹ軸方向に延びる一対の案内レール１６が配設されており、かかる案内レール１６上には第二の滑動ブロック１８がＹ軸方向に移動自在に装着されている。一対の案内レール１６間にはＹ軸方向に延びるねじ軸２０が回転自在に装着されており、かかるねじ軸２０にはパルスモータ２２の出力軸が連結されている。第二の滑動ブロック１８にはＹ軸方向に貫通する雌ねじ孔が形成されており、かかる雌ねじ孔にねじ軸２０が螺合されている。従って、パルスモータ２２が正転せしめられると第二の滑動ブロック１８が矢印２４で示す方向に移動せしめられ、パルスモータ２２が逆転せしめられると第一の滑動ブロック１８が矢印２６で示す方向に移動せしめられる。第二の滑動ブロック１８には、円筒部材２５を介して支持テーブル２７が固定されていると共に、保持手段２８が装着されている。保持手段２８は実質上鉛直に延びる中心軸線を中心として回転自在に装着されており、円筒部材２５内には保持手段２８を回転せしめるためのパルスモータ（図示していない）が配設されている。図示の実施形態における保持手段２８は、多孔性材料から形成されたチャック板３０と一対の把持手段３２とから構成されている。

図２には被加工物である半導体ウエーハ３４が図示されている。かかる半導体ウエーハ３４はシリコン基板から構成されており、その表面上にはストリート３６が格子状に配設されており、ストリート３６によって複数個の矩形領域３８が区画されている。矩形領域３８の各々には半導体回路が形成されている。図示の実施形態においては、半導体ウエーハ３４は装着テープ４０を介してフレーム４２に装着されている。適宜の金属或いは合成樹脂から形成することができるフレーム４２は中央部に比較的大きな円形開口４４を有し、半導体ウエーハ３４は開口４４内に位置せしめられている。装着テープ４０はフレーム４２及び半導体ウエーハ３４の下面側においてフレーム４２の開口４４を跨いで延在せしめられており、フレーム４２の下面及び半導体ウエーハ３４の下面に貼着されている。半導体ウエーハ３４にパルスレーザ光線を照射する際には、上記保持手段２８におけるチャック板３０上に半導体ウエーハ３４を位置せしめてチャック板３０を真空源（図示していない）に連通せしめ、かくしてチャック板３０上に半導体ウエーハ３４を真空吸着する。保持手段２８の一対の把持手段３２はフレーム４２を把持する。半導体ウエーハ３４の表面側からではなくて裏面側からレーザ光線を照射することが望まれる場合には、必要に応じて半導体ウエーハ３４の表面に保護テープ（図示していない）を貼着し、半導体ウエーハ３４が装着されているフレーム４２の表裏を反転してチャック板３０上に位置せしめればよい。保持手段２８自体並びに装着テープ４０を介してフレーム４２に装着された半導体ウエーハ３４自体は当業者には周知の形態でよく、従ってこれらについての詳細な説明は本明細書においては省略する。

再び図１を参照して説明を続けると、上記支持基台２上にはＹ軸方向に延びる一対の案内レール４４も配設されており、かかる一対の案内レール４４上には第三の滑動ブロック４６がＹ軸方向に移動自在に装着されている。一対の案内レール４４間にはＹ軸方向に延びるねじ軸４７が回転自在に装着されており、かかるねじ軸４７にはパルスモータ４８の出力軸が連結されている。第三の滑動ブロック４６は略Ｌ字形状であり、水平基部５０とこの水平基部５０から上方に延びる直立部５２とを有する。水平基部５０には下方に垂下する垂下部（図示していない）が形成されており、かかる垂下部にはＹ軸方向に貫通する雌ねじ孔が形成されており、かかる雌ねじ孔にねじ軸４７が螺合せしめられている。従って、パルスモータ４８が正転せしめられると第三の滑動ブロック４６が矢印２４で示す方向に移動せしめられ、パルスモータ４８が逆転せしめられると第三の滑動ブロック４６が矢印２６で示す方向に移動せしめられる。

第三の滑動ブロック４６の直立部５２の片側面にはＺ軸方向に延びる一対の案内レール５４（図１にはその一方のみを図示している）が配設されており、かかる一対の案内レール５４には第四の滑動ブロック５６がＺ軸方向に移動自在に装着されている。第三の滑動ブロック４６の片側面上にはＺ軸方向に延びるねじ軸（図示していない）が回転自在に装着されており、かかるねじ軸にはパルスモータ５８の出力軸が連結されている。第四の滑動ブロック５６には直立部５２に向けて突出せしめられた突出部（図示していない）が形成されており、かかる突出部にはＺ軸方向に貫通する雌ねじ孔が形成されており、かかる雌ねじ孔に上記ねじ軸が螺合せしめられている。従って、パルスモータ５８が正転せしめられると第四の滑動ブロック５６が矢印６０で示す方向に移動即ち上昇せしめられ、パルスモータ５８が逆転せしめられると第四の滑動ブロック５６が矢印６２で示す方向に移動即ち下降せしめられる。

第四の滑動ブロック５６には全体を番号６４で示すパルスレーザ光線照射手段が装着されている。図示のパルスレーザ光線照射手段６４は、第四の滑動ブロック５６に固定され実質上水平に前方（即ち矢印２４で示す方向）に延出する円筒形状のケーシング６６を含んでいる。図１と共に図３を参照して説明を続けると、ケーシング６６内にはパルスレーザ光線発振手段６８及び伝送光学系７０が配設されている。発振手段６８は、ＹＡＧレーザ発振器或いはＹＶＯ４レーザ発振器であるのが好都合であるレーザ発振器７２とこれに付設された繰り返し周波数設定手段７４から構成されている。伝送光学系７０はビームスプリッタの如き適宜の光学要素を含んでいる。ケーシング６６の先端には照射ヘッド７６が固定されており、かかる照射ヘッド７６内には集光光学系７８が配設されている。

図１乃至図３と共に図４を参照して説明すると、上記集光光学系７８は対物レンズ即ち集光レンズ８０を含んでおり、かかる集光レンズ８０を通してパルスレーザ光線８２が上記ストリート３６において半導体ウエーハ３４に照射される。パルスレーザ光線８２は半導体ウエーハ３４のストリート３６における表面から深さＤの位置にて集光せしめることが望まれる場合、本発明に従う加工方法においては、集光光学系７８の集光レンズ８０と半導体ウエーハ３４のストリート３６における表面との間隔ＳＬは下記数式１に基づいて設定される。

ここで、ＢＬは半導体ウエーハ３４のストリート３６における表面上にパルスレーザ光線８２を集光せしめる時の集光レンズ８０と半導体ウエーハ３４のストリート３６における基準間隔ＢＬであり、集光レンズ８０の焦点距離に依存する所定値である。Ｐは集光光学系７８の開口数であり、使用する集光光学系７８に依存する所定値である。ｎは半導体ウエーハ３６の屈折率ｎであり、半導体ウエーハ３６の材質に依存する所定値である。開口数Ｐをｓｉｎθで示すと、上記数式（１）は下記数式（２）のとおりに表現することもできる。

上記基準間隔ＢＬはチャック板３０の表面にパルスレーザ光線８２を集光せしめるときの集光レンズ８０とチャック板３０の表面との間隔（かかる間隔は特定の加工装置において予め認識することができる所定値である）と同一であり、従ってストリート３６における半導体ウエーハ３６の厚さをＴ１、装着テープ４０の厚さをＴ２とすると、チャック板３０の表面からＰＬ＋（Ｔ１＋Ｔ２）の間隔をおいて集光レンズ８０を位置付けると、集光レンズ８０と半導体ウエーハ３４のストリート３６における表面７８との間隔を上記基準間隔ＢＬになる。それ故に、本発明の加工方法においては、被加工物である半導体ウエーハ３４のストリート３６における厚さＴ１と装着テープ４０の厚さＴ２との和を認識しさえすれば、上記数式（１）又は（２）から求めれられた設定間隔ＳＬを実現するための集光レンズ８０の位置付け、従ってパルスレーザ光線照射手段６４の矢印６０及び６２（図１）で示す方向における位置付けを遂行することができる。かくして、充分容易且つ迅速にパルスレーザ光線８２を半導体ウエーハ３４におけるストリート３６の表面から所要深さＤの位置に集光せしめることができる。半導体ウエーハ３４のストリート３６における厚さＴ１と装着テープ４０の厚さＴ２の和は、予め知られていない場合には、例えば半導体ウエーハ３４をチャック板３０上に載置する前に実測することによって認識することができる。或いは、半導体ウエーハ３４をチャック板３０上に載置した後に、レーザ式計測器の如き適宜の計測器（図示していない）によって計測器からチャック板３０の表面までの長さと計測器から半導体ウエーハ３４のストリート３６における表面までの長さを実測し、かかる実測値から半導体ウエーハ３４のストリート３６における厚さＴ１と装着テープ４０の厚さＴ２の和を求めることもできる。特に、半導体ウエーハ３４のストリート３６における厚さＴ１が一定ではなくてストリート３６に沿って変動する場合には、上記測定器による実測を遂行することが望まれる。この場合には、パルスレーザ光線８２に対して半導体ウエーハ３４をストリート３６に沿って相対的に移動せしめる際に、半導体ウエーハ３４の厚さＴ１の変動に応じて上記設定間隔ＳＬを適宜に変動せしめ、かくして集光点の深さＤを所要値に調節することができる。

半導体ウエーハ３４の表面から深さＤの位置でパルスレーザ光線８２を集光せしめると、深さＤの周囲領域にて半導体ウエーハ３４に変質領域（かかる変質領域は例えば溶融・再固化である）が生成される。従って、例えば保持手段２８を矢印１２又は１４（図１）で示す方向に移動せしめることによって、半導体ウエーハ３４とパルスレーザ光線８２とをストリート３６に沿って相対的に移動せしめると、ストリート３６に沿って半導体ウエーハ３４に変質領域を生成することができる。変質領域においては強度が局部的に低減されており、従って半導体ウエーハ３４に適宜の外力を加えることによって半導体ウエーハ３４をストリート３６に沿って破断せしめることができる。

本発明の加工方法を実施するために好適に使用することができる加工装置の典型例の主要部を示す斜面図。被加工物の一例である半導体ウエーハをフレームに装着した状態を示す斜面図。パルスレーザ光線照射手段を示す簡略線図。パルスレーザ光線の集光点を所要位置に設定する様式を説明するための簡略線図。

符号の説明

２８：保持手段
３０：チャック板
３４：半導体ウエーハ（被加工物）
６４：パルスレーザ照射手段
７８：集光光学系
８０：集光レンズ
８２：パルスレーザ光線

Claims

保持手段によって保持した被加工物に、集光光学系を含むレーザ光線照射手段によって該被加工物を透過し得るレーザ光線を照射して該被加工物を変質せしめることを含むレーザ光線を利用した加工方法において、
該レーザ光線が該被加工物の表面上に集光せしめられる時の該集光光学系と該被加工物の表面との基準間隔をＢＬとし、該集光光学系の開口数をＰとし、該被加工物の屈折率をｎとし、所望集光点の該被加工物の表面からの深さをＤとすると、該集光光学系と該被加工物の表面との間隔ＳＬを、下記数式１に基づいて設定する、ことを特徴とするレーザ光線を利用した加工方法。