JP2006250539A - 溝深さ測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溝深さ測定器の精度に依存することなく、溝深さ測定器の精度よりも更に高い精度でレーザ加工溝の深さを測定可能にすること。
【解決手段】レーザ加工溝８０の深さを測定する溝深さ測定方法は、ウエーハ３４に形成されたレーザ加工溝８０の延在方向に平行な一つの溝深さ測定経路Ｌ１を設定しかつ溝深さ測定器７０を、溝深さ測定経路Ｌ１に位置付けてレーザ加工溝８０の深さを測定する最初の溝深さ測定ステップと、ウエーハ３４を、溝深さ測定経路Ｌ１に直交する方向にそれぞれ一定の間隔で順次に割り出し送りして溝深さ測定経路Ｌ１に平行な他の溝深さ測定経路Ｌ２〜Ｌｎに位置付ける毎にレーザ加工溝８０の深さを測定する他の複数の溝深さ測定ステップとを含む。
【選択図】 図５

Description

本発明は、被加工物、例えば半導体ウエーハの表面又は裏面にレーザ光線を照射することにより形成されたレーザ加工溝の深さを測定する溝深さ測定方法に関する。

半導体チップの製造においては、ほぼ円板形状である半導体ウエーハ（以下、単にウエーハと略称する）の表面に、格子状に配列されたストリートによって複数個の矩形領域を区画し、矩形領域の各々に、ＩＣ、ＬＳＩ、発光ダイオードなどの半導体回路を形成する。そして、ウエーハをストリートに沿って切断することにより、矩形領域を個々に分離して半導体チップを製造する。ウエーハのストリートに沿った切断には、通常、ダイサーと称されている切削装置が使用されている。この切削装置は、被加工物であるウエーハを保持するチャックテーブルと、チャックテーブルに保持されたウエーハを切断するための切断手段と、チャックテーブルと切断手段を相対的に移動させる移動手段とを備えている。切断手段は、高速回転させられるスピンドルと、スピンドルに装着された切削ブレードを含んでいる。切断ブレードは、ダイヤモンドブレードと称されている、ダイヤモンド粒子を、例えばニッケル鍍金で、あるいはレジンボンドの如き適宜のボンドで結合することによって形成することができる薄肉円板形状のものが使用されている。

近時においては、半導体チップの機能を向上させるために、シリコンウエーハの如きウエーハの表面に、ＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）などの無機物系の膜、ポリイミド系、パリレン系などのポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体皮膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）を積層したウエーハが実用に供されている。

このような低誘電率絶縁体皮膜を上記切削ブレードでストリートに沿って切断すると、低誘電率絶縁体皮膜は雲母のように多層に積層されていると共に非常に脆いことから、低誘電率絶縁体皮膜が剥離し、この剥離が回路にまで達し、半導体チップに致命的な損傷を与えるという問題がある。

そこで、ダイサーと称されている上記切削装置でウエーハを切断するのに先立って、ストリートにレーザ光線を照射して低誘電率絶縁体皮膜を除去する技術が、本出願人である株式会社ディスコにより開発され、出願されている（特許文献１参照）。また、切削ブレードによりストリートを切断するのに先立って、ストリートの両側にレーザ光線を照射して溝を形成し、切削ブレードが低誘電率絶縁体皮膜を損傷することを回避する技術も、本出願人である株式会社ディスコにより開発され、出願されている（特願２００３−２９２１８９）。他方、発光ダイオードなどの光デバイスは、サファイヤなどの比較的モース硬度の高いウエーハに形成されるため、切削ブレードによる切断が困難であるという問題がある。このため、ウエーハのストリートにレーザ光線を照射して、分割に必要な深さのレーザ加工溝を形成して、個々の半導体チップに分割する技術も開発されている（特許文献２参照）。

上記いずれの技術においても、レーザ光線の出力、パルス幅、スポット径、繰り返し周波数、ウエーハの加工送り速度などの加工条件によって、レーザ加工により形成される溝、すなわちレーザ加工溝の深さが異なる。このことから、レーザ加工溝を形成した後、その深さを実測して、所望する深さを有するレーザ加工溝を形成するための条件を調整する必要がある。

ところが、レーザ光線の照射によって形成されるレーザ加工溝の幅は１０μｍ前後と狭く、レーザ加工溝の深さを測定する溝深さ測定器の精度に依存して、所望する精度でレーザ加工溝の深さを測定できない、との問題がある。例えば、株式会社キーエンスが、「ダブルスキャン高精度レーザ測定器ＬＴ−９０００シリーズ」と称して販売している溝深さ測定器は、２μｍのスポット径を有するレーザ光線を２μｍのピッチで、所定のスキャン方向に所定のスキャン幅だけ直線状にスキャンすることによって、溝の深さを測定することができる。この溝深さ測定器を利用して、例えば１０μｍの幅を有するレーザ加工溝の深さを測定する場合、レーザ加工溝の幅を５分割してその深さを測定することができるが、１０分割の精度をもって測定することはできない。
特開２００３−３２０４６６号公報 特開２００４−００９１３９号公報

本発明の目的は、レーザ光線の照射によって被加工物の表面に形成されたレーザ加工溝の深さを溝深さ測定器を利用して測定するに際し、該溝深さ測定器の精度に依存することなく、該溝深さ測定器の精度よりも更に高い精度で測定することを可能にする、新規な溝深さ測定方法を提供することである。

本発明によれば、
被加工物の表面又は裏面にレーザ光線を照射してレーザ加工溝を形成し、該レーザ加工溝にレーザ光線を照射しかつ所定のスキャン方向にスキャンして深さを測定することができる溝深さ測定器を、該所定のスキャン方向が常に該レーザ加工溝の延在方向と一致するよう配設して、該レーザ加工溝の深さを測定する溝深さ測定方法であって、
該被加工物に形成された該レーザ加工溝の延在方向に平行な一つの溝深さ測定経路を設定しかつ該溝深さ測定器を、該溝深さ測定経路に位置付けて該レーザ加工溝の深さを測定する最初の溝深さ測定ステップと、該溝深さ測定器又は被加工物を、該溝深さ測定経路に直交する方向にそれぞれ一定の間隔で順次に割り出し送りして該溝深さ測定経路に平行な他の溝深さ測定経路に位置付ける毎に該レーザ加工溝の深さを測定する他の複数の溝深さ測定ステップとを含む、
ことを特徴とする溝深さ測定方法、が提供される。
該溝深さ測定器は、レーザ光線を該加工溝に照射しかつ反射光を受光することにより該レーザ加工溝の深さを測定する、ことが好ましい。
該溝深さ測定器によって該レーザ加工溝に向けて照射するレーザ光線のスポット径は２μｍであり、該一定の間隔は１μｍである、ことが好ましい。

以下、本発明に従って構成された溝深さ測定方法の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。

先ず、図１を参照して、本発明による溝深さ測定方法を実施することができる加工機の実施形態を説明する。図示の加工機は支持基板２を有し、この支持基板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。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、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、垂下部にはＸ軸方向に貫通する雌ねじ孔が形成され、雌ねじ孔にねじ軸８が螺合されている。従って、パルスモータ１０が正転させられると第一の滑動ブロック６が矢印１２で示す方向に移動させられ、パルスモータ１０が逆転させられると第一の滑動ブロック６が矢印１４で示す方向に移動させられる。

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、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、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、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が正転させられると第二の滑動ブロック１８が矢印２４で示す方向に移動させられ、パルスモータ２２が逆転させられると第一の滑動ブロック１８が矢印２６で示す方向に移動させられる。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ウエーハ３４が図示されている。ウエーハ３４は、シリコンウエーハ、サファイヤウエーハの如きウエーハ本体を備えている。このウエーハ本体の表面３４ａ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ＩＣ、ＬＳＩ、発光ダイオードなどの半導体回路が形成されている。図３に示されているように、図示の実施形態において、ウエーハ３４の表面３４ａには保護テープ４０が貼着される。後述するように、ウエーハ３４の裏面３４ｂにレーザ加工溝８０（図４参照）を形成する際には、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を反転させて保護テープ４０で覆われた表面３４ａがチャック板３０の上面に面し、したがって、裏面３４ｂが上に向けられるようにして載置する。この状態でチャック板３０を真空源（図示していない）に連通させ、チャック板３０上にウエーハ３４を真空吸着する。このような保持形態は周知である。

ウエーハ３４をチャック板３０上に保持する形態には、周知の別の形態もある。すなわち、この図示しない別の形態においては、中央部に円形開口を有するフレームの該開口内にウエーハ３４を上記の如く反転して配置し、装着テープを介してフレームに装着する。装着テープはフレーム及びウエーハ３４の下面側においてフレームの該開口を跨いで延在させられており、フレームの下面及びウエーハ３４の下面（保護テープ４０で覆われた表面３４ａ）に貼着される。ウエーハ３４の裏面３４ｂにレーザ加工溝８０を形成する際には、上記保持手段２８におけるチャック板３０上に上記反転状態のウエーハ３４を位置させてチャック板３０を真空源に連通させ、チャック板３０上にウエーハ３４を真空吸着する。保持手段２８の一対の把持手段３２は上記フレームを把持する。

再び図１を参照して説明を続けると、上記支持基板２上にはＹ軸方向に延びる一対の案内レール４４が配設されており、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、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、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、この雌ねじ孔にねじ軸４７が螺合されている。従って、パルスモータ４８が正転させられると第三の滑動ブロック４６が矢印２４で示す方向に移動させられ、パルスモータ４８が逆転させられると第三の滑動ブロック４６が矢印２６で示す方向に移動させられる。

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、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、この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に向けて突出させられた突出部（図示していない）が形成されており、この突出部にはＺ軸方向に貫通する雌ねじ孔が形成されており、この雌ねじ孔に上記ねじ軸が螺合させられている。従って、パルスモータ５８が正転させられると第四の滑動ブロック５６が矢印６０で示す方向に移動すなわち上昇させられ、パルスモータ５８が逆転させられると第四の滑動ブロック５６が矢印６２で示す方向に移動すなわち下降させられる。

第四の滑動ブロック５６には全体を番号６４で示すレーザ光線発生手段が装着されている。図示のレーザ光線発生手段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２６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。ケーシング６６内には、図示しないレーザ光線発振手段、パルス幅設定手段、波長設定手段、出力設定手段、繰り返し周波数設定手段、出力調整手段、これらを制御するコントローラなどが配設されている。これらの構成は周知の構成を利用することでよいので、説明は省略する。上記ケーシング６６の先端には、それ自体は周知の形態でよいレーザ光線照射手段６７が装着されている。

上記ケーシング６６の先端部には、Ｘ軸方向であって図１において矢印１４で示す方向に水平に延び出す支持フレーム６８が配設されている。支持フレーム６８には、溝深さ測定器７０と、それ自体は周知の構成を利用することでよいアライメント手段７２とが配設されている。溝深さ測定器７０は、後述するレーザ加工溝８０に、レーザ光線を照射しかつ所定のスキャン方向に所定のスキャン幅だけ直線状にスキャンして深さを測定することができる。実施形態において、溝深さ測定器７０は、株式会社キーエンスが、「ダブルスキャン高精度レーザ測定器ＬＴ−９０００シリーズ」と称して販売している溝深さ測定器からなる。この溝深さ測定器７０は、レーザ光線をレーザ加工溝８０に照射しかつ反射光を受光することによりレーザ加工溝８０の深さを測定するよう構成されている。実施形態において、溝深さ測定器７０は、２μｍのスポット径を有するレーザ光線を２μｍのピッチで、所定のスキャン方向に所定のスキャン幅だけ直線状にスキャンすることによって、溝の深さを測定することができる。

本発明による溝深さ測定方法は、被加工物であるウエーハ３４の表面３４ａ又は裏面３４ｂにレーザ光線を照射してレーザ加工溝８０（図４及び図５参照）を形成し、このレーザ加工溝８０に、レーザ光線を照射しかつ所定のスキャン方向に所定のスキャン幅だけ直線状にスキャンして深さを測定することができる溝深さ測定器７０を、該所定のスキャン方向が常に該レーザ加工溝８０の延在方向と一致するよう配設して、該レーザ加工溝８０の深さを測定する溝深さ測定方法である。実施形態において、溝深さ測定器７０は、所定のスキャン方向がレーザ加工溝８０の延在方向（図１及び図５においてX軸方向）と一致するよう、支持フレーム６８に離脱自在に装着される。

なお、上記加工機による、後述するレーザ加工溝８０の形成及びレーザ加工溝８０の深さの測定に際しては、上記第一、第二、第三及び第四の滑動ブロック６、１８、４６及び５６を、それぞれ適宜に相対移動させることにより、チャック板３０上に位置付けられたウエーハ３４と、レーザ光線照射手段６７、アライメント手段７２及び溝深さ測定器７０との相対位置を、所望のとおりに決定することができる。

本発明による溝深さ測定方法の実施形態は、上記加工機により、次のとおりにして遂行することができる。図１を参照して、保持手段２８上には、ウエーハ３４が図３に示すように裏面３４ｂを上にして保持される。アライメント手段７２は、赤外線によって画像を認識できるCCDが配設されており、赤外線を照射してウエーハ３４の裏面を透かして表面に形成されたストリート３６を認識することによって、保持手段２８上に保持されたウエーハ３４における特定のストリート３６の位置が十分精密に検出される。そして、レーザ光線照射手段６７から下方に照射されるレーザ光線が特定のストリート３６の裏側に到達するよう、レーザ光線照射手段６７と保持手段２８とが相対的に位置付けられる。そして、レーザ光線照射手段６７からウエーハ３４に向けてレーザ光線（パルスレーザ光線）を照射しながら、保持手段２８が装着されている支持テーブル２７、従って保持手段２８に保持されているウエーハ３４が例えば、図１において矢印１２で示すX軸方向に所定の送り速度で水平に移動させられる。このようにして特定のストリート３６に沿ってレーザ光線が照射され、特定のストリート３６に沿って、ウエーハ３４の裏面３４ｂにレーザ加工溝８０が形成される（図４参照）。

以上のようにして、被加工物であるウエーハ３４の裏面３４ｂにレーザ光線を照射してレーザ加工溝８０を形成する溝加工ステップ（工程）が行われる。この溝加工ステップおいて、レーザ光線の照射は、例えば以下の加工条件に基づいて行われる。
レーザ光線の光源：ＹＡＧレーザ又はＹＶＯレーザ
波長 ：３５５ｎｍ、２６５ｎｍ又は２１３ｎｍ
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ
平均出力 ：０．３Ｗ〜４．０Ｗ
スポット径 ：１．０μm〜２０．０μm
パルス幅 ：１０ｎｓ〜１００ｎｓ
送り速度 ：１ｍｍ/ｓ〜８００ｍｍ/ｓ

溝加工ステップ（工程）を実施して、ウエーハ３４の裏面３４ｂにレーザ加工溝８０を形成したならば、ウエーハ３４におけるレーザ加工溝８０の延在方向に平行な一つの溝深さ測定経路（基準溝深さ測定経路）を設定する。図５において、２点鎖線L１は、この溝深さ測定経路を示している。溝深さ測定経路Ｌ１の設定は、レーザ加工溝８０の中心からＹ軸方向の距離を設定することでよく、図示の実施形態においては、レーザ加工溝８０の側縁に沿ったウエーハ３４の裏面３４ｂに設定される。

図５を参照して、一つの溝深さ測定経路（基準溝深さ測定経路）Ｌ１を設定した後、溝深さ測定器７０を溝深さ測定経路Ｌ１上に位置付ける。この位置付けは、例えば、先に設定したレーザ加工溝８０の形成位置を基準として、保持手段２８又は第三の滑動ブロック４６、したがって溝深さ測定器７０を、Ｙ軸方向に所定量、移動させかつ、保持手段２８に保持されたウエーハ３４を図１において矢印１４で示すＸ軸方向に所定量移動させることにより行うことができる。溝深さ測定器７０を溝深さ測定経路Ｌ１上に位置付けたならば、溝深さ測定器７０を作動させる。溝深さ測定器７０は、例えば、図５において左から右に向かってＸ軸方向に、溝深さ測定経路Ｌ１に沿って所定のスキャン幅Ｗだけレーザ光線を照射しながら、スキャンして、レーザ加工溝８０の深さを測定する。図５において、符号Ｄは、溝深さ測定器７０により照射されるレーザ光線のスポット径を示している。図示の実施形態において、レーザ加工溝８０の幅はほぼ１０μｍ、スポット径Ｄは２μｍ、スキャン方向のピッチは２μｍ、スキャン幅Ｗは、実質的に１０μｍである。このようにして、レーザ加工溝８０の深さを測定する最初の溝深さ測定ステップを遂行する。

レーザ加工溝８０の深さを測定する最初の溝深さ測定ステップを遂行したならば、他の複数の溝深さ測定ステップを遂行する。他の複数の溝深さ測定ステップは、第三の滑動ブロック４６、したがって溝深さ測定器７０又は保持手段２８、したがって被加工物であるウエーハ３４を、溝深さ測定経路Ｌ１に直交する水平方向に（図示の実施形態においては、図５において上から下に向かってＹ軸方向に水平に）それぞれ一定の間隔ｄをおいて順次に割り出し送りして、溝深さ測定経路Ｌ１に平行な他の複数の溝深さ測定経路Ｌ２〜Ｌ７に位置付ける毎にレーザ加工溝８０の深さを測定することにより遂行する。図示の実施形態において、該一定の間隔ｄは１μｍである。なお、図示の実施形態において、溝深さ測定経路Ｌ１に平行な他の溝深さ測定経路は、Ｌ２〜Ｌ７だけ図示されているが、上記割り出し送りは、レーザ加工溝８０の全幅に跨って行なうことにより、レーザ加工溝８０の深さをレーザ加工溝８０の全幅にわたって正確に測定することができる。したがって、他の複数の溝深さ測定経路の数は、Ｌ２〜Ｌｎとして表すことができる。

上記説明から明らかなように、本発明による溝深さ測定方法によれば、例えば、２μｍの間隔でスキャンすることによりレーザ加工溝８０の深さを測定できる溝深さ測定器７０を利用してレーザ加工溝８０の深さを測定したとしても、スキャン方向が常にレーザ加工溝８０の延在方向と一致するよう配設して、ウエーハ３４又は溝深さ測定器７０を、スキャン方向に直交する方向であるレーザ加工溝８０に直交する方向に１μｍの間隔で、順次に複数回割り出し送りして、溝深さ測定経路Ｌ１に平行な他の複数の溝深さ測定経路Ｌ２〜Ｌｎに位置付ける毎にレーザ加工溝８０の深さを測定するので、溝深さ測定器７０の精度を２倍の精度にせしめてレーザ加工溝８０の深さを測定することを可能にする。その結果、レーザ加工溝８０を形成するレーザ光線発生手段６４の加工条件を高精度で調整することが可能になる。

上記実施形態においては、ウエーハ３４の裏面３４ｂにレーザ加工溝８０を形成し、このレーザ加工溝８０の深さを測定しているが、ウエーハ３４の表面３４ａにレーザ加工溝８０を形成し、このレーザ加工溝８０の深さを測定する他の実施形態もある。

本発明による溝深さ測定方法を実施することができる加工機の実施形態の主要構成要素を示す斜視図である。 被加工物である半導体ウエーハの斜視図である。 図２に示す半導体ウエーハを、表面に保護テープを貼着しかつ反転して裏面側から見た斜視図である。 図３に示す半導体ウエーハの裏面に、１本の特定のストリートに沿って１本のレーザ加工溝を形成した状態を示す平面図である。 本発明による溝深さ測定方法を遂行して、図４に示すレーザ加工溝の深さを測定する実施形態を説明するための模式図であって、レーザ加工溝は平面図で示し、溝深さ測定器は図１においてＹ軸方向に見た正面図を平面に展開した部分簡略図で示している。

符号の説明

２８：保持手段
３０：チャック板
３４：半導体ウエーハ
３４ａ：半導体ウエーハの表面
３４ｂ：半導体ウエーハの裏面
３６：ストリート
６４：レーザ光線発生手段
６７：レーザ光線照射手段
７０：深さ測定器
８０：レーザ加工溝
ｄ：割り出し送り間隔
Ｄ：溝深さ測定器のレーザ光線のスポット径
Ｌ１：溝深さ測定経路
Ｗ：溝深さ測定器のスキャン幅

Claims (3)

1. 被加工物の表面又は裏面にレーザ光線を照射してレーザ加工溝を形成し、該レーザ加工溝にレーザ光線を照射しかつ所定のスキャン方向にスキャンして深さを測定することができる溝深さ測定器を、該所定のスキャン方向が常に該レーザ加工溝の延在方向と一致するよう配設して、該レーザ加工溝の深さを測定する溝深さ測定方法であって、
   該被加工物に形成された該レーザ加工溝の延在方向に平行な一つの溝深さ測定経路を設定しかつ該溝深さ測定器を、該溝深さ測定経路に位置付けて該レーザ加工溝の深さを測定する最初の溝深さ測定ステップと、該溝深さ測定器又は被加工物を、該溝深さ測定経路に直交する方向にそれぞれ一定の間隔で順次に割り出し送りして該溝深さ測定経路に平行な他の溝深さ測定経路に位置付ける毎に該レーザ加工溝の深さを測定する他の複数の溝深さ測定ステップとを含む、
   ことを特徴とする溝深さ測定方法。
2. 該溝深さ測定器は、レーザ光線を該加工溝に照射しかつ反射光を受光することにより該レーザ加工溝の深さを測定する、請求項１記載の溝深さ測定方法。
3. 該溝深さ測定器によって該レーザ加工溝に向けて照射するレーザ光線のスポット径は２μｍであり、該一定の間隔は１μｍである、請求項１又は請求項２記載の溝深さ測定方法

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