JP2009140958A - レーザーダイシング装置及びダイシング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オペレータの経験によらず、適正な加工条件を安定して選択することが可能なレーザーダイシング装置及びダイシング方法を提供する。
【解決手段】ＳＤカメラなどを用いてウェーハの厚さを測定し（Ｓ１２）、ウェーハの表面又は内部の性質を示すウェーハ性質情報を取得する（Ｓ１４）。測定されたウェーハの厚さに基づいて、チップ分割用の改質領域の厚さ・層数を決定する（Ｓ１６）。Ｓ１４で取得されたウェーハ性質情報に基づいて、Ｓ１６で決定された改質領域の厚さ・層数を実現するための加工条件がデータベースから選択される（Ｓ１８）。
【選択図】図５

Description

本発明は、ウェ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及びダイシング方法に関する。

ウェーハを個々のチップに分割するダイシング装置として、レーザー光によりチップ分割用の改質領域をウェーハに形成するレーザーダイシング装置が知られている。

このようなレーザーダイシング装置では、高精度にダイシングを行うため、ダイシング対象のウェーハの厚さに応じて、改質領域をウェーハに形成する際の加工条件（以下、単に「加工条件」という。）を適切に設定する必要がある。

加工条件を設定する方法として、オペレータが、経験に基づいてウェーハの厚さに対応する加工条件を選択し、選択した加工条件を装置に手動で入力する方法がある。しかし、この方法はオペレータ個人の経験に依存するところが大きく、選択される加工条件に個人差がある。また選択された加工条件は、最終的に装置に手動で入力されるため、オペレータの入力ミスに起因する加工不良が起こる場合もある。

そこで、ウェーハの厚さに基づいて加工条件を自動的に選択するレーザーダイシング装置が提案されている。

例えば、特許文献１には、ダイシング対象のウェーハの厚さを測定し、厚さ測定値に対応する加工条件をデータベースから自動的に選択するレーザーダイシング装置が記載されている。このレーザーダイシング装置によれば、オペレータの経験によらない条件選択が可能となり、オペレータの入力ミスを防止することも可能となる。
特開２００７−９５９５２号公報

ダイシング対象のウェーハの品種は様々であり、ウェーハの厚さだけでなく、ウェーハの表面及び内部の性質も品種ごとに異なるのが一般的である。そして、適正な加工条件は、ウェーハの厚さだけでなく、ウェーハの表面及び内部の性質にも依存する。

このため、様々な品種のウェーハに対して、安定して適正な加工条件を選択するためには、ウェーハの表面及び内部の性質も考慮して加工条件を決定する必要がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、オペレータの経験によらず、適正な加工条件を安定して選択することが可能なレーザーダイシング装置及びダイシング方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、改質領域形成用のレーザー光をウェーハに照射するレーザー光照射手段と、前記ウェーハの表面又は内部の性質を示すウェーハ関連情報を取得する情報取得手段と、前記情報取得手段が取得する前記ウェーハ関連情報に基づいて、前記ウェーハに改質領域を形成する加工条件を決定する加工条件決定手段と、前記加工条件決定手段が決定する前記加工条件に基づいて、前記レーザー光照射手段を制御する制御部とを備えるレーザーダイシング装置に関する。

当該レーザーダイシング装置によれば、ウェーハの表面又は内部の性質を示すウェーハ関連情報に基づいて加工条件を決定し、オペレータの経験によらず、適正な加工条件を安定して選択することができる。

上述のレーザーダイシング装置は、前記ウェーハの厚さを取得する厚さ取得手段をさらに含み、前記加工条件決定手段は、前記情報取得手段が取得する前記ウェーハ関連情報と、前記厚さ取得手段が取得する前記ウェーハの厚さとに基づいて、前記加工条件を決定してもよい。

これにより、厚さの異なるウェーハをダイシングする場合であっても、ウェーハの厚さによらず、高精度にダイシングを行うことが可能である。

前記ウェーハ関連情報は、前記ウェーハのドープ量と、前記ウェーハの表面の膜種と、前記ウェーハに対する前記レーザー光の透過率とのうち少なくとも一つを含んでもよい。

上述のレーザーダイシング装置は、加工条件をウェーハ関連情報に対応付けて記憶する記憶手段をさらに備え、前記加工条件決定手段は、前記情報取得手段が取得した前記ウェーハ関連情報に対応付けられた前記加工条件を、前記記憶手段から選択してもよい。

前記加工条件は、前記ウェーハに対する前記レーザー光の走査速度と、前記レーザー光の繰り返し走査回数と、前記レーザー光の焦点位置と、前記レーザー光のパワーと、前記レーザー光のパルス幅とのうち少なくとも一つを含んでもよい。

上記目的を達成するため、本発明の一態様は、ウェーハの表面又は内部の性質を示すウェーハ関連情報を取得する情報取得工程と、前記情報取得工程において取得される前記ウェーハ関連情報に基づいて、前記ウェーハに改質領域を形成する加工条件を決定する加工条件決定工程と、前記加工条件決定工程において決定される前記加工条件に基づいて、前記ウェーハに改質領域形成用のレーザー光を照射するレーザー光照射工程とを含むダイシング方法に関する。

本発明によれば、ウェーハの表面又は内部の性質を示すウェーハ関連情報に基づいて加工条件を決定し、オペレータの経験によらず、適正な加工条件を安定して選択することができる。

以下添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るレーザーダイシング装置１０の概略を示す構成図である。図２は、レーザーダイシング装置１０に搬入されるワークウェーハ１２の一例を示す斜視図である。ワークウェーハ１２は、フレームＦにたるみなく張られたダイシングテープＳと、ダイシングテープＳの上に固定されたウェーハＷとを含む。

図１に示すように、レーザーダイシング装置１０は、本体ベース２６と、本体ベース２６上に設けられたウェーハ移動部２０と、ウェーハ移動部２０に載置されるワークウェーハ１２に対向するように設けられた測定光学部３０と、測定光学部３０と並ぶように配置されたレーザー光学部４０と、ウェーハ移動部２０、測定光学部３０及びレーザー光学部４０と接続された制御部５０と、制御部５０に接続された記憶部５２とを備える。

ウェーハ移動部２０は、ワークウェーハ１２が載置される吸着ステージ２４と、吸着ステージ２４と一体的に設けられたＸＹＺθテーブル２２とを有する。

吸着ステージ２４は、不図示のポンプを有するとともに、複数の吸着穴が表面に設けられている。吸着ステージ２４は、制御部５０の制御信号に従って、ポンプを作動させることにより、吸着穴を介してワークウェーハ１２を吸着保持する。

ＸＹＺθテーブル２２は、制御部５０の制御信号に従って、ＸＹＺθの４方向に移動する。図１に示す例では、ＸＹＺの３方向は互いに直交し、このうちＸ方向およびＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。またθ方向は、鉛直方向軸（Ｚ軸）を回転軸とする回転方向である。

記憶部５２は、ウェーハの表面又は内部の性質を示す情報（以下、「ウェーハ性質情報」という。）に対応付けて、加工条件を記憶する。ここでウェーハ性質情報は、ウェーハのサイズ（厚さ及び直径）以外の情報を指し、ウェーハＷに添加されたドーパントの種類・ドープ量、ウェーハＷの表面に形成された膜（例えば、酸化膜や金属膜）の種類、ウェーハＷに対するレーザー光の透過率などを含む。加工条件としては、例えば、レーザー光の走査速度（すなわち、レーザー光学部４０に対するＸＹＺθテーブル２２の移動速度）、レーザー光の繰り返し走査回数（すなわち、レーザー光学部４０に対するＸＹＺθテーブル２２の繰り返し移動回数）、レーザー光学部４０がワークウェーハ１２に照射するレーザー光のパワー・パルス幅などが挙げられる。

制御部５０は、ＣＰＵを含むマイクロプロセッサとして構成され、処理プログラムを記憶するＲＯＭと、一時的にデータを記憶するＲＡＭと、各種信号の送受信が行われる入出力ポートとを有する。

制御部５０は、ＲＯＭに記憶された処理プログラムにしたがって、測定光学部３０により測定されるウェーハＷの厚さに応じて、チップ分割用の改質領域の厚さ及び改質領域の層数を決定する。例えば、ウェーハＷが比較的厚い場合には、チップ分割用の改質領域を厚くしたり、改質領域の層数を増やしたりする。

さらに制御部５０は、記憶部５２を参照して、測定光学部３０により取得されたウェーハ性質情報に対応する加工条件を選択することにより、ウェーハＷの厚さに応じて決定された改質領域の厚さ及び改質領域の層数を実現するための加工条件を決定する。

そして当該加工条件に基づいて、制御部５０は、ＸＹＺθテーブル２２及びレーザー光学部４０を制御する。例えば、制御部５０は、加工条件により規定されるレーザー光の走査速度及びレーザー光の繰り返し走査回数に基づいて、レーザー光学部４０に対してＸＹＺθテーブル２２を移動させる。

図３は、測定光学部３０の構成を示す図である。測定光学部３０は、本体３１と、本体３１の内部に収容される照明装置３２、コリメートレンズ３３、ハーフミラー３４、コンデンスレンズ３６、アクチュエータ３８及びＣＣＤセンサー３９とを有するＳＤカメラである。

照明装置３２は測定用の照明光を発光する。照明装置３２により発光された照明光はコリメートレンズ３３で平行光に揃えられ、ハーフミラー３４で反射され、コンデンスレンズ３６で集光されて、ウェーハＷに到達する。ウェーハＷに到達した照明光の一部は、ウェーハＷで反射されて、コンデンスレンズ３６及びハーフミラー３４を介してＣＣＤセンサー３９に到達する。

ＣＣＤセンサー３９は、ウェーハＷで反射した光を電気信号に変換し、当該電気信号を図１に示す制御部５０に送る。制御部５０では、当該電気信号に基づいて、ウェーハＷの表面の撮像データ及びウェーハＷからの反射光の全光量値（ＳＦＶ値）が算出される。

コンデンスレンズ３６の表面には、ウェーハ表面位置測定用の模様（レチクル）が刻印されており、照明光の焦点ＯがウェーハＷの表面に一致する場合、ＣＣＤセンサー３９を用いて撮像されたウェーハＷの表面像には、上述の模様（レチクル）がはっきりと映る。

アクチュエータ３８は、中空の円筒形状の圧電素子であり、上端が本体３１に固定されており、下端がコンデンスレンズ３６を保持するレンズフレーム（図示せず）に固定されている。このような構成を有するアクチュエータ３８は、制御部５０からの印加電圧に応じて伸縮することで、コンデンスレンズ３６を光軸方向（Ｚ方向）に微小移動させる。

図４は、レーザー光学部４０の構成を示す図である。レーザー光学部４０は、本体４１と、本体４１に収容されるレーザー発振装置４２、コリメートレンズ４４、コンデンスレンズ４６及びアクチュエータ４８を有する。

レーザー発振装置４２は、制御部５０が選択した加工条件に基づいて、レーザー光を発振する。例えば、レーザー発振装置４２は、パルス幅が１μｓ以下であって、焦点におけるピークパワー密度が１×１０^８（Ｗ／ｃｍ^２）以上となるレーザー光を発振する。

レーザー発振装置４２により発振されたレーザー光は、コリメートレンズ４４で平行光に揃えられ、集光レンズ４６により焦点Ｐにおいて集光される。レーザー光の焦点Ｐの近傍では、多光子吸収が誘起されて改質領域１１０が形成される。図１に示すＸＹＺθテーブル２２がウェーハＷ（ワークウェーハ１２）をレーザー光学部４０に対して移動させることにより、改質領域１１０は、焦点Ｐの軌跡に沿って連続的に形成される。なお、レーザー光の焦点ＰのＺ方向位置（深さ）を変化させて、ウェーハＷ（ワークウェーハ１２）をレーザー光学部４０に対して繰り返し移動させた場合は、改質領域１１０は多層状に形成される。

アクチュエータ４８は、中空の円筒形状の圧電素子であり、上端は本体４１に固定されており、下端はコンデンスレンズ４６を保持するレンズフレーム（図示せず）に固定されている。このような構成を有するアクチュエータ４８は、制御部５０からの印加電圧に応じて伸縮することで、コンデンスレンズ４６を光軸方向（Ｚ方向）に微小移動させて、レーザー光の焦点ＰのＺ方向位置を調整する。

次にレーザーダイシング装置１０を用いたダイシング方法について、図５を参照して説明する。図５はレーザーダイシング装置１０を用いたダイシング方法の流れを示すフローチャートである。

まずワークウェーハ１２をレーザーダイシング装置１０に搬入し（図５のＳ１０）、吸着ステージ２４に載置する。ワークウェーハ１２の搬入は任意の手法で行われる。例えば、ワークウェーハ１２を格納したカセットをエレベータにより所定の位置まで運び、この位置でワークウェーハ１２をカセットから搬送装置に受け渡して、当該搬送装置により吸着ステージ２４まで搬送する。

次に、測定光学部３０を用いてウェーハＷの厚さを測定する（Ｓ１２）。具体的には、制御部５０が、ＣＣＤセンサー３９を用いて撮像されたウェーハＷの表面像に対して画像認識を行い、コンデンスレンズ３６に刻印された模様（レチクル）の有無を判定する。画像認識の結果、ウェーハＷの表面像に模様（レチクル）がはっきりと映っていれば、アクチュエータ３８に対する印加電圧に基づいてウェーハＷの表面の位置を算出する。一方、ウェーハＷの表面像に模様（レチクル）が映っていなければ、アクチュエータ３８に印加する電圧を変更して、画像認識を再度行う。ウェーハＷの表面像に模様（レチクル）が検出されるまで、アクチュエータ３８への印加電圧の変更および画像認識を繰り返す。このようにして得られるウェーハＷの表面位置は、吸着ステージ２４の表面を基準とするウェーハＷの表面のＺ方向位置（高さ）であるから、記憶部５２に予め記憶されているダイシングテープＳの厚さを当該表面位置から減算することでウェーハＷの厚さが測定される。ウェーハＷの厚さの測定は、例えば、ダイシングライン上の所定の一箇所で行ってもよいし、ダイシングライン上の複数箇所で行って平均値を算出してもよい。

次に、測定光学部３０を用いて、ウェーハＷのウェーハ性質情報が取得される（Ｓ１４）。例えば、ウェーハＷからの反射光の光量はウェーハＷの表面の膜種に依存するという事実を利用して、ＣＣＤセンサー３９を用いて測定されたウェーハＷからの反射光の全光量値（ＳＦＶ値）に基づいて、ウェーハＷの表面の膜種に関する情報を取得することができる。ウェーハ性質情報の取得は、例えば、ダイシングライン上の所定の一箇所で行ってもよいし、ダイシングライン上の複数箇所で行ってもよい。

制御部５０は、観察光学部３０を用いて測定されたウェーハＷの厚さに応じて、改質領域１１０の厚さ及び改質領域１１０の層数を決定する（Ｓ１６）。例えば、制御部５０が有するＲＯＭに保存されている処理プログラムにしたがって、改質領域１１０の厚さ及び改質領域１１０の層数が決定される。

制御部５０は、記憶部５２を参照して、測定光学部３０を用いて取得されたウェーハ性質情報に対応付けられた加工条件を選択することにより、Ｓ１６で決定された改質領域１１０の厚さ及び改質領域１１０の層数を実現するための加工条件を決定する（Ｓ１８）。

制御部５０により決定された加工条件に基づいて、ＸＹＺθテーブル２２及びレーザー光学部４０が制御されて、ダイシングラインに沿って改質領域１１０が形成される（Ｓ２０）。このとき、測定光学部３０を用いてウェーハＷの表面を観察することにより、ウェーハＷの表面でアブレーションが起きていないことを確認してもよい。

全てのダイシングラインについて改質領域形成加工が終了していなければ（Ｓ２２のＮＯ判定）、レーザー光学部４０の直下に次のダイシングラインが位置するように、ＸＹＺθテーブル２２を用いてワークウェーハ１２を移動させる（Ｓ２４）。そして、当該次のダイシングラインに沿って改質領域１１０が形成される（Ｓ２０）。

一方、全てのダイシングラインについて改質領域形成加工が終了すれば（Ｓ２２のＹＥＳ判定）、ワークウェーハ１２をレーザーダイシング装置１０から取り出して、改質領域形成加工を終了する。改質領域形成加工を経たウェーハＷは、ダイシングラインに沿って改質領域１１０が形成されており、この改質領域１１０をきっかけとして、わずかな外力により個々のチップに分割される。

以上説明したように本実施形態によれば、測定光学部３０が取得するウェーハＷに関するウェーハ性質情報に基づいて、制御部５０により加工条件が選択されるため、オペレータの経験によらず、適正な加工条件を安定して自動的に選択することができる。

また本実施形態によれば、測定光学部３０により測定されるウェーハＷの厚さに基づいて、改質領域１１０の厚さ及び改質領域１１０の層数が決定されるため、厚さの異なるウェーハＷをダイシングする場合であっても、ウェーハＷの厚さによらず、高精度にダイシングを行うことが可能である。

本発明の一例について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

例えば、上述の実施形態では、測定光学部３０を用いてウェーハＷの表面の膜種に関するウェーハ性質情報を取得する例について説明したが、レーザー発振装置４２により発振されたレーザー光を用いて、ウェーハＷに対するレーザー光の透過率に関するウェーハ性質情報を取得してもよい。

図６は、ウェーハＷに対するレーザー光の透過率の測定原理を示す図である。図６に示すレーザー光学部４００は、図１に示すレーザー光学部４０にハーフミラー４５及びＣＣＤセンサー４７を追加した構成を有する。このレーザー光学部４００を用いて、表面に金属膜１１２が設けられたウェーハＷの裏面からレーザー光を照射する。このとき、レーザー光の焦点Ｐが金属膜１１２と一致するように、アクチュエータ４８に印加する電圧が調整される。これにより、レーザー発振装置４２により発振されたレーザー光は、ウェーハＷの内部を透過して、焦点Ｐにおいて金属膜１１２により反射される。反射されたレーザー光は、ウェーハのコンデンスレンズ４６及びハーフミラー４５を経てＣＣＤセンサー４７で受光され、金属膜１１２で反射したレーザー光の全光量値（ＳＦＶ値）が算出される。この全光量値はウェーハＷに対するレーザー光の透過率に依存するため、当該全光量値に基づいてウェーハＷに対するレーザー光の透過率を測定することが可能である。なお、透過率測定用のレーザー光の光源として、改質領域形成用のレーザー光を発振するレーザー発振装置４２を用いる代わりに、別途レーザー光の光源を設けてもよい。透過率はレーザー光の波長に依存するため、別途レーザー光の光源を設ける場合は、実際の改質領域形成加工に使用するレーザー光（すなわち、レーザー発振装置４２により発振されるレーザー光）と略同一の波長を有するレーザー光を発振する光源を設けることが好ましい。

またラマン分光器や赤外分光器などを用いて、ウェーハＷに添加されているドーパントの種類・ドープ量に関するウェーハ性質情報を取得してもよい。この場合、ウェーハＷの半導体デバイスが形成されていない領域でウェーハＷを破壊して測定を行ってもよいし、非破壊で測定を行ってもよい。

また以下で説明するように、制御部５０により選択された加工条件の下で実際に改質領域形成加工を行い、形成された改質領域１１０を赤外顕微鏡で観察することにより、当該加工条件が適切であるかを確認してもよい。

図７は、ウェーハＷの半導体デバイスが形成されていない領域に設けられたアライメントマーク１２０を示す平面図である。アライメントマーク１２０は公知のフォトリソグラフィー技術により形成可能であり、一辺の長さＬの正方形を囲む金属膜の細線で構成される。ウェーハＷに形成されたアライメントマーク１２０は測定光学部３０により認識されて、アライメントマーク１２０がレーザー光学部４０の直下に位置するように、ＸＹＺθテーブル２２がワークウェーハ１２を移動させる。レーザー光学部４０は、制御部５０により選択された加工条件に基づいて、アライメントマーク１２０の内側の正方形の中心（図７に示す位置Ｑ）に改質領域１１０を形成する。図８は、正方形の位置Ｑに形成された改質領域１１０を示す図である。改質領域１１０の観察用の赤外光は、例えば、特開２００２−３３７０３４号公報に記載されたような、赤外光照明装置を内部に備え、赤外光を透過する材質により構成された吸着ステージ２４を用いてウェーハＷの裏面から照射される。吸着ステージ２４から照射された赤外光は、ウェーハＷの内部に入射して、ウェーハＷの表面に対して傾斜した（傾斜角θ）赤外顕微鏡１３０で拡大されて、ＣＣＤセンサー１３２により受光される。ＣＣＤセンサー１３２により撮像される改質領域１１０及びアライメントマーク１２０の投影像から、ｄ×ｃｏｓθを求めることにより、改質領域１１０が形成される深さｄを算出することができる。この改質領域１１０の深さｄが目標深さに合致しているか判断することにより、制御部５０により選択された加工条件が適切であるかを確認することができる。

本発明の一実施形態に係るレーザーダイシング装置の構成図 図１に示すレーザーダイシング装置に搬入されるワークウェーハを示す斜視図 図１に示すレーザーダイシング装置の測定光学部を示す構成図 図１に示すレーザーダイシング装置のレーザー光学部を示す構成図 図１に示すレーザーダイシング装置を用いたダイシング方法の流れを示すフローチャート レーザー光の透過率の測定原理を示す図 改質領域位置測定用のアライメントマークが設けられたウェーハを示す平面図 改質領域が形成される位置の測定原理を示す図

符号の説明

１０…レーザーダイシング装置、１２…ワークウェーハ、２０…ウェーハ移動部、２２…ＸＹＺθテーブル、２４…吸着ステージ、２６…本体ベース、３０…測定光学部、３２…照明装置、３３…コリメートレンズ、３４…ハーフミラー、３６…コンデンスレンズ、３８…アクチュエータ、３９…ＣＣＤセンサー、４０…レーザー光学部、４２…レーザー発振装置、４４…コリメートレンズ、４６…コンデンスレンズ、４８…アクチュエータ、５０…制御部、５２…記憶部、１１０…改質領域、１２０…アライメントマーク、１３０…赤外顕微鏡、１３２…ＣＣＤセンサー

Claims (6)

1. 改質領域形成用のレーザー光をウェーハに照射するレーザー光照射手段と、
   前記ウェーハの表面又は内部の性質を示すウェーハ関連情報を取得する情報取得手段と、
   前記情報取得手段が取得する前記ウェーハ関連情報に基づいて、前記ウェーハに改質領域を形成する加工条件を決定する加工条件決定手段と、
   前記加工条件決定手段が決定する前記加工条件に基づいて、前記レーザー光照射手段を制御する制御部とを備えるレーザーダイシング装置。
2. 前記ウェーハの厚さを取得する厚さ取得手段をさらに含み、
   前記加工条件決定手段は、前記情報取得手段が取得する前記ウェーハ関連情報と、前記厚さ取得手段が取得する前記ウェーハの厚さとに基づいて、前記加工条件を決定す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. 前記ウェーハ関連情報は、前記ウェーハのドープ量と、前記ウェーハの表面の膜種と、前記ウェーハに対する前記レーザー光の透過率とのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザーダイシング装置。
4. 加工条件をウェーハ関連情報に対応付けて記憶する記憶手段をさらに備え、
   前記加工条件決定手段は、前記情報取得手段が取得した前記ウェーハ関連情報に対応付けられた前記加工条件を、前記記憶手段から選択することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のレーザーダイシング装置。
5. 前記加工条件は、前記ウェーハに対する前記レーザー光の走査速度と、前記レーザー光の繰り返し走査回数と、前記レーザー光の焦点位置と、前記レーザー光のパワーと、前記レーザー光のパルス幅とのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のレーザーダイシング装置。
6. ウェーハの表面又は内部の性質を示すウェーハ関連情報を取得する情報取得工程と、
   前記情報取得工程において取得される前記ウェーハ関連情報に基づいて、前記ウェーハに改質領域を形成する加工条件を決定する加工条件決定工程と、
   前記加工条件決定工程において決定される前記加工条件に基づいて、前記ウェーハに改質領域形成用のレーザー光を照射するレーザー光照射工程とを含むダイシング方法。

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