JP2010212478A - レーザ加工方法およびレーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハーなどの脆性基板をレーザで割断する従来の方法では、加工に用いる装置が複雑化、大型化するという課題があった。
【解決手段】半導体ウェハー１のストリート２に波長が紫外域以下の第１のレーザを照射してスクライブ溝を形成しながら半導体ウェハー１を加工位置に従って相対移動し、この相対移動中にスクライブ溝に沿って半導体ウェハー１の内部に焦点を合わせた波長が赤外域以上の第２のレーザを照射して半導体ウェハー１を割断するので、第１のレーザの照射による熱影響が第２のレーザの照射に影響せず、同時に加工でき、簡単な構成で残留ストレスを有効に活用した割断が行える。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面に回路を形成した脆性基板をレーザで割断するレーザ加工方法およびレーザ加工装置に関する。

従来、半導体ウェハーなどの脆性基板は回転ブレードで割断する方法が取られているが、切削部分の欠け等の問題が有り、レーザで割断する方法が提案されている。

このレーザで割断する方法としては、先ず脆性基板の割断線に沿って、エッチング、スパッタリング、ＣＶＤ、ＰＶＤなどによって溝を形成し、全ての溝を形成し終えてから、前記溝にレーザを照射し、割断する方法（例えば特許文献１参照）や、脆性基板の割断線に沿ってレーザを照射して溝を形成し、全ての溝を形成し終えてから、脆性基板の溝を穿った側が外側となるようにストレスを掛けながら前記溝にレーザを照射し、割断する方法（例えば特許文献２参照）があった。
特開平４−１１８１９０号公報 特開２００１−３２６１９４号公報

しかし、上記従来の方法のうち前述した方法では、エッチング、スパッタリング、ＣＶＤ、ＰＶＤなどによって溝を形成する工程とレーザ加工の工程とが異なるため段取りが複雑になるという課題があり、また、後述した方法では一度、脆性基板の割断線の全てに溝を形成してからレーザを照射しており、加工までに溝の残留ストレスが少なからず発散してしまうので、例えば脆性基板の溝を穿った側が外側となるように別途ストレスを掛けながら加工しなければならなく、加工に用いる装置が大型化するという課題があった。

本発明は上記従来の課題を解決するために、表面に回路を形成した脆弱基板の分割位置に波長が紫外域以下の第１のレーザを照射してスクライブ溝を形成しながら前記レーザと前記脆性基板を加工位置に従って相対移動するステップと、前記相対移動中に前記スクライブ溝に沿って前記スクライブ溝よりも内部に焦点を合わせた波長が赤外域以上の第２のレーザを照射して前記脆性基板を割断するものである。

これにより、スクライブ溝形成用に紫外域以下の波長の第１のレーザを用い、割断用に赤外域以上の波長の第２のレーザを用いたので、第１レーザ照射による熱影響が第２レーザ照射に影響せず、スクライブ溝形成用のレーザ照射と略同時に割断のためのレーザ照射を行えるため、簡単な構成で残留ストレスを有効に活用した割断が行えるものである。

上述したように本発明によれば、簡単で小型の構成で、表面に回路を形成した脆弱基板をレーザで割断を行えるものである。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態として図１に示す装置概観図と、図２に示す半導体ウェハーの（ａ）概観図、（ｂ）要部の断面図を用いて、その構成を説明する。

図１に示すとおり、表面に回路を形成した脆性基板、例えば本実施の形態で用いる半導体ウェハー１は、保持手段である吸着テーブル４に載置され吸着保持される。

この半導体ウェハー１の表面には、図２（ａ）に示すとおり、割断すべき領域であるストリート２（脆弱基板の分割位置）が格子状に形成されていて、ストリート２により区画化されたチップ領域３には回路パターンが成形されている。

さて、吸着テーブル４上の半導体ウェハー１の上方には、半導体ウェハー１の表面を撮像し、割断すべきストリート２の位置を検出するための撮像手段であるＣＣＤカメラ５を配置している。

このＣＣＤカメラ５で検出した映像信号は制御装置６に入力している。

制御装置６は、波長が紫外域以下の第１のレーザを出力する第１のレーザ発振器７と、波長が赤外域以上の第２のレーザを出力する第２のレーザ発振器８と、吸着テーブル４をＸＹ平面の方向に移動するとともにこのＸＹ平面内で回転するΘ軸を持つＸＹΘテーブル９のそれぞれに制御信号を出力し、第１のレーザ発振器７の駆動装置（図示せず）、第２のレーザ発振器８の駆動装置（図示せず）、ＸＹΘテーブル９の（図示せず）を介して第１のレーザ発振器７、第２のレーザ発振器８、ＸＹΘテーブル９を制御するように構成している。

第１のレーザ発振器７から出力されたレーザは、第１の光学手段として、ビーム径を調整するためのコリメータ１０と、半導体ウェハー１方向にレーザの進路を変えるミラー１１と、レンズ（図示せず）を内部に配置した加工ヘッド１２により、半導体ウェハー１の方向に導かれ、図２（ｂ）に示すように、ストリート２に焦点を合わせて、半導体ウェハー１の分割位置に第１のレーザを照射してスクライブ溝２ａを形成するようにしている。

また、第２のレーザ発振器８から出力された第２のレーザは、第２の光学手段として、光ファイバー１３とレンズ（図示せず）を内部に配置した加工ヘッド１４により、半導体ウェハー１の方向に導かれ、図２（ｂ）に示すように、ストリート２に沿って、スクライブ溝２ａよりも半導体ウェハー１の内部（脆弱基板の内部）に焦点を合わせるようにしている。

このＣＣＤカメラ５と、加工ヘッド１２、加工ヘッド１４の位置関係は、ＣＣＤカメラ５のＸ軸方向（図面右方向）近傍に加工ヘッド１２を配置し、さらに加工ヘッド１２のＣＣＤカメラ５と反対方向のＸ軸方向（図面右方向）近傍に加工ヘッド１４を配置している。

そして、制御装置６は、吸着テーブル４と第１のレーザ発振器７と第２のレーザ発振器８を制御して、第１のレーザ発振器７から第１のレーザを照射しながらストリート２（脆弱基板の分割位置）に第１のレーザによるスクライブ溝２ａを形成するようにストリート２に沿って第１のレーザが相対移動するようにＸＹΘテーブル９を制御して吸着テーブル４を移動する。

そして、加工ヘッド１２と加工ヘッド１４の位置関係から、制御装置６は第２のレーザ発振器８から第２のレーザを照射させると、第１のレーザによるスクライブ溝２ａを形成しながら、第２のレーザがこのスクライブ溝２ａに沿って移動するようになっている。

この第２のレーザが半導体ウェハー１の内部に熱による歪みを生成し、スクライブ溝２ａを起点として半導体ウェハー１を割断するようにしている。

したがって、第１レーザ照射による熱影響が第２レーザ照射に影響せず、スクライブ溝形成用のレーザ照射と略同時に割断のためのレーザ照射を行えるため、簡単な構成で残留ストレスを有効に活用した割断が行える。

次に、図３に示すフローチャートを用いて半導体ウェハーを割断してチップ化する例を説明する。

吸着テーブル４に吸着保持された半導体ウェハー１は、ＸＹΘテーブル９により撮像手段であるＣＣＤカメラ５の直下に移動され、ストリート２の位置検出が行われる（スタート位置検出）（ステップ１）。

そして、検出されたストリート２の位置により、ＸＹΘテーブル９のΘ軸が回転してストリート２がＸ軸に平行となるようアライメントされるとともに加工対象となるストリートのＹ軸方向の位置を合わすようにＹ軸についてもアライメントされる（アライメント）（ステップ２）。

なお、このときは未だ加工ヘッド１２、加工ヘッド１４が半導体ウェハー１の上に位置しないようにしている。

次に、半導体ウェハー１を吸着保持した吸着テーブル４をＸＹΘテーブル８によりＸ方向（図１図面右方向）に移動させ、所定の速度まで加速する（保持手段が＋Ｘ方向移動開始）（ステップ３）。

所定の速度に到達し定速移動に移った後、加工ヘッド１２の直下に半導体ウェハー１が到達するタイミングで第１のレーザ発振器７を駆動し、加工ヘッド１２から第１のレーザを照射してスクライブ溝２ａをストリート２に重ねるように形成する（ストレス生成手段のレーザ照射開始）（ステップ４）。

次に、加工ヘッド１４の直下に半導体ウェハー１が到達するタイミングで第２のレーザ発振器８を駆動し、スクライブ溝２ａに沿って第１のレーザの軌跡と重ねるように加工ヘッド１４から、スクライブ溝２ａよりも半導体ウェハー１の内部（脆弱基板の内部）に焦点を合わせるように第２のレーザを照射すると、半導体ウェハー１の内部に熱による歪みが生成し、スクライブ溝２ａを起点として半導体ウェハー１が割断される（割断手段のレーザ照射開始）（ステップ５）。

そして、加工ヘッド１２の直下から半導体ウェハー１が過ぎると、第１のレーザ発振器７からの第１のレーザの照射を停止する（ストレス生成手段のレーザ照射停止）（ステップ６）。

さらに、第１のレーザ発振器７の照射停止に続けて、加工ヘッド１４の直下から半導体ウェハー１が過ぎると、第２のレーザ発振器８からの第２のレーザの照射を停止する（割断手段のレーザ照射停止）（ステップ７）。

続けて、半導体ウェハー１を吸着保持した吸着テーブル４は、ＸＹΘテーブル８により減速し停止する（保持手段が＋Ｘ方向移動停止）（ステップ８）。

ここで、制御装置６は、半導体ウェハー１のＹ軸方向に未だ加工すべきストリート２が残ってないか（同方向割断が終了したか）判断し、Ｙ軸方向に未だ加工すべきストリート２が残っている場合（Ｎｏ）には、吸着テーブル４をＸＹΘテーブル８によりＹ軸方向に移動するとともにＸ軸方向の位置を戻（保持手段が次の割断位置に移動（Ｙ方向送りとＸ方向戻り））して、次の加工対象となるストリートのＹ軸方向の位置を合わすようにＹ軸についてアライメントする（ステップ９）。

以降、ステップ３からステップ８を半導体ウェハー１のＹ軸方向に未だ加工すべきストリート２が残ってない（同方向割断が終了した）と判断する（Ｙｅｓ）まで、Ｘ軸方向の加工とＹ軸方向のアライメントを繰り返す。

そして、半導体ウェハー１のＹ軸方向に未だ加工すべきストリート２が残ってない（同方向割断が終了した）（Ｙｅｓ）と判断した後は、半導体ウェハー１のストリート２が全て加工されたか（全ストリートで割断が終了したか）判断し、未だ加工すべきストリート２が残っている場合（Ｎｏ）には、吸着テーブル４をＸＹΘテーブル８により９０度回転（チャックテーブル９０度回転）し、上述したステップ２から上述した流れを繰り返し、ステップ３からステップ９の加工をする。

次に、半導体ウェハー１のストリート２が全て加工されたと判断した場合（Ｙｅｓ）は、加工を終了する。

この加工を終了した時点で半導体ウェハー１の格子状に形成された全てのストリートに沿って完全に割断し、個々のチップに分割できる。

このように、第１のレーザによるスクライブ溝２ａの形成でストレスを生成し、これに続けて、ストリートに残存しているストレスが大きい間に割断のための第２のレーザをスクライブ溝よりも半導体ウェハーの内部（脆弱基板の内部）に焦点を合わせるように照射することにより、第１のレーザの照射による熱影響が第２のレーザの照射に影響せず、ストリートに沿って正確かつ確実に割断することが出来る。

また、ストレス形成と割断をほぼ同時に行うことが出来るため生産性を向上することが出来る。

ところで、ここで照射されるストレス生成のための第１のレーザは、半導体ウェハーのほぼ表面で吸収されるようなレーザ波長でストリートが完全に切断されない程度の照射条件がよい。

具体的には、レーザ波長は９００ｎｍ以下であればよく、たとえば波長が３５５ｎｍであれば、レーザ光の浸透深さは０．１μｍ以下であり、ほぼウェハー表面で吸収される。

また、集光径は５〜１００μｍで、出力は２Ｗ以上である。このようなレーザを照射すると効率よくストリートにストレスが生成される。

また、割断のための第２のレーザは、半導体ウェハーの厚さ方向に均等な温度分布が出来るようなレーザ波長が好ましく、半導体ウェハー表面が溶融しない程度照射条件が良い。

具体的には、レーザ波長は１０００〜９００ｎｍであれば、レーザ光の浸透深さは数十〜数百μｍとなり、半導体ウェハーの厚さ方向に略均等な温度分布ができる。

また、集光径は５０〜５００μｍで、出力は１０Ｗ以上である。このようなレーザを照射することにより、ストレスが残存しているストリートがストリートに沿って正確かつ確実に割断することが出来る。

本発明のレーザ加工方法とレーザ加工装置は、例えば半導体ウェハー等の脆性基板を簡単な構成で正確に割断でき、脆性基板の割断を行うレーザ加工の用途に有用である。

本発明の実施の形態におけるレーザ加工装置の概要図 （ａ）半導体ウェハーの概観図、（ｂ）半導体ウェハーの断面図 本発明の実施の形態におけるレーザ加工方法のフローチャート

１ 半導体ウェハー
２ ストリート
２ａ スクライブ溝
３ チップ領域
４ 吸着テーブル
５ ＣＣＤカメラ
６ 制御装置
７ 第１のレーザ発振器
８ 第２のレーザ発振器
１２ 加工ヘッド
１４ 加工ヘッド

Claims (2)

1. 表面に回路を形成した脆弱基板の分割位置に波長が紫外域以下の第１のレーザを照射してスクライブ溝を形成しながら前記レーザと前記脆性基板を加工位置に従って相対移動するステップと、前記相対移動中に前記スクライブ溝に沿って前記スクライブ溝よりも前記脆弱基板の内部に焦点を合わせた波長が赤外域以上の第２のレーザを照射して前記脆性基板を割断するレーザ加工方法。
2. 表面に回路を形成した脆弱基板を載置するテーブルと、前記脆弱基板の分割位置を検出するカメラと、波長が紫外域以下の第１のレーザを照射する第１のレーザ発振器と、波長が赤外域以上の第２のレーザを照射する第２のレーザ発振器と、前記テーブルと前記第１のレーザ発振器と前記第２のレーザ発振器を制御する制御装置を備え、前記第１のレーザ発振器から照射されたレーザを前記脆弱基板の分割位置に導く第１の光学手段と、前記脆弱基板の分割位置でかつ第１の光学手段で導かれたレーザの照射位置から離れた位置の前記脆弱基板の内部に焦点を合わせる第２の光学手段を設け、前記制御装置は、前記テーブルと前記第１のレーザ発振器と前記第２のレーザ発振器を制御して前記脆弱基板の分割位置に第１のレーザを照射してスクライブ溝を形成しながら前記レーザと前記脆性基板を加工位置に従って相対移動させ、前記相対移動中に前記スクライブ溝に沿って前記スクライブ溝よりも前記脆弱基板の内部に第２のレーザを照射して前記脆性基板を割断するレーザ加工装置。

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