JP2013081946A - アブレーション加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 エネルギーの拡散及びレーザビームの反射を抑制可能なアブレーション加工方法を提供することである。
【解決手段】 被加工物にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すアブレーション加工方法であって、少なくともアブレーション加工すべき被加工物の領域にレーザビームの波長に対して吸収性を有する粉末を混入した液状樹脂を塗布して該粉末入り保護膜を形成する保護膜形成工程と、該保護膜形成工程を実施した後、該保護膜が形成された被加工物の領域にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すレーザ加工工程と、を具備したことを特徴とする。
【選択図】図４
【解決手段】 被加工物にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すアブレーション加工方法であって、少なくともアブレーション加工すべき被加工物の領域にレーザビームの波長に対して吸収性を有する粉末を混入した液状樹脂を塗布して該粉末入り保護膜を形成する保護膜形成工程と、該保護膜形成工程を実施した後、該保護膜が形成された被加工物の領域にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すレーザ加工工程と、を具備したことを特徴とする。
【選択図】図４
Description
本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すアブレーション加工方法に関する。
ＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたシリコンウエーハ、サファイアウエーハ等のウエーハは、切削装置又はレーザ加工装置等の加工装置によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。
ウエーハの分割には、ダイシングソーと呼ばれる切削装置を用いたダイシング方法が広く採用されている。ダイシング方法では、ダイアモンド等の砥粒を金属や樹脂で固めて厚さ３０μｍ程度とした切削ブレードを、３００００ｒｐｍ程度の高速で回転させつつウエーハへ切り込ませることでウエーハを切削し、ウエーハを個々のデバイスへと分割する。
一方、近年では、ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームをウエーハに照射してアブレーション加工によりレーザ加工溝を形成し、このレーザ加工溝に沿ってブレーキング装置でウエーハを割断して個々のデバイスへと分割する方法が提案されている（特開平１０−３０５４２０号公報）。
アブレーション加工によるレーザ加工溝の形成は、ダイシングソーによるダイシング方法に比べて加工速度を早くすることができるとともに、サファイアやＳｉＣ等の硬度の高い素材からなるウエーハであっても比較的容易に加工することができる。
また、加工溝を例えば１０μｍ以下等の狭い幅とすることができるので、ダイシング方法で加工する場合に比較してウエーハ１枚当たりのデバイスの取り量を増やすことができるという特徴を有している。
ところが、ウエーハにパルスレーザビームを照射すると、パルスレーザビームが照射された領域に熱エネルギーが集中してデブリが発生する。このデブリがデバイス表面に付着するとデバイスの品質を低下させるという問題が生じる。
そこで、特開２００４−１８８４７５号公報には、このようなデブリによる問題を解消するために、ウエーハの加工面にＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）等の水溶性樹脂を塗布して保護膜を形成し、この保護膜を通してウエーハにパルスレーザビームを照射するようにしたレーザ加工装置が提案されている。
保護膜を塗布することによりデブリがデバイス表面に付着する問題を解決できるが、保護膜によってレーザビームのエネルギーが拡散して加工効率が悪化するという問題がある。また、分割予定ラインにＴＥＧ（Ｔｅｓｔ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ）と称する金属の膜が被覆されている場合は、レーザビームがＴＥＧで反射されアブレーション加工が不十分になるという問題がある。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エネルギーの拡散及びレーザビームの反射を抑制可能なアブレーション加工方法を提供することである。
本発明によると、被加工物にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すアブレーション加工方法であって、少なくともアブレーション加工すべき被加工物の領域にレーザビームの波長に対して吸収性を有する粉末を混入した液状樹脂を塗布して該粉末入り保護膜を形成する保護膜形成工程と、該保護膜形成工程を実施した後、該保護膜が形成された被加工物の領域にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すレーザ加工工程と、を具備したことを特徴とするアブレーション加工方法が提供される。
好ましくは、粉末の平均粒径はレーザビームのスポット径より小さい。好ましくは、レーザビームの波長は３５５ｎｍ以下であり、粉末は、Ｆｅ２Ｏ3、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２、ＣｕＯ及びＣｕ２Ｏからなる群から選択された金属酸化物を含み、液状樹脂はポリビニルアルコールを含む。
本発明のアブレーション加工方法は、少なくともアブレーション加工をすべき被加工物の領域にレーザビームの波長に対して吸収性を有する粉末を混入した液状樹脂を塗布して保護膜を形成するので、レーザビームのエネルギーが保護膜中の粉末に吸収されて被加工物に伝達され、エネルギーの拡散及びレーザビームの反射が抑制されてアブレーション加工が効率的に円滑に遂行される。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明のアブレーション加工方法を実施するのに適したレーザ加工装置の概略構成図を示している。
レーザ加工装置２は、静止基台４上にＸ軸方向に移動可能に搭載された第１スライドブロック６を含んでいる。第１スライドブロック６は、ボールねじ８及びパルスモータ１０から構成される加工送り手段１２により一対のガイドレール１４に沿って加工送り方向、すなわちＸ軸方向に移動される。
第１スライドブロック６上には第２スライドブロック１６がＹ軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、第２スライドブロック１６はボールねじ１８及びパルスモータ２０から構成される割り出し送り手段２２により一対のガイドレール２４に沿って割り出し方向、すなわちＹ軸方向に移動される。
第２スライドブロック１６上には円筒支持部材２６を介してチャックテーブル２８が搭載されており、チャックテーブル２８は加工送り手段１２及び割り出し送り手段２２によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。チャックテーブル２８には、チャックテーブル２８に吸引保持された半導体ウエーハをクランプするクランプ３０が設けられている。
静止基台４にはコラム３２が立設されており、このコラム３２にはレーザビーム照射ユニット３４を収容するケーシング３５が取り付けられている。レーザビーム照射ユニット３４は、図２に示すように、ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザを発振するレーザ発振器６２と、繰り返し周波数設定手段６４と、パルス幅調整手段６６と、パワー調整手段６８とを含んでいる。
レーザビーム照射ユニット３４のパワー調整手段６８により所定パワーに調整されたパルスレーザビームは、ケーシング３５の先端に取り付けられた集光器３６のミラー７０で反射され、更に集光用対物レンズ７２によって集光されてチャックテーブル２８に保持されている半導体ウエーハＷに照射される。
ケーシング３５の先端部には、集光器３６とＸ軸方向に整列してレーザ加工すべき加工領域を検出する撮像ユニット３８が配設されている。撮像ユニット３８は、可視光によって半導体ウエーハの加工領域を撮像する通常のＣＣＤ等の撮像素子を含んでいる。
撮像ユニット３８は更に、半導体ウエーハに赤外線を照射する赤外線照射器と、赤外線照射器によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、この光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する赤外線ＣＣＤ等の赤外線撮像素子から構成される赤外線撮像ユニットを含んでおり、撮像した画像信号はコントローラ（制御手段）４０に送信される。
コントローラ４０はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）４２と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）４４と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４６と、カウンタ４８と、入力インターフェイス５０と、出力インターフェイス５２とを備えている。
５６は案内レール１４に沿って配設されたリニアスケール５４と、第１スライドブロック６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出手段であり、加工送り量検出手段５６の検出信号はコントローラ４０の入力エンターフェイス５０に入力される。
６０はガイドレール２４に沿って配設されたリニアスケール５８と第２スライドブロック１６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出手段であり、割り出し送り量検出手段６０の検出信号はコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。
撮像ユニット３８で撮像した画像信号もコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。一方、コントローラ４０の出力インターフェイス５２からはパルスモータ１０、パルスモータ２０、レーザビーム照射ユニット３４等に制御信号が出力される。
図３に示すように、レーザ加工装置２の加工対象である半導体ウエーハＷの表面においては、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とが直交して形成されており、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とによって区画された領域に多数のデバイスＤが形成されている。
ウエーハＷは粘着テープであるダイシングテープＴに貼着され、ダイシングテープＴの外周部は環状フレームＦに貼着されている。これにより、ウエーハＷはダイシングテープＴを介して環状フレームＦに支持された状態となり、図１に示すクランプ３０により環状フレームＦをクランプすることによりチャックテーブル２８上に支持固定される。
本発明のアブレーション加工方法では、まず、ウエーハＷのアブレーション加工すべき領域にレーザビームの波長に対して吸収性を有する粉末を混入した液状樹脂を塗布する液状樹脂塗布工程を実施する。
例えば、図４に示すように、液状樹脂供給源７６にはレーザビームの波長（例えば３５５ｎｍ）に対して吸収性を有する粉末（例えばＴｉＯ２）を混入したＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等の液状樹脂８０が貯蔵されている。
ポンプ７８を駆動することにより、液状樹脂供給源７６に貯蔵されている液状樹脂８０を供給ノズル７４からウエーハＷの表面に供給し、液状樹脂８０をウエーハＷの表面に塗布する。そして、この液状樹脂８０を硬化させてレーザビームの波長に対して吸収性を有する粉末が混入された保護膜８２を形成する。
ウエーハＷの表面上への液状樹脂８０の塗布方法は、例えばウエーハＷを回転させながら塗布するスピンコート法を採用可能である。ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）等の液状樹脂中に混入される粉末として、本実施形態ではＴｉＯ２を採用した。
図４に示す実施形態では粉末を含有する液状樹脂８０をウエーハＷの全面に塗布して保護膜８２を形成しているが、液状樹脂８０をアブレーション加工すべき領域、即ち第１のストリートＳ１及び第２のストリートＳ２のみに塗布して保護膜を形成するようにしてもよい。
本実施形態では、半導体ウエーハＷはシリコンウエーハから形成されている。シリコンの吸収端波長は１１００ｎｍであるため、波長が３５５ｎｍ以下のレーザビームを用いるとアブレーション加工を円滑に遂行することができる。液状樹脂に混入する粉末の平均粒径はレーザビームのスポット径より小さいのが好ましく、例えば１０μｍより小さいのが好ましい。
図５を参照すると、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２、Ｆｅ２Ｏ3の分光透過率が示されている。このグラフから、アブレーション加工に使用するレーザビームの波長を、３５５ｎｍ以下に設定すると、レーザビームがこれらの金属酸化物の粉末に殆ど吸収されることが理解される。
図５に示した金属酸化物以外にも、ＣｕＯ及びＣｕ２Ｏも同様な傾向の分光透過率を有しているため、液状樹脂に混入する粉末として採用することができる。よって、液状樹脂に混入する粉末としては、ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ3、ＺｎＯ、ＣｅＯ２、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏの何れかを採用することができる。
表１にこれらの金属酸化物の消光係数（消衰係数）ｋ及び融点を示す。ちなみに、消光係数ｋと吸収係数αとの間にはα＝４πｋ／λの関係がある。ここで、λは使用する光の波長である。
液状樹脂塗布工程を実施してウエーハＷの表面に保護膜８２を形成後、アブレーション加工によるレーザ加工工程を実施する。このレーザ加工工程では、図６に示すように、半導体ウエーハＷ及び保護膜８２中の粉末に対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）のパルスレーザビーム３７を集光器３６で集光して半導体ウエーハＷの表面に照射しつつ、チャックテーブル２８を図６で矢印Ｘ１方向に所定の加工送り速度で移動して、第１のストリートＳ１に沿ってアブレーション加工によりレーザ加工溝８４を形成する。
ウエーハＷを保持したチャックテーブル２８をＹ軸方向に割り出し送りしながら、全ての第１のストリートに沿ってアブレーション加工により同様なレーザ加工溝８４を形成する。次いで、チャックテーブル２８を９０度回転してから、第１のストリートＳ１と直交する方向に伸長する全ての第２のストリートＳ２に沿ってアブレーション加工により同様なレーザ加工溝８４を形成する。
本実施形態では、半導体ウエーハＷとしてシリコンウエーハを採用し、液状樹脂としてのＰＶＡ中に平均粒径１００ｎｍのＴｉＯ２粉末を混入し、ＰＶＡをウエーハＷの表面に塗布してＴｉＯ２粉末入り保護膜８２をウエーハＷの表面に形成し、以下のレーザ加工条件でレーザ加工を行った。尚、ＴｉＯ２の吸収端波長は４００ｎｍである。
光源 ：ＹＡＧパルスレーザ
波長 ：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザの第３高調波）
平均出力 ：０．５Ｗ
繰り返し周波数 ：２００ｋＨｚ
スポット径 ：φ１０μｍ
送り速度 ：１００ｍｍ／秒
波長 ：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザの第３高調波）
平均出力 ：０．５Ｗ
繰り返し周波数 ：２００ｋＨｚ
スポット径 ：φ１０μｍ
送り速度 ：１００ｍｍ／秒
本実施形態のアブレーション加工方法によると、レーザビームの波長に対して吸収性を有する粉末を混入した液状樹脂８０をウエーハＷの表面に塗布して保護膜８２を形成してから、アブレーション加工を実施するので、レーザビームのエネルギーが粉末に吸収されてウエーハＷに伝達され、エネルギーの拡散及びレーザビームの反射が抑制されてアブレーション加工が効率的に円滑に遂行される。液状樹脂中に混入される粉末は、加工促進剤としての作用を成すことになる。
全てのストリートＳ１，Ｓ２に沿ってレーザ加工溝８４を形成後、良く知られたブレーキング装置を使用して、ダイシングテープＴを半径方向に拡張してウエーハＷに外力を付与し、この外力によりウエーハＷをレーザ加工溝８４に沿って個々のデバイスＤに分割する。
図７（Ａ）を参照すると、酸化チタンを含有したＰＶＡ保護膜を被覆してから、アブレーション加工を行った結果を示す写真が示されている。比較のために、保護膜なしの状態を図７（Ｂ）に示し、粉末を含有しないＰＶＡ保護膜を形成した場合のアブレーション加工結果を図７（Ｃ）に示す。
これらの写真を比較すると明らかなように、図７（Ａ）に示す本実施形態では、何らデラミネーションを発生せずに綺麗なレーザ加工溝が形成されている。
図８（Ａ）を参照すると、本発明のアブレーション加工方法によりＴＥＧと称するデバイスの特性をテストするストリート上に形成された電極を加工したときの加工結果を示す写真が示されている。比較のために、図８（Ｂ）にＰＶＡ保護膜を形成しないときの加工結果を、図８（Ｃ）に粉末を含有しないＰＶＡ保護膜を形成したときの加工結果をそれぞれ示す。
図８（Ａ）に示す写真から明らかなように、本発明のアブレーション加工方法ではＴＥＧに綺麗なレーザ加工溝が形成されているが、図８（Ｂ）に示す従来方法ではＴＥＧのアブレーション加工が不可能であり、図８（Ｃ）に示す従来方法では、ＴＥＧのアブレーション加工がほぼ不可能であった。
Ｗ 半導体ウエーハ
Ｔ 粘着テープ（ダイシングテープ）
Ｆ 環状フレーム
Ｄ デバイス
２ レーザ加工装置
２８ チャックテーブル
３４ レーザビーム照射ユニット
３６ 集光器
８０ 粉末含有液状樹脂
８２ 保護膜
８４ レーザ加工溝
Ｔ 粘着テープ（ダイシングテープ）
Ｆ 環状フレーム
Ｄ デバイス
２ レーザ加工装置
２８ チャックテーブル
３４ レーザビーム照射ユニット
３６ 集光器
８０ 粉末含有液状樹脂
８２ 保護膜
８４ レーザ加工溝
Claims (3)
- 被加工物にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すアブレーション加工方法であって、
少なくともアブレーション加工すべき被加工物の領域にレーザビームの波長に対して吸収性を有する粉末を混入した液状樹脂を塗布して該粉末入り保護膜を形成する保護膜形成工程と、
該保護膜形成工程を実施した後、該保護膜が形成された被加工物の領域にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すレーザ加工工程と、
を具備したことを特徴とするアブレーション加工方法。 - 前記粉末の平均粒径はレーザビームのスポット径より小さいことを特徴とする請求項１記載のアブレーション加工方法。
- 前記レーザビームの波長は３５５ｎｍ以下であり、前記粉末は、Ｆｅ２Ｏ3、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＣｅＯ２、ＣｕＯ及びＣｕ２Ｏからなる群から選択された金属酸化物を含み、前記液状樹脂はポリビニルアルコールを含むことを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載のアブレーション加工方法。
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