JP2015069975A - 被加工物の加工方法 - Google Patents

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泰吉 湯平
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Abstract

【課題】被加工物を容易に分割することができる被加工物の加工方法を提供する。
【解決手段】被加工物（１１）に対して透過性を有する波長のレーザービーム（Ｌ１）を照射して被加工物の内部に改質層（２５）を形成する改質層形成ステップと、改質層形成ステップを実施した後、被加工物の吸収端の近傍で吸収側の波長のレーザービーム（２５）を改質層に沿って照射して改質層を起点に被加工物を分割する分割ステップと、を備える構成とした。
【選択図】図３

Description

本発明は、被加工物の内部にレーザービームを集光させて、分割の起点となる改質層を形成する被加工物の加工方法に関する。
半導体ウェーハ等の被加工物を複数のチップへと分割するために、被加工物に吸収され難い波長のレーザービームを内部に集光させて分割の起点となる改質層を形成する被加工物の加工方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
上述の加工方法を用いて被加工物のストリート（分割予定ライン）に沿う改質層を形成した後には、被加工物をストリートに沿って押圧する。または、被加工物に貼着されたテープを拡張する（例えば、特許文献２参照）。改質層が形成された被加工物にこれらの方法で外力を加えることにより、被加工物をストリートに沿って分割できる。
特許第３４０８８０５号公報 特開２００６−２２９０２１号公報
ところで、被加工物をストリートに沿って押圧する方法（ブレーキング）では、押圧用の刃（ブレーキングバー）をストリートに押し付けることで被加工物に外力を加える。そのため、チップサイズの縮小によってストリートの数が増えると、被加工物の分割に要する時間が長くなり生産性は低下してしまう。
これに対して、被加工物に貼着されたテープを拡張する方法（テープエキスパンド）は、全てのストリートに対して一度に外力を加えて分割するので、生産性の点において優れている。しかしながら、チップサイズの縮小によってストリートの数が増えると、テープの拡張により各ストリートに作用する力が減少して、被加工物を適切に分割できなくなる。
特に、ＧａＮウェーハやＳｉＣウェーハに代表されるモース硬度が高い被加工物において、この問題は深刻である。そのため、上述した条件下でテープエキスパンドを用いる場合には、結局、ブレーキング等の方法を併用せざるを得ず、生産性を十分に維持できないという問題があった。
本発明はかかる問題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、生産性を維持しながら被加工物を適切に分割できる被加工物の加工方法を提供することである。
本発明によれば、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザービームを照射して被加工物の内部に改質層を形成する改質層形成ステップと、該改質層形成ステップを実施した後、被加工物の吸収端の近傍で吸収側の波長のレーザービームを該改質層に沿って照射して該改質層を起点に被加工物を分割する分割ステップと、を備えたことを特徴とする被加工物の加工方法が提供される。
本発明の被加工物の加工方法は、透過性の高いレーザービームを照射して被加工物の内部に改質層を形成する改質層形成ステップを実施した後に、ある程度の吸収性があるレーザービームを改質層に沿って照射する分割ステップを実施するので、吸収性があるレーザービームの照射によって生じる熱で改質層に応力を与え、被加工物を適切に分割できる。
また、本発明の被加工物の加工方法は、改質層形成ステップ及び分割ステップにおいてレーザービームを２回照射するだけで良いので、生産性を十分に維持できる。このように、本発明によれば、生産性を維持しながら被加工物を適切に分割できる被加工物の加工方法を提供できる。
被加工物の構成例を模式的に示す斜視図である。 改質層形成ステップを模式的に示す一部断面側面図である。 分割ステップを模式的に示す一部断面側面図である。 分割ステップにおいてレーザービームが照射された被加工物の様子を模式的に示す断面図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る分割方法は、改質層形成ステップ（図２参照）、及び分割ステップ（図３参照）を含む。
改質層形成ステップでは、透過性の高いレーザービームを被加工物のストリート（分割予定ライン）に沿って照射し、分割の起点となる改質層を形成する。分割ステップでは、ある程度の吸収性があるレーザービームを改質層に沿って照射し、改質層を起点として被加工物を分割する。以下、本実施の形態に係る分割方法について詳述する。
図１は、本実施の形態で加工される被加工物の構成例を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、被加工物１１は、例えば、円盤状の半導体ウェーハであり、表面１１ａは、中央のデバイス領域１３と、デバイス領域１３を囲む外周余剰領域１５とに分けられる。
デバイス領域１３は、格子状に配列されたストリート（分割予定ライン）１７でさらに複数の領域に区画されており、各領域にはＩＣ等のデバイス１９が形成されている。被加工物１１の外周１１ｃは面取り加工されており、断面形状は円弧状である。
本実施の形態の被加工物の加工方法を実施する前には、上述した被加工物１１の表面１１ａ側に保護テープ２１の表面２１ａ側を当接させて、被加工物１１に保護テープ２１を貼着しておく（図２等参照）。また、保護テープ２１の外周部分には環状のフレーム２３を固定しておく。
本実施の形態の被加工物の加工方法では、まず、上述した被加工物１１のストリート１７に沿ってレーザービームを照射し、分割の起点となる改質層を形成する改質層形成ステップを実施する。図２は、改質層形成ステップを模式的に示す一部断面側面図である。
改質層形成ステップは、図２に示すレーザー加工装置２で実施される。レーザー加工装置２は、被加工物１１を吸引保持する保持テーブル４を備えている。保持テーブル４の周囲には、被加工物１１を支持する環状のフレーム２３を挟持固定するクランプ６が設置されている。
保持テーブル４は、モータ等の回転機構（不図示）と連結されており、鉛直軸の周りに回転する。また、保持テーブル４の下方には、移動機構（不図示）が設けられており、保持テーブル４は、この移動機構で水平方向に移動する。
保持テーブル４の表面は、被加工物１１の表面１１ａ側（保護テープ２１側）を吸引保持する保持面４ａとなっている。この保持面４ａには、保持テーブル４の内部に形成された流路（不図示）を通じて吸引源（不図示）の負圧が作用し、被加工物１１を吸引する吸引力が発生する。
保持テーブル４の上方には、第１のレーザー加工ヘッド８が配置されている。第１のレーザー加工ヘッド８は、第１のレーザー発振器（不図示）で発振されたレーザービームＬ１を、チャックテーブル４に吸引保持された被加工物１１の内部に集光させる。
改質層形成ステップでは、まず、保持テーブル４の保持面４ａに保護テープ２１の裏面２１ｂを接触させて、吸引源の負圧を作用させる。これにより、被加工物１１は、保護テープ２１を介して保持テーブル４に吸引保持される。この状態では、被加工物１１の裏面１１ｂ側が上方に露出されている。
次に、保持テーブル４を移動、回転させて、第１のレーザー加工ヘッド８を加工対象のストリート１７に位置合わせする。位置合わせの後には、第１のレーザー加工ヘッド８から被加工物１１の裏面１１ｂ側に向けてレーザービームＬ１を照射すると共に、保持テーブル４及び第１のレーザー加工ヘッド８を加工対象のストリート１７と平行な第１の方向に相対移動（加工送り）させる。なお、図２では、保持テーブル４のみを移動させている。
第１のレーザー加工ヘッド８から照射されるレーザービームＬ１の波長は、被加工物１１に吸収され難い波長（透過性を有する波長）とする。このような波長のレーザービームＬ１を、被加工物１１の内部に集光させると、集光点Ｐ１付近を多光子吸収で改質できる。そのため、レーザービームＬ１を、上述のように相対移動させながら照射することで、加工対象のストリート１７に沿う改質層２５が形成される。
被加工物１１がシリコンウェーハの場合、例えば、ＹＡＧ又はＹＶＯ４パルスレーザー発振器を第１のレーザー発振器として用い、１０６４ｎｍの波長のレーザービームＬ１を０．２５Ｗの出力で発振して１μｍ程度の照射スポット径となるように集光する。これにより、良好な改質層２５を形成できる。
また、被加工物１１がｎ型の導電性を付与された４Ｈ−ＳｉＣウェーハの場合、例えば、ＹＶＯ４パルスレーザー発振器を第１のレーザー発振器として用い、５３２ｎｍの波長のレーザービームＬ１を０．９Ｗの出力で発振して１μｍ程度の照射スポット径となるように集光する。これにより、良好な改質層２５を形成できる。
加工対象のストリート１７に沿う改質層２５を形成した後には、レーザービームＬ１の照射を停止して、保持テーブル４と第１のレーザー加工ヘッド８とを加工対象のストリート１７と垂直な第２の方向に相対移動（割り出し送り）させる。これにより、第１のレーザー加工ヘッド８は、隣接するストリート１７に位置合わせされる。
位置合わせの後には、隣接するストリート１７に沿って同様の改質層２５を形成する。この動作を繰り返し、第１の方向に伸びる全てのストリート１７に沿って改質層２５を形成した後には、保持テーブル４を鉛直軸の周りに９０°回転させて、第１の方向と直交する第２の方向に伸びるストリート１７に沿って改質層２５を形成する。全てのストリート１７に沿って改質層２５が形成されると、改質層形成ステップは終了する。
改質層形成ステップの後には、改質層２５に沿ってレーザービームを照射し、被加工物１１を分割する分割ステップを実施する。図３は、分割ステップを模式的に示す一部断面側面図である。
図３に示すように、分割ステップでは、第１のレーザー加工ヘッド８とは異なる第２のレーザー加工ヘッド１０が使用される。この第２のレーザー加工ヘッド１０は、第２のレーザー発振器（不図示）で発振されたレーザービームＬ２を、チャックテーブル４に吸引保持された被加工物１１に照射する。
分割ステップでは、まず、保持テーブル４を移動、回転させて、第２のレーザー加工ヘッド１０を分割対象の改質層２５に位置合わせする。位置合わせの後には、第２のレーザー加工ヘッド１０から被加工物１１の裏面１１ｂ側に向けてレーザービームＬ２を照射すると共に、保持テーブル４及び第２のレーザー加工ヘッド１０を分割対象の改質層２５と平行な第１の方向に相対移動（加工送り）させる。なお、図３では、保持テーブル４のみを移動させている。
第２のレーザー加工ヘッド１０から照射されるレーザービームＬ２の波長は、被加工物１１の吸収端（光学吸収端）の近傍の波長であって、吸収端より吸光度（又は吸収率）が高い吸収側の波長とする。ここで、吸収端（光学吸収端）とは、吸収スペクトルにおいて吸光度が急激に変化する波長（又はエネルギー）を言う。
このような波長のレーザービームＬ２を被加工物１１に照射すると、レーザービームＬ２は被加工物１１に吸収され、改質層２５の周辺が加熱される。このレーザービームＬ２を相対移動させながら照射することで、被加工物１１を改質層２５に沿って分割できる。
図４は、分割ステップにおいてレーザービームＬ２が照射された被加工物１１の様子を模式的に示す断面図である。なお、図４では、図３の断面に直交する断面を示している。図４（Ａ）に示すように、被加工物１１にレーザービームＬ２を照射すると、改質層２５の周辺が加熱される。
レーザービームＬ２で加熱された領域は熱膨張するので、改質層２５の周辺には応力が発生する。その結果、図４（Ｂ）に示すように、改質層２５から表面１１ａ及び裏面１１ｂへと向かうクラック２７が形成され、被加工物１１は、改質層２５を起点に分割される。
被加工物１１がシリコンウェーハの場合、例えば、ＣＷレーザー発振器を第２のレーザー発振器として用い、１０８０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長のレーザービームＬ２を１００Ｗ〜１２０Ｗの出力で発振する。レーザービームＬ２は、被加工物１１の裏面１１ｂにおいて０．８ｍｍ程度の照射スポット径となるように整形される。これにより、被加工物１１を良好に分割できる。
また、被加工物１１がｎ型の導電性を付与された４Ｈ−ＳｉＣウェーハの場合、ＣＷレーザー発振器を第２のレーザー発振器として用い、１０８０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長のレーザービームＬ２を１３０Ｗの出力で発振する。レーザービームＬ２は、被加工物１１の裏面１１ｂにおいて１ｍｍ程度の照射スポット径となるように整形される。これにより、被加工物１１を良好に分割できる。
ここで、被加工物１１に対する吸光度が高すぎる波長のレーザービームＬ２を用いると、被加工物１１の裏面１１ｂ側のみが加熱されて、改質層２５の周辺を適切に加熱できない。そこで、本実施の形態では、被加工物１１の吸収端の近傍の波長のレーザービームＬ２を用いる。
これにより、改質層２５の周辺全体を適度に加熱して、被加工物１１を良好に分割できる。すなわち、本実施の形態において、被加工物１１の吸収端の近傍の波長とは、被加工物１１にある程度吸収され（被加工物１１をある程度透過し）、改質層２５の周辺全体を適度に加熱できる波長のことをいう。
例えば、シリコンウェーハは、１１００ｎｍより短波長の光を吸収する（吸収端：１１００ｎｍ（≒１．１３ｅＶ））。そのため、シリコンウェーハを被加工物１１として用いる場合には、１０００ｎｍ〜１１００ｎｍ程度の波長のレーザービームＬ２を用いることが好ましい。
また、ｎ型の導電性を付与された４Ｈ−ＳｉＣウェーハは、１０８０ｎｍより長波長の光を吸収する（吸収端：１０８０ｎｍ（≒１．１５ｅＶ））。そのため、ｎ型の導電性を付与された４Ｈ−ＳｉＣウェーハを被加工物１１として用いる場合には、１０８０ｎｍ〜１２００ｎｍ程度の波長のレーザービームＬ２を用いることが好ましい。
なお、被加工物１１は、複数の吸収端を有することがある。例えば、ｎ型の導電性を付与された４Ｈ−ＳｉＣウェーハは、他にも、４８０ｎｍ（≒２．５５ｅＶ）、４４０ｎｍ（≒２．９ｅＶ）、３６０ｎｍ（≒３．３５ｅＶ）に吸収端を有し、４４０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長の光、及び３６０ｎｍ以下の波長の光を吸収する。
このような複数の吸収端を有する被加工物１１を用いる場合には、いずれの吸収端を基準にレーザービームＬ２の波長を決定しても良い。例えば、ｎ型の導電性を付与された４Ｈ−ＳｉＣウェーハでは、４４０ｎｍ〜４８０ｎｍ、３４０ｎｍ〜３６０ｎｍ程度の波長のレーザービームＬ２を用いることもできる。
分割対象の改質層２５にレーザービームＬ２を照射した後には、レーザービームＬ２の照射を停止して、保持テーブル４と第２のレーザー加工ヘッド１０とを改質層２５と垂直な第２の方向に相対移動（割り出し送り）させる。これにより、第２のレーザー加工ヘッド１０は、隣接する改質層２５に位置合わせされる。
位置合わせの後には、隣接する改質層２５に沿ってレーザービームＬ２を照射する。この動作を繰り返し、第１の方向に伸びる全ての改質層２５に沿ってレーザービームＬ２を照射した後には、保持テーブル４を鉛直軸の周りに９０°回転させて、第１の方向と直交する第２の方向に伸びる改質層２５に沿ってレーザービームＬ２を照射する。全ての改質層２５に沿ってレーザービームＬ２を照射し、被加工物１１が分割されると、分割ステップは終了する。
以上のように、本実施の形態に係る被加工物の加工方法は、透過性の高いレーザービームＬ１を照射して被加工物１１の内部に改質層２５を形成する改質層形成ステップを実施した後に、ある程度の吸収性があるレーザービームＬ２を改質層２５に沿って照射する分割ステップを実施するので、吸収性があるレーザービームＬ２の照射によって生じる熱で改質層２５に応力を与え、被加工物１１を適切に分割できる。
また、本実施の形態に係る被加工物の加工方法は、改質層形成ステップ及び分割ステップにおいてレーザービームＬ１，Ｌ２を照射するだけで良いので、生産性を十分に維持できる。このように、本発明によれば、生産性を維持しながら被加工物１１を適切に分割できる被加工物の加工方法を提供できる。
なお、本発明は上記実施の形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記分割ステップでは、第１の方向に伸びる全ての改質層２５に沿ってレーザービームＬ２を照射してから、第２の方向に伸びる改質層２５に沿ってレーザービームＬ２を照射しているが、本発明の被加工物の加工方法はこれに限定されない。例えば、第２の方向に伸びる全ての改質層２５に沿ってレーザービームＬ２を照射してから、第１の方向に伸びる改質層２５に沿ってレーザービームＬ２を照射しても良い。
また、上記実施の形態では、第１のレーザー加工ヘッド８と第２のレーザー加工ヘッド１０とを備えるレーザー加工装置２を用いて改質層形成ステップ及び分割ステップを実施しているが、本発明の被加工物の加工方法で使用される加工装置はこれに限定されない。例えば、第１のレーザー加工ヘッド８、第２のレーザー加工ヘッド１０をそれぞれ備える２台のレーザー加工装置を用いて改質層形成ステップ、分割ステップをそれぞれ実施しても良い。
また、上記実施の形態では、被加工物１１としてシリコンウェーハやＳｉＣウェーハ（４Ｈ−ＳｉＣウェーハ）を例示しているが、本発明の加工対象となる被加工物１１はこれに限定されない。ＧａＮウェーハやサファイアウェーハ等を被加工物１１としても良い。
その他、上記実施の形態に係る構成、方法などは、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。
１１ ウェーハ
１１ａ 表面
１１ｂ 裏面
１１ｃ 外周
１３ デバイス領域
１５ 外周余剰領域
１７ 分割予定ライン（ストリート）
１９ デバイス
２１ 保護テープ
２１ａ 表面
２１ｂ 裏面
２３ フレーム
２５ 改質層
２７ クラック
２ レーザー加工装置
４ 保持テーブル
４ａ 保持面
６ クランプ
８ 第１のレーザー加工ヘッド
１０ 第２のレーザー加工ヘッド
Ｌ１，Ｌ２ レーザービーム

Claims (1)

  1. 被加工物に対して透過性を有する波長のレーザービームを照射して被加工物の内部に改質層を形成する改質層形成ステップと、
    該改質層形成ステップを実施した後、被加工物の吸収端の近傍で吸収側の波長のレーザービームを該改質層に沿って照射して該改質層を起点に被加工物を分割する分割ステップと、を備えたことを特徴とする被加工物の加工方法。
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