JP2015107491A

JP2015107491A - レーザー加工方法

Info

Publication number: JP2015107491A
Application number: JP2013250004A
Authority: JP
Inventors: 英樹辻本; Hideki Tsujimoto
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2015-06-11

Abstract

【課題】レーザービームを照射するだけで被加工物を適切に分割できるレーザー加工方法を提供する。
【解決手段】被加工物（１１）に透過性のレーザービーム（Ｌ１）を照射して、分割予定ライン（１７）に沿うクラック（Ｃ１）からなる改質層（２１）を形成する改質層形成ステップと、分割予定ラインに沿う改質層が形成された被加工物に吸収性のレーザービーム（Ｌ２）を照射して、改質層が形成された分割予定ラインに沿うレーザー加工溝（２３）を形成するレーザー加工溝形成ステップと、を備え、改質層形成ステップで形成される改質層の厚み（ｔ）と、レーザー加工溝形成ステップで形成されるレーザー加工溝の深さ（ｄ）との和が、被加工物の厚み（Ｔ）以上になるように、改質層とレーザー加工溝とを形成する構成とした。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーザービームを照射して板状の被加工物を加工するレーザー加工方法に関する。

表面にＩＣ等のデバイスが設けられた半導体ウェーハに代表される板状の被加工物は、例えば、レーザー照射用の加工ヘッドを備えるレーザー加工装置で加工されて、各デバイスに対応する複数のチップへと分割される。

半導体ウェーハのような板状の被加工物を分割する際には、あらかじめ被加工物の裏面にダイシングテープを貼着すると共に、ダイシングテープの外周部分に環状のフレームを固定しておく（例えば、特許文献１参照）。これにより、分割後におけるチップの分散を防いで、ハンドリング性を維持できる。

ところで、被加工物をレーザーアブレーションで完全に切断しようとすると、発生する熱によってダイシングテープを溶着させてしまう可能性が高い。そこで、レーザーアブレーションによる所定深さの溝を形成した後に、当該溝に沿って切削ブレードで切削し、又は外力を加えて被加工物を分割する加工方法が採用されている。

また、近年では、被加工物に吸収され難い波長のレーザービーム（透過性のレーザービーム）を内部に集光させて、分割の起点となる改質層（改質領域）を形成する被加工物の加工方法も実用化されている（例えば、特許文献２参照）。

この加工方法では、レーザービームを照射して改質層を形成した後に、当該改質層に沿って被加工物を押圧し、又は被加工物に貼着されたダイシングテープを拡張する。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、被加工物を改質層に沿って分割できる。

特開２００３−２４３４８３号公報特許第３４０８８０５号公報

しかしながら、上述のような加工方法は、レーザービームを照射した後に、被加工物を分割するための切削ブレードによる切削や外力の付与等の工程が必要になるので、生産性の点において不利である。

これに対して、例えば、クラックを発生させる条件で改質層を形成すれば、被加工物を分割するための後工程を省略できる。ところが、この方法では、被加工物の表面又は裏面に膜が形成されていると適切な改質層を形成できず、分割不良が発生してしまう。

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、レーザービームを照射するだけで被加工物を適切に分割できるレーザー加工方法を提供することである。

本発明によれば、分割予定ラインを有した被加工物にレーザー加工を施すレーザー加工方法であって、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の集光点を被加工物の内部に位置付けるように被加工物の第１面に向けて分割予定ラインに沿う該レーザービームを照射して、クラックからなる改質層を形成する改質層形成ステップと、被加工物に対して吸収性を有する波長のレーザービームを分割予定ラインに沿う改質層が形成された被加工物の第１面に向けて照射して、改質層が形成された分割予定ラインに沿うレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成ステップと、を備え、該改質層形成ステップで形成される改質層の厚みと該レーザー加工溝形成ステップで形成されるレーザー加工溝の深さとの和が、被加工物の厚み以上になるように、改質層とレーザー加工溝とが形成されることを特徴とするレーザー加工方法が提供される。

また、本発明において、被加工物は複数の分割予定ラインを有し、同一の分割予定ラインに対して該改質層形成ステップと該レーザー加工溝形成ステップとが連続して実施されることが好ましい。

また、本発明において、被加工物は複数の分割予定ラインを有し、互いに異なる分割予定ラインに対して該改質層形成ステップと該レーザー加工溝形成ステップとが同時に実施されることが好ましい。

本発明のレーザー加工方法は、被加工物の分割予定ラインに沿ってクラックからなる改質層を形成する改質層形成ステップと、改質層が形成された分割予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成ステップと、を備え、改質層の厚みとレーザー加工溝の深さとの和を、被加工物の厚み以上としている。

このように、クラックからなる改質層の厚みとレーザー加工溝の深さとの和を、被加工物の厚み以上とすることで、例えば、クラックからなる改質層のみでは分割しきれないような被加工物を適切に分割できる。また、レーザービームの照射だけで被加工物を分割するので、レーザービームを照射した後に被加工物を分割するための切削ブレードによる切削や外力の付与等の工程が不要になり、高い生産性を実現できる。

図１（Ａ）は、本実施の形態のレーザー加工方法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り、図１（Ｂ）は、被加工物の構成例を模式的に示す断面図である。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。レーザー加工溝形成ステップを模式的に示す一部断面側面図である。変形例に係るレーザー加工方法を模式的に示す一部断面側面図である。

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レーザー加工方法は、改質層形成ステップ（図１参照）、及びレーザー加工溝形成ステップ（図２参照）を含む。

改質層形成ステップでは、被加工物に吸収され難い波長のレーザービーム（透過性のレーザービーム）を、ストリート（分割予定ライン）に沿って照射し、クラック（亀裂）を含む改質層（クラックからなる改質層）を形成する。レーザー加工溝形成ステップでは、被加工物に吸収され易い波長のレーザービーム（吸収性のレーザービーム）を、改質層が形成されたストリートに沿って照射し、アブレーションによるレーザー加工溝を形成する。以下、本実施の形態に係るレーザー加工方法について詳述する。

図１（Ａ）は、本実施の形態のレーザー加工方法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り、図１（Ｂ）は、被加工物の構成例を模式的に示す断面図である。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）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。

なお、本実施の形態のレーザー加工方法を実施する前には、被加工物１１の裏面１１ｂ側（又は表面１１ａ側）にダイシングテープ（不図示）を貼着すると共に、ダイシングテープの外周部分に環状のフレーム（不図示）を固定しておくと良い。これにより、分割後におけるチップの分散を防いで、ハンドリング性を維持できる。ただし、本発明はこれに限定されず、被加工物１１を単独で用いることもできる。

本実施の形態のレーザー加工方法では、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、クラックを含む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図である。

改質層形成ステップは、例えば、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を吸引保持するチャックテーブル（不図示）を備えている。

このチャックテーブルは、モータ等の回転機構（不図示）と連結されており、鉛直方向に伸びる回転軸の周りに回転する。また、チャックテーブルの下方には、移動機構（不図示）が設けられており、チャックテーブルは、この移動機構で水平方向に移動する。

チャックテーブルの上面は、被加工物１１の裏面１１ｂ側（又は表面１１ａ側）を吸引保持する保持面となっている。この保持面には、チャックテーブルの内部に形成された流路を通じて吸引源の負圧が作用し、被加工物１１を吸引する吸引力が発生する。

チャックテーブルの上方には、第１のレーザー加工ヘッド４が配置されている。第１のレーザー加工ヘッド４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、被加工物１１の裏面１１ｂ側をチャックテーブルに吸引保持させる。これにより、被加工物１１の表面１１ａ側が上方に露出する。本実施の形態では、被加工物１１において上方に露出した表面１１ａを、レーザービームが照射される第１面とする。ただし、本発明はこれに限定されず、被加工物１１の表面１１ａ側をチャックテーブルに吸引保持させて裏面側１１ｂ側を上方に露出させても良い。その場合、裏面１１ｂが第１面となる。また、以降の説明において表面１１ａと裏面１１ｂとの関係が入れ替わることになる。

次に、チャックテーブルを移動、回転させて、第１のレーザー加工ヘッド４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４から被加工物１１の第１面となる表面１１ａに向けてレーザービームＬ１を照射すると共に、チャックテーブルを加工対象のストリート１７と平行な第１の方向Ｄ１に移動（加工送り）させる。すなわち、被加工物１１及び第１のレーザー加工ヘッド４を加工対象のストリート１７に対して平行に相対移動させる。

第１のレーザー加工ヘッド４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。また、レーザービームＬ１のパワーは、集光点Ｐ１の近傍にクラック（亀裂）Ｃ１を発生させる程度に高めに設定する。

例えば、被加工物１１がシリコンウェーハの場合、ＹＡＧ又はＹＶＯ４パルスレーザー発振器で発振される波長が１０６４ｎｍのレーザービームＬ１を被加工物１１に照射すると良い。ただし、第１のレーザー発振器の構成やレーザービームＬ１の波長等は、これらに限定されない。

このようなレーザービームＬ１を被加工物１１の内部に集光させると、集光点Ｐ１の近傍は改質されて、クラックＣ１が発生する。よって、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、クラックＣ１を含む改質層２１を加工対象のストリート１７に沿って形成できる。

なお、この改質層形成ステップでは、所定厚みｔの改質層２１を形成できるように、かつ、被加工物１１の裏面１１ｂにクラックＣ１を到達させることができるように、レーザービームＬ１のパワーや集光点Ｐ１の深さ等の条件が設定される。

改質層２１の厚みｔは、後述するレーザー加工溝形成ステップで形成されるレーザー加工溝２３（図３参照）の深さｄに応じて決定される。具体的には、改質層２１の厚みｔとレーザー加工溝２３の深さｄとの和が、被加工物１１の厚みＴ以上となるように改質層２１の厚みを調整する。ただし、改質層２１の厚みｔ自体は、被加工物１１の厚みＴ未満である。すなわち、改質層２１のクラックＣ１は、被加工物１１の表面１１ａに到達しない。

上述のように加工対象のストリート１７に沿う改質層２１を形成した後には、レーザービームＬ１の照射を停止して、チャックテーブルを加工対象のストリート１７と垂直な第２の方向に移動（割り出し送り）させる。

すなわち、被加工物１１及び第１のレーザー加工ヘッド４を加工対象のストリート１７に対して垂直に相対移動させる。これにより、第１のレーザー加工ヘッド４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２１を形成する。この動作を繰り返し、第１の方向Ｄ１に伸びる全てのストリート１７に沿って改質層２１を形成した後には、チャックテーブルを鉛直方向に伸びる回転軸の周りに９０°回転させて、第１の方向Ｄ１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２１を形成する。全てのストリート１７に沿って改質層２１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２１が形成されたストリート１７に沿ってレーザービームを照射し、レーザー加工溝２３を形成するレーザー加工溝形成ステップを実施する。図３は、レーザー加工溝形成ステップを模式的に示す図である。

図３に示すように、レーザー加工溝形成ステップでは、第１のレーザー加工ヘッド４とは異なる第２のレーザー加工ヘッド６が使用される。この第２のレーザー加工ヘッド６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、チャックテーブルに吸引保持された被加工物１１に照射する。

レーザー加工溝形成ステップでは、まず、チャックテーブルを移動、回転させて、第２のレーザー加工ヘッド６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２のレーザー加工ヘッド６から被加工物１１の第１面となる表面１１ａ側に向けてレーザービームＬ２を照射すると共に、チャックテーブルを加工対象のストリート１７と平行な第１の方向Ｄ１に移動（加工送り）させる。すなわち、被加工物１１及び第２のレーザー加工ヘッド６を加工対象のストリート１７に対して平行に相対移動させる。

第２のレーザー加工ヘッド６から照射されるレーザービームＬ２の波長は、被加工物１１に吸収され易い波長（吸収性を有する波長）とする。また、レーザービームＬ２のパワーは、集光点Ｐ２の近傍をアブレーションさせる程度に高めに設定する。

このようなレーザービームＬ２を被加工物１１に照射すると、集光点Ｐ２の近傍はアブレーションにより加工される。よって、レーザービームＬ２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に沿うレーザー加工溝２３を形成できる。

なお、このレーザー加工溝形成ステップでは、所定深さｄのレーザー加工溝２３を形成できるように、かつ、レーザー加工溝２３の上端を被加工物１１の表面１１ａに位置付けることができるように、レーザービームＬ２のパワーや集光点Ｐ２の深さ等の条件が設定される。

上述のように、レーザー加工溝２３の深さｄは、改質層２１の厚みｔとレーザー加工溝２３の深さｄとの和が、被加工物１１の厚みＴ以上となるように調整される。ただし、レーザー加工溝２３の深さｄ自体は、被加工物１１の厚みＴ未満である。すなわち、レーザー加工溝２３の下端（底）は、被加工物１１の裏面１１ｂに到達しない。

このように、クラックＣ１を含む厚みｔの改質層２１が形成されたストリート１７に、深さｄのレーザー加工溝２３を形成することで、被加工物１１をストリート１７に沿って分割できる。

加工対象のストリート１７に沿うレーザー加工溝２３を形成した後には、レーザービームＬ２の照射を停止して、チャックテーブルを加工対象のストリート１７と垂直な第２の方向に移動（割り出し送り）させる。

すなわち、被加工物１１及び第２のレーザー加工ヘッド６を加工対象のストリート１７に対して垂直に相対移動させる。これにより、第２のレーザー加工ヘッド６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に沿って同様のレーザー加工溝２３を形成する。この動作を繰り返し、第１の方向Ｄ１に伸びる全てのストリート１７に沿ってレーザー加工溝２３を形成した後には、チャックテーブルを鉛直方向に伸びる回転軸の周りに９０°回転させて、第１の方向Ｄ１と直交する第２の方向に伸びるストリート１７に沿ってレーザー加工溝２３を形成する。全てのストリート１７に沿ってレーザー加工溝２３が形成されると、改質層形成ステップは終了する。

以上のように、本実施の形態に係るレーザー加工方法は、被加工物１１のストリート（分割予定ライン）１７に沿ってクラックＣ１を含む改質層２１（クラックＣ１からなる改質層２１）を形成する改質層形成ステップと、改質層２１が形成されたストリート１７に沿ってレーザー加工溝２３を形成するレーザー加工溝形成ステップと、を備え、改質層２１の厚みｔとレーザー加工溝２３の深さｄとの和を、被加工物１１の厚みＴ以上としている。

このように、クラックＣ１を含む改質層２１の厚みｔとレーザー加工溝２３の深さｄとの和を、被加工物１１の厚みＴ以上とすることで、例えば、クラックＣ１を含む改質層２１のみでは分割しきれないような被加工物１１を適切に分割できる。また、レーザービームＬ１，Ｌ２の照射だけで被加工物１１を分割するので、レーザービームＬ１を照射した後に被加工物１１を分割するための切削ブレードによる切削や外力の付与等の工程が不要になり、高い生産性を実現できる。

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、上記実施の形態では、全てのストリート１７に沿う改質層２１を形成した後に、レーザー加工溝２３を形成しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、改質層形成ステップとレーザー加工溝形成ステップとを並行して実施しても良い。

図４は、変形例に係るレーザー加工方法を模式的に示す一部断面側面図である。変形例に係るレーザー加工方法では、第１のレーザー加工ヘッド４と第２のレーザー加工ヘッド６とを隣接させて同じストリート１７の上方に位置付け、改質層２１を形成した直後のストリート１７にレーザー加工溝２３を形成している。

すなわち、改質層２１を形成する改質層形成ステップと、レーザー加工溝２３を形成するレーザー加工溝形成ステップとを、同じストリート１７に対して連続して実施している。この場合、改質層形成ステップ及びレーザー加工溝形成ステップに要する時間を大幅に短縮できるので、より高い生産性を実現できる。

また、第１のレーザー加工ヘッド４と第２のレーザー加工ヘッド６とを、異なるストリートの上方に位置付け、あるストリート１７に沿う改質層２１を形成しつつ別のストリート１７に沿うレーザー加工溝２３を形成しても良い。

すなわち、改質層２１を形成する改質層形成ステップと、レーザー加工溝２３を形成するレーザー加工溝形成ステップとを、異なるストリート１７に対して同時に実施しても良い。なお、レーザー加工溝２３を形成するストリート１７には、あらかじめ、改質層２１を形成しておく必要がある。この場合にも、改質層形成ステップ及びレーザー加工溝形成ステップに要する時間を大幅に短縮できるので、より高い生産性を実現できる。

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ストリート（分割予定ライン）
１９デバイス
２１改質層
２３レーザー加工溝
２レーザー加工装置
４第１のレーザー加工ヘッド
６第２のレーザー加工ヘッド
Ｃ１クラック
Ｄ１第１の方向
Ｐ１，Ｐ２集光点

Claims

分割予定ラインを有した被加工物にレーザー加工を施すレーザー加工方法であって、
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の集光点を被加工物の内部に位置付けるように被加工物の第１面に向けて分割予定ラインに沿う該レーザービームを照射して、クラックからなる改質層を形成する改質層形成ステップと、
被加工物に対して吸収性を有する波長のレーザービームを分割予定ラインに沿う改質層が形成された被加工物の第１面に向けて照射して、改質層が形成された分割予定ラインに沿うレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成ステップと、を備え、
該改質層形成ステップで形成される改質層の厚みと該レーザー加工溝形成ステップで形成されるレーザー加工溝の深さとの和が、被加工物の厚み以上になるように、改質層とレーザー加工溝とが形成されることを特徴とするレーザー加工方法。
被加工物は複数の分割予定ラインを有し、
同一の分割予定ラインに対して該改質層形成ステップと該レーザー加工溝形成ステップとが連続して実施されることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工方法。
被加工物は複数の分割予定ラインを有し、
互いに異なる分割予定ラインに対して該改質層形成ステップと該レーザー加工溝形成ステップとが同時に実施されることを特徴とする請求項１に記載のレーザー加工方法。