JP2016072275A - ウエーハの加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】シリコンウエーハに対して1300〜1400nmの範囲に設定された波長のパルスレーザービームを照射してウエーハ内部に改質層を形成する際に、透過光がウエーハ表面のデバイスを損傷させることを抑制可能なウエーハの加工方法を提供する。【解決手段】ウエーハに対して透過性を有するパルスレーザービームの波長を1300nm〜1400nmの範囲に設定するステップと、ウエーハの内部にパルスレーザービームの集光点を位置づけてウエーハの裏面11bからパルスレーザービームを照射するとともに保持手段とレーザービーム照射手段とを相対的に加工送りしてウエーハの内部に改質層19を形成するステップと、ウエーハに外力を付与して改質層を分割起点にウエーハを分割予定ラインに沿って分割するステップと、を備え、改質層形成ステップにおいて、パルスレーザービームの偏光面71は加工送り方向に対して直交する方向に位置づけられている。【選択図】図7
Description
本発明は、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザービームを照射してウエーハ内部に改質層を形成した後、ウエーハに外力を付与して改質層を起点にウエーハを複数のデバイスチップに分割するウエーハの加工方法に関する。
IC、LSI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(以下、単にウエーハと称することがある)は、加工装置によって個々のデバイスチップに分割され、分割されたデバイスチップは携帯電話、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と切り込ませることでウエーハを切削し、個々のデバイスチップへと分割する。
一方、近年では、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザービームの集光点を分割予定ラインに対応するウエーハの内部に位置づけて、パルスレーザービームを分割予定ラインに沿って照射してウエーハ内部に改質層を形成し、その後外力を付与してウエーハを個々のデバイスチップに分割する方法が提案されている(例えば、特許第4402708号公報参照)。
改質層とは密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域のことであり、溶融再固化領域、屈折率変化領域、絶縁破壊領域の他、クラック領域やこれらが混在した領域も含まれる。
シリコンの光学吸収端は、シリコンのバンドギャップ(1.1eV)に相当する光の波長1050nm付近にあり、バルクのシリコンでは、これより短い波長の光は吸収されてしまう。
従来の改質層形成方法では、光学吸収端に近い波長1064nmのレーザーを発振するネオジム(Nd)をドープしたNd:YAGパルスレーザーが一般的に使用される(例えば、特開2005−95952号公報参照)。
しかし、Nd:YAGパルスレーザーの波長1064nmがシリコンの光学吸収端に近いことから、集光点を挟む領域においてレーザービームの一部が吸収されて十分な改質層が形成されず、ウエーハを個々のデバイスチップに分割できない場合がある。
そこで、本出願人は、波長1300〜1400nmの範囲に設定された、例えば波長1342nmのYAGパルスレーザーを用いてウエーハの内部に改質層を形成すると、集光点を挟む領域においてレーザービームの吸収が低減されて良好な改質層を形成できるとともに、円滑にウエーハを個々のデバイスチップに分割できることを見出した(特開2006−108459号公報参照)。
ところが、分割予定ラインに沿って直前に形成された改質層に隣接してパルスレーザービームの集光点をウエーハの内部に位置づけて照射し、ウエーハ内部に改質層を形成すると、パルスレーザービームを照射した面と反対側の面、即ちウエーハの表面にレーザービームが散乱して表面に形成されたデバイスをアタックし損傷させるという新たな問題を生じることが判明した。
この問題を検証したところ、直前に形成された改質層から微細なクラックがウエーハの表面側に伝播し、そのクラックが次に照射されるパルスレーザービームの透過光を屈折又は反射させてデバイスをアタックするのではないかと推察される。
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、シリコンウエーハに対して1300〜1400nmの範囲に設定された波長のパルスレーザービームを照射してウエーハ内部に改質層を形成する際に、透過光がウエーハ表面のデバイスを損傷させることを抑制可能なウエーハの加工方法を提供することである。
本発明によると、被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に対して透過性を有する波長のパルス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レーザービーム照射手段と、該保持手段と該レーザービーム照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、を備えたレーザー加工装置によって表面に複数のデバイスが複数の分割予定ラインによって区画されて形成されたシリコンからなるウエーハを加工するウエーハの加工方法であって、ウエーハに対して透過性を有するパルスレーザービームの波長を1300nm〜1400nmの範囲に設定する波長設定ステップと、該波長設定ステップ実施後、ウエーハの内部にパルスレーザービームの集光点を位置づけてウエーハの裏面から該分割予定ラインに対応する領域にパルスレーザービームを照射するとともに該保持手段と該レーザービーム照射手段とを相対的に加工送りしてウエーハ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実施後、ウエーハに外力を付与して該改質層を分割起点にウエーハを該分割予定ラインに沿って分割する分割ステップと、を備え、該改質層形成ステップにおいて、パルスレーザービームの偏光面は加工送り方向に対して直交する方向に位置づけられていることを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。
本発明のウエーハの加工方法によると、改質層形成ステップにおいて、パルスレーザービームの偏光面は加工送り方向に対して直交する方向に位置づけられているので、直前に形成された改質層から伝播した微細なクラックの影響を受けることなく次のパルスレーザービームが照射されるので、散乱が抑制されてウエーハの表面に形成されたデバイスを損傷させるという問題を解消することができる。
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を参照すると、本発明のウエーハの加工方法を実施するのに適したレーザー加工装置2の概略斜視図が示されている。
レーザー加工装置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に沿って割り出し送り方向、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は回転可能であるとともに加工送り手段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に吸引保持されたウエーハを支持する環状フレーム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にはレーザービーム照射ユニット34が取り付けられている。レーザービーム照射ユニット34は、ケーシング33内に収容された図2に示すレーザービーム発生ユニット35と、ケーシング33の先端に取り付けられた集光器37とから構成される。
レーザービーム発生ユニット35は、図2に示すように、YAGパルスレーザーを発振するレーザー発振器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。本実施形態では、レーザー発振器62として、波長1342nmのパルスレーザーを発振するYAGパルスレーザー発振器を採用した。
図1に示すようにケーシング33の先端部には、集光器37とX軸方向に整列してレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像ユニット39が配設されている。撮像ユニット39は、可視光によって半導体ウエーハ11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39は更に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射手段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手段を含んでおり、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ユニットであり、加工送り量検出ユニット56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。
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ユニットであり、割り出し送り量検出ユニット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39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、レーザービーム発生ユニット35等に制御信号が出力される。
図3を参照すると、本発明の加工方法の加工対象となる半導体ウエーハ11の表面側斜視図が示されている。図3に示す半導体ウエーハ11は、例えば厚さが100μmのシリコンウエーハから構成されている。
半導体ウエーハ11は、表面11aに第1の方向に伸長する複数の第1の分割予定ライン(ストリート)13aと、第1の方向と直交する第2の方向に伸長する複数の第2の分割予定ライン13bが形成されているとともに、第1の分割予定ライン13aと第2の分割予定ライン13bとによって区画された各領域にIC、LSI等のデバイス15が形成されている。また、半導体ウエーハ11の外周には、シリコンウエーハの結晶方位を示すマークとしてのノッチ17が形成されている。
本発明実施形態のウエーハの加工方法では、半導体ウエーハ(以下ウエーハと略称する)11は、図4に示すように、外周が環状フレームFに貼着されたダイシングテープTにその表面11a側が貼着され、図5に示すように、ウエーハ11の裏面11bが露出した形態として加工が遂行される。
本発明のウエーハの加工方法では、まず、シリコンウエーハ11に対して透過性を有するパルスレーザービームの波長を1300nm〜1400nmの範囲に設定する(波長設定ステップ)。本実施形態では、図2に示すレーザービーム発生ユニット35のレーザー発振器62として、波長1342nmのパルスレーザーを発振するYAGレーザー発振器を採用した。
次いで、レーザー加工装置2のチャックテーブル28でウエーハ11をダイシングテープTを介して吸引保持し、ウエーハ11の裏面11bを露出させる。そして、撮像ユニット39の赤外線撮像素子でウエーハ11をその裏面11b側から撮像し、第1の分割予定ライン13aに対応する領域を集光器37とX軸方向に整列させるアライメントを実施する。このアライメントには、よく知られたパターンマッチング等の画像処理を利用する。
第1の分割予定ライン13aのアライメントを実施後、チャックテーブル28を90度回転してから、第1の分割予定ライン13aに直交する方向に伸長する第2の分割予定ライン13bについても同様なアライメントを実施する。
アライメントステップ実施後、図6に示すように、集光器37で波長1342nmのパルスレーザービームの集光点を第1の分割予定ライン13aに対応するウエーハ内部に位置づけて、パルスレーザービームをウエーハ11の裏面11b側から照射して、チャックテーブル28を矢印X1方向に加工送りすることにより、ウエーハ11の内部に改質層19を形成する改質層形成ステップを実施する。
この改質層形成ステップでは、図2に示すレーザービーム発生ユニット35のレーザー発振器62から発振された直線偏光のパルスレーザービームをパワー調整手段68で所定パワーに調整した後、レーザービーム発生ユニット35と集光器37との間に介装された1/2波長板69でレーザービーム発生ユニット35から出射されたパルスレーザービームの偏光面を所定角度回転し、図7(A)に示すように、その偏光面71を矢印X1で示す加工送り方向に対して直交する方向に設定する。
このように偏光面71が加工送り方向X1に対して直交する方向に設定されたパルスレーザービームを集光器37のミラー70で反射した後、集光レンズ72でウエーハ11の内部に集光し、パルスレーザービームをウエーハ11の裏面11b側から照射しながらチャックテーブル28を所定の加工送り速度(例えば、300mm/s)で矢印X1方向に加工送りして、図7(B)に示すように、ウエーハ11の内部に改質層19を形成する。
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の分割予定ライン13aに対応するウエーハ11の内部に改質層19を形成する。次いで、チャックテーブル28を90°回転してから、第1の分割予定ライン13aに直交する全ての第2の分割予定ライン13bに沿って同様な改質層19を形成する。
改質層19は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域を言う。例えば、溶融再固化領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等を含み、これらの領域が混在した領域も含むものである。
改質層形成ステップの加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 :YAGパルスレーザー
波長 :1342nm
平均出力 :0.5W
繰り返し周波数 :100kHz
スポット径 :φ2.5μm
送り速度 :300mm/s
波長 :1342nm
平均出力 :0.5W
繰り返し周波数 :100kHz
スポット径 :φ2.5μm
送り速度 :300mm/s
改質層形成ステップ実施後、図8に示す分割装置80を使用してウエーハ11に外力を付与し、ウエーハ11を個々のデバイスチップ21へと分割する分割ステップを実施する。図8に示す分割装置80は、環状フレームFを保持するフレーム保持手段82と、フレーム保持手段82に保持された環状フレームFに装着されたダイシングテープTを拡張するテープ拡張手段84を具備している。
フレーム保持手段82は、環状のフレーム保持部材86と、フレーム保持部材86の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ88から構成される。フレーム保持部材86の上面は環状フレームFを載置する載置面86aを形成しており、この載置面86a上に環状フレームFが載置される。
そして、載置面86a上に載置された環状フレームFは、クランプ88によってフレーム保持手段86に固定される。このように構成されたフレーム保持手段82はテープ拡張手段84によって上下方向に移動可能に支持されている。
テープ拡張手段84は、環状のフレーム保持手段86の内側に配設された拡張ドラム90を具備している。拡張ドラム90の上端は蓋92で閉鎖されている。この拡張ドラム90は、環状フレームFの内径より小さく、環状フレームFに装着されたダイシングテープTに貼着されたウエーハ11の外径より大きい外径を有している。
拡張ドラム90はその下端に一体的に形成された支持フランジ94を有している。テープ拡張手段84は更に、環状のフレーム保持部材86を上下方向に移動する駆動手段96を具備している。この駆動手段96は支持フランジ94上に配設された複数のエアシリンダ98から構成されており、そのピストンロッド100はフレーム保持部材86の下面に連結されている。
複数のエアシリンダ98から構成される駆動手段96は、環状のフレーム保持部材86を、その載置面86aが拡張ドラム90の上端である蓋92の表面と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム90の上端より所定量下方の拡張位置との間で上下方向に移動する。
以上のように構成された分割装置80を用いて実施するウエーハ11の分割ステップについて図9を参照して説明する。図9(A)に示すように、ウエーハ11をダイシングテープTを介して支持された環状フレームFを、フレーム保持部材86の載置面86a上に載置し、クランプ88によってフレーム保持部材86を固定する。この時、フレーム保持部材86はその載置面86aが拡張ドラム90の上端と略同一高さとなる基準位置に位置づけられる。
次いで、エアシリンダ98を駆動してフレーム保持部材86を図9(B)に示す拡張位置に下降する。これにより、フレーム保持部材86の載置面86a上に固定されている環状フレームFも下降するため、環状フレームFに装着されたダイシングテープTは拡張ドラム90の上端を閉鎖した蓋92に当接して主に半径方向に拡張される。
その結果、ダイシングテープTに貼着されているウエーハ11には、放射状に引っ張り力が作用する。このようにウエーハ11に放射状に引っ張り力が作用すると、第1、第2の分割予定ライン13a,13bに沿って形成された改質層19が分割起点となってウエーハ11が第1、第2の分割予定ライン13a,13bに沿って割断され、個々のデバイスチップ21に分割される。
上述した実施形態によると、改質層形成ステップにおいて、パルスレーザービームの偏光面は加工送り方向に対して直交する方向に位置づけられているので、直前に形成された改質層19から伝播した微細なクラックの影響を受けることなく次のパルスレーザービームが照射され、パルスレーザービームの散乱が抑制されてウエーハ11の表面11aに形成されたデバイス15を損傷させることが防止される。
2 レーザー加工装置
11 シリコンウエーハ
13a 第1の分割予定ライン
13b 第2の分割予定ライン
15 デバイス
19 改質層
21 デバイスチップ
28 チャックテーブル
34 レーザービーム照射ユニット
35 レーザービーム発生ユニット
37 集光器
39 撮像ユニット
62 レーザー発振器
64 繰り返し周波数設定手段
69 1/2波長板
71 偏光面
72 集光レンズ
80 分割装置
T ダイシングテープ
F 環状フレーム
11 シリコンウエーハ
13a 第1の分割予定ライン
13b 第2の分割予定ライン
15 デバイス
19 改質層
21 デバイスチップ
28 チャックテーブル
34 レーザービーム照射ユニット
35 レーザービーム発生ユニット
37 集光器
39 撮像ユニット
62 レーザー発振器
64 繰り返し周波数設定手段
69 1/2波長板
71 偏光面
72 集光レンズ
80 分割装置
T ダイシングテープ
F 環状フレーム
Claims (1)
- 被加工物を保持する保持手段と、該保持手段に保持された被加工物に対して透過性を有する波長のパルス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レーザービーム照射手段と、該保持手段と該レーザービーム照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、を備えたレーザー加工装置によって表面に複数のデバイスが複数の分割予定ラインによって区画されて形成されたシリコンからなるウエーハを加工するウエーハの加工方法であって、
ウエーハに対して透過性を有するパルスレーザービームの波長を1300nm〜1400nmの範囲に設定する波長設定ステップと、
該波長設定ステップ実施後、ウエーハの内部にパルスレーザービームの集光点を位置づけてウエーハの裏面から該分割予定ラインに対応する領域にパルスレーザービームを照射するとともに該保持手段と該レーザービーム照射手段とを相対的に加工送りしてウエーハ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実施後、ウエーハに外力を付与して該改質層を分割起点にウエーハを該分割予定ラインに沿って分割する分割ステップと、を備え、
該改質層形成ステップにおいて、パルスレーザービームの偏光面は加工送り方向に対して直交する方向に位置づけられていることを特徴とするウエーハの加工方法。
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