JP2021178338A - レーザー加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体デバイスにおける抗折強度の低下を抑制することができるレーザー加工方法を提供すること。【解決手段】レーザー加工方法は、レーザービームを発振するレーザー発振器、レーザービームを集光する集光ユニット、およびレーザービームを少なくとも２以上に分岐する分岐ユニットを含むレーザービーム照射ユニットと、被加工物を保持するチャックテーブルと、チャックテーブルとレーザービームとを加工送り方向に相対的に移動させる加工送りユニットと、を備えたレーザー加工装置を用いて、被加工物の表面におけるレーザービームの分岐間隔３６をＬとし、加工送りユニットの加工送り速度を加工点におけるレーザービームの周波数で除算した値（ショット間隔３７）をＳとし、ｎを任意の整数とした場合、Ｌ≠ｎ×Ｓとなるように、分岐間隔３６、加工送り速度および周波数を設定する。【選択図】図５

Description

本発明は、レーザー加工方法に関する。

半導体ウェーハ等の板状物をストリート（分割予定ライン）に沿って分割してチップ化する方法として、切削ブレードを回転させながら切り込むことで分割する切削方法や、板状物に対して吸収性を有する波長のパルスレーザービームを照射することで分割するレーザー加工方法が知られている（特許文献１、２参照）。

レーザー加工方法は、溝幅を切削ブレードによる溝幅よりも小さくすることができるため、板状物のストリートを狭くすることでチップの取り個数を増やすことができるという利点がある。

特開平４−９９６０７号公報 特開２００４−１８８４７５号公報

しかしながら、ストリートに沿ってレーザー加工を行う際に生じるレーザービームによる熱ダメージ等によって、分割後の半導体デバイスの抗折強度が低下してしまう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、その目的は、半導体デバイスにおける抗折強度の低下を抑制することができるレーザー加工方法を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーザー加工方法は、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発振するレーザー発振器と、該レーザービームを集光する集光ユニットと、該レーザー発振器と該集光ユニットとの間に配設され、該レーザービームを少なくとも２以上に分岐する分岐ユニットと、を含むレーザービーム照射ユニットと、該被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルと該レーザービームとを加工送り方向に相対的に移動させる加工送りユニットと、を備えたレーザー加工装置を用いて、被加工物を加工する被加工物のレーザー加工方法であって、被加工物の表面における該レーザービームの分岐間隔をＬとし、該加工送りユニットの加工送り速度を加工点における該レーザービームの周波数で除算した値をＳとし、ｎを任意の整数とした場合、Ｌ≠ｎ×Ｓとなるように、該分岐間隔、該加工送り速度および該周波数を設定することを特徴とする。

本願発明は、半導体デバイスにおける抗折強度の低下を抑制することができる。

図１は、実施形態に係るレーザー加工方法の加工対象の被加工物を示す斜視図である。 図２は、実施形態に係るレーザー加工方法に用いるレーザー加工装置の構成例を一部断面で模式的に示す側面図である。 図３は、図２の被加工物の表面の要部を模式的に示す平面図である。 図４は、実施形態に係るレーザービームによる加工ラインを模式的に示す説明図である。 図５は、図４の加工ラインを割り出し送り方向に分解して模式的に示す説明図である。 図６は、比較例に係るレーザービームによる加工ラインを模式的に示す説明図である。 図７は、図６の加工ラインを割り出し送り方向に分解して模式的に示す説明図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。更に、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換または変更を行うことができる。

〔実施形態〕
本発明の実施形態に係る被加工物１００の加工方法について、図面に基づいて説明する。まず、実施形態の加工対象の被加工物１００の構成について説明する。図１は、実施形態に係るレーザー加工方法の加工対象の被加工物１００を示す斜視図である。以下の説明において、Ｘ軸方向は、水平面における一方向である。Ｙ軸方向は、水平面において、Ｘ軸方向に直交する方向である。

図１に示すように、被加工物１００は、シリコン（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）等を基板１０１とする円板状の半導体ウェーハ、光デバイスウェーハ等のウェーハである。被加工物１００は、基板１０１の表面１０２に格子状に設定された分割予定ライン１０３と、分割予定ライン１０３によって区画された領域に形成されたデバイス１０４と、を有している。デバイス１０４は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）、またはＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、またはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサである。

被加工物１００は、環状フレーム１１０および貼着テープ１１１に支持される。環状フレーム１１０は、被加工物１００の外径よりも大きな開口を有する。貼着テープ１１１は、外周が環状フレーム１１０の裏面側に貼着される。被加工物１００は、環状フレーム１１０の開口の所定の位置に位置決めされ、被加工物１００の裏面１０５が貼着テープ１１１の表面に貼着されることによって、環状フレーム１１０および貼着テープ１１１に固定される。

次に、実施形態に係るレーザー加工方法に用いるレーザー加工装置１の構成について説明する。図２は、実施形態に係るレーザー加工方法に用いるレーザー加工装置１の構成例を一部断面で模式的に示す側面図である。以下の説明において、Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交する方向である。実施形態のレーザー加工装置１は、加工送り方向がＸ軸方向であり、割り出し送り方向がＹ軸方向であり、集光点位置調整方向がＺ軸方向である。

レーザー加工装置１は、チャックテーブル１０と、加工送りユニット１４と、レーザービーム照射ユニット２０と、を有する。レーザー加工装置１は、加工対象である被加工物１００に対してレーザービーム２１を照射することにより、被加工物１００を加工する装置である。

チャックテーブル１０は、被加工物１００を保持面１１で保持する。保持面１１は、ポーラスセラミック等から形成された円盤形状である。保持面１１は、実施形態において、水平方向と平行な平面である。保持面１１は、例えば、真空吸引経路を介して真空吸引源と接続している。チャックテーブル１０は、保持面１１上に載置された被加工物１００を吸引保持する。

チャックテーブル１０の周囲には、被加工物１００を支持する環状フレーム１１０を挟持するクランプ部１２が複数配置されている。チャックテーブル１０は、回転ユニット１３によりＺ軸方向と平行な軸心回りに回転される。回転ユニット１３によってチャックテーブル１０を回転させることで、被加工物１００の加工送り方向を変更することができる。回転ユニット１３は、加工送りユニット１４に支持される。

加工送りユニット１４は、チャックテーブル１０とレーザービーム照射ユニット２０から照射されるレーザービーム２１とを加工送り方向に相対的に移動させる。加工送りユニット１４は、実施形態において、回転ユニット１３およびチャックテーブル１０を、加工送り方向であるＸ軸方向および割り出し送り方向であるＹ軸方向に移動させる。なお、図２の矢印１５は、加工送り時のチャックテーブル１０の移動方向を示す。

レーザービーム照射ユニット２０は、チャックテーブル１０に保持された被加工物１００に対してパルス状のレーザービーム２１を照射するユニットである。図２に示すように、レーザービーム照射ユニット２０は、レーザー発振器２２と、ミラー２３と、分岐ユニット２４と、集光レンズ２５と、を含む。

レーザー発振器２２は、被加工物１００を加工するための所定の波長を有するレーザービーム２１を発振する。レーザー発振器２２は、被加工物１００に対して吸収性を有する波長（例えば、３５５ｎｍ）のレーザービーム２１を発振する。レーザー発振器２２は、予め設定された周波数によってパルス状のレーザービーム２１を発振する。

ミラー２３は、レーザービーム２１を反射して、チャックテーブル１０の保持面１１に保持した被加工物１００に向けて反射する。実施形態において、ミラー２３は、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１を分岐ユニット２４へ向けて反射する。

分岐ユニット２４には、レーザー発振器２２から発振されかつミラー２３によって反射されたレーザービーム２１が入射する。分岐ユニット２４は、入射するレーザービーム２１を少なくとも２以上に分岐させて集光レンズ２５へと透過させる。レーザービーム２１が分岐する方向は、加工送り方向である。分岐ユニット２４は、例えば、回析型光学素子（Diffractive Optical Element）である。回析型光学素子は、回析現象を利用して入射されたレーザービーム２１を複数のレーザービームに分岐させる機能を有する。

集光レンズ２５は、レーザー発振器２２から発振されたレーザービーム２１を、チャックテーブル１０の保持面１１に保持された被加工物１００に集光して照射させる。集光レンズ２５は、実施形態において、分岐ユニット２４により加工送り方向に分岐された複数のレーザービーム２１を集光スポット３０に集光する。

次に、実施形態に係るレーザー加工方法について説明する。図３は、図２の被加工物１００の表面１０２の要部を模式的に示す平面図である。図４は、実施形態に係るレーザービーム２１による加工ライン３を模式的に示す説明図である。図５は、図４の加工ライン３を割り出し送り方向に分解して模式的に示す説明図である。

図３に示すように、レーザービーム２１の集光スポット３０である加工点は、被加工物１００の表面１０２の分割予定ライン１０３に設定される。分岐された複数のレーザービーム２１は、被加工物１００の表面１０２に照射される際に、被加工物１００の表面１０２において集光スポット３０が加工送り方向であるＸ軸方向に直線状かつ等間隔に並ぶ。図３から図５に示す一例において、レーザービーム２１は、５つのレーザービームに分岐される。すなわち、図３に示すように、集光スポット３０は、加工送り方向であるＸ軸方向に分岐された５つの集光スポット３１、３２、３３、３４、３５を含む。

前述のとおり、レーザービーム２１は、予め設定された周波数によってパルス状に照射される。実施形態のレーザー加工方法では、１パルスのレーザービーム２１が、５つに分岐されて、図３に示すように、被加工物１００の表面１０２の分割予定ライン１０３上に集光スポット３１、３２、３３、３４、３５を形成する。すなわち、各パルスのレーザービーム２１は、被加工物１００の表面１０２の分割予定ライン１０３上に複数（実施形態では５つ）の集光スポット３１、３２、３３、３４、３５として照射される。このように、１パルスのレーザービーム２１は、複数（実施形態では５つ）に分岐して、被加工物１００の表面１０２上に複数の集光スポット３０（実施形態では５つの集光スポット３１、３２、３３、３４、３５）として照射される。

互いに隣接する集光スポット３１、３２、３３、３４、３５の分岐間隔３６は、全て等間隔である。分岐間隔３６は、１パルスのレーザービーム２１が、５つに分岐されて、図３に示すように、被加工物１００の表面１０２の分割予定ライン１０３上に形成された集光スポット３１、３２、３３、３４、３５の中心間の距離である。なお、以下の説明において、分岐されたそれぞれのレーザービーム２１について、１分岐目、２分岐目、・・・、５分岐目、と称する。

レーザービーム２１を加工点に照射しつつ、図２に示すチャックテーブル１０を加工送りすることによって、図４に示す加工ライン３が形成される。レーザービーム２１は、予め設定された周波数によってパルス状に照射される。すなわち、加工ライン３は、予め設定された加工送りユニット１４（図２参照）の加工送り速度を、レーザービーム２１の周波数で除算したショット間隔３７（図５参照）の複数の集光スポット３０によって形成される。

ショット間隔３７は、所定のパルス目のレーザービーム２１と次のパルス目のレーザービーム２１の被加工物１００の表面１０２の分割予定ライン１０３上に形成された集光スポット３１、３２、３３、３４、３５の中心間の距離である。ショット間隔３７は、例えば、１パルス目のレーザービーム２１の被加工物１００の表面１０２の分割予定ライン１０３上に形成された集光スポット３１−１と、２パルス目のレーザービーム２１の被加工物１００の表面１０２の分割予定ライン１０３上に形成された集光スポット３１−２との中心間の距離である。

ショット間隔３７は、実施形態において、集光スポット３０におけるレーザービーム２１のビーム径３８より小さい。すなわち、１ショット目の集光スポット３１−１、３２−１、３３−１、３４−１、３５−１と、後続する２ショット目の集光スポット３１−２、３２−２、３３−２、３４−２、３５−２とは、それぞれが互いにオーバーラップする。なお、２ショット目および後続する３ショット目、３ショット目および後続する４ショット目、４ショット目および後続する５ショット目も、１ショット目および後続する２ショット目と同様の関係である。

図４および図５に示す一例において、加工ライン３は、分岐間隔３６をＬとし、ショット間隔３７をＳとし、ｎを任意の整数とした場合、Ｌ≠ｎ×Ｓである。なお、ショット間隔３７は、加工送りユニット１４の加工送り速度をＶとし、加工点におけるレーザービーム２１の周波数をｆとした場合、Ｓ＝Ｖ／ｆで表される。したがって、被加工物１００の表面１０２におけるレーザービーム２１の分岐間隔３６、加工送りユニット１４の加工送り速度、および加工点におけるレーザービーム２１の周波数は、Ｌ≠ｎ×Ｖ／ｆであるように設定される。

これにより、加工ライン３は、５ショット目における１分岐目の集光スポット３１−５が、１ショット目における２分岐目の集光スポット３２−１に、所定の重なり幅３９でオーバーラップする。重なり幅３９は、互いに異なるパルス目のレーザービーム２１の集光スポット３１、３２、３３、３４、３５のうち互いに重なる集光スポット３１、３２、３３、３４、３５同士の重なり合う部分の加工送り方向（矢印１５で示す）の長さである。

オーバーラップ率は、８０％より小さいことが好ましい。これにより、抗折強度を向上させることができる。なお、オーバーラップ率（％）は、オーバーラップ率をＰとし、集光スポット３０におけるレーザービーム２１のそれぞれの集光スポット３１、３２、３３、３４、３５のビーム径３８をＤとし、重なり幅３９をＷとした場合、Ｐ＝Ｗ／Ｄ×１００で算出される。すなわち、本発明のレーザー加工方法では、０≦Ｐ＜８０となるように、分岐間隔３６、加工送り速度および周波数が設定されるのが望ましい。オーバーラップ率が８０％以上である場合（Ｐ≧８０）、レーザービーム２１で加熱し過ぎてしまうため、チップ分割後のデバイス１０４の抗折強度が低下する可能性がある。

本発明のレーザー加工方法では、オーバーラップ率が０％（Ｐ＝０）であってもよい。オーバーラップ率が０％（Ｐ＝０）とは、集光スポット同士が接触しかつ重ならない状態を示す。この場合、レーザービーム２１で加熱し過ぎてしまうことを抑制することができるので、チップ分割後のデバイス１０４の抗折強度の低下を抑制できる。なお、オーバーラップ率が０％未満（Ｐ＜０）とは、集光スポット同士の中心間距離がビーム径３８より大きく、集光スポット同士が離間している状態を示す。オーバーラップ率が０％未満（Ｐ＜０）の場合、加工ライン３が不連続になることでチップ分割時に応力が集中し過ぎてしまうため、チップ分割後のデバイス１０４の抗折強度が低下する可能性がある。したがって、本発明のレーザー加工方法では、Ｐ≧０となるように、分岐間隔３６、加工送り速度および周波数が設定されるのが望ましい。

なお、２分岐目の集光スポット３２−５および３分岐目の集光スポット３３−１、３分岐目の集光スポット３３−５および４分岐目の集光スポット３４−１、４分岐目の集光スポット３４−５および５分岐目の集光スポット３５−１も、１分岐目の集光スポット３１−５および２分岐目の集光スポット３２−１と同様の関係である。

実施形態のレーザー加工方法に用いるレーザー加工装置１は、例えば、レーザー加工装置１の各構成要素それぞれ制御する制御部と、オペレータによるレーザー加工条件の設定を受付可能な入力部と、を備える。制御部は、レーザービーム２１の分岐間隔３６、加工送りユニット１４の加工送り速度、および加工点におけるレーザービーム２１の周波数のうちいずれか２つのパラメータの値が設定された場合、Ｌ＝ｎ×Ｖ／ｆを満たす残りの１つのパラメータの値を算出して出力する。オペレータは、算出された値を除外して、残りの１つのパラメータを設定することができる。

実施形態のレーザー加工方法に用いるレーザー加工装置１は、例えば、設定されたレーザービーム２１の分岐間隔３６、加工送りユニット１４の加工送り速度、および加工点におけるレーザービーム２１の周波数が、Ｌ＝ｎ×Ｖ／ｆを満たす場合、所定の警告情報を報知する報知部を備えていてもよい。

次に、比較例に係るレーザービーム２１による加工ライン４について説明する。図６は、比較例に係るレーザービーム２１による加工ライン４を模式的に示す説明図である。図７は、図６の加工ライン４を割り出し送り方向に分解して模式的に示す説明図である。

図６および図７に示す比較例において、レーザービーム２１は、実施形態と同様に、加工送り方向であるＸ軸方向に５つの集光スポット４１、４２、４３、４４、４５が設定されるように５つのレーザービームに分岐される。互いに隣接する集光スポット４１、４２、４３、４４、４５の分岐間隔４６は、全て等間隔である。レーザービーム２１は、予め設定された周波数によってパルス状に照射される。加工ライン３は、予め設定された加工送りユニット１４（図２参照）の加工送り速度を、レーザービーム２１の周波数で除算したショット間隔４７の複数の集光スポット４１、４２、４３、４４、４５によって形成される。

加工ライン４は、分岐間隔４６をＬとし、ショット間隔４７をＳとし、ｎを任意の整数とした場合、Ｌ＝ｎ×Ｓである。なお、ショット間隔４７は、加工送りユニット１４の加工送り速度をＶとし、加工点におけるレーザービーム２１の周波数をｆとした場合、Ｓｃ＝Ｖ／ｆで表される。したがって、被加工物１００の表面１０２におけるレーザービーム２１の分岐間隔４６、加工送りユニット１４の加工送り速度、および加工点におけるレーザービーム２１の周波数は、Ｌｃ＝ｎ×Ｖ／ｆであるように設定される。

これにより、加工ライン４は、５ショット目における１分岐目の集光スポット４１−５が、１ショット目における２分岐目の集光スポット４２−１に、所定の重なり幅４９でオーバーラップする。比較例において、オーバーラップ率は、１００％である。なお、オーバーラップ率は、オーバーラップ率をＰとし、集光スポット４１、４２、４３、４４、４５におけるレーザービーム２１のビーム径４８をＤとし、重なり幅４９をＷとした場合、Ｐ＝Ｗ／Ｄで算出される。

なお、２分岐目の集光スポット４２−５および３分岐目の集光スポット４３−１、３分岐目の集光スポット４３−５および４分岐目の集光スポット４４−１、４分岐目の集光スポット４４−５および５分岐目の集光スポット４５−１も、１分岐目の集光スポット４１−５および２分岐目の集光スポット４２−１と同様の関係である。

以上説明したように、実施形態のレーザー加工方法は、被加工物１００の表面１０２におけるレーザービーム２１の分岐間隔３６とショット間隔３７との関係がＬ≠ｎ×Ｓとなるように、分岐間隔３６、加工送り速度および周波数を設定する。なお、Ｌは分岐間隔３６の値、Ｓはショット間隔３７の値、ｎは任意の整数を示す。

比較例に示すように、加工送り方向に分岐されたレーザービーム２１によるレーザー加工において、Ｌ＝ｎ×Ｓが成立する加工ライン４では、分岐された１つのレーザービーム２１の集光スポット４１のうち、ｎショット目で形成される集光スポット４１−５は、隣接するレーザービーム２１の集光スポット４２のうち、１ショット目で形成される集光スポット４２−１に完全に重なる。このように、同一の位置に集光スポットが設定されることにより、該位置でのレーザービーム２１による熱ダメージが大きくなり、抗折強度が低下する。

これに対し、実施形態の加工ライン３では、分岐された１つのレーザービーム２１の集光スポット３１のうち、ｎショット目で形成される集光スポット３１−５は、隣接するレーザービーム２１の集光スポット３２のうち、１ショット目で形成される集光スポット３２−１に一部が重なり、完全には重ならない。すなわち、Ｌ≠ｎ×Ｓとなるように分岐間隔３６、加工送り速度および周波数を設定することによって、ｎショット目で形成される集光スポット３１−５と１ショット目で形成される集光スポット３２−１とが完全に重なる状況を回避することができる。隣接する集光スポットの重なり幅３９を小さくすることによって、レーザービーム２１による熱ダメージを低減することができるので、デバイス１０４における抗折強度の低下を抑制することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。すなわち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

例えば、レーザー加工方法によるレーザー加工条件は実施形態に限定されない。レーザー加工条件は、被加工物１００の基板１０１がシリコンであり、かつ厚みが５０μｍである場合、例えば、以下の通り設定されてもよい。
分岐数：２〜３２
分岐間隔：１０〜４００μｍ
スポット径：３〜１０μｍ
波長：３５５ｎｍ
周波数：１００ｋＨｚ
パワー：７．５ｋＷ
パス数：３０ｐａｓｓ
加工送り速度：１０〜２０００ｍｍ／ｓ

１ レーザー加工装置
１０ チャックテーブル
１４ 加工送りユニット
２０ レーザービーム照射ユニット
２１ レーザービーム
２２ レーザー発振器
２３ ミラー
２４ 分岐ユニット
２５ 集光レンズ
３０、３１、３２、３３、３４、３５ 集光スポット
３６ 分岐間隔
３７ ショット間隔
３８ ビーム径
３９ 重なり幅
１００ 被加工物

Claims (1)

1. 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発振するレーザー発振器と、
   該レーザービームを集光する集光ユニットと、
   該レーザー発振器と該集光ユニットとの間に配設され、該レーザービームを少なくとも２以上に分岐する分岐ユニットと、
   を含むレーザービーム照射ユニットと、
   該被加工物を保持するチャックテーブルと、
   該チャックテーブルと該レーザービームとを加工送り方向に相対的に移動させる加工送りユニットと、
   を備えたレーザー加工装置を用いて、被加工物を加工する被加工物のレーザー加工方法であって、
   被加工物の表面における該レーザービームの分岐間隔をＬとし、該加工送りユニットの加工送り速度を加工点における該レーザービームの周波数で除算した値をＳとし、ｎを任意の整数とした場合、Ｌ≠ｎ×Ｓとなるように、該分岐間隔、該加工送り速度および該周波数を設定することを特徴とする、被加工物のレーザー加工方法。

Images