JP4196403B2 - レーザーダイシング方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置や電子部品等のチップを製造するダイシング方法に関するもので、特にレーザー光を利用したダイシング方法に関する。

従来、表面に半導体装置や電子部品等が形成されたウエーハを個々のチップに分割するには、ダイシングブレードと呼ばれる砥石でウエーハに研削溝を入れてウエーハをカットするダイシング方法が用いられていた。ダイシングブレードは、微細なダイヤモンド砥粒をＮｉで電着したもので、厚さ３０μｍ程度の極薄のものが用いられる。

このダイシングブレードを３０，０００〜６０，０００ｒｐｍで高速回転させてウエーハに切込み、ウエーハを完全切断（フルカット）又は不完全切断（ハーフカット或いはセミフルカット）していた。ハーフカットはウエーハに厚さの半分程度切り込む方法で、セミフルカットは１０μｍ程度の肉厚を残して研削溝を形成する方法のことである。

ところで、このダイシングブレードによる研削加工の場合、ウエーハが高脆性材料であるため脆性モード加工となり、ウエーハの表面や裏面にチッピングが生じ、このチッピングが分割されたチップの性能を低下させる要因になっていた。

ダイシング工程におけるこのチッピングの問題を解決する手段として、従来のダイシングブレードによる切断に替えて、ウエーハの内部に集光点を合わせたレーザー光を入射し、ウエーハ内部に多光子吸収による改質領域を形成して個々のチップに分割するレーザ加工方法に関する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜６参照。）。
特開２００２−１９２３６７号公報 特開２００２−１９２３６８号公報 特開２００２−１９２３６９号公報 特開２００２−１９２３７０号公報 特開２００２−１９２３７１号公報 特開２００２−２０５１８０号公報

しかし、上記の特許文献１〜６で提案されているレーザー加工方法は、ウエーハの内部に改質層を形成し、形成された改質層を起点としてウェーハを割断するもので、チッピングの問題は解決されるが、ダイシングされた個々のチップがバラバラになることを防止するために、ウェーハの裏面に予め粘着シートであるダイシングシートを貼付しなければならなかった。

このため、余分な工程を必要とするとともに、消耗品の費用もかさむという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、余分な工程を必要とするとともに消耗品の費用もかさむダイシングシートを用いずに、ダイシングされた個々のチップがバラバラになることを防止し、極薄のウェーハであっても容易に搬送することができるレーザーダイシング方法を提供することを目的とする。

本発明は前記目的を達成するために、ウェーハの表面からレーザー光を入射して前記ウェーハの内部に多光子吸収による改質領域を形成し、前記ウェーハを個々のチップに分割するレーザーダイシング方法において、前記ウェーハの両面全面を、少なくとも１枚は光を透過する材質からなる板状物を含む２枚の剛性のある板状物でクランパにより挟み込み、前記光を透過する材質からなる板状物を介して前記レーザー光を前記ウェーハに入射することを特徴とする。

本発明によれば、ウエーハを、少なくとも１枚は光を透過する材質からなる２枚の板状物で挟み込んでレーザーダイシングするので、ダイシングされた個々のチップがバラバラになることを防止し、極薄のウェーハであっても容易に搬送することができる。また、ダイシングシートを使用しないので余分な工程を必要とせず、消耗品の費用も安価に押さえることができる。

また、本発明は、前記２枚の板状物が２枚とも光を透過する材質からなる板状物であり、該２枚の板状物の夫々の側から前記レーザー光を前記ウェーハに入射することを特徴とする。

本発明によれば、光を透過する材質からなる２枚の板状物でウェーハを挟み、ウェーハの表裏両面からレーザー光を入射するので、２本のラインを同時にダイシングしたり、ウェーハの内部に改質領域を２層同時に形成したり、形成された改質領域に割断促進用のレーザー光を僅かな時間差で入射したり、等様々な加工に対応することができる。

更に本発明は、前記２枚の板状物の一方側から赤外光で前記ウェーハを照明し、前記２枚の板状物の他方側から赤外線顕微鏡で前記改質領域を観察することを特徴とする。

本発明によれば、赤外線顕微鏡の照明が赤外線透過照明のため、ＳＮ比が高く、改質領域の観察が容易であり、ウェーハ内部の改質領域形成状況をウェーハを非破壊で外部から認識することができる。

以上説明したように本発明のレーザーダイシング方法は、ウエーハを、少なくとも１枚は光を透過する材質からなる２枚の板状物で挟み込んでレーザーダイシングするので、ダイシングされた個々のチップがバラバラになることを防止し、極薄のウェーハであっても容易に搬送することができる。

以下添付図面に従って本発明に係るレーザーダイシング方法の好ましい実施の形態について詳説する。尚、各図において同一部材には同一の番号または記号を付している。

図１は、本発明に係るレーザーダイシング方法を行うのに好適なレーザーダイシング装置の概略構成図である。

レーザーダイシング装置１０は、図１に示すように、本体ベース１１上にワークテーブル１２、Ｘ微動テーブル１３、１４が設けられている。ワークテーブル１２は、図示しないガイドと駆動手段とによって図のＸ方向に加工送り又はインデックス送りされる。また、Ｘ微動テーブル１３、１４は、同じく図示しないガイドと駆動手段とによって図のＸ方向に微動送りされる。

ダイシングされるウェーハＷは、２個のクランパ８５、８５によって剛性のある２枚の透明ガラス板８１、８１に挟み込まれ、ワークホルダ１９を介してワークテーブル１２に載置されて、図のＸ方向に加工送り又はインデックス送りされる。

Ｘ微動テーブル１３には、Ｙガイド１５が立設され、Ｙガイド１５にはＹテーブル１７が案内されており、図示しない駆動手段によって図のＹ方向にインデックス送り又は加工送りされるようになっている。

Ｙテーブル１７にはレーザーヘッド２０が取り付けられ、レーザーヘッド２０から出射されたレーザー光Ｌは透明ガラス板８１を透過してウェーハＷに入射される。このレーザー光Ｌは、Ｘ微動テーブル１３によって図のＸ方向の位置調整がなされるとともに、図のＹ方向にインデックス送り又は加工送りされる。

Ｘ微動テーブル１４にも、Ｙガイド１６が立設され、Ｙガイド１６にはＹテーブル１８が案内されており、図示しない駆動手段によって図のＹ方向にインデックス送り又は加工送りされるようになっている。

また、Ｙテーブル１８にもレーザーヘッド２０が取り付けられ、レーザーヘッド２０から出射されたレーザー光Ｌは透明ガラス板８１を透過してウェーハＷに入射される。こちら側のレーザー光Ｌも、Ｘ微動テーブル１４によって図のＸ方向の位置調整がなされるとともに、図のＹ方向にインデックス送り又は加工送りされる。

Ｙテーブル１７には、ホルダーアーム３６を介して赤外光照明手段３５と赤外線顕微鏡３１が取り付けられている。また、赤外線顕微鏡３１にはＣＣＤカメラ３２が組込まれている。

図２は、レーザーヘッド２０の概略構成を示す概念図である。レーザーヘッド２０は、図２に示すように、レーザー光Ｌを発振するレーザー発振器２１、発振されたレーザー光Ｌを平行に揃えるコリメートレンズ２２、レーザー光Ｌを集光するコンデンスレンズ２３、コンデンスレンズ２３を光軸上で微小移動させるレンズ駆動手段（集光点位置調節手段）２６、等で構成されている。

レーザーヘッド２０では、レーザー発振器２１から発振されたレーザー光Ｌはコリメートレンズ２２、コンデンスレンズ２３等を経由してウエーハＷの内部に集光される。

レーザー光Ｌの集光点Ｐの光軸上の位置は、レンズ駆動手段２６によってコンデンスレンズ２３を光軸上で微小移動させることにより調整される。

レンズ駆動手段２６は、図３に示すように、コンデンスレンズ２３を保持するレンズフレーム２３Ａ、レンズフレーム２３Ａの上面に取り付けられレンズフレーム２３Ａを光軸方向に微小移動させる圧電素子２６Ａ等からなっている。

電圧印加によって伸縮する圧電素子２６Ａは中空の円筒形状で、一端がレーザーヘッド本体２１Ａに固定され、他端でコンデンスレンズ２３を保持するレンズフレーム２３Ａと接合されている。この圧電素子２６Ａの伸縮によってコンデンスレンズ２３が光軸方向に微小送りされて、レーザー光Ｌの集光点Ｐの光軸方向位置が精密に位置決めされるようになっている。

レーザー発振器２１から発振されるレーザー光Ｌは、例えば、集光点Ｐにおけるピークパワー密度が１×１０⁸ ( Ｗ／c ｍ² ）以上でかつパルス幅が１μｓ以下の条件で、保護シートに対して透過性を有するレーザー光が用いられる。

保護シートに対して透過性を有するレーザー光を用いるのは、例えば、保護シートが貼付されたウェーハＷの表面側からレーザー光を照射する場合等の変形例にも対応できるからである。

図２に示すように、このレーザー光Ｌの集光点ＰをウェーハＷの内部に設定してウェーハＷに入射すると、ウェーハＷの集光点近傍に多光子吸収による改質領域Ｒが形成される。

また、赤外光照明手段３５によってウェーハＷの片面から照射された赤外光は、ウェーハＷ内部を透過して反対面に出射する。このとき、ウェーハＷ内部に形成された改質領域Ｒと改質されていない部分とで赤外光の透過特性が異なるため、赤外光照明手段３５の反対側に設けられた赤外線顕微鏡３１で観察することにより改質領域Ｒと改質されていない部分とが判別可能となる。

赤外線顕微鏡３１をウェーハ面に対して傾斜させて設けることにより、ウェーハＷ内部に形成された改質領域Ｒの深さ方向を観察することができる。赤外線顕微鏡３１にはＣＣＤカメラ３２が組込まれ、赤外線顕微鏡３１で拡大された改質領域Ｒの像を撮影し、撮像信号は不図示の制御手段で処理されてテレビモニタに表示される。

次に、本発明に係るレーザーダイシング方法の実施の形態について説明する。最初にウェーハＷを２枚の透明ガラス板８１、８１で挟み込み、クランパ８５、８５でクランプしてワークテーブル１２に載置する。

次いで、図示しないアライメント用のＣＣＤカメラでウェーハ表面の回路パターンやアライメントマークを撮影し、画像処理装置を有するアライメント手段によってアライメントを行う。

次に、２個のレーザーヘッド２０、２０の夫々のレーザー発振器２１からレーザー光Ｌを出射させる。このレーザー光Ｌをコリメートレンズ２２、コンデンスレンズ２３等の光学系を経由してウェーハＷの上面に照射する。照射するレーザー光Ｌの集光点ＰのＺ方向位置は、コンデンスレンズ２３をレンズ駆動手段２６で位置調整することによって、ウェーハ内部の所定位置に正確に設定する。

この状態でワークテーブル１２をダイシング方向であるＸ方向に加工送りする。これによりウェーハ内部に多光子吸収による改質領域Ｒが１ライン形成される。

また、改質領域Ｒの形成とともに赤外線顕微鏡３１によって改質領域Ｒを観察する。この場合、赤外光照明手段３５によってウェーハＷの一方側から赤外光を照射する。この観察結果に応じて、単位時間あたりのウェーハＷの多光子吸収量を制御し、所望の改質領域Ｒが形成されるようにフィードバックする。

このフィードバック制御は、レーザー光Ｌの出力を制御することによって行う。また、このフィードバック制御は、ウェーハＷのＸ方向加工送り速度を制御して行ってもよい。また、レーザーパルス周波数を制御してもよく、これらの組み合わせ制御であってもよい。

１ラインのレーザーダイシングが行われると、Ｙテーブル１７、１８をＹ方向に１ピッチ割り出し送りし、次のラインも同様にレーザーダイシングする。

１方向の全てのラインをレーザーダイシングすると、今度はＹテーブル１７、１８のＹ方向加工送りと、ワークテーブル１２のＸ方向インデックス送りとによって、先程のラインと直交するラインも同様にして全てレーザーダイシングし、ウェーハＷを個々のチップに割断して１枚のウエーハＷのレーザーダイシングが完了する。

このように、２個のレーザーヘッド２０、２０を用いる場合は、夫々のレーザー光Ｌの集光点のウェーハ内部の深さ方向位置を異なる位置に設定し、ウェーハ内部に改質領域Ｒを２層同時に形成することができる。この場合は厚さの厚いウェーハＷでも、容易に割断することができる。

また、一方のレーザー光Ｌでウェーハ内部に改質領域Ｒを形成し、所定の時間差で他方のレーザー光Ｌを改質領域Ｒに照射して割断を促進することもできる。

また、レーザー光Ｌ、Ｌを夫々別々のダイシングラインに位置付け、２ラインずつ同時にダイシングするようにしてもよい。

このように、レーザー光ＬによってウェーハＷの内部に改質領域Ｒを形成し、改質領域Ｒを赤外線顕微鏡３１によって観察し、制御手段によって改質領域Ｒの形成状態を適切に制御するので、ウェーハＷを自然に、或いは僅かな力を加えることにより、改質領域Ｒに沿って安定して割断でき、チッピング等のほとんど生じない高品質なダイシングを行うことができる。

図４は、本発明の別の実施形態を表わす概念図である。この別の実施形態では、ウェーハＷを吸着板８２と透明ガラス板８１との間に挟みこみ、２個のクランパ８５、８５でクランプする。クランパ８５は図に示すようなスプリング効果を有する断面形状となっており、吸着板８２、ウェーハＷ、及び透明ガラス板８１を容易にクランプすることができる。

吸着板８２のウェーハＷに接する面には多孔質部材８２Ａが埋め込まれ、複数の連結孔８２Ｂ、８２Ｂ、…で反対側への通気性を有している。この場合は吸着板８２が光透過性を有さないので、１個のレーザーヘッド２０で透明ガラス板８１側からレーザーダイシングを行う。

レーザーダイシングが終了すると、吸着板８２、ウェーハＷ、及び透明ガラス板８１をクランパ８５、８５でクランプしたまま次工程のチップマウンタに搬送する。チップマウンタでは先ず、クランプされたままの吸着板８２、ウェーハＷ、及び透明ガラス板８１を吸着板８２を下にしてチップマウンタの吸着盤１０１に載置し、真空吸着する。

次に２個のクランパ８５、８５を取り外し、透明ガラス板８１を個々のチップＴに分割されたウェーハＷの表面から取り外す。この時個々のチップＴは、吸着板８２とともにチップマウンタの吸着盤１０１に吸着されているので、吸着板８２に固定されたままになっている。

次に、個々のチップＴが振動等で動かない程度まで吸着盤１０１による吸着力を低減する。この状態で上方から個々のチップＴを１個ずつコレットでピックアップするとともに、表裏を入れ替えて基材にマウントする。

このように本発明によれば、ウェーハＷを少なくとも１枚は光を透過する材質からなる板状物を含む２枚の剛性のある板状物で挟み込み、光を透過する材質からなる板状物を介してレーザー光をウェーハに入射してレーザーダイシングするので、ダイシングされた個々のチップＴがバラバラになることを防止し、極薄のウェーハＷであっても容易に搬送することができる。また、ダイシングシートを使用しないので余分な工程を必要とせず、消耗品の費用も安価に押さえることができる。

本発明に係るレーザーダイシング方法の実施の形態に用いるレーザーダイシング装置の概略構成図 レーザーヘッドの構成を表わす概念図 レンズ駆動手段を表わす断面図 本発明に係るレーザーダイシング方法の別の実施形態を説明する概念図

符号の説明

１０…レーザーダイシング装置、２０…レーザーヘッド、３１…赤外線顕微鏡、３５…赤外光照明手段、８１…透明ガラス板（板状物）、８２…吸着板（板状物）、Ｌ…レーザー光、Ｐ…集光点、Ｒ…改質領域、Ｔ…チップ、Ｗ…ウエーハ

Claims (3)

1. ウェーハの表面からレーザー光を入射して前記ウェーハの内部に多光子吸収による改質領域を形成し、前記ウェーハを個々のチップに分割するレーザーダイシング方法において、
   前記ウェーハの両面全面を、少なくとも１枚は光を透過する材質からなる板状物を含む２枚の剛性のある板状物でクランパにより挟み込み、
   前記光を透過する材質からなる板状物を介して前記レーザー光を前記ウェーハに入射することを特徴とするレーザーダイシング方法。
2. 前記２枚の板状物が２枚とも光を透過する材質からなる板状物であり、該２枚の板状物の夫々の側から前記レーザー光を前記ウェーハに入射することを特徴とする、請求項１に記載のレーザーダイシング方法。
3. 前記２枚の板状物の一方側から赤外光で前記ウェーハを照明し、
   前記２枚の板状物の他方側から赤外線顕微鏡で前記改質領域を観察することを特徴とする、請求項２に記載のレーザーダイシング方法。

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