JP4640174B2 - レーザーダイシング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置や電子部品等のウェーハを個々のチップに分割するダイシング装置に関するもので、特にレーザー光を応用したダイシング装置に関するものである。
従来、表面に半導体装置や電子部品等が形成されたウェ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ェーハに研削溝を入れてウェーハをカットするダイシング装置が用いられていた。ダイシングブレードは、細か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ェーハに切込み、ウェーハを完全切断（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。ハーフカットはウェーハに厚さの半分程度切り込む加工方法のことであり、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加工方法のことである。
しかし、このダイシングブレードによる研削加工の場合、ウェーハが高脆性材料であるため脆性モード加工となり、ウェ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。特に裏面に生じたチッピングは、クラックが徐々に内部に進行するためやっかいな問題であった。
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、ウェーハの内部に集光点を合わせたレーザー光を入射し、ウェ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号公報を参照）。
このレーザ加工方法においては、ウェーハの内部に形成する改質領域をウェーハ表面から一定の深さに形成するため、ウェーハ表面の高さを検出してレーザー光の集光点の位置を制御する必要がある。
このため、従来は図５に示すように、レーザー発振器から発振されたレーザー光Ｌ１をウェーハＷの表面から入射させてウェーハ内部に集光点を合わせ、ウェーハ内部に改質領域Ｐを形成するとともに、ウェーハ表面で反射する１部のレーザー光Ｌ２をハーフミラー１２６を介して光学式測定手段１２９に取り込み、ウェーハ表面の位置を検出していた。
ところが、図５に示すようなウェーハ表面の検出方法の場合、表面検出点とレーザによる加工点とが同一であるため、検出されたウェーハ表面の厚さ方向位置データを基に加工用のレーザー光Ｌ１の集光点の位置を制御すると加工速度が速いので制御に遅れが生じる。
そのため、レーザー光をウェーハエッジ部外側からウェーハ内側に向けて走査する時には、ウェーハエッジ部近傍ではウェーハ内部にレーザー光の集光点を合わせることができず、改質領域を形成することができない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、ウェーハの表面からレーザー光を入射させて走査する時に、ウェーハ周縁部においてもレーザー光の集光点の位置制御を行うことができ、多光子吸収による改質領域をウェーハ内部の所定の位置に形成することのできるレーザーダイシング装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明に係るレーザーダイシング装置は、ウェーハの内部に集光点が合わされたレーザー光を前記ウェーハ表面から入射させながら走査し、前記ウェーハの内部に改質領域を形成することによって前記ウェーハをダイシングして、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装置であって、前記ウェーハをアライメントするアライメント手段と、前記ウェーハ表面に入射したレーザー光のうち前記ウェーハ表面で反射した表面検出用のレーザー光を取り込むことにより、前記レーザー光の走査に対しリアルタイムで前記レーザー光の入射ポイントにおける前記ウェーハ表面の厚さ方向位置を検出する第１の位置検出手段と、第１の位置検出手段とは別に設けられ、前記レーザー光の走査が行われる前の前記ウェーハのアライメント時に前記ウェーハ表面の周縁部における厚さ方向位置を予め検出する第２の位置検出手段と、前記第２の位置検出手段によって検出された前記ウェーハ表面の周縁部における厚さ方向位置を記憶する記憶手段と、前記ウェーハ内部における前記集光点の厚さ方向位置を制御する制御部と、を有し、該制御部は、前記レーザー光を前記ウェーハ表面の外側から内側に向けて走査する時には、前記集光点の厚さ方向位置を前記記憶手段に記憶されている前記ウェーハ表面の周縁部における厚さ方向位置データに基いて制御し、所定距離走査後に前記第１の位置検出手段で検出された前記ウェーハ表面の厚さ方向位置データに基づく制御に切換えることを特徴としている。
本発明に係るレーザーダイシング装置によれば、ウェーハ周縁部におけるウェーハ表面の厚さ方向位置を第２の位置検出手段で予め求めておくことができ、ウェーハ周縁部は第２の位置検出手段で求めたウェーハ表面の厚さ方向位置データに基づいてレーザー光の集光点の位置を制御することができるので、ウェーハ周縁部においても多光子吸収による改質領域をウェーハ内部の所定の位置に形成することができる。
また、第２の位置検出手段を用い、ウェーハのアライメント時にウェーハ周縁部におけるウェーハ表面の厚さ方向位置を検出するので、検出のための時間をウェーハアライメント時間にオーバーラップさせることができ、ウェーハのダイシングに要する時間を短縮することができる。
また、第１の位置検出手段がレーザー光の入射ポイントにおける前記ウェーハ表面の厚さ方向位置をレーザー光の走査に対しリアルタイムで検出するので、レーザー光の集光点の位置を僅かな遅れで制御することができ、高精度な制御を行うことができる。
図１は、本発明の実施の形態に係るレーザーダイシング装置の概略構成図であり；
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、ウェーハ内部に形成された改質領域を説明する概念図であり；
図３は、非点収差式光学測定手段の測定原理を説明する概念図であり；
図４は、集光点の厚さ方向位置を説明する概念図であり；
図５は、従来のレーザー光学部を説明する概念図である。
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装置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符号を付している。
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、ウェーハ移動部１１、レーザー光学部２０、アライメント手段３０、表面検出手段４１、制御部５０等から構成されている。
制御部５０は、ＣＰＵ、メモリ、入出力回路部等からなり、レーザーダイシング装置１０の各部の動作を制御する。
ウェーハ移動部１１は、レーザーダイシング装置１０の本体ベース１６に設けられたＸＹＺθテーブル１２、ＸＹＺθテーブル１２に載置されダイシングテープＴを介してフレームＦにマウントされたウェーハＷを吸着保持する吸着ステージ１３等からなっている。このウェーハ移動部１１によって、ウェーハＷが図のＸＹＺθ方向に精密に移動される。
レーザー光学部２０は、レーザー発振器２１、ハーフミラー２２、ウェーハ表面の厚さ方向位置を検出する第１の位置検出手段としての非点収差式光学測定手段２９等で構成されている。
また、アライメント手段３０は、観察用光源３１、コリメートレンズ３２、ハーフミラー３３、コンデンスレンズ３４、３７、撮像手段としてのＣＣＤカメラ３５、画像処理部３８、及びテレビモニタ３６等で構成されている。
ウェーハ表面の厚さ方向位置を検出する第２の位置検出手段としての表面検出手段４１は、静電容量式検出器が用いられ、非接触でウェーハ表面の厚さ方向位置を検出する。なお、表面検出手段４１としては静電容量式検出器の他に、種々の光学式検出器やエアーマイクロメータ等の既知の非接触検出器を用いることができる。
アライメント手段３０では、観察用光源３１から出射された照明光がコリメートレンズ３２、ハーフミラー３３、コンデンスレンズ３７等の光学系を経てウエーハＷの表面を照射する。ウエーハＷの表面からの反射光はコンデンスレンズ３７、ハーフミラー３３、コンデンスレンズ３４を経由して撮像手段としてのＣＣＤカメラ３５に入射し、ウエーハＷの表面画像が撮像される。
この撮像データは画像処理部３８で画像認識されて制御部５０に送られ、ＸＹＺθテーブル１２がＸ、Ｙ、及びθ方向に駆動されてウェーハＷのアライメントが行われる。また、このアライメント動作時に、ウェーハＷの周縁部表面の厚さ方向位置が表面検出手段４１によって測定され、制御部５０のメモリに記憶される。また撮像された画像は制御部５０を経てテレビモニタ３６に写し出される。 レーザー光学部２０では、レーザー発振器２１から発振された加工用のレーザー光Ｌ１はウェーハＷの内部に集光点が合わされ、集光点近傍に多光子吸収による改質領域を形成する。ここでは、集光点におけるピークパワー密度が１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上でかつパルス幅が１μｓ以下の条件で、ダイシングテープに対して透過性を有するレーザー光が用いられる。集光点のＺ方向位置は、図示しないコリメートレンズのＺ方向微動によって調整される。
図２は、ウェーハ内部の集光点近傍に形成される改質領域を説明する概念図である。図２（ａ）は、ウェーハＷの内部に入射された加工用のレーザー光Ｌ１が集光点に改質領域Ｐを形成した状態を示し、図２（ｂ）はパルス状の加工用のレーザー光Ｌ１をウェーハＷの表面に平行に走査して、内部に複数の不連続な改質領域Ｐが並んで形成された状態を模式的に表わしている。この状態でウェーハＷは改質領域Ｐを起点として自然に、或いは僅かな外力を加えることによって改質領域Ｐに沿って割断される。この場合、ウェーハＷは表面や裏面にはチッピングが発生せずに容易にチップに分割される。
図１に示すように、ウェーハＷの表面に照射されたレーザー光の内一部はウェーハＷの表面で反射し、表面検出用のレーザー光Ｌ２としてハーフミラー２２で水平方向に向けられて非点収差式光学測定手段２９に入射し、後出の４分割フォトダイオード２９Ａで受光される。
４分割フォトダイオード２９Ａの信号は制御部５０で処理され、ウェーハＷの表面の厚さ方向位置が求められる。求められたウェーハＷの表面の厚さ方向位置データを基に加工用のレーザー光Ｌ１の集光点の位置が微調整される。
図３は、非点収差式光学測定手段２９の測定原理を説明するための概念図である。対物レンズ７１により結像されるウェーハ表面の光点の位置をＱとする。非点収差を与えるために、対物レンズ７１の後方に円柱レンズ７２を置く。円柱レンズ７２による結像位置をＲとすると、ＲＱ間では、ＲからＱに向かうにつれて、光線束の断面は長軸が鉛直な楕円から、長軸が水平な楕円へと変化する。この間Ｓでは光線束の断面形状は円となる。
Ｓ点における光線束の断面形状は、ウェーハ表面の位置（例えば、対物レンズ７１の焦点距離内のＡ、焦点位置のＢ、焦点距離外のＣ）により、図に示したように変化するから、これを４分割フォトダイオード２９Ａで光電変換し、演算することによりウェーハ表面位置に対応した出力信号を得ることができる。以上が非点収差を用いたウェーハ表面位置の検出原理である。
次に、ウェーハＷのダイシングについて説明する。ウェーハＷがダイシングされるときは、図１に示すように、片方の面に粘着剤を有するダイシングテープＴを介してリング状のダイシング用フレームＦにマウントされ、ダイシング工程中はこの状態で搬送される。ウェーハＷはこのように、裏面にダイシングテープＴが貼られているので、個々のチップに分割されても１個１個バラバラになることがない。
ウェーハＷはこの状態で吸着ステージ１３に吸着保持されている。ウェーハＷは最初にＣＣＤカメラ３５で表面に形成された回路パターンが撮像され、画像処理部３８を有するアライメント手段によってθ方向のアライメントとＸＹ方向の位置決めがなされる。このアライメント動作の中で、ウェーハＷの周縁部における表面の厚さ方向位置データが表面検出手段４１によって取得され、制御部５０のメモリに記憶される。
アライメントが終了すると、ＸＹＺθテーブル１２がＸＹに移動して、ウェーハＷのダイシングストリートに沿ってレーザー発振器２１から加工用のレーザー光Ｌ１がウェーハＷのダイシングストリートに沿って入射される。それとともにウェーハ表面で反射された表面検出用のレーザー光Ｌ２が、ハーフミラー２２で方向を変えられて非点収差式光学測定手段２９に入射し、ウェーハ表面の厚さ方向位置が非点収差式光学測定手段２９によって検出される。
制御部５０では、レーザー光がウェーハＷの外側からウェーハＷの内側に向けて走査する時に、ウェーハ周縁部の厚さ方向位置データが非点収差式光学測定手段２９では未だ取得されていないので、予めアライメント動作時に表面検出手段４１によって取得されていたデータをメモリから呼び出し、このデータを基に加工用のレーザー光Ｌ１の集光点の厚さ方向位置を設定する。
この位置でレーザー光Ｌ１のエネルギーが集中し、ウェーハＷにはこの位置で多光子吸収による改質領域Ｐが形成される。その後所定時間走査後に、非点収差式光学測定手段２９で求めたウェーハ表面の厚さ方向位置データを基にした集光点の位置制御に切換えられる。
図４は、この状態を説明するための概念図である。図４に示すように、レーザー走査方向が図の左側から右側に向かってなされる時に、ウェーハＷの周縁からＭ２の距離まではアライメント動作時に表面検出手段４１によって予め取得されていたデータを基に加工用のレーザー光Ｌ１の集光点位置が設定され、この高さに改質領域Ｐが形成される。次に集光点位置制御の基となるウェーハ表面の厚さ方向位置データを非点収差式光学測定手段２９で求めたデータに切換え、以後Ｍ２の間の集光点の位置が制御される。
このように、ウェーハＷの表面から入射された加工用のレーザー光Ｌ１の集光点がウェーハＷの厚さ方向の内部で制御されるので、ウェーハの表面を透過した加工用のレーザー光Ｌ１は、ウェーハ内部の所定の集光点でエネルギーが集中し、ウェーハＷの内部の集光点近傍に多光子吸収によるクラック領域、溶融領域、屈折率変化領域等の改質領域Ｐが形成される。これによりウェーハＷは分子間力のバランスが崩れ、自然に割断するかあるいは僅かな外力を加えることにより割断されるようになる。
ウェーハＷの１つの方向の全てのダイシングストリートに対して改質領域形成加工が行われると、ＸＹＺθテーブル１２が９０°回転し、直交する全てのストリートに対しても改質領域形成加工が行われる。
なお、前述した実施の形態では、レーザー走査はＸＹＺθテーブル１２の移動によって行っているが、レーザー光学部２０を移動させて行ってもよい。
また、レーザーダイシングをウェーハＷの表面側から加工用のレーザー光Ｌ１を入射させて行っているが、これに限らず、ウェーハＷの裏面側から加工用のレーザー光Ｌ１を入射させてもよい。この場合加工用のレーザー光Ｌ１はダイシングテープＴを透過してウェーハＷに入射するか、或いはウェーハＷが表面側を下向きにしてダイシングテープＴに貼付される。また、この場合、裏面側から赤外光等のウェーハＷを透過する光を用い、ウェーハ表面の回路パターンを観察してアライメントする必要がある。
以上説明したように本発明のレーザーダイシング装置は、ウェーハ周縁部におけるウェーハ表面の厚さ方向位置を第２の位置検出手段で予め求めておくことができ、ウェーハ周縁部は第２の位置検出手段で求めたウェーハ表面の厚さ方向位置データを基にレーザー光の集光点の位置を制御することができるので、ウェーハ周縁部においても多光子吸収による改質領域をウェーハ内部の所定の位置に形成することができる。
また、第２の位置検出手段を用い、ウェーハのアライメント時に予めウェーハ周縁部におけるウェーハ表面の厚さ方向位置を検出するので、検出のための時間をウェーハアライメント時間にオーバーラップさせることができ、ウェーハのダイシングに要する時間を短縮することができる。

Claims (1)

  1. ウェーハの内部に集光点が合わされたレーザー光を前記ウェーハ表面から入射させながら走査し、前記ウェーハの内部に改質領域を形成することによって前記ウェーハをダイシングして、前記ウェーハを個々のチップに分割するダイシング装置であって、
    前記ウェーハをアライメントするアライメント手段と、
    前記ウェーハ表面に入射したレーザー光のうち前記ウェーハ表面で反射した表面検出用のレーザー光を取り込むことにより、前記レーザー光の走査に対しリアルタイムで前記レーザー光の入射ポイントにおける前記ウェーハ表面の厚さ方向位置を検出する第１の位置検出手段と、
    第１の位置検出手段とは別に設けられ、前記レーザー光の走査が行われる前の前記ウェーハのアライメント時に前記ウェーハ表面の周縁部における厚さ方向位置を予め検出する第２の位置検出手段と、
    前記第２の位置検出手段によって検出された前記ウェーハ表面の周縁部における厚さ方向位置を記憶する記憶手段と、
    前記ウェーハ内部における前記集光点の厚さ方向位置を制御する制御部と、を有し、
    該制御部は、前記レーザー光を前記ウェーハ表面の外側から内側に向けて走査する時には、前記集光点の厚さ方向位置を前記記憶手段に記憶されている前記ウェーハ表面の周縁部における厚さ方向位置データに基いて制御し、所定距離走査後に前記第１の位置検出手段で検出された前記ウェーハ表面の厚さ方向位置データに基づく制御に切換えることを特徴とするレーザーダイシング装置。
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