JP4736738B2 - レーザダイシング方法およびレーザダイシング装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザダイシング方法およびレーザダイシング装置に関する。

ウェハのダイシング技術として近年、例えば特許文献１に見られるように、レーザを用いたダイシング技術が注目されている。同文献１に記載の技術では、レーザ光の照射に起因して脆弱化した改質層を、割断予定線上のウェハの内部に垂直に成長させるようにしている。すなわち、レーザ光を照射することで多光子吸収による光学的損傷を生じさせ、それにより熱歪みを誘起してクラックを形成することで、ウェハ内部に割断し易い、脆弱な改質層を形成している。こうしたダイシング技術では、ブレードダイシングやレーザ切断などによる旧来のダイシング技術に比して、切り代の縮小や加工時間の短縮、切りくずや熱だれの低減などが可能である。
特許第３４０８８０５号公報

このように、レーザダイシングは優れたダイシング手法ではあるが、例えば厚さが６００μｍ以上のいわゆる厚手の貼り合せＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェハをこうしたレーザダイシングにてダイシングしようとすると、次のような問題が生じる。

すなわち、上述のような厚手の貼り合せＳＯＩウェハでは、厚い単結晶シリコン層でレーザ光が吸収されてしまうため、この貼り合せＳＯＩウェハ深部まで十分な強度のレーザ光を到達させることが困難となり、改質層の形成が不十分となる虞がある。また、貼り合せＳＯＩウェハのＳＯＩ層に作り込まれたバイポーラトランジスタなどの電気的な特性を改善すべくその内部に高濃度の不純物注入層が形成されていると、レーザ光の吸収量が著しく多くなり、貼り合せＳＯＩウェハ深部への改質層の形成が一層困難となる。そして、貼り合せＳＯＩウェハの深部を十分に改質させるには、同一の箇所にレーザ光を幾度も繰り返し照射しなければならず、加工時間の増大を招いてしまう。

なお、上記貼り合せＳＯＩウェハに限らず、イオン注入などで製造されたＳＯＩウェハやバルクシリコンウエハなどであっても、その厚さが厚いウェハ、あるいはその内部に高い濃度の不純物注入層が形成されているウェハにおいては、そのレーザダイシングにかかるこうした実情も概ね共通したものとなっている。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ウェハの厚さやウェハ内の不純物濃度によることなく、良好な改質層の形成を容易に行うことのできるレーザダイシング方法およびレーザダイシング装置を提供することにある。

こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、レーザ光源から出力されたレーザ光を割断予定線に沿ったウェハの内部に集光させて改質層を形成する照射工程と、前記改質層の形成された割断予定線に沿って前記ウェハを複数のチップに割断する割断工程とを備えるレーザダイシング方法として、前記照射工程でのレーザ光の照射に際しての前記レーザ光源のレーザ光出力を、予め入力された前記ウェハの情報に基づき、前記形成する改質層を深さに拘わらず一定に保つべく、前記ウェハの前記レーザ光の入光面から同レーザ光の集光点までの深さに応じて、該深さが深いほど大きくなるように連続する関係で可変設定することとした。

また、請求項６に記載の発明では、ウェハが載置される載置台と、レーザ光を出力するレーザ光源と、その出力されたレーザ光を集光させる集光用光学素子と、前記ウェハに対する前記集光用光学素子によるレーザ光の集光点の位置を相対的に変位させる変位機構とを備え、前記レーザ光源の出力するレーザ光を割断予定線に沿った前記ウェハの内部に集光させて同ウェハ内部に改質層を形成するレーザダイシング装置として、前記載置されるウェハの情報を入力する入力手段と、前記入力されるウェハの情報に基づき、前記形成する改質層を深さに拘わらず一定に保つべく、前記レーザ光の照射に際しての前記レーザ光源のレーザ光出力を、前記ウェハの前記レーザ光の入光面から同レーザ光の集光点までの深さに応じて、該深さが深いほど大きくなるように連続する関係で可変制御するレーザ光出力制御手段とを備えることとした。

レーザ光の入光面から集光点までの深さが深くなるほど、集光点に到達するまでのレーザ光の吸収量は多くなるが、上記方法および上記構成では、上記深さが深くなり、レーザ光の吸収量が多くなるほど、レーザ光出力が大きくされる。そのため、ウェハ深部のレーザ光の集光量の不足による改質層の形成不良が抑制されるようになる。したがって、上記方法および上記構成によれば、ウェハが厚かったり、不純物濃度が高かったりした場合であれ、良好な改質層の形成を容易に行うことができる。

なお、ウェハ内部を透過することで減衰したレーザ光の強度Ｉは、下式（１）で表わされる。下式（１）において、「Ｉ_０」はウェハの入光面におけるレーザ光の強度を、「α」は同ウェハの吸収係数を、「ｙ」は上記入光面からレーザ光の集光点までの深さを、それぞれ示している。なお下式（１）の「ｅ」は、ネピア数、すなわち自然対数の底を示している。

また上記吸収係数αは、下式（２）にて求められる。下式（２）において、「π」は円周率を、「ｋ」はウェハの消衰係数を、「λ」は照射されるレーザ光の波長をそれぞれ示している。

上式（１）に示されるように、集光点に到達するレーザ光の強度Ｉは、上記深さｙを指数とした指数関数の逆数に比例する。そこで、請求項２に記載の方法では、請求項１に記載の方法において、前記照射工程でのレーザ光の照射に際しての前記レーザ光源のレーザ光出力を、前記ウェハの前記レーザ光の入光面から同レーザ光の集光点までの深さに応じて、該深さを指数とする指数関数に比例するように可変設定することとした。また、請求
項７に記載の発明では、請求項６に記載の発明において、前記レーザ光出力制御手段は、前記ウェハの前記レーザ光の入光面から同レーザ光の集光点までの深さを指数とする指数関数に比例するように、前記レーザ光の照射に際しての前記レーザ光源のレーザ光出力を、前記深さに応じて可変制御することとした。

そのため、ウェハ内部を透過する間のレーザ光強度の減衰度合に応じて、その減衰分を補うようにレーザ光出力を増大させることが可能となり、その厚さが厚いウェハであれ、良好な改質層の形成を容易に行うことができる。
ところで、ウェハの支持基板に注入された不純物濃度が高いほど、同支持基板を透過する間のレーザ光の吸収量は大きくなる。その点、上記請求項２に記載の方法において、請求項３に記載の発明では、前記集光点での前記ウェハ内の不純物濃度が高いほど、前記集光点の深さが同一のときの前記レーザ光源のレーザ光出力を大きく設定するようにしたため、支持基板の不純物濃度が高い場合であれ、これをより好適に改質することができるようになる。

さらに請求項４に記載の方法では、請求項３に記載の方法において、前記指数関数を、前記ウェハの前記レーザ光の入光面から同レーザ光の集光点までの深さ（ｙ）と前記ウェハの吸収係数（α）との乗数（αｙ）を指数とするネピア数ｅの指数関数とし、前記ウェハの吸収係数（α）を、前記ウェハ内の不純物濃度から算出した前記ウェハの消衰係数（
ｋ）と前記レーザ光の波長（λ）を用いて算出することとした。

また請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の発明において、前記レーザ光出力制御手段は、前記指数関数を、前記ウェハの前記レーザ光の入光面から同レーザ光の集光点までの深さ（ｙ）と前記ウェハの吸収係数（α）との乗数（αｙ）を指数とするネピア数ｅの指数関数とし、前記ウェハの吸収係数（α）を、前記ウェハ内の不純物濃度から算出した前記ウェハの消衰係数（ｋ）と前記レーザ光の波長（λ）を用いて算出することとした。

すなわち、これら方法及び装置では、レーザ光源のレーザ光出力Ｐを、下式（３）に示されるように設定している。下式（３）の「Ｐ_０」は定数である。

そのため、照射するレーザ光出力の上記深さに応じた増大度合を、上式（１）で示されるようなウェハ内部でのレーザ光強度の減衰度合と一致させることができ、その深さに拘わらず集光点でのレーザ光の強度を一律とすることができる。なお上記定数Ｐ０の値を、貼り合せＳＯＩウェハのレーザ光入光面に集光点を設定したときに、その集光点において改質層の形成に望ましいレーザ光強度の得られるようなレーザ光出力の値となるようにレーザ光出力の可変設定、可変制御を行えば、ウェハの全深さに渡って良好な改質層が形成されるようになる。また、ウェハの吸収係数（α）を、ウェハ内の不純物濃度から算出したウェハの消衰係数（ｋ）とレーザ光の波長（λ）を用いて算出することにより、集光点でのウェハ内の不純物濃度が高いほど、集光点の深さが同一のときのレーザ光出力が大きく設定されるため、支持基板の不純物濃度が高い場合であれ、これをより好適に改質することができるようになる。

上記請求項４に記載の方法において、請求項５に記載のように、前記消衰係数（ｋ）を、前記不純物濃度の想定される範囲内における消衰係数（ｋ）を予め測定することにより、前記不純物濃度の２次関数として近似するとよい。
また、上記請求項８に記載の発明において、請求項９に記載のように、前記レーザ光出力制御手段は、前記消衰係数（ｋ）を、前記不純物濃度の想定される範囲内における消衰係数（ｋ）を予め測定することにより、前記不純物濃度の２次関数として近似するとよい。

以下、本発明にかかるレーザダイシング方法およびレーザダイシング装置について、そのダイシング対象を貼り合せＳＯＩウェハとした場合について、図１〜図９を参照して説明する。

本実施の形態では、以下に詳述するように、支持基板に注入された不純物濃度の想定される範囲内における消衰係数を予め測定機器を通じて測定し、これを不純物濃度の２次関数として近似しておく。そして、貼り合せＳＯＩウェハを構成する支持基板の内部に改質層を形成すべく、集光レンズにて集光されたレーザ光を同貼り合せＳＯＩウェハの割断予定線に沿ってレーザ光を照射する。ただしその際、貼り合せＳＯＩウェハのレーザ光の入光面から同レーザ光の集光点までの深さと貼り合せＳＯＩウェハの消衰係数に基づき求められた同ウェハの吸収係数との乗数を指数とするネピア数ｅの指数関数に比例するように、レーザ光源のレーザ光出力を同深さｙに応じて可変設定する。

図１は、本実施の形態のレーザダイシング方法に用いられるレーザダイシング装置の全体構成を示したものである。まず、この図１を参照して、ここで使用するレーザダイシング装置の構成について説明する。

同図１に示されるように、本実施の形態のレーザダイシング装置は、大きくは、
・支持基板上に絶縁膜を介してＳＯＩ層となるシリコンウェハを貼り合せて形成された本実施の形態においてダイシングの対象とする貼り合せＳＯＩウェハ１０をその上面に載置する載置台２１。
・載置台２１のＸ軸方向の位置を可変とするＸ軸ステージ２０ａ、載置台２１のＹ軸方向の位置を可変とするＹ軸ステージ２０ｂ、および載置台２１のＺ軸方向の位置を可変とするＺ軸ステージ２０ｃを有して構成されるステージ（変位機構）２０。
・載置台２１上に載置された貼り合せＳＯＩウェハ１０を構成する支持基板の内部に、集光レンズ（集光用光学素子）３０を介してレーザ光を照射するレーザ光源４０。
・貼り合せＳＯＩウェハ１０に関する情報を入力部６０から取り込み、ステージ２０の各軸ステージ２０ａ〜２０ｃの位置制御やレーザ光源４０のレーザ光出力制御などを行う制御部（レーザ光出力制御手段）５０。
等々を有して構成されている。

ここで、上記各軸ステージ２０ａ〜２０ｃは、制御部５０からの指令を受けた例えば図示しないステッピングモータを通じて、上記各軸上での位置が可変とされる。そして、制御部５０を通じたＸ軸ステージ２０ａおよびＹ軸ステージ２０ｂの位置制御により、上記貼り合せＳＯＩウェハ１０の割断予定線に沿ってレーザ光が照射されることとなる。なお、これらＸ軸ステージ２０ａおよびＹ軸ステージ２０ｂによる位置の変位速度は、およそ毎秒３０［ｃｍ］となっている。またＺ軸方向は、上記貼り合せＳＯＩウェハ１０の表面に垂直な方向であり、制御部５０を通じたＺ軸ステージ２０ｃの位置制御により、同ウェハ１０のレーザ光の入光面から同レーザ光の集光点までの深さが可変とされる。

ちなみに、レーザ光源４０としては、例えばＹＡＧレーザが採用されており、この波長は１．０６４［μｍ］となっている。そして、このレーザ光源４０は、制御部５０からの指令を受けて、周波数がおよそ８０［ＫＨｚ］のレーザ光を照射することが可能となっている。こうして照射されたレーザ光は、図１中に示されるように、光路Ｌをたどり、集光レンズ３０で集光される。

また、制御部５０には、貼り合せＳＯＩウェハ１０のレーザ光によるダイシングに際し必要となる貼り合せＳＯＩウェハ１０に関する情報が入力部６０を介して入力される。そして制御部５０は、この入力された情報に基づき、貼り合せＳＯＩウェハ１０の割断予定線の座標の算出、開始基点の座標の算出の他、上記各軸ステージ２０ａ〜２０ｃの位置制御、レーザ光源４０によるレーザ光の照射制御などを実行する。なお、こうした貼り合せＳＯＩウェハ１０に関する情報としては、例えば、貼り合せＳＯＩウェハ１０の直径、テラス領域の幅、チップサイズ、ＳＯＩ層の層厚、絶縁膜の膜厚、オリエンテーションフラットの幅、支持基板の厚さ、および支持基板に注入された不純物濃度などがある。

図２は、本実施の形態においてダイシング対象とする貼り合せＳＯＩウェハについて、その側面断面構造例を示したものである。次に、この図２を参照して、本実施の形態においてダイシング対象とする貼り合せＳＯＩウェハについて説明する。

同図２に示されるように、この貼り合せＳＯＩウェハ１０は、例えば酸化シリコンＳｉＯ_２からなる絶縁膜１０ｃを介して、単結晶シリコンＳｉからなるＳＯＩ層１０ｂが支持基板１０ａ上に貼り合わされて形成されており、このＳＯＩ層１０ｂに例えばトランジスタなどの素子が形成されている。このように形成することで、素子周囲の絶縁性が高められ、素子の寄生容量の低減やリーク電流の削減が図られている。

また、本実施の形態では、図２に示されるように、ＳＯＩ層１０ｂ中のトランジスタなどの素子が組み込まれていない領域を割断予定線ＣＬとしており、この割断予定線ＣＬ直下の部分をレーザ光の照射対象としている。この貼り合せＳＯＩウェハ１０のレーザダイシングにあっては、レーザ光源４０（図１）から照射されて集光レンズ３０（図１）を透過したレーザ光が、光路Ｌをたどり、支持基板１０ａ内部の集光点Ｃに集光することとなる。そして、このシリコンウェハ１０の割断予定線ＣＬ直下の単結晶シリコンＳｉがレーザ光照射により改質され、こうして改質層が形成された後、ＳＯＩウェハ１０は各チップ毎に割断されることとなる。

図３は、本実施の形態にかかるダイシング装置を通じてダイシングする貼り合せＳＯＩウェハの平面構造および割断予定線を例示したものである。次に、この図３を参照して、レーザダイシング装置を通じて実行されるレーザ光の照射処理について説明する。

先の制御部５０（図１）に入力される貼り合せＳＯＩウェハ１０に関する情報が、例えば、貼り合せＳＯＩウェハ１０の直径、テラス領域の幅、貼り合せＳＯＩウェハ１０に形成されたオリエンテーションフラットの幅、テラス領域の幅、チップサイズ、ＳＯＩ層１０ｂの層厚、絶縁膜１０ｃの膜厚、支持基板１０ａの厚さ、および支持基板に注入された不純物濃度などであることは上述の通りである。貼り合せＳＯＩウェハ１０が載置台２１上の所定の位置に載置されると、制御部５０は、図３に示されるように、オリエンテーションフラットに接して且つ平行なＸ軸を決定し、貼り合せＳＯＩウェハ１０の左端に接して且つ同Ｘ軸に直交するようなＹ軸を決定する。そして、これらＸ軸とＹ軸との交点を原点ＯとしてＸ−Ｙ平面を決定し、この原点ＯからＸ−Ｙ平面に直交する方向をＺ軸とする。こうしてＸ−Ｙ−Ｚ直交座標系が設定されることとなる。

こうしてＸ−Ｙ−Ｚ直交座標系が設定されると、制御部５０は、この設定された直交座標系に対して、上記入力されたチップサイズの情報に基づき先の原点Ｏを基準として割断予定線の座標を算出する。また制御部５０は、同じく上記設定された直交座標系に対して、上記入力されたテラス領域の幅の情報に基づきテラス領域における割断予定線の座標を算出する。なお、テラス領域とは、図３に示されるように、貼り合せＳＯＩウェハの外周部に位置するＳＯＩ層１０ｂの形成されていない領域である。また、このようにして算出される割断予定線は、同図３に示されるように、上記Ｘ軸あるいはＹ軸に平行な格子状をなしている。

次に制御部５０は、上記設定された直交座標系に対して、ＳＯＩ層１０ｂの層厚、絶縁膜１０ｃの膜厚、および支持基板１０ａの厚さに基づきレーザ光照射を開始する開始基点Ｓ０の（Ｘ、Ｙ、Ｚ）座標を算出する。この際、開始基点Ｓ０の（Ｘ、Ｙ）座標は、図３に示されるように、例えば貼り合せＳＯＩウェハ１０の外縁と上記割断予定線の格子点とが一致する箇所あるいは上記テラス領域内に設定されており、開始基点Ｓ０のＺ座標は、例えば貼り合せＳＯＩウェハ１０を構成する支持基板１０ａ内部において、改質層の形成予定領域の最下部に設定されている。

こうして制御部５０は、上記集光レンズ３０を介したレーザ光の集光点Ｃを、各軸ステージ２０ａ〜２０ｃの位置制御を通じて開始基点Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎの（Ｘ、Ｙ、Ｚ）座標に設定し、（Ｘ、Ｚ）座標を固定した上でＹ軸方向の割断予定線に沿ったレーザ光照射を行い、上記貼り合せＳＯＩウェハ１０内部に改質層を形成する。

また制御部５０は、レーザ光の集光点Ｃが貼り合せＳＯＩウェハ１０の外縁に到達した際に、Ｘ軸ステージ２０ａおよびＹ軸ステージ２０ｂの位置制御を通じて、例えばレーザ光の集光点Ｃを開始基点Ｓ１に移行させる。そして、この開始基点Ｓ１から派生するＹ軸方向の割断予定線に沿ったレーザ光照射を同様に実行する。このような一連のレーザ光照射を、開始基点Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎから派生するＹ軸方向のすべての割断予定線に沿って実施する。その後、制御部５０は、レーザ光の集光点Ｃを開始基点Ｓ０に再び設定し、Ｙ軸方向の場合と同様に、開始基点Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎから派生するＸ軸方向のすべての割断予定線に沿ったレーザ光照射を実行する。こうして、貼り合せＳＯＩウェハ１０に設定されたＹ軸方向の割断予定線およびＸ軸方向の割断予定線のすべてに対しレーザ光の照射を実施した後、Ｚ軸ステージ２０ｃの位置制御を通じてＺ軸方向上方にレーザ光の集光点Ｃを移動させる。そして同様に、Ｙ軸方向のレーザ光照射およびＸ軸方向のレーザ光照射を繰り返すこととなる。

ところで、レーザ光源４０から照射されたレーザ光は、貼り合せＳＯＩウェハ１０の内部を透過するに従って徐々に吸収され、その強度が弱められる。そして貼り合せＳＯＩウェハ１０内部を透過することで減衰したレーザ光の強度Ｉは、下式（４）にて表わされる。下式（４）において、「Ｉ_０」は貼り合せＳＯＩウェハ１０の入光面におけるレーザ光の強度を、「α」は同ウェハ１０の吸収係数を、「ｙ」は上記入光面からレーザ光の集光点Ｃまでの深さ（図２参照）を、それぞれ示している。なお下式（４）の「ｅ」は、ネピア数、すなわち自然対数の底を示している。

こうした貼り合せＳＯＩウェハ１０のレーザ光入射面から集光点Ｃまでの深さｙとレーザ光の相対強度（Ｉ／Ｉ_０）との関係を、貼り合せＳＯＩウェハ１０の支持基板１０ａに注入された不純物濃度の別に、図４に示す。ここで、同図４において曲線Ｃ１〜Ｃ７は、不純物濃度Ｎが「１．０×１０¹⁵［１／ｃｍ³ ］」、「１．５×１０¹⁸［１／ｃｍ³ ］」、「３．０×１０¹⁸［１／ｃｍ³ ］」、「６．０×１０¹⁸［１／ｃｍ³ ］」、「１．０×１０¹⁹［１／ｃｍ³ ］」、「３．０×１０¹⁹［１／ｃｍ³ ］」、および「５．０×１０¹⁹［１／ｃｍ³ ］」である場合の、上記深さｙとレーザ光の相対強度との関係をそれぞれ示している。すなわち、同曲線Ｃ１〜Ｃ７はその順に、不純物濃度Ｎが高くなっている。また、こうした不純物は、貼り合せＳＯＩウェハ１０のＳＯＩ層１０ｂに作り込まれるバイポーラトランジスタなどの電気的な特性を改善すべく、その内部に注入されるものである。

同図４に示されるように、いずれの曲線Ｃ１〜Ｃ７であれ、貼り合せＳＯＩウェハ１０のレーザ光入射面から集光点Ｃまでの深さｙが深くなるほど、レーザ光の相対強度（Ｉ／Ｉ_０）は減衰する傾向にあり、レーザ光入射面から集光点Ｃまでの深さｙが同一である場合には、不純物濃度Ｎの大きい曲線ほど、レーザ光の相対強度（Ｉ／Ｉ_０）は小さくなっている。さらに、不純物濃度Ｎの大きい曲線ほど、レーザ光の相対強度（Ｉ／Ｉ_０）の減衰度合は大きくなっている。

図５に、これらの関係を、両対数表を用いてより詳細に示す。同図５は、レーザ光入射面から集光点Ｃまでの深さの別に、貼り合せＳＯＩウェハ１０の支持基板１０ａに注入された不純物濃度Ｎとレーザ光の相対強度（Ｉ／Ｉ_０）との関係を示したものである。同図５において曲線Ｄ１〜Ｄ１３は、同深さｙが「３［μｍ］」、「１０［μｍ］」、「２０［μｍ］」、「５０［μｍ］」、「１００［μｍ］」、「２００［μｍ］」、「４００［μｍ］」、「６００［μｍ］」、「８００［μｍ］」、「１０００［μｍ］」、「１５００［μｍ］」、「２０００［μｍ］」、および「３０００［μｍ］」である場合の、上記不純物濃度Ｎとレーザ光の相対強度との関係をそれぞれ示している。すなわち、曲線Ｄ１〜Ｄ１３はその順に、同深さｙが深くなっている。

同図５に示されるように、いずれの曲線Ｄ１〜Ｄ１３であれ、不純物濃度Ｎが大きくなるほど、レーザ光の相対強度（Ｉ／Ｉ_０）は減衰し、また、同一の不純物濃度Ｎである場合には、同深さが深い場合の曲線ほど、レーザ光の相対強度（Ｉ／Ｉ_０）は小さくなる傾向にある。

具体的には、例えば曲線Ｄ８からわかるように、不純物濃度Ｎが「２．０×１０¹⁹［１／ｃｍ³ ］」である場合、上記深さｙが「６００［μｍ］」よりも深い箇所（曲線Ｄ９〜Ｄ１３参照）におけるレーザ光強度Ｉは、レーザ光入射面でのレーザ光強度Ｉ_０の「１％」以下までに減衰することとなる。また、同じく曲線Ｄ８からわかるように、不純物濃度Ｎが「１．０×１０¹⁸［１／ｃｍ³ ］」以下である場合、上記深さｙが「６００［μｍ］」におけるレーザ光強度Ｉは、レーザ光入射面でのレーザ光強度Ｉ_０のほぼ「５０％」と一定となっている。

このように、概して、レーザ光の入射面から集光点Ｃまでの深さｙ（図２）が深くなるほど、集光点Ｃに到達するまでのレーザ光の吸収量は多くなり、同様に、貼り合せＳＯＩウェハ１０の支持基板１０ａに注入された不純物濃度が高いほど、集光点Ｃに到達するまでのレーザ光の吸収量は多くなる。そのため、その厚手の貼り合せＳＯＩウェハ１０、あるいは不純物濃度の高い貼り合せＳＯＩウェハ１０では、その厚い支持基板１０ａあるいは、高い不純物濃度の支持基板１０ａでレーザ光の多くが吸収され、同貼り合せＳＯＩウェハ１０の深部まで十分な強度のレーザ光を到達させることは難しい。

そこで、上記制御部５０は、レーザ光の入射面から集光点Ｃまでの深さｙが深い場合、あるいは不純物濃度が高い場合、上記集光レンズ３０の集光点ＣのＺ座標に拘わらず集光点Ｃでのレーザ光の強度を一律とすべく、以下で説明するレーザ光源４０のレーザ光出力制御も併せて行っている。

なお、上式（４）中の上記吸収係数αは、下式（５）で表される。下式（５）において、「π」は円周率を、「ｋ」は貼り合せＳＯＩウェハの消衰係数を、「λ」は照射されるレーザ光の波長をそれぞれ示している。

上式（５）からわかるように、採用するレーザ光の波長λおよびダイシング対象とする貼り合せＳＯＩウェハ１０の消衰係数ｋが取得されていれば、簡単な演算を通じて吸収係数αを取得することができる。ここで、上述のように、本実施の形態のレーザダイシング装置では、そのレーザ光源４０としてＹＡＧレーザを採用しているため、レーザ光の波長については１．０６４［μｍ］として既知である。また、図６中、黒点「・」にて示すように、消衰係数ｋについては、上記不純物濃度Ｎに依存してその値が変化するため、上記貼り合せＳＯＩウェハ１０のレーザダイシングに先立ち、まず、例えばエリプソメトリー装置などの測定機器を通じて上記不純物濃度Ｎの想定される範囲内における消衰係数ｋを予め測定し、下式（６）に示す例えば上記不純物濃度Ｎの２次関数として近似しておく。そして、本実施の形態では、以下で説明するレーザ光源４０のレーザ光出力制御の際、上記制御部５０での演算を通じて同消衰係数ｋを取得するようにしている。

図７は、上記貼り合せＳＯＩウェハ１０のレーザ入光面から集光点Ｃまでの深さｙとレーザ光の相対出力値（Ｐ／Ｐ_０）との関係を示したものである。なお、同図７において、曲線Ｅ１〜Ｅ３は、上記不純物濃度Ｎが「１．０×１０¹⁹［１／ｃｍ³ ］」、「３．０×１０¹⁸［１／ｃｍ³ ］」、および「１．０×１０¹⁵［１／ｃｍ³ ］」である場合の、上記不純物濃度Ｎとレーザ光の相対出力値との関係をそれぞれ示しており、曲線Ｅ１〜Ｅ３はその順に、不純物濃度Ｎが低くなっている。次に、この図７を参照して、本実施の形態にかかるダイシング装置が実行するレーザ光出力制御について説明する。

上述した通り、レーザ光の入射面から集光点Ｃまでの深さｙが深くなるほど、集光点Ｃに到達するまでのレーザ光の吸収量は多くなり、同様に、貼り合せＳＯＩウェハ１０の支持基板１０ａに注入された不純物濃度が高いほど、集光点Ｃに到達するまでのレーザ光の吸収量は多くなる。そして、その減衰するレーザ光の強度Ｉは上式（４）にて表される。

そこで、本実施の形態のダイシング装置では、レーザ光を照射する際に、ダイシング対象とする貼り合せＳＯＩウェハ１０の上記不純物濃度Ｎ、および上記深さｙに応じて、下式（７）に示す態様で、レーザ光源４０のレーザ光出力Ｐを制御するようにしている。

ここで、上記（７）の「Ｐ_０」は定数であり、貼り合せＳＯＩウェハ１０のレーザ光入光面に集光点Ｃを設定したときに、その集光点Ｃにおいて改質層の形成に望ましいレーザ光強度の得られるようなレーザ光出力Ｐの値となるようにその値を設定している。

具体的には、
（イ）例えば曲線Ｅ２に示されるように、上記不純物濃度Ｎが「３．０×１０¹⁸［１／ｃｍ³ ］」の貼り合せＳＯＩウェハ１０において、上記深さｙが「６００［μｍ］」に位置する箇所を改質する際には、上記深さｙが「２００［μｍ］」に位置する箇所を改質する際の２倍にレーザ光出力を設定する。
（ロ）また、例えば曲線Ｅ１に示されるように、上記不純物濃度Ｎが「１．０×１０¹⁹［１／ｃｍ³ ］」の貼り合せＳＯＩウェハ１０において、上記深さｙが「６００［μｍ］」に位置する箇所を改質する際には、上記深さｙが「２００［μｍ］」に位置する箇所を改質する際の３倍のレーザ光出力を設定する。
等々の設定態様により、照射するレーザ光出力の上記深さｙに応じた増大度合を、上式（４）で示されるような貼り合せＳＯＩウェハ１０内部でのレーザ光強度の減衰度合と一致させることができ、その深さに拘わらず、集光点Ｃでのレーザ光の強度を一律とすることができる。これにより、同ウェハ１０の全深さに渡って良好な改質層が形成されるようになる。

図８は、本実施の形態のレーザダイシング方法における処理手順を示したものであり、図９は、ダイシング処理中に実行されるレーザ光の照射工程での処理手順を示したものである。次に、これら図８および図９を参照して、本実施の形態のレーザダイシング方法を総括する。

本実施の形態のダイシング処理に先立ち、まず、上記不純物濃度Ｎの想定される範囲内における消衰係数ｋを、例えばエリプソメトリー装置などの周知の測定機器を通じて予め測定し、例えば上記不純物濃度Ｎの２次関数として近似しておく。そして、同図８に示されるように、ステップＳ１００の工程として、貼り合せＳＯＩウェハ１０に関する情報を、入力部６０を介して制御部５０に入力する。ここで、制御部５０に入力される貼り合せＳＯＩウェハ１０に関する情報としては、貼り合せＳＯＩウェハ１０の直径「５ｉｎｃｈ」、テラス領域の幅「５［ｍｍ］」、チップサイズ「数［ｍｍ］」、ＳＯＩ層１０ｂの層厚「２０［μｍ］」、絶縁膜１０ｃの膜厚「２［μｍ］」、オリエンテーションフラットの幅「数［ｃｍ］」、支持基板の厚さ「６００［μｍ］」、および支持基板１０ａの不純物濃度「３．０×１０¹⁸（１／ｃｍ³）」などである。

続くステップＳ２００の工程としてレーザ光の照射工程を行う。レーザ光の照射工程の開始にあっては、図９に示されるように、まず、ステップＳ２０１の処理として、先のステップＳ１００の工程にて制御部５０に入力された上記貼り合せＳＯＩウェハ１０に関する情報に基づき、座標軸（Ｘ−Ｙ−Ｚ）、すなわち直交座標系が決定される。そしてステップＳ２０２の処理として、貼り合せＳＯＩウェハ１０の外形やオリエンテーションフラットに基づき、Ｙ軸方向の割断予定線およびＸ軸方向の割断予定線の座標（Ｘ−Ｙ平面）が算出される。そして続くステップＳ２０３の処理として、レーザ光源４０から照射するレーザ光出力の初期値が先の式（７）に従い設定される。

このようにしてレーザ光出力の初期値が設定された後、ステップＳ２０４の処理として、Ｙ軸方向の割断予定線に沿ってレーザ光を照射することで、貼り合せＳＯＩウェハ１０を構成する支持基板１０ａの内部に良好な改質層が形成される。そして、続くステップＳ２０５の判断処理を通じて、Ｙ軸方向の割断予定線に沿ったレーザ光の照射がすべて実施されるまで、ステップＳ２０４の処理にかかるレーザ光の照射は繰返し実行されることとなる。

一方、続くステップＳ２０６の処理として、Ｘ軸方向の割断予定線に沿ってレーザ光を照射することで、貼り合せＳＯＩウェハ１０を構成する支持基板１０ａの内部に良好な改質層が形成される。なおここでも、続くステップＳ２０７の判断処理を通じて、Ｘ軸方向の割断予定線に沿ったレーザ光の照射がすべて実施されるまで、先のステップＳ２０６の処理にかかるレーザ光の照射は繰返し実行されることとなる。

こうしてＸ−Ｙ平面に対するレーザ光照射がすべて終了すると、続くステップＳ２０８の処理として、レーザ光の集光点Ｃを、貼り合せＳＯＩウェハ１０の上表面方向（Ｚ軸方向）へ所定量、例えば「数十［μｍ］」だけ上方へ移動させる。続くステップＳ２０９の処理においては、ステップＳ２０８の処理にて移動したレーザ光の集光点Ｃの位置、すなわち、上記レーザ光の入光面から集光点Ｃまでの深さｙに応じて、先の（７）式に従って、レーザ光の出力Ｐを再び設定する。そして、ステップＳ２１０の判断処理を通じて、レーザ光の集光点Ｃが支持基板１０ａ内部の改質層の形成領域の最上部に到達するまで、すなわち、支持基板１０ａ内部の改質層が十分な厚さとなり、貼り合せＳＯＩウェハ１０の割断が容易となるまで、上記ステップＳ２０４の処理〜ステップＳ２１０の処理が繰返し実行されることとなる。

こうして改質層が十分に形成されると、先の図８に示されるように、ステップＳ３００の工程として、貼り合せＳＯＩウェハ１０の割断工程に移行する。この割断工程においては、例えば貼り合せＳＯＩウェハ１０の裏面に予め密着された樹脂シートを引き伸ばすなどすることにより、上述のように形成された改質層を起点として、同貼り合せＳＯＩウェハ１０を上記割断予定線に沿って各チップ毎に割断する。

以上説明したように、本実施の形態のレーザダイシング方法およびレーザダイシング装置によれば、以下のような優れた効果が得られるようになる。
（１）貼り合せＳＯＩウェハ１０のレーザ光の入光面から同レーザ光の集光点Ｃまでの深さｙと貼り合せＳＯＩウェハの消衰係数ｋに基づき求められた同ウェハ１０の吸収係数αとの乗数を指数とするネピア数ｅの指数関数に比例するように、すなわち、先の式（７）に従って、レーザ光源４０のレーザ光出力Ｐを同深さｙに応じて可変設定することとした。これにより、照射するレーザ光出力Ｐの同深さｙに応じた増大度合を、先の式（４）で示されるような同ウェハ１０内部でのレーザ光強度Ｉの減衰度合と一致させることができ、その深さに拘わらず集光点Ｃでのレーザ光の強度を一律とすることができる。

（２）また、レーザ光出力Ｐの上記深さｙに応じた可変設定の際、先の式（７）中、定数Ｐ_０の値を、貼り合せＳＯＩウェハ１０のレーザ光入光面に集光点Ｃを設定したときに、その集光点Ｃにおいて改質層の形成に望ましいレーザ光強度の得られるようなレーザ光出力の値となるように設定した。これにより、貼り合せＳＯＩウェハ１０の全深さに渡って良好な改質層が形成されるようになる。

なお、本発明にかかるレーザダイシング方法およびレーザダイシング装置は、上記実施の形態にて例示した方法あるいは装置に限定されるものではなく、同実施の形態を適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
・上記実施の形態では、支持基板１０ａ内部の改質層形成領域の最下部からＸ−Ｙ平面上の割断予定線に沿ったレーザ光照射を行い、最上部に到達するまでこれを繰返し行っていたが、レーザ光照射態様はこれに限られない。支持基板１０ａ内部の改質層形成領域の最上部からＸ−Ｙ平面上の割断予定線に沿ったレーザ光照射を行い、最下部に到達するまでこれを繰返し行うこととしてもよい。あるいは、支持基板１０ａの表面に垂直な方向（Ｚ軸方向）に改質層を成長させた後、平行な方向（Ｘ−Ｙ平面）に改質層を成長させることとしてもよい。要は、支持基板１０ａ内部の改質層形成予定領域の全域に渡って、改質層を的確に形成することができれば、そのレーザ光の照射態様は任意である。
・上記実施の形態では、レーザ光出力Ｐの上記深さｙに応じた可変設定の際、先の式（７）中、定数Ｐ_０の値を、貼り合せＳＯＩウェハ１０のレーザ光入光面に集光点Ｃを設定したときにその集光点Ｃにおいて改質層の形成に望ましいレーザ光強度の得られるようなレーザ光出力の値となるように設定したが、これに限られない。要は、貼り合せＳＯＩウェハ１０のレーザ光入光面に集光点Ｃを設定したときにその集光点Ｃにおいて改質層が十分に形成されるようなレーザ光出力の値であれば、定数Ｐ_０の値は任意である。
・また、こうしたレーザ光の照射に際してのレーザ光源４０のレーザ光出力Ｐを、貼り合せＳＯＩウェハ１０のレーザ光の入光面から同レーザ光の集光点Ｃまでの深さｙに応じて、該深さｙを指数とする指数関数に比例するように可変設定することとしてもよい。あるいは、貼り合せＳＯＩウェハ１０の支持基板１０ａのレーザ集光点での不純物濃度Ｎが高いほど、同集光点Ｃの深さｙが同一のときのレーザ光源４０のレーザ光出力Ｐを大きく設定することとしてもよい。またあるいは、同貼り合せＳＯＩウェハ１０のレーザ光の入光面から同レーザ光の集光点Ｃまでの深さｙに応じて、該深さｙが深いほど大きくなるように可変設定することとしてもよい。
・上記実施の形態では、貼り合せＳＯＩウェハ１０をそのダイシング対象としていたが、これに限られず、他にもイオン注入などで製造されたＳＯＩウェハやバルクシリコンウエハなどもそのダイシング対象とすることができる。要は、その厚さが厚いウェハ、あるいはその内部に高い濃度の不純物注入層が形成されているウェハであっても、この発明の適用によって上記に準じた効果を得ることができる。

本発明にかかるレーザダイシング装置の一実施の形態についてその全体構成を示すブロック図。 同実施の形態の装置において、ダイシング対象とする貼り合せＳＯＩウェハの側面構造およびレーザ光照射態様を示す断面図。 同実施の形態の装置において、ダイシング対象とする貼り合せＳＯＩウェハの平面構造および割断予定線の一例を示す平面図。 貼り合せＳＯＩウェハのレーザ光入射面から集光点までの深さｙとレーザ光の相対強度（Ｉ／Ｉ_０）との関係を示す図。 貼り合せＳＯＩウェハの支持基板に注入された不純物濃度Ｎとレーザ光の相対強度（Ｉ／Ｉ_０）との関係を示す図。 貼り合せＳＯＩウェハの支持基板に注入された不純物濃度Ｎと同貼り合せＳＯＩウェハの消衰係数との関係を近似曲線にて示す図。 同実施の形態の装置を通じて制御する集光点の深さｙに対するレーザ光出力の相対値（Ｐ／Ｐ_０）との関係を示す図。 同実施の形態の装置を用いた本発明にかかるレーザダイシング方法の一実施の形態として、そのダイシング処理の処理手順を示すフローチャート。 上記ダイシング処理中に実施されるレーザ光の照射処理の処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１０…貼り合せＳＯＩウェハ、１０ａ…支持基板、１０ｂ…ＳＯＩ層、１０ｃ…絶縁膜、２０…ステージ、２０ａ…Ｘ軸ステージ、２０ｂ…Ｙ軸ステージ、２０ｃ…Ｚ軸ステージ、２１…載置台、３０…集光レンズ（集光用光学素子）、４０…レーザ光源、５０…制御部（レーザ光出力制御手段）、６０…入力部。

Claims (9)

1. レーザ光源から出力されたレーザ光を割断予定線に沿ったウェハの内部に集光させて改質層を形成する照射工程と、前記改質層の形成された割断予定線に沿って前記ウェハを複数のチップに割断する割断工程とを備えるレーザダイシング方法であって、
   前記照射工程でのレーザ光の照射に際しての前記レーザ光源のレーザ光出力を、予め入力された前記ウェハの情報に基づき、前記形成する改質層を深さに拘わらず一定に保つべく、前記ウェハの前記レーザ光の入光面から同レーザ光の集光点までの深さに応じて、該深さが深いほど大きくなるように連続する関係で可変設定する
   ことを特徴とするレーザダイシング方法。
2. 前記照射工程でのレーザ光の照射に際しての前記レーザ光源のレーザ光出力を、前記ウェハの前記レーザ光の入光面から同レーザ光の集光点までの深さに応じて、該深さを指数とする指数関数に比例するように可変設定する
   請求項１に記載のレーザダイシング方法。
3. 前記集光点での前記ウェハ内の不純物濃度が高いほど、前記集光点の深さが同一のときの前記レーザ光源のレーザ光出力を大きく設定する
   請求項２に記載のレーザダイシング方法。
4. 前記指数関数を、前記ウェハの前記レーザ光の入光面から同レーザ光の集光点までの深さ（ｙ）と前記ウェハの吸収係数（α）との乗数（αｙ）を指数とするネピア数ｅの指数関数とし、前記ウェハの吸収係数（α）を、前記ウェハ内の不純物濃度から算出した前記ウェハの消衰係数（ｋ）と前記レーザ光の波長（λ）を用いて算出する
   請求項３に記載のレーザダイシング方法。
5. 前記消衰係数（ｋ）を、前記不純物濃度の想定される範囲内における消衰係数（ｋ）を予め測定することにより、前記不純物濃度の２次関数として近似する
   請求項４に記載のレーザダイシング方法。
6. ウェハが載置される載置台と、レーザ光を出力するレーザ光源と、その出力されたレーザ光を集光させる集光用光学素子と、前記ウェハに対する前記集光用光学素子によるレーザ光の集光点の位置を相対的に変位させる変位機構とを備え、前記レーザ光源の出力するレーザ光を割断予定線に沿った前記ウェハの内部に集光させて同ウェハ内部に改質層を形成するレーザダイシング装置において、
   前記載置されるウェハの情報を入力する入力手段と、
   前記入力されるウェハの情報に基づき、前記形成する改質層を深さに拘わらず一定に保つべく、前記レーザ光の照射に際しての前記レーザ光源のレーザ光出力を、前記ウェハの前記レーザ光の入光面から同レーザ光の集光点までの深さに応じて、該深さが深いほど大きくなるように連続する関係で可変制御するレーザ光出力制御手段とを備える
   ことを特徴とするレーザダイシング装置。
7. 前記レーザ光出力制御手段は、前記ウェハの前記レーザ光の入光面から同レーザ光の集光点までの深さを指数とする指数関数に比例するように、前記レーザ光の照射に際しての前記レーザ光源のレーザ光出力を、前記深さに応じて可変制御するものである
   請求項６に記載のレーザダイシング装置。
8. 前記レーザ光出力制御手段は、前記指数関数を、前記ウェハの前記レーザ光の入光面から同レーザ光の集光点までの深さ（ｙ）と前記ウェハの吸収係数（α）との乗数（αｙ）を指数とするネピア数ｅの指数関数とし、前記ウェハの吸収係数（α）を、前記ウェハ内の不純物濃度から算出した前記ウェハの消衰係数（ｋ）と前記レーザ光の波長（λ）を用いて算出する
   請求項７に記載のレーザダイシング装置。
9. 前記レーザ光出力制御手段は、前記消衰係数（ｋ）を、前記不純物濃度の想定される範囲内における消衰係数（ｋ）を予め測定することにより、前記不純物濃度の２次関数として近似する
   請求項８に記載のレーザダイシング装置。

Images