JP5117954B2 - レーザ加工装置及びレーザ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光を使用して半導体ウエハなどのワークを加工する方法及び装置に関する。より詳しくは、ワークの裏面側からレーザ光を照射して、ワークの分割予定ラインに改質領域を形成する技術に関する。

半導体デバイスの製造工程においては、略円板形状の半導体ウエハの表面に、ＩＣ（integrated circuit：集積回路）又はＬＳＩ（large-scale integration：大規模集積回路）などの回路をマトリクス状に形成し、その後、この複数の回路が形成されたウエハを、所定のストリート（切断ライン）に沿って格子状に切断することにより、各回路を分離してチップ化している。

通常、半導体ウエハの切断（ダイシング）には、ダイサーと称される切断装置が使用されている。また、近年、レーザ光を利用して、半導体ウエハなどのワークを切断する方法も開発されている（例えば、特許文献１，２参照。）。例えば、特許文献１に記載の加工方法では、酸化物単結晶からなるワークにレーザ光を照射して、光化学的な反応によって酸化物単結晶の分子を解離及び蒸発させることで、ワークの所定位置に溝を形成し、この溝に沿ってワークを劈開している。

また、特許文献２に記載の切断方法では、ワークに対して透過性を有するパルスレーザ光を、ワーク内部に集光点を合わせて照射し、分割予定ラインに沿って変質領域を形成している。この変質領域は、他の部分よりも強度が低いため、分割予定ラインに沿って外力を加えることにより、変質層が起点となってワークが分割される。

一方、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などのように表面に凹凸があるワークや、分割予定ライン上にＴＥＧが形成されているワークでは、この凹凸やＴＥＧの影響で、ワーク内部までレーザ光が届かないことがある。特に、凹凸の幅が広いワーク、及びデバイスが狭ピッチで形成されストリートが狭いワークでは、これらの影響が大きい。

そこで、従来、ワーク内に変質領域を形成する際に、裏面側からレーザ光を照射する方法が提案されている（例えば、特許文献３〜５参照。）。例えば、特許文献３，４に記載のレーザ加工方法では、チャックテーブル上にワークを、表面を下側にして載置し、ワーク裏面に貼付されたダイシングフィルムを介して、ワーク内部にレーザ光を照射している。これらの方法では、ダイシングフィルム及びワークの両方に透過性を有する波長のレーザ光を使用することで、ダイシングフィルムへの影響及びレーザ光のエネルギーロスを少なくしている。

また、特許文献５に記載の割断方法では、両面に粘着性があるダイシングテープを使用し、このダイシングテープを介してリングフレームに保持されているワークを、ガラスなどからなる透明な支持板上に載置している。そして、この透明支持板及びダイシングテープを介して、ワーク裏面にレーザ光を照射している。

更に、半導体ウエハなどはダイシング工程に至るまでの過程で反りが生じることがあるが、このように反りがあるワークの場合、レーザ光の集光点位置が深さ方向でばらつき、変質領域の形成精度が低下する。このため、従来のレーザ加工装置では、予めワークの表面変位を検出し、その結果に基づいて、集光点の深さ方向位置を調整しながら、レーザ光を照射している（特許文献６参照）。

特開平１０−３０５４２０号公報 特開２００２−１９２３７０号公報（特許第３４０８８０５号） 特開２００６−１４８１７５号公報 特開２００７−１７３４７５号公報 特開２００８−１３２７１０号公報 特開２００８−１６５７７号公報

しかしながら、前述した従来の技術には以下に示す問題点がある。即ち、ＭＥＭＳなどのように表面に凹凸があるワークを加工する場合、特許文献３及び４に記載されている方法のように、ワーク表面を直接チャックテーブルに吸着保持させると、凹凸形状が変形し、歩留まりが低下するという問題点がある。また、従来、ワーク表面に保護テープを貼付し、この保護テープを介してチャックテーブルにワークを吸着保持させる方法も採られているが、その場合でも、保護テープを貼付又は剥がす際に、凹凸形状の変形が発生しやすく、更に粘着剤の残留といった問題点もある。

一方、特許文献５に記載の方法は、ワークの表面に触れずに、裏面側からレーザ光を照射することができるが、ダイシングテープの構造が複雑であるため、従来のテープよりも割高となる。また、このテープは、ダイシング工程でしか使用できず、汎用性が低い。更に、特許文献５に記載されているダイシングテープを使用するには、Ｖ照射手段やＩＲレーザ照射手段を備えた装置が必要となる。以上の理由から、特許文献５に記載の方法を適用した場合、製造コストが増加するという問題点がある。

また、特許文献６に記載の加工方法は、反りの度合いが小さいワークには有効であるが、一般に、集光点位置の調整にはピエゾ素子などが利用されているため、反りの度合いが大きいと、追従できなくなり、加工精度が低下するという問題点がある。

そこで、本発明は、デバイス形成領域に触れずにワークを保持し、裏面側からレーザ光を照射することができ、更に、ワークに反りがあっても精度良く改質層を形成することができるレーザ加工装置及びレーザ加工方法を提供することを主目的とする。

本発明に係るレーザ加工装置は、表面に複数のデバイスが形成されたワークの内部に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、前記ワーク表面の周縁部に設けられた前記デバイスが形成されていない領域を接触保持する環状の保持面を備えた保持手段と、前記ワークの裏面に向けて、該ワークを透過する波長のレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、を有し、前記保持面が径方向内側に傾斜している。

本発明においては、ワークを接触保持する保持面を環状とし、デバイスが形成されていない領域にのみに接触する構成にしているため、ワークを裏返して配置した場合、即ち、デバイスが形成されている面（表面）を保持部側に向けて配置して場合でも、デバイスが形成されている領域に保持面が接触することはない。また、保持面が径方向内側に傾斜しているため、この保持面に保持されたワークは、裏面側に凸の反りが矯正される。

このレーザ加工装置は、前記保持面に、前記ワークを吸着保持するための１又は複数の孔が形成されていてもよい。

一方、本発明に係るレーザ加工方法は、表面に複数のデバイスが形成され、裏面に貼付された粘着テープを介して環状フレームの開口部に支持されているワークに対して、レーザ光を照射し、該ワーク内に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、前記ワーク表面の前記デバイスが形成されていない周縁部を、径方向内側に傾斜している環状の保持面によって吸着保持する工程と、前記ワークの裏面側から、前記ワーク及び前記粘着テープを透過する波長のレーザ光を、前記ワーク内部に集光点を合わせて、分割予定ラインに沿って照射する工程と、を有する。

本発明においては、ワーク表面におけるデバイスが形成されていない周縁部を接触保持するため、裏面からレーザ光を照射する場合でも、デバイスは影響を受けない。また、内径側になるに従い低くなるように、径方向内側に傾斜している保持面で吸着保持しているため、ワークの裏面側に凸の反りが矯正される。

本発明によれば、径方向内側に傾斜している環状の保持面によってワークを保持するため、デバイス形成領域に触れずにワークを保持し、裏面側からレーザ光を照射することができると共に、ワークの反りを矯正して、加工精度を向上することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付の図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。図１は本実施形態のレーザ加工装置の構成を示す斜視図である。また、図２は図１に示す保持手段２の具体的構成を示す斜視図あり、図３は断面図である。

図１に示すように、本実施形態のレーザ加工装置１には、少なくとも、ワーク１０を保持する保持手段２と、ワーク１０の所定位置にレーザ光を照射するレーザ光照射手段３とが設けられている。

本実施形態のレーザ加工装置１が加工対象とするワーク１０としては、例えば、半導体ウエハ、ＤＡＦ（Die Attach Film）などの粘着テープ、ガラス、シリコン及びサファイヤなどの無機材料、金属材料又はプラスチックなどからなる各種基板、半導体製品のパッケージ、並びにミクロンオーダーの精度が要求される各種加工材料などが挙げられる。そして、図２に示すように、これらのワーク１０は、その裏面に粘着テープ１０が貼付されており、この粘着テープ１０を介してリングフレーム１１の開口部に支持されている。そして、このリングフレーム１１に支持された状態で加工される。

一方、図３に示すように、本実施形態のレーザ加工装置１における保持手段２には、環状の保持面２１ａを備える保持部２１と、リングフレーム１１を脱着自在に固定する複数のクランプ２２とが設けられている。この保持手段２における保持部２１は、ワーク１０が載置されたときにデバイス１０ａが形成されている領域と整合する位置に凹部が形成されており、ワーク１０を接触保持する保持面２１ａの内径は、デバイス１０ａが形成されている領域よりも大きくなっている。即ち、保持部２１は、裏面をレーザ光照射手段３側にしてワーク１０を載置したときに、保持面２１ａが、ワーク１０の周縁部に設けられたデバイス１０ａが形成されていない領域（余剰領域）１０ｂのみに接触するようになっている。

また、このレーザ加工装置１では、保持部２１の保持面２１ａが、内径側になるに従い低くなるように、径方向内側に傾斜している。更に、保持面２１ａには、１又は複数の孔が設けられており、吸引手段６により各孔内を負圧にすることで、ワーク１０を吸着保持可能となっている。

上述した保持手段２は、送り手段によってｘ方向、及びこのｘ方向に直交するｙ方向に移動可能となっている。具体的には、台座３１上に相互に平行に配置された１対の案内レール３２ａ，３２ｂ間にボールねじ３３ａが配置され、このボールねじ３３ａの一方の端部にはモータ３３ｂが取り付けられており、他方の端部は軸受けブロック３３ｃに回転可能に支持されている。

また、案内レール３２ａ，３２ｂ及びボールねじ３３ａの上には、滑動ブロック３４が載置されており、この滑動ブロック３４上に、１対の案内レール３５ａ，３５ｂ及びボールねじ３６ａが相互に平行に配置されている。このボールねじ３６ａも、一方の端部にモータ３６ｂが取り付けられ、他方の端部は軸受けブロック３６ｃに回転可能に支持されている。更に、案内レール３５ａ，３５ｂ及びボールねじ３６ａの上には、滑動ブロック３７が載置されており、この滑動ブロック３７上に保持手段２が設置されている。

そして、これらの部材により構成される送り手段においては、モータ３３ｂによりボールねじ３３ａを駆動させると、滑動ブロック３４が案内レール３２ａ，３２ｂによって案内されて移動し、これにより保持手段２がｘ方向に移動する。一方、モータ３６ｂによりボールねじ３６ａを駆動させると、滑動ブロック３７が案内レール３５ａ，３５ｂによって案内されて移動し、これにより保持手段２がｙ方向に移動する。

一方、本実施形態のレーザ加工装置１におけるレーザ光照射手段３は、保持手段２の上方に配置されており、例えばＹＡＧレーザ発振器又はＹＶＯレーザ発振器などのようにワーク１０を透過する波長のレーザ光を発振可能な発振器と、発振したレーザ光をワーク１０に照射するためのミラー及び集光レンズなどの光学部品を備えている。

また、本実施形態のレーザ加工装置１は、ワーク１０の変位を検出する変位検出手段４が設けられていてもよい。ワーク１０が半導体ウエハなどの場合、ダイシング工程に至るまでの過程で反りやうねりが生じることがあるが、変位検出手段４によってワーク１０の変位を検出することにより、反りやうねりの位置・程度を知ることができる。

この表面検出手段４は、例えば、図１に示すように、保持手段２の上方に、レーザ発振器などを備えたレーザ光照射部とセンサなどからなるレーザ光検出部とを設置し、ワーク１０の裏面で反射される波長のレーザ光をワーク１０に照射して、その反射光を検出する構成とすることができる。その場合、レーザ光検出部において反射光の光量を測定し、その値の変化からワーク１０の裏面からレーザ光検出部までの距離の変動、即ち、ワーク１０の裏面の変位を求めることができる。

なお、変位検出手段は、ワーク１０の表面又は裏面の変位が検出可能であれば、その構成及び検出方法は特に限定されるものではない。例えば、図１に示すレーザ加工装置１では、変位検出手段４とレーザ光照射手段３とを別々に設けているが、これらを一体化し、加工用のレーザ光と変位測定用のレーザ光とが同軸となるようにしてもよい。

次に、本実施形態のレーザ加工装置１の動作、即ち、レーザ加工装置１を使用してワーク１０を加工する方法について説明する。図４は本実施形態のレーザ加工装置１によりワーク１０を加工する方法を模式的に示す断面図である。本実施形態のレーザ加工方法においては、先ず、図２に示すように、加工対象のワーク１０を、粘着テープ１２を介してリングフレーム１１の開口部に支持させる。このとき、ワーク１０の裏面に粘着テープ１２を貼付する。

そして、図２，４に示すように、ワーク１０の裏面からレーザ光が入射するように裏返した状態で、ワーク１０を保持手段２の保持部２１上に載置し、リングフレーム１１をクランプ２２で固定する。その後、吸引手段６を動作させて、保持面２１ａによりワーク１０の余剰領域１０ａを吸着保持する。このとき、図４に示すように、ワーク１０には、中心部が凹む方向に応力がかかるため、裏面側が凸の反りが矯正される。

次に、レーザ光照射手段３により、ワーク１０及び粘着テープ１２を透過する波長のレーザ光５を、ワーク１０の内部に集光点を合わせて、ワーク１０の裏面側から、分割予定ラインに沿って照射する。例えば、ワーク１０がシリコン基板を使用した半導体ウエハである場合は、波長が１０６４ｎｍのパルスレーザ光を照射する。これにより、ワーク１０の分割予定ラインに改質領域が形成される。

このとき、ワーク１０の分割予定ラインの位置は、例えば、ワーク１０の裏面から、粘着テープ１２を介して、赤外線などのワーク１０の内部まで透過する光（図示せず）を照射し、ワーク１０の表面からの反射光（図示せず）を検出することで確認することができる。

また、本実施形態のレーザ加工方法においては、変位検出手段４により、予め、レーザ光５を照射する部分、即ち、ワーク１０の裏面における分割予定ラインに相当する領域の変位を測定し、その結果に基づいて、ワーク１０の厚さ方向における集光点位置を調整しながら、レーザ光５を照射することが望ましい。これにより、ワーク１０に反りやうねりがある場合でも、加工位置を一定にすることができるため、精度よく変質領域を形成することができる。

例えば、ワーク１０がシリコン基板を使用した半導体ウエハの場合は、ワーク１０に対して反射性を有する波長が６３５ｎｍのレーザ光を照射し、その反射光の光量の変化を測定することにより、ワーク１０の裏面の変位を測定することができる。

上述した工程により分割予定ラインに改質領域が形成されたワーク１０は、外力を加えることにより、改質領域が起点となって、分割予定ラインに沿って、容易にかつ精度よく分割することができる。

上述の如く、本実施形態のレーザ加工装置１では、ワーク１０を接触保持する保持面２１ａを環状とし、デバイスが形成されていない余剰領域１０ｂにのみ接触する構成としているため、ワーク１０を裏返して配置した場合でも、デバイス１０ａが形成されている領域に接触することはない。このため、本実施形態のレーザ加工装置１は、ワーク１０の裏面にレーザ光５を照射する場合でも、デバイス１０ａに触れずにワーク１０を保持することができる。

更に、本実施形態のレーザ加工装置においては、保持部２１の保持面２１ａを径方向内側に傾斜させているため、裏面側に凸の反りを容易に矯正することができる。その結果、デバイス１０ａの変形などによる不良の発生を低減し、歩留まりを向上させることができる。また、ワーク１０の表面に保護テープを貼り付ける必要がないため、生産効率が向上すると共に、製造コストを低減することもできる。

なお、本実施形態のレーザ加工装置においては、保持部２１の保持面２１ａを径方向内側に傾斜させることにより、ワーク１０における裏面側に凸の反りを矯正可能としているが、保持面を径方向外側に傾斜させると、表面側に凸の反りを矯正することができる。

また、本実施形態のレーザ加工装置は、前述した各種ワークの加工に適用することができるが、特に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode:発光ダイオード）素子のように表面側からレーザ光を照射すると、レーザ光の影響で膜が変質したり、素子が溶融したりするおそれがあるもの、レーザ光照射により発生した塵が素子に付着して不具合が発生するおそれがあるもの、ＭＥＭＳなどの表面に微細な加工が施されているもの、分割予定ラインの表面にＴＥＧが形成されているもの、及び分割予定ラインの幅が狭いものなどの加工に好適である。

本発明の実施形態に係るレーザ加工装置の構成を示す斜視図である。 図１に示す保持手段２の具体的構成を示す斜視図である。 図１に示す保持手段２の具体的構成を断面図である。 本実施形態のレーザ加工装置１によりワーク１０を加工する方法を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ レーザ加工装置
２ 保持手段
３ レーザ光照射手段
４ 変位検出手段
５ レーザ光
６ 吸引手段
１０ ワーク
１０ａ デバイス
１０ｂ 余剰領域
１１ リングフレーム
１２ 粘着テープ
２１ 保持部
２１ａ 保持面
２２ クランプ
３１ 台座
３２ａ、３２ｂ、３５ａ、３５ｂ 案内レール
３３ａ、３６ａ ボールねじ
３３ｂ、３６ｂ モータ
３３ｃ、３６ｃ 軸受けブロック
３４、３７ 滑動ブロック

Claims (3)

1. 表面に複数のデバイスが形成されたワークの内部に改質領域を形成するレーザ加工装置であって、
   前記ワーク表面の周縁部に設けられた前記デバイスが形成されていない領域を接触保持する環状の保持面を備えた保持手段と、
   前記ワークの裏面に向けて、該ワークを透過する波長のレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、を有し、
   前記保持面が径方向内側に傾斜しているレーザ加工装置。
2. 前記保持面には、前記ワークを吸着保持するための１又は複数の孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 表面に複数のデバイスが形成され、裏面に貼付された粘着テープを介して環状フレームの開口部に支持されているワークに対して、レーザ光を照射し、該ワーク内に改質領域を形成するレーザ加工方法であって、
   前記ワーク表面の前記デバイスが形成されていない周縁部を、径方向内側に傾斜している環状の保持面によって吸着保持する工程と、
   前記ワークの裏面側から、前記ワーク及び前記粘着テープを透過する波長のレーザ光を、前記ワーク内部に集光点を合わせて、分割予定ラインに沿って照射する工程と、を有するレーザ加工方法。
   

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