JP6261644B2 - ウェーハをカットするための方法及びデバイス - Google Patents

Description

本発明は一般的に半導体製造の分野に関する。

電子部品の小型化は、小さくなり続ける電子部品を製造するために半導体技術における多様な改善をもたらしてきた。このような部品として、ダイオード等の単純な部品から、集積回路等の複雑な部品までが挙げられる。電子部品以外にも、同じ技術を用いて機械部品を製造することもできる。

半導体技術の分野において、半導体、典型的にはシリコン製のウェーハを加工して、そのウェーハの表面に部品を形成することが一般的に知られている。ウェーハは巨視的であり、２０〜３００ｍｍ程度の範囲内の直径を有する。一方、部品は微視的であり、典型的にはマイクロメートル範囲内のサイズを有する。各部品は小さなウェーハ部分内に作られ、多様なウェーハ部分が互いに近距離で配置されている。加工段階後に、ウェーハをカットして、多様なウェーハ部分を互いに分離して、複数の部品が互いに独立して利用可能となる。分離後において、分離された各ウェーハ部分はダイと呼ばれ、その分離プロセスはダイシングとして知られている。本発明は特にダイシングの分野に関する。

多様なウェーハ部分は典型的には、相互に直交するレーン（“ダイシングストリート”とも称される）によって分離された方形パターンで配置される。分離プロセスは、各ダイシングストリート内でカットを行うことを含む。当然、ウェーハの表面を可能な限り有効に使用することが望まれるので、ダイシングストリートは非常に細く、ダイシング処理に対する正確性の要求は非常に厳しい。更に、それら直交するレーンに沿った頂部層は、絶縁体又は低導電性の半導体であり、比較的脆いものであり得て、従来のブレードによるダイシング法はこの頂部層に致命的な損傷を生じさせる。

こうした問題を解決するため、従来技術において、ハイブリッドダイシングプロセスが提案されている。このプロセスは基本的に二段階プロセスであり、放射、典型的には高パワーレーザービームを用いてダイシングストリートの頂部層を除去する第一段階と、ブレードを用いてバルクシリコンをカットする第二段階とを含む。第一段階は“放射カット”とも称され、より一般的には“レーザーカット”とも称される。本発明は特にレーザーカット方法に関する。

図１は、ウェーハ１の一部分の概略平面図であり、ダイシングストリート４によって分離された部品部分３が示されている。図２は、ウェーハ１の一部分の概略断面図であり、レーザー溝形成プロセスの後続段階が示されている（誇張された縮尺で示す）。ウェーハ１の頂部層は参照番号２で指称される。レーザー溝形成プロセスの第一段階では（図１の右側と、図２の二番目の図とを参照）、比較的低パワーのレーザービーム１１、１２がダイシングストリート４の縁領域１３、１４に向けられる。矢印は、レーザービーム１１、１２とダイシングストリート４との互いに相対的な移動を、ストリート４の長軸方向に平行な方向において示す。この相対的移動は、ウェーハを静止させてレーザービームを移動させることによって、又はレーザービームを静止させてウェーハを移動させることによって、又はこれら両方によって行われ得る。実際には、光学系を静止させてウェーハを移動させる方が便利であるが、その移動は、レーザービームの“カット”又は“スクライビング”移動と称される。レーザーパワー及びビーム速度は、ウェーハ１の頂部領域が比較的浅い深さ及び小さな幅で除去（アブレーション）されるように制御されて、結果としてのストリート４の両側の細長の凹部が“トレンチ（ｔｒｅｎｃｈ）”１５、１６と称される。トレンチ１５、１６の深さは、頂部層２の厚さよりも大きい。以下、このレーザー溝形成プロセスの第一段階を、トレンチの“カット”又は“スクライビング”と称する。

レーザー溝形成プロセスの第二段階では（図１の左側と、図２の下図を参照）、比較的高パワーのレーザービーム２１がダイシングストリート４の中心領域１７に向けられる。このレーザービーム２１の幅は、トレンチ１５、１６間のストリートの幅全体を覆う。結果としてのストリート４の中心における細長の中心凹部は、本願において“ファロウ（ｆｕｒｒｏｗ）”１８と称される。以下、このレーザー溝形成プロセスの第二段階を、ファロウの“スクライビング”と称する。

以下、隣接するトレンチ１５、１６とファロウ１８との組み合わせをまとめて溝（ｇｒｏｏｖｅ，グルーブ）２０と称する。正確なプロセスパラメータに応じて、個々のファロウ１８及びトレンチ１５、１６が溝２０内に認められたり認められなかったりする。溝２０を形成する全体的なプロセスも、溝の“スクライビング”と称する。

実際には、高パワーのレーザービーム２１は、複数の高パワーレーザービーム２２のマトリクスで構成され得て、これらが共に所望の深さ及び幅で物質をアブレーションする。このようなマトリクスを用いると、所望のアブレーションプロファイル、つまり、大きな中心部分にわたって実質的に一貫した深さを有する比較的幅広のファロウが簡単に得られる。

米国特許第４０２８６３６号明細書

上記レーザーカット方法は非常に優れた質の結果を与えることが分かっているが、一本の溝をカットするのに、連続する二段階のカット段階で行われる三つのカット工程、つまり、二つの低パワービームで二つのトレンチをスクライビングする二つのスクライビング工程を含む第一段階と、一つ以上の高パワービームで中心のき裂をカットするカット工程を含む第二段階とが含まれるという欠点を有する。更に、二つのトレンチをスクライビングする二つのカット工程を含む第一段階には、第一段階をレーザーシステムを一回通過させるだけで行うことができる二つのレーザーを備えた非常に複雑で高価な設備が要求されるか、又は、レーザーシステムを連続して二回通過させる必要があるので生産性を更に低下させてしまう単一のレーザーでの二つの別々のカット段階が要求される。

本発明の目的は、生産性を顕著に改善しながら、質に関しては同じ結果を提供することができるレーザーカット方法を提供することである。

本発明によると、上記目的は、レーザーシステムの一回の通過で少なくとも二つのカット工程を同時に行うために別々の複数の分割ビームに分割される単一の高パワーの主ビームを用いることによって達成可能である。特に、二つのトレンチをカットする二つのカット工程が、レーザーシステムの一回の通過において行われるが、二つのトレンチ及びき裂のカットという三つのカット工程がレーザーシステムの一回の通過で行われる場合に最高の効率が得られる。

本発明の上記及び他の態様、特徴及び利点は、同一の参照番号が同一又は同様の部分を指称する図面を参照しながら、以下の一つ以上の好ましい実施形態の説明によって更に説明される。

ウェーハの一部分の平面図を概略的に示す。 ウェーハの一部分の概略断面図である。 音響光学偏向器の設定及び動作を概略的に示す。 本発明に係る音響光学偏向器の使用方法を示す概略図である。 二つのトレンチをカットするプロセス用の音響光学偏向器の制御を概略的に示すチャートである。 ウェーハのカットストリートの概略平面図であり、本発明に係る二つのトレンチのカットプロセスにおける連続したレーザースポットを示す。 き裂をカットするプロセス用の音響光学偏向器の制御を概略的に示すチャートである。 ウェーハのカットストリートの概略平面図であり、本発明に係る二つのトレンチをカットするプロセスにおける連続したレーザースポットを示す。 本発明に係るカット装置の一例を概略的に示す図である。 図１０ａ、１０ｂを含み、本発明に係るカット装置の第二の例を概略的に示す。

以下、簡単のため、“カット（切ること）”との用語を、スクライビング（ターゲットのワークピースの深さ全体にわたって貫通していないカット）及びダイシング（ターゲットのワークピースの深さ全体にわたるカット（切断））を含むものとして総称的に用いる。また、以下、“き裂（ｆｉｓｓｕｒｅ、フィシャー）”との用語を、スクライビングによって形成される溝（ｇｒｏｏｖｅ，グルーブ）や、ターゲットのワークピースのダイシングによって形成される完全なカット部（切断部）等の多様なタイプのカット部を含むものとして総称的に用いる。

本発明の一態様は制御可能なビーム偏向器を含む。制御可能なビーム偏向器は、光学ビームの方向を変えて、その偏向角を、典型的には特定の偏向範囲内で正確に制御することができるデバイスである。制御可能なビーム偏向器そのものは、例えば特許文献１で知られているので、その説明は簡単なものに留める。

図３は、音響光学偏向器（ａｃｏｕｓｔｏ‐ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ，以下ＡＯＤと略す）３０の設定及び動作を概略的に示す。ＡＯＤ３０は、相互に異なる屈折率を有する相互に平行な複数の層３２を含む光学結晶３１を備える。水平な向きで図示されているこれらの層は、ブラッグ格子として振る舞う。参照番号３３は、比較的小さな入射角で光学層に入射する入射レーザービームを示す。参照番号３４は、入射方向の直線で結晶を通過するレーザービームの部分を示し、一方、参照番号３５は、入射方向に対して小さな角度で偏向されるレーザービームの部分を示す。ビーム３３、３４、３５は、層３２に垂直な共通の仮想的平面（偏向平面と称される）内に位置する。光学パワーは偏向ビーム３５（“出力ビーム”とも称される）に伝わる。偏向角の詳細な値は、レーザービームの実際の波長、及び、ブラッグ層３２間の相互距離（以下、“格子パラメータ”と称する）に依存し、つまりは装置特性である。

偏向角は、レーザー波長を制御することによって、及び／又は、格子パラメータを制御することによって制御可能である。格子パラメータは、結晶３１を機械的応力に晒すことによって制御可能である。参照番号３６は、レーザービームの方向に実質的に垂直な波伝播方向を有する音響波を結晶３１に印加するための音響トランスデューサーを示す。参照番号３７は、反射を防止するために音響エネルギーを吸収するための吸収体を示す。伝播音響波は結晶３１内に密度変動を生じさせて、それが、波伝播方向に平行な方向において結晶３１の屈折率変動をもたらす。一次近似では、出力レーザービーム３５の偏向角は音響周波数に比例するものとして表すことができる。出力レーザービーム３５の波長も音響周波数に依存するが、これはアブレーションプロセスには重要ではない点に留意されたい。更に、偏向ビーム３５の相対的強度は、ＲＦパワーに依存し、つまり、高いＲＦパワーが偏向ビーム内により多くのレーザー光を与えることに留意されたい。

以下、アブレーションプロセスの制御パラメータとして、音響周波数Ｆａを検討する。図４は、本発明に係る設定を示す概略図であり、ウェーハ１の上に配置された上述のようなＡＯＤ３０を示す。出力された偏向レーザービーム３５をウェーハ１に向けるための光学系が参照符号４２で大まかに示されている。参照符号３８はトランスデューサー３６を駆動するための音響ドライバーを示し、参照符号４０は、音響ドライバー３８を制御する、例えば音響ドライバーの音響周波数Ｆａを設定するための制御デバイスを示す。制御信号はＳｃで示される。更に、図面は、レーザービーム３３を提供するためのレーザー源４１を概略的に示す。より具体的には、レーザービーム３３は、繰り返し周波数ＦＰを有する一組のレーザーパルスとして提供される。参照番号４３は、レーザー源４１と制御デバイス４０との間の通信経路を示す。制御デバイス４０が、例えばレーザーパルスのタイミングを制御するために、レーザー源４１用の制御信号を提供し得て、又は、レーザー源４１が、例えばレーザーパルスのタイミングを制御デバイス４０に知らせるために、制御デバイス４０にタイミング信号を提供し得る。いずれの場合においても、制御デバイス４０は、レーザーパルスのタイミング（つまり、周波数及び位相）を知っている。

本発明の一態様は、トレンチをカットする、例えば一回の通過で二つのトレンチを両方ともカットするプロセスにおいて、例えばＡＯＤ等の制御可能なビーム偏向デバイスの使用を含む。

図５は、トレンチ１５及び１６をスクライビングするカット工程を行うための音響ドライバー３８の制御を概略的に示すチャートである。水平軸が時間を表す。一番下のグラフは時間の関数として制御信号Ｓｃを表す。制御信号Ｓｃは、Ｓｃ１とＳｃ２という二つの値の間でスイッチングするブロック信号として示されている。スイッチングは繰り返し周期Ｒと、ＦＳ＝１／Ｒとして表されるスイッチング周波数とを有する。５０／５０のデューティサイクルの方形信号が理想的であるが、これは必須ではない。

下から二番目のグラフは、結果としての音響周波数Ｆａを時間の関数として示す。Ｓｃ１とＳｃ２との間でスイッチングする制御信号Ｓｃに応じて、音響周波数ＦａがＦａ１及びＦａ２で示される二つの値の間でスイッチングしているのが見て取れる。

下から三番目のグラフは、結果としてのビーム偏向角θを時間の関数として示す。Ｓｃ１とＳｃ２との間でスイッチングする制御信号Ｓｃに応じて、ビーム偏向角θがθ１及びθ２で示される二つの値の間でスイッチングしているのが見て取れる。

下から四番目のグラフは、レーザーパルス３３のタイミングを示す。この線はデジタルブロック信号として示されていて、“１”がレーザーパワーを示し、“０”がパルス間隔を示す。ビーム偏向角θがＳｃ１又はＳｃ２のいずれかを選んでいる場合には常に、レーザーパルスが制御信号Ｓｃと同期されているのが見て取れる。これは、パルス繰り返し周波数ＦＰ＝２×ＦＳということになる。

図６は、ウェーハ１のカットストリート又はダイシングストリート４の概略平面図である。図４のシステムは、このダイシングストリート４の上に配置され、カットの移動は、矢印Ｓで示されるこのダイシングストリートの方向で行われる。ＡＯＤ３０は、偏向方向がカット方向又はスクライビング方向に対して実質的に直角に、好ましくはスクライビング方向に対して略９０°になるように、配置される。黒点は、偏向レーザーパルス３５がターゲットに当たるスポットを示し、黒点と黒点との間の矢印は、レーザースポットのシーケンス（順序）を示す。偏向角θが第一の値θ１を有する場合は常に、レーザースポットがストリート４の一方の側に位置し、一方、偏向角θが第二の値θ２を有する場合は常に、レーザースポットがストリート４の反対側に位置することが見て取れる。この情報は図５の上部グラフにも示されていて、トレンチ毎に各スポットがレーザーパルス３３のタイミングに合わせて示されている。カット速度はスポット直径に関して選択されて、スポットが重なり、各トレンチ１５及び１６を形成するようにされる。図６では、明確性のため、各スポットは間隔を空けて示されている。

レーザービーム３３が連続ビームではなく、パルスビームであることが重要である。ビームが固定された向き、つまり一定角度θで保持される場合、カット移動は一組の直線状に整列した複数のアブレーションスポットを生じさせる。トレンチをカットするプロセスの他の方法は、レーザービーム３３が二つのサブビームに分割されて、各サブビームが各偏向角θ１、θ２によって決められる固定方向を有し、各サブビームが、元々のレーザービーム３３のパルス繰り返し周波数ＦＰの半分に等しい低いパルス繰り返し周波数ＦＰｒを有し、これら二つのビームがインターレース方式でパルス発光するというものである。各サブビームは、固定された向きθ１、θ２を有する“通常の”ビームであるとされて、トレンチ等のき裂を形成する直線状の一組の整列したアブレーションスポットでカットする。説明のため、カット方向又はスクライビング方向における連続したアブレーションスポットの周波数（頻度）も、カット又はスクライビング周波数Ｆｓｃｒと称する。

一例として、ＦＰ＝３００ｋＨｚ、ＦＳ＝１５０ｋＨｚとし、カット速度が３７５ｍｍ／ｓであるとする。そうすると、各トレンチに対して、アブレーションスポットが２．５μｍのピッチで形成される。レーザーパルスは０．２μｓの持続期間と、５μＪに等しいエネルギーとを有する。略６μｍの直径を有するアブレーションスポットを用いる。

本発明の一態様は、ファロウのスクライビングプロセス中に、制御可能なビーム偏向デバイス（例えば、ＡＯＤ）を使用することを含む。トレンチのスクライビングに関して上述したのと同様の方法で、ダイシングストリートの幅にわたって単一のビームでの走査が行われ、換言すると、単一のビームが複数のサブビームに分割され、各サブビームが各偏向角によって決められる固定方向を有し、各サブビームが、ファロウの隣接する部分のうち一つをスクライビングする。この原理を図７及び図８（図５及び図６とそれぞれ対比される）を参照して説明する。レーザーパルスの発生及び偏向の設定は、図４の設定と同一であるとみなすことができるものであるので、ここでは説明を繰り返さない。

図７の一番下のグラフは、制御信号Ｓｃを時間の関数として示す。この場合、制御信号Ｓｃは鋸歯状信号であり、第一の値Ｓｃ１から第二の値Ｓｃ２へと徐々に変化していき、その後第一の値に急速に戻る。そのスイッチングは繰り返し周期Ｒを有し、スイッチング周波数はＦＳ＝１／Ｒで示される。一定増加の鋸歯の代わりに、鋸歯がステップ状であってもよい。

下から二番目のグラフは、結果としての音響周波数Ｆａを時間の関数として示す。Ｓｃ１とＳｃ２との間でスイッチングする制御信号Ｓｃに応じて、音響周波数Ｆａが、Ｆａ１及びＦａ２で示される二つの値の間の鋸歯形状を有することが見て取れる。

下から三番目のグラフは、結果としてのビーム偏向角θを時間の関数として示す。Ｓｃ１とＳｃ２との間でスイッチングする制御信号Ｓｃに応じて、ビーム偏向角θが、θ１及びθ２で示される二つの値の間の鋸歯形状を有することが見て取れる。

下から四番目のグラフは、レーザーパルス３３のタイミングを示す。この線はデジタルブロック信号として示されていて、“１”がレーザーパワーを示し、“０”がパルス間隔を示す。パルス繰り返し周波数ＦＰが、スイッチング周波数ＦＳの整数倍になるように、レーザーパルスが制御信号Ｓｃと同期されているのが見て取れる。図示されている例では、ＦＰ＝５×ＦＳである。鋸歯形状は、平坦な溝の底部を得るための一例に過ぎないことを理解されたい。他のき裂形状又は溝形状を得るために、他のタイプの制御信号が好ましくなり得る。

図８の黒点も、偏向レーザービーム３５がターゲットに当たるスポットを示し、矢印はレーザースポットのシーケンス（順序）を示す。偏向角θが着実に増加するのと共に、レーザースポットが、第一の極致の接線位置７１から、中間位置７２、７３、７４を介して、第二の極致の接点位置７５までシフトして、その後、次のレーザースポットが第一の極致の接線位置７２に戻っていることが見て取れる。この情報は図７の上部グラフにも示されていて、各スポット７１〜７５がレーザーパルス３３のタイミングに合わせて示されている。この場合、ファロウ１８のカットはトレンチ１５、１６のカットの後に行われるので、ファロウ１８をカットするために、図８に示されるトレンチ１５、１６をカットするための上述のものよりも高いパワーのレーザービーム３３が使用される。特定のスポット直径を生じさせるレーザーパワー及びレーザーパルス持続期間と、レーザーパルス周波数とは、互いに関して、また、形成されるファロウの幅に関して選択され、図示されるように、レーザースポットがファロウ１８の幅方向において重なるようにされる。同じことがカット方向にも当てはまるが、明確性のため、各スポットは、カット方向においては間隔を空けて示されている。

図９は、本発明に係る好ましいカット装置１０００を概略的に示す図である。カット装置１０００は、ウェーハを受けて保持するための受けチャックを備えるが、簡単のため、受けチャックは示されていない。カット装置１０００は、上述のようにトレンチをカットするため、また、き裂をカットするためのパルスビームを発生させるための単一のパルスレーザー１００１を備える。レーザー１００１が発生させるような高パワーパルスレーザービーム１００２は、第一のビームスプリッター９１、第二のビームスプリッター９２及びミラー９３に当たる。

三つのビーム３３、２３３、３３３を発生させるための他の光学的構成も可能である。図示されている構成では、比較的小さな第一の部分３３が、第一のビームスプリッター９１によって高パワーパルスレーザービーム１００２から分割されて、上述のように、トレンチをカットするための第一のレーザービーム３３を生じさせる。レーザーパルス１００２の最も大きな部分は第一のビームスプリッター９１を通過して、第二のビームスプリッター９２に当たる。第二のビームスプリッター９２が比較的大きな第二の部分２３３を分割する一方で、比較的小さな第三の部分３３３が第二のビームスプリッター９２を通過して、反射体９３によって下方に反射される。

第一のレーザーパルス部分３３は、制御デバイス４０からの第一の制御信号Ｓｃによって制御される第一のＡＯＤ３０に当たり、図４、図５、図６を参照して説明したように、二つのトレンチ１５、１６を交互にカットする。装置１０００は、光学系及びウェーハを互いに関して移動させるための移動デバイスを備えるが、簡単のため、移動デバイスは示されていない。実際には、光学系が静止していて、ウェーハ１が移動するものであるが、ここでは説明のため、ウェーハ１を静止基準とみなし、図９の右から左に向かうカット方向においてレーザーシステムがウェーハ１に対して相対的に移動しているものとして説明する。第二のレーザーパルス部分２３３は、カット方向で見ると、第一のレーザーパルス部分３３の後方に位置し、つまり、第一のレーザーパルス部分３３が通過した後に、第二のレーザーパルス部分２３３がストリート４に当たる。第二のレーザーパルス部分２３３は第二のＡＯＤ２３０に当たり、図４、図７、図８を参照して説明したように、き裂又はファロウ１８をカットするが、その第二のＡＯＤ２３０は、第二の結晶２３１を備え、また、制御デバイス４０からの第二の制御信号Ｓ２ｃによって制御される第二のドライバー２３８によって駆動される第二の音響トランスデューサー２３６を有する。

上述のような二つの光学ビーム３３及び２３３用の二つの光路を備えた装置でも、一回の通過でトレンチ及びき裂をカットするという点において利点が与えられる。そこで、図９に示される装置の単純な実施形態は、第三のビーム３３３及び対応する光学系を有さなくてもよく、第二のビームスプリッター９２がミラー９３等のミラーに置換される。しかしながら、このような装置は一つの動作方向しか有さない。一つのストリート４にき裂又は溝２０を設けた後に、隣接するストリートにき裂又は溝２０を設けなければならず、この場合、トレンチをカットするための第一のビーム３３は再び先行ビームでなければならない。これは、光学的構成を機械的に逆にすることを要し、今度はそれが複雑で精密な機器を要することになり、又は、装置が次のストリートの開始点に戻るアイドルストローク無駄な動き）を行い、同じ動作方向でカット工程又は溝形成工程を行うようにすることを要する。図９の実施形態では、こうした面倒なことが回避される。本装置は二つの動作モードを有する。第一の動作モードでは、上述のように、溝が一つのカット方向に（つまり、図９の右から左に）スクライビングされて、第一のビーム３３及び第二のビーム２３３が動作する。第二の動作モードでは、溝が逆カット方向に（つまり、図９の左から右に）スクライビングされて、第三のビーム３３３及び第二のビーム２３３が動作する。各モードでは、第二のビーム２３３が後行する。第三のビーム３３３の動作及び制御は第一のビーム３３の動作及び制御と同一であるので、ここで、その説明を繰り返さない。

結果として、第一の動作モードでは第三のビーム３３３が動作せず、第二の動作モードでは第一のビーム３３が動作しない。このため、装置１０００は、第一のビームスプリッター９１とウェーハ１との間の光路中に配置される第一のスイッチング可能なビーム吸収体９０１と、ミラー９３とウェーハ１との間の光路中に配置される第二のスイッチング可能なビーム吸収体９０３とを備える。これらスイッチング可能なビーム吸収体は制御デバイス４０によって制御される。第一の動作モードでは、第一のスイッチング可能なビーム吸収体９０１が通過状態にあり、第二のスイッチング可能なビーム吸収体９０３が吸収状態にある。第二の動作モードでは、第二のスイッチング可能なビーム吸収体９０３が通過状態にあり、第一のスイッチング可能なビーム吸収体９０１が吸収状態にある。ビーム吸収体９０１、９０３を取り入れる代わりに、ＡＯＤ３０、２３１は、ビームをカットに使用しない際に、ターゲットからカットに無関係な所定の領域にビームを偏向させることによって、ビームを非活性化し得る。

上述の装置では、ファロウ１８の各部分は一回のアブレーションステップ、つまり、単一のレーザーパルスで設けられる。これは原理的に可能であるが、単一のアブレーションスポット内への非常に高い熱入力を必要とし、残りのウェーハの品質問題に繋がり得る。こうした問題を回避するため、好ましくは、各ファロウ部分は、低レーザーパワー、つまりはステップ毎に低熱入力の複数回のアブレーションステップでアブレーションされる。本発明は、図９に示されるように、これを一回の通過で可能にする実施形態も提供する。この実施形態では、ビーム分割デバイス２３９（例えば、回折光学素子）を、第二のビームスプリッター９２とウェーハ１との間の光路内に配置して、高パワービーム２３３を低パワーの複数のサブビームに分割する。図面には、四つのサブビーム２３３ａ、２３３ｂ、２３３ｃ、２３３ｄへの分割が示されていて、各サブビーム２３３ａ、２３３ｂ、２３３ｃ、２３３ｄは、ビーム２３３のパワーの２５％のレーザーパワーを有するが、サブビームの数は、二つ、三つ、又は五つ以上にもなり得る。ビーム分割デバイス２３９の分割方向は、カット方向に実質的に平行であり、及び／又は、第二のＡＯＤ２３０の偏向方向に実質的に垂直である。結果として、サブビーム２３３ａ、２３３ｂ、２３３ｃ、２３３が勿論同時に動作して、互いに同じ偏向角を有するものである一方、対応するスポットが、カット方向において一列でストリート４の上を移動する。

高パワーの第二ビーム２３３がファロウのカットのプロセス全体を司るものである一方、各サブビーム２３３ａ、２３３ｂ、２３３ｃ、２３３ｄは、ウェーハ物質からの後続層のアブレーションを司るものである。

レーザー１００１はパルス繰り返し周波数ＦＰを有し、連続したレーザーパルスが周波数ＦＰで生じる。しかしながら、ストリート４内の特定の横方向位置（偏向角の特定の値に対応する）について、連続したレーザーパルスは、対応するＡＯＤの音響周波数Ｆａに等しいカット周波数又はスクライビング周波数Ｆｓｃｒでカット方向において互いに続く。これについては、図５及び図６を参照してトレンチのカットのプロセスで上述しているが、ファロウのカットにも勿論当てはまる。ファロウのカットのプロセスでは、レーザーパルスが同じ周波数ＦＰで生じるので、図７及び図８を参照すると、第二のＡＯＤ２３０の音響周波数が第一のＡＯＤ３０の音響周波数と異なることは明らかである。特に、特定のＡＯＤの音響周波数Ｆａについて、以下の式が当てはまる：
Ｆａ＝ＦＰ／Ｎ
ここで、Ｎは、その特定のビームについてストリート４の実質的に横方向内のビーム位置の数に等しい。図示されている例において、トレンチのカットのプロセスについては、この数（Ｎｔと表す）は２に等しく、一方、ファロウのカットプロセスについては、この数（Ｎｆと表す）は５に等しい。どのような場合においても、ＮｆはＮｔよりも大きい。カット速度は、トレンチ及びファロウの各カットプロセスについて同じであるので、カット方向における連続したアブレーションスポット間の相互距離は、トレンチのカットプロセスと比較して、ファロウのカットプロセスの場合の方が大きい。必要であれば、カット方向における連続したアブレーションスポットが互いに十分に重なることを保証するため、デフォーカス光学素子９１０を第二のＡＯＤ２３０とウェーハ１との間の光路内に配置し得る。このデフォーカス光学素子９１０は非対称であり得て、元々の円形のビーム輪郭が、カット方向に最長寸法を有する楕円スポット輪郭となる。

図８は、偏向平面がカット方向に実質的に垂直である場合に、カット方向と９０°未満の角度を成す直線内に連続したアブレーションスポットが形成される様子を示す。必要であれば、第二のＡＯＤ２３０の結晶２３１の向きを僅かに調整することによって、その角度を９０°にすることができる。

図１０a及び図１０ｂを含む図１０には、本発明に係る第二の好ましいカット装置２０００が概略的に示されている。カット装置２０００も同様に、例えば、ダイシングの結果としてウェーハ１を貫通する完全なカット（切断部）等のき裂をカットするためのパルスビームを発生させるための単一のパルスレーザー１００１を備える。また、ダイシング中に形成される再成形（ｒｅｃａｓｔ，リキャスト）物質を除去して、バラバラの単体にされたダイのダイ強度を増強させる後処理を、この実施形態のカット装置２０００を用いて行うこともできる。利用可能なレーザーパワーが十分であれば、トレンチング（トレンチ形成）、ダイシング（ダイ形成）及び後処理の完全なプロセスを、一回のカット通過において組み合わせることができる。

レーザー１００１が発生させる高パワーパルスレーザービームは、第一のビームスプリッター９１、第二のビームスプリッター９２、及びミラー９３に当たる。レーザービームの一部は、第一のビームスプリッター９１で分割されて、上述のように、トレンチをカットするための第一のレーザーパルス部分を生じさせる。レーザービームの一部は第一のビームスプリッター９１を通過して、第二のビームスプリッター９２に当たる。第二のビームスプリッター９２は、比較的大きな第二のレーザーパルス部分２３３を分割し、一方、残りのレーザービームは、第二のビームスプリッター９２を通過して、反射体９３によって反射されて、第三のレーザーパルス部分３３３を形成する。

カット方向は図１０において右から左である。第一のレーザーパルス部分３３は、制御デバイス４０からの第一の制御信号Ｓｃによって制御される第一のＡＯＤ３０に当たり、二つのトレンチ１５、１６を交互にカットする。第一の制御信号Ｓｃは、８０ｋＨｚで動作するＲＦドライバーを有し得る。第二のレーザーパルス部分２３３は、カット方向において第一のレーザーパルス部分３３の後方に位置し、つまり、第一のレーザーパルス部分３３が通過した後に第二のレーザーパルス部分２３３がストリート４に当たる。第二のレーザーパルス部分２３３は、き裂をダイシングするために４０ｋＨｚで動作するＲＦドライバーを有する第二の制御信号Ｓ２ｃによって駆動され得る第二のＡＯＤ２３０に当たる。ダイシングプロセスに関して、第二のＡＯＤ２３０は、その走査角度がダイシングストリートに対して平行になり、複数のビームダイシングレーザーが仮想的に形成されるように配置される点に留意されたい。

第三のレーザーパルス部分３３３は、カット方向において第二のレーザーパルス部分２３３の後方に位置する。第三のレーザーパルス部分３３３は、１２．５ｋＨｚで動作するＲＦドライバーを有する第三の制御信号Ｓ３ｃによって駆動可能である。後処理プロセスに関して、第三のＡＯＤ３３０の走査角度は、ストリート４に対して実質的に直角に向けられて（トレンチ形成プロセスのように）、後処理プロセスが、ダイシング切り口の左側及び右側に交互に適用される。更に、第四のＡＯＤ３３２を用いて、第三のレーザーパルス部分３３３がストリート４に対して平行に偏向されて、その組み合わせが、カットストリート４の長さ及び幅の両方に沿った複数のレーザービームスポットを仮想的に形成するようにする。

図１０ｂは、使用される複数のＡＯＤ３０、２３０、３３０、３３２が分布させる第一のレーザーパルス部分３３、第二のレーザーパルス部分２３３、第三のレーザーパルス部分３３３の平面図を示す。図面の寸法が縮尺通りでない点は理解されたい。

特に、第一のレーザーパルス部分３３は、ストリート４の両側のトレンチをカットする偏向レーザーパルスを有し、そのレーザーパルスは、ストリートの方向に２．５μｍのピッチを有するステップを形成する。第二のレーザーパルス部分３３は、ストリート４に平行に偏向されるものとして図示されていて、ストリート４の方向に３０μｍの偏向ピッチを有する。

第三のレーザーパルス部分３３３に関して、四つのレーザービームが、後処理用のストリート４の両側に位置するが、実際の構成は必要に応じて調整可能である。また、相対的なパワーは、第三のＡＯＤ３３０及び第四のＡＯＤ３３２に入力されるＲＦパワーを変更することによって調整可能である。レーザーパルスは、ストリート４の方向に５．１μｍのピッチを有するステップを形成する。上記の方法によって、トレンチ形成、ダイシング及び後処理という三つのプロセス段階が一回のカット通過において組み合わせ可能となる点を理解されたい。これは、従来技術においては得ることができなかった高い動作柔軟性を与える。

更に、機械構成が、第二のＡＯＤ２３０が第二のレーザーパルス部分２３３の二方向、つまり、ストリート４に対して実質的に平行及び実質的に直角な走査を制御可能に行うことができる場合には、そのカット装置２０００を溝形成及びダイシングの両方に使用し得る。このようなコンセプトを実現するには、直交する方向の連続的な走査用に二次元で別々のＲＦ制御信号入力を受信する二次元ＡＯＤが適している。

このコンセプトは、半導体ウェーハが個別部品に分割される完全なダイシングだけではなくて、ウェーハのダイ強度が弱いレーザーカットプロセス（例えば、エッジアイソレーションのための太陽電池パネルのカット）にも使用可能である。上記好ましい実施形態は、顕著なスループット改善をもたらし、またスループットを犠牲にせずに、プロセスの完全な柔軟性をもたらす。

ダイシング段階について、第二のＡＯＤ２３０は、カットストリート４に実質的に平行な走査方向で用いられる。ＲＦ周波数のエンベロープとレーザー周波数との間の比に応じて、パルス数を設定することができる。一つのＲＦサイクルが完了した後、レーザービームは元々の位置に戻るが、ウェーハ１が移動しているので、次のシーケンスのパルスは、僅かに異なる位置でウェーハに当たる。ウェーハ速度と、絶対ＲＦ周波数と、ＲＦ周波数のエンベロープの組み合わせが正しく設定されると、高パルスエネルギーを必要とせずに、レーザーカットプロセスを行うことができる。

第二のＡＯＤ２３０を用いて、ダイシングストリートに実質的に平行な第二のレーザーパルス部分２３３での走査を行うことによって、高周波数で低パルスエネルギーを発生させることができるビームパターンが形成され、パルスレーザー１００１を非常に高いパルスエネルギーで用いる必要がなくなる。これは、トレンチ形成に対する要求とレーザーダイシングに対する要求とを互いに非常に近付けて、これら両方のプロセス段階を単一の共通のレーザーカット装置１０００、２０００を用いて、優れた品質及び高速プロセス速度で行うことを可能にする。

カットプロセスにおける第一の段階、つまりトレンチング（トレンチ形成）は複数の方法で行うことができる。両方のトレンチを単一のレーザービームを用いて二回の通過のプロセスで生じさせることができるし、又は、ＤＯＥ（回折光学素子）状の分割デバイスを用いて、二つ以上のビームを発生させることによって、二回の通過を一回の通過にまとめることもできる。第三のオプションが、上述のように、ＡＯＤを用いて、一回の通過で二つのトレンチを形成するというものである。これら三つ全ての場合おいて、使用されるレーザー周波数は、長いレーザーパルスと、き裂の優れたエッジ品質を達成するように高いことが好ましい。

当業者には明らかなように、本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されず、多様なバリエーション及び修正が、添付の特許請求の範囲で定められる本発明の保護範囲内において可能である。

例えば、レーザーの代わりに、他の放射源を使用することができる。更に、吸収体９０１、９０３の代わりに、制御可能な遮蔽体又はシャッターを使用することができる。

更に、単一のビーム３３を、トレンチ毎にレーザーパルス周波数の半分の周波数で並列に二つのトレンチをカットするための時間的に交互のパルスの二つのビームに効果的に分割する代わりに、二つのビームスプリッターを用いて、レーザーパルス周波数で並列に二つのトレンチをカットするための同時パルスの二つのビームに分割することができる。この場合、ＡＯＤ３０を省くことができる。

特定の特徴が異なる従属項に記載されていたとしても、本発明は、それらの特徴を共に備える実施形態にも関する。

請求項中の符合は請求項の範囲を限定するものではない。

１ ウェーハ
３０ 音響光学偏向器（ＡＯＤ）
３１ 光学結晶
３５ 偏向レーザービーム
３６ 音響トランスデューサー
３８ 音響ドライバー
４０ 制御デバイス
４１ レーザー源
４２ 光学系
９１ 第一のビームスプリッター
９２ 第二のビームスプリッター
９３ ミラー
９０１ 第一の吸収体
９０３ 第二の吸収体
９１０ デフォーカス光学素子
１０００ カット装置
１００１ レーザー

Claims (25)

1. ウェーハを放射カットする方法であって、二つのトレンチの低パワーカットと、後続の前記二つのトレンチ間のき裂の高パワーカットという二つのカット工程を備え、単一のパルス放射ビームが、少なくとも前記二つのカット工程を一回の通過で同時に行うために少なくとも二つのパルス放射ビームに分割される、方法。
2. 前記き裂がカットストリートに沿ったカット方向において前記ウェーハにカットされ、前記単一のパルス放射ビームが、前記トレンチをカットするための第一のパルス放射ビームと、前記き裂をカットするための第二のパルス放射ビームとに分割され、前記第一のパルス放射ビーム及び前記第二のパルス放射ビームが、前記第一のパルス放射ビームが先行して前記第二のパルス放射ビームが後行するように、同時に向けられる、請求項１に記載の方法。
3. 前記単一のパルス放射ビームに同期して、前記第一のパルス放射ビームが、前記カット方向に実質的に直角である偏向方向に繰り返し偏向されて、前記カットストリートの両側に二つのトレンチを交互に断続的にカットする、請求項２に記載の方法。
4. 前記第一のパルス放射ビームが、前記単一のパルス放射ビームのパルス繰り返し周波数（ＦＰ）の半分に等しい第一の偏向周波数で偏向される、請求項３に記載の方法。
5. 前記第一のパルス放射ビームの偏向が、第一の偏向角（θ１）と第二の偏向角（θ２）との間で繰り返しスイッチングされる、請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記単一のパルス放射ビームに同期して、前記第二のパルス放射ビームが、前記カット方向に実質的に直角である偏向方向に繰り返し偏向されて、前記第一のパルス放射ビームによって形成された二つのトレンチの間の前記き裂の幅を断続的に走査する、請求項２から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記第二のパルス放射ビームが、２以上の整数（Ｎ）で前記単一のパルス放射ビームのパルス繰り返し周波数（ＦＰ）を割った値に等しい第二の偏向周波数で偏向される、請求項６に記載の方法。
8. 前記単一のパルス放射ビームが、トレンチをカットするための第一のパルス放射ビームと、き裂をカットするための第二のパルス放射ビームと、トレンチをカットするための第三のパルス放射ビームとに分割される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 第一の動作モードにおいて、カットストリートに沿った第一のカット方向においてウェーハにき裂をカットする段階であって、前記第三のパルス放射ビームが動作せず、前記第一のパルス放射ビーム及び前記第二のパルス放射ビームが、前記第一のパルス放射ビームが先行し前記第二のパルス放射ビームが後行するように、同じき裂に同時に向けられる、段階と、
   第二の動作モードにおいて、他のカットストリートに沿った前記第一のカット方向の逆方向である第二のカット方向において他のき裂をカットする段階であって、前記第一のパルス放射ビームが動作せず、前記第三のパルス放射ビーム及び前記第二のパルス放射ビームが、前記第三のパルス放射ビームが先行し前記第二のパルス放射ビームが後行するように、同じき裂に同時に向けられる、段階と、を備える請求項８に記載の方法。
10. 前記単一のパルス放射ビームが、トレンチをカットするための第一のパルス放射ビームと、き裂をカットするための第二のパルス放射ビームと、前記き裂のカット中に形成される再成形物質を除去する後処理のための第三のパルス放射ビームとに分割される、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記第三のパルス放射ビームが、カットストリートに沿ったカット方向に実質的に直角な方向に偏向される、請求項１０に記載の方法。
12. 少なくとも一つのパルス放射ビームが、カット方向に実質的に平行な方向、又は前記カット方向に実質的に直角な方向のいずれかに制御可能に偏向されるように構成されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記少なくとも一つのパルス放射ビームが、直交する方向に連続的にパルス放射ビームを制御可能に偏向させるために、二次元制御信号によって偏向される、請求項１２に記載の方法。
14. ウェーハをカットするためのカット装置であって、
    パルス放射ビームを提供するためのパルス放射源と、
    二つのトレンチの低パワーカットと、後続のき裂の高パワーカットという二つのカット工程を行うために、放射ビームを少なくとも二つの放射ビームに分割するための分割デバイスと、を備え、少なくとも前記二つのカット工程が一回の通過で同時に行われる、カット装置。
15. 前記分割デバイスが、少なくとも、前記二つのトレンチのうち少なくとも一方をカットするための第一の放射ビームと、前記き裂をカットするための第二の放射ビームとにビームを分割する主分割デバイスを備える、請求項１４に記載のカット装置。
16. 第一の偏向角（θ１）又は第二の偏向角（θ２）のいずれかに放射ビームを偏向させるための第一の制御可能なビーム偏向デバイスを更に備える請求項１４又は１５に記載のカット装置。
17. 前記カット装置が、前記第一の制御可能なビーム偏向デバイスを制御するための制御デバイスを更に備え、前記制御デバイスが、前記パルス放射ビームのパルス繰り返し周波数（ＦＰ）の半分に等しいスイッチング周波数（ＦＳ）において前記第一の偏向角と前記第二の偏向角との間でのスイッチングを前記第一の制御可能なビーム偏向デバイスに行わせるように構成されている、請求項１６に記載のカット装置。
18. 第一の極致偏向角（θ１）と第二の極致偏向角（θ２）との間の範囲内において前記第二の放射ビームを偏向させるための第二の制御可能なビーム偏向デバイスを更に備える請求項１５から１７のいずれか一項に記載のカット装置。
19. 前記カット装置が、前記第二の制御可能なビーム偏向デバイスを制御するための制御デバイスを更に備え、前記制御デバイスが、前記パルス放射ビームのパルス繰り返し周波数（ＦＰ）を２以上の整数（Ｎ）で割った値に等しい走査周波数において前記第一の極致偏向角と前記第二の極致偏向角との間での走査を前記第二の制御可能なビーム偏向デバイスに行わせるように構成されている、請求項１８に記載のカット装置。
20. 前記主分割デバイスが、トレンチをカットするための第一の放射ビームと、き裂をカットするための第二の放射ビームと、トレンチをカットするための第三の放射ビームとにビームを分割するように構成されている、請求項１５から１９のいずれか一項に記載のカット装置。
21. 前記カット装置が、異なる二方向でのカットのための二つの動作モードで動作するように構成されていて、
    第一の動作モードでは、第一のカット方向において前記ウェーハにき裂をカットするために、前記第三の放射ビームが不活性にされ、前記第一の放射ビームが前記第二の放射ビームに先行し、
    第二の動作モードでは、前記第一のカット方向の逆方向である第二のカット方向において前記ウェーハにき裂をカットするために、前記第一の放射ビームが不活性にされ、前記第三の放射ビームが前記第二の放射ビームに先行する、請求項２０に記載のカット装置。
22. 前記主分割デバイスが、トレンチをカットするための第一の放射ビームと、き裂をカットするための第二の放射ビームと、前記き裂のカット中に形成される再成形物質を除去する後処理のための第三の放射ビームとにビームを分割するように構成されている、請求項１５から１９のいずれか一項に記載のカット装置。
23. 前記第三の放射ビームが、カットストリートに沿ったカット方向に実質的な直角な方向に偏向される、請求項２２に記載のカット装置。
24. 前記第一の制御可能なビーム偏向デバイスが、カット方向に実質的に平行な方向、又はカット方向に実質的に直角な方向のいずれかに放射ビームを制御可能に偏向させるように構成されている、請求項１６から２３のいずれか一項に記載のカット装置。
25. 直交する方向に連続的に放射ビームを制御可能に偏向させるために前記第一の制御可能なビーム偏向デバイスに提供される二次元制御信号を更に有する請求項２４に記載のカット装置。