JP6573085B2 - レーザーダイシング装置及びレーザーダイシング方法 - Google Patents
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Description
本発明は、レーザーダイシング装置及びレーザーダイシング方法に関し、特に、半導体ウエーハ等のウエーハ内部に切断の起点となる改質領域を形成するレーザーダイシング装置及びレーザーダイシング方法に関する。
従来、半導体ウエーハ等のウエーハ内部に切断の起点となる改質領域を形成するレーザーダイシング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載のレーザーダイシング装置は、半導体ウエーハ等のウエーハ内部に集光点を合わせてレーザー光を加工ラインに沿って照射し、当該加工ラインに沿ってウエーハ内部に切断の起点となる改質領域を形成するレーザー光照射手段を備えたレーザーダイシング装置で、このレーザーダイシング装置によれば、ウエーハ内部に改質領域が形成され、その改質領域を起点として改質領域に沿ってウエーハが切断されるので、ブレードを用いてウエーハを切削し、切断する一般的なダイシング装置と比べ、発塵量が低く、ダイシング傷、チッピングあるいは材料表面でのクラック等が発生する可能性が低くなる等の効果を奏する。
しかしながら、特許文献１に記載のレーザーダイシング装置には、次の課題がある。
すなわち、特許文献１に記載のレーザーダイシング装置においては、ウエーハの厚みが厚い場合、レーザー光を複数回走査して、複数の改質領域（クラック）をウエーハの厚み方向に積み重ねるか、レーザー光のパルス幅を長くして、改質領域（クラック）を大きくするか、又は、特殊な光学系を用いてウエーハの厚み方向に複数の改質領域（クラック）を形成することが考えられるが、それぞれ次の課題がある。
まず、レーザー光を複数回走査して、複数の改質領域（クラック）をウエーハの厚み方向に積み重ねる場合、レーザー光を複数回走査する分、処理速度が遅くなるという問題がある。
また、レーザー光のパルス幅を長くして、改質領域（クラック）を大きくする場合、ウエーハに対する熱の影響が大きくなるという問題がある。
また、特殊な光学系を用いてウエーハの厚み方向に複数の改質領域（クラック）を形成する場合、装置構成が複雑となり高価になるという問題がある。
以上のように、特許文献１に記載のレーザーダイシング装置においては、ウエーハの厚みが厚い場合、上記各課題があり、処理速度がより速く、ウエーハに対する熱の影響がより小さく、より安価なレーザーダイシング装置が求められている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、処理速度がより速く、ウエーハに
対する熱の影響がより小さく、より安価なレーザーダイシング装置及びレーザーダイシング方法を提供することを目的とする。
対する熱の影響がより小さく、より安価なレーザーダイシング装置及びレーザーダイシング方法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、ウエーハ内部に集光点を合わせてレーザー光を加工ラインに沿って照射し、当該加工ラインに沿って前記ウエーハ内部に切断の起点となる改質領域を形成するレーザー光照射手段を備えたレーザーダイシング装置において、前記ウエーハを冷却する冷却手段を備えており、前記レーザー光照射手段は、前記冷却手段により冷却された状態の前記ウエーハに対して、前記レーザー光を照射して、前記改質領域を形成することを特徴とする。
本発明に係るレーザーダイシング装置によれば、ウエーハ内部に集光点を合わせてレーザー光を加工ラインに沿って照射し、当該加工ラインに沿って前記ウエーハ内部に切断の起点となる改質領域を形成するレーザー光照射手段を備えたレーザーダイシング装置において、処理速度がより速く、ウエーハに対する熱の影響がより小さく、より安価なレーザーダイシング装置を提供することができる。
処理速度がより速くなるのは、ウエーハを冷却し（例えば−４０℃程度に冷却し）、この冷却された状態のウエーハに対してレーザー光を照射して改質領域を形成することで、常温状態のウエーハに対してレーザー光を照射して改質領域を形成する場合と比べ、クラックをより進展させることができる（クラックの進展量を増大させることができる）ため、厚みが厚いウエーハであっても、レーザー光の走査回数を減らすことができることによるものである。
ウエーハに対する熱の影響がより小さくなるのは、クラックをより進展させるために（クラックの進展量を増大させるために）、レーザー光のパルス幅を長くするのではなく、上記のようにウエーハを冷却し（例えば−４０℃程度に冷却し）、この冷却された状態のウエーハに対してレーザー光を照射して改質領域を形成するようにしたことによるものである。
より安価となるのは、クラックをより進展させるために（クラックの進展量を増大させるために）、特殊な光学系を用いてウエーハの厚み方向に複数の改質領域（クラック）を形成するのではなく、上記のようにウエーハを冷却し（例えば−４０℃程度に冷却し）、この冷却された状態のウエーハに対してレーザー光を照射して改質領域を形成するようにしたことによるものである。
本発明に係るレーザーダイシング装置において、前記冷却手段は、前記ウエーハを保持する冷凍チャックテーブル、少なくとも前記ウエーハが内部に配置された冷却チャンバ及び前記ウエーハに対して冷風を送風する送風機のいずれかであることが望ましい。
また、本発明に係るレーザーダイシング装置は、ウエーハ内部に集光点を合わせてレーザー光を加工ラインに沿って照射し、当該加工ラインに沿って前記ウエーハ内部に切断の起点となる改質領域を形成するレーザー光照射手段を備えたレーザーダイシング装置において、前記ウエーハの下面側及び上面側の一方の側を冷却する冷却手段と、前記ウエーハの下面側及び上面側の前記冷却手段が冷却する前記一方の側とは反対の他方の側を加熱する加熱手段と、を備えており、前記レーザー光照射手段は、前記冷却手段により前記一方の側が冷却され、かつ、前記加熱手段により前記他方の側が加熱されて、前記一方の側と前記他方の側とで温度が異なる温度勾配が設定された状態の前記ウエーハに対して、前記レーザー光を照射して、前記改質領域を形成することを特徴とする。
本発明に係るレーザーダイシング装置によれば、ウエーハ内部に集光点を合わせてレーザー光を加工ラインに沿って照射し、当該加工ラインに沿って前記ウエーハ内部に切断の起点となる改質領域を形成するレーザー光照射手段を備えたレーザーダイシング装置において、処理速度がより速く、ウエーハに対する熱の影響がより小さく、より安価なレーザーダイシング装置を提供することができる。
処理速度がより速くなるのは、ウエーハの下面側（又は上面側）を冷却し、ウエーハの上面側（又は下面側）を加熱して、ウエーハを一方の側と他方の側とで温度が異なる温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）とし、この温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）のウエーハに対してレーザー光を照射して改質領域を形成することで、常温状態のウエーハに対してレーザー光を照射して改質領域を形成する場合と比べ、クラックをより進展させることができる（クラックの進展量を増大させることができる）ため、厚みが厚いウエーハであっても、レーザー光の走査回数を減らすことができることによるものである。
ウエーハに対する熱の影響がより小さくなるのは、クラックをより進展させるために（クラックの進展量を増大させるために）、レーザー光のパルス幅を長くするのではなく、上記のようにウエーハの下面側（又は上面側）を冷却し、ウエーハの上面側（又は下面側）を加熱して、ウエーハを一方の側と他方の側とで温度が異なる温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）とし、この温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）のウエーハに対してレーザー光を照射して改質領域を形成するようにしたことによるものである。
より安価となるのは、クラックをより進展させるために（クラックの進展量を増大させるために）、特殊な光学系を用いてウエーハの厚み方向に複数の改質領域（クラック）を形成するのではなく、上記のようにウエーハの下面側（又は上面側）を冷却し、ウエーハの上面側（又は下面側）を加熱して、ウエーハを一方の側と他方の側とで温度が異なる温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）とし、この温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）のウエーハに対してレーザー光を照射して改質領域を形成するようにしたことによるものである。
本発明に係るレーザーダイシング装置において、前記ウエーハの下面側を冷却する冷却手段は、前記ウエーハを保持する冷凍チャックテーブルであり、前記ウエーハの上面側を加熱する加熱手段は、前記ウエーハの表面に加熱光を照射する加熱光照射手段であることが望ましい。
また、本発明に係るレーザーダイシング装置において、前記ウエーハの下面側を加熱する加熱手段は、前記ウエーハを保持するホットチャックテーブルであり、前記ウエーハの上面側を冷却する冷却手段は、少なくとも前記ウエーハが内部に配置された冷却チャンバであることが望ましい。
本発明に係るレーザーダイシング方法は、ウエーハ内部に集光点を合わせてレーザー光を加工ラインに沿って照射し、当該加工ラインに沿って前記ウエーハ内部に切断の起点となる改質領域を形成するレーザーダイシング方法において、前記ウエーハを冷却する冷却ステップと、前記冷却ステップにより冷却された状態の前記ウエーハに対して、前記レーザー光を照射して、前記改質領域を形成するレーザー光照射ステップと、を備えることを特徴とする。
本発明に係るレーザーダイシング方法によれば、ウエーハ内部に集光点を合わせてレーザー光を加工ラインに沿って照射し、当該加工ラインに沿って前記ウエーハ内部に切断の
起点となる改質領域を形成するレーザーダイシング方法において、処理速度がより速く、ウエーハに対する熱の影響がより小さく、より安価なレーザーダイシング方法を提供することができる。
起点となる改質領域を形成するレーザーダイシング方法において、処理速度がより速く、ウエーハに対する熱の影響がより小さく、より安価なレーザーダイシング方法を提供することができる。
処理速度がより速くなるのは、ウエーハを冷却し（例えば−４０℃程度に冷却し）、この冷却された状態のウエーハに対してレーザー光を照射して改質領域を形成することで、常温状態のウエーハに対してレーザー光を照射して改質領域を形成する場合と比べ、クラックをより進展させることができる（クラックの進展量を増大させることができる）ため、厚みが厚いウエーハであっても、レーザー光の走査回数を減らすことができることによるものである。
ウエーハに対する熱の影響がより小さくなるのは、クラックをより進展させるために（クラックの進展量を増大させるために）、レーザー光のパルス幅を長くするのではなく、上記のようにウエーハを冷却し（例えば−４０℃程度に冷却し）、この冷却された状態のウエーハに対してレーザー光を照射して改質領域を形成するようにしたことによるものである。
より安価となるのは、クラックをより進展させるために（クラックの進展量を増大させるために）、特殊な光学系を用いてウエーハの厚み方向に複数の改質領域（クラック）を形成するのではなく、上記のようにウエーハを冷却し（例えば−４０℃程度に冷却し）、この冷却された状態のウエーハに対してレーザー光を照射して改質領域を形成するようにしたことによるものである。
また、本発明に係るレーザーダイシング方法は、ウエーハ内部に集光点を合わせてレーザー光を加工ラインに沿って照射し、当該加工ラインに沿って前記ウエーハ内部に切断の起点となる改質領域を形成するレーザーダイシング方法において、前記ウエーハの下面側及び上面側の一方の側を冷却する冷却ステップと、前記ウエーハの下面側及び上面側の前記冷却ステップが冷却する前記一方の側とは反対の他方の側を加熱する加熱ステップと、前記冷却ステップにより前記一方の側が冷却され、かつ、前記加熱ステップにより前記他方の側が加熱されて、前記一方の側と前記他方の側とで温度が異なる温度勾配が設定された状態の前記ウエーハに対して、前記レーザー光を照射して、前記改質領域を形成するレーザー光照射ステップと、を備えることを特徴とする。
本発明に係るレーザーダイシング方法によれば、ウエーハ内部に集光点を合わせてレーザー光を加工ラインに沿って照射し、当該加工ラインに沿って前記ウエーハ内部に切断の起点となる改質領域を形成するレーザーダイシング方法において、処理速度がより速く、ウエーハに対する熱の影響がより小さく、より安価なレーザーダイシング方法を提供することができる。
処理速度がより速くなるのは、ウエーハの下面側（又は上面側）を冷却し、ウエーハの上面側（又は下面側）を加熱して、ウエーハを一方の側と他方の側とで温度が異なる温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）とし、この温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）のウエーハに対してレーザー光を照射して改質領域を形成することで、常温状態のウエーハに対してレーザー光を照射して改質領域を形成する場合と比べ、クラックをより進展させることができる（クラックの進展量を増大させることができる）ため、厚みが厚いウエーハであっても、レーザー光の走査回数を減らすことができることによるものである。
ウエーハに対する熱の影響がより小さくなるのは、クラックをより進展させるために（クラックの進展量を増大させるために）、レーザー光のパルス幅を長くするのではなく、
上記のようにウエーハの下面側（又は上面側）を冷却し、ウエーハの上面側（又は下面側）を加熱して、ウエーハを一方の側と他方の側とで温度が異なる温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）とし、この温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）のウエーハに対してレーザー光を照射して改質領域を形成するようにしたことによるものである。
上記のようにウエーハの下面側（又は上面側）を冷却し、ウエーハの上面側（又は下面側）を加熱して、ウエーハを一方の側と他方の側とで温度が異なる温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）とし、この温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）のウエーハに対してレーザー光を照射して改質領域を形成するようにしたことによるものである。
より安価となるのは、クラックをより進展させるために（クラックの進展量を増大させるために）、特殊な光学系を用いてウエーハの厚み方向に複数の改質領域（クラック）を形成するのではなく、上記のようにウエーハの下面側（又は上面側）を冷却し、ウエーハの上面側（又は下面側）を加熱して、ウエーハを一方の側と他方の側とで温度が異なる温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）とし、この温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）のウエーハに対してレーザー光を照射して改質領域を形成するようにしたことによるものである。
本発明によれば、処理速度がより速く、ウエーハに対する熱の影響がより小さく、より安価なレーザーダイシング装置及びレーザーダイシング方法を提供することが可能となる。
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及び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説明する。
図１は、本実施形態のレーザーダイシング装置１０の内部構成を表わす斜視図である。
レーザーダイシング装置１０は、ウエーハＷ内部に集光点を合わせてレーザー光を加工ラインに沿って照射し、当該加工ラインに沿ってウエーハＷ内部に切断の起点となる改質領域（改質層とも称される）を形成するレーザー光照射手段としてのレーザーヘッド３１を備えたレーザーダイシング装置で、図示しない本体ベース上にウエーハＷを吸着載置して図示しない駆動機構によって図１のＸθ方向に移動される冷凍チャックテーブル１２等を備えている。なお、加工ラインとは、割断（切断）が予定されているラインのことで、ウエーハＷが半導体ウエーハの場合、ウエーハＷに形成されたチップ（集積回路）を区画するストリート（又はスクライブラインとも称される）のことである。
冷凍チャックテーブル１２は、ウエーハＷを真空吸着により保持する冷凍チャックテー
ブル（例えば、特開平８−２２２５３０号公報、特開２０１２−１８６５０４号公報参照）である。冷凍チャックテーブル１２は、Ｘテーブル１２Ａ、θテーブル１２Ｂ、及び吸着テーブル１２Ｃとからなっており、吸着テーブル１２Ｃは、ウエーハＷを吸着載置してθ回転されるとともに、Ｘ方向に加工送りされる。
ブル（例えば、特開平８−２２２５３０号公報、特開２０１２−１８６５０４号公報参照）である。冷凍チャックテーブル１２は、Ｘテーブル１２Ａ、θテーブル１２Ｂ、及び吸着テーブル１２Ｃとからなっており、吸着テーブル１２Ｃは、ウエーハＷを吸着載置してθ回転されるとともに、Ｘ方向に加工送りされる。
図２は、ウエーハＷの斜視図である。
ウエーハＷは、例えば、多数の集積回路が形成された半導体ウエーハで、図２に示すように、リング状のフレームＦに取り付けられたダイシングテープＴ上に裏面が貼り付けられた状態でマウントされ、冷凍チャックテーブル１２（吸着テーブル１２Ｃ）上に真空吸着されてこれに保持される。ウエーハ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。ウエーハＷは、冷凍チャックテーブル１２によりダイシングテープＴを介して例えば−４０℃程度に冷却される。すなわち、冷凍チャックテーブル１２は、ウエーハＷを冷却する冷却手段としても機能する。
冷凍する方式としては、チャック内に冷媒を供給することにより冷凍する方式などもあるが、ペルチェ効果を利用してチャック表面を冷却させる方式でも良い。
冷凍チャックテーブル１２の上方にはＹガイドベース４１が設けられ、Ｙガイドベース４１にはＹガイドレール４２、４２に案内されて図示しない駆動機構によってＹ方向に移動される２個のＹテーブル４３、４３が設けられている。夫々のＹテーブル４３には、Ｚガイドレール５１、５１に案内されて図示しない駆動機構によってＺ方向に移動される２個のＺテーブル５２、５２が設けられている。
夫々のＺテーブル５２には、ホルダ３２を介してレーザーヘッド３１が取り付けられており、各レーザーヘッド３１は夫々独立してＺ方向に移動されるとともに、独立してＹ方向に割り出し送りされるようになっている。なお、レーザーヘッド３１は、１個であってもよい。
図３はレーザーヘッド３１の構成を説明する側面図である。レーザーヘッド３１は、レーザーダイシング装置１０のベース１１に設けられた冷凍チャックテーブル１２に載置されたウエーハＷにパルスレーザー光Ｌを照射するよう、ウエーハＷの上方に位置付けられる。
レーザーヘッド３１は、ウエーハＷ内部に集光点を合わせてパルスレーザー光を加工ラインに沿って照射し、当該加工ラインに沿ってウエーハＷ内部に切断の起点となる改質領域Ｐを形成するレーザー光照射手段で、レーザー発振器３１Ａ、コリメートレンズ３１Ｂ、ミラー３１Ｃ、コンデンスレンズ３１Ｄ等を備えている。
レーザー発振器３１Ａは、例えば、パルス幅が１μｓ以下であって、集光点におけるピークパワー密度が１×１０８（Ｗ／ｃｍ２）以上となるパルスレーザー光（例えば波長１０６４ｎｍ）を発振するレーザー発振器である。なお、レーザー発振器３１Ａは、多光子吸収による改質領域Ｐを形成できる限り、パルスレーザー光以外の、連続波レーザー光を発振するレーザー発振器であってもよい。
図３に示すように、レーザー発振器３１Ａから発振されたパルスレーザー光Ｌは、コリメートレンズ３１Ｂで水平方向に平行光線とされ、ミラー３１Ｃで垂直方向に反射され、コンデンスレンズ３１Ｄによって集光される。
パルスレーザー光Ｌの集光点を、冷凍チャックテーブル１２に載置されたウエーハＷの厚さ方向内部に設定すると、ウエーハＷの表面を透過したパルスレーザー光Ｌは集光点でエネルギーが集中され、ウエーハＷ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を形成する。
また、レーザーヘッド３１は、図示しない傾斜機構を有しており、パルスレーザー光Ｌをウエーハ面に対して任意の角度に傾斜させて照射させることができるようになっている。
図４は、ウエーハＷ内部の集光点近傍に形成される改質領域Ｐを説明する概念図で、ウエーハＷの内部に入射されたパルスレーザー光Ｌが集光点に改質領域Ｐを形成した状態を示している。図５中上段は、ウエーハＷ内部に集光点を合わせてパルスレーザー光が加工ラインに沿って照射され、当該加工ラインに沿ってウエーハＷ内部に連続的に形成される切断の起点となる改質領域Ｐを示しており、図５中下段は、図５中上段のＡ−Ａ断面上の応力を示している。
図５中上段に示すように、ウエーハＷ内部に集光点を合わせてパルスレーザー光が加工ラインに沿って照射され、当該加工ラインに沿ってウエーハＷ内部に切断の起点となる改質領域Ｐが連続的に形成された状態で、ウエーハＷは、改質領域Ｐを起点としてウエーハＷの厚み方向に向かってクラックを発生させ、そのクラックがウエーハＷの表面と裏面に到達することにより、結果的に切断される。ウエーハＷの表面と裏面に到達するこのクラックは自然に進展する場合もあるし、ウエーハＷに力が印加されることにより進展する場合もある。
ウエーハＷにおいてクラックが自然に進展する原理は、次のように説明することができる。
ウエーハＷ内部に集光点を合わせてパルスレーザー光（例えば、１パルス分のパルスレーザー光）を加工ラインに沿って照射すると、図５中上段に示すように、当該パルスレーザー光の集光点（及びその近傍）の体積が膨張する。
例えば、レーザーヘッド３１からのパルスレーザー光の平均出力1.2W、繰返し周波数80KHz、パルス幅100nsとすると、1パルスあたりのエネルギー15μＪ、ピークパワー150Wと
なる。このパルスレーザー光がウエーハＷ（シリコン）内部でスポットサイズφ5μｍに
集光すると、ピークパワー密度は8.0*108W/cm2、フルエンス80J/cm2となる。
なる。このパルスレーザー光がウエーハＷ（シリコン）内部でスポットサイズφ5μｍに
集光すると、ピークパワー密度は8.0*108W/cm2、フルエンス80J/cm2となる。
1パルスあたりの改質領域Ｐをφ7μｍ、高さ20μｍの円柱と考え、15μＪのエネルギーの30%が熱に変換されたと仮定すると、温度上昇ΔTは3400℃となる。室温からの温度上昇を考えるとウエーハＷ（シリコン）の融点の2倍程度の温度となる。その後、冷却により
多結晶〜アモルファス形状となるため、パルスレーザー光の集光点（及びその近傍）の体積が膨張する。なお、パルスレーザー光の集光点（及びその近傍）に空孔（ボイド）が形成されることでも体積が膨張する。
多結晶〜アモルファス形状となるため、パルスレーザー光の集光点（及びその近傍）の体積が膨張する。なお、パルスレーザー光の集光点（及びその近傍）に空孔（ボイド）が形成されることでも体積が膨張する。
これに対して、パルスレーザー光の集光点（及びその近傍）を取り囲む周囲の体積は変化しない（又はほとんど変化しない）ため、パルスレーザー光の集光点（及びその近傍）が拘束された状態となり、図５中下段に示すように、改質領域Ｐ間に圧縮応力が発生する。この改質領域Ｐ間に発生する圧縮応力（図５中下段の振幅の大きさ）を駆動力としてクラックは自然に進展する。
以上のようにして、ウエーハＷにおいてクラックが自然に進展する。
本願の発明者は、ウエーハＷを冷却し（例えば−４０℃程度に冷却し）、この冷却された状態のウエーハＷに対してパルスレーザー光を照射して改質領域Ｐを形成することで、クラックをより進展させることができる（クラックの進展量を増大させることができる）ことを見出した。
その原理は、次のように説明することができる。
ウエーハＷを冷却すると、ウエーハＷの密度（結晶の密度）が増加する。例えば、シリコンの線膨張係数は2.6*10-6/Kである。直径300mmのウエーハＷ（シリコン）を-40℃（室温から-60度）に冷却すると、0.0156%（直径で50μｍ程度）縮む。このとき、ウエーハＷ（シリコン）の見かけの密度が増加する。
そして、冷却された状態（密度が増加した状態）のウエーハＷに対してパルスレーザー光を照射すると、常温状態のウエーハＷに対してパルスレーザー光を照射する場合と比べ、改質領域Ｐ間に発生する圧縮応力（図５中下段の振幅の大きさ）が相対的に増加する。すなわち、クラックの進展の駆動力が増加する。
したがって、ウエーハＷを冷却し（例えば−４０℃程度に冷却し）、この冷却された状態のウエーハＷに対してパルスレーザー光を照射して改質領域Ｐを形成することで、常温状態のウエーハＷに対してパルスレーザー光を照射して改質領域Ｐを形成する場合と比べ、クラックをより進展させることができる（クラックの進展量を増大させることができる）。
このように、冷却された状態のウエーハＷに対してパルスレーザー光を照射して改質領域Ｐを形成することは、ウエーハＷの厚みが厚く、パルスレーザー光を一回照射するだけではウエーハＷの表面と裏面にクラックが到達しない場合に特に有効なものとなる。
レーザーダイシング装置１０はこの他に、図示しないウエーハカセットエレベータ、ウエーハ搬送手段、操作板、テレビモニタ、表示灯、及びコントローラ４０等から構成されている。
ウエーハカセットエレベータは、ウエーハＷが格納されたカセットを上下移動して搬送位置に位置決めする。搬送手段はカセットと冷凍チャックテーブル１２との間でウエーハＷを搬送する。
操作板には、レーザーダイシング装置１０の各部を操作するスイッチ類や表示装置が取り付けられている。テレビモニタは、図示しないＣＣＤカメラで撮像したウエーハの画像を表示したり、プログラム内容の表示や各種メッセージ等を表示する。表示灯は、レーザーダイシング装置１０の加工中、加工終了、非常停止等の稼動状況を表示する。レーザーダイシング装置本体内部に収納されたコントローラは、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。
次に、本実施形態のレーザーダイシング装置１０の作用について説明する。
まず、ウエーハＷが、リング状のフレームＦに取り付けられたダイシングテープＴ上に裏面が貼り付けられた状態でマウントされ、図３に示すように、冷凍チャックテーブル１２（吸着テーブル１２Ｃ）上に真空吸着されてこれに保持される（平面状に固定される）。その際、ウエーハＷは、冷凍チャックテーブル１２により冷却された状態（例えば−４０℃程度に冷却された状態）で保持される。
次に、冷凍チャックテーブル１２に載置されたウエーハＷは、図示しないＣＣＤカメラで表面の回路パターンやアライメントマークが撮影され、画像処理手段を有するアライメント手段によってアライメントされる。
次いで、各レーザーヘッド３１がＹテーブル４３で送られてウエーハＷの加工ライン上に位置付けられる。ここで集光点がウエーハＷの内部に位置するように、Ｚテーブル５２によってＺ方向に高さ調整された各レーザーヘッド３１から、パルスレーザー光Ｌが冷却された状態のウエーハＷに照射されるとともに、ウエーハＷがＸテーブル１２ＡによってＸ方向に加工送りされる。これにより、レーザー光照射手段としての各レーザーヘッド３１は、冷却された状態のウエーハＷ内部に集光点を合わせてパルスレーザー光を加工ラインに沿って照射し、当該加工ラインに沿ってウエーハＷ内部に切断の起点となる改質領域Ｐを連続的に形成する。
次に、各レーザーヘッド３１がＹテーブル４３で次の加工ラインに割り出し送りされ、パルスレーザー光Ｌ照射の下で冷却された状態のウエーハＷがＸ方向に加工送りされ、次の加工ラインもウエーハＷ内部に改質領域Ｐが連続的に形成される。全ての加工ラインへのレーザー照射が終了すると、ウエーハＷはθテーブル１２Ｂによって９０°回転され、先程の加工ラインと直交する加工ラインに対してパルスレーザー光Ｌが照射される。こちら側の加工ラインもウエーハＷのＸ方向加工送りと、各レーザーヘッド３１のＹ方向割り出し送りが繰り返され、全ラインのレーザー照射が終了すると、１枚のウエーハＷのレーザーダイシングが完了する。
以上説明したように、本実施形態のレーザーダイシング装置１０によれば、ウエーハ内部に集光点を合わせてレーザー光を加工ラインに沿って照射し、当該加工ラインに沿ってウエーハ内部に切断の起点となる改質領域を形成するレーザー光照射手段を備えたレーザーダイシング装置において、処理速度がより速く、ウエーハに対する熱の影響がより小さく、より安価なレーザーダイシング装置を提供することができる。
処理速度がより速くなるのは、ウエーハＷを冷却し（例えば−４０℃程度に冷却し）、この冷却された状態のウエーハＷに対してパルスレーザー光を照射して改質領域Ｐを形成することで、常温状態のウエーハＷに対してパルスレーザー光を照射して改質領域Ｐを形成する場合と比べ、クラックをより進展させることができる（クラックの進展量を増大させることができる）ため、厚みが厚いウエーハＷであっても、パルスレーザー光の走査回数を減らすことができることによるものである。
ウエーハＷに対する熱の影響がより小さくなるのは、クラックをより進展させるために（クラックの進展量を増大させるために）、パルスレーザー光のパルス幅を長くするのではなく、上記のようにウエーハＷを冷却し（例えば−４０℃程度に冷却し）、この冷却された状態のウエーハＷに対してパルスレーザー光を照射して改質領域Ｐを形成するようにしたことによるものである。
より安価となるのは、クラックをより進展させるために（クラックの進展量を増大させるために）、特殊な光学系を用いてウエーハＷの厚み方向に複数の改質領域（クラック）を形成するのではなく、上記のようにウエーハＷを冷却し（例えば−４０℃程度に冷却し）、この冷却された状態のウエーハＷに対してパルスレーザー光を照射して改質領域Ｐを形成するようにしたことによるものである。
なお、ウエーハＷが低温から常温に戻る際にウエーハＷの上面と下面で温度差をつけることにより、よりクラックを進展させることができる。これは、ウエーハＷが冷凍チャッ
クテーブル１２（吸着テーブル１２Ｃ）上に平面状に固定されているため、例えば、ウエーハＷに対して、上面と下面とで温度が異なる温度勾配を設定することで、ウエーハＷが湾曲しようとする内部応力が生じている状態となる（例えば、図７に一点鎖線で示すウエーハＷ参照）ことによるものである。
クテーブル１２（吸着テーブル１２Ｃ）上に平面状に固定されているため、例えば、ウエーハＷに対して、上面と下面とで温度が異なる温度勾配を設定することで、ウエーハＷが湾曲しようとする内部応力が生じている状態となる（例えば、図７に一点鎖線で示すウエーハＷ参照）ことによるものである。
また、本実施形態のレーザーダイシング装置１０によれば、次の利点を生ずる。
すなわち、ウエーハＷは、低温となるため、原子間振動が小さく、常温に比べてＩＲ光（パルスレーザー光）の透過率が高くなる。これは論文（Sze, S. M., Physics of Semiconductor Devices, John Wiley and Sons, N.Y., 1981.）により、低温で吸光度が低下することが確かめられている。
したがって、ウエーハＷを冷却し（例えば−４０℃程度に冷却し）、この冷却された状態のウエーハＷに対してパルスレーザー光を照射して改質領域Ｐを形成することで、レーザーの減衰が抑えられ、高効率加工が可能となる。
また、ウエーハＷの下面側からウエーハＷ（シリコン）を透過してデバイス側を観察・アライメントする際に、ウエーハＷ内部での光の減衰が小さくなるため、よりＳＮ比の高い画像を得ることができる。
次に、ウエーハＷを冷却する冷却手段の変形例について説明する。
上記実施形態では、ウエーハＷを冷却する冷却手段が冷凍チャックテーブル１２である例について説明したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、冷却手段として、冷却チャンバを用いてもよいし、ウエーハＷに対して冷風を送風する送風機その他の冷却手段を用いてもよい。
冷却手段として、冷却チャンバ、ウエーハＷに対して冷風を送風する送風機を用いる場合、冷凍チャックテーブル１２に代えて一般的なチャックテーブルを用いることができる。
冷却手段として、冷却チャンバを用いる場合、一般的なチャックテーブル等を冷却チャンバ内に配置し、冷却チャンバ内に冷却空気を供給することで、ウエーハＷを冷却することができる。
次に、レーザーダイシング装置１０の第１変形例であるレーザーダイシング装置１０Ａについて説明する。
図６は、第１変形例のレーザーダイシング装置１０ＡにおいてウエーハＷの下面側が冷却され、上面側が加熱されている様子を表わす側面図である。
本変形例のレーザーダイシング装置１０Ａは、上記実施形態のレーザーダイシング装置１０と比べ、ウエーハＷの下面側を冷却する冷却手段、ウエーハＷの上面側を加熱する加熱手段を備えている点が相違する。それ以外、上記実施形態のレーザーダイシング装置１０と同様の構成である。以下、上記実施形態のレーザーダイシング装置１０との相違点を中心に説明し、上記実施形態のレーザーダイシング装置１０と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
ウエーハＷの下面側を冷却する冷却手段としては、例えば、上記実施形態で説明したウ
エーハＷを保持する冷凍チャックテーブル１２を用いることができる。
エーハＷを保持する冷凍チャックテーブル１２を用いることができる。
ウエーハＷの上面側を加熱する加熱手段としては、例えば、冷凍チャックテーブル１２の上方に配置された、ウエーハＷの表面に加熱光を照射する加熱光照射手段（例えば、赤外線を含む光を放出するハロゲンヒータ等の熱源）を用いることができる。
次に、本変形例のレーザーダイシング装置１０Ａの作用について説明する。
まず、ウエーハＷが、リング状のフレームＦに取り付けられたダイシングテープＴ上に裏面が貼り付けられた状態でマウントされ、図６に示すように、冷凍チャックテーブル１２（吸着テーブル１２Ｃ）上に真空吸着されてこれに保持される（平面状に固定される）。その際、ウエーハＷは、冷凍チャックテーブル１２によりその下面側が冷却され、かつ、加熱光照射手段（例えば、赤外線を含む光を放出するハロゲンヒータ等の熱源）によりその上面側が加熱されて、下面側と上面側とで温度が異なる温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態。例えば、図６に一点鎖線で示すウエーハＷ参照）とされ、この温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）で保持される。
次に、冷凍チャックテーブル１２に載置されたウエーハＷは、図示しないＣＣＤカメラで表面の回路パターンやアライメントマークが撮影され、画像処理手段を有するアライメント手段によってアライメントされる。
次いで、各レーザーヘッド３１がＹテーブル４３で送られてウエーハＷの加工ライン上に位置付けられる。ここで集光点がウエーハＷの内部に位置するように、Ｚテーブル５２によってＺ方向に高さ調整された各レーザーヘッド３１から、パルスレーザー光Ｌが上記温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）のウエーハＷに照射されるとともに、ウエーハＷがＸテーブル１２ＡによってＸ方向に加工送りされる。これにより、レーザー光照射手段としての各レーザーヘッド３１は、上記温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）のウエーハＷ内部に集光点を合わせてパルスレーザー光を加工ラインに沿って照射し、当該加工ラインに沿ってウエーハＷ内部に切断の起点となる改質領域Ｐを連続的に形成する。
次に、各レーザーヘッド３１がＹテーブル４３で次の加工ラインに割り出し送りされ、パルスレーザー光Ｌ照射の下で上記温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）のウエーハＷがＸ方向に加工送りされ、次の加工ラインもウエーハＷ内部に改質領域Ｐが連続的に形成される。全ての加工ラインへのレーザー照射が終了すると、ウエーハＷはθテーブル１２Ｂによって９０°回転され、先程の加工ラインと直交する加工ラインに対してパルスレーザー光Ｌが照射される。こちら側の加工ラインもウエーハＷのＸ方向加工送りと、各レーザーヘッド３１のＹ方向割り出し送りが繰り返され、全ラインのレーザー照射が終了すると、１枚のウエーハＷのレーザーダイシングが完了する。
以上説明したように、本変形例のレーザーダイシング装置１０Ａによれば、ウエーハ内部に集光点を合わせてパルスレーザー光を加工ラインに沿って照射し、当該加工ラインに沿って前記ウエーハ内部に切断の起点となる改質領域を形成するレーザー光照射手段を備えたレーザーダイシング装置において、処理速度がより速く、ウエーハに対する熱の影響がより小さく、より安価なレーザーダイシング装置を提供することができる。
処理速度がより速くなるのは、ウエーハＷの下面側を冷却し、ウエーハＷの上面側を加熱して、ウエーハＷを下面側と上面側とで温度が異なる温度勾配が設定された状態（湾曲
しようとする内部応力が生じている状態）とし、この温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）のウエーハＷに対してパルスレーザー光を照射して改質領域Ｐを形成することで、常温状態のウエーハＷに対してパルスレーザー光を照射して改質領域を形成する場合と比べ、クラックをより進展させることができる（クラックの進展量を増大させることができる）ため、厚みが厚いウエーハであっても、パルスレーザー光の走査回数を減らすことができることによるものである。
しようとする内部応力が生じている状態）とし、この温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）のウエーハＷに対してパルスレーザー光を照射して改質領域Ｐを形成することで、常温状態のウエーハＷに対してパルスレーザー光を照射して改質領域を形成する場合と比べ、クラックをより進展させることができる（クラックの進展量を増大させることができる）ため、厚みが厚いウエーハであっても、パルスレーザー光の走査回数を減らすことができることによるものである。
ウエーハＷに対する熱の影響がより小さくなるのは、クラックをより進展させるために（クラックの進展量を増大させるために）、パルスレーザー光のパルス幅を長くするのではなく、上記のようにウエーハＷの下面側を冷却し、ウエーハＷの上面側を加熱して、ウエーハＷを下面側と上面側とで温度が異なる温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）とし、この温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）のウエーハＷに対してレーザー光を照射して改質領域Ｐを形成するようにしたことによるものである。
より安価となるのは、クラックをより進展させるために（クラックの進展量を増大させるために）、特殊な光学系を用いてウエーハＷの厚み方向に複数の改質領域（クラック）を形成するのではなく、上記のようにウエーハＷの下面側を冷却し、ウエーハＷの上面側を加熱して、ウエーハＷを下面側と上面側とで温度が異なる温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）とし、この温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）のウエーハＷに対してレーザー光を照射して改質領域Ｐを形成するようにしたことによるものである。
本変形例のレーザーダイシング装置１０Ａは、特に、ウエーハＷ内部の上面寄りに集光点を合わせてパルスレーザー光を加工ラインに沿って照射し、当該加工ラインに沿ってウエーハ内部に切断の起点となる改質領域Ｐを形成する場合に有効となる。
次に、レーザーダイシング装置１０の第２変形例であるレーザーダイシング装置１０Ｂについて説明する。
図７は、第２変形例のレーザーダイシング装置１０ＢにおいてウエーハＷの上面側が冷却され、下面側が加熱されている様子を表わす側面図である。
本変形例のレーザーダイシング装置１０Ｂは、上記実施形態のレーザーダイシング装置１０と比べ、ウエーハＷの上面側を冷却する冷却手段、ウエーハＷの下面側を加熱する加熱手段を備えている点が相違する。それ以外、上記実施形態のレーザーダイシング装置１０と同様の構成である。以下、上記実施形態のレーザーダイシング装置１０との相違点を中心に説明し、上記実施形態のレーザーダイシング装置１０と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。
ウエーハＷの上面側を冷却する冷却手段としては、例えば、上記実施形態の変形例で説明した冷却チャンバを用いることができる。
ウエーハＷの下面側を加熱する加熱手段としては、例えば、冷凍チャックテーブル１２に代えてホットチャックテーブル（例えば、プローブカードを用いたウエーハテストにおいて用いられる、ウエーハを加熱するためのホットチャック）を用いることができる。
次に、本変形例のレーザーダイシング装置１０Ｂの作用について説明する。
まず、ウエーハＷが、リング状のフレームＦに取り付けられたダイシングテープＴ上に
裏面が貼り付けられた状態でマウントされ、図７に示すように、ホットチャックテーブル９０上に真空吸着されてこれに保持される（平面状に固定される）。その際、ウエーハＷは、ホットチャックテーブル９０によりその下面側が加熱され、かつ、冷却手段（例えば、冷却チャンバ）によりその上面側が冷却されて、下面側と上面側とで温度が異なる温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態。例えば、図７に一点鎖線で示すウエーハＷ参照）とされ、この温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）で保持される。
裏面が貼り付けられた状態でマウントされ、図７に示すように、ホットチャックテーブル９０上に真空吸着されてこれに保持される（平面状に固定される）。その際、ウエーハＷは、ホットチャックテーブル９０によりその下面側が加熱され、かつ、冷却手段（例えば、冷却チャンバ）によりその上面側が冷却されて、下面側と上面側とで温度が異なる温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態。例えば、図７に一点鎖線で示すウエーハＷ参照）とされ、この温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）で保持される。
次に、ホットチャックテーブル９０に載置されたウエーハＷは、図示しないＣＣＤカメラで表面の回路パターンやアライメントマークが撮影され、画像処理手段を有するアライメント手段によってアライメントされる。
次いで、各レーザーヘッド３１がＹテーブル４３で送られてウエーハＷの加工ライン上に位置付けられる。ここで集光点がウエーハＷの内部に位置するように、Ｚテーブル５２によってＺ方向に高さ調整された各レーザーヘッド３１から、パルスレーザー光Ｌが上記温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）のウエーハＷに照射されるとともに、ウエーハＷがＸテーブル１２ＡによってＸ方向に加工送りされる。これにより、レーザー光照射手段としての各レーザーヘッド３１は、上記温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）のウエーハＷ内部に集光点を合わせてパルスレーザー光を加工ラインに沿って照射し、当該加工ラインに沿ってウエーハＷ内部に切断の起点となる改質領域Ｐを連続的に形成する。
次に、各レーザーヘッド３１がＹテーブル４３で次の加工ラインに割り出し送りされ、パルスレーザー光Ｌ照射の下で上記温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）のウエーハＷがＸ方向に加工送りされ、次の加工ラインもウエーハＷ内部に改質領域Ｐが形成される。全ての加工ラインへのレーザー照射が終了すると、ウエーハＷはθテーブル１２Ｂによって９０°回転され、先程の加工ラインと直交する加工ラインに対してパルスレーザー光Ｌが照射される。こちら側の加工ラインもウエーハＷのＸ方向加工送りと、各レーザーヘッド３１のＹ方向割り出し送りが繰り返され、全ラインのレーザー照射が終了すると、１枚のウエーハＷのレーザーダイシングが完了する。
以上説明したように、本変形例のレーザーダイシング装置１０Ｂによれば、ウエーハ内部に集光点を合わせてパルスレーザー光を加工ラインに沿って照射し、当該加工ラインに沿って前記ウエーハ内部に切断の起点となる改質領域を形成するレーザー光照射手段を備えたレーザーダイシング装置において、処理速度がより速く、ウエーハに対する熱の影響がより小さく、より安価なレーザーダイシング装置を提供することができる。
処理速度がより速くなるのは、ウエーハＷの上面側を冷却し、ウエーハＷの下面側を加熱して、ウエーハを下面側と上面側とで温度が異なる温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）とし、この温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）のウエーハＷに対してパルスレーザー光を照射して改質領域Ｐを形成することで、常温状態のウエーハＷに対してパルスレーザー光を照射して改質領域を形成する場合と比べ、クラックをより進展させることができる（クラックの進展量を増大させることができる）ため、厚みが厚いウエーハであっても、パルスレーザー光の走査回数を減らすことができることによるものである。
ウエーハＷに対する熱の影響がより小さくなるのは、クラックをより進展させるために（クラックの進展量を増大させるために）、パルスレーザー光のパルス幅を長くするのではなく、上記のようにウエーハＷの上面側を冷却し、ウエーハＷの下面側を加熱して、ウエーハＷを下面側と上面側とで温度が異なる温度勾配が設定された状態（湾曲しようとす
る内部応力が生じている状態）とし、この温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）のウエーハＷに対してレーザー光を照射して改質領域Ｐを形成するようにしたことによるものである。
る内部応力が生じている状態）とし、この温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）のウエーハＷに対してレーザー光を照射して改質領域Ｐを形成するようにしたことによるものである。
より安価となるのは、クラックをより進展させるために（クラックの進展量を増大させるために）、特殊な光学系を用いてウエーハＷの厚み方向に複数の改質領域（クラック）を形成するのではなく、上記のようにウエーハＷの上面側を冷却し、ウエーハＷの下面側を加熱して、ウエーハＷを下面側と上面側とで温度が異なる温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）とし、この温度勾配が設定された状態（湾曲しようとする内部応力が生じている状態）のウエーハＷに対してレーザー光を照射して改質領域Ｐを形成するようにしたことによるものである。
本変形例のレーザーダイシング装置１０Ｂは、特に、ウエーハＷ内部の下面寄りに集光点を合わせてパルスレーザー光を加工ラインに沿って照射し、当該加工ラインに沿ってウエーハ内部に切断の起点となる改質領域Ｐを形成する場合に有効となる。
上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。
１０、１０Ａ、１０Ｂ…レーザーダイシング装置、１１…ベース、１２…冷凍チャックテーブル、３１…レーザーヘッド、４１…ガイドベース、４２…ガイドレール、４３…テーブル、５１…ガイドレール、５２…テーブル
Claims (2)
- ウエーハ内部に集光点を合わせてレーザー光を加工ラインに沿って照射し、当該加工ラインに沿って前記ウエーハ内部に切断の起点となる改質領域を形成するレーザー光照射手段を備えたレーザーダイシング装置において、
前記ウエーハの下面側を冷却する冷却手段と、
前記ウエーハの上面側を輻射加熱する輻射加熱手段と、
を前記改質領域を起点としたクラックを進展させるために備えており、
前記レーザー光照射手段は、前記冷却手段により前記下面側が冷却され、かつ、前記輻射加熱手段により前記上面側が輻射加熱されて、前記下面側と前記上面側とで温度が異なる温度勾配が設定された状態の前記ウエーハに対して、前記レーザー光を照射して、前記改質領域を形成するレーザーダイシング装置。 - ウエーハ内部に集光点を合わせてレーザー光を加工ラインに沿って照射し、当該加工ラインに沿って前記ウエーハ内部に切断の起点となる改質領域を形成するレーザーダイシング方法において、
前記ウエーハの下面側を冷却する冷却ステップと、
前記ウエーハの上面側を輻射加熱する輻射加熱ステップと、
を前記改質領域を起点としたクラックを進展させるために備え、
前記冷却ステップにより前記下面側が冷却され、かつ、前記輻射加熱ステップにより前記上面側が輻射加熱されて、前記下面側と前記上面側とで温度が異なる温度勾配が設定された状態の前記ウエーハに対して、前記レーザー光を照射して、前記改質領域を形成するレーザー光照射ステップを備えるレーザーダイシング方法。
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