JP6624919B2 - レーザー加工用保護膜検出方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウエーハ等のワークをレーザー加工により分割する際にワークの表面に被覆される保護膜が所望の厚さを有するか否かを判定する方法に関する。
半導体ウエーハ等のワークをストリートに沿って分割する方法として、ストリートをレーザー加工することにより分割する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のレーザー加工方法では、半導体ウエーハに対するレーザー光線の照射によって、照射領域に発生する熱エネルギーにより半導体ウエーハ上がストリートに沿って連続的に加工される。半導体ウエーハ上の照射領域には、熱エネルギーが集中してデブリ（加工屑）が発生する場合があり、このデブリがＬＳＩのボンディングパッド等に付着して半導体チップの品質を低下させるという問題がある。
この問題を解決するために、本出願人は、半導体ウエーハの表面に水溶性の保護膜を形成し、保護膜を通して半導体ウエーハにレーザー光線を照射するレーザー加工方法を考案した（例えば、特許文献２参照）。特許文献２のレーザー加工方法では、保護膜を通して半導体ウエーハが加工されるため、レーザー加工により飛散したデブリを保護膜に付着させることができる。そして、洗浄工程においてデブリが付着した保護膜が除去されることで、半導体ウエーハ表面へのデブリの付着を抑制して半導体チップの品質低下を防止する。
特開平６−１２０３３４号公報 特開２００４−３２２１６８号公報
しかし、レーザー加工により保護膜を通して半導体ウエーハを加工するためには、保護膜の厚さが一様に所定値であることが好ましい。すなわち、保護膜の厚さがレーザー加工結果に影響を与え、保護膜が薄すぎると、ウエーハをデブリから十分に保護できず、保護膜が厚すぎると、レーザー加工の妨げとなる。このため、レーザー加工前に半導体ウエーハ上の保護膜の厚さを精度よく測定する方法が求められていた。一方、保護膜の厚さ測定に時間を要すると、レーザー加工の生産性が阻害される。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、従来よりも簡素にワーク表面に形成された保護膜の被覆状態を精度よく検出できるようにすることを目的とする。
本発明は、紫外域または可視域の波長を有するパルスレーザー光線をワークに照射してレーザー加工する際に発生する加工屑からワークの表面を保護するために前記パルスレーザー光線を吸収する吸収剤を含んだ水溶性樹脂によってワークの表面に形成された保護膜の被覆状態を検出する保護膜検出方法であって、厚さの異なる保護膜をワークの表面にそれぞれ形成し、前記吸収剤が吸収する異なる波長の複数の光をそれぞれの前記保護膜に照射して前記光の吸収によって前記吸収剤が発光する蛍光の強度を測定する基準スペクトル作成ステップと、前記異なる波長の複数の光のうち前記保護膜の厚さと前記蛍光強度とに相関性がある波長の光の前記蛍光強度に基づいて前記保護膜の所定厚さに対応する蛍光強度の閾値を求める閾値決定ステップと、を有する準備工程と、ワークの表面に形成された保護膜が所定厚さに形成されているかどうか判定するために、ワークの表面に形成された前記保護膜に前記光を照射して、前記光の吸収によって前記吸収剤が発光する蛍光の蛍光強度と前記閾値とを比較して前記保護膜が所定厚さに形成されているか否かを判定する判定工程と、を備える。
上記保護膜検出方法において、前記パルスレーザー光線の波長は３５５ｎｍであり、前記光の波長は３５５〜４００ｎｍであり、前記蛍光スペクトルのピーク波長は、前記光の波長より長く、３６５〜６００の範囲にするとよい。また、パルスレーザー光線の波長は５３２ｎｍであり、前記波長は４８０〜６００ｎｍであり、前記蛍光スペクトルピーク波長は、前記波長より長く、５７０〜７００ｎｍの範囲にするとよい。
本発明では、吸収剤を含んだ水溶性樹脂によってワークの表面に形成された保護膜に光を照射し、この光を吸収することにより発光する蛍光の強度を測定し、蛍光強度に基づき保護膜が所定厚さに形成されているか否かを判定するため、吸収剤が吸収する波長の光により保護膜の厚さを精度よく簡易に測定することができる。また、保護膜の検出には単一波長の連続光を用いるので、保護膜にダメージを与えるのを抑制し、保護膜が所定厚さに形成されているか否かを正確に判定することができる。
レーザー加工装置の一例を示す斜視図である。 レーザー加工装置を構成する保護膜形成手段を示す斜視図である。 （ａ）ワークＷのある位置における保護膜検出装置の構成例を示す模式図である。（ｂ）ファイバーを用いたワークＷのある位置における保護膜検出装置の構成例を示す模式図である。（ｃ）ワークＷの大面積の保護膜検出装置の構成例を示す模式図である。（ｄ）ドーナツ形状を有する光源を用いたワークＷの大面積の保護膜検出装置の構成例を示す模式図である。 （ａ）はウエーハの表面に保護膜液を塗布する状態を示す断面図であり、（ｂ）は、ウエーハの表面に被覆された保護膜を乾燥させる状態を示す断面図である。 波長が３６５ｎｍの光をパターンウエーハに照射したときの蛍光スペクトルを示すグラフである。 波長が３６５ｎｍの光をバンプ付きウエーハに照射したときの蛍光スペクトルを示すグラフである。 波長が３８５ｎｍの光をパターンウエーハに照射したときの蛍光スペクトルを示すグラフである。 波長が３８５ｎｍの光をバンプ付きウエーハに照射したときの蛍光スペクトルを示すグラフである。 波長が４０５ｎｍの光をパターンウエーハに照射したときの蛍光スペクトルを示すグラフである。 波長が４０５ｎｍの光をバンプ付きウエーハに照射したときの蛍光スペクトルを示すグラフである。 波長が５３２ｎｍの光をバンプ付きウエーハに照射したときの蛍光スペクトルを示すグラフである。 波長が５７０ｎｍの光をバンプ付きウエーハに照射したときの蛍光スペクトルを示すグラフである。 波長３６５ｎｍの光をバンプ付きウエーハに照射した場合の写真とその二値化像である。（ａ）は、レーザー光線を吸収する吸収剤が混入されている保護膜を塗布した場合の実写像であり、（ｃ）は、（ａ）の二値化像である。（ｂ）は、レーザー光線を吸収する吸収剤が混入されていない保護膜を塗布した場合の実写像であり、（ｄ）は、（ｃ）の二値化像である。 波長３６５ｎｍの光をパターンウエーハに照射した場合の実写像とその二値化像である。（ａ）は、レーザー光線を吸収する吸収剤が混入されている保護膜を塗布した場合の実写像であり、（ｃ）は（ａ）の二値化像である。（ｂ）は、レーザー光線を吸収する吸収剤が混入されていない保護膜を塗布した場合の実写像であり、（ｄ）は（ｃ）の二値化像である。
図１に示すレーザー加工装置１は、ワークＷの表面Ｗａに保護膜を形成する機能と、形成した保護膜が所望の厚さを有するか否かを判定する機能と、ワークＷをレーザー加工する機能とを有している。
図１に示すレーザー加工装置１は、レーザー加工の対象となる被加工物であるワークＷを収容するカセット６０が載置されるカセット載置領域６と、カセット６０に対するワークＷの搬入及び搬出を行う搬出入手段７と、カセット６０から搬出したワークＷの表面に保護膜を被覆する保護膜形成手段８と、表面に保護膜が被覆されたワークＷを保持するチャックテーブル２と、表面に保護膜が被覆されチャックテーブル２に保持されたワークＷに対してレーザー光線を照射するレーザー照射手段３とを備えている。
カセット載置領域６は、昇降可能となっている。カセット６０の内部には複数段のスロットが形成されており、カセット載置領域６が昇降することにより、ワークの搬出及び搬入の対象となるスロットを所定の高さに位置づけることができる。カセット６０に収容されるワークＷの表面Ｗａには、分割予定ラインＬによって区画されてデバイスＤが形成されており、ワークＷの裏面ＷｂをテープＴに貼着することにより、ワークＷは、表面Ｗａが露出した状態でテープＴを介してフレームＦに支持される。
搬出入手段７は、装置の前後方向（Ｙ軸方向）に移動可能となっており、ワークＷを支持するフレームＦを挟持する挟持部７０を備えている。挟持部７０がフレームＦを挟持した状態で、カセット６０からフレームＦとともにワークＷを搬出することができる。また、搬出入手段７がフレームＦをＹ軸方向手前側に押し込むことにより、ワークＷをカセット６０の所定のスロットに搬入することができる。カセット載置領域６のＹ軸方向の後方側は、搬出入されるワークＷが一時的に載置される仮置き領域６１となっており、仮置き領域６１には、フレームＦをガイドするとともに一定の位置に位置決めするガイド部６２を備えている。
保護膜形成手段８は、図２に示すように、フレームＦに支持されたワークＷを吸引保持して回転する保持テーブル８０と、保持テーブル８０に保持されたワークＷに水溶性保護膜液を滴下する保護膜液ノズル８１と、ワークＷに洗浄液を噴出する洗浄液ノズル８２と、高圧エアを噴出するエアノズル８５とを備えている。保持テーブル６０は、図示しない吸引源に連通した多孔質の保持部材８００を備え、昇降部８３によって駆動されて昇降可能となっているとともに、モータ８４によって駆動されて回転可能となっている。保持テーブル８０の周囲の下方には、水溶性保護膜液又は洗浄液を受け止める樋部８６と、樋部８６の底面に設けられ水溶性保護膜液又は洗浄液を排出する排出部８６０とを備えている。
昇降部８３は、モータ８４の側面側に固定された複数のエアシリンダ８３０とロッド８３１とから構成され、エアシリンダ８３０の昇降によってモータ８４及び保持テーブル８０が昇降する構成となっている。
図１に示すように、仮置き領域６１と保護膜形成手段８との間には、搬送機構９が配設されている。搬送機構９は、上下方向（Ｚ軸方向）の軸心を有する回動軸９０と、回動軸９０の上端から水平方向にのびる伸縮アーム９１と、伸縮アーム９１の先端に設けられフレームＦを吸着する吸着部９２とを備えている。吸着部９２は、回動軸９０の回動及び伸縮アーム９１の伸縮によりＸ−Ｙ平面内における位置調整がなされ、回動軸９０の上下動により高さ方向（Ｚ軸方向）における位置調整がなされる。
チャックテーブル２は、ワークＷを吸引保持する吸引部２０を備えている。また、吸引部２０の周囲には、ワークＷを支持するフレームＦを固定するための固定部２１が配設されている。固定部２１は、フレームＦを上方から押圧する押さえ部２１０を備えている。
チャックテーブル２は、加工送り手段４によって加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動可能に支持されているとともに、割り出し送り手段５によってＸ軸方向に対して水平方向に直交する割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動可能に支持されている。
加工送り手段４は、平板状の基台５３上に配設され、Ｘ軸方向の軸心を有するボールネジ４０と、ボールネジ４０と平行に配設された一対のガイドレール４１と、ボールネジ４０の一端に連結されたモータ４２と、図示しない内部のナットがボールネジ４０に螺合すると共に下部がガイドレール４１に摺接するスライド部４３とから構成されている。この加工送り手段４は、モータ４２に駆動されてボールネジ４０が回動するのに伴い、スライド部４３がガイドレール４１上をＸ軸方向に摺動してチャックテーブル２をＸ軸方向に移動させる構成となっている。
チャックテーブル２及び加工送り手段４は、割り出し送り手段５によってＹ軸方向に移動可能に支持されている。割り出し送り手段５は、Ｙ軸方向の軸心を有するボールネジ５０と、ボールネジ５０に平行に配設された一対のガイドレール５１と、ボールネジ５０の一端に連結されたモータ５２と、図示しない内部のナットがボールネジ５０に螺合すると共に下部がガイドレール５１に摺接する基台５３とから構成されている。この割り出し送り手段５は、モータ５２に駆動されてボールネジ５０が回動するのに伴い、基台５３がガイドレール５１上をＹ軸方向に摺動してチャックテーブル２及び加工送り手段４をＸ軸方向に移動させる構成となっている。
レーザー照射手段３は、壁部１ａに固定された基台３０と、基台３０の先端部に固定された照射ヘッド３１とを備えている。照射ヘッド３１は、Ｚ軸方向の光軸を有するレーザー光線を放射する機能を有している。
なお、図１に示したレーザー加工装置１では、加工送り手段４及び割り出し送り手段５がチャックテーブル２をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させ、レーザー照射手段３が移動しない構成としているが、チャックテーブル２とレーザー照射手段３とが相対的にＸ軸方向に加工送りされＹ軸方向に割り出し送りされる構成であれば、図１の例には限定されない、例えば、チャックテーブル２がＸ軸方向に移動し、レーザー照射手段３がＹ軸方向に移動する構成としてもよいし、チャックテーブル２が移動せず、レーザー照射手段３がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動する構成としてもよい。
レーザー加工装置１には、保護膜形成手段８によってワークＷに被覆された保護膜に光を照射し保護膜から発光する蛍光を受光することによりワークＷに所望の厚さの保護膜が被覆されたか否かを検出する保護膜検出装置１０を備えている。保護膜検出装置１０は、保護膜形成手段８と同じ空間もしくは、レーザー照射を行う手段３と同じ空間に備えていてよい。またはレーザー加工装置とは独立していてもよい。保護膜検出装置１０は、図３（ａ）に示すように、励起用光源１００と、励起用光源が受光部に導入されないように遮断する光学フィルター１０１と、保護膜８６からの蛍光を受光する受光部１０２と、受光部１０２から情報を受け取りその情報に基づく処理を行う制御部１０３とを備えている。図３（ａ）のように、ワークＷのある位置における蛍光を検出するための励起用光源１００としては、例えばＬＥＤやＣＷレーザー（連続光レーザー）を使用することができる。
また、ワークＷのある位置における蛍光を受光する方法として、図３（ｂ）のような方法を使用してもよい。図３（ｂ）は、励起用光源１００と、励起用光源１００からの光をワーク表面に存在する保護膜まで導くファイバー１０４と、ファイバー１０４によって導かれた光をワークＷの表面に存在する保護膜８６に集光照射し、保護膜８６からの反射光と蛍光を検出器に導くためのプローブ１０５と、プローブ１０５からの光のうち反射光のみを遮断する光学フィルター１０１と、保護膜８６からの蛍光のみを受光する受光部１０２と、受光部１０３からの情報を受け取りその情報に基づく処理を行う制御部１０５とを備えている。
ワークＷの大面積または全面における蛍光を受光する方法として、図３（ｃ）のような方法を使用してもよい。図３（ｃ）は、励起用光源１１０と、励起用光源１１０から発光した光が受光部１０２に導入されないように遮断する光学フィルター１０１と、保護膜８６からの蛍光を受光する受光部１０２と、受光部１０２から情報を受け取りその情報に基づく処理を行う制御部１０３とを備えている。この際使用する励起用光源１１０として、ＬＥＤアレイを使用するのが好ましい。
また、ワークＷの大面積または全面における蛍光を受光する方法として、図３（ｄ）のような方法を使用してもよい。図３（ｄ）は、励起用光源１２０と、励起用光源からの光が受光部１０２に導入されないように遮断する光学フィルター１０１と、保護膜８６からの蛍光を受光する受光部１０２と、受光部１０２から情報を受け取りその情報に基づく処理を行う制御部１０３とを備えている。この際使用する励起用光源１２０として、中心部が空洞を有する形状（例えば、ドーナツ形状）を有するＬＥＤアレイを使用するのが好ましい。
次に、図１に示したレーザー加工装置１においてワークＷをレーザー加工するにあたり、ワークＷの表面Ｗａに保護膜を形成し、その保護膜が所望の厚さを有するか否かを判定し、保護膜が所望の厚さを有する場合にワークＷをレーザー加工する方法について説明する。
１ 準備工程
レーザー加工されるワークＷの表面Ｗａに実際に形成される保護膜の厚さを検査する前に、あらかじめ、判定のための基準となるデータを取得する。
（１）基準スペクトル作成ステップ
複数のワークＷを用意し、それぞれのワークＷの裏面ＷｂにテープＴを貼着し、テープＴにリング状のフレームＦを貼着する。このようにしてテープＴを介してリング状のフレームＦと一体化された複数のワークＷは、カセット６０に収容される。カセット６０に収容されたワークＷは、搬出入手段７の挟持部７０によってフレームＦが挟持され、搬出入手段７によって引き出され、仮置き領域６１に載置される。そして、ワークＷは、一定の位置に位置決めされた後、搬送機構９によって保護膜形成手段８に搬送され、裏面Ｗｂが保持テーブル８０に保持され、表面Ｗａが上方に露出した状態となる。
次に、図４（ａ）に示すように、保持テーブル８０を回転させるとともに、保護膜液ノズル８１からワークＷの表面ＷＡの上に水溶性の保護膜液８１０を滴下する。水溶性の保護膜液８１０は、保護膜の基材となるものであり、水等の溶剤に溶解させて塗布・乾燥して膜を形成し得るものであれば、特に制限されず、例えばポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、エチレンオキシ繰り返し単位が５以上のポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコールポリアクリル酸ブロック共重合体、ポリビニルアルコールポリアクリル酸エステルブロック共重合体、ポリグリセリン等を例示することができ、これらは、１種単独で使用することもできるし、２種以上を組み合わせて使用することもできる。
保護膜液８１０には、後にレーザー照射手段３から照射するレーザーの波長の光を吸収する吸収剤を含む。吸収剤は、水溶性樹脂１００重量部当り０．０１乃至１０重量部程度の吸収剤を混入させる。例えば、後述するレーザー加工工程において、紫外域のレーザー光線（例えば３５５ｎｍの波長）を用いた加工を行う場合は、吸収剤として紫外域の範囲（例えば２５０ｎｍ以上かつ４００ｎｍ以下の波長）の光を吸収する紫外線吸収剤が添加される。その場合における紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、トリアジン系、ベンゾエート系のプラスチック添加剤が用いられる。可視域のレーザー光線（例えば５３２ｎｍの波長）を用いた加工を行う場合は、吸収剤として可視域の範囲（例えば、４８０ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下の波長）の光を吸収する可視線吸収剤が添加されている。その場合における吸収剤としては、例えば、フタロシアニン系、キナクリドン系、ピグメントレッド系、ピグメントブルー系、マラカイトグリーン系などの色素化合物が用いられる。
保持テーブル８０の回転による遠心力によって表面Ｗａの全面に保護膜液６１０が塗布されていき、保護膜液８１０が所定量塗布されると、保護膜液８１０の滴下を終了する。ワークＷの表面ＷＡの上に所定量の保護膜液８１０を塗布した後、例えば図４（ｂ）に示すように保持テーブル６０を回転させることによって保護膜液８１０を乾燥させて固化させて保護膜８６を形成する。
なお、保護膜液８１０は、ランプ（例えば、赤外線、ハロゲン、タングステンや水銀等のランプ）、ＬＥＤ、パルスレーザー、キセノンパルスからの光の照射によって乾燥させてもよい。その場合は、保護膜の温度上昇を避けるために、パルスレーザーやキセノンパルス等のパルス光を照射するとよい。温度上昇が小さい場合、一度に照射してもよく、温度上昇が大きい場合、複数回に分けて照射する。複数回に分けて照射する際、自然に温度が低下するまで静置してもよく、また冷風により温度を低下させてもよい。また、ホットプレートによるベーキングを行ってもよい。また、保護膜液８１０は、本実施形態のようにスピンコート法やスプレー法により塗布してもよいし、スリット状のノズルから噴出させることによりを塗布してもよい。保護膜液８１０に界面活性剤が含まれる場合には、保護膜液６１０を乾燥させなくてもよい。このような乾燥方法を用いることにより、遠心力では短時間で乾燥することが難しい２μｍ以上の膜厚を乾燥することができる。保護膜の膜厚を厚くすることにより、蛍光強度が増加し、保護膜が所定の厚さに塗布されたかどうか正確に判定することができる。また、保護膜の膜厚を厚くすることにより、特にバンプ付きのウエーハにおいてはバンプの最も高い部分にも保護膜を被覆しやすくなる。一般にウエーハをレーザー加工するとワークを構成する材料のプラズマが生成し、そのプラズマにより保護膜の薄い部分が破壊されワークＷの表面上に残渣が堆積する虞がある。この残渣は水溶性ではなくレーザー加工後に保護膜を除去するのと同時に除去することは困難である。そのためレーザー加工及びそれにより生じるプラズマにより破壊されない厚さの保護膜を形成することが必要となる。
また、フレームＦに、保護膜が付着した場合、上記ランプを用いて、乾燥させてよいし、フレームＦにのみ水を噴射することにより、フレームＦ上に付着した保護膜を除去してもよい。
このようにして、複数のワークＷの表面Ｗａにそれぞれ保護膜８６を形成しておくが、本工程において形成する保護膜８６の厚さは、ワークごとに異なるものとする。各ワークＷに形成する保護膜８６の厚さは、スピンコート時の保持テーブル８０の回転速度及び時間によって制御することができ、例えば、保護膜８６の膜厚が１．２μｍ、２．３μｍ、２、７μｍ、３．１μｍ、５．０μｍの５種類のワークをそれぞれ準備する。なお、複数のワークにそれぞれ膜厚の異なる保護膜を形成するのではなく、一枚のワークの各部分に厚さの異なる保護膜を形成するようにしてもよい。
こうして厚さの異なる保護膜８６が形成された複数のワークＷを準備した後、保護膜検出装置１０を用いて、保護膜８６の膜厚が異なるワークＷのそれぞれについて、以下のようにして蛍光スペクトルを求める。
まず、保護膜８６が形成されたワークＷは、図１に示した搬送機構９によってワークＷがチャックテーブル２に搬送される。チャックテーブル２においては、テープＴ側が吸引部２０において吸引保持される。そして、チャックテーブル２が−Ｘ方向に移動し、保護膜検出装置１０の下方に位置づけされる。
チャックテーブル２を保護膜検出装置１０の下方に位置させると、例えば図３（ａ）に示した励起用光源１００から発光する光が保護膜８６に照射される。励起用光源１００から発光する光は、紫外光または、可視光であり、単一波長の連続光である。ここで、単一波長光は、限られた波長成分を有する光を意味し、ある程度の波長幅を有していてもよい。例えば、保護膜中に含まれる吸収剤が紫外光に対して吸収性を有する場合には、励起光として、紫外光を照射する。例えば、ワークＷのレーザー加工に用いるパルスレーザー光線の波長が３５５ｎｍである場合は、それよりも長波長（例えば３５５〜４１０ｎｍ）の光を照射することが好ましく、例えば、ピーク波長３６５±１０ｎｍ、ピーク波長３８５±１０ｎｍの紫外光を使用することができる。波長が３５５ｎｍ以下の光を使用してもよいが、高出力が得られないなど技術的な課題を有しており、また保護膜が変性する恐れがある。また、この紫外光の出力は、例えば１０〜１００ｍＷ／ｃｍ２とする。
ワークＷのレーザー加工に用いるパルスレーザー光線の波長が５３２ｎｍである場合は、例えば４８０〜６００ｎｍの光を照射することが好ましく、例えば、ピーク波長５３２±１０ｎｍ、ピーク波長５７０±１０ｎｍの可視光を使用することができる。可視光励起の場合、照射する波長に特に限定はなく、保護膜中に混入する吸収剤によって、変更すればよい。また、この可視光の出力は、例えば１０〜１００ｍＷ／ｃｍ２とする。。単一波長の連続光を使用する理由は、次の通りである。連続光を使用する理由は、保護膜の変性を抑制するためである。また、単一波長光を使用する理由は、保護膜の蛍光を測定する際、蛍光以外の光が検出器に導入されると、その蛍光とそれ以外の光を判別することができないため、保護膜が所望の厚さを有するか否かの判定が正確にできなくなるからである。連続光として、ハロゲン、タングステンや水銀等のランプ、連続波レーザー、ＬＥＤ等を使用する。単一波長光を得るため、ハロゲン、タングステン、水銀等のランプを用いた場合は、フィルターなどの光学部品を用いて、単一波長光を得てもよい。ＬＥＤから発せられた光には、僅かにピーク波長以外の光が含まれるため、光学部品などを用いてピーク波長以外の光を除去してもよい。高強度で広い面積の照射する観点からは、単一波長の連続光としてはＬＥＤを使用することが好ましい。
照射された光が保護膜８６に吸収されると、基底状態にあった吸収剤の分子が励起され、分子のエネルギーが高い不安定な状態となる。その後、その分子は、緩和起電子一重項状態に落ちた後、励起用光源１００から発せられた光よりも波長の長い光を発しながらエネルギーを放出して基底状態に戻る。この基底状態に戻るときに発する光が蛍光である。保護膜８６からの蛍光を受光部１０２が受光する。蛍光のみを受光するために、励起光源からの反射光は受光部１０２の前の光学フィルター１０１によって遮断される。そして、受光部１０２が受光した蛍光の強さが制御部１０３において測定され、例えば図５に示す蛍光の波長と強度との関係を表す蛍光スペクトルが作成されたり、ある波長における蛍光強度の値を認識することができる。このような蛍光スペクトルもしくは蛍光強度は、保護膜８６の厚さが異なるワークごとに作成される。蛍光強度の測定は、ワークの全面について行ってもよいし、所定の位置のみを行ってもよい。この蛍光スペクトルでは、保護膜８６の厚さが増すほど蛍光強度（図５のグラフの縦軸）も高くなっている。
基準となる蛍光スペクトルは、ワークの種類に応じて作成する。例えば、表面にバンプが形成されていない通常のパターンウエーハの蛍光スペクトル（図５）と、表面にバンプが形成されたバンプ付きウエーハの蛍光スペクトル（図６）とでは、ピーク強度が異なるため、それぞれのウエーハについて、保護膜の厚さごとに基準となる蛍光スペクトルを作成し、制御部１０５に記憶しておく。
また、図５及び図６に示した蛍光スペクトルは、保護膜８６に照射される光の波長を３６５ｎｍとした場合の蛍光スペクトルの保護膜の膜厚依存性であるが、保護膜８６に照射される光の波長が異なる場合においても、蛍光スペクトルを測定して制御部１０５に記憶させる。例えば、図７に示されている蛍光スペクトルは、表面にバンプが形成されていない通常のパターンウエーハに形成された保護膜８６に波長が３８５ｎｍの光を照射した場合の蛍光スペクトルであり、図８に示されている蛍光スペクトルは、表面にバンプが形成されているバンプ付きウエーハに形成された保護膜８６に波長が３８５ｎｍの光を照射した場合の蛍光スペクトルである。また、図９に示されている蛍光スペクトルは、表面にバンプが形成されていない通常のパターンウエーハに形成された保護膜８６に波長が４０５ｎｍのＬＥＤ光を照射した場合の蛍光スペクトルであり、図１０に示されている蛍光スペクトルは、表面にバンプが形成されているバンプ付きウエーハに形成された保護膜８６に波長が４０５ｎｍのＬＥＤ光を照射した場合の蛍光スペクトルである。
図１１に示した蛍光スペクトルは、保護膜８６に照射される光の波長を５３２ｎｍとした場合の蛍光スペクトルであるが、保護膜８６に照射される光の波長が異なる場合においても、蛍光スペクトルを測定して制御部１０５に記憶させる。例えば、図１１に示されている蛍光スペクトルは、表面にバンプが形成されているパターンウエーハに形成された保護膜８６に波長が５３２ｎｍの光を照射した場合の蛍光スペクトルであり、図１２に示されている蛍光スペクトルは、表面にバンプが形成されているパターンウエーハに形成された保護膜８６に波長が５７０ｎｍの光を照射した場合の蛍光スペクトルである。
（２）閾値決定ステップ
次に、取得した蛍光スペクトルに基づいて、保護膜８６の所定厚さに対応する所定蛍光強度の閾値を求める。すなわち、本ステップでは、保護膜８６が所定の厚さを有するか否かの判定の基準となる蛍光強度の閾値を求める。例えば、保護膜８６の厚さが十分か否かの判断の基準となる閾値として、図５〜図１０に示した蛍光スペクトルにおける蛍光強度のピーク値を、図３に示した制御部１０３に記憶させる。例えば、保護膜に照射する光の波長を３６５ｎｍとした場合は、図５の蛍光スペクトルにおける蛍光強度のピーク値を用い、保護膜の厚さが５μｍの場合の閾値として３５０、保護膜の厚さが３．１μｍの場合の閾値として２００、保護膜の厚さが２．７μｍの場合の閾値として１１０、保護膜の厚さが２．３μｍの場合の閾値として９０、保護膜の厚さが１．２μｍの場合の閾値として７０をそれぞれ設定する。そして、後に実際にワークに形成した保護膜に紫外光を照射したときの保護膜からの蛍光の強度がその閾値以上であれば、保護膜の厚さが十分であると判断する。なお、判定の基準となる閾値として、蛍光スペクトルのピーク強度のみならず、所定範囲の積分値を用い、実際に測定した蛍光スペクトルの所定範囲の積分値との比較によって判断してもよい。
２ スペクトル測定工程
次に、レーザー加工しようとするワークＷの表面Ｗａに保護膜を形成し、その保護膜が所定厚さに形成されているかどうかを判定するために、各保護膜について、蛍光スペクトルを取得する。なお、保護膜形成前に、ワークＷの裏面Ｗｂを研削砥石等によって研削し、ワークＷを所定の厚さに形成しておく。
ワークＷの表面Ｗａに保護膜を形成する方法、及び、形成した保護膜の蛍光スペクトルの測定方法は、準備工程の蛍光スペクトル測定ステップと同様である。ここで形成する保護膜の所定厚さは、準備工程において形成されたいずれかの保護膜と等しい厚さであり、図５〜図１０の蛍光スペクトルを作成した場合に実際に形成する保護膜の厚さは、１．２μｍ、２．３μｍ、２．７μｍ、３．１μｍ、５．０μｍのいずれかとする。本工程では、図１に示した保護膜形成手段８において保護膜を形成するごとに、そのワークＷを保護膜検出装置１０の下方に移送し、それぞれのワークＷについて蛍光スペクトルを取得する。
３ 判定工程
図３に示した制御部１０３は、スペクトル測定工程において蛍光スペクトルが測定された個々のワークＷについて、準備工程において取得した保護膜の厚さごとの蛍光スペクトルと、レーザー加工するワークの表面に実際に形成した保護膜８６についての蛍光スペクトル（不図示）とを対比し、実際に形成した保護膜８６の蛍光スペクトルの強度のピーク値が、上記閾値決定ステップにおいて決定した閾値以上であるか否かを判定する。
例えば、実際に保護膜を形成したワークがバンプを有しない通常のパターンウエーハであり、蛍光スペクトル測定時に保護膜に照射したＬＥＤ光の波長が３６５ｎｍであり、所望厚さが５μｍである場合は、スペクトル測定工程において取得した図５に示した蛍光スペクトルのピーク値が３５０以上であれば、厚さが十分であると判定する。一方、スペクトル測定工程において取得した蛍光スペクトルのピーク値が３５０未満であれば、厚さが不十分と判定する。保護膜の厚さが不十分と判断された場合は、上記保護膜の測定及び判定装置が、図２の装置（保護膜形成手段８）と同じ空間に存在しない場合、搬送機構９がそのワークＷを保護膜形成手段８の保持テーブル８０に戻し、再度保護膜を形成する。また、上記保護膜の測定及び判定装置が、図２の装置と同じ空間に存在する場合（例えば保護膜形成装置の直上に配置される場合）、搬送を必要とせず、チャックテーブルに保持されたままのワークに対して、励起光を照射すればよく、保護膜の測定および判定のために搬送しなくてよい。再度の保護膜形成にあたっては、保護膜を洗浄してから被覆しなおしてもよいし、被覆してある保護膜の上にさらに保護膜を被覆してもよい。保護膜を再度被覆した場合は、スペクトル測定工程及び判定工程を再び実施する。
一枚のワークに被覆された保護膜のうち、厚さが不十分な部分を検出する場合は、ＬＥＤ光を保護膜全面に照射し、保護膜全面からの蛍光を受光部１０４が受光した蛍光画像を二値化する。例えば、保護膜からの蛍光が青色である場合は、制御部１０５は、画像を構成するＲＧＢのうち、ＲＧとＢとの大小を比較する。例えば、８ビットの情報からなる各画素について、以下の関係式（１）が成立するか否かの判断を行う。
｛（Ｒ（０〜２５５）＋Ｇ（０〜２５５））／２＋Ｑ｝＜｛Ｂ（０〜２５５）｝式（１）
なお、０〜２５５は画素の値である。また、Ｑは任意の値であり、バンプ等のワークの形状や状態に応じて決定される。
制御部１０３は、各画素について、上記関係が成立する場合は黒色、上記関係が成立しない場合は白色とし、いずれかの色を一画面にマッピングした二値化画像を形成する。こうして形成された二値化画像において黒色に表示された部分は、保護膜の厚さが十分と考えられる部分であり、白色で表示された部分は、保護膜の厚さが十分でないと判断し、保護膜が被覆されたか判定することができる。なお、保護膜を形成する前に、ワークＷの表面に紫外線を照射することにより親水性を向上させて保護膜を均一に形成してもよい。
４ レーザー加工工程
上記判定工程において保護膜８６の厚さが十分であると判定されたワークＷは、チャックテーブル２がＸ軸方向に移動してワークＷがレーザー照射手段３の下方に位置づけされる。ここで、ワークＷはシリコン基板と、シリコン基板上に形成された誘電体膜（ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ポリイミドなどの１つ以上を含む膜）を含む。
そして、加工すべき分割予定ラインＬが検出された後、チャックテーブル２をＸ軸方向に加工送りしながら、検出された分割予定ラインＬに沿って照射ヘッド３１からレーザー光が照射されてアブレーション加工される。加工条件は、例えば以下のとおりである。
波長：５５０ｎｍ以下
パルス幅：１０ｆｓ〜５００ｎｓ
出力：０．１〜１００Ｗ
繰り返し周波数：１０ｋＨｚ〜１ＧＨｚ
スポット径：２〜７０μｍ
送り速度：１００〜５，０００ｍｍ／秒
加工モード：シングルパルス、または、バーストパルス
ビーム形状：ガウシアン型または、トップハット型
例えば、加工するレーザー波長が３５５ｎｍの場合、下記のように複数回のレーザー照射条件を使用する。
第一照射及び、第二照射でデラミネーション（膜剥がれ）防止のために低強度レーザー加工を行い誘電体膜に２条の溝を形成する。そして、第三照射においてシリコン基板に溝を形成する高強度レーザー加工を行う。第三照射は、第一照射及び第二照射で形成された溝に重複するように加工する。ワーク表面（特にストリート上）に低誘電率膜（Ｌｏｗ−Ｋ膜）やパシベーション層が形成されていない場合、第一照射、第二照射は必須ではなく、第三、第四照射のみでもよい。また、複数回の照射のうち、第一照射を弱くして第二照射を強くする、または逆に第一照射を強くして第二照射を弱くすることや、各照射で形成される溝が重複するもしくは離れているように加工するなど、様々なレーザー照射方法があるが、これらに特に限定はなく、材料に応じてレーザーの可変パラメータを調節し、最適な加工条件を選定する。また、光源からの光を分岐した分岐ビームを使用してもよい。分岐ビームは、上記の第一、第二照射を同時に行うために使用してもよいし、３つ以上に分岐し、これらを加工進行方向に対して、平行、垂直、斜めに並べ、加工してもよい。分岐ビームは熱的な影響を緩和させるために、ビーム間隔を離して加工する方がよい。
パルス幅がナノ秒以下の場合、デラミネーション防止のために、少なくとも５０％以上の高いラップ率（照射スポットが重複する率）が望ましく、デラミネーションを防止し、且つ高速加工を実現するには、ＭＨz以上の高い繰り返し周波数を有するレーザー発振器を使用する。また、高速加工の際、ポリゴンミラーを用いてストリート内を直線状または非直線状に照射してよい。パルス幅がナノ秒以下の場合においても、上記ナノ秒レーザー加工と同様に様々な照射方法や溝を形成させる方法があるが、材料に応じて、レーザーの可変パラメータを調節し、最適な加工条件を選定すればよい。
形成される溝は、溝の中心部分が深くなるような形状が好ましい。
レーザー加工時、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウムなどのアシストガスを噴射して溶融・蒸発した物質を除去してもよいし、吸引ノズル等によって吸引して溶融・蒸発した物質を除去してもよい。
割り出し送り手段５がチャックテーブル２をＹ軸方向にインデックス送りして上記と同様のアブレーション加工を行い、さらにチャックテーブル２を９０度回転させてから同様のアブレーション加工を行うと、すべての分割予定ラインＬに沿って加工溝が形成される。
アブレーション加工によって生じ飛散したデブリは、保護膜８６の上に付着する。レーザー加工されるワークＷに形成された保護膜８６は、上記判定工程において十分な厚さを有すると判定されたものであるため、デブリがデバイスＤに付着するのを防止することができる。
保護膜が全面に塗布されても、高いバンプを有するワークは、シリコンからなるデブリが、空気中の酸素と反応して水洗では除去できない酸化ケイ素（SiOＸ）などの残渣となってバンプの表面に付着し、その除去が困難となる。この場合、等方性のプラズマエッチングによりバンプ表面に付着した残渣を除去する。
なお、保護膜８６を構成する保護膜液８１０にTiO2等の金属酸化物を混入させ、レーザー加工を促進するとよい。また、保護膜液８１０にシリカ（SiO2）を混入させれば、その低い膨張率、高い熱拡散性により、膜剥がれを抑制することもできる。金属酸化物の粒径は、１０〜２００ｎｍであり、水溶性樹脂１００重量部当り０．０１乃至１０重量部程度の金属酸化物を混入させる。また、金属酸化物の粒子の形状は、真円状であってもよいし、また真円以外の一方向に細長い針状の形状でもよい。
以上のようにして、図１に示したカセット６０に収容されたすべてのワークＷについて、スペクトル測定工程、判定工程及びレーザー加工工程を繰り返す。そうすると、すべてのワークＷについて、デブリが付着していないデバイスを作製することができる。
ワークＷが分割された後、それぞれのデバイスがテープＴに貼着されたままの状態で、搬送機構９によって保護膜検出装置１０に搬送され、図２に示した洗浄液ノズル８２から保護膜８６に向けて洗浄水を噴出することにより、各デバイスの表面に被覆された保護膜を除去する。
なお、本実施形態では、レーザー加工装置１において、ワークＷの表面Ｗａに保護膜を形成する機能と、形成した保護膜が所望の厚さを有するか否かを判定する機能と、ワークＷをレーザー加工する機能とを実現することとしたが、これら各機能は、別々の装置に分散していてもよい。また、蛍光スペクトルを測定する装置と保護膜を形成する装置とが本実施形態のように同じ空間に併設されていてもよいし、これらが同じ空間に併設されていなくてもよい。
図５〜図１０に示した蛍光スペクトルは、図４に示した保護膜液８１０として株式会社ディスコが提供する水溶性樹脂からなるＨｏｇｏｍａｘを使用し、この保護膜に３５５ｎｎｍのパルスレーザー光線を吸収する吸収剤（フェルラ酸）を含ませたもの（目視で、無色〜微黄色を呈している）を、実ウエーハの表面に被覆した場合の測定結果を示している。図１１〜１２に示した蛍光スペクトルは、ＨｏｇｏＭａｘ中に含まれている吸収剤を変更したものであり、５３２ｎｍのパルスレーザー光線を吸収する吸収剤（青色色素）が含まれている（目視で、赤〜青色を呈している）。
上述のように、図５及び図６に示した蛍光スペクトルは、保護膜に照射する光の波長が３６５ｎｍであり、この場合の蛍光スペクトルは、保護膜の厚さと蛍光強度との関係に相関性が認められるため、保護膜が所定の厚さを有するか否かの判定に使用できることが確認された。
図７に示した励起光の波長を３８５ｎｍとしたパターンウエーハの蛍光スペクトルについては、保護膜の膜厚が厚くなるほど蛍光強度が高くなっているため、パターンウエーハに形成された保護膜についての厚さ判定においては、蛍光スペクトルの対比に基づき、実際の保護膜が所定の厚さを有するか否かを判定することができる。
一方、図８に示した照射する光の波長を３８５ｎｍとしたバンプ付きウエーハの蛍光スペクトルについては、保護膜が薄い場合には蛍光強度に相関性がなく、保護膜が厚く形成されている場合（厚さが５．０μｍ又は３．１μｍの場合）にのみ相関性が認められるため、保護膜が厚く形成されている場合（例えば厚さが３．１μ以上の場合）は、蛍光スペクトルの対比に基づき、実際の保護膜が所定の厚さを有するか否かを判定することができる。
図９及び図１０に示した蛍光スペクトルについては、保護膜の厚さと蛍光強度との間に相関性が認められないため、保護膜の厚さの判定に供するものではないと考えられる。
図１１及び１２に示した励起光の波長を５３２ｎｍと５７０ｎｍとしたバンプ付きのウエーハの蛍光スペクトルについては、保護膜が厚くなるほど、蛍光強度が高くなっているため、バンプ付きのウエーハに形成された保護膜についての厚さ判定においては、蛍光スペクトルの対比に基づき、実際の保護膜が所定の厚さを有するか否かを判定することができる。
図１３及び図１４の実写像及び二値化像については、保護膜中にレーザー光線を吸収する吸収剤の有無による本手法の有効性を検証したものである。
バンプ付きのウエーハにレーザー光線を吸収する吸収剤が混入されている保護膜を塗布した場合、波長が３６５±１０ｎｍのＬＥＤ光を照射することにより、保護膜が塗布された領域からは青色の蛍光が見られ、その青色の蛍光は、図１３(a)においてうすい白色として現れている。一方、レーザー光線を吸収する吸収剤が混入されていない保護膜を塗布した場合は、青色の蛍光は見られず、図１３(ｂ)のように、白色として現れていない。
また、パターン付きのウエーハにおいても、レーザー光線を吸収する吸収剤が混入されている保護膜を塗布した場合、波長が３６５±１０ｎｍのＬＥＤ光を照射することにより、保護膜が塗布された領域からは青色の蛍光が見られ、図１４(a)のようにその部分がうすい白色として現れている。一方、レーザー光線を吸収する吸収剤が混入されていない保護膜を塗布した場合は、蛍光は見られず、図１４(ｂ)のように白色として現れていない。
得られた画像について、上記の式（１）による二値化像解析を行った。任意の値Ｑを調節することにより、図１３(ｃ)及び 図１４(ｃ)のようにレーザー光線を吸収する吸収剤が混入されている保護膜は、黒色で表示され、図１３(ｄ)及び 図１４(ｄ)のようにレーザー光線を吸収する吸収剤が混入されていない保護膜を塗布した場合は白く表示された。
このように本手法は、保護膜中のレーザー光線を吸収する吸収剤による蛍光に由来する測定方法である。
また、図１３(a)及び図１４(a)では、保護膜の未塗布領域を人為的に作製した。人為的に作製された領域は、各ウエーハの下側の領域である。図１３(a)及び図１４(a)では、保護膜の未塗布領域では、蛍光が見られず、また二値化像でも、白く表示された。このように、保護膜中のレーザー光線を吸収する吸収剤による蛍光を測定することにより、保護膜が塗布されているか否かを判別することができた。
以上より、例えば紫外域の蛍光強度測定用の単一波長の連続光としては、３６５ｎｍ及び３８５ｎｍを用いたが、この中では、波長が３６５ｎｍの場合に、保護膜の厚さと蛍光強度との間に明確な相関性があり、光吸収係数が大きくなり、吸収剤による蛍光強度が大きくなるので、保護膜の有無について判定しやすくなることが確認された。また、保護膜の厚さの判定に用いることができる図５〜図８の蛍光スペクトルにおいては閾値設定の基準となるピーク波長は、照射する光の波長より長く、４００〜５００ｎｍの範囲にあることも確認された。
１：レーザー加工装置
２：保持テーブル ２０：吸引部 ２１：固定部 ２１０：押さえ部
３：レーザー照射手段 ３０：基台 ３１：照射ヘッド
４：加工送り手段
４０：ボールネジ ４１：ガイドレール ４２：モータ ４３：スライド部
５：割り出し送り手段
５０：ボールネジ ５１：ガイドレール ５２：モータ ５３：基台
６ カセット載置領域 ６０：カセット ６１：仮置き領域 ６２：ガイド部
７：搬出入手段 ７０：挟持部
８：保護膜形成手段
８０：保持テーブル ８１：保護膜液ノズル ８２：洗浄液ノズル
８３：昇降部 ８３０：エアシリンダ ８３１：ロッド ８４：モータ
８５：エアノズル ８６：樋部 ８６０：排出部
９：搬送機構 ９０：回動軸 ９１：伸縮アーム ９２：吸着部
１０：保護膜検出装置
１００：励起用光源 １０１：ハーフミラー １０２：ミラー １０３：集光レンズ
１０４：受光部 １０５：制御部

Claims (3)

  1. 紫外域または可視域の波長を有するパルスレーザー光線をワークに照射してレーザー加工する際に発生する加工屑からワークの表面を保護するために前記パルスレーザー光線を吸収する吸収剤を含んだ水溶性樹脂によってワークの表面に形成された保護膜の被覆状態を検出する保護膜検出方法であって、
    厚さの異なる保護膜をワークの表面にそれぞれ形成し、前記吸収剤が吸収する異なる波長の複数の光をそれぞれの前記保護膜に照射して前記光の吸収によって前記吸収剤が発光する蛍光の強度を測定する基準スペクトル作成ステップと、
    前記異なる波長の複数の光のうち前記保護膜の厚さと前記蛍光強度とに相関性がある波長の光の前記蛍光強度に基づいて前記保護膜の所定厚さに対応する蛍光強度の閾値を求める閾値決定ステップと、を有する準備工程と、
    ワークの表面に形成された保護膜が所定厚さに形成されているかどうか判定するために、ワークの表面に形成された前記保護膜に前記光を照射して、前記光の吸収によって前記吸収剤が発光する蛍光の蛍光強度と前記閾値とを比較して前記保護膜が所定厚さに形成されているか否かを判定する判定工程と、
    を備える保護膜検出方法。
  2. 前記パルスレーザー光線の波長は３５５ｎｍであり、
    前記光の波長は３５５〜４００ｎｍであり、
    前記蛍光のピーク波長は、前記光の波長より長く、３６５〜６００ｎｍの範囲にある、請求項１に記載の保護膜検出方法。
  3. 前記パルスレーザー光線の波長は５３２ｎｍであり、
    前記光の波長は４８０〜６００ｎｍであり、
    前記蛍光のピーク波長は、前記波長より長く、５７０〜７００ｎｍの範囲にある、請求項１に記載の保護膜検出方法。
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