JP6670786B2 - ダイシング方法及びレーザー加工装置 - Google Patents

Description

本発明による実施形態は、ダイシング方法及びレーザー加工装置に関する。

半導体素子が形成された基板を個々のチップに分割するダイシング方法として、加工用レンズを通してレーザー光を基板に照射するステルス加工が知られている（特許文献１）。このステルス加工において、加工用レンズと基板間の距離を精度よく測定することは困難である。

特開２００８−８７０２７号公報

加工用レンズと基板間の距離の測定における精度を向上することが可能なダイシング方法及びレーザー加工装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、ダイシング方法が提供される。前記ダイシング方法においては、基板の表面に沿った方向である第１方向におけるある位置を位置ｘとし、加工用レンズと、前記加工用レンズから前記第１方向に沿って距離Ｌ離れて設けられ前記基板の表面に垂直な方向である第２方向に沿って前記基板との間の距離を測定可能な第１基板情報検出部及び前記第１基板情報検出部から前記第１方向に沿って距離Ｌ離れて設けられ前記第２方向に沿って前記基板との間の距離を測定可能な第２基板情報検出部とを用い、前記基板を第１方向に移動しつつ、前記第２方向に沿って、前記基板の第１部分と、第１基板情報検出部との間の距離を第１距離ｉ（ｘ）として取得する工程と、前記第１方向に沿って前記第１部分から距離Ｌ離れた前記基板の第２部分と、第２基板情報検出部との間の距離を第２距離ｊ（ｘ）として取得する工程と、前記加工用レンズと、前記基板との間の前記第２方向に沿った距離ｈ（ｘ）を式（１）に基づいて算出する工程と、ｈ（ｘ）＝ｉ（ｘ）＋ｉ（ｘ−Ｌ）−ｊ（ｘ−Ｌ）・・・（１）前記ｈ（ｘ）に基づいて、前記加工用レンズからレーザー光を前記基板に照射する工程と、を含む。

本実施形態に係るダイシング方法を示す断面図である。 本実施形態に係るレーザー加工装置を示す。 本実施形態に係る基板の移動方向を説明する図である。 本実施形態に係るダイシング方法を説明する図である。 本実施形態に係る反射方式を説明する図である。 本実施形態に係るダイシング方法を説明する図である。 本実施形態の測定方法を説明する概念図である。 本実施形態の測定方法を説明する概念図である。 本実施形態の変形例に係るダイシング方法を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

図１は、本実施形態におけるダイシング方法の一例を示す。

表面を図示しない保護テープで覆われている基板１にレーザー光ＬＡを照射する。保護テープは、基板１の表面に形成された半導体素子を保護することを目的としている。この基板１は例えば、シリコン基板である。図１はレーザー照射中の基板１の断面図を示す。

基板１のダイシング予定ラインに沿ってレーザー光を照射し基板内部にレーザー光を集光することで、基板内部に結晶配列が崩れた改質層ＳＤを形成する。この改質層ＳＤを起点として、基板上下に延びる亀裂（カットライン）が発生する。

さらに基板裏面から砥石を用いて研削することで、カットラインが表面に現れる。

その後は、例えばＤＡＦ（Ｄｉｅ Ａｔｔａｃｈｅｄ Ｆｉｌｍ）など接着材付のテープを基板に張り合わせリングで固定した後、保護テープを剥離する。さらに、エキスパンドリングで基板を下から突き上げ、個々のチップに分割する。

このレーザー光照射では、図２に示すようなレーザー加工装置１００を用いる。レーザー加工装置１００は、基板１を載置可能なチャックテーブル１０、ＳＤエンジン２０と、基板を移動可能な基板移動手段３０を有している。ＳＤエンジン２０は、レーザー光照射機能を有している。ＳＤエンジンの詳細は後述する。チャックテーブル１０は円形であり、チャックテーブルの表面に平行な平面上において、Ｘ方向及びＸ方向に垂直なＹ方向を定める。さらに、Ｘ方向及びＹ方向に垂直な向きをＺ方向とする。Ｚ方向はチャックテーブル１０の面（ＸＹ平面）に対して、垂直な向きである。またＸＹ平面において、チャックテーブルの中心点を基準とした回転角をθとする。

チャックテーブルを基板移動手段３０により移動させることで、基板に対するレーザー光の照射位置を変更可能である。

一般にレーザー光照射時は、基板はＸ方向及びＹ方向に沿って一方向に移動する。このレーザー光照射時の基板の移動方向を基板の送り方向と称する。図３に示すように、基板をＸ方向に移動しながらレーザー光の照射を行った（Ｓｔｅｐ１）のち、基板を回転する。この回転角はθ＝９０°である。そして基板をＹ方向に所定の距離だけ移動する（Ｓｔｅｐ２）。所定の距離とは、例えば基板を個々のチップに分割したときの１チップ分の長さである。このＹ方向への移動の際にはレーザー光の照射は行わない。そして再度、Ｘ方向に移動しながら、Ｘ方向に沿ってレーザー光を照射する（Ｓｔｅｐ３）。このようにＸ方向の移動及びレーザー光照射と、Ｙ方向の移動を繰り返すことで基板全面に亘ってＸ方向のレーザー光照射を行う。

次に、基板のＸ方向及びＹ方向を切り替える。Ｙ方向に沿った基板の移動及びレーザー光照射と、Ｘ方向の移動を繰り返す。Ｘ方向の移動の際にはレーザー光の照射は行わない。このようにして、基板のＸ方向及びＹ方向に沿って個々のチップの大きさに対応するように格子状にレーザー光が照射され、基板内部に改質層ＳＤが形成される。その後は公知の方法により、基板を個々のチップに分割する。

図４を用いて、ＳＤエンジン２０を用いたレーザー光照射について説明をする。ＳＤエンジン２０は、基板加工のための加工用レーザー光源２１、レーザー光を基板に照射可能な加工用レンズ２２、基板のＸ方向及びＹ方向の位置を確認するためのＣＣＤカメラ２３及び基板のＺ方向位置を確認するための基板情報検出部２４を有する。ＣＣＤカメラ２３は、加工用レンズ２２を通して白色光ＷＬを基板に照射することで基板のＸ方向及びＹ方向の位置を求めることができる。さらに基板情報検出部２４で得られた情報に基づき、基板１と加工用レンズ２２間の距離情報を算出する算出部２５を有する。基板１と加工用レンズ２２の互いに対向している面の間の距離を基板１と加工用レンズ２２間の距離ｈとする。なお、距離情報は、例えば反射方式により求められる。反射方式とは図５に示したように、例えば光源のレーザーと位置検出素子で構成される。測定対象物にレーザーを照射し、反射した光を位置検出素子で検出する。例えば、測定対象物が位置Ａから位置Ｂに移動することで、反射光の軌跡が変わる。位置検出素子で検出した位置変化Δｄをもとに、測定対象物の移動距離Δｈを検出する方法である。加工用レンズ２２は圧電素子（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｅｌｅｍｅｎｔ）２６を備えており、圧電素子によって加工用レンズ２２のＺ方向の位置を変えることが可能である。つまり、ＳＤエンジン２０は基板１と加工用レンズ２２間の距離ｈに応じて、加工用レンズ２２を動かすＡＦ（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ）機能を備えている。

本実施形態では、複数の基板情報検出部を有する。図６では、第１の基板情報検出部２４１及び第２の基板情報検出部２４２を示している。図６では簡略化のため、算出部２５を省略している。基板の送り方向に沿って等間隔に、加工用レンズ２２、第１の基板情報検出部２４１及び第２の基板情報検出部２４２が並んでいる。つまり、加工用レンズ２２から第１の基板情報検出部２４１までの距離と、第１の基板情報検出部２４１から第２の基板情報検出部２４２までの距離は等しい。より正確には、加工用レンズ２２を通過するレーザー光ＬＡ、第１の基板情報検出部２４１及び第２の基板情報検出部２４２を通過する光（Ｍ１およびＭ２）のそれぞれが基板に到達する位置が等間隔となっている。なお、第１の基板情報検出部と第２の基板情報検出部は、同時に基板のＺ方向位置を確認することが可能である。

複数の基板情報検出部を有することで、加工用レンズ２２と基板１との間の距離ｈを正確に測定することができる。この理由について、以下に説明する。

レーザー光照射時の基板の厚さ方向におけるレーザー光の集光位置のばらつきを小さくするためには、加工用レンズ２２と基板１間の距離ｈを一定に保つことが重要である。そのために基板の送り方向において加工用レンズ２２の前方の基板情報を測定し、その測定結果に基づき加工用レンズのＺ方向位置を調整し、レーザー光を照射するという方法がある。

この場合、基板はＸＹ平面に平行に送られることが望ましいが、基板の送り方向がＸＹ平面に対してずれが生じる場合がある。つまり、基板がＸＹ平面に対して平行に進まずＺ方向に揺らぐ場合が有る。つまり、レーザー光照射軸の真直性が悪く、うねり成分を有することが有る。このようなうねり成分により、実際のレーザー光照射位置とは異なる基板情報に基づき、加工用レンズのＺ方向位置が決まるという問題がある。

図７は本実施形態の測定方法を説明するための概念図である。基板の送り方向がＸ方向である場合を示しているが、送り方向がＹ方向の場合も同様である。図７は、基板のＸ方向位置に対する、軸のうねり成分ｆ（ｘ）および実際の基板形状ｇ（ｘ）を示している。加工用レンズと基板間との距離ｈ（ｘ）はｈ（ｘ）＝ｆ（ｘ）−ｇ（ｘ） ・・（式１）で表される。また、基板情報を測定する基板の第１部分および第２部分における基板情報ｉ（ｘ）、ｊ（ｘ）はそれぞれ式２及び式３で表される。

ｉ（ｘ）＝ｆ（ｘ）−ｇ（ｘ＋Ｌ） ・・（式２）
ｊ（ｘ）＝ｆ（ｘ）−ｇ（ｘ＋２Ｌ） ・・（式３）
ただし、基板の第１部分及び第２部分はそれぞれ、加工用レンズ位置からＬ及び２Ｌ離れており、図６の第１の基板情報検出部２４１及び第２の基板情報検出部２４２に対応している。Ｌは例えば、７０ｍｍである。

（式１）、（式２）及び（式３）より
ｈ（ｘ）＝ｆ（ｘ）−ｇ（ｘ＋Ｌ）＋ｇ（ｘ＋Ｌ）−ｇ（ｘ）
＝ｉ（ｘ）＋ｇ（ｘ＋Ｌ）−ｇ（ｘ）
＝ｉ（ｘ）＋ｉ（ｘ−Ｌ）−ｊ（ｘ−Ｌ） ・・（式４）
（式４）の右辺の各項は、測定により求めることが可能である。例えば、図８のように基板の第１部分及び第２部分における基板情報ｉ（ｘ）及びｊ（ｘ）に相当する信号から、差分回路、遅延回路及び加算回路を用いてｈ（ｘ）を求めることが出来る。よって、このように、基板上の２か所の基板情報ｉ（ｘ）及びｊ（ｘ）を得ることで、うねり成分ｆ（ｘ）を除いた加工用レンズと基板間の距離ｈ（ｘ）を求めることが出来る。

加工用レンズと基板間の距離ｈ（ｘ）に基づき、加工用レンズのＺ方向位置を決定する。例えば、圧電素子に印加される電圧によって、加工用レンズのＺ方向位置を変える。圧電素子２６を用いて加工用レンズを常に上下に動かすことで、距離情報を加工用レンズ位置に反映されるまでの時間を短縮することができる。その後、加工用レンズからレーザー光を基板に照射する。基板の送り方向に沿って基板の位置を変えながら、距離情報の算出とレーザー光の照射を繰り返し、基板のダイシングを行う。

または、基板情報の検出および距離情報の算出を繰り返し所定の長さにおける距離情報を算出したのち、所定の長さに亘ってレーザー光の照射を行っても良い。

このように本実施形態によると、うねり成分の影響を受けず加工用レンズと基板間の距離を求めることが出来る。つまり、測定装置の位置変化により生じる距離情報の測定値変化を低減できる。加工用レンズを実際の基板の状態に即したＺ方向位置に合わせることが出来るため、レーザー光の集光位置ばらつきが小さくなり、ＳＤ層を基板の厚さ方向において均一に形成することが可能になる。

ここでは２個の基板情報検出部を示しているが、２個に限らず複数の基板情報検出部が存在すれば良い。

図９に本実施形態の変形例を示す。図６では、基板の送り方向に沿って、加工用レンズに対して一方向にのみ第１の基板情報検出部２４１及び第２の基板情報検出部２４２が配置されていた。それに対して、図９に示す変形例では、基板の送り方向に沿って、加工用レンズを挟むように基板情報検出部２４が配置されている。つまり、第３の基板情報検出部２４３、第４の基板情報検出部２４４、加工用レンズ２２、第1の基板情報検出部２４１及び第２の基板情報検出部２４２が基板の送り方向に沿って順に並んでいる。このように加工用レンズに対して両方向に基板情報検出部２４を設けることで、基板加工の方向に依らず加工用レンズと基板間の距離を正確に求めることが出来る。

１ 基板
１０ チャックテーブル
２０ ＳＤエンジン
２１ 加工用レーザー光源
２２ 加工用レンズ
２３ ＣＣＤカメラ
２４ 基板情報検出部
２４１ 第１の基板情報検出部
２４２ 第２の基板情報検出部
２４３ 第３の基板情報検出部
２４４ 第４の基板情報検出部
２５ 算出部
２６ 圧電素子
３０ 基板移動手段
１００ レーザー加工装置

Claims (8)

1. 基板の表面に沿った方向である第１方向におけるある位置を位置ｘとし、
   加工用レンズと、前記加工用レンズから前記第１方向に沿って距離Ｌ離れて設けられ前記基板の表面に垂直な方向である第２方向に沿って前記基板との間の距離を測定可能な第１基板情報検出部及び前記第１基板情報検出部から前記第１方向に沿って距離Ｌ離れて設けられ前記第２方向に沿って前記基板との間の距離を測定可能な第２基板情報検出部とを用い、
   前記基板を第１方向に移動しつつ、
   前記第２方向に沿って、前記基板の第１部分と、第１基板情報検出部との間の距離を第１距離ｉ（ｘ）として取得する工程と、
   前記第１方向に沿って前記第１部分から距離Ｌ離れた前記基板の第２部分と、第２基板情報検出部との間の距離を第２距離ｊ（ｘ）として取得する工程と、
   前記加工用レンズと、前記基板との間の前記第２方向に沿った距離ｈ（ｘ）を式（１）に基づいて算出する工程と、
   ｈ（ｘ）＝ｉ（ｘ）＋ｉ（ｘ−Ｌ）−ｊ（ｘ−Ｌ）・・・（１）
   前記ｈ（ｘ）に基づいて、前記加工用レンズからレーザー光を前記基板に照射する工程と、を含むダイシング方法。
2. 前記第１距離ｉ（ｘ）検出する工程、前記第２距離ｊ（ｘ）検出する工程、前記ｈ（ｘ）を算出する工程及び前記レーザー光を照射する工程を複数回繰り返すことを特徴とする請求項１に記載のダイシング方法。
3. 前記第１距離ｉ（ｘ）を検出する工程、前記第２距離ｊ（ｘ）検出する工程及び、前記ｈ（ｘ）を算出する工程を繰り返したのち、前記レーザー光を照射する工程を行うことを特徴とする請求項１に記載のダイシング方法。
4. 前記ｈ（ｘ）に基づいて、前記加工用レンズ位置を調整することを特徴とする請求項１に記載のダイシング方法。
5. 前記加工用レンズは圧電素子を備えており、前記ｈ（ｘ）に基づいて、前記圧電素子に印加される電圧を変化させることを特徴とする請求項１に記載のダイシング方法。
6. 前記第１距離ｉ（ｘ）及び前記第２距離ｊ（ｘ）を同時に検出することを特徴とする請求項１に記載のダイシング方法。
7. 基板を保持可能なチャックテーブルと、
   前記基板を第１方向に移動可能な移動手段と、
   レーザー光を出射する加工用レーザー光源と、
   前記レーザー光を前記基板に照射可能な加工用レンズと、
   前記第１方向に沿って前記加工用レンズと距離Ｌだけ離れて設けられ、前記加工用レンズが前記基板上において前記第１方向に沿って位置ｘにあるとき前記基板との距離情報をｉ（ｘ）として測定可能な第１の基板情報検出部と、
   前記第１方向に沿って前記加工用レンズと距離２Ｌだけ離れて設けられ、前記加工用レンズが前記基板上において前記第１方向に沿って位置ｘにあるとき前記基板との距離情報をｊ（ｘ）として測定可能な第２の基板情報検出部と、
   前記ｉ（ｘ）と前記ｊ（ｘ）との情報に基づいて、前記基板と、前記加工用レンズ間の距離ｈ（ｘ）を式（１）に基づいて算出する算出部と、
   ｈ（ｘ）＝ｉ（ｘ）＋ｉ（ｘ−Ｌ）−ｊ（ｘ−Ｌ）・・・（１）
   を備えることを特徴とするレーザー加工装置。
8. ｈ（ｘ）に基づいて電圧を変化させることで前記加工用レンズの位置を調整させる圧電素子をさらに備える請求項７に記載のレーザー加工装置。

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