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JP4408361B2 - ウエーハの分割方法 - Google Patents

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Description

本発明は、表面に格子状に形成されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域に素子が形成されたウエーハのストリートに沿って透過性を有するレーザー光線を照射して内部に変質層を形成するレーザー加工方法およびレーザー加工装置に関する。
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートによって複数の領域が区画され、この区画された領域にIC、LSI等の回路(素子)を形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することにより回路が形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。また、サファイヤ基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハもストリートに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。
半導体チップや光デバイス等のチップは、一般に直方体に加工されるが、チップの特性を向上させるため、またチップの表裏を揃えるために平行四辺形または台形に形成する場合がある。
上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のストリートに沿った切断は、通常、ダイサーと称されている切削装置によって行われている。この切削装置は、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を切削するための切削手段と、チャックテーブルと切削手段とを相対的に移動せしめる切削送り手段とを具備している。切削手段は、回転スピンドルと該スピンドルに装着された切削ブレードおよび回転スピンドルを回転駆動する駆動機構を備えたスピンドルユニットを含んでいる。切削ブレードは円盤状の基台と該基台の側面外周部に装着された環状の切れ刃からなっており、切れ刃は例えば粒径3μm程度のダイヤモンド砥粒を電鋳によって基台に固定し厚さ20μm程度に形成されている。
しかるに、上記切削装置によってウエーハに形成された素子を平行四辺形や台形に切削する場合、上記チャックテーブルを傾斜させたり、上記スピンドルユニットを傾斜させて加工している。(例えば、特許文献1参照。)
特開平2003−124155号公報
一方、近年半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、その被加工物に対して透過性を有するレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてレーザー光線を照射するレーザー加工方法も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、被加工物の一方の面側から内部に集光点を合わせて被加工物に対して透過性を有する赤外光領域のレーザー光線を照射し、被加工物の内部にストリートに沿って変質層を連続的に形成し、この変質層が形成されることによって強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、被加工物を分割するものである。(例えば、特許文献2参照。)
特開平2002−192367号公報
而して、切削装置によってチャックテーブルやスピンドルユニットを傾斜させて加工するためには、チャックテーブルやスピンドルユニットを傾斜させるための大掛かりな機構が必要となる。
また、サファイヤ基板、炭化珪素基板、リチウムタンタレート基板等はモース硬度が高いため、上記切削ブレードによる切断は必ずしも容易ではない。更に、切削ブレードは20μm程度の厚さを有するため、デバイスを区画するストリートとしては幅が50μm程度必要となる。このため、例えば大きさが300μm×300μm程度のデバイスの場合には、ストリートが占める面積比率が大きく、生産性が悪いという問題がある。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、レーザー加工技術を用いることによりウエーハに形成されるストリート幅が狭くても平行四辺形や台形のチップに加工することができるレーザー加工方法およびレーザー加工装置を提供することである。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、表面に格子状に配列されたストリートによって多数の領域が区画され、この区画された領域に素子が形成されたウエーハに透過性を有するレーザー光線を照射しつつ該ウエーハを相対的に加工送りし、該ウエーハの内部に該ストリートに沿って変質層を形成して該ウエーハを個々のチップに分割するウエーハの分割方法であって、
該レーザー光線、該ウエーハのレーザー光線照射面に垂直な方向に対して該加工送り方向と直交する方向に所定角度をもって線対称の2方向から順次照射し、ストリートに沿ってV字状の変質層を形成する際に、集光点をレーザー光線照射方向に段階的に変えて複数の変質層を形成し、
変質層が形成されて強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、ウエーハを台形のチップに分割することを特徴とするウエーハの分割方法が提供される。
また、上記レーザー光線は、ウエーハの裏面側から照射することが望ましい。
また、本発明によれば、被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物にレーザー光線を照射する集光器を備えたレーザー光線照射手段と、該集光器と該チャックテーブルを相対的に加工送りする加工送り手段と、を具備するレーザー加工装置において、
該集光器は、該チャックテーブルの被加工物保持面に垂直な方向に対して該加工送り方向と直交する方向に傾斜可能に構成されている、
ことを特徴とするレーザー加工装置が提供される。
本発明においては、レーザー光線をウエーハのレーザー光線照射面に垂直な方向に対して加工送り方向と直交する方向に所定角度をもって照射して内部に変質層を形成するので、ウエーハに形成されるストリート幅が狭くても平行四辺形や台形のチップに分割することができる。また、本発明によるレーザー加工装置においては、レーザー光線照射手段の集光器のみを傾斜可能に構成すればよいので、傾斜させるための機構が簡単となる。
以下、本発明に従って構成されたレーザー加工方法およびレーザー加工装置の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1には、本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図が示されている。図1に示されたレーザー加工装置は、静止基台2と、該静止基台2に矢印Xで示す加工送り方向に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構3と、静止基台2に上記矢印Xで示す方向と直角な矢印Yで示す割り出し送り方向に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構4と、該レーザー光線ユニット支持機構4に矢印Zで示す方向に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット5とを具備している。
上記チャックテーブル機構3は、静止基台2上に矢印Xで示す方向に沿って平行に配設された一対の案内レール31、31と、該案内レール31、31上に矢印Xで示す方向に移動可能に配設された第一の滑動ブロック32と、該第1の滑動ブロック32上に矢印Yで示す方向に移動可能に配設された第2の滑動ブロック33と、該第2の滑動ブロック33上に円筒部材34によって支持された支持テーブル35と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル36を具備している。このチャックテーブル36は多孔性材料から形成され被加工物保持面361aを備えた吸着チャック361を具備しており、被加工物保持面361a上に被加工物である例えば円盤状のウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。また、チャックテーブル36は、円筒部材34内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。
上記第1の滑動ブロック32は、その下面に上記一対の案内レール31、31と嵌合する一対の被案内溝321、321が設けられているとともに、その上面に矢印Yで示す方向に沿って平行に形成された一対の案内レール322、322が設けられている。このように構成された第1の滑動ブロック32は、被案内溝321、321が一対の案内レール31、31に嵌合することにより、一対の案内レール31、31に沿って矢印Xで示す方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構3は、第1の滑動ブロック32を一対の案内レール31、31に沿って矢印Xで示す加工送り方向に移動させるための加工送り手段37を具備している。加工送り手段37は、上記一対の案内レール31と31の間に平行に配設された雄ネジロッド371と、該雄ネジロッド371を回転駆動するためのパルスモータ372等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド371は、その一端が上記静止基台2に固定された軸受ブロック373に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ372の出力軸に図示しない減速装置を介して伝動連結されている。なお、雄ネジロッド371は、第1の滑動ブロック32の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ372によって雄ネジロッド371を正転および逆転駆動することにより、第一の滑動ブロック32は案内レール31、31に沿って矢印Xで示す加工送り方向に移動せしめられる。
上記第2の滑動ブロック33は、その下面に上記第1の滑動ブロック32の上面に設けられた一対の案内レール322、322と嵌合する一対の被案内溝331、331が設けられており、この被案内溝331、331を一対の案内レール322、322に嵌合することにより、矢印Yで示す割り出し送り方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構3は、第2の滑動ブロック33を第1の滑動ブロック32に設けられた一対の案内レール322、322に沿って矢印Yで示す割り出し送り方向に移動させるための第1の割り出し送り手段38を具備している。第1の割り出し送り手段38は、上記一対の案内レール322と322の間に平行に配設された雄ネジロッド381と、該雄ネジロッド381を回転駆動するためのパルスモータ382等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド381は、その一端が上記第1の滑動ブロック32の上面に固定された軸受ブロック383に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ382の出力軸に図示しない減速装置を介して伝動連結されている。なお、雄ネジロッド381は、第2の滑動ブロック33の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ382によって雄ネジロッド381を正転および逆転駆動することにより、第2の滑動ブロック33は案内レール322、322に沿って矢印Yで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。
上記レーザー光線照射ユニット支持機構4は、静止基台2上に矢印Yで示す割り出し送り方向に沿って平行に配設された一対の案内レール41、41と、該案内レール41、41上に矢印Yで示す割り出し送り方向に移動可能に配設された可動支持基台42を具備している。この可動支持基台42は、案内レール41、41上に移動可能に配設された移動支持部421と、該移動支持部421に取り付けられた装着部422とからなっている。装着部422は、一側面に矢印Zで示す方向に延びる一対の案内レール423、423が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構4は、可動支持基台42を一対の案内レール41、41に沿って割り出し送り方向である矢印Yで示す方向に移動させるための第2の割り出し送り手段43を具備している。第2の割り出し送り手段43は、上記一対の案内レール41、41の間に平行に配設された雄ネジロッド431と、該雄ねじロッド431を回転駆動するためのパルスモータ432等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド431は、その一端が上記静止基台2に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ432の出力軸に図示しない減速装置を介して伝動連結されている。なお、雄ネジロッド431は、可動支持基台42を構成する移動支持部421の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ432によって雄ネジロッド431を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台42は案内レール41、41に沿って矢印Yで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。
図示の実施形態のおけるレーザー光線照射ユニット5は、ユニットホルダ51と、該ユニットホルダ51に取り付けられたレーザー光線照射手段52を具備している。ユニットホルダ51は、上記装着部422に設けられた一対の案内レール423、423に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝511、511が設けられており、この被案内溝511、511を上記案内レール423、423に嵌合することにより、矢印Zで示す方向に移動可能に支持される。
図示のレーザー光線照射手段52は、上記ユニットホルダ51に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング521を含んでいる。ケーシング521内には図2に示すようにパルスレーザー光線発振手段522と伝送光学系523とが配設されている。パルスレーザー光線発振手段522は、YAGレーザー発振器或いはYVO4レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器522aと、これに付設された繰り返し周波数設定手段522bとから構成されている。伝送光学系523は、ビームスプリッタの如き適宜の光学要素を含んでいる。上記ケーシング521の先端部には、それ自体は周知の形態でよい組レンズから構成される集光レンズ(図示せず)を収容した集光器524が装着されている。
上記パルスレーザー光線発振手段522から発振されたレーザー光線は、伝送光学系523を介し、更に偏向ミラー525によって90度偏向されて集光器524に至り、集光器524から上記チャックテーブル36に保持される被加工物に所定の集光スポット径Dで照射される。この集光スポット径Dは、図3に示すようにガウス分布を示すパルスレーザー光線が集光器524の対物レンズ524aを通して照射される場合、D(μm)=4×λ×f/(π×W)、ここでλはパルスレーザー光線の波長、Wは対物レンズ524aに入射されるパルスレーザー光線の直径(mm)、fは対物レンズ524aの焦点距離(mm)、で規定される。
上記集光器524は、図4において2点鎖線で示すようにチャックテーブル36の被加工物保持面361aに垂直な方向に対して加工送り方向(図4において紙面に垂直な方向)と直交する方向(割り出し送り方向Y)に傾斜可能に構成されている、従って、2点鎖線で示す位置に位置付けられた集光器524から照射されるレーザー光線は、その光軸Lが被加工物保持面361aに垂直な方向に対して加工送り方向と直交する方向(割り出し送り方向Y)に所定角度αをもって照射される。
図1に戻って説明を続けると、上記レーザー光線照射手段52を構成するケーシング521の前端部には、撮像手段6が配設されている。この撮像手段6は、図示の実施形態においては可視光線によって撮像する通常の撮像素子(CCD)の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子(赤外線CCD)等で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット5は、ユニットホルダ51を一対の案内レール423、423に沿って矢印Zで示す方向に移動させるための移動手段53を具備している。移動手段53は、上記各移動手段と同様に一対の案内レール423、423の間に配設された雄ネジロッド(図示せず)と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ532等の駆動源を含んでおり、パルスモータ532によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、ユニットホルダ51およびレーザビーム照射手段52を案内レール423、423に沿って矢印Zで示す方向に移動せしめる。
図示の実施形態におけるレーザー加工装置は以上のように構成されており、以下図5に示す半導体ウエーハ10を加工する動作について説明する。
図5に示す半導体ウエーハ10は、表面に格子状に配列された複数のストリート101によって複数の領域が区画され、この区画された領域にIC、LSI等の回路102(素子)が形成されている。このように構成された半導体ウエーハ10は、表面に保護テープ11を貼着し、チャックテーブル36上に裏面を上側にして載置され吸引保持される。半導体ウエーハ10を吸引保持したチャックテーブル36は、加工送り手段37の作動により案内レール31、31に沿って移動せしめられレーザー光線照射ユニット5に配設された撮像手段6の直下に位置付けられる。
チャックテーブル36が撮像手段6の直下に位置付けられると、撮像手段6および図示しない制御手段によってチャックテーブル36上に保持された半導体ウエーハ10に形成されているストリート101と、ストリート101に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段52の集光器524との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理が実行され、レーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。このアライメントは、集光器524が図4において2点鎖線で示す所定角度傾斜した一方の位置に対応して実施する。なお、上記アライメント作業時において、半導体ウエーハ10のストリート101が形成されている表面は下側に位置しているが、撮像手段6が上述したように赤外線照明手段と赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子(赤外線CCD)等で構成された撮像手段を備えているので、裏面から透かしてストリート101を撮像することができる。
以上のようにしてチャックテーブル36上に保持された半導体ウエーハ10に形成されているストリート101を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、チャックテーブル36をレーザー光線を照射するレーザー光線照射ユニット5の集光器524が位置するレーザー光線照射領域に移動し、図6に示すように半導体ウエーハ10のストリート101に沿ってレーザー光線照射手段52の集光器524からレーザー光線を照射する。即ち、図6において実線で示すように一方に傾斜された集光器524から照射されるレーザー光線の光軸Lは、半導体ウエーハ10の裏面(上面即ちレーザー光線照射面)に垂直な方向に対して加工送り方向と直交する方向(矢印Y方向)に所定角度α(例えば10度)をもって照射する。このとき、レーザー光線の集光点Pを半導体ウエーハ10の内部即ち表面(下面)の近傍に合わせることにより、半導体ウエーハ10の内部に一方に傾斜しストリート101に沿って連続した第1の変質層110aが形成される。なお、半導体ウエーハ10の厚さが厚い場合には、集光点Pをレーザー光線照射方向に段階的に変えてレーザー光線を複数回照射することにより、複数の変質層を形成する。この結果、半導体ウエーハ10の内部に形成される変質層110aは、表面10aおよび裏面11bに露出する。この変質層は、溶融再固化状態で強度が著しく低下せしめられ、外力を加えることにより極めて容易に破断することができる。
ここで、上記レーザー加工における加工条件について説明する。
レーザー光線照射手段52の集光器524から半導体ウエーハ10の裏面側より所定のストリート101に向けてパルスレーザー光線を照射しながら、チャックテーブル36を矢印X(図1参照)で示す方向に所定の送り速度(例えば、100mm/秒)で移動せしめる。なお、照射するレーザー光線としては、例えば以下に示す赤外レーザー光線が用いられる。
光源 ;Nd:YVO4パルスレーザー
波長 ;1064nm
パルスエネルギー ;10μJ
繰り返し周波数 :100kHz
パルス幅 ;25ns
集光スポット径 ;φ1μm
集光点エネルギー密度;5.1×10E10W/cm
このようにして、半導体ウエーハ10に形成された全てのストリート101に沿って第1の変質層110aを形成する。
次に、レーザー光線照射手段52の集光器524を図6において2点鎖線で示すように、上記実線の位置と反対側(他方)即ち実線で示す位置と線対称にレーザー光線の光軸Lが半導体ウエーハ10の裏面(上面即ちレーザー光線照射面)に垂直な方向に対して加工送り方向と直交する方向(矢印Y方向)に所定角度α(例えば10度)傾斜して位置付ける。そして、集光器524から照射されるレーザー光線の集光点Pを上記第1の変質層110aを形成したときと同じ位置に合わせて上述したレーザー加工作業を実施することにより、半導体ウエーハ10の内部には他方に傾斜しストリート101に沿って連続した第2の変質層110bが形成される。このようにして、全てのストリート101に沿って第2の変質層110bを形成することにより、半導体ウエーハ10にはストリート101に沿って第1の変質層110aと第2の変質層110bとからなるV字状の変質層が形成される。
上述したように半導体ウエーハ10に形成された全てのストリート101に沿って第1の変質層110aおよび第2の変質層110bを形成したならば、変質層が形成されることによって強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、半導体ウエーハ10は図7に示すように台形のチップ100に分割される。このように図示の実施形態においては半導体ウエーハ10に形成されたストリート101に沿って第1の変質層110aおよび第2の変質層110bを形成することにより台形のチップ100に分割する例を示したが、平行四辺形のチップに分割する場合には、第1の変質層110aまたは第2の変質層110bだけを形成すればよい。
以上のように本発明によるレーザー加工方法によれば、レーザー光線をウエーハのレーザー光線照射面に垂直な方向に対して加工送り方向と直交する方向に所定角度をもって照射して内部に変質層を形成するので、平行四辺形や台形のチップに分割することができる。そして、レーザー光線を照射することによって形成される上記変質層の幅は1μm程度であるため、ストリート101の幅を狭くすることが可能となる。また、本発明によるレーザー加工装置においては、レーザー光線照射手段52の集光器524のみを傾斜可能に構成すればよいので、傾斜されるための機構が簡単となる。
本発明に従って構成されたレーザー加工装置の斜視図。 図1に示すレーザー加工装置に装備されるレーザ光線照射手段の構成を簡略に示すブロック図。 パルスレーザー光線の集光スポット径を説明するための簡略図。 図1に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段の集光器の傾斜した状態を示す説明図。 被加工物としての半導体ウエーハの斜視図。 本発明によりるレーザー加工方法の説明図。 本発明によりるレーザー加工方法によって分割されたチップの斜視図。
符号の説明
2:静止基台
3:チャックテーブル機構
36:チャックテーブル
37:加工送り手段
38:第1の割り出し送り手段
4:レーザー光線照射ユニット支持機構
5:レーザー光線照射ユニット
51:ユニットホルダ
52:レーザー光線照射手段
524:集光器
6:撮像手段
10:半導体ウエーハ(被加工物)
101:ストリート
102:回路
11:保護テープ

Claims (2)

  1. 表面に格子状に配列されたストリートによって多数の領域が区画され、この区画された領域に素子が形成されたウエーハに透過性を有するレーザー光線を照射しつつ該ウエーハを相対的に加工送りし、該ウエーハの内部に該ストリートに沿って変質層を形成して該ウエーハを個々のチップに分割する、ウエーハの分割方法であって、
    該レーザー光線、該ウエーハのレーザー光線照射面に垂直な方向に対して該加工送り方向と直交する方向に所定角度をもって線対称の2方向から順次照射し、ストリートに沿ってV字状の変質層を形成する際に、集光点をレーザー光線照射方向に段階的に変えて複数の変質層を形成し、
    変質層が形成されて強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、ウエーハを台形のチップに分割することを特徴とするウエーハの分割方法
  2. 該レーザー光線は、ウエーハの裏面側から照射する、請求項1記載のウエーハの分割方法
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