JP2005175147A - レーザーダイシング装置及びダイシング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】厚いウェーハであっても安定した割断を行うことのでき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を提供すること。
【解決手段】レーザーダイシング装置１０のレーザーヘッド４０には、レーザー発振器２１、集光レンズ２４、集光レンズ２４をウェーハＷに平行に往復微小送りする圧電素子からなるリニア微動手段を設け、レーザー光を加工方向であるＸ方向に振動させながらウェーハＷに繰返し照射するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置や電子部品等のチップを製造するダイシング装置及びダイシング方法に関するもので、特にレーザー光を利用したダイシング装置及びダイシング方法に関するものである。

従来、表面に半導体装置や電子部品等が形成されたウェーハを個々のチップに分割するには、ダイシングブレードと呼ばれる砥石でウェーハに研削溝を入れてウェーハをカットするダイシング装置が用いられていた。ダイシングブレードは、微細なダイヤモンド砥粒をＮｉで電着したもので、厚さ３０μｍ程度の極薄のものが用いられる。

このダイシングブレードを３０，０００〜６０，０００ｒｐｍで高速回転させてウェーハに切込み、ウェーハを完全切断（フルカット）又は不完全切断（ハーフカット或いはセミフルカット）していた。ハーフカットはウェーハに厚さの半分程度切り込む方法で、セミフルカットは１０μｍ程度の肉厚を残して研削溝を形成する方法のことである。

ところで、このダイシングブレードによる研削加工の場合、ウェーハが高脆性材料であるため脆性モード加工となり、ウェーハの表面や裏面にチッピングが生じ、このチッピングが分割されたチップの性能を低下させる要因になっていた。ダイシング工程におけるこのチッピングの問題を解決する手段として、従来のダイシングブレードによる切断に替えて、ウェーハの内部に集光点を合わせたレーザー光を入射し、ウェーハ内部に多光子吸収による改質領域を形成して個々のチップに分割するレーザ加工方法に関する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜６参照。）。
特開２００２−１９２３６７号公報 特開２００２−１９２３６８号公報 特開２００２−１９２３６９号公報 特開２００２−１９２３７０号公報 特開２００２−１９２３７１号公報 特開２００２−２０５１８０号公報

しかし、上記の特許文献１〜６で提案されている技術は、レーザー光を用いた割断技術によるもので、チッピングの問題は解決されるが、ダイシングするウェーハに対して厳密な条件設定が必要であり、特に厚いウェーハの場合は設定された条件が少しでも不適合であると上手く割断することができないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、厚いウェーハであっても安定した割断を行うことのでき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を提供することを目的とする。

本発明は前記目的を達成するために、請求項１に記載のレーザーダイシング装置は、ウェーハの表面からレーザー光を入射して前記ウェーハの内部に改質領域を形成し、前記ウェーハを個々のチップに分割するレーザーダイシング装置において、前記ウェーハに向けてレーザー光を照射するレーザーヘッドが設けられ、該レーザーヘッドは、レーザー発振器と、発振されたレーザー光を集光する集光レンズと、前記レーザー光を前記ウェーハに対して平行に微小移動させる駆動手段と、を有していることを特徴としている。

また、請求項６に記載のレーザーダイシング方法は、ウェーハの表面からレーザー光を入射して前記ウェーハの内部に改質領域を形成し、前記ウェーハを個々のチップに分割するするレーザーダイシング方法において、前記レーザー光を振動させながら前記ウェーハを照射することを特徴としている。

請求項１及び請求項６の発明によれば、レーザー光をウェーハに対して平行に振動させながらウェーハに繰返し照射することができるので、ウェーハ内部に多光子吸収による改質領域を確実に形成することができ、厚いウェーハであっても容易に安定して割断することができる。

以上説明したように本発明のレーザーダイシング装置は、レーザー発振器から発振され集光レンズで集光されたレーザー光をウェーハに対して平行に微小移動させる駆動手段を有しているので、レーザー光をウェーハに対して平行に振動させながらウェーハに繰返し照射することができる。このため、ウェーハを安定して割断することができる。

また、本発明のレーザーダイシング方法は、レーザー光をウェーハに対して平行に振動させながらウェーハに繰返し照射するので、ウェーハ内部に多光子吸収による改質領域を確実に形成することができ、厚いウェーハであっても容易に安定して割断することができる。

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ダイシング方法の好ましい実施の形態について詳説する。尚、各図において同一部材には同一の番号または記号を付している。

図１は、本発明に係るレーザーダイシング装置の概略構成図である。ダイシング装置１０では、ウェーハは図４に示すように、一方の面に粘着材を有するダイシングシートＳに貼付され、このダイシングシートＳを介してフレームＦと一体化された状態で搬入され、ダイシング装置１０内を搬送される。

レーザーダイシング装置１０は、図１に示すように、ウェーハ移動部１１、レーザー光学部２０と観察光学部３０とからなるレーザーヘッド４０、制御部５０等から構成されている。

ウェーハ移動部１１は、レーザーダイシング装置１０の本体ベース１６に設けられたＸＹＺθテーブル１２、ＸＹＺθテーブル１２に載置されダイシングシートＳを介してフレームＦにマウントされたウェーハＷを吸着保持する吸着ステージ１３等からなっている。このウェーハ移動部１１によって、ウェーハＷが図のＸＹＺθ方向に精密に移動される。

レーザー光学部２０は、レーザー発振器２１、コリメートレンズ２２、ハーフミラー２３、コンデンスレンズ（集光レンズ）２４、レーザー光をウェーハＷに対して平行に微小移動させる駆動手段２５等で構成されている。

また、観察光学部３０は、観察用光源３１、コリメートレンズ３２、ハーフミラー３３、コンデンスレンズ３４、観察手段としてのＣＣＤカメラ３５、画像処理装置３８、テレビモニタ３６等で構成されている。

レーザー光学部２０では、レーザー発振器２１から発振されたレーザー光はコリメートレンズ２２、ハーフミラー２３、コンデンスレンズ２４等の光学系を経てウェーハＷの内部に集光される。ここでは、集光点におけるピークパワー密度が１×１０８(Ｗ／ｃｍ２ ）以上でかつパルス幅が１μｓ以下の条件で、ダイシングシートに対して透過性を有するレーザー光が用いられる。集光点のＺ方向位置は、後出のＺ微動手段２７によるコンデンスレンズ２４のＺ方向微動によって調整される。

観察光学部３０では、観察用光源３１から出射された照明光がコリメートレンズ３２、ハーフミラー３３、コンデンスレンズ２４等の光学系を経てウェーハＷの表面を照射する。ウェーハＷの表面からの反射光はコンデンスレンズ２４、ハーフミラー２３及び３３、コンデンスレンズ３４を経由して観察手段としてのＣＣＤカメラ３５に入射し、ウェーハＷの表面画像が撮像される。

この撮像データは画像処理部３８に入力され、ウェーハＷのアライメントに用いられるとともに、制御部５０を経てテレビモニタ３６に写し出される。

制御部５０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。

ダイシング装置１０はこの他に、図示しないウェーハカセットエレベータ、ウェーハ搬送手段、操作板、及び表示灯等から構成されている。

ウェーハカセットエレベータは、ウェーハ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吸着ステージ１３との間でウェーハを搬送する。

操作板には、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付けられている。表示灯は、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。

図２は、駆動手段２５の細部を説明する概念図である。駆動手段２５は、コンデンスレンズ２４を保持するレンズフレーム２６、レンズフレーム２６の上面に取り付けられレンズフレーム２６を図のＺ方向に微小移動させるＺ微動手段２７、Ｚ微動手段２７を保持する保持フレーム２８、保持フレーム２８をウェーハＷと平行に微小移動させるリニア微動手段であるＰＺ１、ＰＺ２、及び後出のＰＺ３、ＰＺ４、ＰＺ５等からなっている。

Ｚ微動手段２７には電圧印加によって伸縮する圧電素子が用いられている。この圧電素子の伸縮によってコンデンスレンズ２４がＺ方向に微小送りされて、レーザー光の集光点のＺ方向位置が精密に位置決めされるようになっている。

保持フレーム２８は、図示しない４本のピアノ線からなる２対の平行バネで支持され、ＸＹ方向には移動自在で、Ｚ方向の移動が拘束されている。なお、保持フレーム２８の支持方法はこれに限らず、例えば複数のボールで上下に挟み込み、Ｚ方向の移動を拘束するとともにＸＹ方向に移動自在に支持してもよい。

リニア微動手段ＰＺ１、ＰＺ２、及び後出のＰＺ３、ＰＺ４、ＰＺ５は、Ｚ微動手段２７と同じく圧電素子が用いられており、一端がレーザーヘッド４０のケース本体に固定され、他端が保持フレーム２８の側面に当接している。

図３は、駆動手段２５の平面図である。図３（ａ）は、圧電素子をＸ方向に２個配置した状態を表わし、図３（ｂ）は、円周上に３個配置した状態を表わしている。

図３（ａ）に示すように、リニア微動手段であるＰＺ１、ＰＺ２は夫々一端がレーザーヘッド４０のケース本体に固定され、他端が保持フレーム２８の側面に当接しているので、印加電圧を制御することによってコンデンスレンズ２４をＸ方向に往復微動送りすることができ、レーザー光をＸ方向に往復微動送りさせたり振動させたりすることができる。

なお、リニア微動手段ＰＺ１、ＰＺ２のうちどちらか一方に圧電素子を用い、他方をバネ材等の弾性部材にしてもよい。

また、図３（ｂ）の場合は、リニア微動手段であるＰＺ３、ＰＺ４、及びＰＺ５は夫々一端がレーザーヘッド４０のケース本体に固定され、他端が保持フレーム２８の側面に当接しているので、ＰＺ３、ＰＺ４、及びＰＺ５夫々に加える印加電圧を制御することによってコンデンスレンズ２４をＸＹ方向の任意の方向に往復微動送りすることができ、レーザー光をＸＹ方向の任意の方向に往復微動送りさせたり振動させたりすることができる。

図５は、ウェーハ内部の集光点近傍に形成される改質領域を説明する概念図である。図５（ａ）は、ウェーハＷの内部に入射された加工用のレーザー光Ｌが集光点に改質領域Ｐを形成した状態を示し、図５（ｂ）はパルス状の加工用のレーザー光ＬをウェーハＷの表面に平行に走査して、内部に複数の不連続な改質領域Ｐ、Ｐ、…が並んで形成された状態をを模式的に表わしている。

この状態でウェーハＷは改質領域Ｐを起点として自然に、或いは僅かな外力を加えることによって改質領域Ｐ、Ｐ、…に沿って割断される。この場合、ウェーハＷは表面や裏面にはチッピングが発生せずに容易にチップに分割される。

また、ウェーハＷは、図４に示すように、裏面にダイシングシートＳが貼られダイシング用のフレームＦにマウントされているので、個々のチップに分割されても個々のチップが１個１個バラバラになることがない。

次に、本発明に係るレーザーダイシング装置１０の作用について説明する。ダイシングに当たって、最初に吸着ステージ１３に載置されたウェーハＷは、ＣＣＤカメラ３５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、画像処理装置３８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。

次に、レーザー発振器２１からレーザー光Ｌが出射され、レーザー光Ｌはコリメートレンズ２２、ハーフミラー２３、コンデンスレンズ２４等の光学系を経由してウェーハＷの上面に照射される。

照射されるレーザー光Ｌの集光点のＺ方向位置は、ＸＹＺθテーブル１２によるウェーハＷのＺ方向位置調整、及びＺ微動手段２７によるコンデンスレンズ２４の位置制御によって、ウェーハ内部の所定位置に正確に設定される。

この状態でＸＹＺθテーブル１２がダイシング方向であるＸ方向に加工送りされる。これによりウェーハ内部に多光子吸収による改質領域Ｐが１ライン形成される。

このとき、レーザーヘッド４０に設けられたリニア微動手段ＰＺ１、ＰＺ２、又はＰＺ３、ＰＺ４、ＰＺ５によってコンデンスレンズ２４が往復微小移動され、レーザー光ＬがウェーハＷと平行にＸ方向、又は任意のＸＹ方向に振動され、レーザー光Ｌの集光点がウェーハ内部で微小振動しながら改質領域Ｐを形成してゆく。また、必要に応じ、Ｚ微動手段２７によるＺ方向の振動を加えてもよい。

また、レーザー光Ｌを加工方向であるＸ方向にゆっくり往復微動送りさせながらウェーハＷをＸ方向に送ることにより、レーザー光Ｌをミシン目のように行きつ戻りつの状態で繰返し照射するようにしてもよい。

このようにレーザー光Ｌが振動しながらウェーハＷに繰返し照射されるので、一度形成された改質領域Ｐに更にエネルギーが加えられるため、ウェーハＷは改質領域Ｐを起点により割断されやすくなる。

１ラインのレーザーダイシングが行われると、ＸＹＺθテーブル１２がＹ方向に１ピッチ割り出し送りされ、次のラインも同様にレーザーダイシングされる。

全てのラインがレーザーダイシングされると、ＸＹＺθテーブル１２が９０°回転され、先程のラインと直交するラインも同様にして全てレーザーダイシングされ、ウェーハＷは個々のチップに分割されて１枚のウェーハＷのレーザーダイシングが完了する。

このように、レーザー光Ｌが振動しながら繰返し照射されるため、厚いウェーハＷであっても、安定して割断され、チッピング等のほとんど生じない高品質なダイシングが行われる。

次に、本発明に係るレーザーダイシング装置及びダイシング方法の別の実施形態について説明する。図６及び図７はこの別の実施形態の駆動手段２５Ａを表わしたものである。図６は駆動手段２５Ａの平面図で、図７は図６のＡ−О−Ｂ断面図である。

駆動手段２５Ａは、図６及び図７に示すように、コンデンスレンズ２４を保持するレンズフレーム２６Ａ、下端がレーザーヘッド４０のケース本体に固定されるとともに、上端がレンズフレーム２６Ａの鍔部下面にフレキシブルに連結され、レンズフレーム２６Ａを支持する３個のリニア微動手段であるＰＺ６、ＰＺ７、及びＰＺ８等からなっている。

この３個のリニア微動手段であるＰＺ６、ＰＺ７、及びＰＺ８は、図６に示すように、円周上等間隔に配置された圧電素子が用いられている。この圧電素子の伸縮によってコンデンスレンズ２４がＺ方向に微小送りされて、レーザー光の集光点のＺ方向位置が精密に位置決めされるようになっている。

また、この３個のリニア微動手段ＰＺ６、ＰＺ７、及びＰＺ８の伸縮を個別に夫々関連付けながら制御することによって、レンズフレーム２６Ａに取り付けられたコンデンスレンズ２４を任意の方向に所定量傾斜させることができ、レーザー光ＬをウェーハＷに対して平行な任意の方向に微小移動させることができる。

このようにして、３個のリニア微動手段ＰＺ６、ＰＺ７、及びＰＺ８によってレーザー光Ｌを往復微小移動させることにより、レーザー光Ｌの集光点をウェーハ内部で微小振動させながら改質領域Ｐを形成してゆくことができる。また、必要に応じ、Ｚ方向の振動を加えてもよい。

このように本発明の別の実施形態においても、レーザー光Ｌが振動しながら繰返し照射されるため、厚いウェーハＷであっても、安定して割断され、チッピング等のほとんど生じない高品質なダイシングが行われる。

なお、前述の実施の形態及び別の実施形態では、レーザー光ＬをウェーハＷに対して平行に微小移動させる駆動手段２５、２５Ａには、リニア微動手段ＰＺ１、ＰＺ２、ＰＺ３、ＰＺ４、ＰＺ５、ＰＺ６、ＰＺ７、ＰＺ８として圧電素子を用いたが、本発明はこれに限らず、リニアモータ等の種々のリニアアクチュエーターを用いることができる。

また、レーザー光ＬをウェーハＷに対して平行に微小移動させたが、ウェーハＷを載置する吸着ステージ１３側に圧電素子を組込み、レーザー光ＬとウェーハＷとを相対的に微小往復移動させるようにしてもよい。

本発明に係るレーザーダイシング装置の概略構成図 駆動手段の構成を表わす概念構成図 駆動手段の構成を表わす平面図 フレームにマウントされたウェーハを示す斜視図 ウェーハ内部に形成された改質層を表わす概念図 別の実施形態における駆動手段の構成を表わす平面図 別の実施形態における駆動手段の構成を表わす断面図

符号の説明

１０…レーザーダイシング装置、２１…レーザー発振器、２４…コンデンスレンズ（集光レンズ）、２５、２５Ａ…駆動手段、４０…レーザーヘッド、Ｆ…フレーム、Ｌ…レーザー光、Ｐ…改質領域、ＰＺ１、ＰＺ２、ＰＺ３、ＰＺ４、ＰＺ５、ＰＺ６、ＰＺ７、ＰＺ８…リニア微動手段（圧電素子）、Ｓ…ダイシングシート、Ｗ…ウェーハ

Claims (9)

1. ウェーハの表面からレーザー光を入射して前記ウェーハの内部に改質領域を形成し、前記ウェーハを個々のチップに分割するレーザーダイシング装置において、
   前記ウェーハに向けてレーザー光を照射するレーザーヘッドが設けられ、
   該レーザーヘッドは、
   レーザー発振器と、
   発振されたレーザー光を集光する集光レンズと、
   前記レーザー光を前記ウェーハに対して平行に微小移動させる駆動手段と、を有していることを特徴とするレーザーダイシング装置。
2. 前記駆動手段は、前記集光レンズを前記ウェーハに対して平行な直線上で微小移動させる駆動手段であることを特徴とする、請求項１に記載のレーザーダイシング装置。
3. 前記駆動手段は、前記集光レンズを前記ウェーハに対して平行な平面上で微小移動させる駆動手段であることを特徴とする、請求項１に記載のレーザーダイシング装置。
4. 前記駆動手段は、少なくとも１個の圧電素子を含むことを特徴とする、請求項２に記載のレーザーダイシング装置。
5. 前記駆動手段は、少なくとも３個の圧電素子を含むことを特徴とする、請求項３に記載のレーザーダイシング装置。
6. ウェーハの表面からレーザー光を入射して前記ウェーハの内部に改質領域を形成し、前記ウェーハを個々のチップに分割するレーザーダイシング方法において、
   前記レーザー光を振動させながら前記ウェーハを照射することを特徴とするレーザーダイシング方法。
7. 前記レーザー光をダイシング方向であるＸ方向に振動させることを特徴とする、請求項６に記載のレーザーダイシング方法。
8. 前記レーザー光をダイシング方向であるＸ方向と直交するＹ方向に振動させることを特徴とする、請求項６に記載のレーザーダイシング方法。
9. 前記レーザー光をダイシング方向であるＸ方向と直交するＺ方向に振動させることを特徴とする、請求項６に記載のレーザーダイシング方法。

Images