JP2005109322A - レーザーダイシング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハ内部の多層改質層形成や、ダイアタッチテープの切断等の様々な加工に対応できる応用性に富んだレーザーダイシング装置を提供すること。
【解決手段】レーザーダイシング装置１０のレーザーヘッド２０には、複数のレーザー発振器２１、２２と、発振されたレーザー光Ｌ１、Ｌ２を個々に集光する集光手段２３、２３と、レーザー光Ｌ１、Ｌ２を１つの光軸に集める光路集結手段２４とを設け、同一光軸上で異なる位置に集光点Ｐ１、Ｐ２を有する複数のレーザー光Ｌ１、Ｌ２で、ウェーハ内部の多層改質領域形成や、ウェーハ内部の改質領域形成とダイアタッチテープＤТの切断とを同時に行う複合加工等、様々な加工に対応できるようにした。
【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に関する。

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で提案されているレーザー加工装置は、単一のレーザー光を用いた単一照射方式によってウェーハを割断するもので、チッピングの問題は解決されるが、様々な加工に対する応用性に乏しかった。

例えば、厚いウェーハの場合で、ウェーハ内部に改質層を複数層形成する時には、レーザー光を複数回スキャンさせて照射しなければならないため時間が掛かるという問題があった。

また、ウェーハの裏面にダイボンディング用のダイアタッチテープが貼付されている場合、ダイアタッチテープを別の工程で切断しなければウェーハを個々のチップに分割することが出来ない等の問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ウェーハ内部の多層改質層形成や、ダイアタッチテープの切断等の様々な加工に対応できる応用性に富んだレーザーダイシング装置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、複数のレーザー発振器と、発振された複数のレーザー光を個々に集光する複数の集光手段と、前記複数のレーザー光を１つの光軸に集める光路集結手段と、を有していることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、レーザーダイシング装置のレーザーヘッドには、同一光軸上で異なる位置に集光点を有する複数のレーザー光が設けられているので、ウェーハ内部の多層改質層形成や、ウェーハ内部の改質層形成とダイアタッチテープの切断とを同時に行う複合加工等、様々な加工に対応することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１のレーザーダイシング装置において、前記レーザーヘッドには、前記複数のレーザー光の光軸上における集光点の位置を個々に調節する集光点位置調節手段が設けられていることを特徴としている。

請求項２の発明によれば、複数のレーザー光の光軸上における集光点の位置が個々に調節できるので、夫々のレーザー光を各々有効なポイントに集光させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２のレーザーダイシング装置において、前記集光点位置調節手段は、前記複数の集光手段を夫々の光軸上で微小移動させる駆動手段であることを特徴としている。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３のレーザーダイシング装置において、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している。

請求項３及び請求項４の発明によれば、簡単な構造で容易に集光点の位置を調節することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１、２、３、又は４のうちいずれか１項に記載のレーザーダイシング装置において、前記複数のレーザー光が同種のレーザー光であることを特徴としている。

請求項５の発明によれば、ウェーハ内部の多層改質層形成を同時に容易に行うことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１、２、３、又は４のうちいずれか１項に記載のレーザーダイシング装置において、前記複数のレーザー光のうち少なくとも１つのレーザー光が他のレーザー光とは異種のレーザー光であることを特徴としている。

請求項６の発明によれば、複数のレーザー光の夫々で異種の加工を同時に行うことができる。

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、複数のレーザー発振器を有し、光路集結手段で複数のレーザー光を１つの光軸に集めるとともに、複数の集光手段で複数のレーザー光を個々に集光するので、ウェーハ内部の多層改質層形成や、ウェーハ内部の改質層形成とダイアタッチテープの切断とを同時に行う複合加工等、様々な加工に対応することができる。

また、複数のレーザー光の光軸上における集光点の位置が個々に調節でき、また、複数のレーザー光に同種又は異種のレーザー光を用いることができるので、様々な加工に対する対応幅が広く、また容易に対応できる。

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。レーザーダイシング装置１０では、ウェーハは図５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、レーザーダイシング装置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、レーザーヘッド２０、図示しない制御部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ＸＹテーブル１２、ＸＹテーブル１２に載置されたＺθテーブル１５、Ｚθテーブル１５に取り付けら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、同じくＺθテーブル１５に取り付けられフレームＦを吸着保持するフレームチャック１４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にマウントされた状態で図のＸＹＺθ方向に精密に移動される。

レーザーヘッド２０は、レーザー光Ｌ１及びＬ２を発振する２個のレーザー発振器２１、２２、集光レンズ（集光手段）２３、２３、集光レンズ２３、２３、を夫々の光軸上で微小移動させる駆動手段（集光点位置調節手段）２６、２６、レーザー光Ｌ１及びＬ２の光軸を１つに集める光路集結手段２４を構成するハーフミラー２４Ａとミラー２４Ｂ、及び対物レンズ２５等で構成されている。

レーザーヘッド２０では、レーザー発振器２１から発振されたレーザー光Ｌ１は集光レンズ２３、ハーフミラー２４Ａ、対物レンズ２５等の光学系を経てウェーハＷの内部に集光される。

また、レーザー発振器２２から発振されたレーザー光Ｌ２は集光レンズ２３、ミラー２４Ｂ、ハーフミラー２４Ａを経てレーザー光Ｌ１の光軸に合致された後、対物レンズ２５を経由してレーザー光Ｌ１と同じ光軸上でウェーハＷの内部に集光される。

レーザー光Ｌ１の集光点Ｐ１、及びレーザー光Ｌ２の集光点Ｐ２の光軸上の位置は、夫々駆動手段２６によって集光レンズ２３を光軸上で微小移動させることにより独立して調整される。

レーザー発振器２１及び２２から発振されるレーザー光Ｌ１及びＬ２は、例えば、集光点Ｐ１、Ｐ２におけるピークパワー密度が１×１０⁸ ( Ｗ／c ｍ² ）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。

ダイシングシートに対して透過性を有するレーザー光を用いるのは、例えば、ウェーハＷの裏面側からレーザー光を照射する場合等の変形例にも対応できるからである。

レーザーダイシング装置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、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付けられている。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。

図２は、集光レンズ２３をその光軸上で微小移動する駆動手段２６の細部を説明する概念図である。駆動手段２６は、集光レンズ２３を保持するレンズフレーム２６Ａ、レンズフレーム２６Ａの上面に取り付けられレンズフレーム２６Ａを光軸方向に微小移動させる圧電素子２６Ｂ等からなっている。

電圧印加によって伸縮する圧電素子２６Ｂは中空の円筒形状で、上端がレーザーヘッド本体２０Ａに固定され、下端で集光レンズ２３を保持するレンズフレーム２６Ａと接合されている。この圧電素子の伸縮によって集光レンズ２３、２３が光軸方向に微小送りされて、レーザー光Ｌ１及びＬ２の集光点Ｐ１及びＰ２の光軸方向位置が夫々独立して精密に位置決めされるようになっている。

図３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３に示すように、ウェーハＷが図の白抜き矢印方向に加工送りされると、ウェーハＷの内部に入射されたレーザー光Ｌ１によって集光点Ｐ１に改質領域Ｒ１が形成され、またレーザー光Ｌ２の集光点Ｐ２に改質領域Ｒ２が形成されて、ウェーハ内部に上下２層の改質領域が同時に形成される。

このようにウェーハＷは内部に上下２層の改質領域Ｒ１、Ｒ２が形成されているので、厚さが厚くても改質領域Ｒ１、Ｒ２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Ｒ１、Ｒ２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５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。

ウェーハＷには、裏面にＡｕ等の金属膜が形成されている品種がある。このような品種の場合、ウェーハ基材に改質層を形成するだけではウェーハＷを良好に割断することができない。

このようなウェーハＷをダイシングする場合は、レーザー光Ｌ１にはウェーハ基材に改質領域を形成するのに適したレーザーを用い、レーザー光Ｌ２にはウェーハ裏面の金属膜を溶融するのに適したレーザーを用い、レーザー光Ｌ１でウェーハ内部に改質領域を形成し、レーザー光Ｌ２でウェーハ裏面の金属膜を溶融する。

また、ウェーハＷには、ダイシング工程に先立ってダイボンディング工程で用いるダイアタッチテープが裏面に貼付されているものがある。図４は、そのようなウェーハＷをレーザーダイシングする状態を表わす概念図である。

図４に示すように、ウェーハＷは裏面にダイアタッチテープＤТが貼付されており、ダイアタッチテープＤТごとダイシングシートＳに貼付されてフレームＦにマウントされている。ダイシング工程ではウェーハＷを切断するとともに、ダイアタッチテープＤТをも切断しなければならない。

この場合、レーザー光Ｌ１にはウェーハ基材に改質層を形成するのに適したレーザーを用い、レーザー光Ｌ２にはウェーハ裏面に貼付されたダイアタッチテープＤТを溶融するのに適したレーザーを用い、レーザー光Ｌ１でウェーハ内部に改質層を形成し、同時にレーザー光Ｌ２でウェーハ裏面のダイアタッチテープＤТを溶融する。

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、ウェーハＷ内部に改質領域Ｒ１、Ｒ２を２層形成する例で説明する。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、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、画像処理装置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及び２２からレーザー光Ｌ１及びＬ２が出射される。レーザー光Ｌ１は集光レンズ２３、ハーフミラー２４Ａ、対物レンズ２５等の光学系を経由してウェーハＷの上面に照射され、レーザー光Ｌ２は集光レンズ２３、ミラー２４Ｂ、ハーフミラー２４Ａ、対物レンズ２５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Ｌ１及びＬ２の集光点Ｐ１及びＰ２のＺ方向位置は、夫々の集光レンズ２３を駆動手段２６で位置調整することによって、ウェーハ内部の所定位置に夫々独立して正確に設定される。

この状態でＸＹ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２層の改質領域Ｒ１、及びＲ２が同時に１ライン形成される。

１ラインのレーザーダイシングが行われると、ＸＹ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、Ｚθテーブル１５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Ｌ１及びＬ２によってウェーハＷの内部に２層の改質領域Ｒ１、及びＲ２が同時形成されるため、厚いウェーハＷであっても、短時間で安定して割断され、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、前述の実施の形態では、集光レンズ２３の駆動手段２６に圧電素子２６Ｂを用いたが、本発明はこれに限らず、その他の既知のリニアアクチュエーターを用いることができる。

また、複数のレーザー光Ｌ１及びＬ２を１つの光軸に集める光路集結手段２４としてミラー２４Ｂ、及びハーフミラー２４Ａを用いたが、プリズム等その他の光学部材を用いて複数のレーザー光の光路を１つの光軸に集め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 集光レンズの駆動手段の構成を表わす断面図 ウェーハ内部に２層の改質領域が形成される状態を表わす概念図 ダイアタッチテープ付のウェーハをダイシングする場合の概念図 フレームにマウントされたウェーハを表わす斜視図

符号の説明

１０…レーザーダイシング装置、２０…レーザーヘッド、２１、２２…レーザー発振器、２３…集光レンズ（集光手段）、２４…光路集結手段、２６…駆動手段（集光点位置調整手段）、２６Ｂ…圧電素子、Ｆ…フレーム、Ｌ１、Ｌ２…レーザー光、Ｐ１、Ｐ２…集光点、Ｒ１、Ｒ２…改質領域、Ｓ…ダイシングシート、Ｗ…ウェーハ

Claims (6)

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、
   複数のレーザー発振器と、
   発振された複数のレーザー光を個々に集光する複数の集光手段と、
   前記複数のレーザー光を１つの光軸に集める光路集結手段と、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. 前記レーザーヘッドには、前記複数のレーザー光の光軸上における集光点の位置を個々に調節する集光点位置調節手段が設けられてい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. 前記集光点位置調節手段は、前記複数の集光手段を夫々の光軸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２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３に記載のレーザーダイシング装置。
5. 前記複数のレーザー光が同種のレーザー光である、請求項１、２、３、又は４のうちいずれか１項に記載のレーザーダイシング装置。
6. 前記複数のレーザー光のうち少なくとも１つのレーザー光が他のレーザー光とは異種のレーザー光である、請求項１、２、３、又は４のうちいずれか１項に記載のレーザーダイシング装置。

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