JP4750427B2

JP4750427B2 - ウエーハのレーザー加工方法

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Publication number: JP4750427B2
Application number: JP2005006060A
Authority: JP
Inventors: 賢史小林
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2025-01-13
Also published as: JP2006196641A; CN1803374A; US20060154449A1

Description

本発明は、光デバイスウエーハ等のウエーハの表面に形成されたストリートに沿ってレーザー加工を施すウエーハのレーザー加工方法に関する。

当業者には周知の如く、光デバイス製造工程においては、水晶やガラス等からなる基板の表面に酸化シリコン（SiO₂）等の特定波長を選別する成膜が積層され複数の光デバイスがマトリックス状に形成された光デバイスウエーハを製作する。このように形成された光デバイスウエーハは上記複数の光デバイスがストリートと呼ばれる分割予定ラインによって区画されており、このストリートに沿って分割することによって個々の光デバイスを製造している。

このような光デバイスウエーハのストリートに沿った分割は、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、被加工物である半導体ウエーハ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移動手段とを具備している。切削手段は、高速回転せしめられる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固定して形成されている。

しかるに、光デバイスウエーハは非常に硬度が高い素材によって形成されているため、切削ブレードによる切削では切削速度が１０mm/秒以下でなければ加工することができず、生産性の面で問題がある。また、光デバイスウエーハを切削ブレードによって切削するには厚さが２５０μm程度の切削ブレードを用いる必要があるとともに、チッピングも大きく、従ってストリートの幅を３００μm以上にする必要があるため、生産性の面で問題がある。

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、被加工物に形成されたストリートに沿ってパルスレーザー光線を照射することによりレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿ってメカニカルブレーキング装置によって割断する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
特開平１０−３０５４２１号公報

この分割方法によれば、レーザー加工溝を形成する加工速度を切削ブレードを用いた切削速度の数倍にすることが可能である。

而して、レーザー加工後のメカニカルブレーキングにおいてウエーハをレーザー加工溝に沿って容易に割断するには、レーザー加工溝を深く形成する必要がある。レーザー加工速度を落とさずに深いレーザー加工溝を形成するには、出力の大きいレーザー光線を照射する必要がある。しかるに、出力の大きいレーザー光線をウエーハに照射すると、レーザー光線の照射による衝撃で成膜層が片側で１００〜２００μm程度剥離する場合があり、デバイスを損傷させるという問題がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、成膜層の剥離を一定範囲内に抑えつつメカニカルブレーキングによる割断が容易に行える深さのレーザー加工溝を形成することができるウエーハのレーザー加工方法を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するために、本発明によれば、基板の表面に積層された成膜層によって複数のデバイスが形成されたウエーハを、該デバイスを区画する複数のストリートに沿ってレーザー加工するウエーハのレーザー加工方法であって、ウエーハに対して吸収性を有する第１のレーザー光線をウエーハのストリートに沿って所定の間隔を設けて照射し、該成膜層を分断する２条の膜剥がれ防止溝を形成する第１のレーザー加工溝形成工程と、該第１のレーザー加工溝形成工程によってウエーハのストリートに沿って形成された２条の膜剥がれ防止溝間の中央部に、ウエーハに対して吸収性を有し、該第１のレーザー光線より大きいエネルギーの第２のレーザー光線を該第１のレーザー光線の照射に用いたレーザー加工装置と同一の集光器を用いることによって、ウエーハのストリートに沿って照射し、該成膜層および該基板に所定深さの分割溝を形成する第２のレーザー加工溝形成工程と、該第２のレーザー加工溝形成工程によって該分割溝が形成されたウエーハをメカニカルブレーキングによって分割する分割工程と、を含む、ことを特徴とするウエーハの分割方法が提供される。
該ウエーハの分割方法は、該第１のレーザー光線のパルスエネルギーは、４０μＪであって、該第２のレーザー光線のパルスレーザー光線のエネルギーは、１２０μＪであることが好ましい。

本発明によるウエーハの分割方法においては、第１のレーザー加工溝形成工程によりウエーハのストリートに沿って成膜層を分断する２条の膜剥がれ防止溝を形成した後、２条の膜剥がれ防止溝間の中央部に成膜層および基板に所定深さの分割溝を形成する第２のレーザー加工溝形成工程を実施するので、第２のレーザー加工溝形成工程を実施する際にはストリートの成膜層が２条の膜剥がれ防止溝によって分断されているため、第２のパルスレーザー光線を照射することによって成膜層が剥離しても、その剥離が２条の膜剥がれ防止溝の外側即ちデバイス側に影響することはない。従って、第２のパルスレーザー光線のパルスエネルギーを増大することが可能となり、分割溝を分割が容易となる所望の深さに形成することができる。

以下、本発明によるウエーハの分割方法について添付図面を参照して、更に詳細に説明する。

図１には、本発明によるウエーハの分割方法によって個々のチップに分割される光デバイスウエーハの斜視図が示されており、図２には図１に示す光デバイスウエーハの要部拡大断面図が示されている。図１および図２に示す光デバイスウエーハ２は、水晶またはホウケイ酸塩ガラス等の基板２０の表面に、例えば特定波長または特定範囲の波長の光のみを通し、それ以外の波長の光を反射するような波長選択フィルター機能を有する成膜が積層された成膜層２１によって複数のデバイス２２がマトリックス状に形成されている。そして、各デバイス２２は、格子状に形成されたストリート２３によって区画されている。なお、図示の実施形態においては、成膜層２１を形成する成膜は、酸化シリコン(SiO₂)、酸化チタン(TiO₂)、フッ化マグネシウム(HgF₂)によって形成される。

上述した光デバイスウエーハ２をストリート２３に沿って分割するには、光デバイスウエーハ２を図３に示すように環状のフレーム３に装着された保護テープ４の表面に貼着する。このとき、光デバイスウエーハ２は、表面２ａを上にして裏面側を保護テープ４に貼着する。

次に、光デバイスウエーハに対して吸収性を有する第１のレーザー光線を光デバイスウエーハ２のストリート２３に沿って所定の間隔を設けて照射し、成膜層２１を分断する２条の膜剥がれ防止溝を形成する第１のレーザー加工溝形成工程を実施する。この第１のレーザー加工溝形成工程は、図４乃至図６に示すレーザー加工装置５を用いて実施する。図４乃至図６に示すレーザー加工装置５は、被加工物を保持するチャックテーブル５１と、該チャックテーブル５１上に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２を具備している。チャックテーブル５１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない加工送り機構によって図４において矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられるとともに、図示しない割り出し送り機構によって矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。

上記レーザー光線照射手段５２は、実質上水平に配置された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５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を介して集光器５２４に至り、集光器５２４から上記チャックテーブル５１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６に示すようにガウシアン分布を示すパルスレーザー光線が集光器４２４の対物集光レンズ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（μｍ）、Ｗは対物集光レンズ５２４ａに入射されるパルスレーザー光線の直径（ｍｍ）、ｆは対物集光レンズ５２４ａの焦点距離（ｍｍ）、で規定される。

図示のレーザー加工装置５は、図４に示すように上記レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の先端部に装着された撮像手段５３を備えている。この撮像手段５３は、チャックテーブル５１上に保持された被加工物を撮像する。撮像手段５３は、光学系および撮像素子（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。

上述したレーザー加工装置５を用いて実施する第１のレーザー加工溝形成工程について、図４、図７および図８を参照して説明する。
この第１のレーザー加工溝形成工程は、先ず上述した図４に示すレーザー加工装置５のチャックテーブル５１上に光デバイスウエーハ２を載置し、該チャックテーブル５１上に光デバイスウエーハ２を吸着保持する。このとき、光デバイスウエーハ２は、表面２aを上側にして保持される。なお、図４においては、保護テープ４が装着された環状のフレーム３を省いて示しているが、環状のフレーム３はチャックテーブル５１に配設された適宜のフレーム保持手段に保持されている。

上述したように光デバイスウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル５１は、図示しない加工送り機構によって撮像手段５３の直下に位置付けられる。チャックテーブル５１が撮像手段５３の直下に位置付けられると、撮像手段５３および図示しない制御手段によって光デバイスウエーハ２のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段５３および図示しない制御手段は、光デバイスウエーハ２の所定方向に形成されているストリート２３と、ストリート２３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を実行し、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。また、光デバイスウエーハ２に形成されている上記所定方向に対して直角に延びるストリート２３に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。

以上のようにしてチャックテーブル５１上に保持された光デバイスウエーハ２に形成されているストリート２３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、図７で示すようにチャックテーブル５１を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が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定のストリート２３を集光器５２４の直下に位置付ける。このとき、図７の（ａ）で示すように光デバイスウエーハ２は、ストリート２３の一端(図７の（ａ）において左端)が集光器５２４の直下に位置するように位置付けられる。次に、レーザー光線照射手段５２の集光器５２４から第１のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル５１即ち光デバイスウエーハ２を図７の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図７の（ｂ）で示すようにストリート２３の他端（図７の（ｂ）において右端）が集光器５２４の直下位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル５１即ち光デバイスウエーハ２の移動を停止する。この第１のレーザー加工溝形成工程においては、パルスレーザー光線の集光点Ｐをストリート２３の表面付近に合わせる。

次に、チャックテーブル５１即ち成膜ウエーハ２を紙面に垂直な方向（割り出し送り方向）に１５０〜２００μｍ程度移動する。そして、レーザー光線照射手段５２の集光器５２４からパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル５１即ち光デバイスウエーハ２を図７の（ｂ）において矢印Ｘ２で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめ、図７の（ａ）に示す位置に達したらパルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル５１即ち成膜ウエーハ２の移動を停止する。

上述した第１のレーザー加工溝形成工程を実施することにより、光デバイスウエーハ２のストリート２３には図８に示すように成膜層２１の厚さより深い２条の膜剥がれ防止溝２４、２４が形成される。この結果、ストリート２３を形成する成膜層２１は、２条の膜剥がれ防止溝２４、２４によって分断される。そして、上述した第１のレーザー加工溝形成工程を光デバイスウエーハ２に形成された全てのストリート２３に実施する。

なお、上記第１のレーザー加工溝形成工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
レーザー光線の光源：ＹＶＯ４レーザーまたはＹＡＧレーザー
波長：３５５ｎｍ
繰り返し周波数：５０ｋＨｚ
パルスエネルギー：４０μJ
集光スポット径：φ１０μｍ
加工送り速度：1００ｍｍ／秒

光デバイスウエーハ２に形成された全てのストリート２３に上述した第１のレーザー加工溝形成工程を実施したならば、第１のレーザー加工溝形成工程によって光デバイスウエーハ２のストリート２３に沿って形成された２条の膜剥がれ防止溝２４、２４間の中央部に、ウエーハ２に対して吸収性を有する第２のレーザー光線を照射し、成膜層２１および基板２０に所定深さの分割溝を形成する第２のレーザー加工溝形成工程を実施する。この第２のレーザー加工溝形成工程は、上記図４乃至図６に示すレーザー加工装置５を用い、例えば第１のレーザー加工溝形成工程におけるパルスエネルギーより大きいパルスエネルギーの第２のレーザー光線によって実施する。

上記第２のレーザー加工溝形成工程について、図９および図１０を参照して詳細に説明する。
上述した第１のレーザー加工溝形成工程が実施された光デバイスウエーハ２を保持しているチャックテーブル５１を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が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定のストリート２３を集光器５２４の直下に位置付ける。そして、ストリート２３に形成された上記２条のレーザー加工溝２４、２４間の中央位置が集光器５２４から照射されるレーザー光線の照射位置となるようにする。このとき、図９の（ａ）で示すように光デバイスウエーハ２は、ストリート２３の一端(図９の（ａ）において左端)が集光器５２４の直下に位置するように位置付けられる。次に、レーザー光線照射手段５２の集光器５２４から第２のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル５１即ち成膜ウエーハ２を図９の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。この第２のレーザー加工溝形成工程において照射される第２のレーザー光線は、パルスエネルギーが上述した第１のレーザー加工溝形成工程における第１のレーザー光線のパルスエネルギーより大きい値に設定されている。そして、図９の（ｂ）で示すようにストリート２３の他端（図９の（ｂ）において右端）が集光器５２４の直下位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル５１即ち光デバイスウエーハ２の移動を停止する。この第２のレーザー加工溝形成工程においては、第２のパルスレーザー光線の集光点Ｐをストリート２３の表面付近に合わせる。

上述した第２のレーザー加工溝形成工程を実施することにより、光デバイスウエーハ２のストリート２３には図１０に示すように２条の膜剥がれ防止溝２４、２４間の中央位置において成膜層２１および基板２０に所定深さの分割溝２５が形成される。この分割溝２５の深さは、例えば光デバイスウエーハ２の厚さが４００μm程度の場合には１００μm程度でよい。第２のレーザー加工溝形成工程において、ストリート２３の成膜層２１は２条の膜剥がれ防止溝２４、２４によって分断されているので、第２のパルスレーザー光線を照射することによって成膜層２１が剥離しても、その剥離が２条の膜剥がれ防止溝２４、２４の外側即ちデバイス２２側に影響することはない。従って、第２のパルスレーザー光線のパルスエネルギーを増大することが可能となり、分割溝２５を分割が容易となる所望の深さに形成することができる。そして、上述した第２のレーザー加工溝形成工程を第１のレーザー加工溝形成工程が実施された光デバイスウエーハ２の全てのストリート２３に実施する。

なお、上記第２のレーザー加工溝形成工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
レーザー光線の光源：ＹＶＯ４レーザーまたはＹＡＧレーザー
波長：３５５ｎｍ
繰り返し周波数：５０ｋＨｚ
パルスエネルギー：１２０μJ
集光スポット径：φ１０μｍ
加工送り速度：1００ｍｍ／秒

以上のようにして、第１のレーサー加工溝形成工程および第２のレーザー加工溝形成工程が実施された光デバイスウエーハ２は、次工程である分割工程に搬送される。そして、分割工程においては、光デバイスウエーハ２のストリートに２３に沿って形成された分割溝２５が容易に分割できる深さに形成されているので、メカニカルブレーキングによって容易に分割することができる。

以上、本発明を光デバイスウエーハに対して実施した例を示したが、本発明は基板の表面に積層された成膜層によって複数の回路が形成された半導体ウエーハのストリートに沿ったレーザー加工に適用しても同様の作用効果が得られる。

本発明によるウエーハのレーザー加工方法によって分割される光デバイスウエーハを示す斜視図。図１に示す光デバイスウエーハの断面拡大図。図１に示す光デバイスウエーハが環状のフレームに保護テープを介して支持された状態を示す斜視図。本発明によるウエーハのレーザー加工方法においてレーザー加工溝形成工程を実施するレーザー加工装置の要部斜視図。図４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構成を簡略に示すブロック図。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。本発明によるウエーハのレーザー加工方法における第１のレーザー加工溝形成工程を示す説明図。図７に示す第１のレーザー加工溝形成工程によって光デバイスウエーハのストリートに形成された膜剥がれ防止溝を示す光デバイスウエーハの要部拡大断面図。本発明によるウエーハのレーザー加工方法における第２のレーザー加工溝形成工程を示す説明図。本発明によるウエーハのレーザー加工方法における第１のレーザー加工溝形成工程および第２のレーザー加工溝形成工程が実施され光デバイスウエーハのストリートに形成された膜剥がれ防止溝および分割溝を示す光デバイスウエーハの要部拡大断面図。

符号の説明

２：光デバイスウエーハ
２０：基板
２１：成膜層
２２：デバイス
２３：ストリート
２４：膜剥がれ防止溝
２５：分割溝
３：環状のフレーム
４：保護テープ
５：レーザー加工装置
５１：レーザー加工装置のチャックテーブル
５２：レーザー光線照射手段
５２４：集光器
５３：撮像手段

Claims

基板の表面に積層された成膜層によって複数のデバイスが形成されたウエーハを、該デバイスを区画する複数のストリートに沿ってレーザー加工するウエーハのレーザー加工方法であって、
ウエーハに対して吸収性を有する第１のレーザー光線をウエーハのストリートに沿って所定の間隔を設けて照射し、該成膜層を分断する２条の膜剥がれ防止溝を形成する第１のレーザー加工溝形成工程と、
該第１のレーザー加工溝形成工程によってウエーハのストリートに沿って形成された２条の膜剥がれ防止溝間の中央部に、ウエーハに対して吸収性を有し、該第１のレーザー光線より大きいエネルギーの第２のレーザー光線を該第１のレーザー光線の照射に用いたレーザー加工装置と同一の集光器を用いることによって、ウエーハのストリートに沿って照射し、該成膜層および該基板に所定深さの分割溝を形成する第２のレーザー加工溝形成工程と、
該第２のレーザー加工溝形成工程によって該分割溝が形成されたウエーハをメカニカルブレーキングによって分割する分割工程と、を含む、ことを特徴とするウエーハの分割方法。
該第１のレーザー光線のパルスエネルギーは、４０μＪであって、該第２のレーザー光線のパルスレーザー光線のエネルギーは、１２０μＪである請求項１に記載のウエーハの分割方法。