特許 7420508 レーザー加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-15

(45)【発行日】2024-01-23

(54)【発明の名称】レーザー加工方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/301 20060101AFI20240116BHJP

【ＦＩ】

H01L21/78 B

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2019151333

(22)【出願日】2019-08-21

(65)【公開番号】P2021034477

(43)【公開日】2021-03-01

【審査請求日】2022-06-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】110003524

【氏名又は名称】弁理士法人愛宕綜合特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100113217

【弁理士】

【氏名又は名称】奥貫 佐知子

(74)【代理人】

【識別番号】100202496

【弁理士】

【氏名又は名称】鹿角 剛二

(74)【代理人】

【識別番号】100202692

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 吉文

(72)【発明者】

【氏名】中村 勝

【審査官】三浦 みちる

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－０３３１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０９８２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１３８１１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－００９５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０６３９８７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を分割予定ラインの内部に位置づけてレーザー光線をウエーハに照射し、ウエーハをチップに分割するための起点となる改質層を分割予定ラインの内部に形成するレーザー加工方法であって、
第一の方向に延在する複数の第一の分割予定ラインの内部に改質層を形成する第一の改質層形成工程と、
該第一の方向に交差する第二の方向に延在する複数の第二の分割予定ラインの内部に改質層を形成する第二の改質層形成工程と、
を含み、
該第二の改質層形成工程において、第二の分割予定ラインおよび既に改質層が形成された第一の分割予定ラインの交差点と隣接する交差点とで規制された第二の分割予定ラインの中央領域における任意の開始位置から一方の交差点に向かって一方の交差点の近傍までレーザー光線を照射して改質層を形成し、次いで、該中央領域における該開始位置から他方の交差点に向かって他方の交差点の近傍までレーザー光線を照射して改質層を形成し、
該中央領域は、該第二の方向においてデバイスの一辺の長さに相当する領域であるレーザー加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を分割予定ラインの内部に位置づけてレーザー光線をウエーハに照射し、ウエーハをチップに分割するための起点となる改質層を分割予定ラインの内部に形成するレーザー加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが、第一の方向に延在する複数の第一の分割予定ラインと第一の方向に交差する第二の方向に延在する複数の第二の分割予定ラインとによって区画され表面に形成されたウエーハは、ダイシング装置、レーザー加工装置によって個々のデバイスチップに分割され、分割された各デバイスチップは携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。

【0003】

レーザー加工装置は、ウエーハを保持する保持手段と、保持手段に保持されたウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を第一および第二の分割予定ラインの内部に位置づけてレーザー光線をウエーハに照射し、ウエーハをデバイスチップに分割するための起点となる改質層を第一および第二の分割予定ラインの内部に形成するレーザー光線照射手段と、保持手段とレーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする送り手段と、ウエーハを透過して撮像する撮像手段と、制御手段と、を含み構成されていて、ウエーハを高精度に分割することができる（たとえば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第３４０８８０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、第一の分割予定ラインの内部に改質層を形成した後、第二の分割予定ラインの内部に改質層を形成すると、デバイスチップのコーナーに欠けが生じるという問題がある。具体的には、デバイスチップのコーナーのうち、第二の分割予定ラインにおけるレーザー光線の集光点の移動方向上流側に位置するチップのコーナーに欠けが生じることが多い。

【0006】

特に、ウエーハの表面に保護部材を配設してウエーハの裏面を研削ホイールで研削しウエーハを薄化すると共に、改質層に沿ってウエーハを個々のデバイスチップに分割する場合に前記した問題が生じやすい。

【0007】

上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、デバイスチップのコーナーに欠けが生じるのを防止することができるレーザー加工方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は上記課題を解決するために以下のレーザー加工方法を提供する。すなわち、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を分割予定ラインの内部に位置づけてレーザー光線をウエーハに照射し、ウエーハをチップに分割するための起点となる改質層を分割予定ラインの内部に形成するレーザー加工方法であって、第一の方向に延在する複数の第一の分割予定ラインの内部に改質層を形成する第一の改質層形成工程と、該第一の方向に交差する第二の方向に延在する複数の第二の分割予定ラインの内部に改質層を形成する第二の改質層形成工程と、を含み、該第二の改質層形成工程において、第二の分割予定ラインおよび既に改質層が形成された第一の分割予定ラインの交差点と隣接する交差点とで規制された第二の分割予定ラインの中央領域における任意の開始位置から一方の交差点に向かって一方の交差点の近傍までレーザー光線を照射して改質層を形成し、次いで、該中央領域における該開始位置から他方の交差点に向かって他方の交差点の近傍までレーザー光線を照射して改質層を形成し、該中央領域は、該第二の方向においてデバイスの一辺の長さに相当する領域であるレーザー加工方法を本発明は提供する。

【発明の効果】

【0009】

本発明のレーザー加工方法は、第一の方向に延在する複数の第一の分割予定ラインの内部に改質層を形成する第一の改質層形成工程と、該第一の方向に交差する第二の方向に延在する複数の第二の分割予定ラインの内部に改質層を形成する第二の改質層形成工程と、を含み、該第二の改質層形成工程において、第二の分割予定ラインおよび既に改質層が形成された第一の分割予定ラインの交差点と隣接する交差点とで規制された第二の分割予定ラインの中央領域における任意の開始位置から一方の交差点に向かって一方の交差点の近傍までレーザー光線を照射して改質層を形成し、次いで、該中央領域における該開始位置から他方の交差点に向かって他方の交差点の近傍までレーザー光線を照射して改質層を形成し、該中央領域は、該第二の方向においてデバイスの一辺の長さに相当する領域であることから、第二の分割予定ラインの内部に改質層を形成する際、第一の分割予定ラインの内部に形成された改質層にレーザー光線が照射されることがないため、デバイスチップのコーナーに欠けが生じるのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】（ａ）裏面が粘着テープ貼り付けられているウエーハの斜視図、（ｂ）表面が粘着テープに貼り付けられているウエーハの斜視図。

【図2】（ａ）ウエーハの表面を上に向けて第一の改質層形成工程を実施している状態を示す斜視図、（ｂ）ウエーハの表面を上に向けて第一の改質層形成工程を実施している状態を示す断面図。

【図3】ウエーハの裏面を上に向けて第一の改質層形成工程を実施している状態を示す斜視図。

【図4】第二の改質層形成工程におけるレーザー光線の集光点の軌跡を示すウエーハの一部平面図。

【図5】（ａ）第二の改質層形成工程において、隣接する交差点間で規制された第二の分割予定ラインの中央領域から第二の方向の片側に向かって移動したレーザー光線の集光点の軌跡を示すウエーハの一部平面図、（ｂ）第二の改質層形成工程において、隣接する交差点間で規制された第二の分割予定ラインの中央領域から第二の方向の他側に向かって移動したレーザー光線の集光点の軌跡を示すウエーハの一部平面図。

【図6】分割工程を実施している状態を示す斜視図。

【図7】改質層に沿ってウエーハが個々のデバイスチップに分割された状態を示す斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明のレーザー加工方法の好適実施形態について図面を参照しつつ説明する。

【0012】

図１には、本発明のレーザー加工方法によって加工が施される円板状のウエーハ２が示されている。ウエーハ２はシリコン等から形成され得る。ウエーハ２の表面２ａは格子状の分割予定ライン４によって複数の矩形領域に区画されており、複数の矩形領域のそれぞれにはＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイス６が形成されている。格子状の分割予定ライン４は、第一の方向Ｄ１に延在する複数の第一の分割予定ライン４ａと、第一の方向Ｄ１に交差する第二の方向Ｄ２に延在する複数の第二の分割予定ライン４ｂとを有する。なお、図示の実施形態の第一の分割予定ライン４ａと第二の分割予定ライン４ｂとは直交している。

【0013】

ウエーハ２は、周縁が環状フレーム８に固定された粘着テープ１０に貼り付けられており、粘着テープ１０を介して環状フレーム８に支持されている。図１（ａ）に示すとおり、ウエーハ２の裏面２ｂが粘着テープ１０に貼り付けられていてもよく、あるいは図１（ｂ）に示すとおり、ウエーハ２の表面２ａが粘着テープ１０に貼り付けられていてもよい。

【0014】

図示の実施形態のレーザー加工方法では、まず、第一の方向Ｄ１に延在する複数の第一の分割予定ライン４ａの内部に改質層を形成する第一の改質層形成工程を実施する。第一の改質層形成工程は、たとえば図２に一部を示すレーザー加工装置１２を用いて実施することができる。

【0015】

図２に示すとおり、レーザー加工装置１２は、ウエーハ２を吸引保持するチャックテーブル（図示していない。）と、チャックテーブルに吸引保持されたウエーハ２に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線ＬＢを照射する集光器１４と、チャックテーブルに吸引保持されたウエーハ２を撮像する撮像手段（図示していない。）とを備える。

【0016】

上面においてウエーハ２を吸引保持するチャックテーブルは、上下方向に延びる軸線を中心として回転自在に構成されていると共に、図２（ａ）に矢印Ｘで示すＸ軸方向と、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向（図２（ａ）に矢印Ｙで示す方向）とに移動自在に構成されている。集光器１４は、レーザー加工装置１２のパルスレーザー光線発振器（図示していない。）が発振したパルスレーザー光線ＬＢを集光してウエーハ２に照射するための集光レンズ（図示していない。）を含む。撮像手段は、可視光線によりウエーハ２を撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）と、ウエーハ２に赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射手段により照射された赤外線を捕らえる光学系と、光学系が捕らえた赤外線に対応する電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）とを含む。なお、Ｘ軸方向およびＹ軸方向が規定するＸＹ平面は実質上水平である。

【0017】

図２（ａ）を参照して説明を続けると、第一の改質層形成工程では、まず、ウエーハ２を上側にし、かつ粘着テープ１０を下側にして、チャックテーブルの上面でウエーハ２を吸引保持する。次いで、撮像手段で上方からウエーハ２を撮像し、撮像手段で撮像したウエーハ２の画像に基づいて、第一の分割予定ライン４ａをＸ軸方向に整合させると共に、Ｘ軸方向に整合させた第一の分割予定ライン４ａを集光器１４の下方に位置づける。

【0018】

次いで、レーザー加工装置１２の集光点位置調整手段（図示していない。）で集光器１４を昇降させ、第一の分割予定ライン４ａの内部に集光点ＦＰを位置づける。次いで、集光器１４に対してチャックテーブルを相対的に所定の送り速度でＸ軸方向に加工送りしながら、ウエーハ２に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線ＬＢを集光器１４から照射することによって、第一の分割予定ライン４ａに沿ってウエーハ２の内部に、周囲よりも強度が小さい改質層１６を形成する。

【0019】

次いで、第一の分割予定ライン４ａのＹ軸方向の間隔の分だけ、集光器１４に対してチャックテーブルを相対的にＹ軸方向に割り出し送りする。そして、パルスレーザー光線ＬＢの照射と割り出し送りとを交互に繰り返すことにより、Ｘ軸方向に整合させた第一の分割予定ライン４ａのすべてに沿ってウエーハ２の内部に改質層１６を形成する。

【0020】

図２に示す例では第一の改質層形成工程においてウエーハ２の表面２ａ側からパルスレーザー光線ＬＢをウエーハ２に照射しているが、第一の改質層形成工程においては、図３に示すとおり、ウエーハ２の裏面２ｂ側からパルスレーザー光線ＬＢをウエーハ２に照射してもよい。上記のとおり、レーザー加工装置１２の撮像手段は、赤外線照射手段と、赤外線を捕らえる光学系と、赤外線に対応する電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）とを含むので、ウエーハ２の裏面２ｂが上を向いている場合でも、ウエーハ２の裏面２ｂから透かして表面２ａの分割予定ライン４をウエーハ２の上方から撮像することができる。

【0021】

第一の改質層形成工程を実施した後、第一の方向Ｄ１に交差する第二の方向Ｄ２に延在する複数の第二の分割予定ライン４ｂの内部に改質層を形成する第二の改質層形成工程を実施する。第二の改質層形成工程も上記レーザー加工装置１２を用いて実施することができる。

【0022】

第二の改質層形成工程では、まず、ウエーハ２を吸引保持したチャックテーブルを９０度回転させる。次いで、第一の改質層形成工程において撮像したウエーハ２の画像に基づいて、第二の分割予定ライン４ｂをＸ軸方向に整合させると共に、Ｘ軸方向に整合させた第二の分割予定ライン４ｂを集光器１４の下方に位置づける。

【0023】

次いで、第二の分割予定ライン４ｂの内部であって、第二の分割予定ライン４ｂおよび既に改質層１６が形成された第一の分割予定ライン４ａの交差点と隣接する交差点とで規制された第二の分割予定ライン４ｂの中央領域に集光点ＦＰを位置づける。

【0024】

図４を参照して説明すると、第二の分割予定ライン４ｂおよび既に改質層１６が形成された第一の分割予定ライン４ａの交差点とは、たとえば符号Ｃ１で示す交差点であり、この交差点Ｃ１に隣接する交差点とは、第二の方向Ｄ２において隣接する交差点であり、たとえば符号Ｃ２で示す交差点である。また、交差点Ｃ１と交差点Ｃ２とで規制された第二の分割予定ライン４ｂの中央領域とは、たとえば図４に符号１８で示すとおり、デバイス６の一辺の長さに相当する領域である。図示の実施形態では中央領域１８における任意の開始位置２０に集光点ＦＰを位置づける。なお、開始位置２０は、中央領域１８における中間位置でなくてもよく、いずれかの交差点の方に片寄っていてもよい。

【0025】

次いで、開始位置２０から交差点Ｃ１の近傍まで、集光器１４に対してチャックテーブルを相対的に所定の送り速度でＸ軸方向に加工送りしながら、ウエーハ２に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線ＬＢを集光器１４から照射することにより、第二の分割予定ライン４ｂに沿ってウエーハ２の内部に改質層２２ａを形成する。この改質層２２ａの先端（開始位置２０の反対側の端部）は、第一の分割予定ライン４ａの改質層１６とは連結しておらず、改質層２２ａの先端と改質層１６との間には改質層が形成されていない領域が存在する。すなわち、改質層２２ａを形成する際、パルスレーザー光線ＬＢが改質層１６に照射されることはない。

【0026】

次いで、チャックテーブルを移動させて集光点ＦＰを開始位置２０に再度位置づける。そして、開始位置２０から交差点Ｃ２の近傍まで、集光器１４に対してチャックテーブルを相対的に所定の送り速度でＸ軸方向に加工送りしながら、ウエーハ２に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線ＬＢを集光器１４から照射することにより、第二の分割予定ライン４ｂに沿ってウエーハ２の内部に改質層２２ｂを形成する。改質層２２ｂの先端も改質層１６とは連結しておらず、改質層２２ｂの先端と改質層１６との間には改質層が形成されていない領域が存在する。改質層２２ｂを形成する際も、改質層２２ａを形成する際と同様に、パルスレーザー光線ＬＢが改質層１６に照射されることはない。

【0027】

このようにして、交差点Ｃ１と交差点Ｃ２とで規制された第二の分割予定ライン４ｂの中央領域１８から、それぞれの交差点Ｃ１、Ｃ２の近傍までパルスレーザー光線ＬＢを照射して、開始位置２０から交差点Ｃ１の近傍まで延びる改質層２２ａと、開始位置２０から交差点Ｃ２の近傍まで延びる改質層２２ｂとを有する改質層２２を形成する。なお、改質層２２の性質は、改質層１６の性質と実質上同一であり、改質層２２の強度は周囲よりも強度が小さい。

【0028】

次いで、最初に集光点ＦＰを位置づけた第二の分割予定ライン４ｂにおいて、隣接する交差点と交差点とで規制される各領域に改質層２２を順次形成する。そして、割り出し送りをしつつ、Ｘ軸方向に整合させた第二の分割予定ライン４ｂのすべてに沿ってウエーハ２の内部に改質層２２を形成する。これによって、ウエーハ２をデバイス６ごとのチップに分割するための起点となる改質層１６、２２を分割予定ライン４に沿ってウエーハ２の内部に形成することができる。

【0029】

第二の改質層形成工程においては、上記のとおり、隣接する交差点と交差点とで規制される第二の分割予定ライン４ｂの各領域に改質層２２を順次形成してもよいが、パルスレーザー光線ＬＢを断続的に照射しながら第二の分割予定ライン４ｂの一端部から他端部まで集光点ＦＰを相対的に移動させてもよい。図５（ａ）に示すとおり、第二の分割予定ライン４ｂにおいてパルスレーザー光線ＬＢの照射区間と非照射区間とを交互に設けることによって、隣接する交差点と交差点とで規制される第二の分割予定ライン４ｂの各領域に、開始位置２０から図５の右側に延びる改質層２２ａを形成した後、図５（ｂ）に示すとおり、開始位置２０から図５の左側に延びる改質層２２ｂを形成するようにしてもよい。

【0030】

上述したとおりの第一・第二の改質層形成工程は、たとえば以下の加工条件で実施することができる。
パルスレーザー光線の波長 ：１３４２ｎｍ
繰り返し周波数 ：９０ｋＨｚ
平均出力 ：１．２Ｗ
送り速度 ：７００ｍｍ／ｓ

【0031】

第二の改質層形成工程を実施した後、粘着テープ１０を拡張してウエーハ２をデバイスチップに分割してもよいが、本実施形態においては、ウエーハ２の表面２ａに保護部材を配設してウエーハ２の裏面２ｂを研削ホイールで研削しウエーハ２を薄化すると共に、改質層１６、２２に沿ってウエーハ２を個々のデバイス６ごとのチップに分割する分割工程を実施する。分割工程は、たとえば図６に一部を示す研削装置２４を用いて実施することができる。研削装置２４は、ウエーハ２を吸引保持するチャックテーブル２６と、チャックテーブル２６に吸引保持されたウエーハ２を研削する研削手段２８とを備える。

【0032】

上面においてウエーハ２を吸引保持するチャックテーブル２６は上下方向に延びる軸線を中心として回転自在に構成されている。研削手段２８は、上下方向に延びるスピンドル３０と、スピンドル３０の下端に固定された円板状のホイールマウント３２とを含む。ホイールマウント３２の下面にはボルト３４によって環状の研削ホイール３６が固定されている。研削ホイール３６の下面の外周縁部には、周方向に間隔をおいて環状に配置された複数の研削砥石３８が固定されている。

【0033】

分割工程では、まず、デバイス６を保護するための保護部材４０をウエーハ２の表面２ａに配設する。次いで、図６に示すとおり、ウエーハ２の裏面２ｂを上に向けて、チャックテーブル２６の上面でウエーハ２を吸引保持する。次いで、上方からみて反時計回りに所定の回転速度（たとえば３００ｒｐｍ）でチャックテーブル２６を回転させる。また、上方からみて反時計回りに所定の回転速度（たとえば６０００ｒｐｍ）でスピンドル３０を回転させる。次いで、研削装置２４の昇降手段（図示していない。）でスピンドル３０を下降させ、ウエーハ２の裏面２ｂに研削砥石３８を接触させた後、所定の研削送り速度（たとえば１．０μｍ／ｓ）でスピンドル３０を下降させる。これによって、ウエーハ２の裏面２ｂを研削してウエーハ２を所望の厚みに薄化することができる。

【0034】

ウエーハ２の研削時には、研削送りによる所定の押圧力がウエーハ２に作用するため、ウエーハ２の内部に形成された改質層１６、２２からクラック（図示していない。）がウエーハ２の厚み方向に成長し、図７に示すとおり、改質層１６、２２に沿ってウエーハ２が個々のデバイス６ごとのチップに分割される。

【0035】

以上のとおりであり、図示の実施形態のレーザー加工方法においては、第二の分割予定ライン４ｂの内部に改質層２２を形成する際、第一の分割予定ライン４ａの内部に形成された改質層１６にパルスレーザー光線ＬＢが照射されることがないため、デバイスチップのコーナーに欠けが生じるのを防止することができる。

【符号の説明】

【0036】

２：ウエーハ
２ａ：ウエーハの表面
２ｂ：ウエーハの裏面
４：分割予定ライン
４ａ：第一の分割予定ライン
４ｂ：第二の分割予定ライン
１６：第一の分割予定ラインの内部に形成された改質層
１８：中央領域
２２：第二の分割予定ラインの内部に形成された改質層
２２ａ：開始位置から交差点Ｃ１の近傍まで延びる改質層
２２ｂ：開始位置から交差点Ｃ２の近傍まで延びる改質層
Ｄ１：第一の方向
Ｄ２：第二の方向
ＬＢ：パルスレーザー光線
ＦＰ：集光点
Ｃ１、Ｃ２：交差点

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】