JP2010177277A - レーザーダイシング方法及びレーザーダイシング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
屈折率の異なる中間層を備えたウェーハであっても、中間層に影響されず高精度にレーザーダイシングを行うことが可能なレーザーダイシング方法及びレーザーダイシング装置を提供すること。
【解決手段】
ウェーハＷの表面側ＷＡからレーザー光Ｌを入射して表面側ＷＡへ改質領域Ｐを形成する第１ダイシング工程と、ウェーハＷを反転させて裏面側ＷＢよりレーザー光Ｌを入射し裏面側ＷＢへ改質領域Ｐを形成する第２ダイシング工程とによりウェーハＷのダイシングを行う。
【選択図】図６

Description

本発明は、半導体装置や電子部品が形成されたウェーハの内部にレーザー光により改質領域を形成して割断ラインを形成し、割断ラインに沿って個々のチップに分割するレーザーダイシング方法及びレーザーダイシング装置に関するものである。

近年、半導体装置や電子部品が形成されたウェーハを個々のチップへと分割する際には、従来のブレード式のダイシング装置に替えてレーザー光源から出射されたレーザー光をウェーハ内部に集光し、多光子吸収による改質領域をウェーハ内部に連続して形成することによりウェーハを割断するダイシング装置（以下、レーザーダイシング装置と称する）が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。

レーザーダイシング装置は、ブレードによるダイシング装置と同様にウェーハテーブル、移動手段、撮像手段、制御手段を備え、加工手段としてレーザー発振器やレンズを備えたレーザーヘッドを備えている。レーザーダイシング装置では、レーザー光を照射しながらウェーハテーブル上のウェーハを移動手段で移動させることにより、ウェーハの割断予定ラインに沿って連続した改質領域による割断ラインを形成する。

割断ラインが形成されたウェーハは固定機構や押し上げ機構を備えたエキスパンダ等の装置に搬送されエキスパンドやブレーキングが行われることにより割断ラインを起点として割断されて個々のチップに分割される。

このようにレーザーダイシング装置では、高速回転するダイヤモンド等により形成されるブレードに替わり、レーザー光によりウェーハがチップに分割されるため、ウェーハに大きな力がかからず、チッピングや割れが発生しない。また、ウェーハに直接接触する部分がなく熱や切削屑が発生しない為、切削水を必要としない。更に、内部に改質領域を形成してウェーハの割段を行いチップに分割するため、チップの間隔がブレードによる切断よりも非常に狭く、一枚のウェーハからより多くのチップが得られる。
特開２００２−１９２３６７号公報

近年デバイスの高集積化、低消費電力化、高速化、高信頼性の実現を目指して電気絶縁性の高い酸化膜層をウェーハ内部に形成させたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハの需要が高まっている。ＳＯＩウェーハとしては、２枚の研磨されたウェーハが酸化膜を介して貼り合わせられた貼り合せウェーハ（ＤＢＷ：Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｏｎｄｅｄ Ｗａｆｅｒ）や、研磨されたウェーハに酸素イオンを注入してウェーハ内部に酸化膜層を形成させたＳＩＭＯＸウェーハ(Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ ＩＭｐｌａｎｔｅｄ ＯＸｙｇｅｎ)が用いられている。

このようなＳＯＩウェーハをレーザーダイシング装置により加工を行うと中間層である酸化膜層でレーザーが屈折してしまい狙った位置にレーザーをフォーカスすることが出来ず、精度よくダイシングを行うことが困難であった。

本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、屈折率の異なる中間層を備えたウェーハであっても、中間層に影響されず高精度にレーザーダイシングを行うことが可能なレーザーダイシング方法及びレーザーダイシング装置を提供することを目的としている。

本発明は前記目的を達成するために、デバイスが形成され、いずれか一方の面にテープを貼着するとともに前記テープを介してフレームへマウントされた中間層を有するウェーハのいずれか一方の面をレーザーヘッドへ向けてウェーハテーブル上に載置し、前記レーザーヘッドへ向けられた一方の面から前記レーザーヘッドよりレーザー光を入射して、前記ウェーハ内部の前記中間層よりも一方の面側へ改質領域を形成する第１ダイシング工程と、前記ウェーハを反転させて他方の面を前記レーザーヘッドへ向けて前記ウェーハテーブル上に載置し、前記レーザーヘッドよりレーザー光を他方の面側から入射して前記中間層よりも他方の面側へ改質領域を形成する第２ダイシング工程と、により前記ウェーハのダイシングを行うことを特徴としている。

本発明によれば、デバイスが形成され、いずれか一方の面にテープを貼着するとともにテープを介してフレームへマウントされた中間層を有するウェーハ内部へ改質領域を形成するレーザーダイシング装置には、ウェーハ内部へ改質領域を形成するレーザーヘッドと、ウェーハ平面がレーザーヘッドと対向するように保持されるウェーハテーブルと、ウェーハテーブルとレーザーヘッドとを相対的に移動させる移動軸と、ウェーハがマウントされたフレームを把持して上昇するとともに反転させて再びウェーハテーブル上に載置することによりウェーハ内部の中間層よりも一方の面側または中間層よりも他方の面側へそれぞれレーザー光を入射させるようにする反転アームと、が備えられている。

ウェーハはまず搬送手段によりウェーハテーブル上に搬送され、いずれか一方の面がレーザーヘッドへ向けて載置される。この状態でレーザーヘッドへ向けられた一方の面側よりレーザー光が入射されてウェーハ内部へ改質領域が形成される。形成される改質領域は酸化膜等の中間層よりも一方の面側へ形成される。一方の面側へ改質領域が形成された後、ウェーハは反転されて他方の面がレーザーヘッドへ向けてウェーハテーブル上に載置され、中間層よりも他方の面側に改質領域が形成される。このとき、テープが貼着されたいずれか一方の面ではテープを通してウェーハ内部へレーザー光が入射される。

これによりウェーハは連続して形成された改質領域を起点として割断されて個々のチップに分割される。レーザー光は屈折率の異なる中間層を通過することがなく、所定の位置にレーザー光をフォーカスすることが容易となり中間層に影響されず高精度にレーザーダイシングを行うことが可能となる。

以上説明したように、本発明のレーザーダイシング方法及びレーザーダイシング装置によれば、ウェーハを反転させることで屈折率の異なる中間層を通過させることなく各深さにレーザー光をフォーカスすることが可能となり、中間層に影響されず高精度にレーザーダイシングを行うことが可能となる。

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方法及び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。はじめに、本発明に係るレーザーダイシング装置について説明する。図１は本発明に係わるレーザーダイシング装置の斜視図、図２はフレームにテープを介してマウントされたウェーハを示した斜視図、図３はレーザーヘッドの構成を示した断面図、図４はレーザーダイシングの様子を示した断面図、図５は反転アームユニットの構成を示した側面図である。

レーザーダイシング装置１は、図１に示すように対向して配置されたレーザーヘッド２を備えた加工部３、中間層としての酸化膜層が形成されたＳＯＩウェーハであるウェーハＷを多数枚収納したカセットを載置するロードポート４、ウェーハＷを搬送する搬送手段５、ウェーハＷを上下反転させる反転アームユニット６、コントロールパネル７、各部の制御及び加工に必要な各部の制御手順を記憶する不図示の制御手段等を備えている。

加工部３には、移動手段としてのＸ移動軸８上に設けられたウェーハテーブル９に、図２に示すように裏面を研削加工等された後にフレームＦへテープＴを介してマウントされたウェーハＷが吸着載置され、ウェーハテーブル９上部にＸ移動軸８に直交するように設けられた移動手段としてのＹ移動軸（不図示）にレーザーヘッド２が対向して設けられている。加工部３にはこの他にレーザーヘッド２を上下方向に移動させるＺ移動軸（不図示）やウェーハＷ表面を撮像する撮像手段１０が備えられている。

レーザーヘッド２は図３に示すように、レーザー発振器１１、コリメートレンズ１２、ミラー１３、コンデンスレンズ１４等からなり、レーザー発振器１１から発振されたレーザー光Ｌは、コリメートレンズ１２で水平方向に平行光線とされ、ミラー１３で垂直方向に反射され、コンデンスレンズ１４によって集光される。

レーザー光Ｌの集光点を、ウェーハテーブル９に載置されたウェーハＷの厚さ方向内部に設定すると、図４（ａ）に示すように、ウェーハＷの表面を透過したレーザー光Ｌは集光点でエネルギーが集中され、ウェーハ内部の集光点近傍に多光子吸収によるクラック領域、溶融領域、屈折率変化領域等の改質領域Ｐを形成する。

なお、本実施の形態ではレーザーヘッド２はレーザーダイシング装置１に対して２個対向して設けられているが本発明はこれに限らず、レーザーヘッド２が１個または２個以上のレーザーヘッド２が設けられていても好適に実施可能である。

改質領域Ｐは、図４（ｂ）に示すように、ウェーハＷがＸ移動軸８により水平方向に移動されることによりウェーハＷ内部に複数並んで形成され、ウェーハＷのダイシングストリートに沿って割断ラインＫが形成される。割断ラインＫはダイシングストリートに沿って複数形成され、ウェーハＷは割断ラインＫを起点として割断されてチップに分割される。

反転アームユニット６は、図５（ａ）に示すように上下移動軸１５に設けられた移動ブロック１６に回転軸１７が取り付けられ、回転軸１７の先端に反転アーム１８が設けられている。

上下移動軸１５に設けられた移動ブロック１６は矢印Ｚ方向に上下移動が可能であって反転アーム１８を上下に移動させる。反転アーム１８は２つの爪が設けられ、爪を開閉することによりフレームＦを把持するとともに回転軸１７により矢印θ方向に回転する。

図５（ｂ）に示すように裏面側にテープＴを貼着されてフレームＦにマウントされたウェーハＷは、下降している反転アーム１８の間にフレームＦが入るとともに反転アーム１８の爪により把持される。続いて図５（ｃ）に示すように移動ブロック１６により反転アーム１８が十分に上昇すると回転軸１７により回転してウェーハＷの上下が逆転する。この状態で図５（ｄ）に示すように再び移動ブロック１６が下降してウェーハＷがウェーハテーブル９上に載置される。

これにより、酸化膜層よりも一方の面であるウェーハＷ表面側または酸化膜層よりも他方の面であるウェーハＷ裏面側にそれぞれレーザー光をフォーカスさせることが可能となり、酸化膜層に影響されず高精度にレーザーダイシングを行うことが可能となる。

なお、ウェーハＷのデバイスが形成された表面側がウェーハテーブル９へ載置される際にはデバイスを保護するためウェーハテーブル９上に薄いシート状のポーラスや樹脂等の保護部材１９が貼着されていてもよい。保護部材１９はウェーハＷをウェーハテーブル９へ吸着載置する妨げとならないように、エアを透過する多数の小孔を備えた構造を備えている。

次に本発明に係わるレーザーダイシング方法について説明する。図６は本発明に係わるレーザーダイシング方法を示した側面図である。

本発明のレーザーダイシング方法では、ロードポート４上に載置されたカセットに収納されているウェーハＷが、搬送手段５により搬送されてウェーハテーブル９上へ載置される。ウェーハＷは図６（ａ）に示すように一方の面としてのデバイスが形成された表面側ＷＡとテープＴが貼着されている他方の面としての裏面側ＷＢの間に中間層としての酸化膜層ＷＣが形成されたＳＯＩウェーハであって、レーザーヘッド２によりレーザー光が入射されて内部に改質領域Ｐが形成される。

改質領域Ｐの形成では、まず第１ダイシング工程としてウェーハＷ表面に形成されたアライメントマークを基準としてアライメントされ、レーザーヘッド２へ向って載置されている表面側ＷＡよりダイシングストリートに沿ってレーザー光Ｌが入射される。レーザー光Ｌは酸化膜層ＷＣよりも表面側ＷＡにのみフォーカスされ、改質領域Ｐを連続して形成することにより割断ラインＫが形成される。

表面側ＷＡに割断ラインＫが形成された後、ウェーハＷは図５に示すようにフレームＦを反転アーム１８に把持されるとともに上昇反転されてウェーハテーブル９上に再び載置される。表面側ＷＡがウェーハテーブル９へ載置される際にはデバイスを保護するためウェーハテーブル９上にポーラスや樹脂等の保護部材１９が搬送手段５等により載置される。

裏面側ＷＢをレーザーヘッド２へ向って載置された後、第２ダイシング工程としてウェーハＷを透過する波長を備えた光源より光を照射し、ウェーハＷ表面のアライメントマークを撮像手段１０により撮像してアライメントが行われる。アライメント後、テープＴを通過して裏面側ＷＢへレーザー光Ｌが入射される。レーザー光Ｌは図６（ｂ）に示すように、表面側ＷＡに形成された改質領域ＰとウェーハＷ平面上の同じ位置または異なる位置であって、酸化膜層ＷＣよりも裏面側ＷＢにのみフォーカスされる。改質領域Ｐは連続して形成されることにより表面側ＷＡと裏面側ＷＢとへ割断ラインＫが形成される。

これにより、屈折率の異なる酸化膜層ＷＣを通過させることなく表面側ＷＡ、裏面側ＷＢへレーザー光Ｌをフォーカスすることが可能となり、酸化膜層ＷＣに影響されず高精度に割断ラインＫが形成されてウェーハＷがダイシングされる。

ダイシング後のウェーハＷは固定機構や押し上げ機構を備えたエキスパンダ等の装置に搬送されエキスパンドやブレーキングが行われることにより割断ラインＫを起点として割断されて個々のチップに分割される。

以上、説明したように、本発明に係わるレーザーダイシング方法及びレーザーダイシング装置によれば、反転アームユニットによりウェーハを反転させることで屈折率の異なる中間層を通過させることなく各深さにレーザー光をフォーカスすることが可能となり、中間層に影響されず高精度にレーザーダイシングを行うことが可能となる。

なお、本実施の形態では表面側ＷＡをレーザーダイシングした後に裏面側ＷＢをレーザーダイシングしているが、本発明はこれに限らず裏面側ＷＢをレーザーダイシングした後に表面側ＷＡをレーザーダイシングしても好適に実施可能である。

また、本実施の形態では表面側ＷＡにデバイスが形成されているとしているが、本発明はこれに限らず裏面側ＷＢ、または表面側ＷＡと裏面側ＷＢとの両面にデバイスが形成されていても好適に実施可能である。

本発明に係わるレーザーダイシング装置の構成を示した斜視図。 フレームにテープを介してマウントされたウェーハを示した斜視図。 レーザーヘッドの構成を示した断面図。 レーザーダイシングの様子を示した断面図。 反転アームユニットの構成を示した側面図。 本発明に係わるレーザーダイシング方法を示した側面図。

１…レーザーダイシング装置，２…レーザーヘッド，３…加工部，４…ロードポート，５…搬送手段，６…反転アームユニット，７…コントロールパネル，８…Ｘ移動軸，９…ウェーハテーブル，１０…撮像手段，１１…レーザー発振器，１２…コリメートレンズ，１３…ミラー，１４…コンデンスレンズ，１５…上下移動軸，１６…移動ブロック，１７…回転軸，１８…反転アーム、Ｆ…フレーム、Ｋ…割断ライン，Ｌ…レーザー光，Ｐ…改質領域，Ｔ…テープ，Ｗ…ウェーハ，ＷＡ…表面側（一方の面），ＷＢ…裏面側（他方の面），ＷＣ…酸化膜層（中間層）

Claims (2)

1. デバイスが形成され、いずれか一方の面にテープを貼着するとともに前記テープを介してフレームへマウントされた中間層を有するウェーハのいずれか一方の面をレーザーヘッドへ向けてウェーハテーブル上に載置し、前記レーザーヘッドへ向けられた一方の面から前記レーザーヘッドよりレーザー光を入射して、前記ウェーハ内部の前記中間層よりも一方の面側へ改質領域を形成する第１ダイシング工程と、
   前記ウェーハを反転させて他方の面を前記レーザーヘッドへ向けて前記ウェーハテーブル上に載置し、前記レーザーヘッドよりレーザー光を他方の面側から入射して前記中間層よりも他方の面側へ改質領域を形成する第２ダイシング工程と、により前記ウェーハのダイシングを行うことを特徴とするレーザーダイシング方法。
2. デバイスが形成され、いずれか一方の面にテープを貼着するとともに前記テープを介してフレームへマウントされた中間層を有するウェーハ内部へレーザー光を集光することにより前記ウェーハ内部へ改質領域を形成するレーザーヘッドと、
   前記ウェーハ平面が前記レーザーヘッドと対向するように保持されるウェーハテーブルと、
   前記ウェーハテーブルと前記レーザーヘッドとを相対的に移動させる移動軸と、
   前記ウェーハがマウントされた前記フレームを把持して上昇するとともに反転させて再び前記ウェーハテーブル上に載置することにより前記ウェーハ内部の前記中間層よりも一方の面側または前記中間層よりも他方の面側へそれぞれレーザー光を入射させるようにする反転アームと、を備えたことを特徴とするレーザーダイシング装置。

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