JP2018181938A - ウェーハのレーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】先行するレーザビームの照射により発生するデブリ等による後続のレーザビームの照射への妨害を抑制する。
【解決手段】レーザビーム発振器により発振されレーザビーム分岐ユニットにより分岐されて形成された複数のレーザビームを集光レンズを通してチャックテーブルに保持されたウェーハに照射するレーザビーム照射ユニットを備えるレーザ加工装置を用いて、表面に格子状に設定された複数の分割予定ラインにより区画されたウェーハを加工するウェーハのレーザ加工方法であって、該複数のレーザビームを該分割予定ラインに沿って該ウェーハに照射し、該分割予定ラインに沿う加工溝を該ウェーハに形成する加工溝形成ステップを備え、該加工溝形成ステップでは、該レーザビーム分岐ユニットで分岐された該複数のレーザビームを、該複数のレーザビームが照射される該分割予定ラインの伸長方向に対して非平行な方向に列状に並べる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ウェーハのレーザ加工方法に関する。

ＩＣチップ等のデバイスチップは、半導体でなる円板状のウェーハの表面に格子状に設定された分割予定ライン沿って該ウェーハが分割されることにより形成される。該分割予定ラインによって区画されるウェーハの表面の各領域にはデバイスが形成される。また、該デバイスに使用される配線層間の寄生容量を低減するために、層間絶縁膜として誘電率の低いいわゆるＬｏｗ−ｋ材料を有する機能層が形成される。

該Ｌｏｗ−ｋ材料を有する機能層の分断やウェーハの分断のために、レーザビームを用いたアブレーション加工が実施される。アブレーション加工では、分割予定ラインに沿ってウェーハの表面にパルスレーザビームを照射することによりウェーハを部分的に加熱して除去する。すると、ウェーハには所定の深さの加工溝が形成される。

アブレーション加工においては、レーザビームのパワーを上げるとウェーハに形成される加工溝が深く大きくなる。そして、該レーザビームのパワーを過度に上げると分割予定ラインに近接するデバイスに損傷を与えるおそれがある。

そこで、レーザビームの照射によりデバイスに損傷を与えないように、許容されるパワーのレーザビームを被加工箇所に複数回走査して、所望の大きさの加工溝を形成する。例えば、走査するレーザビームを複数の許容されるパワーのレーザビームに分岐することで、複数の分岐されたレーザビームを次々と被加工箇所に照射して加工溝を形成する（特許文献１及び２参照）。従来は、分岐された複数のレーザビームがウェーハの分割予定ラインの伸長方向に沿って並ぶように元のレーザビームを分岐させていた。

特開２０１６−１９６０１８号公報 特開２０１６−２０３２２２号公報

レーザビームをウェーハに照射してアブレーション加工を実施すると、ウェーハが熱により気化してプラズマが生じ、また、デブリと呼ばれる溶融固化物が発生する。複数の分岐された一連のレーザビームのうち、ある被加工箇所に最初に当たるレーザビームの照射によりプラズマやデブリが発生すると、後続のレーザビームの照射がデブリ等により妨げられ所望の加工が実施されないとの問題を生じる。そのため、生じたデブリ等は形成された加工溝から速やかに排出されるのが好ましい。

しかし、先行のレーザビームの照射により生じたデブリ等の排出が後続のレーザビームの照射により抑制され、加工溝にデブリが埋め戻されて加工溝が浅くなることがあった。特に、レーザビームを複数回走査して深い加工溝を形成する際、走査回数が増すごとに増えるデブリ等によってレーザビームの照射が次第に大きく妨げられて加工レート（レーザビームの１回の走査あたりに除去される被加工物の量）が低下していた。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、分岐された複数のレーザビームを照射するアブレーション加工において、先行するレーザビームの照射により発生するデブリ等による後続のレーザビームの照射への妨害を抑制できるウェーハのレーザ加工方法を提供することである。

本発明の一態様によれば、ウェーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームを発振するレーザビーム発振器と、レーザビーム分岐ユニットと、集光レンズと、を有し、該レーザビーム発振器により発振され該レーザビーム分岐ユニットにより分岐されて形成された複数のレーザビームを該集光レンズを通してチャックテーブルに保持されたウェーハに照射する機能を有するレーザビーム照射ユニットを備えるレーザ加工装置を用いて、表面に格子状に設定された複数の分割予定ラインにより区画されたそれぞれの領域にデバイスを備えるウェーハを加工するウェーハのレーザ加工方法であって、該ウェーハを該チャックテーブルにより保持する保持ステップと、該複数のレーザビームを該分割予定ラインに沿って該ウェーハに照射し、該分割予定ラインに沿う加工溝を該ウェーハに形成する加工溝形成ステップと、を備え、該加工溝形成ステップでは、該レーザビーム分岐ユニットで分岐された該複数のレーザビームを、該複数のレーザビームが照射される該分割予定ラインの伸長方向に対して非平行な方向に列状に並べることを特徴とするウェーハのレーザ加工方法が提供される。

本発明の一態様において、該加工溝形成ステップでは、該複数のレーザビームを該複数の該分割予定ラインのそれぞれに沿って該ウェーハに２回以上照射し、該加工溝によって該ウェーハを分割してもよい。

本発明の一態様に係るウェーハのレーザ加工方法では、複数のレーザビームを分割予定ラインに沿ってウェーハに照射して、分割予定ラインに沿う加工溝をウェーハに形成する。このとき、レーザ加工装置のレーザビーム分岐ユニットで分岐されて形成された複数のレーザビームを、該複数のレーザビームが照射される該分割予定ラインの伸長方向に対して非平行な方向に列状に並べる。

すると、該複数のレーザビームのうち先行するレーザビームが照射されて発生したデブリ等には後続のレーザビームは照射されにくくなる。そのため、該後続のレーザビームの照射は該デブリ等により妨害されない上、該デブリの排出も該後続のレーザビームにより抑制されない。さらに、レーザビームのスポット径に比して加工溝の幅が広くなるため、ウェーハから発生したデブリは排出されやすくなる。

そのため、デブリ等の埋め戻りにより加工溝が浅くなりにくい。したがって、加工レートも低下しにくくなり、レーザビームによるアブレーション加工を適切に実施できる。

本発明により、分岐された複数のレーザビームを照射するアブレーション加工において、先行するレーザビームの照射により発生するデブリ等による後続のレーザビームの照射への妨害を抑制できるウェーハのレーザ加工方法が提供される。

フレームに張られたテープに貼着されたウェーハを模式的に示す斜視図である。 加工溝形成ステップを模式的に説明する部分断面図である。 図３（Ａ）は、ウェーハに照射される分岐された複数のレーザビームの各スポットと、分割予定ラインと、の関係を模式的に示す上面図であり、図３（Ｂ）は、加工溝形成ステップを模式的に説明する断面図である。

まず、本実施形態に係るウェーハのレーザ加工方法の被加工物であるウェーハについて図１を用いて説明する。図１は、フレームに張られたテープに貼着されたウェーハを模式的に示す斜視図である。該ウェーハ１は、例えば、シリコン、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、若しくは、その他の半導体等の材料、または、サファイア、ガラス、石英等の材料からなる基板である。ウェーハ１は、例えば、デバイスが形成された基板が樹脂により封止されたモールド樹脂基板でもよく、半導体ウェーハ及び樹脂の積層基板でもよい。

ウェーハ１の表面１ａは格子状に配列された複数の分割予定ライン（ストリート）３で複数の領域に区画されており、該複数の分割予定ライン３により区画された各領域にはＩＣ等のデバイス５が形成されている。最終的に、ウェーハ１が分割予定ライン３に沿って分割されることで、個々のデバイスチップが形成される。

該ウェーハ１の裏面には、金属製のフレーム９に張られたテープ７が貼着される。本実施形態に係るウェーハのレーザ加工方法を実施する間、フレーム９を介してウェーハ１を取り扱うことで、ウェーハ１の取り扱いが容易となる。

テープ７は、可撓性を有するフィルム状の基材と、該基材の一方の面に形成された糊層（接着剤層）と、を有する。例えば、基材にはＰＯ（ポリオレフィン）が用いられる。ＰＯよりも剛性の高いＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン等が用いられても良い。また、糊層（接着剤層）には、例えば、シリコーンゴム、アクリル系材料、エポキシ系材料等が用いられる。

次に、本実施形態に係るウェーハの加工方法で使用されるレーザ加工装置２について、図２を用いて説明する。該レーザ加工装置２は、ウェーハ１を吸引保持するチャックテーブル４と、該チャックテーブル４の上方に配設されたレーザビーム照射ユニット６と、を備える。

チャックテーブル４は上面側に多孔質部材（不図示）を有する。該多孔質部材の上面はチャックテーブル４のウェーハ１を保持する保持面４ａとなる。チャックテーブル４は、該多孔質部材に接続された吸引源（不図示）を有する。該保持面４ａ上にウェーハ１が載せられ、該多孔質部材の孔を通して該ウェーハ１に対して該吸引源により生じた負圧を作用させると、ウェーハ１はチャックテーブル４に吸引保持される。また、チャックテーブル４の周囲には、フレーム９を固定するクランプ４ｃが備えられている。

レーザ加工装置２はパルスモータ等を動力とする加工送り手段（加工送り機構、不図示）を備える。該加工送り手段は、チャックテーブル４をレーザ加工装置２の加工送り方向４ｂに移動できる。ウェーハ１の加工時等には、チャックテーブル４を加工送り方向４ｂに送ることでウェーハ１を加工送りさせる。また、チャックテーブル４は保持面４ａに略垂直な軸の周りに回転可能であり、チャックテーブル４を回転させるとウェーハ１の加工送り方向を変えられる。

さらに、レーザ加工装置２はパルスモータ等を動力とする割り出し送り手段（割り出し送り機構、不図示）を備える。該割り出し送り手段は、チャックテーブル４を加工送り方向と直交するレーザ加工装置２の割り出し送り方向（不図示）に移動できる。

レーザビーム照射ユニット６は、レーザビームを発振するレーザビーム発振器８と、レーザビーム分岐ユニット１０と、集光レンズ１２と、を備える。レーザビーム照射ユニット６は、さらに、反射鏡１２ａ等の光学部品を有してもよい。

レーザビーム発振器８は、ウェーハ１に対して吸収性を有する波長（例えば、３５５ｎｍ）のパルスレーザビームを発振する機能を有する。

レーザビーム分岐ユニット１０は、例えば、ＤＯＥ（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）（回折型光学素子）である。ＤＯＥは、回折現象を利用して入射されたレーザビームを複数のレーザビームに分岐させる機能を有する。集光レンズ１２は、入射されたレーザビームを該集光レンズ１２に固有な特定の距離離れた位置に集光する機能を有する。

該レーザビーム照射ユニット６によると、レーザビーム発振器８により発振されたレーザビームがレーザビーム分岐ユニット１０に入射されて分岐され、集光レンズ１２を経てチャックテーブル４上に保持されたウェーハ１の表面１ａに照射される。本実施形態においては、分岐された複数のレーザビームがウェーハ１の表面１ａに照射される際に、ウェーハ１の表面１ａでは、各レーザビームが照射されるスポット（集光点）が直線状に等間隔に並ぶようにレーザビーム照射ユニット６の各部品が設定される。

さらに、該レーザ加工装置２では、分岐された複数のレーザビームが該チャックテーブル４の加工送り方向に対して非平行な方向に沿って並ぶように、レーザビーム照射ユニット６の光学系が設定される。すなわち、レーザビーム照射ユニット６は、チャックテーブル４に保持されたウェーハ１の分割予定ライン３に対して垂直な方向に互いにずらして分岐された複数のレーザビームを照射できる。

以下、本実施形態に係るウェーハのレーザ加工方法の各ステップについて説明する。まず、保持ステップについて図２を用いて説明する。図２は、保持ステップを模式的に示す断面図である。保持ステップでは、ウェーハ１の裏面１ｂ側をチャックテーブル４に向け、表面側１ａを上方に向けた状態で、ウェーハ１をチャックテーブル４の保持面４ａ上に載せる。

そして、チャックテーブル４の多孔質部材の孔を通して吸引源により生じた負圧を該ウェーハ１に対して作用させると、ウェーハ１はチャックテーブル４に吸引保持される。なお、ウェーハ１の裏面１ａには予めテープ７が貼着されている。そのため、ウェーハ１は該テープ７を介してチャックテーブル４に保持される。

本実施形態に係るウェーハの加工方法では、次に複数のレーザビームを並べて該分割予定ライン３に沿って該ウェーハ１に照射し、該分割予定ライン３に沿う加工溝を該ウェーハ１に形成する加工溝形成ステップを実施する。図２は、加工溝形成ステップを模式的に説明する部分断面図である。

まず、分割予定ライン３の一端から他端にかけて該分割予定ライン３に沿ってウェーハ１の表面１ａに加工溝１１を形成できるように、チャックテーブル４及びレーザビーム照射ユニット６の相対位置を調整する。次に、レーザビーム照射ユニット６から複数のレーザビームを照射させながらチャックテーブル４を移動させる。そして、該複数のレーザビームをウェーハ１の表面１ａに集光させながらウェーハ１を加工送りすると、ウェーハ１に加工溝１１が形成される。

加工溝形成ステップにおいて、分岐された複数のレーザビームの各レーザビームがウェーハ１の表面１ａに集光される各スポットと、分割予定ライン３と、の関係について図３（Ａ）を用いて説明する。図３は、ウェーハ１の表面１ａを拡大して模式的に示す上面図である。

図３（Ａ）に示す通り、分岐された該複数のレーザビームを、該分割予定ライン３の伸長方向に対して非平行な方向に並べる。すると、該各スポット１６は、ウェーハ１の加工送り方向４ｂに垂直な方向に対して互いにずれる。パルスレーザビームが集光される各スポット１６では、パルスレーザビームの照射により部分的にウェーハ１が加熱され除去される。このとき、プラズマが生じ、また、デブリと呼ばれる溶融固化物が発生する。

例えば、本実施形態に係るウェーハのレーザ加工方法とは異なり、分岐された複数のレーザビームを、分割予定ライン３伸長方向に対して平行な方向に並べ、各スポットをウェーハ１の加工送り方向４ｂに対して垂直な方向にずらさない場合について説明する。この場合、レーザビーム照射ユニット６からパルスレーザビームが発振されてある加工点に先行するレーザビームが照射され、ウェーハ１が加工送りされて、再びパルスレーザビームが発振されると、後続のレーザビームが該加工点付近に再び照射される。

すると、先行するレーザビームの照射により発生したプラズマやデブリにより後続のレーザビームの照射が妨げられるため、後続のレーザビームの照射による加工が期待されるように実施されない。また、発生したデブリの排出が後続のレーザビームの照射により抑制され、加工溝にデブリが埋め戻されて加工溝が浅くなることがある。そのため、走査回数を増すごとに増えるデブリ等によりレーザビームの照射がより大きく妨げられ、加工レート（レーザビームの１回の走査あたりに除去される被加工物の量）が低下する。

これに対して、本実施形態に係るウェーハのレーザ加工方法では、分岐された複数のレーザビームが該分割予定ライン３の伸長方向に対して非平行な方向に並べられ、該各スポット１６が、ウェーハ１の加工送り方向４ｂに対して非平行な方向に並べられる。ある加工点に先行するレーザビームが照射され、ウェーハ１が加工送りされて、レーザビーム照射ユニットから再びパルスレーザビームが発振されると、後続のレーザビームは該加工点に対して加工送り方向４ｂに垂直な方向にずれた位置に照射される。

すると、先行するレーザビームの照射により発生したプラズマやデブリからずれた位置に後続のレーザビームが照射されるため、該後続のレーザビームは、該デブリ等による影響を受けにくい。また、該デブリ等の排出は該レーザビームにより抑制されにくい。さらに、該スポット径に比して形成される加工溝１１の加工送り方向４ｂに垂直な方向の幅が広くなるため、デブリの排出が促進される。

そのため、発生したデブリ等の加工溝１１への埋め戻しが抑制され、分岐された複数のレーザビーム１４を分割予定ライン３に沿って複数回走査する場合においても、レーザ加工の加工レートが維持される。各スポット１６が加工送り方向４ｂに対して平行に並ぶ場合、加工溝１１が深くなるほど加工レートが低下しやすいため、本実施形態に係るウェーハのレーザ加工方法における加工レートの維持の効果は加工溝１１が深くなるほど顕著となる。

図３（Ｂ）は、加工溝形成ステップにおけるウェーハ１のスポット１６近傍を拡大して示す断面模式図である。図３（Ｂ）に示す断面模式図は、加工送り方向４ｂに沿う切断面を示す断面模式図であり、説明の便宜上、分岐された複数のレーザビーム１４を２つだけ示す。

先行するレーザビーム１４ａと、後続のレーザビーム１４ｂと、は互いに加工送り方向４ｂに垂直な方向にずれて照射される。すると、先行するレーザビーム１４ａが照射されて発生したデブリ等の加工屑１３には、ウェーハ１が加工送りされて次に照射される後続のレーザビーム１４ｂが照射されない。そのため、後続のレーザビーム１４ｂは、加工屑１３に妨害されずに期待される通りにウェーハ１に照射され、それと同時に、加工屑１３の排出が該後続のレーザビーム１４ｂにより妨げられない。

以上のようにして、ウェーハ１の一つの分割予定ライン３に沿ってレーザビーム１４が照射され加工溝１１が形成された後は、ウェーハ１を割り出し送りして隣接する分割予定ライン３に沿って加工溝１１を形成する。一つの方向に沿う全ての分割予定ライン３に沿って加工溝１１を形成した後は、チャックテーブル４を回転させて加工送り方向を変えて、すべての分割予定ライン３に沿って加工溝１１を形成する。

なお、レーザビーム照射ユニット６において、レーザビーム発振器８において発振されたレーザビームがレーザビーム分岐ユニット１０に分岐されて、分岐されたレーザビーム１４が形成されるとき、例えば、８本のレーザビームに分岐する。この場合、８本の分岐されたレーザビーム１４がウェーハ１の表面１ａに照射されて８個のスポットにそれぞれ集光される。このとき、８個のスポットは略等間隔に直線状に並ぶ。

分岐されたレーザビーム１４の並ぶ方向を分割予定ライン３に対して非平行な向きとするとき、分岐されたレーザビーム１４の一部が分割予定ライン３の幅を超えて、ウェーハ１に形成されたデバイス５に照射されてデバイス５が破壊されるおそれがある。そのため、直線状に並ぶ分岐されたレーザビーム１４の最初及び最後のレーザビーム１４がそれぞれデバイス５に照射されないように、分岐されたレーザビーム１４の並ぶ方向が調整される。

さらに、レーザビーム分岐ユニット１０によって８本の分岐されたレーザビーム１４が発生するとき、ゴーストと呼ばれるパワーの弱いレーザビームが該８本の分岐されたレーザビームに並んでさらに発生する。該ゴーストと呼ばれるレーザビームであっても、ウェーハ１に形成されたデバイス５に照射される場合、デバイス５に損傷を与える場合があるため、該ゴーストをもデバイス５に極力照射されないように分岐されたレーザビーム１４の並ぶ方向が調整される。

例えば、幅が２０μｍ以上３０μｍ以下の分割予定ライン３に沿って、加工溝１１を形成するとき、略等間隔に並ぶ８つのスポットについて、互いに隣接するスポットの中心を加工送り方向４ｂに垂直な方向に０．５μｍ以上１μｍ以下の範囲でずらすのが好ましい。そして、例えば、等間隔に並ぶ８つのスポットの１番目のスポットの中心と、８番目のスポットの中心と、を加工送り方向４ｂに垂直な方向に３μｍ以上７μｍ以下の範囲でずらすのが好ましく、５μｍ以上６μｍ以下の範囲でずらすのがさらに好ましい。

なお、一つの分割予定ライン３に沿って、複数の分岐されたレーザビーム１４を２回以上繰り返して照射するとより深い加工溝１１が形成される。形成される加工溝１１の深さがウェーハ１の厚さに達すると、該分割予定ライン３に沿ってウェーハ１が分割されて、個々のデバイスチップが形成される。

なお、本発明は、上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記の実施形態では一つの分割予定ライン３に沿ってウェーハ１を分割する場合、加工溝１１の深さがウェーハ１の厚さに達するように複数の分岐されたレーザビーム１４を２回以上繰り返して照射するが、本発明の一態様はこれに限定されない。例えば、加工溝１１が形成されたウェーハ１に外力を加えて、該加工溝１１の底部からウェーハ１の裏面１ｂに至るクラックを形成してウェーハ１を分割してもよい。

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１ ウェーハ
１ａ 表面
１ｂ 裏面
３ 分割予定ライン
５ デバイス
７ テープ
９ フレーム
１１ 加工溝
１３ 加工屑
２ レーザ加工装置
４ チャックテーブル
４ａ 保持面
４ｂ 加工送り方向
４ｃ クランプ
６ レーザビーム照射ユニット
８ レーザビーム発振器
１０ レーザビーム分岐ユニット
１２ 集光レンズ
１２ａ 反射鏡
１４ レーザビーム
１４ａ スポット

Claims (2)

1. ウェーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームを発振するレーザビーム発振器と、レーザビーム分岐ユニットと、集光レンズと、を有し、該レーザビーム発振器により発振され該レーザビーム分岐ユニットにより分岐されて形成された複数のレーザビームを該集光レンズを通してチャックテーブルに保持されたウェーハに照射する機能を有するレーザビーム照射ユニットを備えるレーザ加工装置を用いて、表面に格子状に設定された複数の分割予定ラインにより区画されたそれぞれの領域にデバイスを備えるウェーハを加工するウェーハのレーザ加工方法であって、
   該ウェーハを該チャックテーブルにより保持する保持ステップと、
   該複数のレーザビームを該分割予定ラインに沿って該ウェーハに照射し、該分割予定ラインに沿う加工溝を該ウェーハに形成する加工溝形成ステップと、を備え、
   該加工溝形成ステップでは、該レーザビーム分岐ユニットで分岐された該複数のレーザビームを、該複数のレーザビームが照射される該分割予定ラインの伸長方向に対して非平行な方向に列状に並べることを特徴とするウェーハのレーザ加工方法。
2. 該加工溝形成ステップでは、該複数のレーザビームを該複数の該分割予定ラインのそれぞれに沿って該ウェーハに２回以上照射し、該加工溝によって該ウェーハを分割することを特徴とする請求項１に記載のウェーハのレーザ加工方法。