TWI558490B - Laser processing method - Google Patents

Description

雷射加工方法 發明領域

本發明係有關於一種照射對半導體晶圓等薄板狀被加工物具有穿透性之波長之雷射光束而於被加工物之內部形成改質層的雷射加工方法。

發明背景

舉例言之，半導體晶圓係以下述程序製造，前述程序係於由矽、砷化鎵等半導體構成之晶圓表面形成由IC或LSI等構成之許多電子電路，接著，研磨晶圓之背面，薄化成預定厚度後，將晶圓分割成形成有電子電路之各元件區域。要分割此種晶圓等薄板狀被加工物一般係以切削刀片切斷晶圓之方法，而在近年，亦採用一種雷射加工方法，該雷射加工方法係照射對被加工物具穿透性之波長之雷射光束，於被加工物之內部形成改質層後，對晶圓賦與外力，以改質層為起點來割斷晶圓而分割(專利文獻1等)。

先行技術文獻 專利文獻

專利文獻1 日本專利公報第3408805號

發明概要

而在上述半導體晶圓等中，有於進行背面研磨前之狀態之背面殘存有氧化膜或氮化膜之情形。又，在各種晶圓，有於表面形成有由聚醯亞胺或聚對二甲苯等有機物系膜構成之低介電常數絕緣體被覆膜(Low-k膜)者或於背面形成有金屬膜者。

當將該等具有膜之晶圓作為被加工物而從膜側照射雷射，施行雷射加工時，有所照射之雷射光束之一部份反射於膜之情形。反射率係因膜之種類或厚度等不同者，又，有依各加工物而表面之反射率不同之情形、或在1個被加工物內反射率有偏差之情形。若依各被加工物而反射率不同時，當以單一之加工條件對複數被加工物施行雷射加工時，於以雷射光束之照射形成之改質層產生偏差。又，若在1個被加工物內於反射率產生偏差時，當以單一加工條件施行雷射加工時，按反射率不同之區域，於改質層產生偏差。此外，在此所指之改質層之偏差係指從可照射雷射光束之被照射面形成改質層之深度或改質層之厚度等不同。

本發明係鑑於上述情況而發明者，其主要技術性課題係在於提供不根據被加工物之可照射雷射光束之被照射面的狀態而於被加工物內形成均一之改質層之雷射加工方法。

本發明之雷射加工方法係照射對被加工物具穿透性之波長之雷射光束而於被加工物形成改質層者，其特徵在於包含有反射率檢測步驟、反射防止膜形成步驟、及雷射加工步驟，該反射率檢測步驟係檢測在被加工物被照射雷射光束之被照射面所照射之雷射光束的反射率者；該反射防止膜形成步驟係於實施該反射率檢測步驟後，依據所檢測出之反射率，於被加工物之前述被照射面形成反射防止膜，而使該被照射面為預定反射率以下；該雷射加工步驟係於實施該反射防止膜形成步驟後，將具有穿透性之波長之雷射光束照射於被加工物之前述被照射面而於被加工物之內部形成改質層。

在本發明中，於施行雷射加工前，檢測被加工物之被照射面之反射率，依據所檢測出之反射率，於被加工物之被照射面形成反射防止膜，而使其在預定反射率以下，之後，從反射防止膜側將雷射光束照射於被加工物之內部。因此，可使雷射光束以良好效率到達被加工物之內部，結果，可不根據被照射面狀態，於被加工物內形成均一之改質層。

根據本發明，可發揮提供不根據被加工物之可照射雷射光束之被照射面的狀態而於被加工物內形成均一之改質層之雷射加工方法。

1‧‧‧被加工物

1b‧‧‧背面

1c‧‧‧改質層

2‧‧‧分割預定線

3‧‧‧元件區域

4‧‧‧膜

5‧‧‧反射防止膜

10‧‧‧框架

11‧‧‧黏著膠帶

20‧‧‧雷射加工裝置

21‧‧‧基台

22‧‧‧XY移動台

23‧‧‧柱

30‧‧‧X軸基座

31，41‧‧‧引導軌道

32，42‧‧‧馬達

33，43‧‧‧滾珠螺桿

34‧‧‧X軸驅動設備

40‧‧‧Y軸基座

44‧‧‧Y軸驅動設備

50‧‧‧夾頭基座

51‧‧‧夾頭台

52‧‧‧夾

53‧‧‧支桿

60‧‧‧雷射照射機構

61‧‧‧殼體

62‧‧‧照射部

63‧‧‧雷射振盪單元

64‧‧‧輸出調整單元

65‧‧‧反射光量檢測器

70‧‧‧校準機構

71‧‧‧照相機

80‧‧‧膜形成裝置

81‧‧‧裝置盒

P‧‧‧樹脂

82‧‧‧旋轉台

83‧‧‧樹脂供給噴嘴

84‧‧‧馬達

85‧‧‧驅動軸

86‧‧‧離心夾

91‧‧‧心軸

92‧‧‧研磨輪

93‧‧‧磨石

621‧‧‧反射鏡

622‧‧‧半反射鏡

623‧‧‧聚光透鏡

631‧‧‧雷射振盪器

632‧‧‧重複頻率設定單元

811‧‧‧盒本體

811a‧‧‧孔

812‧‧‧蓋

831‧‧‧樹脂供給口

A，B‧‧‧箭號

L‧‧‧雷射光束

圖1(a)、圖1(b)係顯示以本發明一實施形態之雷 射加工方法將雷射加工之被加工物藉由黏著膠帶支撐於框架之狀態的(a)立體圖、(b)截面圖。

圖2係適合實施一實施形態之雷射加工方法之雷射加工裝置的全體立體圖。

圖3係顯示該雷射加工裝置具有之雷射照射機構之光學系統的圖。

圖4係顯示在一實施形態之雷射加工方法之反射防止膜形成步驟使用之膜形成裝置的截面圖。

圖5係顯示進行一實施形態之雷射加工方法之雷射加工步驟的狀態之側視圖。

圖6係顯示雷射加工步驟之細部之截面圖。

圖7係顯示於雷射加工步驟後以研磨機構研磨被加工物之背面側同時賦與外力而將被加工物分割成元件之狀態的立體圖。

用以實施發明之形態

以下，參照圖式，說明本發明之一實施形態。

圖1之標號1顯示在本實施形態中施行雷射加工之被加工物，圖2顯示對被加工物施行雷射加工之雷射加工裝置20。

(1)被加工物

圖1所示之被加工物1係厚度例如數百μm左右之圓板狀半導體晶圓等，為供至雷射加工裝置20，將表面側貼附於貼附在環狀框架10之黏著膠帶11。於被加工物1之表面以 格子狀分割預定線2設定有複數矩形元件區域3，於該等元件區域3形成由例如IC或LSI構成之電子電路。如圖1(b)所示，於被加工物1之背面1b整面形成有膜4。膜4係例如氧化膜、氮化膜或金屬膜等。

被加工物1係呈表面1a側貼附於黏著膠帶11、背面1b露出之狀態。框架10係由不鏽鋼等具有剛性之金屬板等構成者，被加工物1藉由框架10及黏著膠帶11而搬送至雷射加工裝置20置放。

本實施形態之雷射加工係於被加工物1之內部沿著分割預定線2照射雷射光束而形成改質層者，以下說明雷射加工裝置20及雷射加工方法之步驟。

(2)雷射加工裝置

以圖2，說明對被加工物1施行雷射加工之雷射加工裝置20。

雷射加工裝置20具有基台21，XY移動台22以於水平之X軸方向及Y軸方向移動自如之狀態設於此基台21上。於此XY移動台22設置有保持被加工物1之夾頭台51。朝保持於夾頭台51之被加工物1照射雷射之雷射照射機構60之照射部62以對向於夾頭台51之狀態配設於夾頭台51之上方。

XY移動台22以於X軸方向移動自如地設於基台21上之X軸基座30、於Y軸方向移動自如地設於此X軸基座30上之Y軸基座40之組合構成。X軸基台30滑動自如地安裝於固定在基台21上且於X軸方向延伸之一對平行之引導軌道31，藉以馬達32使滾珠螺桿33作動之X軸驅動設備34於X 軸方向移動。另一方面，Y軸基座40滑動自如地安裝於固定於X軸基座30上且於Y軸方向延伸之一對平行引導軌道41，藉以馬達42使滾珠螺桿43作動之Y軸驅動設備44於Y軸方向移動。

圓筒狀夾頭基座50以Z軸方向(上下方向)為旋轉軸旋轉自如地支撐於Y軸基座40之上面，夾頭台51於此夾頭基座50上固定成同心狀。夾頭台51係以真空吸引作用吸附保持被加工物之一般眾所皆知之真空夾頭式者。夾頭台51以圖中未示之旋轉驅動機構與夾頭基座50一體地旋轉驅動。在夾頭台51之周圍，將上述框架10保持成裝卸自如之一對夾52配設於相互分開180°之位置。該等夾52藉由支桿(參照圖5)53，安裝於夾頭基座50。

在XY移動台22中，X軸基座30於X軸方向移動時係將雷射光束沿著被加工物1之分割預定線2照射之加工進給。然後，藉Y軸基座40於Y軸方向移動，進行轉換照射雷射光束之對象之分割預定線2的分度進給。此外，加工進給方向與分度進給方向亦可為此之相反，亦即，Y軸方向設定為加工進給方向，X軸方向設定為分度進給方向，並不限定。

雷射照射機構60具有朝夾頭台51之上方於Y軸方向延伸之長方體狀殼體61，於此殼體61之前端設有上述照射部62。殼體61以可沿著鉛直方向(Z軸方向)上下移動之狀態設於直立設於基台21之柱23，而可以收容於柱23內之圖中未示之上下驅動機構上下移動。

於為殼體61之前端且為照射部62之附近固定有 檢測被加工物1之分割預定線2之校準機構70。校準機構70具有拍攝被加工物1之照相機71，校準機構70依據以照相機71取得之圖像，檢測(校準)分割預定線2。

以下，就雷射照射機構60作說明。

如圖3所示，於殼體61內收容有振盪雷射光束之雷射振盪單元63、輸出調整單元64、反射光量檢測器65。雷射振盪單元63具有振盪YAG或YVO等脈衝雷射之雷射振盪器631、設定雷射振盪器631振盪之雷射光束之頻率的重複頻率設定單元632。在雷射振盪器631，將具有以重複頻率設定單元632設定之頻率之波長的脈衝雷射振盪，該雷射光束朝照射部62之方向照射。

從雷射振盪器631照射之雷射光束以輸出調整單元64調整輸出後，照射於配設在照射部62內之上部之反射鏡621。於照射部62內從上方朝下方收容有反射鏡621、半反射鏡622、聚光透鏡623。照射於反射鏡621之雷射光束以反射鏡621反射至下方，入射至聚光透鏡623而穿透，照射於保持在夾頭台51之被加工物1。

又，照射於被加工物1之雷射光束如圖3之虛線所示，在為被加工物1之上面之被照射面反射，其反射光以半反射鏡622導引至反射光量檢測器65。在反射光量檢測器65，檢測被照射面之反射光量。然後，比較該反射光量及預先檢測之鏡面晶圓等基準被加工物之反射光量，求出作為反射率之值相對者。如後述，可從照射部62照射反射率檢測用雷射光束、及形成改質層之雷射加工用雷射光束。

(3)雷射加工方法

以上係雷射加工裝置20之結構，接著，說明使用此雷射加工裝置20而於被加工物1之內部形成改質層之雷射加工方法的步驟。

首先，將被加工物1藉由黏著膠帶11載置於雷射加工裝置20之夾頭台51上，以真空吸引作用吸附保持於夾頭台51。被加工物1以背面1b側、即膜4露出之狀態保持於夾頭台51。又，可以夾52保持框架10。

接著，使XY移動台22之X軸基座30及Y軸基座40適宜地移動而將被加工物1定位於雷射照射機構60之照射部62之下方，一面進行使X軸基座30於X軸方向移動之加工進給，一面從照射部62將反射率檢測用雷射光束照射於被加工物1，檢測照射於被加工物1之被照射面(膜4之表面)之雷射光束的反射率(反射率檢測步驟)。使被加工物1與夾頭台51一同移動之加工進給速度為例如400mm/s左右。又，反射率檢測用雷射光束係輸出小於形成改質層之際之輸出，舉例言之，為以下之條件之雷射光束。

‧波長：1064nm

‧重複頻率：100kHz

‧平均輸出：0.1W

如圖3所示，反射率係以半反射鏡622將在被加工物1之被照射面(膜4之表面)反射之雷射光束之反射光導引至反射光量檢測器65，以以反射光量檢測器65所檢測出之反射光量與預先探測之基準被加工物之反射光量的比較求 出。

當求出被加工物1之被照射面之反射率後，從雷射加工裝置20搬出被加工物1，依據所檢測出之反射率，於被加工物1之被照射面形成反射防止膜，而使被照射面為預定反射率以下(反射防止膜形成步驟)。

圖4係適合將反射防止膜形成於被加工物1之被照射面之膜形成裝置。此膜形成裝置80係從樹脂供給噴嘴83將液狀樹脂P滴下至保持於裝置盒81內之圓板狀旋轉台82上之被加工物1的上面、即膜4之表面而施行旋轉塗佈之形式者。

裝置盒81由於上方開口且於中心形成有孔811a之圓筒狀盒本體811及堵塞盒本體811之孔811a的蓋812構成，於蓋812從下方貫穿有馬達84之驅動軸85。旋轉台82其中心固定於突出至裝置盒81內之驅動軸85之上端且支撐成可以馬達84之驅動水平旋轉。

被加工物1藉由黏著膠帶11載置於旋轉台82之上面，以真空吸引作用吸附保持於旋轉台82之上面。於旋轉台82之周緣部安裝有當以旋轉台82之旋轉產生離心力時作動成從上方按壓框架10之複數離心夾86，框架10以該等離心夾86保持。

樹脂供給噴嘴83可旋繞地支撐於盒本體811之底部，可以旋繞將前端之樹脂供給口831定位於旋轉台82之中心之正上方。

在反射防止膜形成步驟中，將被加工物1藉由黏 著膠帶11保持於旋轉台82上，使旋轉台82旋轉驅動而以離心夾86保持框架10。然後，從樹脂供給噴嘴83之樹脂供給口831將樹脂P滴下至自轉狀態之被加工物1之上面、即膜4之表面之中心。將滴下至膜4之樹脂P以離心力之作用旋轉塗佈於膜4整面，而均一地形成以樹脂P形成之反射防止膜5(參照圖5)。

用於形成反射防止膜5之樹脂P可舉聚醯亞胺、光學塑膠、聚乙烯醇(PVA)等為例。又，選擇為如下述之折射率的材料，前述折射率係反射防止膜5之折射率與膜4之折射率之差小於之後之雷射加工之際對照射於被加工物1之雷射光束之波長的空氣之折射率與膜4之表面的折射率之差。此係因雷射加工之際不易以反射防止膜5反射雷射加工用雷射光束而雷射光束可有效率地穿透至被加工物1之內部之故。

又，形成之反射防止膜5之厚度係按在反射率檢測步驟所檢測出之反射率者，舉例言之，當檢測出反射率為30%後，令反射防止膜5之厚度為2μm~100nm，將雷射加工之際之被加工物1之被照射面、即反射防止膜5之表面之反射率調整為0~18%左右為佳。

當於被加工物1之被照射面形成反射防止膜5後，從膜形成裝置80搬出被加工物1，再置放於雷射加工裝置50，沿著分割預定線2照射具有穿透性之波長之雷射光束，於被加工物1之內部形成沿著分割預定線之改質層(雷射加工步驟)。

被加工物1與反射率檢測步驟之際同樣地，藉由黏著膠帶11保持於夾頭台51上，以夾52保持框架10。然後，以校準機構70檢測分割預定線2之位置後，如圖5及圖6所示，從雷射照射機構60之照射部62將對被加工物1具有穿透性之雷射加工用雷射光束L於被加工物1之內部定位聚光點而沿著所檢測出之分割預定線2掃描。

雷射加工用雷射光束L係輸出較檢測反射率時之雷射光束大，舉例言之，為以下條件之雷射光束。

‧波長：1064nm脈衝雷射

‧重複頻率：100kHz

‧平均輸出：1.5W

如圖6所示，雷射加工時之雷射光束L經由反射防止膜5、膜4，聚光於被加工物1內，藉此，於被加工物1之內部形成沿著分割預定線2之改質層1c。改質層1c於距離被加工物1之表面1a一定深度之位置以一定之層厚形成。改質層1c具有強度較被加工物1內之其他部份低之特性。

在雷射加工裝置20之沿著分割預定線2之雷射光束的掃描係藉使夾頭台51旋轉而將分割預定線2設定成與加工進給平行，而以使夾頭台51於X軸方向移動之加工進給進行。圖5之箭號B係雷射加工時之夾頭台51之移動方向，照射部62隨此於箭號A方向相對地加工進給。此時之加工進給速度係例如400mm/s左右。又，照射雷射光束之分割預定線之轉換係藉使夾頭台51於Y軸方向移動之分度進給進行。藉此，於被加工物1內形成沿著所有分割預定線2之改 質層1c。

以上對被加工物1之雷射加工結束。之後，藉被加工物1被賦與外力，將強度已降低之改質層1c為起點而分割成諸個元件區域3，而形成晶片狀元件。將外力賦與被加工物1之方法可舉下述方法為例，前述方法係如圖7所示，將藉以心軸91旋轉驅動之研磨輪92之複數磨石93對被加工物按壓而研磨之形式之研磨機構90，研磨被加工物1之背面1b側。被加工物1以使背面1b側、即反射防止膜5側露出之狀態保持於可旋轉之保持機構94上。

當如此進行研磨之外力賦與時，可去除反射防止膜5及膜4，且將被加工物1薄化成預定厚度，同時，可分割成許多元件。此外，賦與被加工物1之外力之方法不限於研磨，舉例言之，藉將黏著膠帶11擴張亦可。

此外，亦有於形成改質層1c後不研磨背面1b側之情形，此時，形成反射防止膜5之液狀樹脂選擇水溶性者，只要於形成改質層1c後，以水洗淨反射防止膜5而去除即可。此時，使用圖4所示之膜形成裝置80，藉供水取代液狀樹脂，可去除水溶性之反射防止膜5。此外，水溶性液狀樹脂宜使用上述聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚乙烯氧(PEO)等水溶性抗蝕劑。

又，在上述雷射加工步驟中，在將被加工物1藉由黏著膠帶11支撐於框架10之狀態下，直接進行，亦可依情形，從黏著膠帶11剝離被加工物1，在將被加工物1直接保持於夾頭台51之狀態下，形成改質層1c。

根據上述實施形態之雷射加工方法，於施行雷射加工前檢測被加工物1之被照射面(膜4之表面)之反射率，依據所檢測出之反射率，於被加工物1之被照射面形成預定厚度之反射防止膜5，而在預定反射率以下，之後，從反射防止膜5側，照射雷射光束，而於被加工物1內形成改質層1c。即，形成改質層1c之際之雷射光束的被照射面非預先形成於被加工物1之背面1b之膜4的表面，而變更成具有預定厚度且為預定反射率以下之反射防止膜5。因此，在膜4之狀態不受影響下，可以良好效率使雷射光束到達被加工物1之內部。結果，可不根據膜4之表面狀態，將均一之改質層1c形成於被加工物1內。

此外，預先形成於被加工物1之表面1a之膜4有偏差時，在反射率檢測步驟，檢測有偏差之表面1a整面之反射率，而檢測反射率之偏差之狀態，對應於該偏差之狀態，設定在反射防止膜形成步驟形成之反射防止膜5的厚度為佳。

1‧‧‧被加工物

1c‧‧‧改質層

4‧‧‧膜

5‧‧‧反射防止膜

10‧‧‧框架

11‧‧‧黏著膠帶

51‧‧‧夾頭台

52‧‧‧夾

53‧‧‧支桿

62‧‧‧照射部

A，B‧‧‧箭號

L‧‧‧雷射光束

Claims (1)

1. 一種雷射加工方法，係照射對被加工物具穿透性之波長之雷射光束而於被加工物形成改質層，其特徵在於包含有：反射率檢測步驟，係檢測在被加工物被照射雷射光束之被照射面所照射之雷射光束的反射率；反射防止膜形成步驟，係於實施該反射率檢測步驟後，依據所檢測出之反射率，於被加工物之前述被照射面形成反射防止膜，而使該被照射面為預定反射率以下；及雷射加工步驟，係於實施該反射防止膜形成步驟後，將具有穿透性之波長之雷射光束照射於被加工物之前述被照射面而於被加工物之內部形成改質層，該反射防止膜的厚度是因應該反射率檢測步驟中檢測出的反射率而形成。