(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物に対して透過性を有する波長のレーザビームを照射して被加工物に改質層を形成するレーザ加工方法であって、
被加工物のレーザビームが照射される被照射面における照射されるレーザビームの反射率を検出する反射率検出ステップと、
該反射率検出ステップを実施した後、検出した反射率に基づいて被加工物の前記被照射面に反射防止膜を形成して該被照射面を所定の反射率以下にする反射防止膜形成ステップと、
該反射防止膜形成ステップを実施した後、透過性を有する波長のレーザビームを被加工物の前記被照射面に照射して被加工物の内部に改質層を形成するレーザ加工ステップと、
を備えることを特徴とするレーザ加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ等の薄板状の被加工物に対し透過性を有する波長のレーザビームを照射して、被加工物の内部に改質層を形成するレーザ加工方法に関する。
に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体デバイスは、シリコンやガリウム砒素等の半導体からなるウェーハの表面にＩＣやＬＳＩ等からなる多数の電子回路を形成し、次いでウェーハの裏面を研削して所定厚さに薄化した後、ウェーハを電子回路が形成された各デバイス領域に分割するといったプロセスで製造される。この種のウェーハ等の薄板状の被加工物を分割するには、切削ブレードでウェーハを切断する方法が一般的であったが、近年では、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザビームを照射して被加工物の内部に改質層を形成した後、ウェーハに外力を与えて改質層を起点としてウェーハを割断して分割するといったレーザ加工方法も採用されてきている（特許文献１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許３４０８８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記半導体ウェーハ等においては、裏面研削を行う前の状態の裏面には酸化膜や窒化膜が残存している場合がある。また、各種ウェーハにあっては、表面にポリイミドやパリレン系ポリマー等の有機物系膜からなる低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）が形成されたものや、裏面に金属膜が形成されたものなどがある。
【０００５】
これらの膜付きのウェーハを被加工物として膜側からレーザ照射してレーザ加工を施すと、照射されたレーザビームの一部が膜に反射する場合がある。反射率は、膜の種類や厚さ等によって異なるものであり、また、被加工物ごとに表面の反射率が異なる場合や、１つの被加工物内で反射率にばらつきがある場合がある。被加工物ごとに反射率が異なる場合、単一の加工条件で複数の被加工物にレーザ加工を施すと、レーザビームの照射によって形成される改質層にばらつきが生じる。また、１つの被加工物内で反射率にばらつきがある場合において単一の加工条件でレーザ加工を施すと、反射率の異なる領域に応じて改質層にばらつきが生じる。なお、ここで言う改質層のばらつきとは、レーザビームが照射される被照射面から改質層が形成される深さや改質層の厚さなどが異なることを言う。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主な技術的課題は、被加工物のレーザビームが照射される被照射面の状態によらず被加工物内に均一な改質層を形成することが可能なレーザ加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のレーザ加工方法は、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザビームを照射して被加工物に改質層を形成するレーザ加工方法であって、被加工物のレーザビームが照射される被照射面における照射されるレーザビームの反射率を検出する反射率検出ステップと、該反射率検出ステップを実施した後、検出した反射率に基づいて被加工物の前記被照射面に反射防止膜を形成して該被照射面を所定の反射率以下にする反射防止膜形成ステップと、該反射防止膜形成ステップを実施した後、透過性を有する波長のレーザビームを被加工物の前記被照射面に照射して被加工物の内部に改質層を形成するレーザ加工ステップとを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、レーザ加工を施す前に被加工物の被照射面の反射率を検出し、検出した反射率に基づいて被加工物の被照射面に反射防止膜を形成して所定の反射率以下にし、この後、反射防止膜側からレーザビームを被加工物の内部に照射する。このため、レーザビームを効率よく被加工物の内部に到達させることができ、その結果、被照射面状態によらず均一な改質層を被加工物内に形成することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、被加工物のレーザビームが照射される被照射面の状態によらず被加工物内に均一な改質層を形成することが可能なレーザ加工方法が提供されるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ加工方法でレーザ加工される被加工物が粘着テープを介してフレームに支持された状態を示す（ａ）斜視図、（ｂ）断面図である。
【図２】一実施形態のレーザ加工方法を好適に実施するレーザ加工装置の全体斜視図である。
【図３】同レーザ加工装置が備えるレーザ照射手段の光学系を示す図である。
【図４】一実施形態に係るレーザ加工方法の反射防止膜形成ステップで用いられる膜形成装置を示す断面図である。
【図５】一実施形態に係るレーザ加工方法のレーザ加工ステップを行っている状態を示す側面図である。
【図６】レーザ加工ステップの細部を示す断面図である。
【図７】レーザ加工ステップ後に、研削手段によって被加工物の裏面側を研削すると同時に外力を与えて被加工物をデバイスに分割する状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１の符号１は本実施形態でレーザ加工が施される被加工物を示しており、図２は被加工物１にレーザ加工を施すレーザ加工装置２０を示している。
【００１２】
（１）被加工物
図１に示す被加工物１は、厚さが例えば数百μｍ程度の円板状の半導体ウェーハ等であり、レーザ加工装置２０に供給されるために、表面側を、環状のフレーム１０に貼着された粘着テープ１１に貼着されている。被加工物１の表面には、格子状の分割予定ライン２によって複数の矩形状のデバイス領域３が設定されており、これらデバイス領域３に、例えばＩＣやＬＳＩからなる電子回路が形成されている。図１（ｂ）に示すように、被加工物１の裏面１ｂには、膜４が全面に形成されている。膜４は、例えば酸化膜や窒化膜あるいは金属膜等である。
【００１３】
被加工物１は、表面１ａ側が粘着テープ１１に貼着され、裏面１ｂが露出した状態とされる。フレーム１０はステンレス等の剛性を有する金属板等からなるもので、被加工物１は、フレーム１０および粘着テープ１１を介してレーザ加工装置２０に搬送されセットされる。
【００１４】
本実施形態のレーザ加工は、被加工物１の内部に分割予定ライン２に沿ってレーザビームを照射して改質層を形成するものであり、以下、レーザ加工装置２０と、レーザ加工方法の工程を説明する。
【００１５】
（２）レーザ加工装置
図２により、被加工物１にレーザ加工を施すレーザ加工装置２０を説明する。
レーザ加工装置２０は基台２１を有しており、この基台２１上には、ＸＹ移動テーブル２２が、水平なＸ軸方向およびＹ軸方向に移動自在に設けられている。このＸＹ移動テーブル２２には、被加工物１を保持するチャックテーブル５１が設置されている。チャックテーブル５１の上方には、チャックテーブル５１に保持された被加工物１に向けてレーザビームを照射するレーザ照射手段６０の照射部６２が、チャックテーブル５１に対向する状態に配設されている。
【００１６】
ＸＹ移動テーブル２２は、基台２１上にＸ軸方向に移動自在に設けられたＸ軸ベース３０と、このＸ軸ベース３０上にＹ軸方向に移動自在に設けられたＹ軸ベース４０との組み合わせで構成されている。Ｘ軸ベース３０は、基台２１上に固定されたＸ軸方向に延びる一対の平行なガイドレール３１に摺動自在に取り付けられており、モータ３２でボールねじ３３を作動させるＸ軸駆動機構３４によってＸ軸方向に移動させられる。一方、Ｙ軸ベース４０は、Ｘ軸ベース３０上に固定されたＹ軸方向に延びる一対の平行なガイドレール４１に摺動自在に取り付けられており、モータ４２でボールねじ４３を作動させるＹ軸駆動機構４４によってＹ軸方向に移動させられる。
【００１７】
Ｙ軸ベース４０の上面には、円筒状のチャックベース５０がＺ軸方向（上下方向）を回転軸として回転自在に支持されており、このチャックベース５０上に、チャックテーブル５１が同心状に固定されている。チャックテーブル５１は、真空吸引作用により被加工物１を吸着して保持する一般周知の真空チャック式のものである。チャックテーブル５１は、図示せぬ回転駆動手段によってチャックベース５０と一体に回転駆動される。チャックテーブル５１の周囲には、上記フレーム１０を着脱自在に保持する一対のクランプ５２が、互いに１８０°離れた位置に配設されている。これらクランプ５２は、ステー（図５参照）５３を介してチャックベース５０に取り付けられている。
【００１８】
ＸＹ移動テーブル２２においては、Ｘ軸ベース３０がＸ軸方向に移動する時が、レーザビームを被加工物１の分割予定ライン２に沿って照射する加工送りとされる。そして、Ｙ軸ベース４０がＹ軸方向に移動することにより、レーザビームを照射する対象の分割予定ライン２を切り替える割り出し送りがなされる。なお、加工送り方向と割り出し送り方向は、この逆、つまり、Ｙ軸方向が加工送り方向、Ｘ軸方向が割り出し送り方向に設定されてもよく、限定はされない。
【００１９】
レーザ照射手段６０は、チャックテーブル５１の上方に向かってＹ軸方向に延びる直方体状のケーシング６１を有しており、このケーシング６１の先端に、上記照射部６２が設けられている。ケーシング６１は、基台２１に立設されたコラム２３に、鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って上下動可能に設けられており、コラム２３内に収容された図示せぬ上下駆動手段によって上下動させられる。
【００２０】
ケーシング６１の先端であって照射部６２の近傍には、被加工物１の分割予定ライン２を検出するアライメント手段７０が固定されている。アライメント手段７０は、被加工物１を撮像するカメラ７１を備えており、アライメント手段７０はカメラ７１で取得した画像に基づいて分割予定ライン２を検出（アライメント）する。
【００２１】
以下、レーザ照射手段６０について説明する。
図３に示すように、ケーシング６１内には、レーザビームを発振するレーザ発振ユニット６３と、出力調整ユニット６４と、反射光量検出器６５が収容されている。レーザ発振ユニット６３は、ＹＡＧやＹＶＯ等のパルスレーザを発振するレーザ発振器６３１と、レーザ発振器６３１が発振するレーザビームの周波数を設定する繰り返し周波数設定ユニット６３２を備えている。レーザ発振器６３１では、繰り返し周波数設定ユニット６３２で設定された周波数の波長を有するパルスレーザが発振され、そのレーザビームは照射部６２の方向に向かって照射される。
【００２２】
レーザ発振器６３１から照射されたレーザビームは出力調整ユニット６４で出力が調整されてから、照射部６２内の上部に配設された反射ミラー６２１に照射される。照射部６２内には、上方から下方に向けて反射ミラー６２１と、ハーフミラー６２２と、集光レンズ６２３とが収容されている。反射ミラー６２１に照射されたレーザビームは反射ミラー６２１で下方に反射され、集光レンズ６２３に入射して透過し、チャックテーブル５１に保持された被加工物１に照射される。
【００２３】
また、被加工物１に照射されたレーザビームは、図３の破線で示すように被加工物１の上面である被照射面で反射し、その反射光がハーフミラー６２２によって反射光量検出器６５に導かれる。反射光量検出器６５では、被照射面の反射光量が検出される。そして、その反射光量と、予め検知されているミラーウェーハ等の基準被加工物の反射光量とを比較して反射率の値が相対的なものとして求められる。後述するように、照射部６２からは反射率検出用のレーザビームと、改質層を形成するレーザ加工用のレーザビームが照射される。
【００２４】
（３）レーザ加工方法
以上がレーザ加工装置２０の構成であり、次に、このレーザ加工装置２０を用いて被加工物１の内部に改質層を形成するレーザ加工方法の工程を説明する。
【００２５】
はじめに、被加工物１を、レーザ加工装置２０のチャックテーブル５１上に粘着テープ１１を介して載置し、真空吸引作用によってチャックテーブル５１に吸着して保持する。被加工物１は、裏面１ｂ側すなわち膜４が露出した状態でチャックテーブル５１に保持される。また、クランプ５２によってフレーム１０を保持する。
【００２６】
次に、ＸＹ移動テーブル２２のＸ軸ベース３０とＹ軸ベース４０とを適宜に動かして被加工物１をレーザ照射手段６０の照射部６２の下方に位置付け、Ｘ軸ベース３０をＸ軸方向に移動させる加工送りを行いながら、照射部６２から反射率検出用のレーザビームを被加工物１に照射し、被加工物１の被照射面（膜４の表面）に照射されるレーザビームの反射率を検出する（反射率検出ステップ）。チャックテーブル５１とともに被加工物１を移動させる加工送り速度は、例えば４００ｍｍ／ｓ程度とされる。また、反射率検出用のレーザビームは、出力が改質層を形成する際の出力よりも小さく、例えば、以下の条件のレーザビームとされる。
・波長：１０６４ｎｍ  パルスレーザ
・繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
・平均出力：０．１Ｗ
【００２７】
反射率は、図３に示したように、被加工物１の被照射面（膜４の表面）で反射したレーザビームの反射光がハーフミラー６２２により反射光量検出器６５に導かれ、反射光量検出器６５で検出された反射光量と、予め検知されている基準被加工物の反射光量との比較により求められる。
【００２８】
被加工物１の被照射面の反射率が求められたら、レーザ加工装置２０から被加工物１を搬出し、検出した反射率に基づいて被加工物１の被照射面に反射防止膜を形成し、被照射面を所定の反射率以下にする（反射防止膜形成ステップ）。
【００２９】
図４は、反射防止膜を被加工物１の被照射面に好適に形成する膜形成装置である。この膜形成装置８０は、装置ケース８１内の円板状のスピンナテーブル８２上に保持した被加工物１の上面すなわち膜４の表面に、樹脂供給ノズル８３から液状の樹脂Ｐを滴下してスピンコートを施す形式のものである。
【００３０】
装置ケース８１は、上方に開口し、中心に孔８１１ａが形成された円筒状のケース本体８１１と、ケース本体８１１の孔８１１ａを塞ぐカバー８１２とからなり、カバー８１２には、下方からモータ８４の駆動軸８５が貫通している。スピンナテーブル８２は、その中心が装置ケース８１内に突出する駆動軸８５の上端に固定され、モータ８４の駆動により水平回転可能に支持されている。
【００３１】
被加工物１は、スピンナテーブル８２の上面に粘着テープ１１を介して載置され、真空吸引作用によりスピンナテーブル８２の上面に吸着、保持される。スピンナテーブル８２の周縁部には、スピンナテーブル８２の回転によって遠心力が生じるとフレーム１０を上方から押さえ付けるように作動する複数の遠心クランプ８６が取り付けられており、フレーム１０はこれら遠心クランプ８６によって保持される。
【００３２】
樹脂供給ノズル８３はケース本体８１１の底部に旋回可能に支持されており、旋回により、先端の樹脂供給口８３１が、スピンナテーブル８２の中心の真上に位置付けられることが可能となっている。
【００３３】
反射防止膜形成ステップでは、被加工物１を粘着テープ１１を介してスピンナテーブル８２上に保持し、スピンナテーブル８２を回転駆動させてフレーム１０を遠心クランプ８６で保持する。そして、樹脂供給ノズル８３の樹脂供給口８３１から、自転状態の被加工物１の上面すなわち膜４の表面の中心に樹脂Ｐを滴下する。膜４に滴下された樹脂Ｐは遠心力の作用で膜４の全面にスピンコートされ、樹脂Ｐによる反射防止膜５（図５参照）が均一に形成される。
【００３４】
反射防止膜５を形成するために使用される樹脂Ｐとしては、ポリイミド、光学プラスチック、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等が挙げられる。また、この後のレーザ加工の際に被加工物１に照射するレーザビームの波長に対する空気の屈折率と膜４の表面の屈折率との差よりも、反射防止膜５の屈折率と膜４の屈折率との差の方が小さくなるような屈折率である材料を選択する。これは、レーザ加工の際に反射防止膜５でレーザ加工用のレーザビームが反射しにくくなってレーザビームが効率的に被加工物１の内部に透過するようにするためである。
【００３５】
また、形成する反射防止膜５の厚さは、反射率検出ステップで検出された反射率に応じたものとされ、例えば、反射率が３０％と検出されたならば、反射防止膜５の厚さを２μｍ〜１００ｎｍとして、レーザ加工の際の被加工物１の被照射面すなわち反射防止膜５の表面の反射率を０〜１８％程度に調整するとよい。
【００３６】
被加工物１の被照射面に反射防止膜５を形成したら、被加工物１を膜形成装置８０から搬出して再びレーザ加工装置２０にセットし、透過性を有する波長のレーザビームを分割予定ライン２に沿って照射して、被加工物１の内部に分割予定ラインに沿った改質層を形成する（レーザ加工ステップ）。
【００３７】
被加工物１は、反射率検出ステップの際と同様に、チャックテーブル５１上に粘着テープ１１を介して保持され、フレーム１０がクランプ５２で保持される。そして、アライメント手段７０によって分割予定ライン２の位置を検出した後、図５および図６に示すように、レーザ照射手段６０の照射部６２から被加工物１に対して透過性を有するレーザ加工用のレーザビームＬを被加工物１の内部に集光点を位置付け、検出した分割予定ライン２に沿って走査する。
【００３８】
レーザ加工用のレーザビームＬは反射率検出時のレーザビームより出力が大きく、例えば、以下の条件のレーザビームとされる。
・波長：１０６４ｎｍ  パルスレーザ
・繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
・平均出力：１．５Ｗ
【００３９】
図６に示すように、レーザ加工時のレーザビームＬは、反射防止膜５、膜４を経て被加工物１内に集光し、これにより、被加工物１の内部に分割予定ライン２に沿った改質層１ｃが形成される。改質層１ｃは、被加工物１の表面１ａから一定深さの位置に一定の層厚で形成される。改質層１ｃは、被加工物１内の他の部分よりも強度が低下した特性を有する。
【００４０】
レーザ加工装置２０での分割予定ライン２に沿ったレーザビームの走査は、チャックテーブル５１を回転させることで分割予定ライン２を加工送りと平行に設定し、チャックテーブル５１をＸ軸方向に移動させる加工送りによってなされる。図５の矢印Ｂはレーザ加工時のチャックテーブル５１の移動方向であり、これに伴って照射部６２は矢印Ａ方向に相対的に加工送りされる。この場合の加工送り速度は、例えば４００ｍｍ／ｓ程度とされる。また、レーザビームを照射する分割予定ライン２の切り替えは、チャックテーブル５１をＹ軸方向に移動させる割り出し送りによってなされる。これにより、被加工物１内には、全ての分割予定ライン２に沿った改質層１ｃが形成される。
【００４１】
以上で被加工物１に対するレーザ加工は終了する。この後、被加工物１は外力が与えられることにより、強度が低下した改質層１ｃを起点に個々のデバイス領域３に分割されてチップ状のデバイスにされる。被加工物１に外力を与える方法としては、図７に示すように、スピンドル９１で回転駆動される研削ホイール９２の複数の砥石９３を被加工物に対し押し付けて研削する形式の研削手段９０により、被加工物１の裏面１ｂ側を研削する方法が挙げられる。被加工物１は、裏面１ｂ側すなわち反射防止膜５側を露出した状態に、回転可能な保持手段９４上に保持される。
【００４２】
このように研削による外力付与を行うと、反射防止膜５および膜４が除去され、かつ、被加工物１を所定の厚さに薄化すると同時に、多数のデバイスに分割することができる。なお、被加工物１に外力を与える方法は研削に限定されず、例えば粘着テープ１１を拡張することによっても可能である。
【００４３】
なお、改質層１ｃを形成後に裏面１ｂ側を研削しない場合もあり、その場合には、反射防止膜５を形成する液状樹脂は水溶性のものを選択し、改質層１ｃを形成した後には反射防止膜５を水で洗浄して除去するようにすればよい。その場合、図４で示した膜形成装置８０を用い、液状樹脂の代わりに水を供給することにより水溶性の反射防止膜５を除去することができる。なお、水溶性の液状樹脂としては、上記ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）や、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）等の水溶性レジストが好ましく用いられる。
【００４４】
また、上記レーザ加工ステップでは、被加工物１を粘着テープ１１を介してフレーム１０に支持した状態のまま行っているが、場合によっては粘着テープ１１から被加工物１を剥離し、チャックテーブル５１に被加工物１を直接保持した状態で改質層１ｃを形成してもよい。
【００４５】
上記実施形態のレーザ加工方法によれば、レーザ加工を施す前に被加工物１の被照射面（膜４の表面）の反射率を検出し、検出した反射率に基づいて被加工物１の被照射面に所定厚さの反射防止膜５を形成して所定の反射率以下にしており、この後、反射防止膜５側からレーザビームを照射して被加工物１内に改質層１ｃを形成している。すなわち、改質層１ｃを形成する際のレーザビームの被照射面は、予め被加工物１の裏面１ｂに形成されていた膜４の表面ではなく、所定厚さを有した所定の反射率以下の反射防止膜５に変更している。このため、膜４の状態に影響を受けることなく、効率よく被加工物１の内部にレーザビームを到達させることができる。その結果、膜４の表面状態によらず均一な改質層１ｃを被加工物１内に形成することができる。
【００４６】
なお、被加工物１の表面１ａに予め形成されている膜４がばらつきを有している場合には、反射率検出ステップにおいて、ばらつきのある表面１ａ全面の反射率を検出して反射率のばらつきの状態を検出し、そのばらつきの状態に対応して、反射防止膜形成ステップで形成する反射防止膜５の厚さを設定するとよい。
【符号の説明】
【００４７】
１…被加工物
１ｃ…改質層
５…反射防止膜
Ｌ…レーザビーム
【図１】
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【図２】
0005902529.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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