(57)【要約】      （修正有）【課題】ウエーハ裏面へのレーザビーム照射によってストリート切断を行うにあたり、様々なドープあるいは熱処理されたウエーハであってもウエーハ表面のストリートを正確に検出して切断する。【解決手段】ウエーハ１の表面側から赤外光源５０より赤外光を照射して透過させ、ウエーハ１の裏面側に配した赤外線顕微鏡７０で透過像を撮像し、撮像されたウエーハ表面の画像パターンからストリート２を検出する。検出したストリート２に沿って、レーザヘッド６０からウエーハ裏面に向けてレーザビームを照射し、ストリート２に切断用の加工を施す。【選択図】図５
2008109015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子状のストリートによって表面に複数のデバイスが区画されているウエーハを、レーザ加工手段によりストリートに沿って切断して個々のデバイスに分割するウエーハの分割方法であって、
ウエーハを、裏面側を前記レーザ加工手段に対向させて保持手段に保持するウエーハ保持工程と、
該保持手段に保持されたウエーハの表面側から、該ウエーハを透過可能な電磁波を照射する電磁波照射工程と、
ウエーハを透過した電磁波によって形成される像に基づいて前記ストリートを検出するストリート検出工程と、
該ストリート検出工程で検出されたストリートに、前記レーザ加工手段からレーザビームをウエーハ裏面側より照射することにより該ストリートに沿ってウエーハを加工するウエーハ加工工程と
を備えることを特徴とするウエーハの分割方法。
【請求項２】
前記電磁波は、赤外線またはＸ線であることを特徴とする請求項１に記載のウエーハの分割方法。
【請求項３】
格子状のストリートによって表面に複数のデバイスが区画されているウエーハを、ストリートに沿って切断して個々のデバイスに分割するウエーハの分割装置であって、
ウエーハを、裏面側を前記レーザ加工手段に対向させて保持する保持手段と、
該保持手段に保持されたウエーハの前記ストリートを検出するアライメント手段と、
該アライメント手段によって検出されたストリートにレーザビームを照射して該ストリートを加工するレーザ加工手段とを備え、
前記アライメント手段は、前記保持手段に保持されたウエーハの裏面側から、ウエーハを透過可能な電磁波を照射する電磁波照射手段と、
該電磁波照射手段から照射されてウエーハを透過した電磁波を捕らえるとともに、透過電磁波によって形成される像に基づいて前記ストリートを検出するストリート検出手段と
を備えることを特徴とするウエーハの分割装置。
【請求項４】
前記電磁波照射手段から照射される電磁波は、赤外線またはＸ線であることを特徴とする請求項３に記載のウエーハの分割装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザビーム照射によって半導体ウエーハを多数の半導体デバイスに分割するのに好適な方法および装置であって、特に、デバイスが形成されていない裏面側にレーザビームを照射する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面に多数の半導体デバイスを形成したウエーハは、裏面研削などによって必要な厚さに薄化された後、ダイシングフレーム付きのダイシングテープに貼着され、半導体デバイス間のストリートと呼ばれる切断ラインに沿って切断されて、個々の半導体デバイスに分割される。ウエーハを分割する装置としては、厚さ１０〜３０μｍ程度の厚さのハブブレードを３００００ｒｐｍ以上の高速で回転させながらストリートに切り込んで切断するダイシング装置が一般的であるが、この他には、レーザ加工装置が用いられている。レーザ加工装置は、レーザビームをストリートに沿って照射するものであり、レーザビーム照射によって直接切断したり、内部にレーザビームを照射して改質層を形成し、その改質部分を割断するなどの手法が採られる。
【０００３】
レーザ加工装置を用いてウエーハを分割する場合には、デバイスが形成された表面側からストリートにレーザビームを照射させると、デブリと呼ばれる溶融物が飛散もしくは流動してデバイス表面に付着したり、ストリートの表面側に形成された金属製のテストパターンであるＴＥＧにレーザビームが反射したりする不具合が生じやすい。そこでこのような不具合を避けるために、ウエーハの裏面側からレーザビームを照射させる技術が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２２９３６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ストリートに沿ってレーザビームを照射するには、ストリートの位置を認識する必要があり、その方法としては、例えば、ウエーハ裏面側から赤外光を照射してウエーハ裏面からの反射光を同じくウエーハ裏面側に設置した顕微鏡で受光して結像させ、得られたウエーハ表面のパターン画像からストリートを認識する方法がある。しかしながらこの方法では、ボロン等をドープしたいわゆるエピウエーハ等のウエーハや、前工程で様々なドープや熱処理を施したウエーハでは、赤外光が乱反射することにより表面のパターン画像を正確に得ることが困難な場合があり、その結果、ストリートに沿って正確に切断できないという問題点があった。
【０００６】
よって本発明は、ウエーハ裏面へのレーザビーム照射によってストリート切断を行うにあたり、様々なドープあるいは熱処理されたウエーハであってもウエーハ表面のパターン画像を正確に得ることができ、これによってストリートを正確に切断することができるウエーハの分割方法および分割装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のウエーハの分割方法は、格子状のストリートによって表面に複数のデバイスが区画されているウエーハを、レーザ加工手段によりストリートに沿って加工して個々のデバイスに分割するウエーハの分割方法であって、ウエーハを、裏面側をレーザ加工手段に対向させて保持手段に保持するウエーハ保持工程と、該保持手段に保持されたウエーハの表面側から、該ウエーハを透過可能な電磁波を照射する電磁波照射工程と、ウエーハを透過した電磁波によって形成される像に基づいてストリートを検出するストリート検出工程と、該ストリート検出工程で検出されたストリートに、レーザ加工手段からレーザビームをウエーハ裏面側より照射することにより該ストリートに沿ってウエーハを加工するウエーハ加工工程とを備えることを特徴としている。本発明の電磁波としては、主に赤外線またはＸ線が好適とされる。
【０００８】
本発明のウエーハの分割方法によれば、裏面側をレーザ加工手段に向けて保持手段に保持したウエーハの表面側から、ウエーハを透過可能な波長を有する赤外線またはＸ線等の電磁波をウエーハに向けて照射し、透過像をウエーハ表面のパターン画像として検出する。画像の検出には電磁波に対応する画像センサが用いられ、例えば、電磁波が赤外線であった場合には赤外カメラや赤外線顕微鏡等が適している。画像センサで検出されたウエーハ表面のパターン画像からストリートが検出され、レーザ加工手段からは、ウエーハ裏面側より、検出したストリートに沿ってレーザビームが照射され、全てのストリートが切断等の加工が施されることによりウエーハは複数のデバイスに分割される。
【０００９】
本発明によれば、ウエーハの表面側から電磁波を照射し、電磁波の透過像からストリートを検出する点をポイントとしており、従来のようにウエーハ裏面側から照射した赤外線の反射像からストリートを検出するものではない。したがって、様々なドープあるいは熱処理されたウエーハであってもウエーハ表面のパターン画像を正確に得ることができ、これによってストリートを正確に切断することができる。
【００１０】
次に本発明のウエーハの分割装置は、上記本発明の分割方法を好適に実施し得る装置であり、ウエーハを、裏面側をレーザ加工手段に対向させて保持する保持手段と、該保持手段に保持されたウエーハのストリートを検出するアライメント手段と、該アライメント手段によって検出されたストリートにレーザビームを照射して該ストリートを加工するレーザ加工手段とを備え、アライメント手段は、保持手段に保持されたウエーハの裏面側から、ウエーハを透過可能な電磁波を照射する電磁波照射手段と、該電磁波照射手段から照射されてウエーハを透過した電磁波を捕らえるとともに、透過電磁波によって形成される像に基づいてストリートを検出するストリート検出手段とを備えることを特徴としている。
【００１１】
本発明では、電磁波照射手段から照射される電磁波は赤外線またはＸ線が好適とされ、赤外線の場合、ストリート検出手段は赤外線顕微鏡等の光学系センサが用いられ、Ｘ線の場合、ストリート検出手段は適宜なＸ線センサが用いられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ウエーハ表面側からウエーハに照射した電磁波の透過像に基づいてストリートを検出するので、様々なドープあるいは熱処理されたウエーハであってもストリートを正確に検出することができ、したがってウエーハ裏面側からストリートにレーザビームを照射して切断する作業を正確に実施することができるといった効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明に係る一実施形態を説明する。
［１］半導体ウエーハ
図１は、裏面全面が研削されて所定厚さ（例えば２００μｍ〜５０μｍ程度）に薄化加工された単結晶シリコン等からなる円盤状の半導体ウエーハ（以下ウエーハと略称）を示している。このウエーハ１の表面には、格子状のストリート２によって複数の矩形状の半導体チップ（デバイス）３が区画されており、これら半導体チップ３の表面には、ＩＣやＬＳＩ等の図示せぬ電子回路が形成されている。ウエーハ１の周面の所定箇所には、半導体の結晶方位を示すＶ字状の切欠き（ノッチ）４が形成されている。ウエーハ１は、図２に示す本実施形態のレーザ加工装置によりストリート２に沿って切断、分割され、複数の半導体チップ３に個片化される。
【００１４】
［２］レーザ加工装置（分割装置）の構成
図２に示すレーザ加工装置１０は、上面が水平な基台１１を有している。この基台１１上には、水平なＸ軸方向およびＹ軸方向に移動自在とされたＸＹ移動テーブル１２が設けられており、このＸＹ移動テーブル１２上に円盤状の加工テーブル（保持手段）２０が水平に設置されている。上記ウエーハ１は、裏面を上方に向けて露出した状態に、加工テーブル２０上に保持され、上方に配置されたレーザヘッド（レーザ加工手段）６０から垂直下向きに照射されるレーザビームによって個々の半導体チップ３に分割される。
【００１５】
ＸＹ移動テーブル１２は、基台１１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１１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３１，３１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。
【００１６】
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４１，４１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。加工テーブル２０はＹ軸ベース４０上に回転自在または固定状態で設置されており、Ｘ軸ベース３０およびＹ軸ベース４０の移動に伴って、Ｘ軸方向あるいはＹ軸方向に移動させられる。
【００１７】
図３に示すように、Ｘ軸ベース３０およびＹ軸ベース４０には、上下方向に開放して互いに連通する開口３０ａ，４０ａがそれぞれ中央部分に形成されている。また、図示はしないがこれら開口３０ａ，４０ａの下方部分の基台１１には空所が形成されており、その空所には、赤外光を上方に向けて照射する赤外光源（電磁波照射手段）５０が配設されている。この赤外光源５０は、図示せぬブラケットを介して基台１１に支持されている。
【００１８】
加工テーブル２０は真空チャック式のものであり、図３に示すように、Ｙ軸ベース４０の上面の開口周囲に形成された段部４０ｂに嵌め込まれて固定されている。加工テーブル２０は、図４に示すように、上下のプレート部２１，２２と、これらプレート部２１，２２を連結する環状の周壁部２３とから構成され、内部に真空チャンバ２４が形成されている。上側プレート部２１には、真空作用でウエーハ１を上面に吸着する吸着エリア２５が形成されている。
【００１９】
吸着エリア２５には、上面に一様に存在する溝２５ａが形成されており、さらに上側プレート部２１には、溝２５ａと真空チャンバ２４とを連通する複数の吸引通路２１ａが形成されている。溝２５ａは吸着エリア２５にウエーハ１の吸着面（この場合、半導体チップ３が形成された側の表面）全面を適確に吸着させることができる形態であり、例えば、同心状の複数の溝や格子状の溝といった形態であるが、溝の変わりに円形等の孔であってもよい。
【００２０】
周壁部２３には少なくとも１つの真空吸引口２３ａが形成されており、この真空吸引口２３ａには、真空チャンバ２４内の空気を吸引する図示せぬコンプレッサが接続される。このコンプレッサを運転すると、真空チャンバ２４内の空気が真空吸引口２３ａから吸引され、吸着エリア２５の上方の空気が、溝２５ａ，吸引通路２１ａを経て真空チャンバ２４内に吸引される。この真空運転状態でウエーハ１は吸着エリア２５に載置され、吸着エリア２５に吸着、保持される。この加工テーブル２０においては、少なくとも上下のプレート部２１，２２が、赤外光源５０の光を透過する材質（例えばガラス）で構成されている。
【００２１】
図２に示すように、基台１１の上面におけるＸＹ移動テーブル１２の周囲の所定箇所には、鉛直方向（Ｚ軸方向）上方に延びるコラム１３が固定されており、このコラム１３には、加工テーブル２０の上方までＹ軸方向に沿って延びる円筒状の加工軸１４が設けられている。この加工軸１４はコラム１３に沿って上下動自在に設けられており、コラム１３内に収容された図示せぬ上下駆動機構によって上下動させられる。そしてこの加工軸１４の先端には、上記レーザヘッド６０が取り付けられている。
【００２２】
レーザヘッド６０には、ＹＡＧレーザ発振器等の図示せぬレーザ発振器が接続されており、このレーザ発振器で発振されたレーザがレーザヘッド６０から鉛直下向きにレーザビームとして照射されるようになっている。レーザ発振器で発振されるレーザは、ウエーハを切断加工するなどに適した種類とされ、例えば出力１〜５Ｗ、波長１０６４ｎｍの特性を有するものなどが好適に用いられる。
【００２３】
加工軸１４のＹ軸方向一方側には、光軸が鉛直下方に向けられた赤外線顕微鏡７０が配設されている。この赤外線顕微鏡７０は、Ｌ字状のアーム１５を介して加工軸１４に取り付けられており、加工軸１４の上下動に伴いレーザヘッド６０とともに上下動する。赤外線顕微鏡７０により、赤外光源５０から照射されて加工テーブル２０に保持されたウエーハ１を透過した透過像すなわちウエーハ表面のパターン画像が撮像される。そして撮像されたウエーハ表面のパターン画像は画像処理ユニット（ストリート検出手段）８０に取り込まれるとともに、切断すべきストリート２が検出されるようになっている。本実施形態では、上記赤外光源５０、赤外線顕微鏡７０および画像処理ユニット８０によって、ウエーハ１のストリート２を検出する本発明に係るアライメント手段が構成されている。
【００２４】
［３］レーザ加工装置の動作
以上が本実施形態のレーザ加工装置１０の構成であり、次いで、該加工装置１０によってウエーハ１をストリート２に沿って切断、分割する動作を説明する。
まず、加工テーブル２０を真空運転し、その加工テーブル２０の吸着エリア２５に、ウエーハ１の表面（半導体チップ３が形成された面）を吸着させ、ウエーハ１を裏面が露出する状態に加工テーブル２０に保持する（保持工程）。ここでは半導体チップ３を保護する目的で、ウエーハ１の表面に透明な保護テープを貼ってもよい。
【００２５】
次に、ＸＹ移動テーブル１２をＸ軸方向およびＹ軸方向に適宜に移動させて、ウエーハ１を赤外線顕微鏡７０の視野内に入れ、赤外光源５０から赤外光をウエーハ１の表面側に照射する（電磁波照射工程）。赤外光は、Ｘ軸ベース３０およびＹ軸ベース４０の各開口３０ａ，４０ａを通って加工テーブル２０の上下のプレート部２１，２２を透過し、さらにウエーハ１を表面側から裏面に向かって透過する。
【００２６】
次に、加工軸１４を上下動させて赤外線顕微鏡７０の高さを調整し、赤外線顕微鏡７０の焦点をウエーハ裏面に合わせ、赤外線顕微鏡７０によって赤外光がウエーハ１を透過した像を撮像する。図５はその撮像状態をイメージした図である。赤外光による透過像は、半導体チップ３の電子回路の他に、ストリート２を検出するための回路パターンを含むパターン画像であり、このパターン画像が、画像処理ユニット８０に取り込まれ、パターン画像に基づいてストリート２が検出される（ストリート検出工程）。
【００２７】
次に、加工軸１４を上下動させて、ウエーハ１に対するレーザヘッド６０の高さ位置をレーザ加工に適した位置に調整する。そして、画像処理ユニット８０で検出したストリート２に沿ってレーザビームが照射されるように、Ｘ軸ベース３０のＸ軸方向の移動とＹ軸ベース４０のＹ軸方向の移動を適宜組み合わせてウエーハ１をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させながら、レーザヘッド６０からストリート２にレーザビームを照射する。これによって全てのストリート２に対してレーザ加工を施す（ウエーハ加工工程）。
【００２８】
ここでのレーザ加工はストリート２を切断するための加工であり、ウエーハ１の厚さを貫通する切断加工が挙げられる。切断加工の場合には個片化した複数の半導体チップ３が飛散することを防止するとともにハンドリングを可能とするため、上記保護テープなどのテープを、予めウエーハ１の表面に貼着しておく。
【００２９】
また、切断加工の他には、溝を形成するグルービング加工や、ウエーハ１の内部にレーザビームの焦点を当てて照射部分を脆くする改質層の形成が挙げられる。いずれの場合も、レーザ加工後にブレーキング装置などによってストリート２を割断して半導体チップ３を個片化することになる。図６は、改質層を形成した後、ダイシングフレーム８１付きのダイシングテープ８２にウエーハ１を貼着し、ストリート２を割断して半導体チップ３に個片化した状態のウエーハ１を示している。図６で実線２Ａは、ストリート２を切断した部分（スリット）を示している。
【００３０】
以上の本実施形態によれば、ウエーハ１の表面側から赤外光を照射してウエーハ１の裏面側に透過させ、その透過像からストリート２を検出し、検出したストリート２にウエーハ裏面側からレーザビームを照射するものであり、ウエーハ裏面の反射像からストリート２を検出するものではない。このため、ウエーハ１が様々なドープあるいは熱処理されたものであってもウエーハ表面のパターン画像ならびにストリート２を正確に得ることができ、これによってストリート２を正確に切断することができる。
【００３１】
また、ウエーハ１の裏面側からレーザビームを照射するので、半導体チップ３の表面にレーザビーム照射によって生じるデブリが付着することがなく、健全な切断が可能となる。また、ストリート２の表面側にＴＥＧが形成されている場合、そのＴＥＧにレーザビームが反射するといったことがなく、ストリート２は正確に切断される。
【００３２】
上記実施形態では、本発明の電磁波として赤外光を採用しているが、赤外光の代わりにＸ線等の他の電磁波を用いてもよい。Ｘ線の場合には、ウエーハ１を透過したＸ線を捕らえる適宜なＸ線センサが上記赤外線顕微鏡７０の代わりに用いられ、そのＸ線センサで検出されたウエーハ表面の画像パターンが画像処理ユニット８０に取り込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態によって複数の半導体チップに分割される半導体ウエーハの斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るレーザ加工装置の全体斜視図である。
【図３】一実施形態のレーザ加工装置が具備するＸＹ移動テーブル、加工テーブル、赤外光源および赤外線顕微鏡の位置関係を示す一部断面側面図である。
【図４】加工テーブルの断面図である。
【図５】赤外光がウエーハを透過した像を赤外線顕微鏡によって撮像するイメージを示す斜視図である。
【図６】ストリート内部にレーザビーム照射によって改質層を形成した後、ストリートを割断して半導体チップに個片化されたウエーハの斜視図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…半導体ウエーハ、２…ストリート、３…半導体チップ（デバイス）、１０…レーザ加工装置（分割装置）、２０…加工テーブル（保持手段）、５０…赤外光源（電磁波照射手段、アライメント手段）、６０…レーザヘッド（レーザ加工手段）、７０…赤外線顕微鏡（アライメント手段）、８０…画像処理ユニット（ストリート検出手段、アライメント手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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