(57)【要約】【課題】ウェーハ内部の改質領域形成状況を観察することのできるレーザーダイシング装置を提供すること。【解決手段】レーザーダイシング装置１０に、ウエーハＷの内部に形成された改質領域を観察する赤外線顕微鏡３０と、赤外線顕微鏡用の照明手段５０とを設け、ウェーハ内部の改質領域形成状況をウェーハＷを非破壊で外部から認識することができるようにした。【選択図】      図１
2005109324.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエーハの表面からレーザー光を入射して前記ウエーハの内部に多光子吸収による改質領域を形成し、前記ウエーハを個々のチップに分割するレーザーダイシング装置において、
前記改質領域を観察する赤外線顕微鏡と、
該赤外線顕微鏡用の照明手段と、が設けられていることを特徴とするレーザーダイシング装置。
【請求項２】
前記赤外線顕微鏡は、前記改質領域を斜め上方から観察する顕微鏡であることを特徴とする、請求項１に記載のレーザーダイシング装置。
【請求項３】
前記照明手段は、前記ウェーハに対して前記赤外線顕微鏡が設置された面とは反対側の面に光を照射する照明手段であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のレーザーダイシング装置。
【請求項４】
前記赤外線顕微鏡による改質領域の観察結果に基いて、単位時間当たりの前記ウェーハの多光子吸収量を制御する制御手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のレーザーダイシング装置。
【請求項５】
前記制御手段が、前記ウェーハに入射させるレーザー光の出力を制御することによって前記単位時間当たりのウェーハの多光子吸収量を制御する制御手段であり、
前記制御されたレーザー光の出力を検出するレーザーパワーメータが設けられていることを特徴とする、請求項４に記載のレーザーダイシング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置や電子部品等のチップを製造するダイシング装置に関するもので、特にレーザー光を利用したダイシング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、表面に半導体装置や電子部品等が形成されたウエーハを個々のチップに分割するには、ダイシングブレードと呼ばれる砥石でウエーハに研削溝を入れてウエーハをカットするダイシング装置が用いられていた。ダイシングブレードは、微細なダイヤモンド砥粒をＮｉで電着したもので、厚さ３０μｍ程度の極薄のものが用いられる。
【０００３】
このダイシングブレードを３０，０００〜６０，０００ｒｐｍで高速回転させてウエーハに切込み、ウエーハを完全切断（フルカット）又は不完全切断（ハーフカット或いはセミフルカット）していた。ハーフカットはウエーハに厚さの半分程度切り込む方法で、セミフルカットは１０μｍ程度の肉厚を残して研削溝を形成する方法のことである。
【０００４】
ところで、このダイシングブレードによる研削加工の場合、ウエーハが高脆性材料であるため脆性モード加工となり、ウエーハの表面や裏面にチッピングが生じ、このチッピングが分割されたチップの性能を低下させる要因になっていた。
【０００５】
ダイシング工程におけるこのチッピングの問題を解決する手段として、従来のダイシングブレードによる切断に替えて、ウエーハの内部に集光点を合わせたレーザー光を入射し、ウエーハ内部に多光子吸収による改質領域を形成して個々のチップに分割するレーザ加工方法に関する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜６参照。）。
【特許文献１】特開２００２−１９２３６７号公報
【特許文献２】特開２００２−１９２３６８号公報
【特許文献３】特開２００２−１９２３６９号公報
【特許文献４】特開２００２−１９２３７０号公報
【特許文献５】特開２００２−１９２３７１号公報
【特許文献６】特開２００２−２０５１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の特許文献１〜６で提案されているレーザー加工装置は、ウエーハの内部に改質層を形成し、形成された改質層を起点としてウェーハを割断するもので、チッピングの問題は解決されるが、形成される改質層がウェーハの内部であるため、改質層の形成状況を観察することができなかった。
【０００７】
このため、ウェーハを割断するに十分な改質領域が形成されたかどうか不明のままレーザーダイシングを行うことになり、改質領域の形成が不良の場合には良好な割断を行うことができず、高価なウェーハを損傷してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ウエーハの内部に集光点を合わせたレーザー光を入射し、ウエーハ内部に多光子吸収による改質領域を形成して個々のチップに分割するレーザダイシング装置であって、ウェーハ内部の改質領域形成状況を観察することのできるレーザーダイシング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は前記目的を達成するために、ウエーハの表面からレーザー光を入射して前記ウエーハの内部に多光子吸収による改質領域を形成し、前記ウエーハを個々のチップに分割するレーザーダイシング装置において、前記改質領域を観察する赤外線顕微鏡と、該赤外線顕微鏡用の照明手段と、が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、ウエーハの内部に形成された改質領域を観察する赤外線顕微鏡と、赤外線顕微鏡用の照明手段とが設けられているので、ウェーハ内部の改質領域形成状況をウェーハを非破壊で外部から認識することができる。
【００１１】
また本発明は、前記赤外線顕微鏡は、前記改質領域を斜め上方から観察する顕微鏡であることを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、改質領域を斜め上方から観察できるので、改質層の厚さも含めた形成状況を観察することができる。
【００１３】
また本発明は、前記照明手段は、前記ウェーハに対して前記赤外線顕微鏡が設置された面とは反対側の面に光を照射する照明手段であることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、赤外線顕微鏡の照明が赤外線透過照明のため、ＳＮ比が高く、改質領域の観察が容易である。
【００１５】
更に本発明は、前記赤外線顕微鏡による改質領域の観察結果に基いて、単位時間当たりの前記ウェーハの多光子吸収量を制御する制御手段が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、ウェーハ内部に形成された改質領域の形成状況によってウェーハの多光子吸収量を制御するので、所望の改質領域を形成することができ、ウェーハを良好に割断して個々のチップに分割することができる。
【００１７】
また本発明は、前記制御手段が、前記ウェーハに入射させるレーザー光の出力を制御することによって前記単位時間当たりのウェーハの多光子吸収量を制御する制御手段であり、前記制御されたレーザー光の出力を検出するレーザーパワーメータが設けられていることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、レーザー光の出力制御によって単位時間当たりのウェーハの多光子吸収量を制御するので、制御を容易に行うことができ、またレーザー光の出力はレーザーパワーメータでチェックできるので、正確な制御ができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明のレーザーダイシング装置は、ウエーハの内部に形成された改質領域を観察する赤外線顕微鏡と、赤外線顕微鏡用の照明手段とが設けられているので、ウェーハ内部の改質領域形成状況をウェーハを非破壊で外部から認識することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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装置の好ましい実施の形態について詳説する。尚、各図において同一部材には同一の番号または記号を付している。
【００２１】
図１は、本発明に係るレーザーダイシング装置の概略構成図である。ダイシング装置１０では、ウェーハは図５に示すように、一方の面に粘着材を有するダイシングシートＳに貼付され、このダイシングシートＳを介してフレームＦと一体化された状態で搬入され、ダイシング装置１０内を搬送される。
【００２２】
レーザーダイシング装置１０は、図１に示すように、ウェーハ移動部１１、レーザーヘッド２０、赤外線顕微鏡３０、レーザーパワーメータ４１、照明手段５０、制御手段６０、テレビモニタ３６等から構成されている。
【００２３】
ウェーハ移動部１１は、レーザーダイシング装置１０の本体ベース１６に設けられたＸＹテーブル１２、ＸＹテーブル１２に載置されたＺθテーブル１５、Ｚθテーブル１５に取り付けられダイシングシートＳを介してフレームＦにマウントされたウェーハＷを吸着保持する吸着ステージ１３、同じくＺθテーブル１５に取り付けられフレームＦを吸着保持するフレームチャック１４等からなっている。
【００２４】
このウェーハ移動部１１によって、ウェーハＷがダイシングシートＳを介してフレームＦにマウントされた状態で図のＸＹＺθ方向に精密に移動される。
【００２５】
図２は、レーザーヘッド２０の概略構成を示す概念図である。レーザーヘッド２０は、図２に示すように、レーザー光Ｌを発振するレーザー発振器２１、発振されたレーザー光Ｌを平行に揃えるコリメートレンズ２２、レーザー光Ｌを集光するコンデンスレンズ２３、コンデンスレンズ２３を光軸上で微小移動させる駆動手段（集光点位置調節手段）２６、等で構成されている。
【００２６】
レーザーヘッド２０では、レーザー発振器２１から発振されたレーザー光Ｌはコリメートレンズ２２、コンデンスレンズ２３等を経由してウエーハＷの内部に集光される。
【００２７】
レーザー光Ｌの集光点Ｐの光軸上の位置は、駆動手段２６によってコンデンスレンズ２３を光軸上で微小移動させることにより調整される。
【００２８】
駆動手段２６は、コンデンスレンズ２３を保持する図示しないレンズフレーム、レンズフレームの上面に取り付けられレンズフレームを光軸方向に微小移動させる不図示の圧電素子等からなっている。
【００２９】
電圧印加によって伸縮する圧電素子は中空の円筒形状で、上端がレーザーヘッド本体に固定され、下端でコンデンスレンズ２３を保持するレンズフレームと接合されている。この圧電素子の伸縮によってコンデンスレンズ２３が光軸方向に微小送りされて、レーザー光Ｌの集光点Ｐの光軸方向位置が精密に位置決めされるようになっている。
【００３０】
レーザー発振器２１から発振されるレーザー光Ｌは、例えば、集光点Ｐにおけるピークパワー密度が１×１０8 ( Ｗ／c ｍ2 ）以上でかつパルス幅が１μｓ以下の条件で、ダイシングシートＳに対して透過性を有するレーザー光が用いられる。
【００３１】
ダイシングシートＳに対して透過性を有するレーザー光を用いるのは、例えば、ダイシングシートＳが貼付されたウェーハＷの裏面側からレーザー光を照射する場合等の変形例にも対応できるからである。
【００３２】
このレーザー光Ｌの集光点ＰをウェーハＷの内部に設定してウェーハＷに入射すると、ウェーハＷの集光点近傍に多光子吸収による改質領域Ｒが形成される。
【００３３】
図３は、ウェーハＷの内部に形成された改質領域Ｒを観察する赤外線顕微鏡３０の配置状態を表わす斜視図である。図３では、ウェーハＷの１部を切り欠いて内部に形成された改質領域Ｒを分りやすいように表わしている。
【００３４】
赤外線顕微鏡３０は、図３に示すように、ウェーハＷの上面の垂直線に対してＹ方向に所定角度傾斜して取り付けられ、改質領域Ｒを斜め上方から観察するようになっている。この赤外線顕微鏡３０の傾斜角度は、ウェーハＷ上面の垂直線に対してＹ方向に０°〜７０°の範囲で可変となっており、観察目的によって改質領域Ｒを真上（０°）又は斜め上方（４５°近傍）で調整される。
【００３５】
赤外線顕微鏡３０にはＣＣＤカメラ３８が組込まれ、赤外線顕微鏡３０で拡大された改質領域Ｒの像を撮影し、撮像信号は制御手段６０で処理されてテレビモニタ３６に表示される。
【００３６】
照明手段５０は、赤外線顕微鏡３０でウェーハＷの内部に形成された改質領域Ｒを観察するために、ウェーハＷに赤外光を照射するためのもので、Ｚθテーブル１５に取り付けられた取付け板１７に固定された光源５１、ライトガイド５２、及び吸着ステージ１３とからなっている。
【００３７】
光源５１から出射された赤外光はライトガイド５２によって吸着ステージ１３に導かれる。吸着ステージ１３はウェーハを吸着する機能と、光を透過する機能とを有したもので、例えば、特開２００２−３３７０３４号公報に記載されたような、吸着テーブル本体と、吸着テーブル本体の上面に配置された吸着板と、吸着テーブル本体の内部に設けられた空気室とから構成され、吸着板は光透過性材質から成るとともに通気性を有した面発光式吸着テーブル等が用いられる。
【００３８】
この照明手段５０によってウェーハＷの裏面から照射された赤外光は、ウェーハＷ内部を透過して表面に出射する。このとき、ウェーハＷ内部に形成された改質領域Ｒと改質されていない部分とで赤外光の透過特性が異なるため、赤外線顕微鏡３０で観察することにより改質領域Ｒと改質されていない部分とが判別可能となる。
【００３９】
吸着ステージ１３はまた、特許第２９３７２４４号公報に記載されたような反射部材を内蔵したウェーハテーブルとし、光源５１をウェーハＷの表面側に配置してウェーハＷに照射するようにしてもよい。この場合はウェーハＷ表面に照射された赤外光はウェーハＷを透過した後、吸着ステージ１３内の反射部材で反射し、再度ウェーハＷを透過した赤外光が赤外線顕微鏡３０で観察される。
【００４０】
図４は、赤外線顕微鏡３０を経由して赤外線カメラとしてのＣＣＤカメラ３８で撮像した画像を表わしたモニター画面である。図４（ａ）は、赤外線顕微鏡３０をウェーハＷに対して垂直に配置し、改質領域Ｒを真上から撮像したものである。実際の改質領域Ｒの幅は数μｍと狭いので、モニター画像は１本の線として観察される。
【００４１】
また、図４（ｂ）は、赤外線顕微鏡３０をウェーハＷに対してＹ方向に４５°傾斜させ、改質領域Ｒを斜め上方から撮像したものである。この場合は改質領域Ｒの深さ方向を観察することができる。
【００４２】
赤外線顕微鏡３０によって改質領域Ｒを観察するだけでなく、改質領域Ｒの寸法を測定することもできる。改質領域Ｒの寸法測定は、図６に示すように、赤外線顕微鏡３０を垂直に立てた状態で改質領域Ｒを真上から撮像し、画像認識手段でその画像データを処理して改質領域Ｒの幅Ｂを求める。
【００４３】
改質領域ＲのＺ方向の厚さＨは、先ず、赤外線顕微鏡３０を垂直方向に対してＹ方向にθだけ傾斜させて、改質領域Ｒを斜め上方から撮像し、データー処理によって図の寸法Ｅを求める。改質領域ＲのＺ方向の厚さＨと図の寸法Ｅとの間には、「Ｈ＝Ｅ／ｓｉｎθ」の関係が有るから寸法Ｅを測定することによって改質領域ＲのＺ方向の厚さＨが算出される。
【００４４】
レーザーパワーメータ４１は、図１に示すように、取付け板１７に取り付けられており、ＸＹテーブル１２の移動によってレーザーヘッド２０の真下に位置付けられ、レーザー光Ｌの集光点Ｐのレーザー強度を測定するようになっている。
【００４５】
制御手段６０は、ＣＰＵ、メモリ、入出力回路部等からなり、レーザーダイシング装置１０の各部の動作を制御する。
【００４６】
レーザーダイシング装置１０はこの他に、図示しないウエーハカセットエレベータ、ウエーハ搬送手段、操作板、及び表示灯等から構成されている。
【００４７】
ウエーハカセットエレベータは、ウエーハが格納されたカセットを上下移動して搬送位置に位置決めする。搬送手段はカセットと吸着ステージ１３との間でウエーハを搬送する。
【００４８】
操作板には、レーザーダイシング装置１０の各部を操作するスイッチ類や表示装置が取付けられている。表示灯は、レーザーダイシング装置１０の加工中、加工終了、非常停止等の稼動状況を表示する。
【００４９】
次に、本発明に係るレーザーダイシング装置１０の作用について説明する。ダイシングに当たって、最初に吸着ステージ１３に載置されたウエーハＷは、図示しないアライメント用のＣＣＤカメラで表面の回路パターンやアライメントマークが撮影され、画像処理装置を有するアライメント手段によってアライメントされる。
【００５０】
次に、レーザー発振器２１からレーザー光Ｌが出射される。レーザー光Ｌはコリメートレンズ２２、コンデンスレンズ２３等の光学系を経由してウェーハＷの上面に照射される。照射されるレーザー光Ｌの集光点ＰのＺ方向位置は、コンデンスレンズ２３を駆動手段２６で位置調整することによって、ウェーハ内部の所定位置に正確に設定される。
【００５１】
この状態でＸＹテーブル１２がダイシング方向であるＸ方向に加工送りされる。これによりウェーハ内部に多光子吸収による改質領域Ｒが１ライン形成される。
【００５２】
また、改質領域Ｒの形成とともに赤外線顕微鏡３０によって改質領域Ｒが観察され、その寸法が測定される。この場合、照明手段５０によってウェーハＷの裏面側から赤外光が照射される。この測定結果が制御手段６０に取り込まれて、単位時間あたりのウェーハＷの多光子吸収量が制御され、所望の改質領域Ｒが形成されるようにフィードバックされる。
【００５３】
このフィードバック制御は、レーザー光Ｌの出力を制御することによって行われる。制御されたレーザー光Ｌの出力はレーザーパワーメータ４１によって確認することができる。また、このフィードバック制御は、ウェーハＷのＸ方向加工送り速度を制御して行ってもよい。また、レーザーパルス周波数を制御してもよく、これらの組み合わせ制御であってもよい。
【００５４】
１ラインのレーザーダイシングが行われると、ＸＹテーブル１２がＹ方向に１ピッチ割り出し送りされ、次のラインも同様にレーザーダイシングされる。
【００５５】
全てのラインがレーザーダイシングされると、Ｚθテーブル１５が９０°回転され、先程のラインと直交するラインも同様にして全てレーザーダイシングされ、ウェーハＷは個々のチップに分割されて１枚のウエーハＷのレーザーダイシングが完了する。
【００５６】
このように、レーザー光ＬによってウェーハＷの内部に改質領域Ｒが形成され、改質領域Ｒが赤外線顕微鏡３０によって観察され、制御手段６０によって改質領域Ｒの形成状態が適切に制御されるので、ウェーハＷは自然に、或いは僅かな力を加えることにより、改質領域Ｒに沿って安定して割断され、チッピング等のほとんど生じない高品質なダイシングが行われる。
【００５７】
また、ウエーハＷは、図５に示すように、裏面にダイシングシートＳが貼られダイシング用のフレームＦにマウントされているので、個々のチップに分割されても個々のチップが１個１個バラバラになることがない。
【００５８】
また、赤外線顕微鏡３０を適切な位置に配置することにより、改質領域Ｒの観察と改質領域Ｒの形成状態制御とをインサイチュウ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で行うことができる。
【００５９】
図７は、本実施の形態の変形例を表わしたものである。この変形例では、赤外線顕微鏡３０は対物レンズの先端に４５°偏角プリズム３１が揺動調節可能に設けられている。この４５°偏角プリズム３１は、４５°方向から入射した光を同じ面を反射と透過の二つの役目をさせて垂直上方に方向変換し、対物レンズに導く。
【００６０】
この変形例では、赤外線顕微鏡３０を傾斜させることなく垂直にしたまま、改質領域Ｒを斜め上方から観察することができる。また、４５°偏角プリズム３１を揺動させることにより、微小な位置調整を行うことができる。なお、偏角プリズムとして４５°偏角プリズム３１を用いたが、３０°等他の偏角プリズムを用いてもよく、また、偏角プリズムでなく、ミラー等の他の偏角部材を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザーダイシング装置の概略構成図
【図２】レーザーヘッドの構成を表わす概念図
【図３】赤外線顕微鏡の配置を表わす斜視図
【図４】モニター画面を表わす概念図
【図５】フレームにマウントされたウェーハを表わす斜視図
【図６】改質領域の寸法測定を説明する概念図
【図７】本発明の実施形態の変形例を説明する概念図
【符号の説明】
【００６２】
１０…レーザーダイシング装置、２０…レーザーヘッド、３０…赤外線顕微鏡、４１…レーザーパワーメータ、５０…照明手段、６０…制御手段、Ｆ…フレーム、Ｌ…レーザー光、Ｐ…集光点、Ｒ…改質領域、Ｓ…ダイシングシート、Ｗ…ウエーハ
【図１】
2005109324.tif 000003
【図２】
2005109324.tif 000004
【図３】
2005109324.tif 000005
【図４】
2005109324.tif 000006
【図５】
2005109324.tif 000007
【図６】
2005109324.tif 000008
【図７】
2005109324.tif 000009