JP2012134333A

JP2012134333A - 測定方法

Info

Publication number: JP2012134333A
Application number: JP2010285393A
Authority: JP
Inventors: Masaru Nakamura; 勝中村
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2012-07-12

Abstract

【課題】ワーク内部にレーザー光線を集光して改質層を形成する加工装置において、厚さが規格外のワークが搬入されたことを加工前に検出する。
【解決手段】ワーク１を保持手段４０に搬入して保持した状態で、光学式の測定手段７０により、ワーク１の上面１ａの高さ位置を測定する第一の測定工程と基準面に設定した保護テープ１０の粘着面１０ａの高さ位置を測定する第二の測定工程とを行い、第一の測定工程と第二の測定工程とによって得られた値の差分によってワーク１の上面１ａから基準面までの距離を検出し、該距離に基づいて、搬入されたワーク１の厚さが規格外であるか否かを判断する。
【選択図】図６

Description

本発明は、半導体ウェーハ等のワークの内部にレーザー光線を集光して改質層を形成する加工装置において、ワークの厚さが規格通りのものであるか否かを検出するための測定方法に関する。

半導体デバイス製造工程においては、円板状の半導体ウェーハ等のワークの表面に格子状の分割予定ラインにより多数の矩形状のデバイス領域を区画して、これらデバイス領域の表面にＩＣやＬＳＩ等からなる電子回路を形成し、次いで裏面を研削した後に研磨するなど必要な処理を施してから、ワークを分割予定ラインに沿って切断、分割して１枚のワークから多数のデバイスを得ている。

ワークの分割は、一般に、高速回転させた切削ブレードをワークに切り込ませて切断するダイサーと称される切削装置によって行われている。また近年では、ワークの内部に、ワークを透過する波長のレーザー光線を表面側から分割予定ラインに沿って集光して照射することにより改質層を形成し、次いで改質層に外力を加えることによってワークを分割予定ラインに沿って分割する方法が試みられている（特許文献１等）。このようなレーザー加工を行う装置としては、チャックテーブル上に搬入されて保持したワークを水平方向に加工送りしながら、レーザー光線を下方のワークに向けて照射する構成のものが知られている（例えば特許文献２）。レーザー光線の集光点は、ワークの表面から所定深さの位置に設定される。

特許第３４０８８０５号公報特開２００５−２８４２３号公報

上記のようにレーザー光線照射によりワークの内部に改質層を形成する場合には、予めワークの厚さを把握しておき、その厚さに基づいてレーザー光線の集光点を設定している。ところが、把握している値以外の厚さを有する規格外のワークが搬入された場合には、レーザー光線の集光点は設定通りの位置に位置付けられず、そのままレーザー加工がなされると加工不良となる不具合が起こる。そこで、厚さが規格外のワークが搬入されたことをレーザー加工を施す前に検出することができる方法が要望された。

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、ワーク内部にレーザー光線を集光して改質層を形成する加工装置において、厚さが規格外のワークが搬入されたことを加工前に検出することができる測定方法を提供することにある。

本発明の測定方法は、ワークを保持する保持面を有する保持部と該保持部を囲繞し該保持面と同一面を有する枠体とから構成された保持手段と、ワークの内部にレーザー光線を集光して改質層を形成する加工手段と、から構成された加工装置において、前記保持手段の保持面に保持されたワークの上面から基準面までの距離を測定する測定方法であって、ワーク上面の高さ位置を光学式の方法で測定する第一の測定工程と、前記基準面の高さ位置を光学式の方法で測定する第二の測定工程と、前記第一の測定工程と前記第二の測定工程とによって得られた値の差分によってワークの上面から基準面までの距離を検出する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、第一の測定工程と第二の測定工程とによって得られた値の差分に基づいてワークの厚さが規格通りのものであるかを検出することができる。これら測定工程は加工装置の保持手段に保持したワークに対して行うため、厚さが規格外のワークが搬入されたことをレーザー加工前に検出することができる。

本発明は、ワークには結晶方位を示す切欠きが円形外周の一部に形成され、ワークの下面に円形外周に沿った形状の保護テープの粘着面が貼着され、前記基準面は前記切欠き部分によって露出した前記保護テープの前記粘着面である形態を含む。また、本発明は、前記基準面は前記枠体の上面である形態を含む。

なお、本発明で言うワークは特に限定はされないが、例えば、シリコン、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）等からなる半導体ウェーハ、チップ実装用としてウェーハの裏面に設けられるＤＡＦ（Die Attach Film）等の粘着部材、半導体製品のパッケージ、セラミックやガラス、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）系あるいはシリコン系の無機材料基板、液晶表示装置を制御駆動するＬＣＤドライバ等の各種電子部品、さらにはミクロンオーダーの加工位置精度が要求される各種加工材料等が挙げられる。

また、本発明で言う改質層とは、密度、屈折率、機械的強度、あるいはその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域のことであり、例えば、溶融処理層、クラック層、絶縁破壊層、屈折率変化層等が挙げられ、さらにこれらの単独状態、または混在状態を含むものとされる。

本発明によれば、ワーク内部にレーザー光線を集光して改質層を形成する加工装置において、厚さが規格外のワークが搬入されたことを加工前に検出することができる測定方法が提供されるといった効果を奏する。

裏面に保護テープが貼着された本発明の一実施形態に係るワークの、（ａ）斜視図、（ｂ）断面図、（ｃ）切欠き部分を示す一部拡大平面図である。一実施形態に係る加工装置の全体斜視図である。加工装置の保持手段を示す断面図である。レーザー加工によりワーク内部に改質層を形成している状態を示す側面断面図である。レーザー加工によりワーク内部に改質層を形成している状態を示す正面断面図である。保護テープの粘着面を基準面とする実施形態の測定方法を示す断面図である。保持手段の枠体の上面を基準面とする実施形態の測定方法を示す断面図である。予備保持手段の枠体の上面を基準面とする実施形態の測定方法を示す断面図である。保持手段にワークを保持した状態を模式的に示す側面図であって、従来方法の問題を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を説明する。本実施形態では、図１に示すワーク１を図２に示す加工装置２０に搬入してレーザー加工を施す際のワークの厚さ測定方法に本発明を適用している。

（１）ワーク
はじめに、図１により一実施形態に係るワーク１を説明する。ワーク１はシリコンウェーハ等の円板状の半導体ウェーハであり、表面１ａには格子状に設定される分割予定ライン２によって多数のデバイス領域３が区画され、これらデバイス領域３には電子回路等が形成されている。ワーク１の外周部の所定箇所には、半導体の結晶方位を示すノッチと呼ばれるＶ字状の切欠き４が形成されている。

図１（ｂ）に示すように、ワーク１の裏面１ｂには所定厚さを有する円板状の保護テープ１０が貼着されている。保護テープ１０は、樹脂シートからなる基材の片面が粘着面１０ａとされたもので、粘着面１０ａにワーク１の裏面１ｂが貼着されている。保護テープ１０はワーク１の円形外周に沿ったワーク１と同等の径を有する円形状で、ワーク１の裏面１ｂ全面を覆って貼着されており、図１（ｃ）に示すように切欠き４部分には粘着面１０ａが上方に露出している。

（２）加工装置
ワーク１は、図２に示す加工装置２０により分割予定ライン２に沿ってレーザー加工が施される。以下、この加工装置２０の基本的な構成および動作を説明する。

図２の符号２１は基台であり、基台２１の図中奥側には壁部２２が立設されている。基台２１上には、ＸＹ移動テーブル３０がＸ方向およびＹ方向に移動可能に設けられている。ＸＹ移動テーブル３０は、基台２１上にガイドレール２３を介してＸ方向に移動可能に設けられたＸ軸ベース３１上に、ガイドレール２４を介してＹ方向に移動可能に設けられており、Ｘ軸ベース３１がＸ方向に移動することによりＸ方向に移動し、ＸＹ移動テーブル３０自身がＹ方向に移動することによりＹ方向に移動する。Ｘ軸ベース３１は、モータ３２ａでボールねじ３２ｂを作動させるＸ軸駆動機構３２によってＸ方向に駆動され、ＸＹ移動テーブル３０は、モータ３３ａでボールねじ３３ｂを作動させるＹ軸駆動機構３３によってＹ方向に駆動される。

ＸＹ移動テーブル３０上には円筒状のテーブル台３４が固定されており、このテーブル台３４上に、真空チャック式の保持手段４０がＺ方向を回転軸として回転自在に支持されている。保持手段４０は、図３に示すように、ステンレス等の金属からなる円板状の枠体４１の上面凹所４１ａに、多孔質材からなり上面が保持面４２ａとされる保持部４２が同心状に嵌合されてなるものである。保持面４２ａと、保持部４２を囲繞する枠体４１の環状の上面４１ｂとは、水平で、かつ同一面となっている。保持手段４０は、テーブル台３４の内部に収容されている図示せぬ回転駆動機構によって一方向あるいは両方向に回転駆動される。ワーク１は、保持手段４０の保持面４２ａに保護テープ１０を介して同心状に載置され、負圧作用により吸着して保持される。この場合、ワーク１の径は保持面４２ａの外径より大きく、かつ枠体４１の外径よりも小さく、したがってワーク１の外側に枠体４１の上面４１ｂの外周側が露出する状態となる。

また、図２に示すように、ＸＹ移動テーブル３０上には、軸線方向がＺ方向に沿った円筒状の基準台５０が保持手段４０に近接して配設されている。この基準台５０は保持手段４０よりも小径であり、保持手段４０と同一高さで鏡面仕上げされた水平な上面５１を有している。

保持手段４０に保持されたワーク１には、壁部２２に固定された加工手段６０によりレーザー加工が施される。加工手段６０は、壁部２２に固定された直方体状の筐体６１と、筐体６１の先端に固定された照射部６２とを備えており、照射部６２からレーザー光線がほぼ鉛直下方に向けて照射される。筐体６１内にはレーザー光線発振器や該発振器で発振されたレーザー光線の出力を調整する出力調整器等が収容されている。この場合のレーザー光線発振器は、例えばＹＡＧやＹＶＯ等のワーク１を透過する波長のパルスレーザー光線を発振可能なものが用いられる。また、照射部６２には、レーザー光線の光路を鉛直下方に反射させるミラーや、このミラーによって反射したレーザー光線をワーク１に向けて集光する対物レンズ等が収容されている。

本実施形態のレーザー加工は、図４および図５に示すように、ワーク１の内部に、ワーク１を透過する波長のレーザー光線ＬＢを表面１ａ側から分割予定ライン２に沿って集光して照射することにより、本発明に係る改質層５を形成するといったものである。分割予定ライン２に沿ってレーザー加工を施すには、予めワーク１の表面１ａを赤外線を検出する撮像手段で撮像するなどして分割予定ライン２の位置を検出しておき、検出した分割予定ライン２の位置に基づいて、レーザー光線ＬＢをワーク１の内部に集光点を位置付けて分割予定ライン２に沿って走査する。図４の矢印Ｆは、レーザー光線ＬＢの相対的な走査方向を示している。また、ワーク１にレーザー光線ＬＢを照射するにあたっては、保持手段４０に保持したワーク１の厚さを、図２に示す測定手段７０により測定してから行う。

この測定手段７０は、検出光線を下方の測定対象物に照射して測定対象物からの反射光を受光し、受光した光を評価・演算して距離に換算する一般周知の非接触式で光学式の距離センサが用いられる。

分割予定ライン２に沿ったレーザー光線ＬＢの走査は、保持手段４０を回転させて分割予定ライン２を図２でのＹ方向と平行に設定し、ＸＹ移動テーブル３０をＹ方向に移動させる加工送りによってなされる。また、照射する分割予定ライン２の切り替えは、Ｘ軸ベース３１をＸ方向に移動させる割出し送りによってなされる。なお、加工送り方向と割出し送り方向は、この逆、つまり、Ｘ方向が加工送り方向、Ｙ方向が割出し送り方向に設定されてもよく、限定はされない。

レーザー光線ＬＢの照射によりワーク１の内部に全ての分割予定ライン２に沿って改質層５を形成したら、保持手段４０によるワーク１の保持を解除し、保持手段４０からワーク１を搬出する。

以上が加工装置２０の構成および動作であり、レーザー加工後のワーク１は、形成された改質層５に外力を加えられることにより分割予定ライン２に沿って多数のデバイス領域３、すなわちデバイスに分割される。

（３）ワークの厚さ測定方法
上記のように、レーザー加工されるワーク１は、レーザー加工に先立って保持手段４０上で測定手段７０により厚さが測定される。以下、本発明に係るその測定方法を説明する。

本実施形態の測定方法は、図６に示すように、保持手段４０上に保持したワーク１の上面すなわち表面１ａに、測定手段７０から第一の検出光線Ｌ１を照射して測定手段７０から表面１ａまでの距離ｄ１を測定し、この距離ｄ１をワーク１の表面１ａの高さ位置Ｈ１として認識する（第一の測定工程）。次に、切欠き４によって上方に露出している保護テープ１０の粘着面１０ａを基準面に設定し、該粘着面１０ａに測定手段７０から第二の検出光線Ｌ２を照射して測定手段７０から粘着面１０ａまでの距離ｄ２を測定し、この距離ｄ２を粘着面１０ａの高さ位置Ｈ２として認識する。なお、各測定工程において測定手段７０から検出光線Ｌ１，Ｌ２を目的位置に照射するには、ＸＹ移動テーブル３０をＸ方向あるいはＹ方向に移動させ、また、必要に応じて保持手段４０を回転させて、目的位置に検出光線Ｌ１，Ｌ２の光軸を位置付けることによって行うことができる。

次に、ワーク１の表面１ａの高さ位置Ｈ１と保護テープ１０の粘着面１０ａの高さ位置Ｈ２の差分（ｄ２−ｄ１）より、ワーク１の表面１ａから保護テープ１０の粘着面１０ａまでの距離を求める。この場合には該距離（ｄ２−ｄ１）がワーク１の厚さとなる。なお、上記レーザー加工の工程においては、ここで測定したワーク１の表面１ａの高さ位置を基準として、表面１ａからの深さとして設定されるレーザー光線ＬＢの集光点位置が設定される。

上記測定方法では保護テープ１０の粘着面１０ａを基準面としているが、基準面を保持手段４０の枠体４１の上面４１ｂに設定してもよい。すなわち図７に示すように、ワーク１の外側に露出する該上面４１ｂに測定手段７０から第二の検出光線Ｌ２を照射して測定手段７０から上面４１ｂまでの距離ｄ３を測定し、この距離ｄ３を枠体４１の上面４１ｂの高さ位置Ｈ３として認識する（第二の測定工程）。そして、第一の測定工程で測定したワーク１の表面１ａの高さ位置Ｈ１と枠体４１の上面４１ｂの高さ位置Ｈ３の差分（ｄ３−ｄ１）より、ワーク１の表面１ａから枠体４１の上面４１ｂまでの距離を求める。この場合、ワーク１の裏面１ｂには保護テープ１０が貼着されているので、保護テープ１０の厚さをｔとすると、ワーク１の厚さは「（ｄ３−ｄ１）−ｔ」で求められる。

さらに基準面は、基準台５０の上面５１に設定してもよい。その場合には、図８に示すように、基準台５０の上面５１に測定手段７０から第二の検出光線Ｌ２を照射して測定手段７０から上面５１までの距離ｄ４を測定し、この距離ｄ４を上面５１の高さ位置Ｈ４として認識する（第二の測定工程）。そして、第一の測定工程で測定したワーク１の表面１ａの高さ位置Ｈ１と上面５１の高さ位置Ｈ４の差分（ｄ４−ｄ１）より、ワーク１の表面１ａからの上面５１までの距離を求める。ワーク１の厚さは、この場合においても保護テープ１０の厚さｔを考慮し、「（ｄ４−ｄ１）−ｔ」で求められる。

第二の検出光線Ｌ２を照射する基準面は、ワーク１の厚さが検出され得る一定高さの水平な反射面であれば、上記態様に限定されない。なお、上記枠体４１の上面４１ｂは保持面４２ａとともに研削加工される場合があり、研削加工面のままでは検出光線が十分に反射しないため、少なくとも検出光線Ｌ２が照射される箇所を鏡面加工して検出光線Ｌ２が十分に反射可能な状態としておくとよい。また、上記のように保護テープ１０の粘着面１０ａを基準面とすれば、保護テープ１０の厚さのばらつきに影響を受けないため、ワーク１の厚さ測定値はより正確になる。

本実施形態では、第一の測定工程で得たワーク１の高さ位置の値（Ｈ１）と、第二の測定工程で得た基準面の高さ位置の値（Ｈ２、Ｈ３またはＨ４）の差分に基づいて、ワーク１の厚さを検出することができる。ワーク１の厚さ測定工程は、保持手段４０に保持したワーク１に対して行うことができ、このため、厚さが規格外のワークが搬入された場合には、そのことをレーザー加工前に検出することができる。もしも搬入されたワークが規格外の厚さであった場合には、そのワークは保持手段４０から搬出し、次のワークを搬入するといった措置がとられる。なお、上記実施形態ではワーク１の厚さまで求めることとしているが、少なくともワーク１の上面の高さ位置の値と基準面の高さ位置の値との差分が検出されれば、ワーク１の厚さが規格外であるか否かを判断することができる。

ところで、従来ではワークの上面の高さ位置のみを検出し、その検出値を基準としてワーク内部へのレーザー光線の集光点を設定することが行われていた。しかしながらこの方法では、例えば次のような不具合が生じる。図９（ａ）は、装置の熱膨張により保持手段４０の保持面４２ａの高さ位置が通常よりも高くなる現象が生じており、保持手段４０に保持されたワーク１は規格通りの厚さのものである。一方、図９（ｂ）は、保持手段４０の上面は通常の高さであるが、保持されたワーク１が規格よりも厚いもので、ワーク１の上面１ａの高さ位置は（ａ）のワーク１と同じとなっている。このような状況においては、ワーク１の上面１ａに測定手段７０から検出光線Ｌを照射して測定したワーク１の上面１ａの高さ位置は、双方同じで規格よりも高いためにエラーと判断される。すなわち、（ａ）側のワーク１は厚さが規格通りであるにもかかわらずエラーと判断され、レーザー加工を取りやめることになるので、無駄な動作が生じる。しかしながら本実施形態では、ワーク１の上面１ａから基準面までの距離を検出するため、（ａ）側のワーク１は規格通りの厚さであることが判り、したがって無駄な動作が生じることを回避することができる。

通常、規格外の厚さのワークの内部にレーザー加工を施した場合には加工不良となり、改質層を正常に形成することが困難になる可能性があるため、改めてレーザー加工は行われない。これは、次のような理由による。すなわち、例えば規格よりも厚いワークに設定通りの集光点でレーザー光線を照射すると適度な深さまで集光点が到達せず改質層は比較的表面の近傍に形成されてしまい、このようなワークに改めて表面側からレーザー光線をワーク内部に照射しても、既に形成された改質層がレーザー光線の透過の妨げになって目的深さにレーザー光線が集光しないという不具合が起こる。この点、本実施形態の測定方法を適用すれば加工不良を招くことが防がれ、よって生産性の向上が図られるという利点も得られる。

上記実施形態の加工手段６０においては、照射部６２に収容されておりワーク内部にレーザー光線を集光する上記対物レンズを、発振されるレーザー光線を厚さ測定用の検出光線として集光する対物レンズとして使用することもできる。このように加工手段６０を使用すれば、測定手段７０を独自に具備する必要がない。なお、照射部６２から照射されるレーザー光線によってワークの厚さ測定を行うようにした場合には、ワークの厚さ測定時において照射するレーザー光線の反射の程度を確認することにより、照射部６２の対物レンズが汚染されているか否かの判断材料とすることが可能である。

１…ワーク
１ａ…ワークの表面（上面）
５…改質層
１０…保護テープ
１０ａ…保護テープの粘着面（基準面）
２０…加工装置
４０…保持手段
４１…枠体
４１ｂ…枠体の上面（基準面）
４２…保持部
４２ａ…保持面
６０…加工手段
Ｈ１…ワークの上面の高さ位置
Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４…基準面の高さ位置
ＬＢ…レーザー光線

Claims

ワークを保持する保持面を有する保持部と該保持部を囲繞し該保持面と同一面を有する枠体とから構成された保持手段と、ワークの内部にレーザー光線を集光して改質層を形成する加工手段と、から構成された加工装置において、
前記保持手段の保持面に保持されたワークの上面から基準面までの距離を測定する測定方法であって、
ワーク上面の高さ位置を光学式の方法で測定する第一の測定工程と、
前記基準面の高さ位置を光学式の方法で測定する第二の測定工程と、
前記第一の測定工程と前記第二の測定工程とによって得られた値の差分によってワークの上面から基準面までの距離を検出する工程と、
を含むことを特徴とする測定方法。
ワークには結晶方位を示す切欠きが円形外周の一部に形成され、
ワークの下面に円形外周に沿った形状の保護テープの粘着面が貼着され、
前記基準面は前記切欠き部分によって露出した前記保護テープの前記粘着面であることを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
前記基準面は前記枠体の上面であることを特徴とする請求項１に記載の測定方法。