JP4968849B2 - レーザ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体ウェーハ等の薄板材料にレーザ光線を照射して直線状の溝を形成するレーザ加工方法に係り、特に、薄板材料を紫外線硬化テープに粘着させて加工する場合に好適な技術に関する。

半導体デバイスのチップ製造工程においては、略円盤状の半導体ウェーハの表面に、格子状に配列された分割予定ラインによって多数の矩形状のチップ領域を区画し、これらチップ領域にＩＣやＬＳＩ等の電子回路を形成した後、ウェーハに対して裏面研削など必要な処理を行ってから、ウェーハを分割予定ラインに沿って切断して分割（ダイシング）して、各チップ領域を半導体チップとして得ている。このようにして得られた半導体チップは、樹脂封止によりパッケージングされて、携帯電話やＰＣ（パーソナル・コンピュータ）等の各種電気・電子機器に広く用いられている。

近年では、透過性のレーザ光線を分割予定ラインに沿って照射することにより、ウェーハをダイシングするレーザダイシングが採用されてきている（特許文献１）。ウェーハをダイシングする際には、搬送しにくいウェーハをハンドリングするために、ダイシングテープにウェーハを貼着し、ダイシングテープに貼着したダイシングフレームをハンドリングすることが行われている。この場合、ダイシング完了後はダイシングテープからチップを剥離してピックアップすることになるが、その際には剥離性が高い方が剥離しやすい。そこで、ダイシングテープの粘着剤に紫外線硬化型を用い、チップをピックアップする際にダイシングテープに紫外線を照射して粘着剤の粘着性を低下させ、これによってピックアップをし易くしている（特許文献２）。

特開平１０−３０５４２０号公報 特開２００７−１４２３２７号公報

ところが、ダイシングの際に分割予定ラインに沿って照射するレーザ光線によってウェーハが加熱されると、その熱が周辺の紫外線硬化粘着剤に伝達されて変質が生じ、紫外線を照射しても粘着性が低下しないといったことが起こる。このような現象が生じると、ピックアップの際に、加熱されて粘着性が残っている部分が半導体チップに付着し、実装工程で半導体チップをピックアップしようとしても半導体チップの一部がダイシングテープから離れず、実装できない場合があった。この不具合は、レーザ光線照射による加工が溝形成であっても、厚さをフルカットした場合であっても発生するものであった。

これに対して、本発明者等がダイシングテープに用いる紫外線硬化粘着剤を調査したところ、６０℃程度の加熱によって変質し、変質した後はいくら紫外線を照射しても硬化しないことが判明した。したがって、本発明は、レーザダイシングの際に発生する熱による紫外線硬化粘着剤の変質の影響を回避することができ、よって実装工程を円滑に行うことができるレーザ加工方法を提供することを目的としている。

本発明のレーザ加工方法は、フレームに配設された粘着性を有する紫外線硬化テープに裏面側が貼着されたワークを保持した状態でワークにレーザにより加工を施すレーザ加工方法において、ワークにレーザ加工を施す前に、紫外線硬化テープに紫外線を照射して粘着性を低下させ、レーザ加工を、３５５ｎｍの波長を有するレーザ光線をワークの表面側から照射して行うことを特徴としている。

本発明によれば、ワークを加工する時点で紫外線硬化テープの粘着性が低下しているから、レーザ加工時に発生する熱による紫外線硬化テープへの影響は問題とならない。このように、本発明では、確実に粘着性が低下した紫外線硬化テープから半導体チップ等をピックアップすることができるので、ピックアップ不良が少なく実装工程を円滑に行うことができる。

ここで、紫外線硬化テープには、表面に紫外線硬化粘着剤が設けられたダイシングテープが含まれるが、その他、半硬化状態で粘着性を有する樹脂フィルムも含まれる。また、上記のようなダイシングテープの表面に、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）を粘着させたものも本発明の紫外線硬化テープに含まれる。この場合において、ＤＡＦには、高温（例えば１５０℃以上）にすることで粘着性が生じ、常温で粘着性がなくなるものを用いることができる。このようなＤＡＦを用いる場合には、紫外線硬化テープに粘着させたＤＡＦを高温にしてワークと粘着させる。なお、ＤＡＦを常温に戻してもワークとの粘着状態は維持される。

加工前の紫外線の照射条件は、従来において加工後に行われていた照射条件と同等とされる。すなわち、紫外線照射によって紫外線硬化テープの粘着性を低下させるが完全に消失させるのではなく、実装工程へフレームごとハンドリングする際に半導体チップ等が紫外線硬化テープ上で位置ずれしない程度の粘着性を残す。したがって、本発明は、加工抵抗の無いレーザ加工に特に有効である。

なお、本発明を開発するにあたり、初めから粘着力の弱い紫外線硬化テープを用いることが検討された。しかしながら、そのような特殊な紫外線硬化テープを用意することは煩雑であるとともに経済的でなく、また、ダイシングのみを請け負うような下請企業では、紫外線硬化テープを選定する自由が認められていないことがある。加えて、表面にＤＡＦを粘着させた紫外線硬化テープなどでは、紫外線硬化粘着剤に強力な粘着力が求められているため、その要求に逆行するような紫外線硬化テープを求めるのは困難であった。

さらに、上記のような紫外線硬化テープでは、フレームとの貼着部の粘着力も弱くなり、フレームのハンドリングに支障を来すことが懸念される。この点、本発明では、ワークを貼着している部分だけに選択的に紫外線を照射することにより、ワークを貼着している部分だけの粘着力を選択的に弱くすることができるので、紫外線硬化テープのフレームに対する粘着力を維持することができる。

本発明で言うワークは特に限定はされないが、例えば半導体ウェーハ等のウェーハや、上述のＤＡＦ等の粘着部材、あるいは半導体製品のパッケージ、ガラス系あるいはシリコン系の基板、さらには、ミクロンオーダーの精度が要求される各種加工材料等が挙げられる。また、ウェーハを粘着させたＤＡＦも本発明のワークに含まれる。この場合において、ウェーハをダイシングした後にＤＡＦのみをレーザでダイシングすることがあるが、その際には切断屑の発生がウェーハのダイシングより少ないために洗浄が不要な場合がある。したがって、遠心力を利用した洗浄等を行うと加工したワークが紫外線硬化テープから飛散することが懸念される本発明では、上記のような加工に特に好適である。

本発明によれば、ワークを加工する時点で紫外線硬化テープの粘着性が低下しているから、確実に粘着性が低下した紫外線硬化テープから半導体チップ等をピックアップすることができるので、ピックアップ不良が少なく実装工程を円滑に行うことができる等の効果が得られる。

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］ワーク（半導体ウェーハ）
図１は、本実施形態での加工対象である薄板状のワークを示している。このワークはシリコン等を材料とする円盤状の半導体ウェーハ（以下、ウェーハと略称）である。このウェーハ１は、例えば、厚さが２００μｍ程度、直径が２００ｍｍ程度のものである。ウェーハ１の外周部の一部には、結晶方位を示すマークとしてオリエンテーションフラット２が形成されている。

ウェーハ１の表面には、第１の方向（図１で左右方向）に延びる複数の第１の分割予定ラインＡと、第１の分割予定ラインＡに直交する方向（図１で上下方向）に延びる複数の第２の分割予定ラインＢとが形成されている。各分割予定ラインＡ，Ｂは、それぞれが互いに平行、かつ等間隔であり、格子状に配列されている。

格子状に配列された各分割予定ラインＡ，Ｂにより、ウェーハ１の表面には複数の矩形状のチップ３が区画されている。これらチップ３の表面には、図示せぬＩＣやＬＳＩ等の電子回路が形成されている。各チップ３は、ウェーハ１に対して裏面研削による薄化などの必要に応じた処理がなされた後、全ての分割予定ラインＡ，Ｂが切断されてウェーハ１がダイシングされることにより、１つ１つが個片化したものとして得られる。分割予定ラインＡ，Ｂの切断は、レーザ光線照射によってフルカットしたり、レーザ光線照射によって溝を形成した後に、さらにレーザ光線照射でフルカットしたりすることによって行うことができる。

レーザ加工装置１０では、ウェーハ１は、円盤状のチャックテーブル４１上（図３参照）に表面を上に向けて水平にセットされ、レーザ加工手段５０のレーザヘッド５２から分割予定ラインＡ，Ｂに沿ってレーザ光線が照射されるようになっている。ウェーハ１をチャックテーブル４１にセットする際には、図２（Ａ）に示すように、ウェーハ１はダイシングテープ４を介してダイシングフレーム５に保持された状態とされる。

ダイシングテープ４は、例えば、厚さ１００μｍ程度のポリ塩化ビニルを基材４ａとし、その片面に厚さ５μｍ程度でアクリル樹脂系の紫外線硬化粘着剤４ｂが塗布された円形状の粘着テープである（図２（Ｂ）参照）。ダイシングフレーム５は、ウェーハ１の直径よりも大きな内径を有する環状の薄板部材であって、金属等の剛性を有する材料からなるものであり、ダイシングテープ４の粘着面（図２で上面）の外周部分に貼着される。ウェーハ１は、ダイシングテープ４の粘着面の中央部分に裏面が貼着され、ダイシングテープ４を介してダイシングフレーム５に保持される。このようにしてダイシングテープ４およびダイシングフレーム５で保持されたウェーハ１は、ダイシングフレーム５をハンドリングすることにより搬送されてレーザ加工装置１０にセットされる。以下に、レーザ加工装置１０を説明する。

［２］レーザ加工装置
レーザ加工装置１０は基台１１を有しており、この基台１１上には、ＸＹ移動テーブル１２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１２の上に上記チャックテーブル４１が設置されており、ＸＹ移動テーブル１２がＸ軸方向やＹ軸方向に移動することにより、レーザヘッド５２からウェーハ１の分割予定ラインＡ，Ｂに沿ってレーザ光線が照射されるようになっている。

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２０と、このＸ軸ベース２０上にＹ軸方向に移動自在に設けられたＹ軸ベース３０との組み合わせで構成されている。Ｘ軸ベース２０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２１に摺動自在に取り付けられており、モータ２２でボールねじ２３を作動させるＸ軸駆動機構２４によってＸ軸方向に移動させられる。一方、Ｙ軸ベース３０は、Ｘ軸ベース２０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Ｙ軸駆動機構３４によってＹ軸方向に移動させられる。

Ｙ軸ベース３０の上面には、円筒状のチャックベース４０が固定されており、このチャックベース４０の上に、チャックテーブル４１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いる。チャックテーブル４１は、ウェーハ１を真空吸引作用により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って、チャックベース４０内に収容された図示せぬ回転駆動機構によって一方向または両方向に回転させられる。チャックテーブル４１の周囲には、ダイシングフレーム５を着脱自在に保持する一対のクランプ４２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４２は、チャックベース４０に取り付けられている。

この場合のＸＹ移動テーブル１２においては、Ｘ軸ベース２０がＸ方向に移動する状態が、レーザ光線照射を分割予定ラインＡまたはＢに沿って照射する加工送りとされる。そして、Ｙ軸ベース３０がＹ軸方向に移動する状態が、レーザ光線を照射する対象の分割予定ラインＡ（Ｂ）を切り替える割り出し方向とされる。なお、加工送り方向と割り出し方向は、この逆、つまり、Ｙ軸方向が加工方向、Ｘ軸方向が割り出し方向に設定されてもよく、限定はされない。

次に、レーザ加工手段５０を説明する。レーザ加工手段５０は、チャックテーブル４１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５１を有しており、このケーシング５１の先端に、上記レーザヘッド５２が設けられている。ケーシング５１は、基台１１の上面に立設されたコラム１３に、鉛直方向（Ｚ軸方向）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。

ケーシング５１内には、レーザ加工手段５０の構成要素として、ＹＡＧレーザ発振器、あるいはＹＶＯ４レーザ発振器からなるパルスレーザ光線発振器が収容されている（図示略）。また、ケーシング５１内には、パルスレーザ光線発振器が発振したレーザ光線の出力（パルスエネルギー）を調整する出力調整器や繰り返し周波数器等の付帯機器も収容されている。また、レーザヘッド５２内には、レーザ光線発振器から水平に照射されたパルスレーザ光線を下方に方向転換するミラーや、このミラーによって方向変換されたレーザ光線を集光するレンズ等が収容されている。

図３に示すように、ケーシング５１の先端であってレーザヘッド５２の隣には、撮像手段６０が配設されている。この撮像手段６０は、レーザヘッド５２から照射されるレーザ光線の照射領域を撮像して検出するものであり、チャックテーブル４１にセットされたワーク（ここではウェーハ）を照明する照明手段や光学系、光学系で捕らえられた象を撮像するＣＣＤ等からなる撮像素子等を備えている。

次に、図３において符号７０は紫外線照射手段である。紫外線照射手段７０は、基台１１に取り付けられたワーク台７１を備えている。ワーク台７１の上縁部には、Ｘ軸方向に伸びるアーム７２がＹ軸方向へ移動可能に設けられ、アーム７２の先端部にはダイシングフレーム５の縁部を把持するチャック７３が取り付けられている。一方、ワーク台７１の上面の両側部には、Ｙ軸方向へ延在する段部７１ａが形成されている。この段部７１ａにダイシングフレーム５の縁部を載置することにより、ダイシングフレーム５がワーク台７１の上面から浮き上がり、チャック７３によってダイシングフレーム５を把持することができる。そして、チャック７３は、次に説明する紫外線照射ユニット８０やカセット９０にダイシングフレーム５を出し入れする。

紫外線照射ユニット８０は、一対のガイドレール８１によって上下方向（Ｚ軸方向）へ移動自在に支持され、ボールネジ８２と、ボールネジ８２を回転させるモータ８３によって駆動される。図４は紫外線照射ユニット８０の詳細を示す断面図である。図４に示すように、紫外線照射ユニット８０はＹ軸方向を向く側面が開放された箱状のもので、そのＸ軸方向に位置する内側面の上端部には、Ｙ軸方向に伸びる支持フレーム８４が取り付けられている。支持フレーム８４はダイシングフレーム５を支持するもので、支持フレーム８４の高さとワーク台７１の段部７１ａの高さを一致させた状態で、チャック７３に把持されたダイシングフレーム５は、支持フレーム８４上を滑って紫外線照射ユニット８０に対して出し入れされる。

紫外線照射ユニット８０の下部には、板８５が架設され、板８５の上には、紫外線照射光源であるＬＥＤ８６が設けられている。ＬＥＤ８６は、例えば、キーエンス社製ＵＶ−４００を約１０００個配列して構成されており、ＬＥＤ８６の上方に収容されるダイシングフレーム５を粘着しているダイシングテープ４のうち、ウェーハ１を粘着している部分に紫外線が照射されるようになっている。ここで，紫外線の波長は約３６５ｎｍ、ＬＥＤ１個当たりの照度は約２６０００ｍＷ／ｃｍ２とすることができる。

上記構成の紫外線照射ユニット８０の上には、カセット９０が着脱自在に取り付けられている。カセット９０はＹ軸方向を向く側面が開放された箱状のもので、そのＸ軸方向に位置する内側面には、Ｙ軸方向に伸びる支持フレーム（図示略）が複数段取り付けられており、ダイシングフレーム５を複数収容するようになっている。そして、支持フレームの高さと上述の段部７１ａの高さを一致させた状態で、チャック７３に把持されたダイシングフレーム５は、支持フレーム上を滑ってカセット９０に対して出し入れされる。

次に、図３において符号１００は、ダイシングテープ４およびウェーハ１を装着したダイシングフレーム５を搬送するためのロボットハンドである。基台１１の側面には、上方へ向けて伸びる衝立１０１が取り付けられ、衝立１０１には、Ｙ軸ベース１０２がガイドレール１０３によってＹ軸方向に移動自在に支持されている。Ｙ軸ベース１０２は、ボールネジ１０４と、このボールネジ１０４を回転させるモータ１０５によってＹ軸方向へ移動させられる。

Ｙ軸ベース１０２には、Ｘ軸方向へ向けて突出するとともに先端から下方へ向けて屈曲するアーム１０６が取り付けられている。アーム１０６の下方へ向けて屈曲した先の下端部１０６ａは、上下方向に向けて伸縮自在に構成され、下端部１０６ａには、真空チャック１０７が取り付けられている。真空チャック１０７は、円錐状の内面を有する４つの真空パッド１０７ａを備え、真空パッド１０７ａの内面から真空吸引することにより、ダイシングフレーム５を吸着させる。

［３］レーザ加工装置の動作
次に、上記構成のレーザ加工装置の動作を説明する。
図２に示したようにダイシングテープ４を介してダイシングフレーム５に保持されたウェーハ１は、カセット９０に複数収容され、カセット９０は、紫外線照射ユニット８０の上に装着される。そして、ボールネジ８２の回転によって紫外線照射ユニット８０が移動し、カセット９０内の例えば最下段のウェーハ１がチャック７３と対向する位置で静止する。すると、アーム７２が当該ウェーハ１側へ移動し、ウェーハ１を支持しているダイシングフレーム５を把持する。そして、チャック７３はＹ軸方向へ移動し、ダイシングフレーム５をウェーハ１ごとカセット９０から抜き出してワーク台７１の段部７１ａに載置する。

次いで、紫外線照射ユニット８０が上昇し、段部７１ａの高さに対して紫外線照射ユニット８０の支持フレーム８４を合致させると、チャック７３が紫外線照射ユニット８０側へ移動してダイシングフレーム５を支持フレーム８４上に載置する。この状態でＬＥＤ８６から紫外線をウェーハ１に向けて照射し、ダイシングテープ４の表面に設けた紫外線硬化粘着剤４ｂの粘着力を低下させる。次いで、チャック７３はＹ軸方向へ移動し、ダイシングフレーム５をウェーハ１ごと紫外線照射ユニット８０から抜き出してワーク台７１の段部７１ａに載置する。

続いて、ロボットハンド１００のＹ軸ベース１０２がＹ軸方向へ移動し、真空チャック１０７がウェーハ１の真上に位置するように停止する。そして、真空チャック１０７が下降してその真空パッド１０７ａでダイシングフレーム５を吸着し、上昇してチャックテーブル４１側へ移動する。そのとき、チャックテーブル４１は、その中心が真空チャック１０７の中心の移動軌跡と重なるように移動させられており、真空チャック１０７は、チャックテーブル４１の真上まで来ると下降する。真空チャック１０７は、ダイシングフレーム５をチャックテーブル４１上に載置すると真空吸引を停止し、ウェーハ１は、真空運転されているチャックテーブル４１上に、チップ３が形成されている表面を上に向けて同心状に載置され、真空吸引作用により吸着、保持される。また、ダイシングフレーム５がクランプ４２によって保持される。

次いで、Ｘ軸ベース２０をＸ軸方向に移動させて、ウェーハ１をレーザヘッド５２から照射されるレーザ光線の焦点からＸ方向に外れた位置に位置付ける。また、Ｙ軸ベース３０を割り出し方向（Ｙ軸方向）に移動させて、１本の第１の分割予定ラインＡのＹ軸方向位置をレーザ光線の焦点に合致させる。さらに、ケーシング５１の上下位置を調整して、レーザヘッド５２から照射されるレーザ光線の焦点を第１の分割予定ラインＡに所定深さの溝が形成される位置に定める。

続いて、ウェーハ１がレーザヘッド５２に向かう方向にＸ軸ベース２０を移動させる加工送りを行う。加工送りの間に１本の分割予定ラインＡがレーザ光線の焦点を通過し、この間に、レーザヘッド５２からレーザ光線を一定出力で照射することにより、分割予定ラインＡに所定深さの溝が形成される。このようにして、全ての分割予定ラインＡに所定深さの溝を形成する。次いで、チャックテーブル４１を９０°回転させ、上記と同様にして全ての分割予定ラインＢに所定深さの溝を形成する。この場合において、１回または複数回で形成する溝の深さをウェーハ１の厚さ以上としてウェーハ１を切断するか（フルカット）、１回または複数回で形成する溝の深さをウェーハ１の厚さよりも浅くし（グルービング）、レーザの条件を変えて次の加工でフルカットするか、いずれの方法も採用することができる。

上記のようにして全ての分割予定ラインＡ，Ｂが切断されると、ダイシングは完了である。ダイシングにより複数の半導体チップ３に個片化されたウェーハ１は、次の実装工程へとダイシングフレーム５ごと移送される。その際、ダイシングテープ４の紫外線硬化粘着剤４ｂは粘着力が低下しているが完全に消失しているのではなく、実装工程へフレームごとハンドリングする際に半導体チップ等が紫外線硬化テープ上で位置ずれしない程度の粘着性を残している。さらに、ワークを貼着している部分だけに選択的に紫外線を照射することにより、ワークを貼着している部分だけの粘着力を選択的に弱くされているので、紫外線硬化テープのフレームに対する粘着力が維持されている。また、半導体チップ３の実装に際しては、紫外線硬化粘着剤４ｂの粘着力が低下しているので、半導体チップ３は確実にダイシングテープ４からピックアップされ、実装工程を円滑に行うことができる。

ダイシングテープ（リンテック製、Ｄ６５０ＵＶテープ）に、厚さ５０μｍのシリコンウェーハを粘着し、ダイシングテープの紫外線硬化粘着剤に紫外線を照射した。次いで、このシリコンウェーハに対してレーザによりグルービング後、レーザでフルカットした。レーザ加工の条件は以下のとおりである。

＜グルービング加工条件＞
光源：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶ０４
波長：３５５ｎｍ
平均出力：１Ｗ
繰返し周波数：１００ｋＨｚ
加工送り速度：６００ｍｍ／ｓ
１の切断予定ラインに対して２パス
＜フルカット加工条件＞
光源：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶ０４
波長：３５５ｎｍ
平均出力：１０Ｗ
繰り返し周波数：１０ｋＨｚ
加工送り速度：２００ｍｍ／ｓ
１の切断予定ラインに対して２パス

上記条件でダイシングした半導体チップに対して実装を行い、ピックアップの成功率を調査した。その結果、成功率は９８％であった。比較のために、紫外線の照射をウェーハのダイシング後に行った以外は上記と同じ条件で試験を行ったところ、ピックアップの成功率は６０％であった。

本発明の一実施形態に係る方法で加工が施される半導体ウェーハの平面図である。 図１に示す半導体ウェーハを、ダイシングテープを介してダイシングフレームに保持した状態を示す斜視図である。 一実施形態のレーザ加工方法を実施するためのレーザ加工装置を示す斜視図である。 紫外線照射ユニットの詳細を示す断面図である。

符号の説明

１…半導体ウェーハ（ワーク）
４…ダイシングテープ（紫外線硬化テープ）
５…ダイシングフレーム（フレーム）
４１…チャックテーブル（保持手段）
５０…レーザ加工手段
７０…紫外線照射手段
８０…紫外線照射ユニット

Claims (1)

1. フレームに配設された粘着性を有する紫外線硬化テープに裏面側が貼着されたワークを保持した状態で前記ワークにレーザにより加工を施すレーザ加工方法において、
   前記ワークにレーザ加工を施す前に、前記紫外線硬化テープに紫外線を照射して粘着性を低下させ、前記レーザ加工を、３５５ｎｍの波長を有するレーザ光線を前記ワークの表面側から照射して行うことを特徴とするレーザ加工方法。

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