JP2006108532A - ウエーハの研削方法 - Google Patents

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Takashi Sanpei
貴士 三瓶
Masahiro Murata
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Abstract

【課題】 研削中に破損することなく、かつ、外周縁にナイフエッジが生ずることなく所定の厚さに研削することができるウエーハの研削方法を提供する。
【解決手段】 外周面が円弧状に面取りされているウエーハの被研削面を研削する研削方法であって、ウエーハの一方の面側から外周縁より所定量内側の位置で外周縁に沿ってレーザー光線を照射し、ウエーハの外周部を除去する外周部除去工程と、外周部が除去されたウエーハの被研削面を研削して所定の仕上がり厚さに形成する研削工程とを含む。
【選択図】 図５

Description

本発明は、半導体ウエーハなどのウエーハを所定の厚さに研削するウエーハの研削方法に関する。
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に形成されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって多数の矩形領域を区画し、該矩形領域の各々に回路を形成する。このように多数の回路が形成された半導体ウエーハを分割予定ラインに沿って分離することにより、個々の半導体チップを形成する。半導体チップの小型化および軽量化を図るために、通常、半導体ウエーハを分割予定ラインに沿って切断して個々の矩形領域を分離するのに先立って、半導体ウエーハの裏面を研削して所定の厚さに形成している。半導体チップの小型化および軽量化を図るために、半導体ウエーハは１００μm以下の厚さに形成されるようになってきている。
ところで、半導体ウエーハは、半導体チップに分割されるまでの各工程間を搬送される際に生ずるチッピング等の不具合を防止するために、外周面が円弧状に面取りされている。このように外周に面取り部を有する半導体ウエーハの裏面を研削して厚さを半分以下に薄くすると、円弧状の面取り部に鋭利なナイフエッジが形成される。このため、半導体ウエーハの研削中あるいは搬送中に、半導体ウエーハが割れるという問題がある。また、半導体ウエーハの裏面に形成された研削痕やマイクロクラック等を除去するために半導体ウエーハの裏面を研磨布で研磨すると、研磨布が上記ナイフエッジに引っかかり、研磨中に半導体ウエーハが破損するという問題もある。
上述した問題を解消するために、切削装置のチャックテーブルに半導体ウエーハを保持し、切削ブレードを半導体ウエーハの外周縁部における上面に位置付け、切削ブレードを回転しつつチャックテーブルを回転することにより、円弧状の面取り部を上面に対して直角に切断する技術が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
特開２００３−２７３０５３号公報
而して、切削ブレードによりウエーハを外周に沿って切削すると、切削ブレードの直進性に抗して円弧状に加工されるため、ウエーハの外周にストレスが残存し、研削中にウエーハが破損するという問題がある。また、切削ブレードによってウエーハを外周に沿って切削するには、相当の時間を要し、例えば直径が２００mmのシリコンウエーハを外周に沿って切削すると３０分以上かかり、生産性が悪いという問題もある。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、研削中に破損することなく、かつ、外周縁にナイフエッジが生ずることなく所定の厚さに研削することができるウエーハの研削方法を提供することにある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、外周面が円弧状に面取りされているウエーハの被研削面を研削する研削方法であって、
ウエーハの一方の面側から外周縁より所定量内側の位置で外周縁に沿ってレーザー光線を照射し、ウエーハの外周部を除去する外周部除去工程と、
外周部が除去されたウエーハの被研削面を研削して所定の仕上がり厚さに形成する研削工程と、を含む、
ことを特徴とするウエーハの研削方法が提供される。
ウエーハの表面には複数の機能素子が形成されており、ウエーハの被研削面は裏面である。上記外周部除去工程は、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射し、ウエーハの内部に外周縁に沿って環状の変質層を形成し、該変質層に沿ってウエーハを破断する。また、上記外周部除去工程は、ウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、ウエーハの外周縁に沿って一方の面から他方の面に達する環状のレーザー加工溝を形成する。
また、本発明によれば、表面に複数の機能素子が形成され外周面が円弧状に面取りされているウエーハの裏面を研削する研削方法であって、
ウエーハの表面側から外周縁より所定量内側の位置で外周縁に沿ってウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、ウエーハの表面から少なくともウエーハの仕上がり厚さより深い環状のレーザー加工溝を形成する加工溝形成工程と、
該レーザー加工溝が形成されたウエーハの裏面を研削して所定の仕上がり厚さに形成する研削工程と、を含む、
ことを特徴とするウエーハの研削方法が提供される。
本発明によるウエーハの研削方法は、ウエーハの被研削面を研削する研削工程を実施する前に、ウエーハの外周縁より所定量内側の位置で外周縁に沿ってレーザー光線を照射しウエーハの外周部を除去する外周部除去工程を実施するので、ウエーハの外周面が円弧状に面取りされていても研削によって外周縁にナイフエッジが生ずることはない。また、外周部除去工程はレーザー加工であるため、切削ブレードによって切断した際に生ずるストレスが残存しない。従って、残存ストレスによる研削時におけるウエーハの破損を防止できる。更に、本発明における外周部除去工程はレーザー加工であるため、切削ブレードによる切断作業に比して作業時間を短縮することができる。
以下、本発明によるウエーハの研削方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１には、本発明に従って研削加工されるウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図が示されている。図１に示す半導体ウエーハ２は、例えば直径が２００mm、厚さが５００μmのシリコンウエーハからなっており、表面２ａには複数の分割予定ライン２１が格子状に形成されている。そして、半導体ウエーハ２の表面２aには、複数の分割予定ライン２１によって区画された複数の領域に機能素子としての回路２２が形成されている。なお、半導体ウエーハ２の外周部は、外周面２cが円弧状に面取りされている。以下、この半導体ウエーハ２を所定の厚さに研削する研削方法の第１の実施形態について説明する。
本発明によるウエーハの研削方法の第１の実施形態においては、先ずウエーハの一方の面側から外周縁より所定量内側の位置で外周縁に沿ってレーザー光線を照射し、ウエーハの外周部を除去する外周部を除去する外周部除去工程を実施する。この外周部除去工程は、図２乃至図４に示すレーザー加工装置３を用いて実施する。図２乃至図４に示すレーザー加工装置３は、被加工物を保持するチャックテーブル３１と、該チャックテーブル３１上に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段３２を具備している。チャックテーブル３１は、その上面に被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない回転機構によって図２において矢印で示す方向に回転せしめられるようになっている。
上記レーザー光線照射手段３２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング３２１を含んでいる。ケーシング３２１内には図３に示すようにパルスレーザー光線発振手段３２２と伝送光学系３２３とが配設されている。パルスレーザー光線発振手段３２２は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器３２２ａと、これに付設された繰り返し周波数設定手段３２２ｂとから構成されている。伝送光学系３２３は、ビームスプリッタの如き適宜の光学要素を含んでいる。上記ケーシング３２１の先端部には、それ自体は周知の形態でよい組レンズから構成される集光レンズ（図示せず）を収容した集光器３２４が装着されている。上記パルスレーザー光線発振手段３２２から発振されたレーザー光線は、伝送光学系３２３を介して集光器３２４に至り、集光器３２４から上記チャックテーブル３１に保持される被加工物に所定の集光スポット径Ｄで照射される。この集光スポット径Ｄは、図４に示すようにガウス分布を示すパルスレーザー光線が集光器３２４の対物レンズ３２４ａを通して照射される場合、Ｄ（μｍ）＝４×λ×ｆ／（π×Ｗ）、ここでλはパルスレーザー光線の波長（μｍ）、Ｗは対物レンズ３２４ａに入射されるパルスレーザー光線の直径（ｍｍ）、ｆは対物レンズ３２４ａの焦点距離（ｍｍ）、で規定される。
上述したレーザー加工装置３を用いて実施する外周部除去工程について、図５を参照して説明する。
この外周部除去工程は、先ずレーザー加工装置３のチャックテーブル３１上に半導体ウエーハ２を表面２aを上にして載置し、該チャックテーブル３１上に半導体ウエーハ２を吸引保持する。半導体ウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル３１を図示しない移動機構によって集光器３２４が位置する加工領域に移動し、図５に示すように半導体ウエーハ２の外周縁より所定量内側の位置が集光器３２４の直下となるように位置付ける。そして、集光器３２４から半導体ウエーハ２に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３１即ち半導体ウエーハ２を図５において矢印で示す方向に回転せしめる。このとき、集光器３２４から照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ２の裏面２b（下面）付近に合わせる。この結果、半導体ウエーハ２には、外周縁より所定量内側の位置に裏面２b（下面）に露出するとともに裏面２b（下面）から内部に向けて環状の変質層２１０が形成される。この変質層２１０は、溶融再固化層として形成され、強度が著しく低下せしめられている。従って、半導体ウエーハ２の外周部に沿って外力を加えることにより、半導体ウエーハ２の外周部が変質層２１０に沿って破断され除去される。このようにレーザー加工によって外周部が除去された半導体ウエーハ２は、外周に切削ブレードによって切断した際に際に生ずるストレスが残存しない。なお、変質層２１０は、半導体ウエーハ２の表面２ａおよび裏面２ｂに露出しないように内部だけに形成してもよいが、上記集光点Ｐを段階的に変えて上述したレーザー加工を複数回実行することにより、複数の変質層２１０を形成し半導体ウエーハ２の表面２ａおよび裏面２ｂに変質層を露出させることが望ましい。
上記外周部除去工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４スレーザー
波長 ：１０６４ｎｍのパルスレーザー
パルス出力 ：１０μＪ
集光スポット径 ：φ１μｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
チャックテーブルの回転速度：１rpm
上述した加工条件においては１回に形成される変質層の厚さは約５０μｍであるため、半導体ウエーハ２厚さが５００μｍの場合には、１０層の変質層を形成することにより半導体ウエーハ１０の内部に表面１０ａから裏面１０ｂに渡って変質層を形成することができる。上述した加工条件においてはチャックテーブルの回転速度が１rpmであるため、１分間で変質層を１層形成することができる。従って、導体ウエーハ１０の内部に表面１０ａから裏面１０ｂに渡って変質層を形成するために１０層の変質層を形成しても、外周部除去工程の作業時間は１０分間であり、上述した切削ブレードによる切断と比較すると外周部除去工程の作業時間を大幅に短縮することができる。
次に、外周部除去工程の他の実施形態について、図６を参照して説明する。
図６に示す実施形態は、半導体ウエーハ２に対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を集光器３２４から照射し、ウエーハの外周部を除去するものである。即ち、図６に示すようにチャックテーブル３１に保持された半導体ウエーハ２の外周縁より所定量内側の位置を集光器３２４の直下となるように位置付ける。そして、集光器３２４から半導体ウエーハ２に対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３１即ち半導体ウエーハ２を図６において矢印で示す方向に回転せしめる。このとき、集光器３２４から照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ２の表面２a（上面）付近に合わせる。この結果、図６に示すように半導体ウエーハ２には外周縁より所定量内側の位置に表面２aから裏面２bに達する環状のレーザー加工溝２２０が形成され、半導体ウエーハ２の外周部が除去される。
上記外周部除去工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４スレーザー
波長 ：３５５ｎｍのパルスレーザー
平均出力 ：１．３５W
集光スポット径 ：φ１３μｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
チャックテーブルの回転速度：０．１rpm
上述した加工条件においてはチャックテーブルの回転速度が０．１rpmであるため、外周部除去工程の作業時間は１０分間であり、上述した切削ブレードによる切断と比較すると外周部除去工程の作業時間を大幅に短縮することができる。
次に、外周部除去工程の更に他の実施形態について、図７を参照して説明する。
図７に示す実施形態は、２枚のウエーハ２０Aと２０Ｂ互いに酸化膜を介して接合した２層構造をなすSOIウエーハ２０の一方の外周部を除去するものである。即ち、図７に示すようにチャックテーブル３１上にSOIウエーハ２０を一方のウエーハ２０A側を上にして載置し、該チャックテーブル３１上に半導体ウエーハ２を吸引保持する。そして、上記図６に示す実施形態と同様のレーザー加工を施すことにより、一方のウエーハ２０Aには外周縁より所定量内側の位置に環状のレーザー加工溝２２０が形成され、ウエーハ２０Aの外周部が除去される。なお、SOIウエーハ２０の一方の外周部を除去する外周部除去工程は、上記図５に示すように半導体ウエーハ２の内部に外周縁より所定量内側の位置に外周に沿って変質層を形成してもよい。
上述したように外周部除去工程を実施したならば、図８に示すように外周部が除去された半導体ウエーハ２の表面２aに保護部材４を貼着する（保護部材貼着工程）。なお、上記SOIウエーハ２０においては他方のウエーハ２０Ｂが保護部材として機能するので、ウエーハ２０Ｂの下面に保護部材を貼着しなくてもよい。
保護部材貼着工程を実施することにより半導体ウエーハ２の表面２ａに保護部材４を貼着したならば、外周部が除去されたウエーハの被研削面である裏面を研削して所定の仕上がり厚さに形成する研削工程を実施する。この研削工程は、図９に示す実施形態においては研削装置５によって実施する。即ち、研削工程は、先ず図９に示すように研削装置５のチャックテーブル５１上に半導体ウエーハ２の保護部材４側を載置し（従って、半導体ウエーハ２は裏面２ｂが上側となる）、図示しない吸引手段によってチャックテーブル５１上に半導体ウエーハ２を吸着保持する。そして、チャックテーブル５１を例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削砥石５２を備えた研削ホイール５３を６０００ｒｐｍで回転せしめて半導体ウエーハ２の裏面２ｂに接触することにより、所定の仕上がり厚さ、例えば１００μmになるまで研削する。このように半導体ウエーハ２を薄くなるまで研削しても、半導体ウエーハ２の外周部が除去され、外周面が円弧状をなしていないので、ナイフエッジとはならない。また、外周部が除去された半導体ウエーハ２０の外周部には上述したようにストレスが残留していないので、研削中に破損することはない。
次に、本発明によるウエーハの研削方法の第２の実施形態について説明する。
この研削方法においては、先ず、ウエーハの表面側から外周縁より所定量内側の位置で外周縁に沿ってウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、ウエーハの表面から少なくともウエーハの仕上がり厚さより深い環状のレーザー加工溝を形成する加工溝形成工程を実施する。この加工溝形成工程は上記図２に示すレーザー加工装置２を用い、上記図６に示す実施形態と同様に半導体ウエーハ２に対して吸収性を有するパルスレーザー光線を集光器３２４から照射し、ウエーハの外周部に表面からウエーハの仕上がり厚さより深い環状のレーザー加工溝を形成する。なお、この実施形態においては、レーザー光線の集光点位置を上記図６に示す実施形態より高い位置に設定する。そして、図１０に示すようにチャックテーブル３１に保持された半導体ウエーハ２の外周縁より所定量内側の位置を集光器３２４の直下となるように位置付ける。次に、集光器３２４から半導体ウエーハ２に対して吸収性を有するパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３１即ち半導体ウエーハ２を図１０において矢印で示す方向に回転せしめる。このとき、集光器３２４から照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ２の表面２a（上面）付近で上記図６に示す実施形態より僅かに高い位置に合わせる。この結果、図１０に示すように半導体ウエーハ２には外周縁より所定量内側の位置に表面２aから所定深さを有する環状のレーザー加工溝２３０が形成される。このようにレーザー加工によって外周部にレーザー加工溝２３０が形成された半導体ウエーハ２０は、切削ブレードによって切断した際に生ずるストレスが残存しない。
上記加工溝形成工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４スレーザー
波長 ：３５５ｎｍのパルスレーザー
平均出力 ：１．３５W
集光スポット径 ：φ１３μｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
チャックテーブルの回転速度：０．１rpm
この加工溝形成工程においてはチャックテーブルの回転速度が０．１rpmであるため、加工溝形成工程の作業時間は１０分間であり、上述した切削ブレードによる切断と比較すると加工溝形成工程の作業時間を大幅に短縮することができる。
上述したように加工溝形成工程を実施したならば、図１１に示すように外周部にレーザー加工溝２３０が形成された半導体ウエーハ２の表面２aに保護部材４を貼着する（保護部材貼着工程）。
保護部材貼着工程を実施することにより半導体ウエーハ２の表面２ａに保護部材３を貼着したならば、外周部にレーザー加工溝が形成されたウエーハの裏面を研削して所定の仕上がり厚さに形成する研削工程を実施する。この研削工程は、図９に示す研削装置５によって上述した要領で実施する。そして、図１２に示すように半導体ウエーハ２を所定の仕上がり厚さ、例えば１００μmになるまで研削すると、半導体ウエーハ２の外周部に形成されたレーザー加工溝２３０は裏面２b（上面）に表出する。この結果、半導体ウエーハ２の外周面が円弧面に形成された外周部が除去される。従って、半導体ウエーハ２の外周部がナイフエッジとなることはない。また、外周部にレーザー加工溝２３０は形成された半導体ウエーハ２０の外周部には上述したようにストレスが残留していないので、研削中に破損することはない。
本発明によるウエーハの研削方法によって研削される半導体ウエーハの斜視図。 本発明によるウエーハの研削方法における外周部除去工程または加工溝形成工程を実施するレーザー加工装置の要部斜視図。 図２に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段の構成を簡略に示すブロック図。 パルスレーザー光線の集光スポット径を説明するための簡略図。 本発明によるウエーハの研削方法における外周部除去工程の一実施形態を示す説明図。 本発明によるウエーハの研削方法における外周部除去工程の他の実施形態を示す説明図。 本発明によるウエーハの研削方法における外周部除去工程の更に他の実施形態を示す説明図。 本発明によるウエーハの研削方法における外周部除去工程を実施したウエーハの表面に保護部材を貼着した状態を示す斜視図。 本発明によるウエーハの研削方法における外周部除去工程を実施したウエーハの裏面を研削する研削工程を示す説明図。 本発明によるウエーハの研削方法における加工溝形成工程を示す説明図。 本発明によるウエーハの研削方法における加工溝形成工程を実施したウエーハの表面に保護部材を貼着した状態を示す斜視図。 本発明によるウエーハの研削方法における加工溝形成工程を実施したウエーハの裏面を研削する研削工程を示す説明図。
符号の説明
２：半導体ウエーハ
３：レーザー加工装置
３１：レーザー加工装置のチャックテーブル
３２：レーザー光線照射手段
４：保護部材
５：研削装置
５１：研削装置のチャックテーブル
５２：研削砥石

Claims (5)

  1. 外周面が円弧状に面取りされているウエーハの被研削面を研削する研削方法であって、
    ウエーハの一方の面側から外周縁より所定量内側の位置で外周縁に沿ってレーザー光線を照射し、ウエーハの外周部を除去する外周部除去工程と、
    外周部が除去されたウエーハの被研削面を研削して所定の仕上がり厚さに形成する研削工程と、を含む、
    ことを特徴とするウエーハの研削方法。
  2. ウエーハの表面には複数の機能素子が形成されており、ウエーハの被研削面は裏面である、請求項１記載のウエーハの研削方法。
  3. 該外周部除去工程は、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射し、ウエーハの内部に外周縁に沿って環状の変質層を形成し、該変質層に沿ってウエーハを破断する、請求項１又は２記載のウエーハの研削方法。
  4. 該外周部除去工程は、ウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、ウエーハの外周縁に沿って一方の面から他方の面に達する環状のレーザー加工溝を形成する、請求項１又は２記載のウエーハの研削方法。
  5. 表面に複数の機能素子が形成され外周面が円弧状に面取りされているウエーハの裏面を研削する研削方法であって、
    ウエーハの表面側から外周縁より所定量内側の位置で外周縁に沿ってウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、ウエーハの表面から少なくともウエーハの仕上がり厚さより深い環状のレーザー加工溝を形成する加工溝形成工程と、
    該レーザー加工溝が形成されたウエーハの裏面を研削して所定の仕上がり厚さに形成する研削工程と、を含む、
    ことを特徴とするウエーハの研削方法。
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