JP2011166002A

JP2011166002A - ウエーハの加工方法

Info

Publication number: JP2011166002A
Application number: JP2010028725A
Authority: JP
Inventors: Kenji Furuta; 健次古田
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】個々のチップに分割された後のチップ同士が擦れることなく、容易に次工程へ搬送可能なウエーハの加工方法を提供することである。
【解決手段】ウエーハの加工方法であって、ウエーハの直径に対して十分大きな開口を有する第１の環状フレームで粘着テープを介してウエーハを支持し、この状態でウエーハ内部に改質層を形成する改質層形成工程、粘着テープを拡張してウエーハを改質層に沿って個々のチップに分割する粘着テープ拡張工程、更にバー形状の分割治具を使用して粘着テープ拡張工程で破断されない部分を割断する割断工程を実施する。その後、小さな開口を有する第２の環状フレームを粘着テープに貼着し、粘着テープを第１の開口と第２の開口との間で円周状に切断してウエーハを粘着テープを介して第２の環状フレームに移し替える。
【選択図】図９

Description

本発明は、半導体ウエーハ等のウエーハを分割加工するウエーハの加工方法に関する。

半導体デバイス製造プロセスでは、半導体ウエーハの表面にストリートと呼ばれる分割予定ラインによって格子状に区画された各領域に半導体デバイスが形成され、半導体ウエーハを個々のデバイスに分割することで、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイスを製造している。

また、ウエーハ状のサファイア基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハも、格子状に形成された分割予定ラインに沿って切断することにより個々の発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等の光デバイスに分割され、これらの光デバイスは電気機器に広く利用されている。

半導体ウエーハや光デバイスウエーハの切削加工には、従来ダイシング装置と呼ばれる切削装置が使用されてきたが、切削装置では必ず発生する切りしろの縮小や省略化、チッピングと呼ばれる欠けの低減、水を用いた加工が不向きな製品（例えばＭＥＭＳなど）の加工など、ダイシング装置での加工が困難な加工を可能にするレーザ加工装置が台頭してきた。

このレーザ加工装置では、ウエーハの内部にレーザで脆弱な層（改質層）を形成し、強度が低下した改質層に沿って拡張装置等で外力を付与することにより、ウエーハを個々のチップへと分割する（例えば、特許第３４０８８０５号公報参照）。レーザ加工装置によるウエーハの加工は、切削装置では必ず発生する切削屑がなく、切りしろもほとんどないという特徴を有している。

特許第３４０８８０５号公報特開２００７−２７５６２号公報特開２００８−１４０８７４号公報

しかしながら、拡張装置で拡張された粘着テープ、特にウエーハの外周部分では粘着テープは引き延ばされるためテンションを解除すると大きな弛みが発生し、拡張前の環状フレームにテンションをもって固定されていた状態とは異なって、ウエーハの環状フレームへの固定状態が不安定となり、延いてはチップ同士の擦れによる損傷を引き起こしかねない状態になってしまう。

また、粘着テープの拡張だけではウエーハを完全に個々のチップに分割できないことが多いため、粘着テープ越しにウエーハの改質層へ外力を付与する分割治具を用いて不完全分割部分を分割することが行われている。このような分割治具は拡張装置内に内蔵されることが多く、その利便性から分割治具の長さはウエーハの直径と同等以上の長さにするのが好ましい。

このように分割治具の長さをウエーハの直径と同等以上の長さに形成すると、ウエーハの端部に分割治具を作用させる場合は、環状フレームの開口サイズが小さいと環状フレームと分割治具が干渉してしまうという問題が発生する。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、個々のチップに分割後のチップ同士が擦れることなく、容易に次工程へ搬送可能なウエーハの加工方法を提供することである。

本発明によると、表面に複数のデバイスが格子状に形成された分割予定ラインによって区画されて形成されたウエーハの加工方法であって、ウエーハの直径以上の長さを一辺とした正方形が収容可能な大きさの第１の開口を有する第１の環状フレームを準備する第１の環状フレーム準備工程と、該第１の環状フレームの開口中央にウエーハを位置付け、延性を有する粘着テープをウエーハ及び該第１の環状フレームに貼着して、ウエーハを該第１の環状フレームで支持するウエーハ支持工程と、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザビームを該分割予定ラインに沿って照射して、ウエーハの内部に該分割予定ラインに沿った改質層を形成する改質層形成工程と、該第１の環状フレームの開口より小さくウエーハの外径より大きい直径を有する円筒状押圧部材と、該第１の環状フレームを保持する保持手段とを有する拡張装置に該改質層形成工程が実施されたウエーハを載置する拡張準備工程と、該円筒状押圧部材と該保持手段を軸方向に相対移動させて該粘着テープを半径方向に拡張し、ウエーハを該改質層が形成された該分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するとともに、各チップ間に間隙を形成する粘着テープ拡張工程と、ウエーハの直径以上で前記正方形の一辺以下の長さを有し、且つ該円筒状押圧部材内に配設されたバー形状の分割治具を、ウエーハの該分割予定ラインに該粘着テープを介して接触させて該分割予定ラインに曲げ応力を作用させることで、該粘着テープ拡張工程で割れ残った部分を個々のチップに割断する割断工程と、該第１の環状フレームの前記第１の開口に収容可能な外径と、ウエーハを収容可能な第２の開口とを有する第２の環状フレームを準備する第２の環状フレーム準備工程と、該割断工程実施後の該第１の環状フレームに貼着されたウエーハが該第２の環状フレームの該第２の開口中央となる位置で該第２の環状フレームを該粘着テープに貼着するとともに、該粘着テープを該第１の開口のエッジと該第２の開口のエッジとの間で円周状に切断してウエーハを該粘着テープを介して該第２の環状フレームに移し替える環状フレーム移し替え工程と、を具備したことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。

本発明のウエーハの加工方法によれば、改質層形成工程及び拡張工程ではウエーハの直径以上の辺を一辺とする正方形が収容可能な開口を有する第１の環状フレームを使用するため、割れ残ったチップ部分を割断するバー形状の分割治具にウエーハの直径程度の長さのものを使用して、ウエーハの隅々まで分割治具を接触させることができるという効果を奏する。

また、ウエーハのサイズと見合った規格通りの第２の環状フレームは、第１の環状フレームとある程度のサイズの差があるため、第１の環状フレームに固定された粘着テープ上に載置して容易に貼り替えることができ、次工程への搬送等でチップ同士が擦れて損傷するという問題を解消しつつ、拡張工程後の各工程には規格通りのウエーハのサイズと環状フレームのサイズの組み合わせで流すことができるという効果を奏する。

更に、既に開発されているテープを拡張して発生した弛み部分を加熱して収縮させ、チップ間の間隔を維持する方法（特許文献２参照）では、使用できるテープが拡張性と熱による収縮性によって限定されていたが、本発明では拡張性のみが限定要因となるため、幅広いテープ選定が可能になり、且つ拡張装置に加熱手段を備える必要もないという効果も奏する。

半導体ウエーハの表面側斜視図である。粘着テープを介して第１の環状フレームに支持された状態の半導体ウエーハの斜視図である。レーザビーム照射ユニットのブロック図である。改質層形成工程の斜視図である。改質層形成工程の断面図である。粘着テープ拡張工程を説明する断面図である。割断工程を説明する断面図である。図８（Ａ）は分割治具の長さとウエーハとの関係を示す平面図、図８（Ｂ）はその断面図である。環状フレーム移し替え工程を説明する断面図である。環状フレーム移し替え工程実施後の状態を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、半導体ウエーハＷの表面側斜視図が示されている。半導体ウエーハＷの表面においては、第１分割予定ライン（ストリート）Ｓ１と第２分割予定ラインＳ２が直交して形成されており、第１分割予定ラインＳ１と第２分割予定ラインＳ２によって区画された複数の領域にそれぞれＬＳＩ等のデバイスＤが形成されている。

レーザ加工装置による加工に先立って、ウエーハＷの裏面は研削装置によって所定の厚みに研削加工される。更に、ウエーハＷのハンドリングを容易にするために、図２に示すようにウエーハＷの裏面が延性を有する粘着テープＴに貼着され、粘着テープＴの外周部は第１の環状フレームＦに貼着される。これにより、ウエーハＷは粘着テープＴを介して第１の環状フレームＦに支持された状態となる（ウエーハ支持工程）。

本実施形態のウエーハの加工方法では、第１の環状フレームＦとウエーハＷのサイズの関係が重要である。即ち、このウエーハ支持工程では、ウエーハＷの直径以上の長さを一辺とした正方形１１が収容可能な大きさの開口１３を備える環状フレームＦを使用する。例えば、８インチのウエーハＷに対しては、１２インチ用の第１の環状フレームＦを使用する。

図３を参照すると、レーザ加工装置１０のレーザビーム照射ユニット１４のブロック図が示されている。レーザビーム照射ユニット１４は、ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザを発振するレーザ発振器１８と、繰り返し周波数設定手段２０と、パルス幅調整手段２２と、パワー調整手段２４を含んでいる。

レーザビーム照射ユニット１４のパワー調整手段２４により所定パワーに調整されたパルスレーザビームは、集光器１６のミラー２６で反射され、更に集光用対物レンズ２８によって集光されてチャックテーブル１２に吸引保持されている半導体ウエーハＷに照射される。

図４を参照すると、改質層形成工程の斜視図が示されており、図５は改質層形成工程の断面図である。図４に示すように、粘着テープＴを介して第１の環状フレームＦで支持されたウエーハＷをレーザ加工装置のチャックテーブル１２で吸引保持する。

そして、図４及び図５に示すように、ウエーハＷに対して透過性を有する波長のパルスレーザビーム１７の集光点をウエーハＷの内部に合わせてパルスレーザビーム１７を照射しつつ、チャックテーブル１２を図４で矢印Ｘ１方向に所定の加工送り速度で移動することにより、ウエーハＷの内部に改質層３０が形成される。

この改質層３０は溶融再硬化層として形成され、脆弱な層である。図５に示すように、ウエーハＷの内部に改質層３０を複数層（図５では３層）形成するのが好ましい。

この改質層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パルスレーザ
波長：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
平均出力：１Ｗ
集光スポット径：φ１μｍ
加工送り速度：１００ｍｍ／秒

改質層形成工程実施後、図６（Ａ）に示すように、第１の環状フレームＦを保持する保持手段（クランプ）３６を備えた外筒３２と、第１の環状フレームＦの開口１３より小さくウエーハＷの外径より大きい直径を有する円筒状押圧部材３４とから構成される拡張装置３５を使用して、改質層形成工程が実施されたウエーハＷを支持した第１の環状フレームＦを外筒３２上に載置して保持手段３６で保持する拡張準備工程を実施する。

次いで、図６（Ｂ）に示すように、円筒状押圧部材３４を矢印Ａ方向に突き上げて、ウエーハＷが貼着された粘着テープＴを半径方向に拡張し、ウエーハＷを改質層３０が形成された分割予定ラインＳ１，Ｓ２に沿って個々のチップＤに分割するとともに、各チップ間に間隙を形成する（粘着テープ拡張工程）。

この粘着テープ拡張工程では、円筒状押圧部材３４を突き上げるかわりに、円筒状押圧部材３４に対して外筒３２を引き落とすようにしてもよい。即ち、粘着テープ拡張工程は、円筒状押圧部材３４と外筒３２を軸方向に相対移動させることにより実施する。

このテープ拡張工程を実施すると、殆どの分割予定ラインＳ１，Ｓ２は破断されて個々のチップＤに分割されるが、符号３８に示すように改質層３０部分で破断されない部分が残ることがある。よって、本発明のウエーハの加工方法では、次工程として破断されていない部分（非破断部分）３８を強制的に割断する割断工程を実施する。

この割断工程の第１実施形態は、図７（Ａ）に示すような分割治具４０を使用して実施する。分割治具４０は、拡張装置３５の円筒状押圧部材３４内に配設され、ウエーハＷの直径以上で図２に示した正方形１１の一辺以下の長さを有するバー形状をしている。

分割治具４０は上段保持面４２ａと下段保持面４２ｂとを有しており、下段保持面４２ｂに開口する真空吸引路４４が形成されている。分割治具４０の詳細構造は、特許第４３６１５１６号公報に開示されている。

分割治具４０による割断工程を実施するには、分割治具４０の真空吸引路４４を矢印４６で示すように真空吸引しながら、分割治具４０の上段保持面４２ａ及び下段保持面４２ｂを下側から粘着テープＴに接触させて、分割治具４０を矢印Ａ方向に移動する。即ち、分割治具４０を分割しようとする分割予定ラインＳ１又はＳ２と直交方向に移動する。

これにより、非破断部分３８が分割治具４０の上段保持面４２ａの内側エッジの真上に移動すると、非破断部分３８を有する分割予定ラインＳ１又はＳ２の部分に曲げ応力が集中して発生し、この曲げ応力でウエーハＷが分割予定ラインに沿って割断される。

図８（Ａ）を参照すると、分割治具４０の長さとウエーハＷの直径及び第１の環状フレームＦの開口１３の直径との関係が示されている。図８（Ｂ）は図８（Ａ）の８Ｂ−８Ｂ線断面図である。

図８から明らかなように、分割治具４０はウエーハＷの直径以上で第１の環状フレームＦの開口１３の直径以下の長さを有していることが好ましい。分割治具４０をこのような長さに設定することにより、分割治具４０を図８（Ａ）で矢印Ａ方向に移動することにより、第１分割予定ラインＳ１に沿って形成された全ての非破断部分３８を割断することができる。

次いで、分割治具４０を９０度回転して、第１分割予定ラインＳ１と直交する方向に移動することにより、第２分割予定ラインＳ２に沿って形成された全ての非破断部分３８を割断することができる。

図７（Ｂ）を参照すると、本発明第２実施形態の割断工程を説明する断面図が示されている。この第２実施形態では、楔状先端部５０を有する分割治具４８を使用して、分割治具４８を矢印Ｂ方向に突き上げることにより、非破断部分３８を割断する。この第２実施形態では、目視により分割治具４８を非破断部分３８の直下に移動して、非破断部分３８のみを分割治具４８の突き上げで割断するのが好ましい。

割断工程実施後、図９に示すように第１の環状フレームＦの開口１３に収容可能な外径と、ウエーハＷを収容可能な開口５３を有する第２の環状フレーム５２を準備する第２の環状フレーム準備工程を実施する。

そして、割断工程実施後の第１の環状フレームＦに貼着されたウエーハＷが第２の環状フレーム５２の開口５３の中央となる位置で、第２の環状フレーム５２を粘着テープＴに貼着し、粘着テープＴを第２の環状フレーム５２の矢印５４で示す外周に沿って切断して、ウエーハＷを粘着テープＴを介して第２の環状フレーム５２に移し替える（環状フレーム移し替え工程）。

しかし、切断箇所は第２の環状フレーム５２の外周に限定されるものではなく、第１の環状フレームＦの開口１３のエッジと第２の環状フレーム５２の開口５３のエッジとの間を円周状に切断すればよい。

例えば、第１の環状フレームＦ及び第２の環状フレーム５２を拡張装置３５から取り外した後、粘着テープＴを第２の環状フレーム５２の下側から環状フレーム５２部分で円周状に切断する。

これにより、図１０に示すように、粘着テープＴを介して第２の環状フレーム５２に支持されたウエーハＷを得ることができる。ウエーハＷは、粘着テープ拡張工程及び割断工程を実施したことにより、非破断部分を残すことなく個々のチップＤに完全に分割されている。

よって、次工程への搬送等でチップ同士が擦れて損傷するという問題を解決できるとともに、環状フレーム移し替え工程後の各工程には規格通りのウエーハＷと環状フレーム５２の組み合わせで流すことができる。

Ｗウエーハ
Ｄデバイス（チップ）
Ｆ第１の環状フレーム
Ｔ粘着テープ
１０レーザビーム照射ユニット
１６集光器
３０改質層
３２外筒
３４円筒状押圧部材
３５拡張装置
３８非破断部分
４０，４８分割治具
５２第２の環状フレーム

Claims

表面に複数のデバイスが格子状に形成された分割予定ラインによって区画されて形成されたウエーハの加工方法であって、
ウエーハの直径以上の長さを一辺とした正方形が収容可能な大きさの第１の開口を有する第１の環状フレームを準備する第１の環状フレーム準備工程と、
該第１の環状フレームの開口中央にウエーハを位置付け、延性を有する粘着テープをウエーハ及び該第１の環状フレームに貼着して、ウエーハを該第１の環状フレームで支持するウエーハ支持工程と、
ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザビームを該分割予定ラインに沿って照射して、ウエーハの内部に該分割予定ラインに沿った改質層を形成する改質層形成工程と、
該第１の環状フレームの開口より小さくウエーハの外径より大きい直径を有する円筒状押圧部材と、該第１の環状フレームを保持する保持手段とを有する拡張装置に該改質層形成工程が実施されたウエーハを載置する拡張準備工程と、
該円筒状押圧部材と該保持手段を軸方向に相対移動させて該粘着テープを半径方向に拡張し、ウエーハを該改質層が形成された該分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するとともに、各チップ間に間隙を形成する粘着テープ拡張工程と、
ウエーハの直径以上で前記正方形の一辺以下の長さを有し、且つ該円筒状押圧部材内に配設されたバー形状の分割治具を、ウエーハの該分割予定ラインに該粘着テープを介して接触させて該分割予定ラインに曲げ応力を作用させることで、該粘着テープ拡張工程で割れ残った部分を個々のチップに割断する割断工程と、
該第１の環状フレームの前記第１の開口に収容可能な外径と、ウエーハを収容可能な第２の開口とを有する第２の環状フレームを準備する第２の環状フレーム準備工程と、
該割断工程実施後の該第１の環状フレームに貼着されたウエーハが該第２の環状フレームの該第２の開口中央となる位置で該第２の環状フレームを該粘着テープに貼着するとともに、該粘着テープを該第１の開口のエッジと該第２の開口のエッジとの間で円周状に切断してウエーハを該粘着テープを介して該第２の環状フレームに移し替える環状フレーム移し替え工程と、
を具備したことを特徴とするウエーハの加工方法。