JP2012054273A

JP2012054273A - ウエーハの加工方法

Info

Publication number: JP2012054273A
Application number: JP2010193339A
Authority: JP
Inventors: Kenji Furuta; 健次古田
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-03-15

Abstract

【課題】ウエーハを薄く加工してもデバイスの品質低下を生じることなくウエーハを個々のデバイスに分割可能なウエーハの加工方法を提供する。
【解決手段】ウエーハ裏面周囲にリング状補強部９０を有する円形凹部８８を研削加工する工程と、該円形凹部に対応するウエーハの表面に格子状に形成された分割予定ラインによって区画された複数のデバイスを形成する工程と、ウエーハ表面に貼着したダイシングテープＴを環状フレームＦに貼着する工程と、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ウエーハの裏面側から該分割予定ラインの内部に集光点を位置づけて照射してウエーハ内部に改質層９２を形成する工程と、該ダイシングテープを介してウエーハに外力を付与し、分割予定ラインに沿ってウエーハを個々のデバイスに分割する工程とを具備し、該リング状補強部にはウエーハの表面から裏面に渡り複数層の改質層を形成。
【選択図】図９

Description

本発明は、ウエーハを個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の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表面に形成されたウエーハは、ウエーハを保持するチャックテーブルと、切削ブレードを回転可能に支持する切削手段と、ウエーハの切削領域に切削水を供給する切削水供給手段とを少なくとも備えたダイシング装置によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の各種電気機器に利用される。

また、ウエーハを個々のデバイスに分割する前に放熱等を良好にする目的で、ウエーハを保持するチャックテーブルと、研削ホイールを回転可能に支持する研削手段と、ウエーハの研削領域に研削水を供給する研削供給手段とを少なくとも備えた研削装置によって、ウエーハの裏面が研削されてウエーハが薄く加工される。

インクジェットプリンタに使用されるインクジェットヘッドのノズルプレートは、例えば特開２０００−２０３０２８号公報に開示されるようなエッチング工程を含む複数の工程を経て複数のデバイス（ノズルプレート）を有するウエーハが製造された後、ダイシング装置によりウエーハが個々のデバイス（ノズルプレート）に分割される。

特開２０００−２０３０２８号公報

しかし、デバイスがウエーハの表面から裏面に至る複数の貫通孔を有する例えばインクジェットヘッドのノズルプレートの場合には、デバイスを形成する前にウエーハを所望の厚み（２０〜３０μｍ）に加工する必要がある。

従来は、ウエーハをハードプレートで支持してウエーハの裏面を研削し、その後ハードプレートをウエーハから外して薄いウエーハの加工及び搬送を行わなければならず、取り扱い性及び生産性が悪いとともにウエーハを損傷させ易いという問題がある。

また、インクジェットヘッドのノズルプレートの場合には、例えば長さ２５ｍｍのシリコンバーにデバイス形成工程においてノズルとなる直径１０〜２０μｍの貫通孔を７００個前後形成するので、ダイシング装置でウエーハを個々のデバイスに分割すると切削屑が貫通孔内に入り込みデバイスの品質を低下させるという問題がある。

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、ウエーハを薄く加工しても取り扱いが容易であり、しかもデバイスの品質を低下させることなく個々のデバイスに分割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、ウエーハの加工方法であって、ウエーハ裏面の中央部を研削して円形凹部を形成するとともに該円形凹部を囲繞するリング状補強部を形成する研削工程と、該円形凹部に対応するウエーハの表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された領域に複数のデバイスを形成するデバイス形成工程と、ウエーハの表面にダイシングテープを貼着するとともにウエーハを囲繞する開口部を有する環状フレームに該ダイシングテープの外周部を貼着するダイシングテープ貼着工程と、該ダイシングテープ側をレーザ加工装置のチャックテーブルで保持し、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ウエーハの裏面側から該分割予定ラインの内部に集光点を位置づけて照射して、ウエーハ内部に改質層を形成する改質層形成工程と、該ダイシングテープを介してウエーハに外力を付与し、該改質層が形成された分割予定ラインに沿ってウエーハを個々のデバイスに分割するウエーハ分割工程とを具備し、該改質層形成工程において、該リング状補強部にはウエーハの表面から裏面に渡り複数層の改質層を形成する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ると、ウエーハの外周にリング状補強部を残すようにウエーハの裏面を研削して円形凹部を形成し、その後円形凹部に対応するウエーハの表面にデバイスを形成するので、ハードプレートの着脱が不要となり生産性が向上する。また、リング状補強部が形成されているので、ウエーハに損傷を与えることなく搬送が容易である。

更に、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ウエーハの裏面側から分割予定ラインの内部に集光点を位置づけて照射して改質層を形成するとともに、リング状補強部には表面から裏面に渡り複数層の改質層を形成するので、ウエーハ分割工程で分割予定ラインに沿ってリング状の補強部が容易に分割される。

本発明のウエーハの加工方法に使用されるレーザ加工装置の斜視図である。レーザビーム照射ユニットのブロック図である。ウエーハの表面に保護テープを貼着する保護テープ貼着工程を示す図である。ウエーハの裏面を研削して円形凹部とリング状補強部を形成する研削工程を示す斜視図である。研削工程の説明図である。ウエーハの表面にデバイスが形成された状態のウエーハの斜視図である。ダイシングテープ貼着工程を示す斜視図である。図８（Ａ）はデバイス領域への改質層形成工程を示す斜視図、図８（Ｂ）はデバイス領域に改質層が形成されたウエーハの一部破断断面図である。図９（Ａ）はウエーハのデバイス領域及びリング状補強部に分割予定ラインに沿って改質層が形成された状態の斜視図、図９（Ｂ）はリング状補強部に複数層の改質層を有するウエーハの一部破断断面図である。分割装置の斜視図である。ウエーハ分割工程の説明図である。

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は、本発明のウエーハの加工方法を実施するのに適したレーザ加工装置２の概略構成図を示している。レーザ加工装置２は、静止基台４上にＸ軸方向に移動可能に搭載された第１スライドブロック６を含んでいる。第１スライドブロック６は、ボールねじ８及びパルスモータ１０から構成される加工送り手段１２により一対のガイドレール１４に沿って加工送り方向、すなわちＸ軸方向に移動される。

第１スライドブロック６上には第２スライドブロック１６がＹ軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、第２スライドブロック１６はボールねじ１８及びパルスモータ２０から構成される割り出し送り手段２２により一対のガイドレール２４に沿って割り出し方向、すなわちＹ軸方向に移動される。

第２スライドブロック１６上には円筒支持部材２６を介してチャックテーブル２８が搭載されており、チャックテーブル２８は加工送り手段１２及び割り出し送り手段２２によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。チャックテーブル２８には、チャックテーブル２８に吸引保持されたウエーハをクランプするクランプ３０が設けられている。

静止基台４にはコラム３２が立設されており、このコラム３２にはレーザビーム照射ユニット３４を収容するケーシング３５が取り付けられている。レーザビーム照射ユニット３４は、図２に示すように、ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザを発振するレーザ発振器６２と、繰り返し周波数設定手段６４と、パルス幅調整手段６６と、パワー調整手段６８とを含んでいる。

レーザビーム照射ユニット３４のパワー調整手段６８により所定パワーに調整されたパルスレーザビームは、ケーシング３５の先端に取り付けられた集光器３６のミラー７０で反射され、更に集光用対物レンズ７２によって集光されてチャックテーブル２８に保持されているウエーハ１１に照射される。

ケーシング３５の先端部には、集光器３６とＸ軸方向に整列してレーザ加工すべき加工領域を検出する撮像手段３８が配設されている。撮像手段３８は、可視光によって半導体ウエーハの加工領域を撮像する通常のＣＣＤ等の撮像素子を含んでいる。

撮像手段３８は更に、半導体ウエーハに赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、この光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する赤外線ＣＣＤ等の赤外線撮像素子から構成される赤外線撮像手段を含んでおり、撮像した画像信号はコントローラ（制御手段）４０に送信される。

コントローラ４０はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）４２と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）４４と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４６と、カウンタ４８と、入力インターフェイス５０と、出力インターフェイス５２とを備えている。

５６は案内レール１４に沿って配設されたリニアスケール５４と、第１スライドブロック６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出手段であり、加工送り量検出手段５６の検出信号はコントローラ４０の入力エンターフェイス５０に入力される。

６０はガイドレール２４に沿って配設されたリニアスケール５８と第２スライドブロック１６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出手段であり、割り出し送り量検出手段６０の検出信号はコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。

撮像手段３８で撮像した画像信号もコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。一方、コントローラ４０の出力インターフェイス５２からはパルスモータ１０、パルスモータ２０、レーザビーム照射ユニット３４等に制御信号が出力される。

本発明のウエーハの加工方法では、まず図３に示すように、ウエーハ１１の表面１１ａに保護テープ２３を貼着する。ウエーハ１１は例えばシリコンインゴットからスライスされた厚さ７００μｍのシリコンウエーハであり、デバイスを形成する側であるその表面１１ａは鏡面加工されているが、裏面１１ｂは特に鏡面加工されていない。

このようにウエーハ１１の表面１１ａに保護テープ２３を貼着してから、ウエーハ１１の裏面１１ｂの中央部分を研削する研削ステップを実施する。図４に示すように、研削装置の研削ユニット７４は、スピンドルハウジング７６中に回転可能に収容されたスピンドル７８と、スピンドル７８の先端に固定されたホイールマウント８０と、ホイールマウント８０にねじ締結され環状に配設された複数の研削砥石８４を有する研削ホイール８２と、スピンドル７８を回転駆動する図示しないモータを含んでいる。

この研削ステップでは、図４及び図５に示すように、チャックテーブル８６でウエーハ１１の保護テープ２３側を吸引保持し、ウエーハ１１の裏面１１ｂを露出させる。この状態で、チャックテーブル８６を矢印Ａで示す方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削砥石８４を矢印Ｂで示す方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、研削ユニット送り機構を駆動して研削ホイール８２の研削砥石８４をウエーハ１１の裏面１１ｂの中央部分に接触させる。そして、研削ホイール８２を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りする。

図示しない接触式又は非接触式の厚み測定ゲージでウエーハ１１の厚みを測定しながら、ウエーハ１１の中央部を所定の厚み、例えば３０μｍの厚みに研削する。その結果、ウエーハ１１の裏面１１ｂには、その中央部に円形凹部８８が形成されるとともに、外周領域が残存されて円形凹部８８を囲繞するリング状補強部９０が形成される。

ここで、本発明の研削方法を実施するためのウエーハ１１と研削ホイール８２との関係について図５を参照して説明する。チャックテーブル８６の回転中心Ｐ１と環状に配設された研削砥石８４の回転中心Ｐ２は偏心しており、研削砥石８４がウエーハ１１の回転中心Ｐ１を通過し且つ研削ホイール８２に配設された研削砥石８４の外周縁が円形凹部８８の外周９１を通過する外径に設定され、環状に配設された研削砥石８４がチャックテーブル８６の回転中心Ｐ１を通過するように設定されている。

研削工程終了後、ウエーハ１１の表面１１ａに複数のデバイス１５を形成するデバイス形成工程が実施される。このデバイス形成工程では、図６に示すように、裏面１１ｂの中央部が研削されて裏面に円形凹部８８が形成されたウエーハ１１の円形凹部８８に対応するウエーハ１１の表面１１ａに、互いに直交する複数の分割予定ライン１３と、分割予定ライン１３によって区画された各領域にデバイス１５を形成する。

デバイス１５は、例えばノズルとなる多数の貫通孔が形成されたノズルプレートであり、その形成方法は例えば特許文献１に開示されている。ウエーハ１１はその表面に、裏面の円形凹部８８に対応する複数のデバイス１５が形成されたデバイス領域１７と、デバイス領域１７を囲繞する外周余剰領域１９を有している。２１はシリコンウエーハの結晶方位を示すマークとしてのノッチである。

デバイス形成工程実施後、ウエーハ１１の表面１１ａをダイシングテープＴに貼着するダイシングテープ貼着工程を実施する。このダイシングテープ貼着工程では、図７に示すように、ウエーハ１１の表面１１ａをダイシングテープＴに貼着するとともに、ダイシングテープＴの外周部を環状フレームＦに貼着する。

これにより、ウエーハ１１はダイシングテープＴを介して環状フレームＦに支持される。ダイシングテープＴとしては、紫外線の照射によりその貼着力が弱くなる紫外線硬化型テープを使用するのが好ましい。

ダイシングテープ貼着工程を実施後、本発明のウエーハの加工方法では、ウエーハ１１の内部に改質層を形成する改質層形成工程を実施する。図１に示すようなレーザ加工装置２を用いてウエーハ１１の内部に改質層を形成するには、レーザ加工装置２のチャックテーブル２８でダイシングテープＴを介してウエーハ１１を吸引保持する。従って、チャックテーブル２８上に吸引保持されたウエーハ１１は裏面１１ｂが上側となる。

ウエーハ１１を吸引保持したチャックテーブル２８は、加工送り手段１２によって移動されて撮像手段３８の直下に位置づけられる。そして、撮像手段３８によってウエーハ１１のレーザ加工すべき加工領域を検出するアライメントを実施する。

即ち、撮像手段３８及びコントローラ４０は、ウエーハ１１の第１の方向に伸長する分割予定ライン１３と、該分割予定ライン１３に沿ってレーザビームを照射するレーザビーム照射ユニット３４の集光器３６との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、レーザビーム照射位置のアライメントを遂行する。

次いで、ウエーハ１１に形成されている第１の方向に対して直交する第２の方向に伸長する分割予定ライン１３に対しても、同様にレーザビーム照射位置のアライメントを遂行する。

この時、ウエーハ１１の分割予定ライン１３が形成されている表面１１ａは下側に位置しているが、撮像手段３８が赤外線ＣＣＤを備えているので、裏面１１ｂ側から透かして分割予定ライン１３を撮像することができる。

以上のようにしてアライメント工程を実施したならば、チャックテーブル２８をレーザビームを照射するレーザビーム照射ユニット３４の集光器３６が位置するレーザビーム照射領域に移動し、第１の方向に伸長する分割予定ライン１３の一端をレーザビーム照射ユニット３４の集光器３６の直下に位置づける。

そして、図８（Ａ）に示すように、集光器３６から光デバイスウエーハ１１に対して透過性を有する波長のパルスレーザビームを照射しつつ、チャックテーブル２８を図１においてＸ軸方向に所定の送り速度で移動する。集光器３６のレーザビーム照射位置が分割予定ライン１３の他端に達したならば、パルスレーザビームの照射を停止するとともにチャックテーブル２８の移動を停止する。

集光器３６から照射されるパルスレーザビームの集光点をウエーハ１１の内部に合わせることにより、図８（Ｂ）に示すように、円形凹部８８に対応するウエーハ１１の内部に改質層９２が形成される。この改質層９２は、溶融再硬化層として形成される。改質層９２は、密度、屈折率、機械的強度や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をいう。

この改質層形成工程を、円形凹部８８に対応するウエーハ１１の表面１１ａに形成されている第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３に沿って実施した後、チャックテーブル２８を９０度回転してから、第１の方向と直角の第２の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３に沿って同様な改質層形成工程を実施する。

円形凹部８８に対応する全ての分割予定ライン１３に沿って改質層９２の形成が完了したならば、集光器３６でリング状補強部９０の内部に集光点を位置付け、分割予定ライン１３の延長線に沿ってリング状補強部９０にレーザビームを照射して改質層９４を形成する。リング状補強部９０に形成する改質層９４は、図９（Ｂ）に示すように、複数層（複数段）形成する。

全ての分割予定ライン１３の延長線上のリング状補強部９０の内部に複数層の改質層９４を形成する。全ての分割予定ライン１３に沿っての改質層９２の形成及びリング状補強部９０に複数層の改質層９４の形成が終了した状態のウエーハ１１が図９（Ａ）に示されている。

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
パルス出力：０．２Ｗ
繰り返し周波数：８０ｋＨｚ
集光スポット径：φ１μｍ
加工送り速度：１００ｍｍ／秒

本発明のウエーハの加工方法では、改質層形成工程実施後に、改質層９２，９４が形成されたウエーハ１１に分割装置を使用して外力を付与し、ウエーハ１１を分割予定ライン１３に沿って分割する分割工程を実施する。

分割装置１００は、例えば図１０に示すように、環状フレームＦを保持するフレーム保持手段１０２と、フレーム保持手段１０２に保持された環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴを拡張するテープ拡張手段１０４を具備している。

フレーム保持手段１０２は、環状のフレーム保持部材１０６と、フレーム保持部材１０６の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ１０８から構成される。フレーム保持部材１０６の上面は環状フレームＦを載置する載置面１０６ａを形成しており、この載置面１０６ａ上に環状フレームＦが載置される。

そして、載置面１０６ａ上に載置された環状フレームＦは、クランプ１０８によってフレーム保持部材１０６に固定される。このように構成されたフレーム保持手段１０２はテープ拡張手段１０４によって上下方向に移動可能に支持されている。

テープ拡張手段１０４は、環状のフレーム保持部材１０６の内側に配設された拡張ドラム１１０を具備している。この拡張ドラム１１０は、環状フレームＦの内径より小さく、該環状フレームＦに装着された粘着テープＴに貼着されるウエーハ１１の外径より大きい内径を有している。

拡張ドラム１１０はその下端に一体的に形成された支持フランジ１１２を有している。テープ拡張手段１０４は更に、環状のフレーム保持部材１０６を上下方向に移動する駆動手段１１４を具備している。この駆動手段１１４は支持フランジ１１２上に配設された複数のエアシリンダ１１６から構成されており、そのピストンロッド１１８がフレーム保持部材１１６の下面に連結されている。

複数のエアシリンダ１１６から構成される駆動手段１１４は、環状のフレーム保持部材１０６をその載置面１０６ａが拡張ドラム１１０の上端と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム１１０の上端より所定量下方の拡張位置の間を上下方向に移動する。

以上のように構成された分割装置１００を用いて実施するウエーハ分割工程について図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）を参照して説明する。図１１（Ａ）に示すように、ウエーハ１１を粘着テープＴを介して支持した環状フレームＦを、フレーム保持部材１０６の載置面１０６ａ上に載置し、クランプ１０８によってフレーム保持部材１０６を固定する。このとき、フレーム保持部材１０６はその載置面１０６ａが拡張ドラム１１０の上端と略同一高さとなる基準位置に位置付けられる。

次いで、エアシリンダ１１６を駆動してフレーム保持部材１０６を図１１（Ｂ）に示す拡張位置に下降する。これにより、フレーム保持部材１０６の載置面１０６ａ上に固定されている環状フレームＦも下降するため、環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴは拡張ドラム１１０の上端縁に当接して主に半径方向に拡張される。

その結果、ダイシングテープＴに貼着されているウエーハ１１には放射状に引張力が作用する。このようにウエーハ１１に放射状に引張力が作用すると、ウエーハ１１は改質層９２，９４に沿って破断され、個々のデバイス（チップ）１５に分割される。

上述した実施形態のウエーハの加工方法によると、ウエーハ１１に対して透過性を有する波長のレーザビームをウエーハ１１の裏面１１ｂ側から円形凹部８８に対応するウエーハの表面１１ａに形成された分割予定ライン１３の内部に集光点を位置づけて照射して、改質層９２を形成するとともに、リング状補強部９０には表面から裏面に至る複数層の改質層９４を形成したので、リング状補強部９０を円形凹部８８に対応するデバイス領域１７に形成された分割予定ライン１３に沿って容易に分割することができる。

また、本発明のウエーハの加工方法では、リング状補強部を残すようにウエーハ裏面の中央部を研削して円形凹部を形成した後、円形凹部に対応するウエーハ１１の表面１１ａにデバイス１５を形成するので、ウエーハの取り扱い性が良好となり、ウエーハに損傷を与えることなくウエーハを容易に搬送することができる。更に、従来の加工方法で必要とされていたハードプレートの着脱が不要となり、生産性が向上する。

更に、デバイス形成工程でデバイス１５に多数の貫通孔を形成する形態においては、ウエーハ１１の分割をレーザビームの照射によりウエーハ１１の内部に改質層９２，９４を形成してからウエーハ１１に外力を付与して実施するので、貫通孔内に切削屑又はデブリ等が入り込むことがなく、デバイスの品質低下を防止することができる。

２レーザ加工装置
１１ウエーハ
１３分割予定ライン
１５デバイス
２３保護テープ
２８チャックテーブル
３４レーザビーム照射ユニット
３６集光器
３８撮像手段
７４研削ユニット
８２研削ホイール
８４研削砥石
８８円形凹部
９０リング状補強部
９２，９４改質層
１００分割装置

Claims

ウエーハの加工方法であって、
ウエーハ裏面の中央部を研削して円形凹部を形成するとともに該円形凹部を囲繞するリング状補強部を形成する研削工程と、
該円形凹部に対応するウエーハの表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された領域に複数のデバイスを形成するデバイス形成工程と、
ウエーハの表面にダイシングテープを貼着するとともにウエーハを囲繞する開口部を有する環状フレームに該ダイシングテープの外周部を貼着するダイシングテープ貼着工程と、
該ダイシングテープ側をレーザ加工装置のチャックテーブルで保持し、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ウエーハの裏面側から該分割予定ラインの内部に集光点を位置づけて照射して、ウエーハ内部に改質層を形成する改質層形成工程と、
該ダイシングテープを介してウエーハに外力を付与し、該改質層が形成された分割予定ラインに沿ってウエーハを個々のデバイスに分割するウエーハ分割工程とを具備し、
該改質層形成工程において、該リング状補強部にはウエーハの表面から裏面に渡り複数層の改質層を形成することを特徴とするウエーハの加工方法。