JP2012104644A - ウェーハ破断方法およびウェーハ破断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハを短時間でかつ正確に破断する。
【解決手段】表面保護フィルム（３）が表面（２１）に貼付けられたウェーハ（２０）を破断する破断装置（５００）は、ウェーハの内部に集光点を合わせてレーザを照射することにより、ウェーハの内部に帯状の改質領域（８６）を形成するレーザ処理部（１５０）と、改質領域または改質領域近傍に到達するまでウェーハの裏面（２２）を研削する研削部（３５０）と、ウェーハの裏面にダイシングフィルム（３３）を貼付けてウェーハをマウントフレーム（１５）に結合させる、ダイシングフィルム貼付部（４００）と、ウェーハおよびマウントフレームを保持する保持台（１０）と、ダイシングフィルムを介してウェーハの裏面を押圧しつつ、ウェーハの直径方向に移動するローラ（６０）とを具備し、それにより、ウェーハを改質領域に沿って破断するようにした。
【選択図】図５

Description

本発明は、ウェーハを破断するウェーハ破断方法およびそのような方法を実施するウェーハ破断装置に関する。

半導体製造分野においてはウェーハが年々大型化する傾向にあり、また、実装密度を高めるためにウェーハの薄葉化が進んでいる。ウェーハを薄葉化するためにウェーハの裏面を研削するバックグラインド（裏面研削）が行われる。バックグラインドを行う前には、ウェーハの表面に形成された回路パターンを保護するために、表面保護フィルムがウェーハの表面に貼付られる。

ところで、近年では、ウェーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線の集光点をウェーハの厚さ部分に合わせてウェーハの内部に帯状の改質領域を形成する、レーザ・ダイシングが行われている（特許文献１を参照されたい）。改質領域はウェーハの表面付近に形成されるので、ウェーハは改質領域から表面に向かって厚さ方向に自然に割れるようになる。従って、レーザ・ダイシングにより回路パターンに応じた改質領域を予め形成しておけば、裏面研削によりウェーハは複数のチップに自然に分割するようになる。

ところで、レーザ・ダイシングにおいて形成される改質領域の寸法には数マイクロメートル単位の誤差が発生する。このため、改質領域までウェーハを研削した場合であっても、図７に示されるように、ウェーハの裏面に、改質領域８６が部分的に露出しない事態が生じうる。改質領域８６が露出しない箇所では、隣接するチップは互いに分離していない。このため、分離していないチップが存在する状態で、エキスパンド処理を実施すると、そのようなチップには多大な応力がかかり、半導体素子が破損する原因となる。

このような問題に対処するために、特許文献２では、ウェーハの裏面側から、断面が三角形状の外力付与部材の稜線を改質領域に沿って位置決めして押圧し、ウェーハを改質領域から適切に破断させている。そして、このような破断処理を全ての改質領域について行うことにより、ウェーハを複数のチップに確実に分離している。

特開２００８−６４９２号公報 特開２０１０−０４５１１７号公報

しかしながら、特許文献２のように、外力付与部材による破断処理を全ての改質領域について行うと、破断処理全体に要する時間は膨大になる。さらに、外力付与部材を改質領域に正確に位置決めするのは困難であり、誤った箇所に外力付与部材を位置決めすると、チップに多大なダメージを与えかねない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ウェーハを短時間でかつ正確に破断することのできるウェーハ破断方法およびそのような方法を実施するウェーハ破断装置を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、表面保護フィルムが表面に貼付けられたウェーハを破断する破断方法において、前記ウェーハの内部に集光点を合わせてレーザを照射することにより、前記ウェーハの内部に帯状の改質領域を形成し、前記改質領域または該改質領域近傍に到達するまで前記ウェーハの裏面を研削し、前記ウェーハの裏面にダイシングフィルムを貼付けて前記ウェーハをマウントフレームに結合させ、前記ウェーハおよび前記マウントフレームを保持台に保持し、前記ダイシングフィルムを介して前記ウェーハの裏面をローラにより押圧させつつ前記ローラをウェーハの直径方向に移動させ、それにより、前記ウェーハを前記改質領域に沿って破断する、破断方法が提供される。

２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記ウェーハおよび前記マウントフレームを前記保持台に保持するときに、前記表面保護フィルムよりも柔軟な材料からなるプレートを前記ウェーハと前記保持台との間に配置する。

３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、さらに、前記保持台を鉛直軸線回りに所定の角度だけ回転させ、前記ダイシングフィルムを介して前記ウェーハの裏面を前記ローラにより押圧させつつ前記ローラをウェーハの直径方向に移動させ、それにより、前記改質領域に対して所定の角度をなす他の改質領域に沿って前記ウェーハを破断する、ことを含む。

４番目の発明によれば、表面保護フィルムが表面に貼付けられたウェーハを破断する破断装置において、前記ウェーハの内部に集光点を合わせてレーザを照射することにより、前記ウェーハの内部に帯状の改質領域を形成するレーザ処理部と、前記改質領域または該改質領域近傍に到達するまで前記ウェーハの裏面を研削する研削部と、前記ウェーハの裏面にダイシングフィルムを貼付けて前記ウェーハをマウントフレームに結合させる、ダイシングフィルム貼付部と、前記ウェーハおよび前記マウントフレームを保持する保持台と、前記ダイシングフィルムを介して前記ウェーハの裏面を押圧しつつ、前記ウェーハの直径方向に移動するローラとを具備し、それにより、前記ウェーハを前記改質領域に沿って破断する、破断装置が提供される。

５番目の発明によれば、４番目の発明において、前記ウェーハおよび前記マウントフレームを前記保持台に保持するときに、前記ウェーハと前記保持台との間に配置される、前記表面保護フィルムよりも柔軟な材料からなるプレートをさらに具備する。

６番目の発明によれば、４番目または５番目の発明において、さらに、前記保持台が鉛直軸線回りに所定の角度だけ回転するようになっており、前記ダイシングフィルムを介して前記ウェーハの裏面を前記ローラにより押圧すると共に前記ローラをウェーハの直径方向に移動させ、それにより、前記改質領域に対して前記所定の角度をなす他の改質領域に沿って前記ウェーハを破断するようにした。

１番目および４番目の発明においては、三角形状の外力付与部材を使用する場合と比較すると、ローラをウェーハの特定の位置に正確に位置決めする必要はなく、また位置決めに要する時間が不要となる。従って、ウェーハを短時間でかつ正確に破断することが可能となる。

２番目および５番目の発明においては、プレートが柔軟であるのでローラをかけるときにローラが沈むようになり、その結果、ウェーハを適切に割ることが可能となる。

３番目および６番目の発明においては、回路パターンの角部を構成する二つの辺の両方に沿ってローラをかけることができる。その結果、全ての改質領域に基づいてウェーハを割ることができる。

本発明に基づく破断装置を含むウェーハ処理装置を示す略図である。 ウェーハを示す図である。 レーザ・ダイシングを説明するための側断面図である。 （ａ）裏面研削ユニットにおける裏面研削の第一の状態を示す略側面図である。（ｂ）裏面研削ユニットにおける裏面研削の第二の状態を示す略側面図である。 （ａ）破断装置の第一の側断面図である。（ｂ）破断装置の第二の側面図である。 （ａ）破断装置の一部を拡大して示す第一の部分拡大図である。（ｂ）破断装置の一部を拡大して示す第二の部分拡大図である。 裏面研削後におけるウェーハの頂面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。

図１は本発明に基づく破断装置を含んだウェーハ処理装置を示す略図である。さらに、図２は、ウェーハを示す図である。図２に示されるように、ウェーハ２０の表面２１には、前工程において複数の回路パターンＣが格子状に形成されている。なお、ウェーハ２０の裏面２２には、このような回路パターンＣは形成されていない。図１に示されるウェーハ処理装置１００には、このようなウェーハ２０が、供給されるものとする。

図１に示されるように、ウェーハ処理装置１００は、レーザ・ダイシングにより改質領域８６をウェーハ２０の厚さ部分に形成するレーザ処理ユニット１５０と、ウェーハ２０の表面２１に表面保護フィルム３を貼付るための表面保護フィルム貼付ユニット２００と、ウェーハ２０を上下反転させる反転ユニット３００と、ウェーハ２０の裏面２２を研削する裏面研削ユニット３５０と、ウェーハ２０の裏面２２にダイシングフィルム３３を貼付けてウェーハ２０をマウントフレーム１５に結合させるダイシングフィルム貼付ユニット４００と、表面保護フィルム３が貼付けられたウェーハ２０をローラにより押圧してウェーハ２０を改質領域８６に沿って破断する破断ユニット５００とを主に含んでいる。ウェーハ処理装置１００の各ユニット間においては、ウェーハ２０を移動させるために移動装置、例えばロボットアーム等が使用されるが、これらは一般的な装置であるので図示および説明を省略する。

ウェーハ２０はウェーハ処理装置１００のレーザ処理ユニット１５０に最初に供給される。図３は、レーザ処理ユニット１５０にて実施されるレーザ・ダイシングを説明するための側断面図である。図３においては、多光子吸収が生じる条件で、図示しないレーザ源からレーザＶが集光レンズ８５を介してウェーハ２０の表面２１側に照射される。このとき、集光点８４はウェーハ２０内部の表面２１にいくぶん近い側に合わせられている。これにより、集光点８４周りには改質領域８６が形成される。次いで、レーザＶおよび集光レンズ８５を矢印Ｘ３に沿って移動させると、帯状の改質領域８６がウェーハ２０内部に形成されるようになる。

レーザ・ダイシングにおいては、ウェーハ２０にレーザＶを透過させウェーハ２０の内部に多光子吸収を発生させて改質領域８６を形成している。従って、ウェーハ２０の表面２１においてはウェーハ２０にレーザＶはほとんど吸収されず、その結果、ウェーハ２０の表面２１が溶融することはなく、また、ウェーハの表面に切断予定線から外れた割れ等が生じることもない。

改質領域８６は表面２１にいくぶん近い側に形成されているので、改質領域８６が表面２１に向かって厚さ方向に自然に割れると、レーザＶの幅に応じた溝が形成されるようになる。このような改質領域８６は回路パターンＣに沿って格子状に形成されるものとする。

次いで、ウェーハ２０はレーザ処理ユニット１５０から表面保護フィルム貼付ユニット２００まで移送される。表面保護フィルム３は後工程であるバックグラインド工程において、ウェーハ２０の表面２１に形成された回路パターンＣを保護する役目を果たす。なお、表面保護フィルム３が予め貼付けられたウェーハ２０をウェーハ処理装置１００に供給するようにして、レーザ処理ユニット１５０による処理を行ってもよい。

表面保護フィルム３の貼付後、ウェーハ２０は貼付ユニット２００から反転ユニット３００に移送される。反転ユニット３００は、ウェーハ２０を反転させる役目を果たす。貼付ユニット２００において表面２１に表面保護フィルム３が貼付けられたウェーハ２０は、その表面２１が上方を向いている。従って、反転ユニット３００においてはこのようなウェーハ２０が上下反転され、表面保護フィルム３が貼付られたウェーハ２０の表面２１が下方を向くようになる。

反転ユニット３００において反転されたウェーハ２０は、図１に示される裏面研削ユニット３５０に供給される。ウェーハ２０は裏面２２が上方を向いた状態で裏面研削ユニット３５０に供給される。図４（ａ）は、裏面研削ユニットにおける裏面研削の状態を示す略側面図である。図４（ａ）に示されるように、裏面研削ユニット３５０においてはウェーハ２０の表面２１が図示しない吸着部により吸着される。前述したように、貼付ユニット２００においてウェーハ２０の表面２１には表面保護フィルム３が貼付られているので、ウェーハ２０の表面２１が吸着されている場合であっても、表面２１に形成された回路パターンＣは損傷を受けない。

次いで、ウェーハ２０の裏面２２には研削部８１が配置され、図４（ａ）に示されるように研削部８１がウェーハ２０の裏面２２上を矢印方向に往復運動する。そして、ウェーハ２０の裏面２２は改質領域８６に到達するまで、或いは改質領域８６を越えて研削される（図４（ｂ）を参照されたい）。これにより、ウェーハ２０は、表面保護フィルム３に保持された状態で、複数のチップに分割されるようになる。

ただし、改質領域８６が形成される場所はウェーハ２０の厚さ方向にバラつく可能性がある。このような場合には、改質領域８６を越えて研削したとしても、或るチップは、隣接する他のチップまたはウェーハ２０の外周部分に連結したままである。このような不具合は後述する破断ユニット５００において解消される。

次いで、ウェーハ２０はダイシングフィルム貼付ユニット４００に供給される。ダイシングフィルム貼付ユニット４００においては、公知の手法でウェーハ２０にダイシングフィルム３３を貼付ける。これにより、ウェーハ２０はマウントフレーム１５と一体化され、従って、裏面研削されたウェーハ２０のハンドリングが容易となる。

その後、ウェーハ２０は破断ユニット５００に供給される。図５（ａ）および図５（ｂ）は破断装置の側断面図である。図５（ａ）に示されるように破断ユニット５００の破断装置は、ウェーハ吸着部１２を備えたテーブル１１と環状のマウントフレーム吸着部１４とを含むベース１０を有している。ウェーハ吸着部１２の頂面とマウントフレーム吸着部１４の頂面とは概ね同一平面であるのが好ましい。

ウェーハ吸着部１２は多孔質材料より形成されている。また、マウントフレーム吸着部１４の頂面には、環状凹部１４ａが形成されている。これらウェーハ吸着部１２および環状凹部１４ａは真空源１３に接続されており、ウェーハ２０およびマウントフレーム１５をそれぞれ吸着保持するようになっている。

また、ベース１０は回転機構部１６に連結されている。回転機構部１６はベース１０をウェーハ吸着部１２およびマウントフレーム吸着部１４と一緒に鉛直軸線回りにインデックス回転させられる。従って、回転機構部１６はベース１０を、回路パターンＣに応じて定まる所定の角度で回転させられる。通常は、回路パターンＣは正方形または長方形であるので、所定の角度は９０度である。

図５（ａ）および図５（ｂ）に示されるように、マウントフレーム１５と一体化されたウェーハ２０はその表面２１が下方を向くようにしてウェーハ吸着部１２に吸着保持される。同様に、マウントフレーム１５はマウントフレーム吸着部１４に吸着保持される。

図５（ａ）に示されるように、本発明では、ウェーハ２０をウェーハ吸着部１２に吸着させる際に、プレート状の緩衝部材３０をウェーハ２０とウェーハ吸着部１２との間に配置する。従って、緩衝部材３０の上面はウェーハ２０の表面保護フィルム３に直接的に接触する。緩衝部材３０はウェーハ２０の外形に概ね対応した形状の部材であり、表面保護フィルム３よりも硬くてウェーハ吸着部１２よりも柔らかい材料、例えばシリコンゴムから構成されるのが好ましい。

次いで、図５（ｂ）に示されるように、ダイシングフィルム３３を介してウェーハ２０に対してローラ６０で圧力を掛けつつ、ローラ６０をウェーハ２０の直径方向に移動させる。なお、ローラ６０の長さはウェーハ２０の直径に概ね等しい。

図６（ａ）および図６（ｂ）は破断装置の一部を拡大して示す部分拡大図である。図６（ａ）に示されるように、一部の改質領域８６がウェーハ２０に残っている場合には、ローラ６０が改質領域８６の上方を通過するときに、ローラ６０からの力が改質領域８６に掛かる。このとき、図６（ｂ）に示されるように、緩衝部材３０が下方に撓むよう変形する。ウェーハ吸着部１２およびウェーハ２０自体は変形しないので、ウェーハ２０はローラ６０からの力を直接的に受け、従って、ウェーハ２０は改質領域８６から表面２１に向かって下方に割れるようになる。そして、ローラ６０はウェーハ２０の一端から他端まで移動する。従って、図５（ａ）に示される改質領域８６と平行な他の改質領域８６から、ウェーハ２０が同様に割れるようになる。

このようにウェーハ２０が割れるのは、緩衝部材３０が撓み代を有していて、緩衝部材３０がローラ６０からの力を吸収するためである。つまり、緩衝部材３０が弾性的であるので、ローラ６０をかけるときにローラ６０が沈む。そして、ウェーハ２０はローラ６０に対して緩衝部材３０よりも近い位置にあるので、ローラ６０からの力を直接的に受け、ウェーハ２０は改質領域８６から適切に割れるようになる。このような理由から、ウェーハ吸着部１２が比較的柔らかい材料から形成されている場合または表面保護フィルム３が十分に厚い場合には、緩衝部材３０を省略することも可能である。

その後、ローラ６０をウェーハ２０から離間させて初期位置まで戻す。次いで、回転機構部１６がベース１０を所定の角度だけ鉛直軸線回りに回転させる。ベース１０の回転角度は、ウェーハ２０の表面２１に形成された回路パターンＣに応じて定まる。通常は、回路パターンＣは格子状に形成されているので、回転角度は９０度である。

次いで、ダイシングフィルム３３を介してウェーハ２０に対して、再度ローラ６０で圧力を掛けつつ、ローラ６０ウェーハ２０の直径方向に移動させる。この場合のローラ６０の移動方向は、前回の移動方向に対して所定の角度をなしている。

つまり、本発明では、回路パターンＣの角部を構成する二つの辺のそれぞれに沿ってローラ６０をかけることができる。これにより、前回の改質領域８６に対して所定の角度をなす他の改質領域８６からウェーハ２０が割れ、従って、全ての改質領域８６に基づいてウェーハ２０を格子状に割ることができる。ただし、表面保護フィルム３が存在するので各回路パターンＣは互いにバラバラになることはない。

最終的に、ウェーハ２０は図１に示されるエキスパンド部６００に供給され、所定のエキスパンド処理を受ける。本発明においては、ウェーハ２０は破断ユニット５００において全ての回路パターンＣが個片化しているので、ウェーハ２０をエキスパンド処理すると、全ての回路パターンＣが互いに分離するようになる。

このように、本発明においては、単にローラ６０によってウェーハ２０に力を掛けつつローラ６０をウェーハ２０の直径方向に移動させることのみによって、残存した改質領域８６からウェーハ２０を割るようにしている。このため、三角形状の外力付与部材を使用する場合と比較すると、ローラ６０を回路パターンＣに対応した位置に正確に位置決めする必要はなく、また位置決めに要する時間が不要となる。それゆえ、本発明では、ウェーハ２０を短時間でかつ正確に破断することが可能となる。

３ 表面保護フィルム
１０ ベース
１２ ウェーハ吸着部
１３ 真空源
１４ マウントフレーム吸着部
１５ マウントフレーム
１６ 回転機構部
２０ ウェーハ
２１ 表面
２２ 裏面
３０ 緩衝部材
３３ ダイシングフィルム
６０ ローラ
８１ 研削部
８４ 集光点
８５ 集光レンズ
８６ 改質領域
１００ ウェーハ処理装置
１５０ レーザ処理ユニット
２００ 表面保護フィルム貼付ユニット
３００ 反転ユニット
３５０ 裏面研削ユニット
４００ ダイシングフィルム貼付ユニット
５００ 破断ユニット

Claims (6)

1. 表面保護フィルムが表面に貼付けられたウェーハを破断する破断方法において、
   前記ウェーハの内部に集光点を合わせてレーザを照射することにより、前記ウェーハの内部に帯状の改質領域を形成し、
   前記改質領域または該改質領域近傍に到達するまで前記ウェーハの裏面を研削し、
   前記ウェーハの裏面にダイシングフィルムを貼付けて前記ウェーハをマウントフレームに結合させ、
   前記ウェーハおよび前記マウントフレームを保持台に保持し、
   前記ダイシングフィルムを介して前記ウェーハの裏面をローラにより押圧させつつ前記ローラをウェーハの直径方向に移動させ、それにより、前記ウェーハを前記改質領域に沿って破断する、破断方法。
2. 前記ウェーハおよび前記マウントフレームを前記保持台に保持するときに、前記表面保護フィルムよりも柔軟な材料からなるプレートを前記ウェーハと前記保持台との間に配置する、請求項１に記載の破断方法。
3. さらに、前記保持台を鉛直軸線回りに所定の角度だけ回転させ、
   前記ダイシングフィルムを介して前記ウェーハの裏面を前記ローラにより押圧させつつ前記ローラをウェーハの直径方向に移動させ、それにより、前記改質領域に対して所定の角度をなす他の改質領域に沿って前記ウェーハを破断する、ことを含む、請求項１または２に記載の破断方法。
4. 表面保護フィルムが表面に貼付けられたウェーハを破断する破断装置において、
   前記ウェーハの内部に集光点を合わせてレーザを照射することにより、前記ウェーハの内部に帯状の改質領域を形成するレーザ処理部と、
   前記改質領域または該改質領域近傍に到達するまで前記ウェーハの裏面を研削する研削部と、
   前記ウェーハの裏面にダイシングフィルムを貼付けて前記ウェーハをマウントフレームに結合させる、ダイシングフィルム貼付部と、
   前記ウェーハおよび前記マウントフレームを保持する保持台と、
   前記ダイシングフィルムを介して前記ウェーハの裏面を押圧しつつ、前記ウェーハの直径方向に移動するローラとを具備し、それにより、前記ウェーハを前記改質領域に沿って破断する、破断装置。
5. 前記ウェーハおよび前記マウントフレームを前記保持台に保持するときに、前記ウェーハと前記保持台との間に配置される、前記表面保護フィルムよりも柔軟な材料からなるプレートをさらに具備する、請求項４に記載の破断装置。
6. さらに、前記保持台が鉛直軸線回りに所定の角度だけ回転するようになっており、
   前記ダイシングフィルムを介して前記ウェーハの裏面を前記ローラにより押圧すると共に前記ローラをウェーハの直径方向に移動させ、それにより、前記改質領域に対して前記所定の角度をなす他の改質領域に沿って前記ウェーハを破断するようにした、請求項４または５に記載の破断装置。

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