JP2014086550A - ウエーハの加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】レーザー光線を分割予定ラインに沿って照射し、改質層を形成した後、裏面を研削して仕上がり厚みに形成するとともに個々のデバイスに分割する際に、デバイスの角が擦れ合って損傷させることがない加工方法を提供する。
【解決手段】デバイス２２が形成されたウエーハを分割予定ラインに沿って分割するウエーハの加工方法であって、レーザー光線を内部に集光点を合わせて照射し、破断起点となる改質層を形成する工程と、ウエーハの裏面を研削して所定の厚みに形成するとともに分割予定ラインに沿って個々のデバイス２２に分割する裏面研削工程とを含み、研削を実施する前に、研削を実施する際の温度より低い温度に冷却された保護部材４をウエーハの表面に貼着し、裏面研削工程を実施する際に温度の上昇によって保護部材４が熱膨張することにより分割されたデバイス２２とデバイス２２との間に隙間Ｓが形成され、隣接するデバイス２２の接触が抑制される。
【選択図】図６

Description

本発明は、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領域にデバイスが形成されたウエーハを分割予定ラインに沿って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。
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配列された分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハを分割予定ラインに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々のデバイスを製造している。また、サファイア基板や炭化珪素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、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。
上述したウエーハを分割予定ラインに沿って分割する方法として、ウエ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を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法が試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの一方の面側から内部に集光点を合わせてウエ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を内部に集光点を位置付けて分割予定ラインに沿って照射し、ウエーハの内部に分割予定ラインに沿って改質層を連続的に形成し、この改質層が形成されることによって強度が低下した分割予定ラインに沿って外力を加えることにより、ウエーハを個々のデバイスに分割する技術である。（例えば、特許文献１参照。）
また、ウエーハの表面に保護部材を貼着し、ウエーハの裏面側からウエ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を内部に集光点を位置付けて分割予定ラインに沿って照射し、ウエーハの内部に分割予定ラインに沿って改質層を形成した後、ウエーハの保護部材側を研削装置の保持手段によって保持し、研削砥石を回転しつつウエーハの裏面に押圧して研削し、ウエーハを所定の厚みに形成するとともに改質層が形成され強度が低下せしめられた分割予定ラインに沿って分割する方法が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）
特許第３４０８８０５号公報 特許第３７６２４０９号公報
上述した特許文献２に記載されたウエーハの分割方法は、内部に分割予定ラインに沿って改質層が形成されたウエーハに外力を付与してウエーハを個々のデバイスに分割する個別の分割工程が不要になるというメリットはあるが、研削中にウエーハが個々のデバイスに分割されるため、隣接するデバイスの角が擦れ合いデバイスが損傷するという問題がある。
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、ウエ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を内部に集光点を位置付けて分割予定ラインに沿って照射し、ウエーハの内部に分割予定ラインに沿って改質層を形成した後、ウエーハの裏面を研削してウエーハを仕上がり厚みに形成するとともに個々のデバイスに分割する際に、隣接するデバイスの角が擦れ合ってデバイスを損傷させることがないウエーハの加工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、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領域にデバイスが形成されたウエーハを分割予定ラインに沿って分割するウエーハの加工方法であって、
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内部に集光点を合わせて分割予定ラインに沿って照射し、ウエーハの内部に分割予定ラインに沿って破断起点となる改質層を形成する改質層形成工程と、
ウエーハの裏面を研削してウエーハを所定の厚みに形成するとともに改質層が形成され強度が低下せしめられた分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割する裏面研削工程と、を含み、
少なくとも該裏面研削工程を実施する前に、該裏面研削工程を実施する際の温度より低い温度に冷却された保護部材をウエーハの表面に貼着する保護部材貼着工程を実施し、
該裏面研削工程を実施する際に温度の上昇によって該保護部材が熱膨張することにより分割されたデバイスとデバイスとの間に隙間が形成され、隣接するデバイスの接触が抑制される、
ことを特徴とするウエーハの分割方法が提供される。
本発明によるウエーハの分割方法においては、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内部に集光点を合わせて分割予定ラインに沿って照射し、ウエーハの内部に分割予定ラインに沿って破断起点となる改質層を形成する改質層形成工程と、ウエーハの裏面を研削してウエーハを所定の厚みに形成するとともに改質層が形成され強度が低下せしめられた分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割する裏面研削工程とを含み、少なくとも裏面研削工程を実施する前に、裏面研削工程を実施する際の温度より低い温度に冷却された保護部材をウエーハの表面に貼着する保護部材貼着工程を実施し、裏面研削工程を実施する際に温度の上昇によって保護部材が熱膨張することにより分割されたデバイスとデバイスとの間に隙間が形成され、隣接するデバイスの接触が抑制されるので、デバイスの角同士が擦れ合うことがなく、従ってデバイスの角同士が擦れ合うことによるデバイスが損傷するという問題が解消する。
本発明によるウエーハの加工方法によって分割されるウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法における改質層形成工程を実施するためのレーザー加工装置の要部斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法における改質層形成行程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法における保護部材貼着工程を示す説明図。 本発明によるウエーハの加工方法における裏面研削工程を実施するための研削装置の要部斜視図および要部側面図。 本発明によるウエーハの加工方法における裏面研削工程においてデバイス間に形成される隙間の説明図。
以下、本発明によるウエーハの加工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、直径が１００mmで厚みが例えば６００μmのシリコンウエーハからなっており、表面２ａに複数の分割予定ライン２１が格子状に形成されているとともに、該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ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス２２が形成されている。なお、分割予定ライン２１と隣接する分割予定ライン２１との間隔は、５mmに設定されている。以下、この半導体ウエーハ２を分割予定ライン２１に沿って個々のデバイス２２に分割するウエーハの加工方法について説明する。
先ず、半導体ウエーハ２に対して透過性を有する波長のレーザー光線を内部に集光点を合わせて分割予定ライン２１に沿って照射し、半導体ウエーハ２の内部に分割予定ライン２１に沿って破断起点となる改質層を形成する改質層形成工程を実施する。この改質層形成工程は、図２に示すレーザー加工装置３を用いて実施する。図２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と、チャックテーブル３１上に保持された被加工物を撮像する撮像手段３３を具備している。チャックテーブル３１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない移動機構によって図２において矢印Ｘで示す加工送り方向および矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動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内には図示しない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や繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー光線発振手段が配設されている。上記ケーシング３２１の先端部には、パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光するための集光器３２２が装着されている。
上記レーザー光線照射手段３２を構成するケーシング３２１の先端部に装着された撮像手段３３は、図示の実施形態においては可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該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撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
上述したレーザー加工装置３を用いて実施する改質層形成工程について、図３を参照して説明する。
この改質層形成工程は、先ず上述した図２に示すレーザー加工装置３のチャックテーブル３１上に半導体ウエーハ２の表面２a側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、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（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル３１上に保持された半導体ウエーハ２は、裏面２bが上側となる。このようにして、半導体ウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル３１は、図示しない加工送り手段によって撮像手段３３の直下に位置付けられる。
チャックテーブル３１が撮像手段３３の直下に位置付けられると、撮像手段３３および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ２のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段３３および図示しない制御手段は、半導体ウエーハ２の所定方向に形成されている分割予定ライン２１と、分割予定ライン２１に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段３２の集光器３２２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、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。また、半導体ウエーハ２に形成されている上記所定方向に対して直交する方向に延びる分割予定ライン２１に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。このとき、半導体ウエーハ２の分割予定ライン２１が形成されている表面２ａは下側に位置しているが、撮像手段３３が上述したように赤外線照明手段と赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成された撮像手段を備えているので、裏面２ｂから透かして分割予定ライン２１を撮像することができる。
以上のようにしてチャックテーブル３１上に保持されている半導体ウエーハ２に形成されている分割予定ライン２１を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、図３の（ａ）で示すようにチャックテーブル３１をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段３２の集光器３２２が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分割予定ライン２１の一端（図３の（ａ）において左端）をレーザー光線照射手段３２の集光器３２２の直下に位置付ける。次に、集光器３２２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の厚み方向中央部に合わせる。そして、集光器３２２からシリコンウエ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を照射しつつチャックテーブル３１を図３の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の送り速度で移動せしめる。そして、図３の（ｂ）で示すようにレーザー光線照射手段３２の集光器３２２の照射位置が分割予定ライン２１の他端の位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル３１の移動を停止する。この結果、半導体ウエーハ２の内部には、分割予定ライン２１に沿って改質層２１０が形成される。
上記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レーザー
波長 ；１０６４ｎｍのパルスレーザー
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
上述したように所定の分割予定ライン２１に沿って上記改質層形成工程を実施したら、チャックテーブル３１を矢印Ｙで示す方向に半導体ウエーハ２に形成された分割予定ライン２１の間隔だけ割り出し移動し（割り出し工程）、上記改質層形成工程を遂行する。このようにして所定方向に形成された全ての分割予定ライン２１に沿って上記改質層形成工程を実施したならば、チャックテーブル３１を９０度回動せしめて、上記所定方向に形成された分割予定ライン２１に対して直交する方向に延びる分割予定ライン２１に沿って上記改質層形成工程を実行する。
上述した改質層形成工程を実施したならば、図示の実施形態においては、後述する裏面研削工程を実施する際の温度より低い温度に冷却された保護部材を半導体ウエーハ２の表面に貼着する保護部材貼着工程を実施する。図４に示すように半導体ウエーハ２の表面２aに例えば３℃の部屋で３℃に冷却された保護部材としての保護テープ４を貼着する。なお、保護テープ４は、熱膨張係数が大きい樹脂例えば低密度ポリエチレン(LDPE)や塩化ビニール(p-PVC)等の樹脂シートを用いることができる。このような保護テープ４は、図示の実施形態においては直径が１００mm、厚みが５０μmで表面にアクリル系の粘着剤が塗布されている。
次に、表面に保護テープ４が貼着された半導体ウエーハ２の裏面を研削し、半導体ウエーハ２を所定の厚み（例えば１００μm）に形成するとともに破断起点となる改質層が形成された分割予定ライン２１に沿って個々のデバイスに分割する裏面研削工程を実施する。この裏面研削工程は、図５の(a)に示す研削装置５を用いて実施する。図５に示す研削装置５は、被加工物を保持する保持手段としてのチャックテーブル５１と、該チャックテーブル５１に保持された被加工物を研削する研削手段５２を具備している。チャックテーブル５１は、上面に被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない回転駆動機構によって図５において矢印５１aで示す方向に回転せしめられる。研削手段５２は、スピンドルハウジング５２１と、該スピンドルハウジング５２１に回転自在に支持され図示しない回転駆動機構によって回転せしめられる回転スピンドル５２２と、該回転スピンドル５２２の下端に装着されたマウンター５２３と、該マウンター５２３の下面に取り付けられた研削ホイール５２４とを具備している。この研削ホイール５２４は、円環状の基台５２５と、該基台５２５の下面に環状に装着された研削砥石５２６とからなっており、基台５２５がマウンター５２３の下面に締結ボルト５２７によって取り付けられている。
上述した研削装置５を用いて上記裏面研削工程を実施するには、図５に示すようにチャックテーブル５１の上面（保持面）に半導体ウエーハ２の表面に貼着されている保護テープ４側を載置する。そして、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を保護テープ４を介して吸着保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル５１上に保持された半導体ウエーハ２は、裏面２bが上側となる。このようにチャックテーブル５１上に半導体ウエーハ２を保護テープ４を介して吸引保持したならば、チャックテーブル５１を図５において矢印５１aで示す方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削手段５２の研削ホイール５２４を図５において矢印５２４aで示す方向に例えば６０００ｒｐｍで回転せしめて、図５の(b)に示すように研削砥石５２６を被加工面である半導体ウエーハ２の裏面２bに接触せしめ、研削ホイール５２４を矢印５２４bで示すように例えば１μm／秒の研削送り速度で下方（チャックテーブル５１の保持面に対し垂直な方向）に所定量研削送りする。この裏面研削工程においては、研削砥石５２６による研削部に例えば２３℃の研削水が供給される。この結果、半導体ウエーハ２の裏面２bが研削されて半導体ウエーハ２は所定の厚み（例えば１００μm）に形成されるとともに、改質層２１０が形成され強度が低下せしめられた分割予定ライン２１に沿って個々のデバイス２２に分割される。この裏面研削工程においては、半導体ウエーハ２に例えば２３℃の研削水が供給されるので、３℃に冷却された状態で半導体ウエーハ２の表面に貼着された保護テープ４が熱膨張して、分割されたデバイス２２とデバイス２２との間に隙間が形成される。
ここで、上記保護テープ４として低密度ポリエチレン(LDPE)を用いた場合の上記裏面研削工程において保護テープ４の熱膨張によりデバイス２２とデバイス２２との間に形成される隙間について説明する。低密度ポリエチレン(LDPE)の熱膨張係数は２００×１０-６K-１であるので、温度が３℃から２３℃まで上昇すると、半導体ウエーハ２の直径が１００mmであることから半導体ウエーハ２が貼着された領域においては４００μm伸びることになる。一方、半導体ウエーハ２に形成されたデバイス２２（５mm角）は直径領域で２０個存在するので、図６に示すようにデバイス２２とデバイス２２との間に形成される隙間(S)は略２０μmとなる。なお、シリコンの熱膨張係数は３．０×１０-６K-１であることから温度が３℃から２３℃まで上昇してもデバイス２２は０．３μmしか膨張しない。このように、上記裏面研削工程においては保護テープ４の熱膨張によりデバイス２２とデバイス２２との間に隙間(S)が形成され、隣接するデバイス２２の接触が抑制されるので、半導体ウエーハ２が個々のデバイス２２に分割された後において所定の厚み（例えば１００μm）に形成するために研削砥石５２６による研削が継続されてもデバイス２２の角同士が擦れ合うことがなく、従ってデバイス２２の角同士が擦れ合うことによるデバイスが損傷するという問題が解消する。
以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は図示の実施形態のみに限定されるものではなく本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。例えば、上述した実施形態においては改質層形成工程を実施した後に保護部材貼着工程を実施する例について説明したが、改質層形成工程を実施する前に保護部材貼着工程を実施してもよい。この場合、改質層形成工程を実施する前にウエーハの表面に例えば３℃に冷却された保護部材を貼着し、例えば３℃に冷却された部屋で改質層形成工程を実施する。
２：半導体ウエーハ
２１：分割予定ライン
２２：デバイス
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
３２２：集光器
４：保護テープ
５：研削装置
５１：研削装置のチャックテーブル
５２：研削手段
５２４：研削ホイール

Claims (1)

  1. 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領域にデバイスが形成されたウエーハを分割予定ラインに沿って分割するウエーハの加工方法であって、
    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内部に集光点を合わせて分割予定ラインに沿って照射し、ウエーハの内部に分割予定ラインに沿って破断起点となる改質層を形成する改質層形成工程と、
    ウエーハの裏面を研削してウエーハを所定の厚みに形成するとともに改質層が形成され強度が低下せしめられた分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割する裏面研削工程と、を含み、
    少なくとも該裏面研削工程を実施する前に、該裏面研削工程を実施する際の温度より低い温度に冷却された保護部材をウエーハの表面に貼着する保護部材貼着工程を実施し、
    該裏面研削工程を実施する際に温度の上昇によって該保護部材が熱膨張することにより分割されたデバイスとデバイスとの間に隙間が形成され、隣接するデバイスの接触が抑制される、
    ことを特徴とするウエーハの分割方法。
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