JP2014099522A - 板状物の加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 反りに起因する不具合やウエーハの破損を解決しえるウエーハの加工方法を提供することである。
【解決手段】 複数の分割予定ラインが設定された板状物の加工方法であって、板状物をチャックテーブルで保持する保持ステップと、該保持ステップを実施した後、該チャックテーブルに保持された板状物に対して透過性を有する波長のレーザービームの集光点を板状物の厚み方向中央よりも第１面側に位置付けた状態で該レーザービームを第１の分割予定ラインに沿って照射して、該第１の分割予定ラインに沿った分割の起点となる改質層を形成する分割起点改質層形成ステップと、該レーザービームの集光点を板状物の厚み方向中央よりも該第１面側の背面の第２面側に位置付けた状態で該レーザービームを該第１の分割予定ラインに沿って照射して、該第１の分割予定ラインに沿った反りを解消する改質層を形成する反り解消改質層形成ステップと、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図７

Description

本発明は、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の板状物にレーザービームを照射して、板状物をチップに分割する板状物の加工方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ等の複数のデバイスが分割予定ラインに区画され表面に形成されたシリコンウエーハ、サファイアウエーハ等のウエーハは、加工装置によって個々のデバイスチップに分割され、分割されたデバイスチップは携帯電話、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。

ウエーハの分割には、ダイサーと呼ばれる切削装置を用いたダイシング方法が広く採用されている。ダイシング方法では、ダイヤモンド等の砥粒を金属や樹脂で固めて厚さ３０μｍ程度とした切削ブレード、３００００ｒｐｍ程度の高速で回転させつつウエーハへと切り込ませることでウエーハを切削し、個々のデバイスチップへと分割する。

一方、近年では、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ビームをウエーハの内部に集光点を合わせて照射して、内部に分割予定ラインに沿った改質層を形成し、この改質層で強度が低下した分割予定ラインに外力を付与することによりウエーハを分割する方法も提案されている（例えば、特許第３４０８８０５号公報及び特開２００９−１３１９４２号公報参照）。

レーザー加工装置による改質層の形成は、ダイサーによるダイシング方法に比べて加工速度を早くすることができるとともに、サファイアやＳｉＣ等の硬度の高い素材からなるウエーハであっても比較的容易に加工することができる。また、改質層を例えば１０μｍ以下等の狭い幅とすることができるので、ダイシング方法で加工する場合に対してウエーハ１枚当たりのデバイス取り量を増やすことができる。

特開２００９−１３１９４２号公報に開示されたレーザー加工方法では、ウエーハの表面側のチップの仕上げ厚さに至らない領域にのみに改質層を形成した後、ウエーハの裏面側を研削して改質層を除去している。

特許第３４０８８０５号公報 特開２００９−１３１９４２号公報

ところが、引用文献２に開示されたレーザー加工方法のようにウエーハの片面側にのみ改質層を形成すると、レーザービームの照射によって改質層が形成された面側のみが膨張するため、ウエーハには反りが生じる。ウエーハに反りが生じると、研削時にウエーハを吸引保持できないという不具合や、反りによってウエーハ自体が割れてしまうという問題が生じる。

特に小サイズのデバイスが形成されたウエーハの場合には、分割予定ラインの数が多く、形成される改質層の数も多いため、ウエーハの反り量も大きくなり、レーザービームを照射して複数の改質層を形成している最中にもウエーハが反り上がり、ウエーハの吸引保持が困難になってしまうという不具合も発生している。

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、反りに起因する不具合やウエーハの破損を解決しえるウエーハの加工方法を提供することである。

請求項１記載の発明によると、複数の分割予定ラインが設定された板状物の加工方法であって、板状物をチャックテーブルで保持する保持ステップと、該保持ステップを実施した後、該チャックテーブルに保持された板状物に対して透過性を有する波長のレーザービームの集光点を板状物の厚み方向中央よりも第１面側に位置付けた状態で該レーザービームを第１の分割予定ラインに沿って照射して、該第１の分割予定ラインに沿った分割の起点となる改質層を形成する分割起点改質層形成ステップと、該レーザービームの集光点を板状物の厚み方向中央よりも該第１面側の背面の第２面側に位置付けた状態で該レーザービームを該第１の分割予定ラインに沿って照射して、該第１の分割予定ラインに沿った反りを解消する改質層を形成する反り解消改質層形成ステップと、を備えたことを特徴とする板状物の加工方法が提供される。

好ましくは、分割起点改質層と反り解消改質層とは板状物の厚み方向中央を基準に互いに対称位置に形成されている。好ましくは、分割起点改質層形成ステップと反り解消改質層形成ステップとは同時に実施される。

請求項４記載の発明によると、前記保持ステップでは板状物の前記第１面側を保持し、前記分割起点改質層形成ステップでは、板状物の仕上げ厚みに至らない領域に前記分割起点改質層が形成されるとともに、該分割起点改質層から板状物の該第１面側にクラックを伸長させ、該分割起点改質層形成ステップと該反り解消改質層形成ステップとを板状物の全ての分割予定ラインに対して実施した後、板状物の該第２面側を仕上げ厚みへと研削することで該分割予定ラインに沿って板状物を分割するとともに該反り解消改質層と該分割起点改質層とを研削除去する研削ステップ、を更に備えた板状物の加工方法が提供される。

本発明の加工方法によると、分割予定ライン毎に分割起点改質層と反り解消改質層とが形成されるため、一つの分割予定ラインの加工毎に反りが解消され、反りに起因する不具合やウエーハの破損を低減することができる。

半導体ウエーハの表面側斜視図である。 半導体ウエーハの裏面を外周部が環状フレームに装着された粘着テープに貼着する様子を示す分解斜視図である。 保持ステップを示す一部断面側面図である。 分割起点改質層形成ステップを示す斜視図である。 レーザービーム発生ユニットのブロック図である。 分割起点改質層形成ステップを示す一部断面側面図である。 反り解消改質層形成ステップを示す一部断面側面図である。 反り解消改質層形成ステップを示す一部断面正面図である。 分割起点改質層形成ステップ及び反り解消改質層形成ステップを同時に実施する実施形態を示す一部断面側面図である。 分割起点改質層及び反り解消改質層の位置を示す模式図である。 研削ステップ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に示す半導体ウエーハ（以下、単にウエーハと略称することがある）は、例えば厚さが７００μｍのシリコンウエーハからなっており、表面１１ａに複数の分割予定ライン（ストリート）１３が格子状に形成されているとともに、複数の分割予定ライン１３によって区画された各領域にそれぞれＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。

ここで、本発明の板状物の加工方法の加工対象となる板状物は、図１に示した半導体ウエーハ１１に限定されるものではなく、光デバイスウエーハ等の他のウエーハ、表面にパターンが形成されていないウエーハ、ガラス基板等の板状物を含むものである。

本発明の加工方法を実施するのにあたり、図２に示すように、ウエーハ１１の表面側が外周部が環状フレームＦに装着された粘着テープＴに貼着される。これにより、ウエーハ１１は粘着テープＴを介して環状フレームＦに配設されたことになる。

このようにウエーハ１１を粘着テープＴを介して環状フレームＦに配設した後、図３に示すように、レーザー加工装置のチャックテーブル１０でウエーハ１１の表面１１ａ側を粘着テープＴを介して吸引保持し、環状フレームＦをクランプ１２でクランプして固定する（保持ステップ）。

保持ステップ実施後、図４及び図６を参照して説明する分割起点改質層形成ステップを実施する。図４において、１４はレーザー加工装置のレーザービーム照射ユニットであり、レーザービーム照射ユニット１４は実質上水平に配置された円筒形状のケーシング１８を有している。ケーシング１８内には、図５に示すようなレーザービーム発生ユニット２０が収容されている。

レーザービーム発生ユニット２０は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器等のパルスレーザー発振器２４と、繰り返し周波数設定手段２６と、パルス幅調整手段２８と、パワー調整手段３０を含んでいる。

レーザービーム照射ユニット１４は、図５に示したレーザービーム発生ユニット２０と、ケーシング１８の先端に取り付けられた集光器（レーザーヘッド）２２とから構成される。

１６はチャックテーブル１０に保持されたウエーハ１１を撮像する撮像ユニットであり、顕微鏡及び可視光線によって撮像する通常のＣＣＤ等の撮像素子を有している。撮像ユニット１６は更に、ウエーハ１１に赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線に対応した電気信号を出力する赤外線撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等を含んでおり、撮像した画像信号は図示しないレーザー加工装置のコントローラに送信される。

本発明の加工方法では、分割起点改質層形成ステップを実施する前に撮像ユニット１６の赤外線撮像素子でウエーハ１１を裏面１１ｂ側から撮像し、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、集光器２２とをＸ軸方向に整列させるアライメントを実施する。

次いで、半導体ウエーハ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、同様にレーザービーム照射位置のアライメントを実施する。

アライメント実施後、チャックテーブル１０をレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニット１４の集光器２２が位置するレーザー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の一端をレーザービーム照射ユニット１４の集光器２２の直下に位置付ける。

そして、集光器２２からウエーハ１１に対して透過性を有するパルスレーザービームを照射しつつ、チャックテーブル１０を図６において矢印Ｘ１方向に所定の加工送り速度で移動する。集光器２２のレーザー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、パルスレーザービームの照射を停止するとともにチャックテーブル１０の移動を停止する。

図６に示すように、パルスレーザービームの集光点をウエーハ１１の厚み方向中央よりも表面１１ａ付近に合わせることにより、ウエーハ１１の表面近傍の内部に分割起点改質層１７が形成される。好ましくは、この分割起点改質層１７の形成位置は、図１０に示されるように、ウエーハ１１の表面１１ａからウエーハ１１の仕上げ厚みｔ１＋所定厚みｔ２である。ここで、仕上げ厚みｔ１は例えば８０μｍ、ｔ２は１０〜２０μｍである。

分割起点改質層１７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い、溶融再硬化層として形成される。

分割起点改質層形成ステップ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パルスレーザー
波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ：９０ｋＨｚ
平均出力 ：１．４〜１．９ＫＷ
加工送り速度 ：７００ｍｍ／ｓ

一本の分割予定ライン１３について分割起点改質層形成ステップが終了すると、図７に示すように、分割起点改質層形成ステップで分割起点改質層１７を形成した分割予定ライン１３においてパルスレーザービームの集光点をウエーハ１１の裏面１１ｂ付近に合わせてパルスレーザービームを照射しながら、チャックテーブル１０を矢印Ｘ２方向に加工送りすることにより、ウエーハ１１の厚み方向中央よりも裏面１１ｂ近傍に反り解消改質層１９を形成する。

好ましくは、図１０に示すように、反り解消改質層１９はウエーハ１１の厚み方向中央１１ｃに対して分割起点改質層１７と対称位置に形成する。しかし、反り解消改質層１９は、ウエーハ１１の厚み方向中央１１ｃに対して分割起点改質層１７と対称位置に形成されていなくてもよい。反り解消改質層形成ステップの加工条件は、上述した分割起点改質層形成ステップにおける加工条件と同様である。

図８は図７に示すウエーハ１１をＸ軸方向から見た場合の一部断面正面図である。第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３について、分割起点改質層形成ステップを実施した後、直ちに反り解消改質層形成ステップを実施する。

次いで、チャックテーブル１０を９０度回転してから、第２の方向に伸長する分割予定ライン１３についても、分割起点改質層形成ステップを実施した後同一分割予定ラインについて反り解消改質層形成ステップを直ちに実施する。

このように本実施形態の加工方法では、分割予定ライン１３毎に分割起点改質層形成ステップを実施した後反り解消改質層形成ステップが直ちに実施されるため、一本の分割予定ライン１３の加工毎に反りが解消され、反りに起因する研削時の吸引保持等の不具合やウエーハ１１の破損を低減することができる。

尚、上述した実施形態では、図６に示すように、チャックテーブル１０を矢印Ｘ１方向に加工送りしながら分割起点改質層形成ステップを実施した後、図７に示すように、チャックテーブル１０をＸ１方向と反対方向のＸ２方向に加工送りしながら、同一分割予定ライン１３に対して反り解消改質層形成ステップを実施しているが、分割起点改質層形成ステップと反り解消改質層形成ステップの加工送り方向は同一方向でもよい。

図９を参照すると、本発明第２実施形態の板状物の加工方法を示す一部断面側面図が示されている。本実施形態の加工方法では、分割起点改質層形成ステップと反り解消改質層形成ステップとが同時に実施される。

この実施形態では、例えば特開２００６−１０８４７８号公報に記載されたような光学系を有するレーザー加工装置を利用する。本実施形態の説明では、特開２００６−１０８４７８号に記載された内容を参考資料として本明細書中に取り込み、ここでは光学系についての詳細な説明を省略することにする。

集光器２２Ａはレーザービームの集光点を焦点が深いウエーハ１１の表面１１ａ側近傍と、焦点が浅いウエーハ１１の裏面１１ｂ近傍に集光する。このようにパルスレーザービームをウエーハ１１内部の２点に集光しながらパルスレーザービームをウエーハ１１に裏面１１ｂ側から照射し、チャックテーブル１０を矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、一本の分割予定ライン１３に沿って分割起点改質層１７と反り解消改質層１９とを同時に形成する。

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、分割起点改質層１７と反り解消改質層１９を同時に形成した後、チャックテーブル１０を９０度回転してから、第１の方向に直交する第２の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３についても、分割起点改質層１７と反り解消改質層１９の形成を同時に実施する。本実施形態のレーザー加工条件は、パルス出力を上述した第１実施形態のパルス出力よりも２倍程度に設定する他は、第１実施形態の加工条件と同様である。

図１０に示すように、分割起点改質層１７をウエーハ１１の表面１１ａ近傍に形成すると、分割起点改質層１７からウエーハ１１の表面１１ａに渡って多数のクラック２１が発生する。反り解消改質層形成ステップを実施すると、反り解消改質層１９からウエーハ１１の内部に渡り多数のクラックが発生するが、このクラックの図示は省略されている。

分割起点改質層形成ステップ及び反り解消改質層形成ステップ実施後、ウエーハ１１の裏面１１ｂを研削する裏面研削ステップを実施する。この裏面研削ステップは、図１１にその要部を示す研削装置の研削ユニット３２を用いて実施する。

研削ユニット３２は、モータにより回転駆動されるスピンドル３４と、スピンドル３４の先端に固定されたホイールマウント３６と、ホイールマウント３６に複数のねじ４０により着脱可能に装着された研削ホイール３８とを含んでいる。研削ホイール３８は、環状基台４２と、環状基台４２の下面外周に固着された複数の研削砥石４４とから構成される。

裏面研削ステップでは、内部に分割起点改質層１７と反り解消改質層１９が形成されたウエーハ１１を研削装置のチャックテーブル４６で吸引保持し、ウエーハ１１の裏面１１ｂを露出させる。

そして、チャックテーブル４６を矢印ａ方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール３８を矢印ｂ方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させながら、研削ユニット送り機構を駆動して所定の研削送り速度（例えば３μｍ／ｓ）で研削ホイール３８を下方に研削送りしながら、研削砥石４４でウエーハ１１の裏面１１ｂの研削を遂行する。

図１０に示すように、ウエーハ１１の内部には分割起点改質層１７と、分割起点改質層１７からウエーハ１１の表面１１ａ側に伸長する多数のクラック２１が形成されているため、ウエーハ１１を仕上げ厚みｔ１まで研削すると、分割起点改質層１７が除去されるとともに、ウエーハ１１は分割起点改質層１７を分割起点に個々のデバイスチップ１５に分割される。

１０ チャックテーブル
１１ 半導体ウエーハ
１３ 分割予定ライン
１４ レーザービーム照射ユニット
１５ デバイス
１６ 撮像ユニット
１７ 分割起点改質層
１９ 反り解消改質層
２０ レーザービーム発生ユニット
２１ クラック
２２，２２Ａ 集光器（レーザーヘッド）
３２ 研削ユニット
３８ 研削ホイール
４４ 研削砥石

Claims (4)

1. 複数の分割予定ラインが設定された板状物の加工方法であって、
   板状物をチャックテーブルで保持する保持ステップと、
   該保持ステップを実施した後、該チャックテーブルに保持された板状物に対して透過性を有する波長のレーザービームの集光点を板状物の厚み方向中央よりも第１面側に位置付けた状態で該レーザービームを第１の分割予定ラインに沿って照射して、該第１の分割予定ラインに沿った分割の起点となる改質層を形成する分割起点改質層形成ステップと、
   該レーザービームの集光点を板状物の厚み方向中央よりも該第１面側の背面の第２面側に位置付けた状態で該レーザービームを該第１の分割予定ラインに沿って照射して、該第１の分割予定ラインに沿った反りを解消する改質層を形成する反り解消改質層形成ステップと、
   を備えたことを特徴とする板状物の加工方法。
2. 前記分割起点改質層と前記反り解消改質層とは板状物の厚み方向中央を基準に互いに対称位置に形成されている請求項１記載の板状物の加工方法。
3. 前記分割起点改質層形成ステップと前記反り解消改質層形成ステップとは、同時に実施される請求項１又は２記載の板状物の加工方法。
4. 前記保持ステップでは板状物の前記第１面側を保持し、
   前記分割起点改質層形成ステップでは、板状物の仕上げ厚みに至らない領域に前記分割起点改質層が形成されるとともに、該分割起点改質層から板状物の該第１面側にクラックを伸長させ、
   該分割起点改質層形成ステップと該反り解消改質層形成ステップとを板状物の全ての分割予定ラインに対して実施した後、板状物の該第２面側を仕上げ厚みへと研削することで該分割予定ラインに沿って板状物を分割するとともに該反り解消改質層と該分割起点改質層とを研削除去する研削ステップ、を更に備えた請求項１〜３の何れかに記載の板状物の加工方法。

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