JP2014138114A

JP2014138114A - ウエーハの加工方法

Info

Publication number: JP2014138114A
Application number: JP2013006490A
Authority: JP
Inventors: Kei Tanaka; 圭田中
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2014-07-28

Abstract

【課題】小さなデバイスチップサイズを有するウエーハでも、分割不良を起こすことなくデバイスチップ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１１に対して透過性を有するレーザービームの集光点をウエーハ内部の第1の高さに位置付けながら第１分割予定ラインに沿って照射して、第１改質層１７を形成する第１改質層形成ステップと、第１改質層形成ステップを実施した後、レーザービームの集光点をウエーハ内部の第１高さ位置と異なる第２高さ位置に位置付けながら第２分割予定ラインに沿って照射して、第１及び第２分割予定ラインの交差部においてウエーハの厚さ方向で第１改質層１７と重ならない第２改質層１７ａを形成する第２改質層形成ステップと、第１及び第２改質層１７ａが形成されたウエーハ１１に外力を付与し、第１及び第２分割予定ラインに沿って個々のデバイスチップへと分割する分割ステップと、を含む。
【選択図】図６

Description

本発明は、ウエーハの加工方法、特に、ウエーハを個々のデバイスチップに分割するウエーハ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よって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子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、ダイア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を、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、レーザービームを用いてウエーハを個々のデバイスチップに分割する方法が開発され、実用化されている。レーザービームを用いてウエーハを個々のデバイスチップに分割する方法として、以下に説明する第１及び第２の加工方法が知られている。

第１の加工方法は、ウエーハに対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザービームの集光点を分割予定ラインに対応するウエーハの内部に位置付けて、レーザービームを分割予定ラインに沿って照射してウエーハ内部に改質層を形成し、その後分割装置によりウエーハに外力を付与してウエーハを改質層を分割起点として個々のデバイスチップに分割する方法である（例えば、特許第３４０８８０５号参照）。

第２の加工方法は、ウエーハに対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）のレーザービームの集光点を分割予定ラインに対応する領域に照射してアブレーション加工により加工溝を形成し、その後外力を付与してウエーハを加工溝を分割起点として個々のデバイスチップに分割する方法である（例えば、特開平１０−３０５４２０号参照）。

レーザービームを用いる加工方法は、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、改質層又は加工溝を例えば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という利点を有している。

ところが、ウエーハの内部に改質層を形成し、改質層を分割起点にウエーハを個々のデバイスチップに分割する加工方法では、分割予定ラインが蛇行して分割され易い。

その結果、ウエーハは分割予定ラインが交差する近傍において、常に改質層が形成されている部分へレーザービームを照射するため、改質層が歪んだり十分に形成できない等加工性が損なわれ、チップの分割不良が発生し易いという問題がある。この問題を解決するため、分割予定ラインが交差する部分を除いてレーザービームを照射する加工方法が特許第４７６７７１１号公報で提案されている。

特許第３４０８８０５号公報特開平１０−３０５４２０号公報特許第４７６７７１１号公報

しかし、分割予定ラインが交差する部分を除いてレーザービームを照射する従来の加工方法では、チップサイズが小さくなると未加工部分の割合が大きくなり、改質層から延びるクラックの交差点付近への伸びが不十分となるため、分割できない部分ができてしまうという課題があった。

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、小さなデバイスチップサイズを有するウエーハでも、分割不良を起こすことなくウエーハをデバイスチップ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、第１の方向に伸長する複数の第１分割予定ラインと該第１分割予定ラインと交差して形成された複数の第２分割予定ラインによって区画された各領域にデバイスが形成されたウエーハを加工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ビームの集光点をウエーハ内部の第1の高さ位置に位置付けながら該第１分割予定ラインに沿ってレーザービームを照射して、ウエーハの内部に第１改質層を形成する第１改質層形成ステップと、該第１改質層形成ステップを実施した後、ウエーハ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ウエーハ内部の該第１高さ位置と異なる第２高さ位置に位置付けながら該第２分割予定ラインに沿ってレーザービームを照射して、ウエーハの内部に該第１及び第２分割予定ラインの交差部においてウエーハの厚さ方向で該第１改質層と重ならない第２改質層を形成する第２改質層形成ステップと、該第１及び第２改質層が形成されたウエーハに外力を付与し、該第１及び第２分割予定ラインに沿ってウエーハを個々のデバイスチップへと分割する分割ステップと、を含む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、第１の方向の第１改質層と第２の方向の第２改質層とがウエーハの厚さ方向で互い違いに形成されているため、先に形成された第１改質層が影響して後に形成される第２改質層の形成を阻害することもなく、第１及び第２改質層が交差する部分に発生し易いウエーハの溶融物の影響による分割の阻害も起きないため、小チップサイズのデバイスであってもウエーハを十分に個々のデバイスに分割することができる。

更に、交差する部分を除いて改質層を形成する方法と比較すると、交差点部分にも改質層がどちらの方向にも形成されているため、分割起点を分割予定ライン全域に渡って形成することができ、分割し易いという効果もある。

半導体ウエーハの表面側斜視図である。外周部が環状フレームに貼着されたダイシングテープに半導体ウエーハの表面側を貼着する様子を示す分解斜視図である。レーザービーム照射ユニットのブロック図である。第１改質層形成ステップを示す斜視図である。第１改質層形成ステップを示す断面図である。第２改質層形成ステップを示す断面図である。第１及び第２改質層が高さを変えて形成された半導体ウエーハの模式図である。図８（Ａ）は第１改質層が２層形成された半導体ウエーハの模式図、図８（Ｂ）は第１及び第２改質層とも多層の場合の半導体ウエーハの模式図である。分割装置の斜視図である。分割ステップを示す断面図である。

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、本発明の加工方法の加工対象となる被加工物の一種である半導体ウエーハ（以下、単にウエーハと略称することがある）１１の表面側斜視図が示されている。

ウエーハ１１の表面１１ａにおいては、複数の第１分割予定ライン（ストリート）Ｓ１と複数の第２分割予定ライン（第２ストリート）Ｓ２と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とによって区画された各領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。

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１１ａが、外周部が環状フレームＦに貼着された粘着テープであるダイシングテープＴに貼着され、ウエーハ１１の裏面１１ｂが表面に露出する形態とする。

図３を参照すると、本発明の加工方法を実施するのに適したレーザー加工装置のレーザービーム照射ユニット１０のブロック図が示されている。レーザービーム照射ユニット１０は、レーザービーム発生ユニット１２と、集光器１４とから構成される。

レーザービーム発生ユニット１２は、ＹＡＧレーザー又はＹＶＯ４レーザーを発振するレーザー発振器１６と、繰り返し周波数設定手段１８と、パルス幅調整手段２０と、パワー調整手段２２とを含んでいる。

レーザービーム発生ユニット１２のパワー調整手段２２により所定パワーに調整されたパルスレーザービームは、集光器１４のミラー２４で反射され、更に集光用対物レンズ２６によって集光されてチャックテーブル２８に保持されたウエーハ１１に照射される。

次に、図４乃至図１０を参照して、本発明実施形態に係るウエーハ１１の加工方法について詳細に説明する。まず、図４及び図５を参照して、第１改質層形成ステップについて説明する。図４は第１改質層形成ステップを示す斜視図、図５はその断面図である。

第１改質層形成ステップでは、ウエーハ１１に対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザービームの集光点を第１分割予定ラインＳ１に対応するウエーハ１１の内部の第１の高さ位置に位置付けて、チャックテーブル２８を矢印Ｘ１方向に移動しながらレーザービームを第１分割予定ラインＳ１に沿って照射してウエーハ１１内部に第１改質層１７を形成する。第１の方向に伸長する分割予定ラインＳ１を全てレーザー加工してウエーハ１１の内部の第１の高さ位置に第１改質層１７を形成する。

本発明のウエーハの加工方法では、第１改質層形成ステップを実施した後、チャックテーブル２８を９０度回転し、図６に示すように、ウエーハ１１に対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザービームの集光点を第２分割予定ラインＳ２に対応するウエーハ１１の内部の第１高さ位置と異なる第２高さ位置に位置付けて、チャックテーブル２８を矢印Ｘ１方向に加工送りしてレーザービームを第２分割予定ラインＳ２に沿って照射して、ウエーハ１１内部に交差点部分において第１改質層１７と重ならない第２改質層１７ａを形成する。

この第２改質層１７ａは第２分割予定ラインＳ２に沿って連続的に形成する。この第２改質層形成ステップを、第２の方向に伸長する第２分割予定ラインＳ２の全てについて実施する。

図７を参照すると、第１改質層１７及び第２改質層１７ａがそれぞれ一層だけの場合のウエーハ１１の模式図が示されている。ここで、一層とは、一回のレーザービームの走査で形成される改質層だけでなく、一回の走査で形成される改質層を厚さ方向で少しずらして重ねて形成される厚さのある改質層も含むものとする。

図８（Ａ）を参照すると、第１改質層１７が二層形成され、第２改質層１７ａが一層形成されている場合のウエーハの模式図が示されている。図８（Ａ）の模式図から明らかなように、第１改質層１７と第２改質層１７ａとは互いに交差する部分で重ならないように形成されている。

図８（Ｂ）を参照すると、第１改質層１７及び第２改質層１７ａがそれぞれ三層形成された場合のウエーハ１１の模式図が示されている。図８（Ｂ）から明らかなように、全ての第１改質層１７と全ての第２改質層１７ａとは交差する部分で重ならないように形成されている。

尚、第１及び第２改質層形成ステップでのレーザー加工条件例は例えば以下の通りである。

光源：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４レーザー
波長：１０６４ｎｍ
平均出力：１Ｗ
パルス幅：４０ｎｓ
集光スポット径：φ１μｍ
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
加工送り速度：１００ｍｍ／ｓ

第１及び第２改質層形成ステップ実施後、図９に示す分割装置３０を使用してウエーハ１１に外力を付与し、ウエーハ１１を個々のデバイスチップ１５へと分割する分割ステップを実施する。

図９に示す分割装置３０は、環状フレームＦを保持するフレーム保持手段３２と、フレーム保持手段３２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３４を具備している。

フレーム保持手段３２は、環状のフレーム保持部材３６と、フレーム保持部材３６の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ３８から構成される。フレーム保持部材３６の上面は環状フレームＦを載置する載置面３６ａを形成しており、この載置面３６ａ上に環状フレームＦが載置される。

そして、載置面３６ａ上に載置された環状フレームＦは、クランプ３８によってフレーム保持手段３６に固定される。このように構成されたフレーム保持手段３２はテープ拡張手段３４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３４は、環状のフレーム保持部材３６の内側に配設された拡張ドラム４０を具備している。拡張ドラム４０の上端は蓋４２で閉鎖されている。この拡張ドラム４０は、環状フレームＦの内径より小さく、環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴに貼着されるウエーハ１１の外径より大きい直径を有している。

拡張ドラム４０はその下端に一体的に形成された支持フランジ４４を有している。テープ拡張手段３４は更に、環状のフレーム保持部材３６を上下方向に移動する駆動手段４６を具備している。この駆動手段４６は支持フランジ４４上に配設された複数のエアシリンダ４８から構成されており、そのピストンロッド５０はフレーム保持部材３６の下面に連結されている。

複数のエアシリンダ４８から構成される駆動手段４６は、環状のフレーム保持部材３６を、その載置面３６ａが拡張ドラム４０の上端である蓋４２の表面と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム４０の上端より所定量下方の拡張位置との間で上下方向に移動する。

以上のように構成された分割装置３０を用いて実施するウエーハ１１の分割工程について図１０を参照して説明する。図１０（Ａ）に示すように、ウエーハ１１をダイシングテープ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３６の載置面３６ａ上に載置し、クランプ３８によってフレーム保持部材３６に固定する。この時、フレーム保持部材３６はその載置面３６ａが拡張ドラム４０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４８を駆動してフレーム保持部材３６を図１０（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３６の載置面３６ａ上に固定されている環状フレームＦを下降させるため、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４０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、第１及び第２分割予定ラインＳ１，Ｓ２に沿って形成された改質層１７，１７ａが分割起点となってウエーハ１１が改質層１７，１７ａに沿って分割され、個々のデバイスチップ１５に分割される。

上述した実施形態では、本発明の加工方法の加工対象なるウエーハとして半導体ウエーハ１１について説明したが、被加工物は半導体ウエーハ１１に限定されるものではなく、本発明の加工方法は、光デバイスウエーハ、セラミック基板、ガラス基板等の他の被加工物にも同様に適用可能である。

１１半導体ウエーハ
Ｓ１第１分割予定ライン
Ｓ２第２分割予定ライン
１５デバイス（デバイスチップ）
１０レーザービーム照射ユニット
１２レーザービーム発生ユニット
１４集光器
１７第１改質層
１７ａ第２改質層
２４チャックテーブル
３０分割装置

Claims

第１の方向に伸長する複数の第１分割予定ラインと該第１分割予定ラインと交差して形成された複数の第２分割予定ラインによって区画された各領域にデバイスが形成されたウエーハを加工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ビームの集光点をウエーハ内部の第1の高さ位置に位置付けながら該第１分割予定ラインに沿ってレーザービームを照射して、ウエーハの内部に第１改質層を形成する第１改質層形成ステップと、
該第１改質層形成ステップを実施した後、ウエーハ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ウエーハ内部の該第１高さ位置と異なる第２高さ位置に位置付けながら該第２分割予定ラインに沿ってレーザービームを照射して、ウエーハの内部に該第１及び第２分割予定ラインの交差部においてウエーハの厚さ方向で該第１改質層と重ならない第２改質層を形成する第２改質層形成ステップと、
該第１及び第２改質層が形成されたウエーハに外力を付与し、該第１及び第２分割予定ラインに沿ってウエーハを個々のデバイスチップへと分割する分割ステップと、
を含むことを特徴とするウエーハの加工方法。