JP2017054843A - ウェーハの加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】デバイスチップ側面に研削屑が残留するのを防止可能なＳＤＢＧ法によるウェーハの加工方法を提供する。
【解決手段】互いに交差する複数の分割予定ラインに区画された表面の各領域にデバイスが形成されたウェーハ１１の加工方法であって、環状フレームＦの開口を塞ぐエキスパンドテープＴ１にウェーハの表面を貼着するフレームユニット形成ステップと、ウェーハの裏面から透過性を有する波長のレーザービームを照射し、ウェーハの内部の表面近傍に分割予定ラインに沿った改質層を形成するステップと、研削水７８を供給しつつウェーハの裏面を研削砥石５６で研削し、改質層に沿ってウェーハを個々のデバイスチップ２１に分割する第１研削ステップと、エキスパンドテープを拡張して隣接するデバイスチップの間に間隔２３を設けたウェーハに研削水を供給しつつ研削砥石でウェーハの裏面を研削し、仕上げ厚さまで薄化する第２研削ステップとを備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、半導体ウェーハ等のウェーハの加工方法に関する。
半導体デバイス製造プロセスにおいては、略円板形状であるシリコンウェーハ、ガリウム砒素ウェーハ等の半導体ウェーハの表面に格子状に形成されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、区画された各領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。
このような半導体ウェーハ（以下、単にウェーハと略称することがある）は、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、切削装置（ダイシング装置）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子機器に広く利用されている。
近年、携帯電話やパソコン等の電子機器はより軽量化、小型化が求められており、より薄いデバイスチップが要求されている。ウェーハをより薄く、抗折強度の高いデバイスチップに分割する技術として、所謂先ダイシング法と称する分割技術が開発され、実用化されている（例えば、特開平１１−４０５２０号公報参照）。
この先ダイシング法は、半導体ウェーハの表面から分割予定ラインに沿って所定の深さ（デバイスチップの仕上がり厚さに相当する深さ）の分割溝を形成し、表面に分割溝が形成された半導体ウェーハの裏面を研削して該裏面に分割溝を表出させてウェーハを個々のデバイスチップに分割する技術であり、デバイスチップの厚さを５０μｍ程度に加工することが可能である。
一方、近年では、レーザービームを用いてウェーハを個々のデバイスチップに分割する技術が開発され、実用化されている。このレーザー加工方法の１つに、ウェ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ェ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ェーハ内部に改質層を形成し、その後分割装置によりウェーハに外力を付与してウェ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がある。この加工方法は、ＳＤ（Ｓｔｅａｌｔｈ Ｄｉｃｉｎｇ）加工と呼ばれる。
挟ストリート化を実現するために、このＳＤ加工方法と研削方法との組み合わせからなるＳＤＢＧ加工方法が開発され、実用化されている。
特開平１１−４０５２０号公報 特開２００５−０６４２３２号公報
しかし、ＳＤＢＧ加工方法では、ウェーハの裏面が研削されて分割されたデバイスチップ同士の僅かに空いた隙間（約１μｍ程度）に研削屑が侵入し、完成したデバイスチップの側面に研削屑が残る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、デバイスチップ側面に研削屑が残留するのを防止可能なＳＤＢＧ法によるウェーハの加工方法を提供することである。
本発明によると、互いに交差する複数の分割予定ラインに区画された表面の各領域にそれぞれデバイスが形成されたウェーハの加工方法であって、環状フレームの開口を塞ぐエキスパンドテープにウェーハの表面を貼着しフレームユニットを形成するフレームユニット形成ステップと、該フレームユニットを構成するウェーハの裏面からウェーハに対して透過性を有する波長のレーザービームを照射し、ウェーハの内部の表面近傍に分割予定ラインに沿った改質層を形成する改質層形成ステップと、該フレームユニット形成ステップと該改質層形成ステップを実施した後、研削水を供給しつつウェーハの裏面を研削砥石で研削し、該改質層に沿ってウェーハを個々のデバイスチップに分割する第１研削ステップと、該第１研削ステップを実施した後、該エキスパンドテープを拡張して隣接する該デバイスチップの間に間隔を設けたウェーハに研削水を供給しつつ研削砥石でウェーハの裏面を研削し、仕上げ厚さまでウェーハを薄化する第２研削ステップと、を備えたことを特徴とするウェーハの加工方法が提供される。
好ましくは、ウェーハの加工方法は、該第２研削ステップを実施した後、ウェーハの裏面に接着フィルムを貼着すると共に該接着フィルムにダイシングテープを貼着し、該ダイシングテープの外周部を環状フレームによって支持し、ウェーハの表面に貼着された該エキスパンドテープを剥離するウェーハ転写ステップと、該ウェーハ転写ステップを実施した後、デバイスチップの間で露出した該接着フィルムにレーザービームを照射して該接着フィルムを破断する接着フィルム破断ステップと、を更に備えている。
本発明のウェーハの加工方法によると、第２研削ステップでデバイスチップ同士の間隔を空けつつ仕上げ研削を実施することで、デバイスチップ同士の間隔に侵入した研削屑が研削水によって洗い流され易いため、デバイスチップ側面に研削屑が残留するのを防止できるという効果を奏する。
半導体ウェーハの表面側斜視図である。 フレームユニットの斜視図である。 レーザービーム照射ユニットのブロック図である。 改質層形成ステップを示す一部断面側面図である。 研削装置の斜視図である。 第１研削ステップを説明する一部断面側面図であり、（Ａ）は研削前の状態を、（Ｂ）は第１研削ステップを実施してウェーハをデバイスチップに分割した状態をそれぞれ示している。 第２研削ステップを示す一部断面側面図である。 接着フィルム破断ステップを示す一部断面側面図である。
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対象となる半導体ウェーハ（以下、単にウェ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。
半導体ウェーハ１１の表面１１ａには、格子状に複数の分割予定ライン１３が形成されており、分割予定ライン１３により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。
本実施形態のウェーハの加工方法では、まず、図２に示すように、環状フレームＦの開口を塞ぐように環状フレームＦに貼着されたエキスパンドテープＴ１にウェーハ１１の表面１１ａを貼着し、フレームユニット１７を形成するフレームユニット形成ステップを実施する。フレームユニット１７では、エキスパンドテープＴ１に貼着されたウェーハ１１はその裏面１１ｂが露出する。
このようにウェーハ１１の裏面１１ｂを露出させてフレームユニット１７のウェーハ１１をチャックテーブル２０で保持した後、ウェーハ１１の裏面１１ｂからウェーハ１１に対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザービームを照射し、ウェーハ１１の内部の表面近傍に分割予定ライン１３に沿った改質層１９を形成する改質層形成ステップを実施する。
図３を参照すると、レーザービーム照射ユニット２のブロック構成図が示されている。レーザービーム照射ユニット２は、レーザービーム発生ユニット４と、集光器（レーザーヘッド）６とから構成される。
レーザービーム発生ユニット４は、ＹＡＧパルスレーザー又はＹＶＯ４パルスレーザーを発振するレーザー発振器８と、繰り返し周波数設定手段１０と、パルス幅調整手段１２と、パワー調整手段１４とを含んでいる。
レーザービーム発生ユニット４のパワー調整手段１４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６のミラー１６で反射され、更に集光用対物レンズ１８によって集光されてチャックテーブル２０に保持されている半導体ウェーハ１１に照射される。
図４を参照して、改質層形成ステップを更に詳細に説明する。レーザー加工装置のチャックテーブル２０でエキスパンドテープＴ１を介してウェーハ１１を吸引保持し、フレームユニット１７の環状フレームＦをクランプ２２でクランプして固定する。
集光器６によりウェーハ１１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ェーハ１１の表面近傍に位置付けて、レーザービームをウェーハ１１の裏面１１ｂ側から照射し、チャックテーブル２０を矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、第１の方向に伸長する分割予定ライン１３に沿ってウェーハ１１の内部に改質層１９を形成する。
次いで、ウェーハ１１を保持したチャックテーブル２０を割り出し送りしてレーザービームを隣接する分割予定ライン１３に位置付け、チャックテーブル２０を矢印Ｘ２方向に加工送りすることにより、ウェーハ１１の内部に改質層１９を形成する。
このように、チャックテーブル２０の加工送り方向をＸ１方向、又はＸ２方向と交互に変更しながら、第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３に沿ってウェーハ１１の内部に改質層１９を形成する。
次いで、チャックテーブル２０を９０°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に沿って、ウェーハ１１の内部に同様な改質層１９を形成する。
この改質層形成ステップの加工条件は、例えば以下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
平均出力 ：０．１Ｗ
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
加工送り速度 ：２００ｍｍ／ｓ
改質層形成ステップを実施した後、ウェーハ１１の裏面１１ｂを研削してウェーハ１１を改質層１９に沿って個々のデバイスチップに分割する研削ステップを実施する。本実施形態では、この研削ステップを第１研削ステップと、第２研削ステップとに分けて実施する点に特徴を有している。
図５を参照すると、研削ステップを実施可能な研削装置３２の斜視図が示されている。３４は研削装置３２のベースであり、ベース３４の後方にはコラム３６が立設されている。コラム３６には、上下方向に伸びる一対のガイドレール３８が固定されている。
この一対のガイドレール３８に沿って研削ユニット（研削手段）４０が上下方向に移動可能に装着されている。研削ユニット４０は、スピンドルハウジング４２と、スピンドルハウジング４２を保持する支持部４４を有しており、支持部４４が一対のガイドレール３８に沿って上下方向に移動する移動基台４６に取り付けられている。
研削ユニット４０は、スピンドルハウジング４２中に回転可能に収容されたスピンドル４８と、スピンドル４８を回転駆動するモータ４９と、スピンドル４８の先端に固定されたホイールマウント５０と、ホイールマウント５０にねじ締結された研削ホイール５２とを含んでいる。研削ホイール５２は、図６に示すように、ホイール基台５４と、ホイール基台５４の下端部外周に固着された複数の研削砥石５６とから構成される。
研削装置３２は、研削ユニット４０を一対のガイドレール３８に沿って上下方向に移動するボールねじ５８とパルスモータ６０とから構成される研削ユニット送り機構６２を備えている。パルスモータ６０を駆動すると、ボールねじ５８が回転し、研削ユニット４０が上下方向に移動される。
ベース３４の上面には凹部３４ａが形成されており、この凹部３４ａにチャックテーブル機構６４が配設されている。チャックテーブル機構６４はチャックテーブル６６を有し、図示しない移動機構によりウェーハ着脱位置Ａと、研削ユニット４０に対向する研削位置Ｂとの間でＹ軸方向に移動される。
チャックテーブル６６に隣接して環状フレームをクランプする複数のクランプ６８が配設されている。４０は蛇腹であり、チャックテーブル送り機構の軸部を覆って保護する。ベース３４の前方側には、研削装置３２のオペレータが研削条件等を入力する操作パネル７２が配設されている。
次に、図６を参照して、第１研削ステップについて説明する。図６（Ａ）に示すように、チャックテーブル６６の周囲に配設されたクランプ６８はクランプ支持部材７４で支持されており、これらのクランプ支持部材７４は、図６に示す第１位置と、第１位置から所定距離下降した図７に示す第２位置との間で選択的に固定可能である。
第１研削ステップでは、クランプ支持部材７４を第１位置に固定し、クランプ６８でフレームユニット１７の環状フレームＦを所定距離引き落として固定する。７６は研削水供給ノズルであり、第１研削ステップでは、研削水供給ノズル７６から研削水７８をウェーハ１１及び研削砥石５６に供給しながらウェーハ１１の裏面１１ｂの研削を実施する。
第１研削ステップでは、チャックテーブル６６を矢印ａ方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール５２をチャックテーブル６６と同一方向に、即ち矢印ｂ方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させると共に、研削ユニット送り機構６２を作動して、研削砥石５６をウェーハ１１の裏面１１ｂに接触させる。
そして、研削水供給ノズル７６から研削水７８を供給しながら、研削ホイール５２を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りして、ウェーハ１１の裏面１１ｂを研削砥石５６で研削し、研削圧力により改質層１９に沿ってウェーハ１１を個々のデバイスチップ２１に分割する。図６（Ｂ）は、第１研削ステップを実施してウェーハ１１を個々のデバイスチップ２１に分割した状態を示している。
第１研削ステップを実施した後、エキスパンドテープＴ１を拡張して隣接するデバイスチップ２１の間に間隔を設けたウェーハ１１に研削水を供給しつつ研削砥石５６でウェーハ１１の裏面１１ｂを研削し、仕上げ厚さまでウェーハ１１を薄化する第２研削ステップを実施する。
この第２研削ステップでは、図７に示すように、クランプ支持部材７４を第１位置から矢印Ａ方向に移動して第１位置から所定距離下方に移動した第２位置で固定する。これにより、フレームユニット１７のエキスパンドテープＴ１は半径方向に拡張され、隣接するデバイスチップ２１の間に５〜２０μｍ程度の、好ましくは１０〜１５μｍ程度の間隔が形成される。
第２研削ステップでは、第１研削ステップと同様に、チャックテーブル６６を矢印ａ方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール５２を矢印ｂ方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させると共に、研削水供給ノズル７６から研削水７８を供給しながら、研削ユニット送り機構６２を作動して、研削砥石５６をウェーハ１１の裏面１１ｂに接触させる。
そして、研削水供給ノズル７６から研削水７８を供給しながら、研削ホイール５２を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りしてウェーハ１１の裏面１１ｂを研削し、仕上げ厚さまでウェーハ１１を薄化する。
この第２研削ステップでは、フレームユニット１７の環状フレームＦがクランプ６８により引き落とされて、エキスパンドテープＴ１が半径方向に拡張されているため、上述したようにデバイスチップ２１の間に所定の間隔が形成される。
従って、デバイスチップ２１の間に侵入した研削屑が研削水７８によって洗い流され、デバイスチップ２１の側面に研削屑が残留するのを防止することができる。デバイスチップ２１の仕上げ厚さは、２０〜７５μｍ程度であり、好ましくは３０〜６０μｍ程度である。
仕上げ研削ステップを実施した後、ウェーハ１１の裏面１１ｂに接着フィルムであるダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）２５を装着すると共に、ＤＡＦ２５にダイシングテープＴ２を貼着し、ダイシングテープＴ２の外周部を環状フレームＦによって支持した後、ウェーハ１１の表面１１ａに貼着されていたエキスパンドテープＴ１を剥離するウェーハ転写ステップを実施する。ＤＡＦ２５を積層したダイシングテープをウェーハ１１の裏面１１ｂに貼着しても良い。
ウェーハ転写ステップを実施した後、デバイスチップ２１の間で露出したＤＡＦ２５にレーザービームを照射してＤＡＦ２５を破断する接着フィルム破断ステップを実施する。この接着フィルム破断ステップでは、図８に示すように、ウェーハ転写ステップを実施した後の環状フレームＦをクランプ２２でクランプして固定し、ウェーハ１１をダイシングテープＴ２を介してチャックテーブル２０で吸引保持し、ウェーハ１１の表面１１ａを露出させる。
そして、デバイスチップ２１の間で露出したＤＡＦ２５に集光器６からＤＡＦ２５に対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）のレーザービームを照射し、チャックテーブル２０を矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、ＤＡＦ２５を第１の方向に伸長する分割予定ライン１３に沿って破断する。
次いで、チャックテーブル２０を割り出し送りして、隣接する分割予定ライン１３に対応するデバイスチップ２１の間にレーザービームを照射し、チャックテーブル２０を矢印Ｘ２方向に加工送りすることにより、ＤＡＦ２５を破断する。
加工送り方向を交互にＸ１方向又はＸ２方向に変更しながら、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ＤＡＦ２５をレーザービームの照射により破断する。
次いで、チャックテーブル２０を９０°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に沿って同様なレーザービームを照射して、ＤＡＦ２５を第２の方向に伸長する分割予定ライン１３に沿って破断する。
接着フィルム破断ステップの加工条件は、例えば以下の通りに設定されている。
光源 ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４パルスレーザー
波長 ：３５５ｎｍ
出力 ：０．２Ｗ
繰り返し周波数 ：２００ｋＨｚ
加工送り速度 ：２００ｍｍ／ｓ
２ レーザービーム照射ユニット
４ レーザービーム発生ユニット
６ 集光器
８ レーザー発振器
１１ 半導体ウェーハ
１３ 分割予定ライン
１５ デバイス
１７ フレームユニット
１９ 改質層
２１ デバイスチップ
２３ 間隔
２５ ＤＡＦ
４０ 研削ユニット
５２ 研削ホイール
５６ 研削砥石
６６ チャックテーブル
６８ クランプ
７４ クランプ支持部材
７６ 研削水供給ノズル
７８ 研削水
Ｔ１ エキスパンドテープ
Ｆ 環状フレーム

Claims (2)

  1. 互いに交差する複数の分割予定ラインに区画された表面の各領域にそれぞれデバイスが形成されたウェーハの加工方法であって、
    環状フレームの開口を塞ぐエキスパンドテープにウェーハの表面を貼着しフレームユニットを形成するフレームユニット形成ステップと、
    該フレームユニットを構成するウェーハの裏面からウェーハに対して透過性を有する波長のレーザービームを照射し、ウェーハの内部の表面近傍に分割予定ラインに沿った改質層を形成する改質層形成ステップと、
    該フレームユニット形成ステップと該改質層形成ステップを実施した後、研削水を供給しつつウェーハの裏面を研削砥石で研削し、該改質層に沿ってウェーハを個々のデバイスチップに分割する第１研削ステップと、
    該第１研削ステップを実施した後、該エキスパンドテープを拡張して隣接する該デバイスチップの間に間隔を設けたウェーハに研削水を供給しつつ研削砥石でウェーハの裏面を研削し、仕上げ厚さまでウェーハを薄化する第２研削ステップと、
    を備えたことを特徴とするウェーハの加工方法。
  2. 該第２研削ステップを実施した後、ウェーハの裏面に接着フィルムを貼着すると共に該接着フィルムにダイシングテープを貼着し、該ダイシングテープの外周部を環状フレームによって支持し、ウェーハの表面に貼着された該エキスパンドテープを剥離するウェーハ転写ステップと、
    該ウェーハ転写ステップを実施した後、デバイスチップの間で露出した該接着フィルムにレーザービームを照射して該接着フィルムを破断する接着フィルム破断ステップと、を更に備えた請求項１記載のウェーハの加工方法。
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