JP2018026426A - ウェーハの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】デバイスチップの角に欠けが生じないようにウェーハを分割できるようにすること。【解決手段】ウェーハ（Ｗ）に対して透過性を有する波長のレーザービームをウェーハの裏面（Ｗ２）側から照射して第１のストリート（Ｌ１）及び第２のストリート（Ｌ２）に沿ってウェーハの内部に２層以上の改質層（Ｒ）を形成する。改質層の形成後、ウェーハの裏面から研削する研削動作により、改質層を起点としてウェーハを第１のストリート及び第２のストリートに沿ってデバイスチップ（ＤＣ）に分割する。改質層の形成において、第１ストリートにおけるウェーハ表面側の最下層の改質層を、隣接するデバイス毎に該第１ストリート内で第１ストリートに直交する方向にずらして形成する。これにより、隣接するデバイスチップの角同士が分割時に対角線上で擦れないようになる。【選択図】図６

Description

本発明は、ウェーハを複数のデバイスチップに分割するウェーハの加工方法に関する。

例えば、３００［μｍ］以上の比較的厚みがあるウェーハを切削ブレードでダイシングすると、裏面チッピングが大きくなるという問題がある。このため、レーザー加工と研削加工とを組み合わせたＳＤＢＧ（Stealth Dicing Before Grinding）を用いる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ＳＤＢＧでは、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ウェーハの分割予定ラインに沿って照射し、ウェーハの所定深さの位置に強度が低下した改質層を形成する。その後、ウェーハの裏面を研削することで、ウェーハが仕上げ厚みまで薄化されると共に、研削圧力によってウェーハが改質層を分割起点として個々のデバイスチップに分割される。

国際公開第２００３／０７７２９５号

しかしながら、ＳＤＢＧでウェーハの内部に改質層を形成後、個々のチップに分割するときに、チップの対角線方向に隣接するコーナー間に間隔がないためにチップのコーナー同士が擦れ合い、コーナーにおいて欠けが生じ易くなる、という問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、個々のデバイスチップの角に欠けが生じないようにウェーハを分割することができるウェーハの加工方法を提供することを目的とする。

本発明のウェーハの加工方法は、ウェーハ表面に第一方向に伸長する複数の第１ストリートと、第一方向と直交する第二方向に伸長する複数の第２ストリートとにより区画された各領域に複数のデバイスを備えたウェーハを分割するウェーハの加工方法であって、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ウェーハ裏面側から照射して、第１ストリート及び第２ストリートに沿ってウェーハの内部に２層以上の改質層を形成する改質層形成ステップと、改質層形成ステップを実施した後に、ウェーハの裏面から研削手段により研削し仕上げ厚みへと薄化するとともに改質層を起点としてウェーハを第１ストリート及び第２ストリートに沿って分割する分割ステップと、を備え、改質層形成ステップにおいては、隣接するデバイスチップの角同士が分割時に対角線上で擦れないように、少なくとも第１ストリートにおけるウェーハ表面側の最下層の改質層を、隣接するデバイス毎に第１ストリート内で第二方向にずらして形成すること、を特徴とする。

この構成によれば、改質層形成ステップにおいて、ウェーハ表面側の最下層の改質層を隣接するデバイス毎にストリート内でずらして非連続に形成するので、デバイスチップのチップの対角線方向に隣接する角間に間隔を形成することができる。これにより、分割ステップでデバイスチップの角同士が擦れ合うことが低減でき、角での欠けを減少することができる。

本発明によれば、デバイスチップの角に欠けが生じないようにウェーハを分割することができる。

本実施の形態に係る被加工物の概略斜視図である。 本実施の形態に係るレーザー加工装置の概略斜視図である。 本実施の形態の保持ステップを示す説明図である。 本実施の形態の改質層形成ステップを示す説明図である。 本実施の形態の改質層形成ステップを示す説明図である。 本実施の形態の改質層形成ステップを示す説明図である。 本実施の形態の改質層形成ステップを示す説明図である。 本実施の形態の分割ステップを示す説明図である。 本実施の形態の分割ステップを示す説明図である。 分割ステップ後のウェーハを表面側から見た部分拡大図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態のウェーハの加工方法について説明する。先ず、図１を参照して、本実施の形態のウェーハの加工方法によって加工されるウェーハについて説明する。図１は、本実施の形態に係るウェーハの概略斜視図である。

図１に示すように、ウェーハＷは、略円板状に形成されており、表面Ｗ１にはデバイス層ＷＡが設けられている。ウェーハＷの表面Ｗ１には、一方の方向に延びる第１のストリートＬ１と、第１のストリートＬ１と直交する方向に延びる複数の第２のストリートＬ２とが形成されている。これら第１、第２のストリートＬ１、Ｌ２に区画された領域には複数のデバイスＤが形成されている。また、ウェーハＷの表面には、デバイスＤを保護するための保護テープＴが貼着される。ウェーハＷは、図２に示すように、環状のリングフレームＦに張られた粘着シートＳに下面側が貼着され、リングフレームＦに保持される。

ウェーハＷは、例えば３００［μｍ］以上の厚みを有しており、レーザー加工と研削加工とを組み合わせたＳＤＢＧによって個々のデバイスチップに分割される。この場合、レーザー加工でウェーハＷ内に改質層が形成された後に、研削加工でウェーハＷが仕上げ厚みまで研削されつつ、改質層を分割起点としてウェーハＷが分割される。なお、ウェーハＷは、シリコン、ガリウム砒素等の半導体基板にＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイスが形成された半導体ウェーハでもよいし、サファイア、炭化ケイ素等の無機材料基板にＬＥＤ等の光デバイスが形成された光デバイスウェーハでもよい。

続いて、図２を参照して、本実施の形態のウェーハの加工方法に用いられるレーザー加工装置について説明する。図２は、本実施の形態に係るレーザー加工装置の概略斜視図である。なお、本実施の形態に係るレーザー加工装置は、図２に示す構成に限定されない。レーザー加工装置は、ウェーハに対して改質層を形成可能であれば、どのような構成でもよい。

図２に示すように、レーザー加工装置１０は、レーザー光線を照射するレーザー加工ユニット１２とウェーハＷを上面に保持した保持テーブル１３とを相対移動させて、ウェーハＷを加工するように構成されている。

レーザー加工装置１０は、直方体状の基台１１を有している。基台１１の上面には、保持テーブル１３をＸ軸方向（第一方向）に加工送りすると共に、Ｙ軸方向（第一方向に直交する第二方向）に割り出し送りするチャックテーブル移動機構１４が設けられている。チャックテーブル移動機構１４の後方には、立壁部１６が立設されている。立壁部１６の前面からはアーム部１７が突出しており、アーム部１７には保持テーブル１３に対向するようにレーザー加工ユニット１２が支持されている。

チャックテーブル移動機構１４は、保持テーブル１３とレーザー加工ユニット１２とを割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に相対移動する割り出し送り手段２０と、加工送り方向（Ｘ軸方向）に相対移動する加工送り手段２１とを備えている。

割り出し送り手段２０は、基台１１の上面に配置されたＹ軸方向に平行な一対のガイドレール２３と、一対のガイドレール２３にスライド可能に設置されたモータ駆動のＹ軸テーブル２４とを有している。Ｙ軸テーブル２４の下面側には、図示しないナット部が形成され、これらナット部にボールネジ２５が螺合されている。そして、ボールネジ２５の一端部に連結された駆動モータ２６が回転駆動されることで、Ｙ軸テーブル２４、加工送り手段２１及び保持テーブル１３がガイドレール２３に沿ってＹ軸方向に移動される。

加工送り手段２１は、Ｙ軸テーブル２４の上面に配置されたＸ軸方向に平行な一対のガイドレール３０と、ガイドレール３０を介して加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動可能な可動部３１とを備えている。可動部３１は、ガイドレール３０によってＸ軸方向のスライド移動がガイドされるＸ軸テーブル３２と、Ｘ軸テーブル３２の下部に設けられたリニアモータ（モータ）３３とを有している。リニアモータ３３は、ガイドレール３０間でＸ軸方向に沿って配置されたマグネットプレート３５に対向する電磁コイル（不図示）を備えている。電磁コイルは、例えば三相交流が移送をずらして順次通電され、Ｘ軸方向となる往復移動方向に沿ってリニアモータ３３自体及びＸ軸テーブル３２を移動させる移動磁界を形成する。なお、加工送り手段２１は上記に限定されるものでなく、例えば割り出し送り手段２０のように回転駆動されるボールネジを用いた構成に変更してもよい。

Ｘ軸テーブル３２の上面には、保持テーブル１３が保持されている。保持テーブル１３は、円板状に形成されており、θテーブル３８を介してＸ軸テーブル３２の上面に回転可能に設けられている。保持テーブル１３の上面には、ポーラスセラミックス材により吸着面が形成されている。保持テーブル１３の周囲には、支持アームを介して４つのクランプ部３９が設けられている。４つのクランプ部３９がエアアクチュエータ（不図示）により駆動されることで、ウェーハＷの周囲のリングフレームＦが四方から挟持固定される。

レーザー加工ユニット１２は、アーム部１７の先端に設けられたレーザービーム照射手段としての加工ヘッド４０を有している。アーム部１７及び加工ヘッド４０内には、レーザー加工ユニット１２の光学系が設けられている。加工ヘッド４０は、不図示の発振器から発振されたレーザービームを集光レンズによって集光し、保持テーブル１３上に保持されたウェーハＷにレーザービームを照射してレーザー加工する。この場合、レーザービームは、ウェーハＷに対して透過性を有する波長であり、光学系においてウェーハＷの内部に位置づけられるように調整される。

このレーザービームの照射によりウェーハＷの内部に分割起点となる改質層Ｒ（図４参照）が形成される。改質層Ｒは、レーザービームの照射によってウェーハＷの内部の密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲と異なる状態となり、周囲よりも強度が低下する領域のことをいう。改質層Ｒは、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域であり、これらが混在した領域でもよい。加工ヘッド４０から照射されるレーザービームは、改質層Ｒを形成する集光位置の高さを制御可能となっている。

レーザー加工装置１０には、装置各構成要素を統括制御する制御手段５１が設けられている。制御手段５１は各種処理を実行するプロセッサで構成される。制御手段５１には、図示省略した各種検出器からの検出結果が入力される。制御手段５１からは、駆動モータ２６、リニアモータ３３、加工ヘッド４０等に制御信号を出力する。

以下、図３乃至図９を参照して、ウェーハの加工方法について説明する。図３は本実施の形態の保持ステップ、図４乃至図７は本実施の形態の改質層形成ステップ、図８及び図９は分割ステップの説明図をそれぞれ示している。なお、本実施の形態では、ウェーハの加工方法をＳＤＢＧに適用した一例について説明するが、ウェーハの内部に改質層を起点に分割する他の工法に適用することが可能である。

図３に示すように、先ず保持ステップが実施される。保持ステップでは、保護テープＴが貼着されたウェーハＷが保持テーブル１３上に保護テープＴを介して吸着保持される。

図４に示すように、保持ステップが実施された後には改質層形成ステップが実施される。改質層形成ステップでは、先ず保持テーブル１３が移動、回転されることで、例えば第１のストリートＬ１がＸ軸方向（第一方向）と平行となって伸長し、第２のストリートＬ２がＹ軸方向（第二方向）と平行となって伸長するようにウェーハＷが位置付けられる。次いで、保持テーブル１３上のウェーハＷに対し、加工ヘッド４０がＸ軸方向と平行となる第１のストリートＬ１に位置付けられる。その後、ウェーハＷの裏面Ｗ２側にレーザービームが照射されながら、保持テーブル１３及び加工ヘッド４０がＸ軸方向と平行に相対移動（加工送り）される。これにより、第１のストリートＬ１に沿ってレーザービームが照射され、ウェーハＷの内部に第１のストリートＬ１に沿った改質層Ｒが形成される。

対象の第１のストリートＬ１に沿って改質層Ｒを形成した後には、レーザービームの照射が停止され、保持テーブル１３と加工ヘッド４０とがＹ軸方向に第１のストリートＬ１の間隔に対応して相対移動（割り出し送り）される。これにより、加工ヘッド４０を、対象の第１のストリートＬ１に隣接する第１のストリートＬ１に合わせることができる。

続いて、隣接する第１のストリートＬ１に沿って同様の改質層Ｒが形成される。この動作を繰り返し、Ｘ軸方向に伸びる全ての第１のストリートＬ１に沿って改質層Ｒが形成され、その後、保持テーブル１３を回転軸の周りに９０°回転させて、Ｙ軸方向に伸びる第２のストリートＬ２（図５参照）に沿って改質層Ｒが形成される。

改質層Ｒでは、レーザービームの波長に基づくパルスピッチ毎に改質が行われ、断面視で縦長の改質層が加工送り方向（Ｘ軸方向）に連続して並ぶように形成される。レーザービームによる改質層Ｒの形成は、ウェーハＷの内部に２層以上の改質層Ｒを形成するよう、後述するように２回以上繰り返し行われる。

図６は、改質層形成ステップでの１層目の改質層の形成要領についての説明図であり、図６Ａは、図５のａ部拡大図である。改質層形成ステップにおいて、２層以上の改質層Ｒを形成する際、図６Ａに示すように、第１のストリートＬ１における１層目の改質層Ｒ１は、Ｘ軸方向と平行となるものの一直線上に位置せずに非連続で形成される。第１のストリートＬ１における改質層Ｒ１の形成は、先ず加工ヘッド４０（図４参照）の第１のストリートＬ１への位置付けにおいて、例えば、Ｙ軸方向の位置が図６Ｂの位置Ｙ１に位置付けられ、Ｚ軸方向の位置が図６Ｂの位置Ｒ１となるよう集光点が設定される。そして、ウェーハＷの加工送りにおいて、Ｘ軸方向に１つのデバイスＤおきにレーザービームの照射と照射停止とが繰り返される。これにより、第１のストリートＬ１内のＹ軸方向位置Ｙ１において、Ｘ軸方向に隣接するデバイスＤ毎に、改質層Ｒが形成される領域と形成されない領域とが交互に設けられるようになる。

Ｙ軸方向位置Ｙ１に改質層Ｒ１が形成された後、集光点が第１のストリートＬ１内でＹ軸方向に間隔ｓ１分移動し、Ｙ軸方向位置Ｙ２に集光点が設定されるようにウェーハＷが割り出し送りされる。その後、ウェーハＷがＸ軸方向に加工送りされながら、Ｙ軸方向位置Ｙ１にて改質層Ｒが形成されていない第１のストリートＬ１内の領域で、Ｙ軸方向位置Ｙ２にてレーザービームが照射される。従って、このレーザービームの照射においても、Ｘ軸方向に１つのデバイスＤおきにレーザービームの照射と照射停止とが繰り返される。言い換えると、Ｙ軸方向位置Ｙ２においても、Ｘ軸方向に隣接するデバイスＤ毎に、改質層Ｒ１が形成される領域と形成されない領域とが交互に設けられるようになる。これにより、Ｙ軸方向位置Ｙ１に形成された改質層Ｒ１とＹ軸方向位置Ｙ２に形成された改質層Ｒ１とを併せ、Ｘ軸方向に隣接するデバイスＤ毎に、第１のストリートＬ１内でＹ軸方向に間隔ｓ１分ずらして改質層Ｒ１が形成される。

また、第１のストリートＬ１での改質層Ｒ１の形成において、第２のストリートＬ２に形成される改質層Ｒ１を挟む位置にて、間隔ｓ２となる領域で改質層Ｒ１が非形成となる。言い換えると、第１のストリートＬ１の延出方向に連続して形成されずに断続的に形成される。ここで、間隔ｓ１にあっては、第１のストリートＬ１に収まる範囲であれば、広い方が好ましい。改質層Ｒ１の形成位置となるＹ軸方向位置Ｙ１、Ｙ２は、第１のストリートＬ１の幅方向中心から同一距離とすることが好ましく、間隔ｓ１を１０〜４０［μｍ］とし、第１のストリートＬ１の幅方向中心からＹ軸方向位置Ｙ１、Ｙ２までの距離を５〜２０［μｍ］とすることが例示できる。また、間隔ｓ２にあっては、第２のストリートＬ２の幅方向中心を中心とすることが好ましく、２０［μｍ］とすることが例示できる。

上記のようにして１層目の改質層Ｒ１が、Ｘ軸方向に伸びる全ての第１のストリートＬ１に沿って形成された後、上述したようにＹ軸方向に伸びる第２のストリートＬ２に沿って１層目の改質層Ｒ１が形成される。第２のストリートＬ２の改質層Ｒ１は、図示したように第２のストリートＬ２の幅方向中心位置にて連続した直線状に形成される。

図６Ｂは、図６Ａのｂ−ｂ線断面図であり、図６Ｃは、図６Ａのｃ−ｃ線断面図である。図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、１層目の改質層Ｒ１は、ウェーハＷの表面Ｗ１側にて最下層として形成される。

図７は、改質層形成ステップでの２層目以降の改質層の形成要領についての説明図である。図７Ａは、図５のａ部拡大図であり、図７Ｂは、図７Ａのｄ−ｄ線断面図であり、図７Ｃは、図７Ａのｅ−ｅ線断面図である。図７Ｂ及び図７Ｃに示すように、２層目の改質層Ｒ２の形成位置は、１層目の改質層Ｒ１の裏面Ｗ２側（上側）に所定距離離隔させた位置に設定され、３層目の改質層Ｒ３の形成位置は、２層目の改質層Ｒ２の裏面Ｗ２側に所定距離離隔させた位置に設定される。従って、本実施の形態では３層の改質層Ｒ１〜Ｒ３を形成したが、４層以上の改質層を形成する場合には、直前に形成された改質層より裏面Ｗ２側に所定距離離隔させた位置に形成される。

図７Ａに示すように、第１のストリートＬ１における２層目及び３層目の改質層Ｒ２、Ｒ３は、第１のストリートＬ１の幅方向中心位置にて、第１のストリートＬ１の延在方向に連続した直線状に形成される。また、第２のストリートＬ２における２層目及び３層目の改質層Ｒ２、Ｒ３においても、第２のストリートＬ２の幅方向中心位置にて、第２のストリートＬ２の延在方向に連続した直線状に形成される。これにより、ウェーハＷの表面Ｗ１側から裏面Ｗ２側に渡って３層の改質層Ｒ１〜Ｒ３が形成され、これら改質層Ｒ１〜Ｒ３によって、ウェーハＷの内部に各ストリートＬ１、Ｌ２に沿った分割起点が形成される。

図８及び図９に示すように、改質層形成ステップが実施された後には分割ステップが実施される。分割ステップでは、研削装置６０のチャックテーブル６１上に保護テープＴを介してウェーハＷが保持される。研削ホイール（研削手段）６２が回転しながらチャックテーブル６１に近づけられ、研削ホイール６２とウェーハＷの裏面Ｗ１とが回転接触することでウェーハＷが仕上げ厚みへと薄化されるよう研削される。この研削動作により研削ホイール６２から研削圧力が改質層Ｒ１〜Ｒ３に作用して、改質層Ｒ１〜Ｒ３を起点としてウェーハＷの厚さ方向にクラックが伸長する。これにより、ウェーハＷが第１のストリートＬ１及び第２のストリートＬ２に沿って分割され、個々のデバイスチップＤＣ（図８では不図示）が形成される。

図１０は、分割ステップ後のウェーハを表面側から見た部分拡大図である。図１０に示すように、ウェーハＷを表面Ｗ１側において、Ｙ軸方向に隣接するデバイスチップＤＣの角（コーナー）Ｃ同士は略同じ位置に配置される一方、Ｘ軸方向に隣接するデバイスチップＤＣの角Ｃ同士はＹ軸方向に間隔ｓ２離れて位置する。デバイスチップＤＣの対角線方向で隣接するデバイスチップＤＣの角Ｃ同士は同じ位置にならずに離れて位置することとなる。このように角Ｃ同士が離れて位置するので、分割ステップにおいて隣接するデバイスチップＤＣの角同士が対角線上で擦れないようにすることができる。ここで、例えば、特に各ストリートＬ１、Ｌ２がウェーハＷの劈開方位に対して４５°傾いた方向に形成されているウェーハＷを用いる場合、研削圧力等によって分割時にデバイスチップＤＣの対角線方向に欠けが生じ易くなる。本実施の形態では、かかる対角線方向で隣接するデバイスチップＤＣの角Ｃ同士が離れて擦れないので、結晶方向が上記のように傾いていても、角Ｃの欠けやクラックが発生することを防止することができる。これにより、各ストリートＬ１、Ｌ２に沿ってウェーハＷを個々のデバイスチップＤＣに良好に分割することができる。

更に、第１のストリートＬ１の１層目の改質層Ｒ１について、上述した間隔ｓ２となる改質層Ｒ１の非形成領域を設けたので、隣接するデバイスチップＤＣの角同士が対角線上で擦れることをより効果的に防止することができる。

また、本実施の形態では、第２のストリートＬ２に形成される改質層Ｒが第２のストリートＬ２の幅方向中心位置に形成されるので、デバイスＤの図１０中上端及び下端と、これらに隣接するデバイスチップＤＣの上端及び下端との距離は概略同一となる。従って、デバイスＤに電気的な接続を行うためのパッド等は、デバイスチップＤＣの上下両端に沿って形成した方が、上端での実装と下端での実装とを同様に行えるようにして作業性を良好に保つことができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状、方向などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記実施の形態では、第１のストリートＬ１の１層目の改質層Ｒ１について隣接するデバイスＤ毎に非連続となるように形成したが、第２のストリートＬ２についても同様に非連続に形成してもよい。この場合においても、デバイスＤの対角線方向で隣接する角Ｃ同士が離れるようにすることができる。なお、デバイスＤにおいて、ボンディングパッドが第１のストリートＬ１及び第２のストリートＬ２の一方だけに沿う位置に形成される場合、ボンディングパッドが形成されていない方のストリートＬ１、Ｌ２で上述のように非連続となる改質層Ｒを形成して分割する。これにより、ボンディングパッドとデバイスチップの外縁との距離が一定となり、ボンディングパッドからのボンディング位置等の処理条件に変更を加えることなくボンディングすることが可能となる。

以上説明したように、本発明は、分割後のデバイスチップにクラックや欠けを生じさせることなく、ウェーハを良好に分割できるという効果を有し、特に、半導体ウェーハや光デバイスウェーハを個々のチップに分割するウェーハの加工方法に有用である。

１０ レーザー加工装置
１３ 保持テーブル
５１ 制御手段
Ｃ 角
Ｄ デバイス
ＤＣ デバイスチップ
Ｌ１ 第１のストリート
Ｌ２ 第２のストリート
Ｒ 改質層
Ｗ ウェーハ
Ｗ１ 表面
Ｗ２ 裏面

Claims (1)

1. ウェーハ表面に第一方向に伸長する複数の第１ストリートと、該第一方向と直交する第二方向に伸長する複数の第２ストリートとにより区画された各領域に複数のデバイスを備えたウェーハを分割するウェーハの加工方法であって、
   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ウェーハ裏面側から照射して、該第１ストリート及び該第２ストリートに沿ってウェーハの内部に２層以上の改質層を形成する改質層形成ステップと、
   該改質層形成ステップを実施した後に、ウェーハの裏面から研削手段により研削し仕上げ厚みへと薄化するとともに前記改質層を起点としてウェーハを該第１ストリート及び該第２ストリートに沿って分割する分割ステップと、を備え、
   該改質層形成ステップにおいては、隣接するデバイスチップの角同士が分割時に対角線上で擦れないように、少なくとも該第１ストリートにおけるウェーハ表面側の最下層の改質層を、隣接するデバイス毎に該第１ストリート内で該第二方向にずらして形成すること、を特徴とするウェーハの加工方法。
   

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