JP2019016731A - ウェーハの加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属バンプを有するデバイス領域と外周余剰領域とを有するウェーハを、ダイシングテープ越しに裏面側からレーザービームを照射して、デバイス領域に一様な改質層を形成可能なウェーハの加工方法を提供する。【解決手段】ウェーハ11の表面側からレーザービームを照射してアブレーション加工により外周余剰領域の内周に沿った環状溝29と分割予定ライン17に沿ったレーザー加工溝を形成し、ウェーハの表面側をチャックテーブル24で保持し、ウェーハの裏面側からレーザービームLB2を照射してウェーハの内部に環状溝に位置合わせされた環状改質層35を形成し、環状改質層をウェーハの内部に形成すると、環状改質層から環状溝方向にクラック37が伸び、ウェーハが外周余剰領域とデバイス領域とに分割され、その後、ウェーハの裏面側からダイシングテープ越しにレーザービームを照射し、分割予定ラインに沿った改質層をウェーハ内部に形成する。【選択図】図5
Description
本発明は、レーザービームの照射によりウェーハを個々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。
半導体デバイスチップをマザーボードに実装するには、半導体デバイスチップの電極とマザーボードの電極とをワイヤーボンディングにより接続するのが一般的であるが、最近は半導体デバイスの表面に銅等で形成されたボール状の金属バンプを電極として、半導体デバイスチップを反転して金属バンプをマザーボードの電極に接続するフリップチップボンディングも盛んに用いられている。
半導体ウェーハを個々のデバイスチップに分割する方法としては、切削ブレードで切削する方法以外にも、レーザービームによる分割加工が知られている。切削ブレードによる切削では、ウェーハから剥離してしまう恐れがある層間絶縁膜としての低誘電率絶縁膜(Low−k膜)も、レーザービームのアブレーション加工で確実に分割できる。
更に、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に照射して、ウェーハ内部に破断起点となる改質層を形成した後、ウェーハに外力を付与してウェーハを個々のデバイスチップに分割する加工方法も知られている。
特開2011−187479号広報では、ウェーハに対して吸収性を有する波長のレーザービームをウェーハの表面側から分割予定ラインに沿って照射してレーザー加工溝を形成した後、ウェーハの裏面側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た後、ウェーハに外力を付与して表面にLow−k膜を有するウェーハを個々のデバイスチップに分割する方法が開示されている。
このようなウェーハの表裏面をレーザービームで加工する方法で、電極バンプ付きのウェーハの内部に改質層を形成する際、電極バンプの高さによってチャックテーブルの保持面から浮いた外周余剰領域が、ダイシングテープの引き落としによって垂れ下がり、改質層ができる位置(深さ方向)が変わってしまい、破断不良が発生するという課題がある。
これを防ぐため、樹脂やゴム等の環状弾性部材でウェーハの外周余剰領域を支持しながらダイシングテープ越しにウェーハの裏面からレーザービームを照射するための専用のチャックテーブルが特開2017−050461号広報に開示されている。
しかし、電極バンプの高さはデバイスによって僅かながらも違いがあり、1種類の環状弾性部材の高さではウェーハ全面を平坦に支持するのは難しい。特に、電極バンプと相違する高さの環状弾性部材によってウェーハが支持された場合、ウェーハの外周余剰領域は僅かに湾曲したりして、改質層をウェーハ全面で一様の深さに形成できなくなり、ウェーハの破断不良が発生してしまうという問題がある。
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、各デバイスが金属バンプを有するデバイス領域と該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを表面に有するウェーハを、ダイシングテープ越しにウェーハの裏面側からレーザービームを照射して、デバイス領域に一様な改質層を形成可能な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、表面に積層された機能層が格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画され、区画された複数の領域に複数の電極バンプを有するデバイスがそれぞれ形成されたデバイス領域と、該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを表面に備える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ように外周部が該環状フレームに装着されたダイシングテープにウェーハの裏面が貼着された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のウェーハを該ダイシングテープを介してレーザー加工装置のチャックテーブルの保持面で保持する第1保持ステップと、該第1保持ステップで保持したウェーハに、ウェーハに対して吸収性を有する波長の第1のレーザービームをウェーハの表面側から照射し、該分割予定ラインに沿った直線溝と、該外周余剰領域の内周に沿った環状溝とをウェーハの表面に形成するレーザー加工溝形成ステップと、該レーザー加工溝形成ステップを実施した後、該フレームユニットを、ウェーハの表面側を該保持面に対面させて該チャックテーブルで保持する第2保持ステップと、該第2保持ステップで保持したウェーハに、ウェーハと該ダイシングテープに対して透過性を有する波長の第2のレーザービームを、該環状溝に沿って該ダイシングテープ越しに照射し、ウェーハの内部に環状の破断起点となる環状改質層を形成する環状改質層形成ステップと、該環状改質層から該環状溝に伸びるクラックでウェーハの該外周余剰領域と該デバイス領域とを該ダイシングテープに貼着したまま分割する外周余剰領域分割ステップと、該外周余剰領域が分割されたウェーハの該デバイス領域に、該第2のレーザービームを該ダイシングテープ越しに照射し、該分割予定ラインに沿った改質層をウェーハの内部に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、該ダイシングテープを介してウェーハに外力を付与し、ウェーハの該デバイス領域を個々のデバイスチップに分割する分割ステップと、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保持ステップを実施した後、該環状改質層形成ステップを実施する前に、赤外線カメラでウェーハの該環状溝を検出し、該環状改質層を形成するために該第2のレーザービームを照射する位置を該環状溝に合わせて設定する環状溝検出ステップを更に備える。
本発明のウェーハの加工方法では、チャックテーブルでウェーハの表面側を吸引保持し、ウェーハの裏面に貼着されたダイシングテープ越しにレーザービームをウェーハに照射して内部に改質層を形成する際、外周余剰領域の撓みを抑えるため、外周余剰領域をデバイス領域から分離する環状溝と該環状溝に位置合わせされた環状の改質層を形成する。
これにより、環状の改質層から伸びるクラックが環状溝に到達して、ウェーハが外周余剰領域とデバイス領域とに分離され、外周余剰領域の撓みによる影響がなくなり、平坦に保持されたデバイス領域に深さ方向一様な位置に改質層を形成することができる。
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は本発明実施形態に係るウェーハの加工方法を実施するのに適したレーザー加工装置2の概略構成図を示している。レーザー加工装置2は、静止基台4上に搭載されたY軸方向に伸長する一対のガイドレール6を含んでいる。
Y軸移動ブロック8は、ボールねじ10及びパルスモータ12とから構成されるY軸送り機構(Y軸送り手段)14により割り出し送り方向、即ちY軸方向に移動される。Y軸移動ブロック8上には、X軸方向に伸長する一対のガイドレール16が固定されている。
X軸移動ブロック18は、ボールねじ20及びパルスモータ22とから構成されるX軸送り機構(X軸送り手段)28により、ガイドレール16に案内されて加工送り方向、即ちX軸方向に移動される。
X軸移動ブロック18上には円筒状支持部材30を介してチャックテーブル24が搭載されている。チャックテーブル24には、図3に示す環状フレームFをクランプする複数(本実施形態では4個)のクランプ26が配設されている。
ベース4の後方にはコラム32が立設されている。コラム32には、レーザービーム照射ユニット34のケーシング36が固定されている。ケーシング36中には、YAGレーザー発振器等を含んだレーザービーム発振手段が収容されており、ケーシング36の先端にはレーザービームを加工すべきウェーハ上に集光する集光器(レーザーヘッド)38が装着されている。
レーザービーム照射ユニット34のケーシング36の先端には、チャックテーブル24に保持されたウェーハ11を撮像する撮像ユニット40が装着されている。撮像ユニットは赤外光に対応した撮像素子を備えている。集光器38と撮像ユニット40はX軸方向に整列して配設されている。
図2を参照すると、本発明実施形態に係るウェーハの加工方法で加工するのに適した半導体ウェーハ(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は、シリコン等から形成された基板13の表面に機能層15が積層されており、機能層15には格子状に形成された複数の分割予定ライン17で区画された複数の領域に複数の電極バンプ21を有するデバイス19がそれぞれ形成されている。半導体ウェーハ11は、複数のデバイス19が形成されたデバイス領域23と、デバイス領域23を囲繞する外周余剰領域25をその表面11aに有している。
本発明実施形態のウェーハの加工方法を実施するのにあたり、図3に示すように、環状フレームFの開口を塞ぐように外周部が環状フレームFに装着されたダイシングテープTにウェーハ11の裏面を貼着して、フレームユニット27を形成し、フレームユニット27の形態でレーザー加工装置2に投入される。
フレームユニット27を形成した後、図4(A)に示すように、フレームユニット27のウェーハ11をダイシングテープTを介してレーザー加工装置2のチャックテーブル24で保持する第1保持ステップを実施する。
第1保持ステップでは、ウェーハ11をチャックテーブル24で保持した後、ウェーハ11のエッジの座標を3点以上検出し、ウェーハ11の中心位置を検出した後、予め登録されたチャックテーブル24の保持面の中心座標にウェーハ11の中心を合わせるよう置き直してウェーハ11をチャックテーブル24で保持してもよい。
そして、第1保持ステップで保持したウェーハ11に、ウェーハ11に対して吸収性を有する波長(例えば355nm)の第1のレーザービームLB1をウェーハ11の表面11a側から照射し、チャックテーブル24を矢印R方向に回転することにより、ウェーハ11の外周余剰領域25に沿った環状溝29を形成する。
次いで、図4(B)に示すように、第1のレーザービームLB1をウェーハ11の表面11a側から分割予定ライン17に沿って照射し、チャックテーブル24を矢印X方向に加工送りすることにより、アブレーション加工により直線状のレーザー加工溝31を分割予定ライン17に沿って形成する。
チャックテーブル24を矢印Y方向に分割予定ラインのピッチずつ割り出し送りして、第1の方向に伸長する全ての分割予定ライン17に沿って直線状のレーザー加工溝31を形成する。
次いで、チャックテーブル24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17に沿って同様な直線状のレーザー加工溝31をアブレーション加工により形成する。
上述した実施形態では、環状溝29を形成してから、直線状のレーザー加工溝31を形成しているが、この順序を逆にしてもよい。環状溝形成ステップと直線状のレーザー加工溝形成ステップとを総称して、本明細書ではレーザー加工溝形成ステップと称することにする。
レーザー加工溝形成ステップを実施した後、図5に示すように、フレームユニット27の表裏を反転し、フレームユニット27のウェーハ11の表面11aをチャックテーブル24の吸引保持部24aに対面させ、ウェーハ11の表面11a側を保護するシート部材33を介してウェーハ11をチャックテーブル24で吸引保持し、フレームユニット27の環状フレームFをチャックテーブル24のクランプ26でクランプして固定する(第2保持ステップ)。
次いで、撮像ユニット40の赤外線撮像素子でダイシングテープTを介してウェーハ11の外周余剰領域25を撮像し、環状溝29を検出する。環状溝29の位置に合わせてウェーハ11及びダイシングテープT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LB2を集光器38からダイシングテープT越しに照射して、チャックテーブル24を低速で回転させることにより、ウェーハ11の内部に環状溝29に位置合わせされた破断起点となる環状改質層35を形成する。
ウェーハ11の中心をチャックテーブル24の保持面の中心に合わせて保持して環状溝29を形成した場合、ウェーハ11に環状改質層35を形成する際も、ウェーハ11の中心をチャックテーブル24の保持面の中心に合わせて保持して改質層35を形成するのが好ましい。
ウェーハ11の内部に環状改質層35が形成されると、図5の部分拡大図に示すように、環状改質層35からクラック37が環状溝29方向に伸び、図6に示すように、外周余剰領域25とデバイス領域23は分割線39に沿ってダイシングテープTに貼着されたまま分割又は分離される(外周余剰領域分割ステップ)。
外周余剰領域分割ステップを実施した後、外周余剰領域25が分割されたウェーハ11のデバイス領域23に、第2のレーザービームLB2をダイシングテープT越しに分割予定ライン17に沿って照射し、チャックテーブル24を矢印X1方向に加工送りすることにより、分割予定ライン17に沿った改質層41をウェーハ11の内部に形成する(改質層形成ステップ)。
この改質層形成ステップを、チャックテーブル24を加工送り方向X1に直交するY軸方向に分割予定ライン17のピッチずつ割り出し送りしながら、第1の方向に伸長する全ての分割予定ライン17に沿ってウェーハ11の内部に改質層41を形成する。
次いで、チャックテーブル24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17に沿ってウェーハ11の内部に同様な改質層41を形成する。
次いで、図7及び図8を参照して、バンプ付きウェーハ専用のチャックテーブル24Aを使用して実施する第2実施形態の環状改質層形成ステップおよび改質層形成ステップについて説明する。
図7及び図8の部分拡大図に示されるように、ウェーハ11の外周余剰領域25は電極バンプ17の高さに対応してチャックテーブル24の上面から突出して配設された外周余剰領域支持部としての環状弾性部材46に当接している。環状弾性部材46はチャックテーブル24Aに固定された環状支持部材44で支持されている。
このような構造を有するチャックテーブル24Aによると、ウェーハ11の電極バンプ17側を吸引保持部24aの保持面で保持し、環状弾性部材46で外周余剰領域25を支持することで、環状弾性部材46でウェーハ11と吸引保持部24aの保持面との間をシールするので、十分に負圧を確保することができるため、電極バンプ17を備えるウェーハ11のデバイス領域23を電極バンプ17側から安定して保持することができる。
また、シート部材33を用いてウェーハ11の表面11aを保護するので、ウェーハ11を吸引保持する際ウェーハ11の表面11aを十分に保護することができる。しかし、電極バンプ17の高さがデバイスの種類によって変更されると、環状保持部材46と電極バンプの間に高低差が発生し、例えば、図7に示すように環状弾性部材の方が電極バンプより高くなってウェーハの外周が撓んでしまうが、外周余剰領域分割ステップを実施することにより、ウェーハの外周の撓みが問題となることはない。
図7及び図8に示すチャックテーブル24Aを使用した第2実施形態でも、上述した第1実施形態と同様に、環状改質層形成ステップ、外周余剰領域分割ステップ及び改質層形成ステップを同様に実施することができる。これにより、ウェーハの外周が撓んでデバイス領域の外周も高さが変わるということが無く、デバイス領域の外周縁まで適切な高さに改質層を形成できる。
環状改質層形成ステップ、外周余剰領域分割ステップ及び改質層形成ステップを実施した後、ダイシングテープTを介してウェーハ11に外力を付与し、ウェーハ11のデバイス領域23を個々のデバイスチップに分割する分割ステップを実施する。
この分割ステップでは、図9(A)に示すように、分割拡張装置50の外筒52でフレームユニット27の環状フレームFを支持し、クランプ56で環状フレームFをクランプして固定する。そして、環状フレームFの開口より小さくウェーハ11の外径より大きい直径を有する円筒状押圧部材54の上端をダイシングテープTに当接させる。
次いで、図9(B)に示すように、円筒状押圧部材54を矢印A方向に突き上げて、ウェーハ11が貼着されたダイシングテープTを半径方向に拡張し、ウェーハ11を改質層41が形成された分割予定ライン17に沿って個々のデバイスチップ43に分割すると共に、各チップ間に間隙を形成する。
上述した実施形態では、フレームユニット27の環状フレームFをチャックテーブル24のクランプ26でクランプして引き落とす際、外周余剰領域25の撓みを抑えるため、外周余剰領域25をデバイス領域23から分離するレーザー加工溝29と環状の改質層35を形成する。環状の外周余剰領域が拡張を抑制することを防ぐため、外周余剰領域を分割するような改質層を例えば東西南北の方向に形成してもよい。
これにより、環状の改質層35から伸びるクラック37が環状のレーザー加工溝29に達し、ウェーハ11が外周余剰領域25とデバイス領域23とに分離され、外周余剰領域25の撓みによる影響がなくなり、チャックテーブル24により平坦に保持されたデバイス領域23にウェーハの深さ方向に一様の改質層を形成することができ、ウェーハ11に外力を付与して分割ステップを実施することにより、ウェーハ11を個々のデバイスチップ43に確実に分割することができる。
11 半導体ウェーハ
15 機能層
17 分割予定ライン
19 デバイス
21 電極バンプ
23 デバイス領域
24,24A チャックテーブル
25 外周余剰領域
27 フレームユニット
29 環状溝
31 直線状のレーザー加工溝
33 シート部材
35 環状改質層
37 クラック
38 集光器
40 撮像ユニット
41 改質層
43 チップ
15 機能層
17 分割予定ライン
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21 電極バンプ
23 デバイス領域
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29 環状溝
31 直線状のレーザー加工溝
33 シート部材
35 環状改質層
37 クラック
38 集光器
40 撮像ユニット
41 改質層
43 チップ
Claims (2)
- 表面に積層された機能層が格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画され、区画された複数の領域に複数の電極バンプを有するデバイスがそれぞれ形成されたデバイス領域と、該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを表面に備える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ように外周部が該環状フレームに装着されたダイシングテープにウェーハの裏面が貼着された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のウェーハを該ダイシングテープを介してレーザー加工装置のチャックテーブルの保持面で保持する第1保持ステップと、
該第1保持ステップで保持したウェーハに、ウェーハに対して吸収性を有する波長の第1のレーザービームをウェーハの表面側から照射し、該分割予定ラインに沿った直線溝と、該外周余剰領域の内周に沿った環状溝とをウェーハの表面に形成するレーザー加工溝形成ステップと、
該レーザー加工溝形成ステップを実施した後、該フレームユニットを、ウェーハの表面側を該保持面に対面させて該チャックテーブルで保持する第2保持ステップと、
該第2保持ステップで保持したウェーハに、ウェーハと該ダイシングテープに対して透過性を有する波長の第2のレーザービームを、該環状溝に沿って該ダイシングテープ越しに照射し、ウェーハの内部に環状の破断起点となる環状改質層を形成する環状改質層形成ステップと、
該環状改質層から該環状溝に伸びるクラックでウェーハの該外周余剰領域と該デバイス領域とを該ダイシングテープに貼着したまま分割する外周余剰領域分割ステップと、
該外周余剰領域が分割されたウェーハの該デバイス領域に、該第2のレーザービームを該ダイシングテープ越しに照射し、該分割予定ラインに沿った改質層をウェーハの内部に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、該ダイシングテープを介してウェーハに外力を付与し、ウェーハの該デバイス領域を個々のデバイスチップに分割する分割ステップと、
を備えたことを特徴とするウェーハの加工方法。 - 該第2保持ステップを実施した後、該環状改質層形成ステップを実施する前に、赤外線カメラでウェーハの該環状溝を検出し、該環状改質層を形成するために該第2のレーザービームを照射する位置を該環状溝に合わせて設定する環状溝検出ステップ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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