JP2019016731A - ウェーハの加工方法 - Google Patents

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。

特開２０１１−１８７４７９号公報 特開２０１７−０５０４６１号公報

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。

レーザー加工装置の斜視図である。 各デバイスが複数の電極バンプを有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。 図４（Ａ）はアブレーションによる環状溝形成ステップを示す斜視図、図４（Ｂ）はアブレーションによる直線状のレーザー加工溝形成ステップを示す斜視図である。 環状改質層形成ステップを示す断面図である。 改質層形成ステップを示す断面図である。 環状改質層形成ステップの第２実施形態を示す断面図である。 改質層形成ステップの第２実施形態を示す断面図である。 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

Claims (2)

1. 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。
2. 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。