JP2019024038A - ウェーハの加工方法 - Google Patents

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哲一 杉谷
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Abstract

【課題】チップの取り数を増やすことができるウェーハの加工方法を提供する。
【解決手段】ウェーハの加工方法は、レーザビーム照射ステップを実施してウェーハＷの内部に分割予定ラインＬに沿った改質層Ｓを形成するとともに改質層ＳからウェーハＷの表面Ｗａに至るデバイス層２を分断するクラック３を伸長させるように構成したため、ウェーハＷの表面Ｗａ側に切削溝を形成することなく、ウェーハＷの内部に生じたクラック３によって各デバイス層２に分断できる。これにより、分割予定ラインＬの幅を大きく設定する必要がなく、チップＣの取り数を増やすことができ、チップＣの生産性が向上する。レーザビーム照射ステップ実施後は、切削ブレード６１によりウェーハＷの裏面Ｗｂ側から切削して切削溝Ｍを形成するとともに改質層Ｓを除去するため、チップＣに改質層Ｓが残存することはなく、チップＣの抗折強度が向上する。
【選択図】図７

Description

本発明は、基板と、該基板の表面で交差する複数の分割予定ラインによって区画された各領域にそれぞれデバイスが形成されたデバイス層と、を有したウェーハの加工方法に関する。
ウェーハを個々のデバイスに分割する方法として、例えば、分割予定ラインに沿ってウェーハの内部にレーザビームを照射することにより、ウェーハの内部に改質層を形成し、その後、分割予定ラインに沿って外力を加えて改質層を起点にウェーハを分割する方法がある（例えば、下記の特許文献１を参照）。ウェーハに外力を加える装置としては、エキスパンドテープを介して環状のフレームに支持されたウェーハを面方向に拡張することができる拡張装置がある（例えば、下記の特許文献２を参照）。かかる拡張装置でウェーハを分割する際には、ウェーハの裏面に例えばダイアタッチフィルム（DAF）と称される接着フィルムを介してエキスパンドテープが貼着されており、エキスパンドテープを拡張してウェーハとともに接着フィルムを破断している。チップサイズが小さい場合には、上記拡張装置を用いてエキスパンドテープを拡張しても、接着フィルムがチップに沿って破断されない未分割領域が発生することがある。
また、レーザダイシングによって接着フィルムを破断する方法もあるが、チップサイズが小さいと加工時間がかかる。そこで、ウェーハの表面側に切削溝を形成し、裏面側を研削により薄化してウェーハを個々のチップに分割するＤＢＧ（Dicing Before Grinding）を実施した後、そのウェーハの裏面に液状ダイボンディング剤を噴射して塗布し硬化させることで、各チップに接着層を形成する加工方法が提案されている（例えば、特許文献３を参照）。この加工方法によれば、接着層をレーザビーム等によって切断する必要がないため、接着層の形成に要する時間を短縮することができる。
特許第３４０８８０５号公報 特開２００７−２７２５０号公報 特開２０１６-２０７９３６号公報
しかし、上記特許文献３の加工方法においては、ウェーハの表面側（デバイスが形成されたパターン面側）を切削ブレードで切削するため、切削ブレードの厚み（カット幅）よりも大きい幅の分割予定ラインが必要となる。分割予定ラインの幅が大きくなると、ウェーハから取得できるチップの取り数が減少して生産性が低下するという問題がある。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、チップの取り数を増やす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。
本発明は、基板と、該基板の表面で交差する複数の分割予定ラインによって区画された各領域にそれぞれデバイスが形成されたデバイス層と、を有した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ビームの集光点を該基板の内部に位置づけた状態で該分割予定ラインに沿って該レーザビームを照射して該分割予定ラインに沿った改質層を形成するとともに該改質層からウェーハの表面に至る該デバイス層を分断するクラックを伸長させるレーザビーム照射ステップと、該レーザビーム照射ステップを実施した後、ウェーハの裏面から切削ブレードで該分割予定ラインに沿って切削し、ウェーハの表面側に該デバイス層を含む切り残し部を残存させた切削溝を形成するとともに該改質層を除去する切削ステップと、該切削ステップを実施した後、ウェーハの裏面側に液状ダイボンディング剤を塗布して該切削溝には該液状ダイボンディング剤を充填することなくウェーハの裏面に液状ダイボンディング層を形成する塗布ステップと、該塗布ステップを実施した後、該液状ダイボンディング層を硬化させる硬化ステップと、を備えた。
また、本発明は、上記レーザビーム照射ステップを実施する前に、ウェーハの裏面を研削して仕上げ厚みへと薄化する薄化ステップを更に備えてもよい。
本発明に係るウェーハの加工方法は、ウェーハに対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を基板の内部に位置づけた状態で分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射して改質層を形成するとともに改質層からウェーハの表面に至るデバイス層を分断するクラックを伸長させるレーザビーム照射ステップと、レーザビーム照射ステップを実施した後、ウェーハの裏面から切削ブレードで分割予定ラインに沿って切削し、ウェーハの表面側にデバイス層を含む切り残し部を残存させた切削溝を形成するとともに改質層を除去する切削ステップとを備えたため、ウェーハの表面側に切削溝を形成することなく、ウェーハの内部に生じたクラックによって各デバイス層に分断することができる。これにより、分割予定ラインの幅を大きく設定する必要がなくなり、チップの取り数を増やすことができ、チップの生産性が向上する。
レーザビーム照射ステップを実施した後は、切削ステップを実施することにより、切削ブレードでウェーハの裏面側から切削して切削溝を形成するとともに改質層を除去するため、チップに改質層が残存することはなく、チップの抗折強度が向上する。
また、本発明に係るウェーハの加工方法は、レーザビーム照射ステップを実施する前に、ウェーハの裏面を研削して仕上げ厚みへと薄化する薄化ステップを更に備えたため、レーザビーム照射ステップでは、ウェーハに対して例えば１回のレーザビームの照射（１パス）で改質層を形成するだけで、ウェーハの表面に至るデバイス層を分断できるクラックを伸張させることができ、ウェーハを良好に分割しうる。
ウェーハの構成を示す斜視図である。 薄化ステップを示す斜視図である。 薄化前のウェーハと薄化のウェーハとを示す断面図である。 レーザ加工装置の一例を示す斜視図である。 レーザビーム照射ステップを示す断面図である。 レーザビーム照射ステップ実施後のウェーハを示す断面図である。 切削ステップを示す断面図である。 切削ステップ実施後のウェーハを示す断面図である。 塗布ステップを示す断面図である。 硬化ステップを示す断面図である。 転写ステップを示す断面図である。 チップ間隔形成ステップを示す断面図である。 ピックアップステップを示す断面図である。
図１に示すウェーハＷは、円形板状の被加工物の一例であって、基板１と、基板１の表面Ｗａで交差する複数の分割予定ラインＬによって区画された各領域にそれぞれＬＳＩ等のデバイスＤが形成されたデバイス層とを有している。基板１の表面Ｗａと反対側にある裏面Ｗｂは、研削加工等が施される被加工面である。以下では、ウェーハＷを個々のチップに分割するウェーハの加工方法について説明する。
（１）薄化ステップ
まず、図２に示す研削手段１０を使用してウェーハＷの裏面Ｗｂを研削して仕上げ厚みへと薄化する。研削手段１０は、モータにより回転駆動されるスピンドル１１と、スピンドル１１の下端に固定されたマウント１２と、複数のネジ１３でマウント１２に着脱可能に装着された研削ホイール１４と、研削ホイール１４の下部に環状に固着された複数の研削砥石１５とを備えている。
ウェーハＷを研削する際には、ウェーハＷの表面Ｗａに表面保護テープＴを貼着してから、例えば保持テーブル２０に表面Ｗａ側を載置して、裏面Ｗｂを上向きに露出させる。図示しない吸引源の吸引力によってウェーハＷを保持テーブル２０で吸引保持したら、保持テーブル２０を研削手段１０の下方に移動させる。
次いで、保持テーブル２０を例えば矢印Ａ方向に回転させつつ、スピンドル１１が回転し研削ホイール１４を例えば矢印Ａ方向に回転させながら、研削ホイール１４を保持テーブル２０に保持されたウェーハＷに接近する方向に所定の研削送り速度で研削送りする。そして、回転しながら下降する研削砥石１５でウェーハＷの裏面Ｗｂを押圧しながら研削して、図３の上方側に示す薄化前の状態のウェーハＷを、同図の下方側に示すウェーハＷの仕上げ厚みに至るまで薄化する。薄化前のウェーハＷの厚みは、数百μｍに設定されている。ウェーハＷの仕上げ厚みは、例えば５０μｍ〜８０μｍに設定されている。薄化ステップは、後述するレーザビーム照射ステップを実施する前に実施される。
（２）レーザビーム照射ステップ
図４に示すレーザ加工装置３０は、レーザビーム照射ステップを実施するために用いられる。レーザ加工装置３０は、基台３１を有し、基台３１の上には、ウェーハＷを保持する保持面３３ａを有する保持テーブル３３と、保持テーブル３３を加工送り方向（Ｘ軸方向）に加工送りする加工送り手段４０と、保持テーブル３３を割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に割り出し送りする割り出し送り手段４５とを備えている。保持テーブル３３の下方には、保持テーブル３３を所定角度回転させる回転手段３４が接続されている。
加工送り手段４０は、Ｘ軸方向に延在するボールネジ４１と、ボールネジ４１の一端に接続されたモータ４２と、基台３１上に敷設されボールネジ４１と平行に延在する一対のガイドレール４３と、Ｘ軸方向に移動可能なＸ軸ベース４４とを備えている。Ｘ軸ベース４４の一方の面には割り出し送り手段４５を介して保持テーブル３３が支持され、Ｘ軸ベース４４の他方の面には一対のガイドレール４３が摺接し、Ｘ軸ベース４４の中央部に形成されたナットにはボールネジ４１が螺合している。モータ４２によって駆動されたボールネジ４１が回動することにより、Ｘ軸ベース４４がガイドレール４３に沿ってＸ軸方向に移動し、保持テーブル３３をＸ軸方向に加工送りすることができる。
割り出し送り手段４５は、Ｙ軸方向に延在するボールネジ４６と、ボールネジ４６の一端に接続されたモータ４７と、Ｘ軸ベース４４上に敷設されボールネジ４６と平行に延在する一対のガイドレール４８と、Ｙ軸方向に移動可能なＹ軸ベース４９とを備えている。Ｙ軸ベース４９の一方の面には保持テーブル３３が支持され、Ｙ軸ベース４９の他方の面には一対のガイドレール４８が摺接し、Ｙ軸ベース４９の中央部に形成されたナットにはボールネジ４６が螺合している。モータ４７によって駆動されたボールネジ４６が回動することにより、Ｙ軸ベース４９がガイドレール４８に沿ってＹ軸方向に移動し、保持テーブル３３をＹ軸方向に割り出し送りすることができる。
基台３１のＹ軸方向後部には、Ｚ軸方向に延在するコラム３２が立設されている。コラム３２には、レーザビーム照射ユニット５０を備えている。レーザビーム照射ユニット５０は、コラム３２に固定され保持テーブル３３の移動経路の上方側にまで延在するケーシング５１と、ケーシング５１の先端に取り付けられたレーザ照射ヘッド５２とを備えている。ケーシング５１の内部には、ウェーハＷに対して透過性を有する波長のレーザビームを発振する発振器が収容されている。レーザ照射ヘッド５２内には、発振器から発振されたレーザビームを集光するための集光レンズが内蔵されている。レーザビーム照射ユニット５０は、集光レンズによって集光されるレーザビームの集光点の位置を調節するための集光点位置調節ユニット（不図示）を備えている。
ケーシング５１の先端、かつレーザ照射ヘッド５２に隣接した位置には、保持テーブル３３に保持されたウェーハＷを上方から撮像する撮像手段５３が配設されている。撮像手段５３は、例えばＣＣＤイメージセンサを内蔵した赤外線カメラである。
レーザビーム照射ステップを実施する際には、ウェーハＷは表面Ｗａ側を下にして表面保護テープＴを介して保持テーブル３３の保持面３３ａに吸引保持される。続いて、加工送り手段４０によって保持テーブル３３を撮像手段５３の直下に位置づけ、撮像手段５３によりウェーハＷを上方から撮像し、パターンマッチング等の画像処理を行うことにより、レーザビームを照射すべき領域（分割予定ラインＬ）を検出するアライメントを行う。
次いで、レーザ照射ヘッド５２をウェーハＷに接近する方向に下降させ、図５に示すように、ウェーハＷに対して透過性を有する波長のレーザビームＬＢの集光点を基板１の内部に位置づけた状態で、図４に示した加工送り手段４０により保持テーブル３３を所定の加工送り速度でＸ軸方向に加工送りしながら、レーザ照射ヘッド５２によりウェーハＷの裏面Ｗｂ側から分割予定ラインＬに沿って照射して基板１の内部に改質層Ｓを形成するとともに、図６に示す改質層Ｓから表面Ｗａに至るクラック３を伸張させる。改質層Ｓは、基板１内部の強度や物理的な特性が変化した領域である。クラック３は、ウェーハＷの厚さ方向に改質層Ｓの端部から伸びた亀裂である。基板１の内部に改質層Ｓが形成される位置は、特に限定されないが、クラック３が少なくとも表面Ｗａに至るまで成長しうる位置で、かつ後の切削ステップで除去される高さ位置に形成することが好ましい。
一本の分割予定ラインＬに沿ってレーザビームＬＢを照射して改質層Ｓを形成する毎に、図４に示した割り出し送り手段４５によって保持テーブル３３を割り出し送りして次の分割予定ラインＬに沿ってレーザビームＬＢを照射する。Ｘ軸方向に向く全ての分割予定ラインＬに対してレーザビームＬＢの照射が完了したら、保持テーブル３３を９０°回転させ、Ｙ軸方向に向いていた分割予定ラインＬをＸ軸方向に向かせる。そして、全ての分割予定ラインＬに沿って上記同様のレーザ加工動作を繰り返し行って、分割予定ラインＬに沿った改質層Ｓを形成することにより、図６に示すように、それぞれのクラック３が破断起点となって複数のデバイス層２に分断される。
（３）切削ステップ
レーザビーム照射ステップを実施した後、図７に示す切削手段６０を用いて、ウェーハＷを裏面Ｗｂから切削ブレード６１で分割予定ラインＬに沿って切削する。切削手段６０は、ウェーハＷを切削する切削ブレード６１と、先端部に切削ブレード６１が装着され水平軸周りに回転するスピンドル６２とを備え、スピンドル６２が回転することにより、切削ブレード６１も回転する構成となっている。
切削ステップを実施する際には、例えば保持テーブル６３に表面Ｗａ側を載置して、裏面Ｗｂを上向きに露出させる。図示しない吸引源の吸引力によってウェーハＷを保持テーブル６３で吸引保持したら、保持テーブル６３を所定の加工送り速度で水平方向に移動させつつ、切削手段６０は、スピンドル６２を回転させることにより切削ブレード６１を所定の回転速度で例えば矢印Ｂ方向に回転させながら、ウェーハＷを裏面Ｗｂから分割予定ラインＬに沿って切削し、ウェーハＷの表面Ｗａ側にデバイス層２を含む切り残し部４を残存させた切削溝Ｍを形成するとともに改質層Ｓを除去する。そして、全ての分割予定ラインＬに沿って切削溝Ｍを形成するとともに改質層Ｓを除去することで、図８に示すように、ウェーハＷは、抗折強度の高いチップＣにそれぞれ個片化された状態となる。
（４）塗布ステップ
切削ステップを実施した後、図９に示すように、例えばスプレーノズル７０を使用して、ウェーハＷの裏面Ｗｂ側に液状ダイボンディング剤７１を塗布する。スプレーノズル７０は、その下部に液状ダイボンディング剤７１を下方に噴射する噴射口が形成されている。スプレーノズル７０は、液状ダイボンディング剤７１の供給源（不図示）に接続されており、液状ダイボンディング剤７１を下方に噴射することができる。液状ダイボンディング剤７１としては、例えば、ポリイミド系の樹脂、エポキシ系の樹脂、アクリル系の樹脂等により構成される。液状ダイボンディング剤７１は、紫外線の照射によって硬化する紫外線硬化樹脂または加熱によって硬化する熱硬化樹脂を使用することが望ましい。
塗布ステップでは、スプレーノズル７０を例えば矢印Ｒ方向に水平移動させつつ、図示しない保持テーブルに保持されたウェーハＷの裏面Ｗｂに向けて液状ダイボンディング剤７１に塗布し、切削溝Ｍには液状ダイボンディング剤７１を充填することなくウェーハＷの裏面Ｗｂに液状ダイボンディング層７１’を形成する。液状ダイボンディング剤７１の粘性や供給量等を調整しておくことにより、切削溝Ｍ内に液状ダイボンディング剤７１が充填するのを防ぐことができる。なお、保持テーブルを回転させつつ液状ダイボンディング剤７１をウェーハＷの裏面Ｗｂに塗布してもよいし、保持テーブルを停止させた状態でスプレーノズル７０のみを水平移動させて、液状ダイボンディング剤７１をウェーハＷの裏面Ｗｂに塗布してもよい。
また、液状ダイボンディング剤７１の塗布は、上記したスプレーコートによる場合に限定されず、例えばスピンコートやスクリーン印刷等によって実施してもよい。スピンコートにより液状ダイボンディング剤７１を裏面Ｗｂに塗布する場合は、保持テーブルを低速で回転させながら、所定量の液状ダイボンディング剤７１をウェーハＷの裏面Ｗｂに向けて噴射し、ウェーハＷの裏面Ｗｂの全面に液状ダイボンディング剤７１を塗布するとよい。
（５）硬化ステップ
塗布ステップを実施した後、ウェーハＷの裏面Ｗｂに塗布された液状ダイボンディング層７１’を硬化させる。液状ダイボンディング剤７１が紫外線硬化樹脂である場合は、例えば、図１０に示すように、ウェーハＷの上方側に配設されたＵＶランプ８０によって紫外線をウェーハＷの裏面Ｗｂに向けて照射し、紫外線による外的刺激によって液状ダイボンディング層７１’を硬化させ、裏面Ｗｂにダイボンディング層７２が形成されたチップＣを形成する。液状ダイボンディング剤７１が熱硬化樹脂である場合は、例えばヒータ等によって液状ダイボンディング層７１’を加熱することにより硬化させて裏面Ｗｂにダイボンディング層７２が形成されたチップＣを形成する。
（６）転写ステップ
硬化ステップの実施した後、図１１に示すように、中央が開口した環状のフレームＦの下面に伸張可能なエキスパンドテープＰＴを貼着し、フレームＦの中央からエキスパンドテープＰＴを露出させる。次いで、フレームＦの中央から露出したエキスパンドテープＰＴに裏面Ｗｂに形成されたダイボンディング層７２側を貼着する。また、ウェーハＷの表面Ｗａからは表面保護テープＴを剥離し、表面Ｗａを上向きにさせる。エキスパンドテープＰＴは、伸張可能なものであればよく、例えばポリオレフィンやポリ塩化ビニル等からなる基材層に粘着層が積層された２層構造のエキスパンドテープを用いる。
（７）チップ間隔形成ステップ
次いで、図１２に示すように、エキスパンドテープＰＴを径方向に拡張させて、各チップＣ間の間隔を拡大させる。所定の拡張量だけエキスパンドテープＰＴを拡張することにより、各チップＣの間隔が拡がって各チップＣ間に隙間Ｈが形成されるため、チップＣのピックアップを容易にすることができる。チップ間隔形成ステップでは、図示していないが、例えば、エキスパンドテープＰＴを介してフレームＦに支持されたウェーハＷを径方向に拡張する拡張装置を利用するとよい。
（８）ピックアップステップ
図１３に示すように、各チップＣをピックアップする。チップＣのピックアップは、例えば、チップＣを吸着する吸着部を有するピックアップ手段９０が用いられる。ピックアップ手段９０がそれぞれのチップＣを吸着するとともに上昇すると、チップＣがエキスパンドテープＰＴから引き剥がされる。そして、チップＣは、次の工程（例えば実装工程）に移送され、実装基板に実装される。
以上のとおり、本発明に係るウェーハの加工方法では、レーザビーム照射ステップを実施してウェーハＷの内部に分割予定ラインＬに沿った改質層Ｓを形成するとともに改質層ＳからウェーハＷの表面Ｗａに至るデバイス層２を分断するクラック３を伸長させるように構成したため、ウェーハＷの表面Ｗａ側に切削溝を形成することなく、ウェーハＷの内部に生じたクラック３によって各デバイス層２に分断することができる。これにより、分割予定ラインＬの幅を大きく設定する必要がなくなり、チップＣの取り数を増やすことができ、チップＣの生産性が向上する。
レーザビーム照射ステップを実施した後は、切削ブレード６１によりウェーハＷの裏面Ｗｂ側から切削して切削溝Ｍを形成するとともに改質層Ｓを除去することから、チップＣに改質層Ｓが残存することはなく、チップＣの抗折強度が向上する。
また、本発明に係るウェーハの加工方法では、レーザビーム照射ステップを実施する前に、ウェーハＷの裏面Ｗｂを研削して仕上げ厚みへと薄化する薄化ステップを実施するように構成したため、レーザビーム照射ステップでは、レーザビームＬＢを複数回に分けてウェーハＷに対して照射する必要がない。つまり、ウェーハＷの対して例えば１回のレーザビームＬＢの照射（１パス）で改質層Ｓを形成するだけで、ウェーハＷの表面Ｗａに至るデバイス層２を分断できるクラック３を伸張させることができ、ウェーハＷを良好に分割しうる。
１：基板 ２：デバイス層 ３：クラック ４：切り残し部
１０：研削手段 １１：スピンドル １２：マウント １３：ネジ
１４：研削ホイール １５：研削砥石 ２０：保持テーブル
３０：レーザ加工装置 ３１：基台 ３２：コラム ３３：保持テーブル
３４：回転手段 ４０：加工送り手段 ４１：ボールネジ ４２：モータ
４３：ガイドレール ４４：Ｘ軸ベース ４５：割り出し送り手段 ４６：ボールネジ
４７：モータ ４８：ガイドレール ４９：Ｙ軸ベース
５０：レーザビーム照射ユニット ５１：ケーシング ５２：レーザ照射ヘッド
５３：撮像手段 ６０：切削手段 ６１：切削ブレード ６２：スピンドル
６３：保持テーブル ７０：スプレーノズル ７１：液状ダイボンディング剤
７２：ダイボンディング層 ８０：ＵＶランプ ９０：ピックアップ手段

Claims (2)

  1. 基板と、該基板の表面で交差する複数の分割予定ラインによって区画された各領域にそれぞれデバイスが形成されたデバイス層と、を有した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ビームの集光点を該基板の内部に位置づけた状態で該分割予定ラインに沿って該レーザビームを照射して該分割予定ラインに沿った改質層を形成するとともに該改質層からウェーハの表面に至る該デバイス層を分断するクラックを伸長させるレーザビーム照射ステップと、
    該レーザビーム照射ステップを実施した後、ウェーハの裏面から切削ブレードで該分割予定ラインに沿って切削し、ウェーハの表面側に該デバイス層を含む切り残し部を残存させた切削溝を形成するとともに該改質層を除去する切削ステップと、
    該切削ステップを実施した後、ウェーハの裏面側に液状ダイボンディング剤を塗布して該切削溝には該液状ダイボンディング剤を充填することなくウェーハの裏面に液状ダイボンディング層を形成する塗布ステップと、
    該塗布ステップを実施した後、該液状ダイボンディング層を硬化させる硬化ステップと、を備えたウェーハの加工方法。
  2. 前記レーザビーム照射ステップを実施する前に、ウェーハの裏面を研削して仕上げ厚みへと薄化する薄化ステップを更に備えた請求項１に記載のウェーハの加工方法。
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