JP2019145665A

JP2019145665A - ウエーハの分割方法

Info

Publication number: JP2019145665A
Application number: JP2018028364A
Authority: JP
Inventors: 之文陳; zhi wen Chen
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2018-02-21
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2019-08-29
Anticipated expiration: 2038-02-21
Also published as: JP7149077B2

Abstract

【課題】レーザ光線の反射を減らして加工効率を高めること。【解決手段】ウエーハ（Ｗ）に対して透過性波長のレーザ光線を照射させてウエーハを分割予定ライン（Ｌ）に沿って分割するウエーハの分割方法であり、空気よりも大きくウエーハより小さな屈折率の樹脂でウエーハのレーザ光線が入射する面に樹脂層（４０）を形成する工程と、樹脂層側からレーザ光線を照射させてウエーハの内部に分割予定ラインに沿った改質層（Ｍ）を形成する工程と、改質層を起点に分割予定ラインに沿ってウエーハを分割する工程とを有する構成にした。【選択図】図５

Description

本発明は、ウエーハを個々のデバイスチップに分割するウエーハの分割方法に関する。

近年、ウエーハ等の分割方法として、分割予定ラインに沿ってウエーハの内部に改質層を形成して、改質層を起点にウエーハを分割するステルスダイシングが知られている（例えば、特許文献１参照）。ステルスダイシングでは、ウエーハに対して透過性波長のレーザ光線がウエーハの裏面側から照射され、ウエーハの内部で集光させた集光点が面方向で分割予定ラインに沿って移動されることで改質層が形成される。そして、ブレーキングやエキスパンドによってウエーハに外力が加わることで、強度が低下した改質層が分割起点になってウエーハが個々のデバイスチップに分割される。

特許第３４０８８０５号公報

ところで、空気の屈折率とウエーハの屈折率の違いによって、ウエーハの裏面で一部のレーザ光線が反射されて、ウエーハの内部で集光されるレーザ光線が減少する。ウエーハの内部で改質層の形成に寄与するレーザ光線が少なくなるため、レーザ光線の出力を大きくしなければならず、加工コストが高くなるという問題があった。また、レーザ光線の出力が大きいと、レーザ光線の集光点で拡散された漏れ光によってデバイスが破損されてしまうという不具合が生じていた。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、レーザ光線の反射を減らして加工効率を高めることができるウエーハの分割方法を提供することを目的の１つとする。

本発明の一態様のウエーハの分割方法は、分割予定ラインにより区画され複数のデバイスが形成されたウエーハに対して透過性波長のレーザ光線を照射させてウエーハを該分割予定ラインに沿って分割するウエーハの分割方法であって、空気より大きくウエーハより小さい屈折率の樹脂でウエーハにレーザ光線が入射する面に樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、該樹脂層形成工程で形成した該樹脂層側からレーザ光線を照射させ該樹脂層を通過しウエーハの内部に集光させた集光点を該分割予定ラインに沿って移動させウエーハの内部に改質層を形成する改質層形成工程と、該改質層形成工程で形成した該改質層を起点に分割予定ラインに沿って分割する分割工程とを備える。

この構成によれば、空気よりも大きくウエーハよりも小さな屈折率の樹脂層を介してウエーハにレーザ光線が照射されるため、樹脂層を介さずにレーザ光線が照射される構成と比較して、ウエーハの内部にレーザ光線が入射し易くなる。ウエーハの外部に反射されるレーザ光線が減って、ウエーハの内部に集光するレーザ光線が増えるため加工効率が向上される。よって、レーザ光線の出力を小さくして加工コストを低減できると共に、レーザ光線の集光点で拡散した漏れ光によるデバイスの破損を防止することができる。

本発明によれば、空気よりも大きくウエーハよりも小さな屈折率の樹脂層を介してウエーハにレーザ光線が照射されるため、ウエーハの内部で集光するレーザ光線を増やして加工効率を向上することができる。

本実施の形態のレーザ加工装置の斜視図である。比較例のウエーハに対するレーザ加工の説明図である。本実施の形態のウエーハに対するレーザ加工の説明図である。本実施の形態の樹脂層の厚みと反射率との関係を示す図である。本実施の形態のウエーハの分割方法の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態のレーザ加工装置について説明する。図１は、本実施の形態のレーザ加工装置の斜視図である。図２は、比較例のウエーハに対するレーザ加工の説明図である。なお、レーザ加工装置は、レーザ加工によってウエーハの内部に改質層を形成可能な構成であればよく、図１に示す構成に限定されない。

図１に示すように、レーザ加工装置１は、レーザ光線を照射するレーザ加工手段３１とウエーハＷを保持した保持テーブル２１とを相対移動させて、ウエーハＷをレーザ加工するように構成されている。ウエーハＷの表面には、複数の分割予定ラインＬが格子状に配列され、分割予定ラインＬによって区画された各領域に複数のデバイスが形成されている。ウエーハＷはダイシングテープＴを介してリングフレームＦに支持されている。なお、ウエーハＷは特に限定されないが、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のように、レーザ加工の加工対象になればよい。

レーザ加工装置１の基台１０上には、レーザ加工手段３１に対して保持テーブル２１をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動するテーブル移動手段１１が設けられている。テーブル移動手段１１は、基台１０上に配置されたＸ軸方向に平行な一対のガイドレール１２と、一対のガイドレール１２にスライド可能に設置されたモータ駆動のＸ軸テーブル１４とを有している。また、テーブル移動手段１１は、Ｘ軸テーブル１４の上面に配置されＹ軸方向に平行な一対のガイドレール１３と、一対のガイドレール１３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１５とを有している。

Ｘ軸テーブル１４及びＹ軸テーブル１５の背面側には、それぞれ図示しないナット部が形成されており、これらのナット部にボールネジ１６、１７が螺合されている。そして、ボールネジ１６、１７の一端部に連結された駆動モータ１８、１９が回転駆動されることで、保持テーブル２１がガイドレール１２、１３に沿ってＸ軸方向及びＹ軸方向に移動される。また、Ｙ軸テーブル１５上には、ウエーハＷを保持する保持テーブル２１が設けられている。保持テーブル２１の上面には保持面２２が形成され、保持テーブル２１の周囲にはウエーハＷの周囲のリングフレームＦを挟持固定するクランプ部２３が設けられている。

保持テーブル２１の後方の立壁部２５にはアーム部２６が突設されており、アーム部２６の先端にはウエーハＷにレーザ光線を照射するレーザ加工手段３１とウエーハＷを撮像するアライメント用の撮像手段３２とが設けられている。レーザ加工手段３１は、ウエーハＷに対して透過性波長（例えば、１０６４ｎｍ）のレーザ光線をウエーハＷに照射し、ウエーハＷの内部でレーザ光線を集光させて分割起点となる改質層を形成する。撮像手段３２は、ウエーハＷを上方から撮像して、ウエーハＷに対するレーザ加工手段３１のアライメント用に撮像画像を生成する。

このように構成されたレーザ加工装置１では、ウエーハＷに対して透過性波長のレーザ光線が照射され、ウエーハＷの内部の集光点に形成された改質層を起点として分割予定ラインＬに沿ってウエーハＷが個々のデバイスチップＣ（図５Ｄ参照）に分割される。なお、改質層は、レーザ光線の照射によってウエーハ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。

ところで、図２に示すように、一般的なレーザ加工では、ウエーハＷの裏面からレーザ光線が照射されるが、空気の屈折率とウエーハＷの屈折率の違いによって一部のレーザ光線が反射されて、ウエーハＷの内部に透過するレーザ光線が減少する。例えば、シリコンウエーハの加工時には、空気の屈折率が１．０、シリコンの屈折率が３．８であるため、レーザ光線の３０％近くがウエーハＷの裏面で反射して無駄になっていた。ウエーハＷの内部にレーザ光線の約７０％しか集光しないため、レーザ光線の出力を大きくする必要があった。

そこで、本実施の形態では、空気の屈折率より大きくウエーハＷの屈折率より小さな屈折率を有する樹脂層４０（図３参照）を介してウエーハＷにレーザ光線を照射するようにしている。ウエーハＷで反射されて無駄になるレーザ光線を減らすことができるため、少ない出力のレーザ光線でウエーハＷの内部に改質層Ｍ（図３Ｂ参照）を効率的に形成することができ、加工コストを低減することができる。また、レーザ光線の出力を大きくする必要がないため、ウエーハＷの集光点で拡散する漏れ光を少なくすることができ、漏れ光によるデバイスの破損を防止することができる。

以下、図３を参照して、本実施の形態のレーザ加工の原理について説明する。図３は、本実施の形態のウエーハに対するレーザ加工の説明図である。図４は、本実施の形態の樹脂層の厚みと反射率との関係を示す図である。なお、図３では、説明の便宜上、樹脂層の厚みによる反射率の影響については考慮していない。また、ここでは、ウエーハとしてシリコンウエーハを例示して説明する。

図３Ａに示すように、本実施の形態のウエーハＷには、空気より大きくウエーハＷより小さな屈折率の樹脂層４０が形成されている。樹脂層４０によって空気と樹脂層４０の間に界面４１が形成され、樹脂層４０とウエーハＷの間に界面４２が形成される。樹脂層４０としては、例えば、株式会社ディスコ製のＨＯＧＯＭＡＸ（登録商標）が使用されているが、ウエーハＷの屈折率の大きさに応じて適宜変更が可能である。ＨＯＧＯＭＡＸは水溶性樹脂であるため、レーザ加工後に洗浄水による洗浄によってウエーハＷから容易に除去することが可能である。ここで、空気の屈折率は１．０、樹脂層４０の屈折率は１．４、ウエーハＷの屈折率は３．８である。

このような空気と樹脂層４０の屈折率の違いによって、ウエーハＷに対して照射されたレーザ光線のうち、約９７．２％が空気と樹脂層４０の界面４１からウエーハＷ内に入射し、約２．８％が空気と樹脂層４０の界面４１で反射する。また、樹脂層４０とウエーハＷの屈折率の違いによって、樹脂層４０に入射したレーザ光線のうち、約７６．５％が樹脂層４０とウエーハＷの界面４２からウエーハＷ内に入射し、約２０．７％が樹脂層４０とウエーハＷの界面４２で反射する。このように、ウエーハＷに樹脂層４０が形成されることで、約８０％近くのレーザ光線がウエーハＷの内部で集光される。

さらに、樹脂層４０の内部で生じた多重反射によってレーザ光線がウエーハＷ内に入射する。具体的には、樹脂層４０とウエーハＷの界面４２で反射したレーザ光線のうち、約５．８％が空気と樹脂層４０の界面４１から外部に出射し、約１５％が空気と樹脂層４０の界面４１で反射する。さらに、空気と樹脂層４０の界面４１で反射したレーザ光線のうち、約１１．８％が樹脂層４０とウエーハＷの界面４２からウエーハＷ内に入射し、約３．２％が樹脂層４０とウエーハＷの界面４２で反射する。このように、樹脂層４０での多重反射によって、さらに約１０％近くのレーザ光線がウエーハＷの内部で集光される。

なお、レーザ光線の反射率Ｒは、上層の屈折率をｎ_１とし、下層の屈折率をｎ_２としたときに、以下の式（１）によって求められる。

また、樹脂層４０としてのＨＯＧＯＭＡＸは、アブレーション加工時にウエーハＷの表面に保護層を形成する際に使用されるものである。アブレーション加工では、ウエーハＷに対して吸収性波長のレーザ光線を照射して、ウエーハＷを部分的に昇華させながら除去するため、加工時に生じるデブリが付着しないようにウエーハＷの表面がＨＯＧＯＭＡＸで覆われる。本実施の形態のように改質層Ｍの形成時にはデブリは生じないが、アブレーション加工時にウエーハＷをデブリから保護する樹脂層４０を使用して、ウエーハＷの内部の改質層Ｍの形成に寄与するレーザ光線を増やしている。

図３Ｂに示すように、ウエーハＷにレーザ光線が照射されると、ウエーハＷの内部にレーザ光線が集光されて改質層Ｍが形成される。この場合、ウエーハＷに照射されたレーザ光線の約８０％近くが反射されずにウエーハＷの内部に集光され、ウエーハＷに照射されたレーザ光線の約１０％近くが多重反射によってウエーハＷの内部に集光される。反射されずにウエーハＷに入射したレーザ光線は目標位置Ｐで集光されるが、多重反射でウエーハＷに入射したレーザ光線は目標位置Ｐよりも上側で集光される。このように、ウエーハＷの内部には縦並びにレーザ光線が集光される。

目標位置Ｐにはパワーの大きなレーザ光線によって改質層Ｍが形成されるが、改質層Ｍはレーザ光線の集光点だけにピンポイントで形成されるのではなく、集光点から縦に所定高さだけ形成されている。このため、樹脂層４０での多重反射によって目標位置Ｐよりも上側に集光された比較的パワーの小さなレーザ光線も改質層Ｍの形成に寄与している。このように、樹脂層４０の屈折率によって反射率が低減されると共に、樹脂層４０の内部での多重反射によってウエーハＷの内部にレーザ光線が入射するため、改質層Ｍの加工効率が向上されている。

ところで、ウエーハＷに樹脂層４０が積層されても、レーザ光線の波長と樹脂層４０の厚みの関係によっては十分にウエーハＷでの反射率を下げることができない場合がある。すなわち、樹脂層４０の屈折率が空気よりも大きくウエーハＷよりも小さくても、レーザ光線の波長に対して樹脂層４０の厚みが適切でなければ、樹脂層４０を積層していないウエーハＷと反射率が変わらないおそれがある。このため、本実施の形態では、レーザ光線の波長に適した厚みでウエーハＷに樹脂層４０を積層して、ウエーハＷの内部で集光されるレーザ光線を増やしている。

ここで、図４に示すように、シリコンウエーハの表面のＨＯＧＯＭＡＸの厚みを変えて、１０６４ｎｍの波長のレーザ光線を照射して各シリコンウエーハの表面反射率を測定したところ、ＨＯＧＯＭＡＸの厚みで表面反射率が大幅に変化することが確認された。シリコンウエーハの表面が剥き出し場合には表面反射率が約３０％であり、ＨＯＧＯＭＡＸの厚みが５００ｎｍの場合には表面反射率が約１５％に半減された。また、ＨＯＧＯＭＡＸの厚みが６００ｎｍの場合には表面反射率が約２３％に増加し、さらにＨＯＧＯＭＡＸの厚みが７００ｎｍの場合には表面反射率が約３０％に増加した。

このように、ＨＯＧＯＭＡＸの厚みが７００ｎｍの場合には、シリコンウエーハにＨＯＧＯＭＡＸを積層したにも関わらず、シリコンウエーハにＨＯＧＯＭＡＸを積層していない場合と同様に約３０％のレーザ光線が無駄になっていた。一方で、ＨＯＧＯＭＡＸの厚みが５００ｎｍの場合には、シリコンウエーハにＨＯＧＯＭＡＸを積層していない場合と比較してレーザ光線の無駄が半減された。このように、ＨＯＧＯＭＡＸを適切な厚みで形成することで、レーザ光線の出力を変えることなく、シリコンウエーハの内部で改質層の形成に寄与するレーザ光線のパワーが増加される。

続いて、図５を参照して、ウエーハの分割方法について説明する。図５は、本実施の形態のウエーハの分割方法の説明図である。なお、図５は、ウエーハの分割方法の一例を示すものであり、適宜変更が可能である。

図５Ａに示すように、先ずウエーハ貼着工程が実施される。ウエーハ貼着工程では、リングフレームＦにダイシングテープＴが貼着され、リングフレームＦの開口内側から露出したダイシングテープＴの粘着面にウエーハＷのデバイスＤ側が貼着される。このように、ウエーハＷの裏面側が上方に向けられた状態で、ウエーハＷがダイシングテープＴを介してリングフレームＦに搬送可能に支持されている。なお、ウエーハ貼着工程は、オペレータによる手作業で実施されてもよいし、テープマウント装置（不図示）等で実施されてもよい。

図５Ｂに示すように、ウエーハ貼着工程の後には樹脂層形成工程が実施される。樹脂層形成工程では、成膜装置（不図示）のスピンナテーブル５１上にダイシングテープＴを介してウエーハＷが吸着保持され、スピンナテーブル５１が回転される共に、液状樹脂の供給ノズル５２がウエーハＷの真上に位置付けられる。供給ノズル５２からウエーハＷの裏面に液状樹脂が垂らされることで、遠心力によってウエーハＷの裏面中心から裏面全体に液状樹脂が均一に広げられる。このようにして、空気より大きくウエーハＷより小さい屈折率の樹脂で、ウエーハＷにレーザ光線が入射する面に樹脂層４０（図５Ｃ参照）が形成される。

図５Ｃに示すように、樹脂層形成工程の後には改質層形成工程が実施される。改質層形成工程では、レーザ加工装置（図１参照）の保持テーブル２１にダイシングテープＴを介してウエーハＷが保持され、ウエーハＷの周囲のリングフレームＦがクランプ部２３に保持される。また、レーザ加工手段３１の射出口がウエーハＷの真上に位置付けられ、レーザ加工手段３１によって樹脂層４０側からウエーハＷにレーザ光線が照射される。レーザ光線は、ウエーハＷに対して透過性を有する波長であり、樹脂層４０を通過してウエーハＷの内部で集光するように調整されている。

そして、ウエーハＷに対してレーザ加工手段３１が相対移動されることで、樹脂層４０を通過してウエーハＷの内部に集光した集光点が分割予定ラインＬ（図１参照）に沿って移動されて、ウエーハＷの内部に改質層Ｍが形成される。このとき、樹脂層４０によってレーザ光線の反射が抑えられ、ウエーハＷの内部に集光するレーザ光線が増えるため、ウエーハＷの内部には低出力のレーザ光線でも良好な改質層Ｍが形成される。このウエーハＷに対するレーザ加工手段３１の加工送りが繰り返されることで、ウエーハＷの全ての分割予定ラインＬに沿って改質層Ｍが形成される。

図５Ｄに示すように、改質層形成工程の後には分割工程が実施される。分割工程では、エキスパンド装置（不図示）の環状テーブル５５上にリングフレームＦがクランプ部５６で保持され、ウエーハＷとリングフレームＦの間に拡張ドラム５７の上端が位置付けられている。そして、環状テーブル５５と共にリングフレームＦが下降することで、拡張ドラム５７が環状テーブル５５に対して相対的に突き上げられ、ダイシングテープＴが放射方向に拡張される。この結果、ウエーハＷの内部の改質層Ｍを起点として分割予定ラインＬ（図１参照）に沿ってウエーハＷが個々のデバイスチップＣに分割される。

以上のように、本実施の形態のウエーハＷの分割方法によれば、空気よりも大きくウエーハＷよりも小さな屈折率の樹脂層４０を介してウエーハＷにレーザ光線が照射されるため、樹脂層４０を介さずにレーザ光線が照射される構成と比較して、ウエーハＷの内部にレーザ光線が入射し易くなる。ウエーハＷの外部に反射されるレーザ光線が減って、ウエーハＷの内部に集光するレーザ光線が増えるため加工効率が向上される。よって、レーザ光線の出力を小さくして加工コストを低減できると共に、レーザ光線の集光点で拡散した漏れ光によるデバイスＤの破損を防止することができる。

なお、本実施の形態では、ウエーハとしてシリコンウエーハを例示したが、この構成に限定されない。ウエーハは、シリコンカーバイド、窒化ガリウム、サファイア、ガラス等の各種基板の他、ＣＳＰ基板等のパッケージ基板でもよい。

また、本実施の形態では、樹脂層がＨＯＧＯＭＡＸで形成される構成にしたが、この構成に限定されない。樹脂層は、空気よりも大きくウエーハよりも小さな屈折率の材料で形成されていればよく、例えば、ＰＶＡ（Poly Vinyl Alcohol）、ＰＥＧ（Poly Ethylene Glycol）、ＰＥＯ（Poly Ethylene Oxide）等の水溶性樹脂が用いられてもよいし、水溶性樹脂以外の樹脂が使用されてもよい。

また、本実施の形態では、樹脂層形成工程においてスピンコートでウエーハに樹脂層を形成する構成にしたが、この構成に限定されない。樹脂層形成工程は、ウエーハにレーザ光線が入射する面に樹脂層が形成できれば、どのような方法で樹脂層が形成されてもよい。

また、本実施の形態では、改質層形成工程においてウエーハの内部の１つの集光点にレーザ光線を集光させる構成にしたが、この構成に限定されない。改質層形成工程は、ウエーハの内部に改質層を形成可能であればよく、ウエーハの内部に２つの集光点にレーザ光線を集光させる２焦点加工が実施されてもよい。

また、本実施の形態では、分割工程においてテープエキスパンドでウエーハを分割する構成にしたが、この構成に限定されない。分割工程は、改質層を起点にウエーハを分割予定ラインに沿って分割可能であればよく、例えば、ブレーキングによってウエーハを分割してもよい。

また、本実施の形態及び変形例を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。

また、本発明の実施の形態及び変形例は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。

また、本実施の形態では、本発明をウエーハの分割方法に適用したが、レーザ光線の反射を減らして加工効率を高めることが可能な他の加工方法に適用することが可能である。

以上説明したように、本発明は、レーザ光線の反射を減らして加工効率を高めることができるという効果を有し、特に、レーザ加工によってシリコンウエーハを個々のデバイスに分割するウエーハの分割方法に有用である。

１レーザ加工装置
２１保持テーブル
３１レーザ加工手段
４０樹脂層
４１空気と樹脂層の界面
４２樹脂層とウエーハの界面
Ｄデバイス
Ｌ分割予定ライン
Ｗウエーハ

Claims

分割予定ラインにより区画され複数のデバイスが形成されたウエーハに対して透過性波長のレーザ光線を照射させてウエーハを該分割予定ラインに沿って分割するウエーハの分割方法であって、
空気より大きくウエーハより小さい屈折率の樹脂でウエーハにレーザ光線が入射する面に樹脂層を形成する樹脂層形成工程と、
該樹脂層形成工程で形成した該樹脂層側からレーザ光線を照射させ該樹脂層を通過しウエーハの内部に集光させた集光点を該分割予定ラインに沿って移動させウエーハの内部に改質層を形成する改質層形成工程と、
該改質層形成工程で形成した該改質層を起点に分割予定ラインに沿って分割する分割工程とを備えるウエーハの分割方法。