JP2021019136A - ウェーハの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハの分割不良を抑制することができること。【解決手段】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ウェーハの内部に位置付けた状態で裏面側から分割予定ラインに沿って照射し改質層を形成し、改質層から積層体に至るクラックを形成する改質層形成ステップＳＴ１と、ウェーハに対して吸収性を有する波長のレーザ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、積層体を分断しクラックに至るレーザ加工溝を分割予定ラインに沿って形成するレーザ加工溝形成ステップＳＴ２と、ウェーハの表面に表面保護テープを配設する表面保護部材配設ステップＳＴ３と、ウェーハの裏面を研削して所定の厚みへと薄化するとともにウェーハを改質層に沿って分割する研削ステップＳＴ４と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ウェーハの加工方法に関する。

ストリートリダクションのためにウェーハ内部にストリートに沿った改質層を形成した後、裏面を研削して薄化するとともに複数のチップへと分割する加工方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に示された加工方法は、表面にｌｏｗ−ｋ膜やパシベーション膜、ＴＥＧ等の積層体を有したウェーハでは改質層を形成し研削しても積層体が分割されないため、予めレーザビームで表面の積層体を分断している。

特開２００４−１１１４２８号公報

しかしながら、レーザビームを照射して積層体を分断するレーザ加工溝を形成すると、レーザ加工溝の溝底の下方が変質したり、クラックが生じたりする。このために、特許文献１に示された加工方法は、この状態でウェーハ内部に改質層を形成し裏面研削しても改質層から積層体へクラックが伸長せずにウェーハが分割されない領域が発生する場合もある。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ウェーハの分割不良を抑制することができるウェーハの加工方法を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のウェーハの加工方法は、基板の表面に、交差する複数の分割予定ラインで区画された各領域にそれぞれデバイスが形成されるとともに、少なくとも該分割予定ライン上に積層体が積層され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ウェーハの内部に位置付けた状態でウェーハの裏面側から該レーザビームを該分割予定ラインに沿って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、該改質層から該積層体に至るクラック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、ウェーハに対して吸収性を有する波長のレーザビームをウェーハの表面側から該分割予定ラインに沿って照射して、該積層体を分断し該クラックに至るレーザ加工溝を該分割予定ラインに沿って形成するレーザ加工溝形成ステップと、該レーザ加工溝形成ステップを実施した後、ウェーハの表面に表面保護部材を配設する表面保護部材配設ステップと、該表面保護部材配設ステップを実施した後、ウェーハの該裏面を研削して所定の厚みへと薄化するとともにウェーハを該改質層に沿って分割する研削ステップと、を備えたことを特徴とする。

本願発明は、ウェーハの分割不良を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態１に係るウェーハの加工方法の加工対象のウェーハの一例を示す斜視図である。 図２は、実施形態１に係るウェーハの加工方法の流れを示すフローチャートである。 図３は、図２に示されたウェーハの加工方法の改質層形成ステップを示す断面図である。 図４は、図２に示されたウェーハの加工方法の改質層形成ステップ後のウェーハの要部の断面図である。 図５は、図２に示されたウェーハの加工方法のレーザ加工溝形成ステップを示す断面図である。 図６は、図２に示されたウェーハの加工方法のレーザ加工溝形成ステップ後のウェーハの要部の断面図である。 図７は、図２に示されたウェーハの加工方法の表面保護部材配設ステップ後のウェーハを示す断面図である。 図８は、図２に示されたウェーハの加工方法の研削ステップを示す断面図である。 図９は、図２に示されたウェーハの加工方法の研削ステップ後のウェーハの要部の断面図である。 図１０は、図２に示されたウェーハの加工方法のエキスパンドステップにおいてウェーハをエキスパンド装置に保持した状態の断面図である。 図１１は、図２に示されたウェーハの加工方法のエキスパンドステップにおいて表面保護テープを拡張した状態の断面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

〔実施形態１〕
本発明の実施形態１に係るウェーハの加工方法を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態１に係るウェーハの加工方法の加工対象のウェーハの一例を示す斜視図である。図２は、実施形態１に係るウェーハの加工方法の流れを示すフローチャートである。

実施形態１に係るウェーハの加工方法は、図１に示すウェーハ１を個々のチップ８に分割する方法である。実施形態１に係るウェーハの加工方法の加工対象のウェーハ１は、シリコン、サファイア、又はガリウムヒ素などを基板２とする円板状の半導体ウェーハや光デバイスウェーハである。ウェーハ１は、図１に示すように、基板２の表面３に、交差する複数の分割予定ライン４で区画された各領域にそれぞれデバイス５が形成されている。デバイス５は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）、又はＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路等である。

また、ウェーハ１は、図１に示すように、基板２の表面３に積層体６が積層されている。実施形態１では、積層体６は、ＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜（以下、Ｌｏｗ−ｋ膜と呼ぶ）と、導電性の金属により構成された導電体膜とを備えている。Ｌｏｗ−ｋ膜は、導電体膜と積層されて、デバイス５を形成する。導電体膜は、デバイス５の回路を構成する。このために、デバイス５は、互いに積層されたＬｏｗ−ｋ膜と、Ｌｏｗ−ｋ膜間に積層された導電体膜とにより構成される。

なお、分割予定ライン４の積層体６は、Ｌｏｗ−ｋ膜により構成され、ＴＥＧ（Test Element Group）を除いて導電体膜を備えていない。ＴＥＧは、デバイス５に発生する設計上や製造上の問題を見つけ出すための評価用の素子である。このために、ウェーハ１は、少なくとも分割予定ライン４上に積層体６が積層されている。

また、実施形態１では、積層体６は、Ｌｏｗ−ｋ膜等により構成されているが、本発明では、外部環境からデバイス５を隔離保護し、デバイス５の表面を機械的、化学的に保護するパッシベーション膜、又はＴＥＧ等でも良い。また、ウェーハ１が分割して得られるチップ８は、基板２の一部分と、基板２の表面３に形成されたデバイス５とを備える。

実施形態１に係るウェーハの加工方法は、図２に示すように、改質層形成ステップＳＴ１と、レーザ加工溝形成ステップＳＴ２と、表面保護部材配設ステップＳＴ３と、研削ステップＳＴ４と、エキスパンドステップＳＴ５とを備える。

（改質層形成ステップ）
図３は、図２に示されたウェーハの加工方法の改質層形成ステップを示す断面図である。図４は、図２に示されたウェーハの加工方法の改質層形成ステップ後のウェーハの要部の断面図である。

改質層形成ステップＳＴ１は、ウェーハ１に対して透過性を有する波長のレーザビーム２５の集光点２５−１をウェーハ１の内部に位置付けた状態でウェーハ１の裏面７側からレーザビーム２５を分割予定ライン４に沿って照射して分割予定ライン４に沿った改質層１００を形成するとともに、改質層１００から積層体６に至るクラック１０１を形成するステップである。

なお、改質層１００とは、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲のそれとは異なる状態になった領域のことを意味し、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、及びこれらの領域が混在した領域等を例示できる。実施形態１では、改質層１００は、ウェーハ１の基板２の他の部分よりも機械的な強度が低い。

実施形態１において、改質層形成ステップＳＴ１では、ウェーハ１の基板２の表面３側を、ポーラスシート１０を介してレーザ加工装置２０のチャックテーブル２１の保持面２２に載置し、レーザ加工装置２０が、チャックテーブル２１の保持面２２にポーラスシート１０を介してウェーハ１の基板２の表面３側を吸引保持する。

改質層形成ステップＳＴ１では、レーザ加工装置２０が、チャックテーブル２１とレーザ光線照射ユニット２４とを分割予定ライン４に沿って相対的に移動させながら、図３に示すように、レーザ光線照射ユニット２４から分割予定ライン４にウェーハ１の基板２に対して透過性を有する波長のレーザビーム２５を、集光点２５−１を基板２の内部に設定して裏面７側から照射する。なお、実施形態１において、改質層形成ステップＳＴ１では、各分割予定ライン４の予め定められた位置である幅方向の中央にレーザビーム２５を照射し、レーザビーム２５として、波長が１０６４ｎｍ又は１３４２ｎｍのＹＡＧレーザを用いる。

改質層形成ステップＳＴ１では、レーザビーム２５がウェーハ１に対して透過性を有する波長を有するために、図４に示すように、基板２の内部に分割予定ライン４に沿って改質層１００を形成する。改質層形成ステップＳＴ１では、改質層１００が密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲のそれとは異なる状態になった領域であるために、図４に示すように、基板２の内部に改質層１００から表面３及び裏面７側に延びたクラック１０１が複数形成される。表面３側に延びたクラック１０１は、図４に示すように、積層体６に至る。

このために、実施形態１では、レーザビーム２５の集光点２５−１は、表面３からの距離が、改質層１００から表面３側に延びるクラック１０１が積層体６に到達する距離に設定される。改質層形成ステップＳＴ１では、全ての分割予定ライン４に沿って基板２の内部に改質層１００を形成すると、レーザビーム２５の照射、チャックテーブル２１の吸引保持を解除して、レーザ加工溝形成ステップＳＴ２に進む。なお、実施形態１では、改質層１００を分割予定ライン４の予め定められた位置である幅方向の中央に形成する。

実施形態１では、ウェーハ１の表面３側をポーラスシート１０を介してチャックテーブル２１の保持面２２に吸引保持したが、本発明では、ポーラスシート１０に限定されることなく、ウェーハ１の表面３側に保護テープ等の保護部材を貼着してチャックテーブル２１の保持面２２に吸引保持しても良い。

（レーザ加工溝形成ステップ）
図５は、図２に示されたウェーハの加工方法のレーザ加工溝形成ステップを示す断面図である。図６は、図２に示されたウェーハの加工方法のレーザ加工溝形成ステップ後のウェーハの要部の断面図である。

レーザ加工溝形成ステップＳＴ２は、改質層形成ステップＳＴ１を実施した後、ウェーハ１に対して吸収性を有する波長のレーザビーム３５をウェーハ１の表面３側から分割予定ライン４に沿って照射して、積層体６を分断しクラック１０１に至るレーザ加工溝１０２を分割予定ライン４に沿って形成するステップである。

実施形態１において、レーザ加工溝形成ステップＳＴ２では、ウェーハ１の基板２の裏面７にウェーハ１よりも大径な粘着テープ１１を貼着し、粘着テープ１１の外周縁に環状フレーム１２を貼着して、環状フレーム１２によりウェーハ１を支持する。また、実施形態１において、レーザ加工溝形成ステップＳＴ２では、ウェーハ１の表面側にポリビニルアルコール（polyvinyl alcohol：ＰＶＡ）又はポリビニルピロリドン（polyvinyl pyrrolidone：ＰＶＰ）等の水溶性の液状樹脂を塗布し、液状樹脂を硬化させて、ウェーハ１の表面３側を図示しない保護膜で被覆する。

レーザ加工溝形成ステップＳＴ２では、ウェーハ１の基板２の裏面７側をレーザ加工装置３０のチャックテーブル３１の保持面３２に載置し、レーザ加工装置３０が、チャックテーブル３１の保持面３２に粘着テープ１１を介してウェーハ１の基板２の裏面７側を吸引保持するとともに、クランプ部３３で環状フレーム１２をクランプする。

レーザ加工溝形成ステップＳＴ２では、レーザ加工装置３０が、チャックテーブル３１とレーザ光線照射ユニット３４とを分割予定ライン４に沿って相対的に移動させながら、図５に示すように、レーザ光線照射ユニット３４から分割予定ライン４にウェーハ１の基板２及び積層体６に対して吸収性を有する波長のレーザビーム３５を表面３側から図示しない保護膜越しに照射する。なお、実施形態１において、改質層形成ステップＳＴ１では、各分割予定ライン４の予め定められた位置である幅方向の中央にレーザビーム３５を照射し、レーザビーム３５として、波長が３５５ｎｍのＹＡＧレーザを用いる。レーザ加工溝形成ステップＳＴ２では、全ての分割予定ライン４に沿って保護膜越しに表面３側からレーザビーム３５を照射すると、表面３側に洗浄水を供給して、ウェーハ１を洗浄し、保護膜を除去する。

レーザ加工溝形成ステップＳＴ２では、レーザビーム３５がウェーハ１に対して吸収性を有する波長を有するために、図６に示すように、分割予定ライン４の積層体６にアブレーション加工を施して、分割予定ライン４の積層体６を分断し、クラック１０１に至るレーザ加工溝１０２を分割予定ライン４に沿って形成する。このために、実施形態１では、レーザビーム３５の集光点は、積層体６を分断したレーザ加工溝１０２がクラック１０１に至る位置に設定される。レーザ加工溝形成ステップＳＴ２では、全ての分割予定ライン４に沿ってレーザ加工溝１０２を形成すると、レーザビーム３５の照射、チャックテーブル３１の吸引保持及びクランプ部３３のクランプを解除して、表面保護部材配設ステップＳＴ３に進む。なお、実施形態１では、レーザ加工溝１０２を分割予定ライン４の予め定められた位置である幅方向の中央に形成する。

（表面保護部材配設ステップ）
図７は、図２に示されたウェーハの加工方法の表面保護部材配設ステップ後のウェーハを示す断面図である。表面保護部材配設ステップＳＴ３は、レーザ加工溝形成ステップＳＴ２を実施した後、ウェーハ１表面３に表面保護部材である表面保護テープ１３を配設するステップである。

実施形態１において、表面保護部材配設ステップＳＴ３では、図７に示すように、ウェーハ１の基板２の表面３側にウェーハ１よりも大径な表面保護テープ１３を貼着し、粘着テープ１１を剥がす。また、実施形態１において、表面保護部材配設ステップＳＴ３では、表面保護テープ１３の外周縁に環状フレーム１４を貼着して、環状フレーム１４によりウェーハ１を支持する。表面保護部材配設ステップＳＴ３では、ウェーハ１を表面保護テープ１３及び環状フレーム１４で支持すると、研削ステップＳＴ４に進む。なお、表面保護テープ１３は、伸縮性を有する合成樹脂により構成されている。

（研削ステップ）
図８は、図２に示されたウェーハの加工方法の研削ステップを示す断面図である。図９は、図２に示されたウェーハの加工方法の研削ステップ後のウェーハの要部の断面図である。研削ステップＳＴ４は、表面保護部材配設ステップＳＴ３を実施した後、ウェーハ１の基板２の裏面７を研削して所定の厚み１０３へと薄化するとともに、ウェーハ１を改質層１００に沿って分割するステップである。

実施形態１において、研削ステップＳＴ４では、ウェーハ１の基板２の表面３側を表面保護テープ１３を介して、研削装置４０のチャックテーブル４１の保持面４２に載置し、研削装置４０が、チャックテーブル４１の保持面４２に表面保護テープ１３を介してウェーハ１の基板２の表面３側を吸引保持するとともに、クランプ部４３で環状フレーム１４をクランプする。研削ステップＳＴ４では、研削装置４０は、図８に示すように、スピンドル４４により研削用の研削ホイール４５を回転しつつチャックテーブル４１を軸心回りに回転させる。研削ステップＳＴ４では、研削装置４０が、図示しない研削水ノズルから研削水を供給しつつ、研削ホイール４５の研削砥石４６をウェーハ１の基板２の裏面７に当接させて、研削ホイール４５をチャックテーブル４１に所定の送り速度で近づけて、研削砥石４６でウェーハ１の基板２の裏面７側を研削する。

研削ステップＳＴ４では、ウェーハ１の厚みが所定の厚み１０３になるまで、ウェーハ１の基板２の裏面７側を研削する。また、研削ステップＳＴ４では、ウェーハ１の基板２の内部に分割予定ライン４に沿った改質層１００及びクラック１０１が形成されているので、研削中に、改質層１００及びクラック１０１を起点にウェーハ１を個々のチップ８毎に分割する。こうして、研削ステップＳＴ４では、所定の厚み１０３まで研削されると、ウェーハ１は、個々のチップ８に分割される。ウェーハ１が個々のチップ８に分割されると、エキスパンドステップＳＴ５に進む。なお、実施形態１では、ウェーハ１が所定の厚み１０３に薄化されて個々のチップ８に分割されると、図９に示すように、改質層１００が除去される。即ち、実施形態１では、改質層１００は、ウェーハ１の積層体６の表面から所定の厚み１０３までの範囲よりも裏面７側に形成される。

（エキスパンドステップ）
図１０は、図２に示されたウェーハの加工方法のエキスパンドステップにおいてウェーハをエキスパンド装置に保持した状態の断面図である。図１１は、図２に示されたウェーハの加工方法のエキスパンドステップにおいて表面保護テープを拡張した状態の断面図である。エキスパンドステップＳＴ５は、ウェーハ１の表面３側に貼着された表面保護テープ１３を拡張して、チップ８間に間隔９を形成するステップである。

エキスパンドステップＳＴ５では、環状フレーム１４をエキスパンド装置５０のフレーム載置プレート５１に表面保護テープ１３を介して載置し、ウェーハ１の基板２の表面３側を表面保護テープ１３を介して、エキスパンド装置５０の保持テーブル５４の保持面５６に載置する。エキスパンドステップＳＴ５では、図１０に示すように、エキスパンド装置５０が、クランプ部５２でフレーム載置プレート５１上の環状フレーム１４をクランプする。なお、このとき、実施形態１では、エキスパンド装置５０は、保持テーブル５４の保持面５６と拡張ドラム５３の上端とフレーム載置プレート５１の表面とを同一平面上に位置付ける。

実施形態１において、エキスパンドステップＳＴ５では、エキスパンド装置５０は、昇降シリンダ５５でフレーム載置プレート５１即ち環状フレーム１４を下降させて、表面保護テープ１３の外周縁に貼着された環状フレーム１４とウェーハ１とをこれらの厚み方向に相対的に移動させる。すると、ウェーハ１が表面保護テープ１３を介して保持テーブル５４の保持面５６に載置されているために、表面保護テープ１３が面方向に拡張されて、表面保護テープ１３に放射状の引張力が作用する。

ウェーハ１の基板２の表面３側に貼着された表面保護テープ１３に放射状に引張力が作用すると、ウェーハ１が、研削ステップＳＴ４において、個々のチップ８に分割されているために、図１１に示すように、チップ８間に間隔９が形成される。なお、実施形態１において、エキスパンドステップＳＴ５において、フレーム載置プレート５１を下降させて表面保護テープ１３を拡張したが、本発明は、これに限定されることなく、保持テーブル５４及び拡張ドラム５３を上昇させても良く、要するに、保持テーブル５４及び拡張ドラム５３をフレーム載置プレート５１に対して相対的に上昇させ、フレーム載置プレート５１を保持テーブル５４及び拡張ドラム５３に対して相対的に下降させれば良い。

エキスパンドステップＳＴ５では、エキスパンド装置５０が、保持テーブル５４の保持面５６に表面保護テープ１３を介してウェーハ１の表面３側を吸引保持し、フレーム載置プレート５１を昇降シリンダ５５で上昇させる。すると、表面保護テープ１３が一旦拡張して、保持テーブル５４の保持面５６にウェーハ１の表面３側が表面保護テープ１３を介して吸引保持されているために、ウェーハ１と環状フレーム１４との間に弛んだ弛み部分が形成される。

エキスパンドステップＳＴ５では、エキスパンド装置５０が、図示しない加熱ユニットで弛み部分を加熱し、収縮させる。弛み部分が所定時間加熱されると、加熱ユニットの加熱、保持テーブル５４の吸引保持及びクランプ部５２のクランプを解除して、ウェーハの加工方法は、終了する。なお、弛み部分が加熱されて収縮しているので、保持テーブル５４の吸引保持を解除しても、チップ８間の間隔９は、維持される。なお、個々に分割されたチップ８は、周知のピッカーにより表面保護テープ１３からピックアップされる。

以上、説明したように、実施形態１に係るウェーハの加工方法は、積層体６を分断する前にウェーハ１の基板２の内部に改質層１００を形成するとともに改質層１００から積層体６に至るクラック１０１を形成する。ウェーハの加工方法は、改質層１００及びクラック１０１を形成した後、レーザビーム３５で積層体６を分断するため、確実にウェーハ１を個々のチップ８毎に分割できる。その結果、ウェーハの加工方法は、ウェーハ１の分割不良を抑制することができるという効果を奏する。また、実施形態１に係るウェーハの加工方法は、改質層１００及びクラック１０１を形成した後、レーザビーム３５で積層体６を分断するため、ウェーハ１を個々のチップ８に分割することができるという効果を奏する。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ ウェーハ
２ 基板
３ 表面
４ 分割予定ライン
５ デバイス
６ 積層体
７ 裏面
１３ 表面保護テープ（表面保護部材）
２５ レーザビーム
２５−１ 集光点
３５ レーザビーム
１００ 改質層
１０１ クラック
１０２ レーザ加工溝
１０３ 所定の厚み
ＳＴ１ 改質層形成ステップ
ＳＴ２ レーザ加工溝形成ステップ
ＳＴ３ 表面保護部材配設ステップ
ＳＴ４ 研削ステップ

Claims (1)

1. 基板の表面に、交差する複数の分割予定ラインで区画された各領域にそれぞれデバイスが形成されるとともに、少なくとも該分割予定ライン上に積層体が積層され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ウェーハの内部に位置付けた状態でウェーハの裏面側から該レーザビームを該分割予定ラインに沿って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、該改質層から該積層体に至るクラック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、ウェーハに対して吸収性を有する波長のレーザビームをウェーハの表面側から該分割予定ラインに沿って照射して、該積層体を分断し該クラックに至るレーザ加工溝を該分割予定ラインに沿って形成するレーザ加工溝形成ステップと、
   該レーザ加工溝形成ステップを実施した後、ウェーハの表面に表面保護部材を配設する表面保護部材配設ステップと、
   該表面保護部材配設ステップを実施した後、ウェーハの該裏面を研削して所定の厚みへと薄化するとともにウェーハを該改質層に沿って分割する研削ステップと、を備えたウェーハの加工方法。

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