JP2022076711A - ウェーハの加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】レーザー加工前にウェーハの裏面の膜を研削する際に、研削砥石の目詰まり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。【解決手段】ウェーハの加工方法は、ウェーハの表面に保護部材を配設する保護部材配設ステップ１と、膜または基板に対して吸収性を有する波長のレーザー光線によって膜を部分的に除去するレーザー加工溝をウェーハの裏面に形成するレーザー加工溝形成ステップ２と、ウェーハの裏面を研削して膜およびレーザー加工溝を除去し、所定以上の厚さのウェーハを形成する予備研削ステップ３と、基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を基板の内部に位置付けてウェーハの裏面側から照射し、分割予定ラインに沿った改質層を基板の内部に形成する改質層形成ステップ４と、ウェーハを裏面側から研削し、ウェーハを仕上げ厚さに薄化すると共に改質層に沿って分割される研削ステップ５と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、ウェーハの加工方法に関する。
半導体デバイスチップを製造する方法として、基板の表面にデバイスを形成する機能層が積層されたウェーハを切削ブレードやレーザー光線で分割する方法が知られている。レーザー光線で基板の内部に破断起点となる改質層を形成し分割する方法は、切削ブレードによる分割に比べ、分割予定ラインを狭くでき、切削屑の発生を極力抑えられるという効果がある（例えば、特許文献１参照）。
レーザー光線で分割する方法では、レーザー光線を基板の内部に透過させる必要があるため、レーザー光線の透過を妨げる機能層が無いウェーハの裏面からレーザー光線を照射する。この際、所定以上の反射率を有する窒化膜や酸化膜がウェーハの裏面に成膜されている場合は、予め裏面の膜を研削して除去する必要がある。
特開２０１３－００８８３１号公報
ところで、裏面の膜の研削では、次工程であるレーザー加工工程への搬送中にウェーハが割れるのを防ぐため、ある程度以上の厚さを残すよう、研削量は抑えられる。このため、研削体積における膜の割合が多くなり、研削砥石が目詰まりしやすくなるので、定期的に研削砥石をドレッシングする必要があり、ドレッシング工数の増加やドレッシングによる研削砥石の摩耗量の増加が発生するという問題があった。
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、レーザー加工前にウェーハの裏面の膜を研削する際に、研削砥石の目詰まり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、基板の表面に積層された機能層によってデバイスが形成され、該基板の裏面に膜が形成されたウェーハを、該デバイスを区画する複数の分割予定ラインに沿って分割するウェーハの加工方法であって、ウェーハの表面に保護部材を配設する保護部材配設ステップと、該膜または該基板に対して吸収性を有する波長のレーザー光線をウェーハの裏面に照射し、該膜を部分的に除去するレーザー加工溝をウェーハの裏面に形成するレーザー加工溝形成ステップと、該レーザー加工溝が形成されたウェーハの裏面を研削砥石で研削して該膜および該レーザー加工溝を除去し、所定以上の厚さのウェーハを形成する予備研削ステップと、該予備研削ステップ後、該基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を該基板の内部に位置付け、該膜が除去されたウェーハの裏面側から照射し、該分割予定ラインに沿った改質層を該基板の内部に形成する改質層形成ステップと、該改質層が形成されたウェーハを裏面側から研削砥石で研削し、ウェーハを仕上げ厚さに薄化すると共に該改質層に沿って分割されたウェーハを形成する研削ステップと、を有することを特徴とする。
本願発明は、レーザー加工前にウェーハの裏面の膜を研削する際に、研削砥石の目詰まりを抑制することができる。
図１は、実施形態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に示す保護部材配設ステップの一例を示す斜視図である。 図４は、保護部材配設ステップの後のウェーハを示す斜視図である。 図５は、図２に示すレーザー加工溝形成ステップの一例を一部断面で示す側面図である。 図６は、レーザー加工溝形成ステップの後のウェーハを示す斜視図である。 図７は、図２に示す予備研削ステップの一例を一部断面で示す側面図である。 図８は、図２に示す改質層形成ステップの一例を一部断面で示す側面図である。 図９は、図２に示す研削ステップの一例を一部断面で示す側面図である。 図１０は、研削ステップの後のウェーハを示す斜視図である。
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、置換または変更を行うことができる。
〔実施形態〕
本発明の実施形態に係るウェーハ１０の加工方法を図面に基づいて説明する。まず、実施形態の加工対象であるウェーハ１０の構成について説明する。図１は、実施形態に係るウェーハ１０の加工方法の加工対象のウェーハ１０の一例を示す斜視図である。
図１に示すように、ウェーハ１０は、シリコン（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）等を基板１１とする円板状の半導体ウェーハ、光デバイスウェーハ等のウェーハである。ウェーハ１０は、基板１１の表面１２に形成される複数の分割予定ライン１３と、格子状に交差する複数の分割予定ライン１３によって区画された各領域に形成されるデバイス１４とを有する。デバイス１４が形成された表面１２と反対側に位置するウェーハ１０の面を裏面１５とする。基板１１の裏面１５側には、所定以上の反射率を有する窒化膜または酸化膜等の膜１７が成膜されている。
デバイス１４は、例えば、ＩＣ（Integrated Circuit）、あるいやＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、あるいはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のイメージセンサ、またはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等である。
基板１１の表面１２側には、機能層１６が積層されている。機能層１６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１４を形成する。導電体膜は、デバイス１４の回路を構成する。このために、デバイス１４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１３の機能層１６は、Ｌｏｗ－ｋ膜により構成され、導電体膜を備えていない。
次に、実施形態に係るウェーハ１０の加工方法を説明する。図２は、実施形態に係るウェーハ１０の加工方法の流れを示すフローチャートである。ウェーハ１０の加工方法は、保護部材配設ステップ１と、レーザー加工溝形成ステップ２と、予備研削ステップ３と、改質層形成ステップ４と、研削ステップ５と、を有する。
（保護部材配設ステップ１）
図３は、図２に示す保護部材配設ステップ１の一例を示す斜視図である。図４は、保護部材配設ステップ１の後のウェーハ１０を示す斜視図である。保護部材配設ステップ１は、ウェーハ１０の表面１２に保護部材２０を配設するステップである。
保護部材２０は、後述のレーザー加工装置４０（図５参照）または研削装置７０（図７参照）のチャックテーブル５０、８０に保持されるウェーハ１０の表面１２側のデバイス１４を異物の付着や接触による損傷から保護するものである。保護部材２０は、実施形態において、ウェーハ１０より大径の円板形状のテープである。保護部材２０は、例えば、合成樹脂により構成された基材層と、基材層の表面および裏面の少なくともいずれかに積層された粘着性を有する糊層とを含む。
図２に示すように、保護部材配設ステップ１では、まず、保護部材２０を、フレーム２１の裏面側に貼着する。フレーム２１は、ウェーハ１０の外径より大きな開口を有する。次に、ウェーハ１０を、フレーム２１の開口の所定の位置に位置決めし、裏面１５を保護部材２０に貼着させる。これにより、図３に示すように、ウェーハ１０を、保護部材２０およびフレーム２１に固定させる。
（レーザー加工溝形成ステップ２）
図５は、図２に示すレーザー加工溝形成ステップ２の一例を一部断面で示す側面図である。図６は、レーザー加工溝形成ステップ２の後のウェーハ１０を示す斜視図である。レーザー加工溝形成ステップ２は、レーザー光線３０をウェーハ１０の裏面１５に照射し、膜１７を部分的に除去するレーザー加工溝１８をウェーハ１０の裏面１５に形成するステップである。
レーザー加工溝形成ステップ２では、レーザー加工装置４０によるアブレーション加工によって、ウェーハ１０の裏面１５側にレーザー加工溝１８を形成する。レーザー光線３０は、膜１７または基板１１に対して吸収性を有する波長のレーザー光線である。レーザー加工装置４０は、チャックテーブル５０と、レーザー光線照射ユニット６０と、チャックテーブル５０とレーザー光線照射ユニット６０とを相対的に移動させる不図示の移動ユニットと、ウェーハ１０を撮像する不図示の撮像ユニットと、を含む。
レーザー加工溝形成ステップ２では、まず、チャックテーブル５０の保持面５１に保護部材２０を介してウェーハ１０の表面１２側を吸引保持し、フレーム２１の外縁をクランプ部５２で固定する。なお、この際、フレーム２１をウェーハ１０の表面１２より下方に押し下げた状態で固定することによって、ウェーハ１０の表面１２は、チャックテーブル５０の保持面５１に固定される。
レーザー加工溝形成ステップ２では、次に、不図示の移動ユニットによってチャックテーブル５０を加工位置まで移動させ、不図示の撮像ユニットでウェーハ１０を撮像しアライメントすることによってレーザー光線照射ユニット６０の照射部６１を、ウェーハ１０のレーザー加工溝１８を形成する位置に位置合わせする。
なお、レーザー加工溝１８を分割予定ライン１３に沿って形成する場合は、不図示の撮像ユニットでウェーハ１０を撮像し、分割予定ライン１３を割り出すアライメントを実行する。レーザー加工溝１８を形成する位置を問わない場合は、例えば、ウェーハ１０の外縁の位置を３箇所以上検出し、外縁の座標を算出することによってウェーハ１０の位置を割り出すアライメントを実行してもよい。また、ウェーハ１０をチャックテーブル５０上に搬送する際に、常に同一の位置に位置付けることが可能であれば、上記のアライメントを実行しなくてもよい。
レーザー加工溝形成ステップ２では、次に、レーザー光線照射ユニット６０に対してチャックテーブル５０を相対的に移動させながら、チャックテーブル５０の保持面５１に保持されたウェーハ１０に向けてレーザー光線３０を照射する。この際、ウェーハ１０の裏面１５側からパルス状のレーザー光線３０を、膜１７に集光点３１を位置付けて照射する。膜１７に集光点３１を位置付けたレーザー光線３０を、ウェーハ１０の裏面１５に沿って照射することによって、ウェーハ１０の裏面１５にレーザー加工溝１８が形成される。
なお、本発明においてレーザー光線３０は、基板１１に対してのみ吸収性を有する波長であってもよく、膜１７に対して吸収性を有する波長であっても、膜１７に対して吸収性を有しない波長であってもよい。レーザー光線３０が基板１１に対してのみ吸収性を有する波長であっても、レーザー光線３０によって膜１７を除去することは可能である。
レーザー加工溝１８の形成される位置および本数は特に限定されないが、レーザー加工溝１８は、例えば、格子状に形成されることが好ましい、また、レーザー加工溝１８の形成される深さは特に限定されないが、レーザー加工溝１８は、膜１７を高さ方向に貫通することが好ましい。また、膜１７がレーザー光線３０を透過しやすい場合は、レーザー光線３０の吸収を促進する酸化物または窒化物等の吸光材を含む水溶性の液状樹脂を、膜１７の表面に塗布してからレーザー加工を行ってもよい。これにより、膜１７がレーザー光線３０を透過しやすい場合であっても、レーザー加工による膜１７の除去を促進できる。レーザー加工溝形成ステップ２では、レーザー加工溝１８をウェーハ１０の裏面１５側の全域に亘って形成すると、レーザー光線３０の照射、チャックテーブル５０の吸引保持を解除し、予備研削ステップ３に進む。
（予備研削ステップ３）
図７は、図２に示す予備研削ステップ３の一例を一部断面で示す側面図である。予備研削ステップ３は、レーザー加工溝１８が形成されたウェーハ１０の裏面１５を研削砥石９３で研削して膜１７およびレーザー加工溝１８を除去し、所定以上の厚さのウェーハ１０を形成するステップである。
予備研削ステップ３では、研削装置７０による研削加工よって、ウェーハ１０の裏面１５側の膜１７およびレーザー加工溝１８を除去し、所定以上の厚さのウェーハ１０を形成する。研削装置７０は、チャックテーブル８０と、研削ユニット９０と、を備える。研削ユニット９０は、回転軸部材であるスピンドル９１と、スピンドル９１の下端に取り付けられたホイール基台９２と、ホイール基台９２の下面に装着される研削砥石９３と、研削水供給ノズル９４と、を備える。ホイール基台９２は、チャックテーブル８０の軸心と平行な回転軸で回転する。
予備研削ステップ３では、まず、チャックテーブル８０の保持面８１に保護部材２０を介してウェーハ１０の表面１２側を吸引保持し、フレーム２１の外縁をクランプ部８２で固定する。なお、この際、フレーム２１をウェーハ１０の表面１２より下方に押し下げた状態で固定することによって、ウェーハ１０の表面１２は、チャックテーブル８０の保持面８１に固定される。
予備研削ステップ３では、次に、チャックテーブル８０を軸心回りに回転させた状態で、ホイール基台９２を軸心回りに回転させる。研削水供給ノズル９４から研削水９５を供給するとともに、ホイール基台９２の下面に装着された研削砥石９３をチャックテーブル８０に所定の送り速度で近付けることによって、研削砥石９３でウェーハ１０を裏面１５側から研削する。
予備研削ステップ３では、ウェーハ１０の裏面１５側の膜１７およびレーザー加工溝１８を除去する。すなわち、レーザー加工溝１８の深さより多く研削する。この際、仕上げ厚さよりウェーハ１０の厚みを残して、所定以上の厚さのウェーハ１０を形成する。予備研削ステップ３で研削する厚さは、例えば、１００μｍ以下である。
予備研削ステップ３でウェーハ１０の裏面１５側の膜１７を研削する際に、レーザー加工溝１８が形成されていることによって、研削体積に対する膜１７の体積は、レーザー加工溝１８がない場合に比べて減少する。また、レーザー加工溝１８による凹凸によって、研削砥石９３が凸部に衝突する際に衝撃となり、研削砥石９３のドレッシング効果が期待できる。予備研削ステップ３では、所定以上の厚さのウェーハ１０を形成すると、チャックテーブル８０および研削ユニット９０の回転を停止し、チャックテーブル８０の吸引保持を解除し、改質層形成ステップ４に進む。
（改質層形成ステップ４）
図８は、図２に示す改質層形成ステップ４の一例を一部断面で示す側面図である。改質層形成ステップ４は、予備研削ステップ３の後に実施される。改質層形成ステップ４は、レーザー光線３０を膜１７が除去されたウェーハ１０の裏面１５側から照射し、分割予定ライン１３に沿った改質層１９を基板１１の内部に形成するステップである。
改質層１９とは、密度、屈折率、機械的強度または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する。改質層１９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、およびこれらの領域が混在した領域等である。改質層１９は、ウェーハ１０の他の部分よりも機械的な強度等が低い。
改質層形成ステップ４では、レーザー加工装置４０によるステルスダイシングによって、ウェーハ１０の基板１１の内部に改質層１９を形成する。レーザー光線３０は、基板１１に対して透過性を有する波長のレーザー光線である。レーザー加工装置４０は、レーザー加工溝形成ステップ２で使用した装置と同一の装置でもよい。
改質層形成ステップ４では、まず、レーザー加工溝形成ステップ２と同様に、チャックテーブル５０の保持面５１に保護部材２０を介してウェーハ１０の表面１２側を吸引保持し、フレーム２１の外縁をクランプ部５２で固定する。次に、不図示の移動ユニットによってチャックテーブル５０を加工位置まで移動させ、不図示の撮像ユニットでウェーハ１０を撮像しアライメントすることによってレーザー光線照射ユニット６０の照射部６１を、ウェーハ１０の分割予定ライン１３に位置合わせする。
改質層形成ステップ４では、次に、レーザー光線照射ユニット６０に対してチャックテーブル５０を相対的に移動させながら、ウェーハ１０の裏面１５側からパルス状のレーザー光線３０を、基板１１の内部に集光点３１を位置付けて照射する。基板１１の内部に集光点３１を位置付けたレーザー光線３０を、分割予定ライン１３に沿って照射することによって、分割予定ライン１３に沿って基板１１の内部に改質層１９が形成される。改質層形成ステップ４では、改質層１９を全ての分割予定ライン１３に沿って形成すると、レーザー光線３０の照射、チャックテーブル５０の吸引保持を解除し、研削ステップ５に進む。
（研削ステップ５）
図９は、図２に示す研削ステップ５の一例を一部断面で示す側面図である。図１０は、研削ステップ５の後のウェーハ１０を示す斜視図である。研削ステップ５は、改質層１９が形成されたウェーハ１０を裏面１５側から研削砥石９３で研削し、ウェーハ１０を仕上げ厚さに薄化すると共に改質層１９に沿って分割されたウェーハ１０を形成するステップである。
研削ステップ５では、研削装置７０による研削加工よって、ウェーハ１０を裏面１５側から研削して仕上げ厚さに薄化する。研削装置７０は、予備研削ステップ３で使用した装置と同一の装置でもよい。
研削ステップ５では、まず、予備研削ステップ３と同様に、チャックテーブル８０の保持面８１に保護部材２０を介してウェーハ１０の表面１２側を吸引保持し、フレーム２１の外縁をクランプ部８２で固定する。次に、チャックテーブル８０を軸心回りに回転させた状態で、ホイール基台９２を軸心回りに回転させる。研削水供給ノズル９４から研削水９５を供給するとともに、ホイール基台９２の下面に装着された研削砥石９３をチャックテーブル８０に所定の送り速度で近付けることによって、研削砥石９３でウェーハ１０を裏面１５側から研削する。
研削ステップ５では、ウェーハ１０が仕上げ厚さになるまでウェーハ１０を裏面１５側から研削する。また、研削ステップ５では、研削ステップ５の研削ユニット９０のホイール基台９２から作用する研削応力によって、改質層１９を破断起点にして、ウェーハ１０が分割予定ライン１３に沿って個々のチップに分割される。仕上げ厚さまでウェーハ１０を研削すると、実施形態におけるウェーハ１０の加工方法は、全ての工程を終了する。
以上説明したように、実施形態に係るウェーハ１０の加工方法は、ウェーハ１０の裏面１５にレーザー加工溝１８を形成し、予備研削ステップ３の前に予め膜１７を部分的に除去しておく。予備研削ステップ３でウェーハ１０の裏面１５側の膜１７を研削する際に、レーザー加工溝１８が形成されていることによって、研削体積に対する膜１７の体積は、レーザー加工溝１８がない場合に比べて減少する。これにより、予備研削ステップ３で研削砥石９３が目詰まりすることを抑制することができる。また、レーザー加工溝１８による凹凸によって、研削砥石９３が凸部に衝突する際に衝撃となり、研削砥石９３のドレッシング効果が期待できる。
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。例えば、実施形態のレーザー加工溝形成ステップ２、予備研削ステップ３、改質層形成ステップ４および研削ステップ５では、フレーム２１にウェーハ１０を固定しているが、本発明では、ウェーハ１０と略同径の保護部材２０を貼着して、フレーム２１を用いずに各ステップを行ってもよい。すなわち、レーザー加工溝形成ステップ２、予備研削ステップ３、改質層形成ステップ４および研削ステップ５において、ウェーハ１０には保護部材２０が貼着されていればよく、保護部材２０を介してフレーム２１が固定されていなくてもよい。
１０ ウェーハ
１１ 基板
１２ 表面
１３ 分割予定ライン
１４ デバイス
１５ 裏面
１６ 機能層
１７ 膜
１８ レーザー加工溝
１９ 改質層
２０ 保護部材
３０ レーザー光線
３１ 集光点
９３ 研削砥石

Claims (1)

  1. 基板の表面に積層された機能層によってデバイスが形成され、該基板の裏面に膜が形成されたウェーハを、該デバイスを区画する複数の分割予定ラインに沿って分割するウェーハの加工方法であって、
    ウェーハの表面に保護部材を配設する保護部材配設ステップと、
    該膜または該基板に対して吸収性を有する波長のレーザー光線をウェーハの裏面に照射し、該膜を部分的に除去するレーザー加工溝をウェーハの裏面に形成するレーザー加工溝形成ステップと、
    該レーザー加工溝が形成されたウェーハの裏面を研削砥石で研削して該膜および該レーザー加工溝を除去し、所定以上の厚さのウェーハを形成する予備研削ステップと、
    該予備研削ステップ後、該基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を該基板の内部に位置付け、該膜が除去されたウェーハの裏面側から照射し、該分割予定ラインに沿った改質層を該基板の内部に形成する改質層形成ステップと、
    該改質層が形成されたウェーハを裏面側から研削砥石で研削し、ウェーハを仕上げ厚さに薄化すると共に該改質層に沿って分割されたウェーハを形成する研削ステップと、
    を有するウェーハの加工方法。
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