JP2023026125A - ワークの加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ウェーハが反りを有する場合において、反りを解消させるとともに、厚み方向の異なる位置に複数の改質層を形成するワークの加工方法を提供する。【解決手段】反りを有するワークの加工方法であって、ワークを吸着保持する保持面を含む保持テーブルの該保持面上にワークが山状に反る向きでワークを載置する載置ステップと、保持テーブルでワークを吸着保持する保持ステップと、ワークに対して厚み方向における所定の第一の位置に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と改質層からワーク下面に至るクラックを形成してワークの反りを解消する反り解消ステップと、第一の位置よりも上方にレーザビームを照射して改質層を形成する改質層形成ステップを備え、反り解消ステップでは分割予定ラインに対してレーザビームを照射する前に都度ワークの上面高さ位置を検出し、検出した上面高さ位置に基づいて集光点を位置づける。【選択図】図4

Description

本発明は、複数の分割予定ラインが設定され、反りを有するワークの加工方法に関する。
従来、例えば特許文献1に開示されるように、ウェーハの同一分割予定ライン上でウェーハの厚み方向の異なる位置に複数の改質層を形成することが知られている。
ウェーハ内部で集光器に近い位置に改質層を形成した後、集光器から遠い位置にレーザビームを集光しようとすると、先に形成した改質層でレーザビームの集光が妨げられて改質層が形成され難くなる。
そこで、特許文献1に開示されるように、一般には集光器から遠い位置から近い位置に向かう順に改質層が形成される。そして、ある分割予定ラインに対して厚み方向の異なる位置に複数の改質層を形成した後、隣接する分割予定ラインに対して同様に複数の改質層を形成する。これを繰り返し、全ての分割予定ラインについて複数の改質層が形成される。
特開2020-136457号公報
しかし、ウェーハが反りを有する場合には、ウェーハ内に反りによる内部応力が存在しており、同一の分割予定ラインに対して厚み方向の異なる位置に複数の改質層を形成している最中に、この内部応力が解放されて予期せぬクラックが生じることが懸念される。そして、このクラックがデバイスに到達することでデバイスを損傷してしまうおそれがあった。
また、内部応力の解放によりウェーハの分割ラインが蛇行することも懸念され、この場合には分割後のチップサイズが設計されたサイズとならず、許容範囲から外れて不良品となってしまうことも懸念される。
本発明は以上の問題に鑑み、ウェーハが反りを有する場合において、反りを解消させるとともに、厚み方向の異なる位置に複数の改質層を形成するための新規な技術を提案するものである。
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
本発明の一態様によれば、
複数の分割予定ラインが設定され、反りを有するワークの加工方法であって、
ワークを吸着保持する保持面を含む保持テーブルの該保持面上にワークが山状に反る向きでワークを載置する載置ステップと、
該載置ステップを実施した後、該保持テーブルでワークを吸着保持する保持ステップと、
該保持ステップを実施した後、ワーク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ワークの厚み方向における所定の第一の位置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と該改質層からワークの該下面に至るクラックを形成することを全ての該分割予定ラインに対して実施してワークの反りを解消する反り解消ステップと、
該反り解消ステップを実施した後、該レーザビームの集光点をワークの下面から該第一の位置よりも上方のワーク内部に位置づけた状態で該レーザビームを該分割予定ラインに沿ってワークに照射して、該分割予定ラインに沿った改質層を形成する改質層形成ステップと、
を備え、
該反り解消ステップでは、各分割予定ラインに対して該レーザビームを照射する前に都度ワークの上面高さ位置を検出し、検出した上面高さ位置に基づいて集光点を位置づける、ワークの加工方法とする。
また、本発明の一態様によれば、
該改質層形成ステップを実施した後、ワークに外力を付与して該分割予定ラインに沿って分割する分割ステップを更に備えた、こととする。
また、本発明の一態様によれば、
該改質層形成ステップでは、該レーザビームの集光点を該第一の位置よりも上方でワーク内部の第二の位置に位置づけた状態で該分割予定ラインに沿って照射して第二の改質層を形成した後、該レーザビームの集光点を該第二の位置よりも上方でワーク内部の第三の位置に位置づけた状態で該分割予定ラインに沿って照射して第三の改質層を形成することを該分割予定ライン毎に実施する、こととする。
また、本発明の一態様によれば、
ワークは裏面を上にした場合に山状に反る反りを有し、
該載置ステップでは、ワークの表面を下にして該保持テーブルにワークを載置し、
該保持ステップでは該保持テーブルでワークの表面側を保持し、
該反り解消ステップと該改質層形成ステップでは、ワークの裏面側から該レーザビームを照射する、こととする。
本発明は、以下に示すような効果を奏する。
即ち、本発明の一態様によれば、ワークの厚み方向における所定の位置に加工用レーザビームの集光点を位置づけることができ、クラックをワークの下面まで確実に至らせることにより、反りを解消することができる。また、改質層の形成によるワークの反りの解消に伴って、ワークの上面高さが変動する場合においても、直前のワークの上面高さを検出することにより、ワークの厚み方向における所定の位置に加工用レーザビームの集光点を位置づけることができる。そして、改質層形成ステップにおいては、反り解消ステップにより事前に反りが解消されているため、改質層を形成する過程で予期せぬクラックが生じることや、分割予定ラインが蛇行することが防がれる。これにより、クラックによるデバイスの損傷や、チップサイズ不良などの不具合を防止することができる。
(A)は、ワークの一例について示す斜視図。(B)は、ワークに反りが形成されていることについて説明する側面図。 ワークユニットについて説明する斜視図。 レーザ加工装置の例について示す斜視図。 レーザ加工ヘッドと測定ヘッドの配置について説明する図。 (A)は、第一方向にワークを移動させる際のレーザビームの照射について説明する図。(B)は、第二方向にワークを移動させる際のレーザビームの照射について説明する図。 (A)は、測定ヘッドを一つ設ける例について説明する図。(B)は、加工用レーザビームと測定用レーザビームを選択的に照射可能な照射ヘッドを設ける構成において測定用レーザビームを照射することについて示す図。(C)は、同じく加工用レーザビームを照射することについて示す図。 本発明に係るワークの加工方法の各ステップについて示すフローチャート。 載置ステップについて説明する図。 保持ステップについて説明する図。 (A)は、反り解消ステップについて説明する図。(B)は、改質層形成ステップについて説明する図。 (A)は、分割ステップについて説明する図。(B)は、チップに分割された状態について示す図。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1(A)(B)は、反りが形成されたワークWの例を示すものである。
ワークWは、例えば、Si(シリコン)、SiC(シリコンカーバイド)、GaN(ガリウムナイトライド)、GaAs(ヒ化ガリウム)、若しくは、その他の半導体等の材料から形成されるウェーハである。または、LT(タンタル酸リチウム)、若しくは、LN(ニオブ酸リチウム)等の複酸化物から形成されるウェーハである。または、ワークWは、サファイア、ガラス、石英等の材料からなる基板等である。該ガラスは、例えば、アルカリガラス、無アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、鉛ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス等である。
図1(A)に示すワークWの表面Waには、デバイスDが規則的に形成されており、各デバイスの間に互いに交差する分割予定ラインS(ストリート)が設定される。
図1(B)に示すワークWの例では、表面Wa側が収縮して凹み、裏面Wb側が膨らむような反りが形成されている。このような反りにより、ワークWには内部応力が存在している。なお、逆に、ワークWの裏面Wb側が収縮して凹み、表面Wa側が膨らむような反りが形成される場合もある。
図2に示すように、ワークWは、裏面WbがエキスパンドテープTに貼着され、エキスパンドテープTを介して環状フレームFに固定され、ワークユニットUとしてハンドリングされる。ワークWの表面Waは上方に露出される。エキスパンドテープTは粘着面を備え、粘着面にワークと環状フレームFが貼着される。エキスパンドテープTはエキスパンド性を有し、径方向外側に拡張可能である。
なお、露出するワークWの表面Waに、保護テープが貼られることとしてもよい。また、ワークWの裏面Wb側が収縮して凹み、表面Wa側が膨らむような反りが形成される場合には、ワークWの表面WaがエキスパンドテープTに貼着される。また、ワークWは、図2の例のように、環状フレームFと一体化してワークユニットUとしてハンドリングされるほか、ワークW単体でハンドリングされるものであってもよい。また、エキスパンドテープTは、粘着面を有しないものであってもよい。
図3は、ワークWを加工するためのレーザ加工装置の一例について示すものである。
レーザ加工装置10は、レーザビームを照射するレーザビーム照射機構12と、ワークWを上面に保持した保持テーブル13と、を相対移動させて、ワークWを加工するように構成されている。
レーザ加工装置10は、直方体状の基台11を有している。基台11の上面には、保持テーブル13をX軸方向に加工送りすると共に、Y軸方向に割り出し送りする移動機構14が設けられている。移動機構14の後方には、立壁部16が立設され、保持テーブル13に対向するようにレーザビーム照射機構12が支持されている。
移動機構14は、保持テーブル13をレーザビーム照射機構12に対して割り出し送り方向(Y軸方向)に相対移動させる割り出し送り機構20と、加工送り方向(X軸方向)に相対移動させる加工送り機構21とを備えている。
割り出し送り機構20による割り出し送り方向(Y軸方向)の移動では、ある分割予定ラインについてのレーザ加工後に、平行する隣の分割予定ラインについてレーザ加工を行うために、保持テーブル13のインデックス送りがされる。
加工送り機構21による加工送り方向(X軸方向)の移動では、図示せぬ撮像カメラにより検出された分割予定ラインと、レーザビーム照射機構12の加工ヘッド40のアライメントが行われた状態において、保持テーブル13をX軸方向に移動することで、分割予定ラインに沿ったレーザ加工が行われる。
保持テーブル13は、垂直軸回りに回転可能(θ方向回転)に設けられる。保持テーブル13の周囲には、4つのクランプ部39が設けられ、クランプ部39によりワークユニットUの環状フレームFが四方から挟持固定される。
図4に示すように、保持テーブル13の上側にはポーラスセラミックス材からなる保持プレート13bが設けられており、保持プレート13b上面によって水平な保持面13aが形成される。保持プレート13bはバルブ29を介して吸引源28と通じており、保持面13aに負圧を生じさせてワークWを吸着保持するように構成される。
図3に示すように、レーザビーム照射機構12は、加工用のレーザビームを発生させる発振器、発振器で発生されたレーザビームを保持テーブルで保持されたワークに集光する集光レンズ、発振器で発生されたレーザビームを集光レンズに導くミラーなどを有し、図4に示すように、加工ヘッド40からワークWに対し加工用レーザビーム40aが照射される。
加工用レーザビーム40aの集光点のワークWの厚み方向の高さ位置は、詳しくは後述するように順次所定の位置に設定され、また、適宜補正される。
図3に示すように、レーザビーム照射機構12は、ワークWの上面(裏面Wb)の高さ位置を測定するためのレーザビームを発生させる発振器、発振器で発生されたレーザビームを保持テーブルで保持されたワークに集光する集光レンズ、発振器で発生されたレーザビームを集光レンズに導くミラーなどを有し、図4、図5(A)(B)に示すように、測定ヘッド51,52からそれぞれワークWに対し測定用レーザビーム51a,52aが照射される。
図4に示すように、測定用レーザビーム51aは連続して照射され、ワークの上面高さの測定結果を、例えば、分割予定ラインの長さ方向において0.5mm間隔でコントローラーにフィードバックする。このフィードバックを利用して加工用レーザビーム40aの集光点が適宜補正されることで、図5(A)に示すように、加工用レーザビーム40aの集光点を、ワークWの上面(裏面Wb)からから所定の距離、或いは、ワークWの下面(表面Wa)から所定の距離に正確に位置づけることができる。
図4に示すように、測定ヘッド51,52は、加工送り方向(X軸方向)において加工ヘッド40の両側に配置されている。そして、図5(A)に示すように、測定ヘッド51から照射される測定用レーザビーム51aにより、保持テーブル13が第一方向X1に往路移動する際の加工ヘッド40の直前の位置にあるワークWの上面高さ(裏面Wbの高さ)を検出することができる。また、図5(B)に示すように、測定ヘッド52から照射される測定用レーザビーム52aにより、保持テーブル13が第二方向X2に復路移動する際の加工ヘッド40の直前の位置にあるワークWの上面高さ(裏面Wbの高さ)を検出することができる。
このように、測定ヘッド51,52を加工ヘッド40の両側に配置することで、保持テーブル13の往路移動、復路移動のそれぞれおいて、ある分割予定ラインについて、測定と加工を行うことが可能となる。
なお、この他、図6(A)に示すように、例えば、加工ヘッド40の隣に測定ヘッド53を一つだけ設けることにより、保持テーブル13を第一方向X1に往路移動させるときに、ある分割予定ラインについてワークWの上面高さ(裏面Wbの高さ)を測定しつつ加工がされることとしてもよい。
さらに、図6(B)(C)に示すように、加工用レーザビームと、測定用レーザビームを選択的に照射可能な照射ヘッド45を設ける構成において、例えば、図6(B)に示すように、保持テーブル13を第一方向X1に往路移動させて測定用レーザビーム45aを照射してある分割予定ラインについて測定を行った後、保持テーブル13を第二方向X2に復路移動させて元の位置に戻し、図6(C)に示すように、再度保持テーブル13を第一方向X1に往路移動させて加工用レーザビーム45bを照射して加工を行うこととしてもよい。
次に、以上の装置構成を用いた加工方法について説明する。図7は、この加工方法の各ステップについて示すフローチャートである。
<テープ貼着ステップ>
図2に示すように、ワークWの裏面WbをエキスパンドテープTに貼着するステップである。ワークWはエキスパンドテープTを介して環状フレームFと一体化され、ワークユニットUが構成される。なお、ワークWの表面WaがエキスパンドテープTに貼着されるものであってもよい。ワークWを直接保持テーブルに載置する場合には、テープ貼着ステップは省略される。
<載置ステップ>
図8に示すように、ワークWを吸着保持する保持面13aを含む保持テーブル13の保持面13a上にワークWが山状に反る向きでワークを載置するステップである。
図8の例では、ワークWの裏面Wbが上側となるように山状に反っており、詳しくは後述するように、ワークWの裏面Wb側からレーザビームが照射される。また、図8の例では、ワークWの表面Waと保持面13aの間に隙間15が形成され、環状フレームFはクランプ部39に載置される様子が示されている。なお、ワークWの表面Waが上側となるように山状に沿っている場合には、裏面Wb側が保持面13aに載置される。
<保持ステップ>
図9に示すように、載置ステップを実施した後、保持テーブル13でワークWを吸着保持するステップである。具体的には、バルブ29を開いて保持テーブル13を吸引源28に接続し、保持面13aに負圧を生じさせ、ワークWの表面Waを引き寄せるようにして保持面13aに吸着させる。また、クランプ部39によって環状フレームFを挟持する。
<反り解消ステップ>
図10(A)に示すように、保持ステップを実施した後、ワークWに対して透過性を有する波長の加工用レーザビーム40aの集光点をワークWの厚み方向における所定の第一の位置に位置づけた状態で分割予定ラインに沿って加工用レーザビーム40aを照射して分割予定ラインに沿った改質層K1と改質層K1からワークWの下面(表面Wa)に至るクラックKaを形成することを全ての分割予定ラインに対して実施してワークWの反りを解消するステップである。
図10(A)の例では、ワークWの厚み方向における所定の第一の位置は、ワークWの下面(表面Wa)から距離H1の位置(ワークWの上面(裏面Wb)から距離H2の位置)に設定される。距離H1と距離H2を合計した距離H0は、ワークWの厚みに相当する。
このように、クラックKaがワークWの下面(表面Wa)に至ることで、ワークWの下面側に内在していた内部応力が解放され、ワークWの下面側が広げられて反りが解消される。このクラックKaは、全ての分割予定ラインSについて形成される。
この反り解消ステップでは、各分割予定ラインに対して加工用のレーザビームが照射される直前に、都度ワークの上面高さ位置(裏面Wbの高さ)を検出し、検出した上面高さ位置を基準として集光点が位置づけられる。
即ち、改質層K1の形成においては、図5(A)(B)に示すように、測定ヘッド51,52からの測定用レーザビーム51a,52aの照射によって、加工ヘッド40の直前の位置にあるワークWの上面高さ(裏面Wbの高さ)がフィードバックされ、加工用レーザビームの集光点の位置が補正される。
これにより、ワークWに大きな反りが形成されている場合であっても、ワークWの厚み方向における所定の位置に加工用レーザビームの集光点を位置づけることができ、クラックKaをワークWの下面(表面Wa)まで確実に至らせることで、反りを解消することができる。
また、改質層K1の形成によるワークWの反りの解消に伴って、ワークWの上面高さ(裏面Wbの高さ)が変動する場合においても、直前のワークWの上面高さ(裏面Wbの高さ)を検出することにより、ワークの厚み方向における所定の位置に加工用レーザビームの集光点を位置づけることができる。
なお、改質層K1の形成においては、図5(A)に示すように、ワークWを第一方向X1に加工送りをし、ある分割予定ラインについて改質層K1を形成した後、ワークWをインデックス送り(Y軸方向(図1))し、図5(B)に示すように、ワークWを第二方向X2に加工送りし、隣の分割予定ラインについて改質層K1を形成する。X軸方向に伸びる全ての分割予定欄について改質層K1を形成した後は、ワークWを90度回転させ、既に改質層K1が形成された分割予定ラインと直交する全ての分割予定ラインについて、同様に改質層K1を形成する。
<改質層形成ステップ>
図10(B)に示すように、反り解消ステップを実施した後、加工用レーザビーム40aの集光点をワークWの下面(表面Wa)から第一の位置よりも上方のワークW内部に位置づけた状態で加工用レーザビーム40aを分割予定ラインに沿って照射して、分割予定ラインに沿った改質層K2,K3を形成するステップである。
図10(B)の例では、レーザビームの集光点を第一の位置よりも上方でワーク内部の第二の位置に位置づけた状態で分割予定ラインに沿って照射して第二の改質層K2を形成した後、レーザビームの集光点を第二の位置よりも上方でワーク内部の第三の位置に位置づけた状態で分割予定ラインに沿って照射して第三の改質層K3が形成される。このようにして、各改質層K1,K2,K3により形成されるクラックKa~Kcが、ワークWの表面Waから裏面Wbにかけて形成される。なお、図10(B)に示すように、各改質層K1,K2,K3によって形成されるクラックKa~Kcの先端部同士が接続される、或いは、ほとんど接続されるまで近接するように改質層が形成されることとするほか、クラックKa~Kcの先端部同士の間に間隔が形成されて接続されないように改質層が形成されることとしてもよい。
なお、この二つの層の改質層K2,K3は、一つの分割予定ラインについて順次行うこととしてもよく、或いは、全ての分割予定ラインについて改質層K2を形成した後に全ての分割予定ラインについて改質層K3を形成することとしてもよい。図4、図5(A)(B)に示す構成によれば、往路で改質層K2を形成し、復路で改質層K3を形成することができる。
また、レーザビームを分岐させ、光軸方向に複数の集光点を位置づけることで、一度の加工送りにおいて複数層の改質層が形成されることとしてもよい。また、改質層を形成する層の数については特に限定するものではない。
以上に説明した改質層形成ステップにおいては、反り解消ステップにより事前に反りが解消されているため、改質層を形成する過程で予期せぬクラックが生じることや、分割予定ラインが蛇行することが防がれる。これにより、クラックによるデバイスの損傷や、チップサイズ不良などの不具合を防止することができる。
<分割ステップ>
図11(A)(B)に示すように、改質層形成ステップを実施した後、ワークWに外力を付与して分割予定ラインに沿って分割するステップである。
図11(A)(B)に示す分割装置80は、ワークユニットUの環状フレームFを保持するフレーム保持機構81と、フレーム保持機構81を昇降させる駆動機構84と、ワークユニットUのエキスパンドテープTに下から当接する筒状の拡張ドラム83と、を有して構成される。
図11(A)に示すように、フレーム保持機構81にて環状フレームFを挟持した状態で、駆動機構84にてフレーム保持機構81を下降させると、図11(B)に示すように、エキスパンドテープTが拡張ドラム83に下側から保持されて拡張する。
エキスパンドテープTが拡張すると、エキスパンドテープTに貼着されたワークWに半径方向に広がる外力が作用し、この外力によって改質層を起点として、ワークWがチップCに分割される。分割後は、エキスパンドテープTをヒートシュリンクさせて、チップC同士の間隔を維持する。
なお、以上のようにエキスパンドテープTを拡張して分割することとする他、改質層を形成した後にウェーハの裏面を研削し、チップに分割することとしてもよい。
また、改質層の層の数を増やすことでクラックを多く形成して分割がされた状態とし、エキスパンドテープTを拡張してチップ間の間隔を広げた後、ヒートシュリンクさせてチップ間の間隔を維持することとしてもよい。
10 レーザ加工装置
12 レーザビーム照射機構
13 保持テーブル
13a 保持面
13b 保持プレート
14 移動機構
40 加工ヘッド
40a 加工用レーザビーム
51 測定ヘッド
52 測定ヘッド
51a 測定用レーザビーム
52a 測定用レーザビーム
80 分割装置
C チップ
D デバイス
F 環状フレーム
K1 改質層
K2 改質層
K3 改質層
Ka クラック
Kb クラック
Kc クラック
S 分割予定ライン
T エキスパンドテープ
U ワークユニット
W ワーク
Wa 表面
Wb 裏面
X1 第一方向
X2 第二方向

Claims (4)

  1. 複数の分割予定ラインが設定され、反りを有するワークの加工方法であって、
    ワークを吸着保持する保持面を含む保持テーブルの該保持面上にワークが山状に反る向きでワークを載置する載置ステップと、
    該載置ステップを実施した後、該保持テーブルでワークを吸着保持する保持ステップと、
    該保持ステップを実施した後、ワーク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ワークの厚み方向における所定の第一の位置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と該改質層からワークの該下面に至るクラックを形成することを全ての該分割予定ラインに対して実施してワークの反りを解消する反り解消ステップと、
    該反り解消ステップを実施した後、該レーザビームの集光点をワークの下面から該第一の位置よりも上方のワーク内部に位置づけた状態で該レーザビームを該分割予定ラインに沿ってワークに照射して、該分割予定ラインに沿った改質層を形成する改質層形成ステップと、
    を備え、
    該反り解消ステップでは、各分割予定ラインに対して該レーザビームを照射する前に都度ワークの上面高さ位置を検出し、検出した上面高さ位置に基づいて集光点を位置づける、ワークの加工方法。
  2. 該改質層形成ステップを実施した後、ワークに外力を付与して該分割予定ラインに沿って分割する分割ステップを更に備えた、
    ことを特徴とする請求項1に記載のワークの加工方法。
  3. 該改質層形成ステップでは、該レーザビームの集光点を該第一の位置よりも上方でワーク内部の第二の位置に位置づけた状態で該分割予定ラインに沿って照射して第二の改質層を形成した後、該レーザビームの集光点を該第二の位置よりも上方でワーク内部の第三の位置に位置づけた状態で該分割予定ラインに沿って照射して第三の改質層を形成することを該分割予定ライン毎に実施する、
    ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のワークの加工方法。
  4. ワークは裏面を上にした場合に山状に反る反りを有し、
    該載置ステップでは、ワークの表面を下にして該保持テーブルにワークを載置し、
    該保持ステップでは該保持テーブルでワークの表面側を保持し、
    該反り解消ステップと該改質層形成ステップでは、ワークの裏面側から該レーザビームを照射する、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のワークの加工方法。
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