JP2023069381A - ウエーハの加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】レーザー光線を照射してウエーハを加工する際に、分割予定ラインからはみ出した領域にクラックが進展しデバイスに損傷を与えるという問題を解消できるウエーハの加工方法を提供する。【解決手段】ウエーハ１０の加工方法は、ウエーハ１０に対して透過性を有する波長のレーザー光線ＬＢを照射して細孔１３０と細孔１３０を囲繞する変質筒１４０からなるシールドトンネル１０２、１０４を形成するシールドトンネル形成工程と、ウエーハ１０に外力を付与してウエーハ１０を個々のデバイスチップ１２に分割する分割工程と、を含む。シールドトンネル形成工程において、少なくともシールドトンネル一個分の間隔を空けて、分割予定ライン１４にシールドトンネル１０２を連続して形成する第一の形成ステップと、該間隔が空いた分割予定ラインの領域にシールドトンネル１０４を連続して形成する第二の形成ステップと、を含み構成される。【選択図】図３

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加工方法に関する。
ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが、分割予定ラインによって区画された表面に形成されたウエーハは、ダイシング装置、レーザー加工装置によって個々のデバイスチップに分割され、携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。
レーザー加工装置は、ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハを撮像し加工すべき領域を検出する撮像手段と、該チャックテーブルに保持されたウエーハにレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段と、から概ね構成されていて、ウエーハを高精度に加工することができる（例えば特許文献１を参照）。
レーザー光線照射手段は、ウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射してアブレーション加工を施すタイプのもの（例えば特許文献２を参照）、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射して内部に改質層を形成する内部加工を施すタイプのもの（例えば特許文献３を参照）、ウエーハに対して透過性を有する波長であると共に集光器の開口数（ＮＡ）をウエーハの屈折率（Ｎ）で除した値が０．０５～０．２の範囲でレーザー光線を照射して内部に細孔と該細孔を囲繞する変質筒からなるシールドトンネルを形成するタイプのもの（例えば特許文献４を参照）とがある。
特開２０１５－０８５３４７号公報 特開２００４－１８８４７５号公報 特許第３４０８８０５公報 特開２０１４－２２１４８３号公報
ところで、上記したレーザー加工装置によって、レーザー光線を分割予定ラインに沿って照射して個々のデバイスチップに分割すると、ウエーハを構成する素材の結晶構造に起因して、レーザー光線の照射によって分割予定ラインからはみ出した領域にクラックが進展し、デバイスに損傷を与えるという問題がある。
本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、レーザー光線を照射してウエーハを加工する際に、分割予定ラインからはみ出した領域にクラックが進展しデバイスに損傷を与えるという問題を解消できるウエーハの加工方法を提供することにある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、複数のデバイスが複数の分割予定ラインによって区画された表面に形成された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加工方法であって、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射して細孔と該細孔を囲繞する変質筒からなるシールドトンネルを形成するシールドトンネル形成工程と、ウエーハに外力を付与してウエーハを個々のデバイスチップに分割する分割工程と、を含み、該シールドトンネル形成工程において、少なくともシールドトンネル一個分の間隔を空けて、分割予定ラインにシールドトンネルを連続して形成する第一の形成ステップと、該間隔が空いた分割予定ラインの領域にシールドトンネルを連続して形成する第二の形成ステップと、を含み構成されるウエーハの加工方法が提供される。
該第一の形成ステップで形成されたシールドトンネルと該第二の形成ステップで形成されたシールドトンネルとは、厚さ方向に交互に段差が形成されることが好ましい。また、該シールドトンネル形成工程において、ウエーハの厚み方向にシールドトンネルを積層させことが好ましい。該シールドトンネル形成工程において、シールドトンネルを積層させる際に、該第一の形成ステップで形成されたシールドトンネルの上方にシールドトンネルを形成する第三の形成ステップと、該第二の形成ステップで形成されたシールドトンネルの上方にシールドトンネルを形成する第四の形成ステップと、を含むことが好ましい。
該シールドトンネル形成工程において、ウエーハの厚み方向にシールドトンネルを積層する際に、下方のシールドトンネルに接触しないように、上方のシールドトンネルを隣接して積層させることが好ましい。該レーザー光線の波長は５３２ｎｍであり、１パルス当たりのパワーは、２．０～４．０・１０－５Jであり、スポットの間隔は１０～１５μｍであることが好ましい。
本発明のウエーハの加工方法は、複数のデバイスが複数の分割予定ラインによって区画された表面に形成された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加工方法であって、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射して細孔と該細孔を囲繞する変質筒からなるシールドトンネルを形成するシールドトンネル形成工程と、ウエーハに外力を付与してウエーハを個々のデバイスチップに分割する分割工程と、を含み、該シールドトンネル形成工程において、少なくともシールドトンネル一個分の間隔を空けて、分割予定ラインにシールドトンネルを連続して形成する第一の形成ステップと、該間隔が空いた分割予定ラインの領域にシールドトンネルを連続して形成する第二の形成ステップと、を含み構成されることから、分割予定ラインからはみ出した領域にクラックが進展することが抑制でき、さらに、連続して隣接するようにレーザー光線を照射した場合に生じる熱だまりの影響が回避され、デバイスが形成された領域へクラックが進展してデバイスが損傷するという問題を解消することができる。
本発明のウエーハの加工方法に好適なレーザー加工装置の全体斜視図である。 本実施形態の被加工物であるウエーハの斜視図である。 （ａ）シールドトンネル形成工程の実施態様を示す斜視図、（ｂ）（ａ）に示すウエーハの一部を拡大した平面図、（ｃ）（ｂ）に示すウエーハの一部を拡大した断面図である。 分割装置によってウエーハに外力を付与して分割工程を実施する態様を示す断面図である。 シールドトンネル形成工程の他の実施形態のウエーハの一部を拡大した断面図である。
以下、本発明に基づいて構成されるウエーハの加工方法に係る実施形態について、添付図面を参照しながら、詳細に説明する。
以下、本発明に基づいて構成される加工方法を実施するのに好適なレーザー加工装置について添付図面を参照しながら説明すると共に、本実施形態のウエーハの加工方法について説明する。
図１には、レーザー加工装置１の全体斜視図が示されている。レーザー加工装置１は、基台２上に配設され、後述するウエーハ１０（図２を参照）を保持する保持手段３と、該保持手段３をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させる移動手段４と、保持手段３に保持されたウエーハ１０を撮像する撮像手段６と、保持手段３に保持されたウエーハ１０にレーザー光線を照射して所望の加工を施すレーザー光線照射手段７と、移動手段４の側方に立設される垂直壁部５ａ及び該垂直壁部５ａの上端部から水平方向に延びる水平壁部５ｂからなる枠体５とを備えている。図示は省略するが、撮像手段６及びレーザー光線照射手段７を構成する光学系は、水平壁部５ｂの内部に収容され保持されている。
保持手段３は、図１に示すように、Ｘ軸方向において移動自在に基台２に搭載された矩形状のＸ軸方向可動板３１と、Ｙ軸方向において移動自在にＸ軸方向可動板３１に搭載された矩形状のＹ軸方向可動板３２と、Ｙ軸方向可動板３２の上面に固定された円筒状の支柱３３と、支柱３３の上端に固定された矩形状のカバー板３４とを含む。カバー板３４にはカバー板３４上に形成された長穴を通って上方に延びるチャックテーブル３５が配設されている。チャックテーブル３５は、Ｘ座標及びＹ座標で特定されるＸＹ平面を保持面としウエーハ１０を保持する手段であり、支柱３３内に収容された図示を省略する回転駆動手段により回転可能に構成される。チャックテーブル３５の上面には、通気性を有する多孔質材料から形成された該保持面を構成する吸着チャック３６が配設されている。吸着チャック３６は、支柱３３を通る流路によって図示しない吸引手段に接続されており、吸着チャック３６の周囲には、後述するウエーハ１０をチャックテーブル３５に保持する際に使用される４つのクランプ３７が等間隔で配置されている。
移動手段４は、上記したチャックテーブル３５をＸ軸方向に移動するＸ軸移動手段４ａと、チャックテーブル３５をＹ軸方向に移動するＹ軸移動手段４ｂとを備えている。Ｘ軸移動手段４ａは、モータ４２ａの回転運動を、ボールねじ４２ｂを介して直線運動に変換してＸ軸方向可動板３１に伝達し、基台２上にＸ軸方向に沿って配設された一対の案内レール２Ａ、２Ａに沿ってＸ軸方向可動板３１をＸ軸方向に移動させる。Ｙ軸移動手段４ｂは、モータ４４ａの回転運動を、ボールねじ４４ｂを介して直線運動に変換し、Ｙ軸方向可動板３２に伝達し、Ｘ軸方向可動板３１上においてＹ軸方向に沿って配設された一対の案内レール３１ａ、３１ａに沿ってＹ軸方向可動板３２をＹ軸方向に移動させる。
上記したレーザー加工装置１は、図示を省略する制御手段によって制御される。該制御手段は、コンピュータにより構成され、制御プログラムに従って演算処理する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）と、検出した検出値、演算結果等を一時的に格納するための読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、入力インターフェース、及び出力インターフェースとを備えている（詳細についての図示は省略）。該制御手段には、撮像手段６、レーザー光線照射手段７、移動手段４を構成するＸ軸移動手段４ａ、Ｙ軸移動手段４ｂ等が接続され、制御される。
本発明に基づき構成されるウエーハの加工方法によって、例えば、図２に示すウエーハ１０が加工される。ウエーハ１０は、例えば１００μｍ程度の厚みのＳｉＣのウエーハであり、複数のデバイス１２が分割予定ライン１４によって区画された表面１０ａに形成されている。ウエーハ１０は、上記のレーザー加工装置１によって加工される際には、図に示すように、ウエーハ１０を収容可能な開口部Ｆａを有する環状のフレームＦによって、粘着テープＴを介して支持される。以下に説明する本実施形態のウエーハの加工方法を実行することにより、ウエーハ１０が個々のデバイスチップに分割される。
本実施形態のウエーハの加工方法では、まず、ウエーハ１０に対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射して細孔と該細孔を囲繞する変質筒からなるシールドトンネルを形成するシールドトンネル形成工程を実施する。以下に、本実施形態のシールドトンネル形成工程を実施する手順について、より具体的に説明する。
シールドトンネル形成工程を実施するに際し、上記したウエーハ１０を用意したならば、図１に示すレーザー加工装置１のチャックテーブル３５の吸着チャック３６に、ウエーハ１０を載置して吸引保持し、クランプ３７によってフレームＦを挟持して固定する。次いで、上記した移動手段４を作動して、ウエーハ１０を撮像手段６の直下に位置づけて撮像し、該ウエーハ１０のデバイス１２、分割予定ライン１４の位置情報を検出して上記した制御手段に記憶する。さらに、該位置情報に基づいて、該移動手段４等を作動して、ウエーハ１０の所定の分割予定ライン１４をＸ軸方向に整合させる。
次いで、図３（ａ）に示すように、ウエーハ１０をレーザー光線照射手段７の集光器７１の直下に位置付け、制御手段に記憶された該位置情報に基づいて、該Ｘ軸移動手段４ａを作動してウエーハ１０をＸ軸方向に加工送りしながら、分割予定ライン１４が形成された領域にレーザー光線ＬＢを照射する。分割予定ライン１４の一部を拡大して示す図３（ｂ）から理解されるように、分割予定ライン１４の中央領域に沿った内部にシールドトンネル１０２、１０４を備えた分割層１００を形成する。
上記のレーザー光線ＬＢを照射するに際し、本実施形態のレーザー光線照射手段７の集光器７１を構成する集光レンズの開口数（ＮＡ）は、例えば、ウエーハ１０の屈折率（Ｎ）で除した値が０．０５～０．２の範囲になるように設定されており、レーザー光線ＬＢの波長を、例えば、ウエーハ１０に対して透過性を有する５３２ｎｍとし、平均出力を０．２～０．４Ｗ、繰り返し周波数を１０ｋＨｚ、１パルス当たりのエネルギーを、２．０～４．０・１０－５Ｊとし、スポットの間隔を１０～１５μｍに設定している。このようなレーザー加工条件に基づき集光点をウエーハ１０の内部に位置付けてレーザー光線ＬＢを照射することで、図３（ｃ）に示すように、シールドトンネル１０２、１０４が形成され、後述する外力が付加されることにより分割の起点となる分割層１００が形成される。なお、該シールドトンネル１０２、１０４は、図３（ｃ）の下方に拡大して示す斜視図から理解されるように、細孔１３０と、細孔１３０を囲繞する変質筒１４０とからなり、例えば、細孔１３０の直径は略１μｍであり、変質筒１４０の直径は略１０μｍである。
上記のシールドトンネル形成工程では、例えば、分割予定ライン１４の中央領域に沿って、少なくともシールドトンネル１個分の間隔（例えば１０～１５μｍ）を空けて、先にシールドトンネル１０２を連続して形成する第一の形成ステップを実施する。次いで、該間隔が空いた分割予定ライン１４の中央領域に対し、シールドトンネル１０４を連続して形成する第二の形成ステップを実施する。すなわち、Ｘ軸方向に沿って、シールドトンネル１０２と、シールドトンネル１０４とを交互に形成して、分割層１００を形成する。このようにして、分割層１００を形成する際に、第一の形成ステップと第二の形成ステップとを実施することによって、分割予定ライン１４からはみ出した領域にクラックが進展することが抑制でき、さらに、連続して隣接するようにレーザー光線ＬＢを照射した場合に生じる熱だまりの影響が回避され、デバイス１２が形成された領域へクラックが進展してデバイス１２が損傷するという問題が回避できる。
上記したように、所定の分割予定ライン１４に沿ってシールドトンネル１０２、１０４からなる分割層１００を形成したならば、ウエーハ１０をＹ軸方向に割り出し送りして、Ｙ軸方向で隣接する未加工の分割予定ライン１４を集光器７１の直下に位置付ける。そして、上記したのと同様にしてレーザー光線ＬＢの集光点を分割予定ライン１４の中央領域の内部に位置付けて照射し、上記した第一の形成ステップと第二の形成ステップとを順に実行する。これにより、シールドトンネル１０２、１０４を形成して分割層１００を形成する。同様にして、ウエーハ１０をＸ軸方向、及びＹ軸方向に加工送りして、Ｘ軸方向に沿うすべての分割予定ライン１４に沿って上記と同様の分割層１００を形成する。次いで、ウエーハ１０を、図３（ａ）の矢印Ｒ１で示す方向に９０度回転させて、既に分割層１００を形成した分割予定ライン１４に直交する未加工の分割予定ライン１４をＸ軸方向に整合させる。そして、残りの分割予定ライン１４の中央領域の内部に対しても、上記したのと同様にしてレーザー光線ＬＢの集光点を位置付けて照射して、図３（ａ）の下方に示すように、ウエーハ１０の表面１０ａに形成された全ての分割予定ライン１４に沿って分割層１００を形成し、本実施形態のシールドトンネル形成工程が完了する。
上記したシールドトンネル形成工程を実施したならば、例えば、図４に示す分割装置５０を使用して、ウエーハ１０に外力を付与してウエーハ１０を個々のデバイスチップ１２’に分割する分割工程を実施する。
図示の分割装置５０は、ウエーハ１０を保持する環状のフレームＦを保持するフレーム保持部材５１と、フレーム保持部材５１の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ５２と、フレーム保持部材５１の内側に配設される拡張ドラム５５とを備えている。この拡張ドラム５５の外径は、環状のフレームＦの内径より小さく、また、拡張ドラム５５の内径は、ウエーハ１０の外径より大きく設定されている。また、拡張ドラム５５の外側には、フレーム保持部材５１を上下方向に進退させる複数のエアシリンダ５３が配設され、エアシリンダ５３によって上下方向に進退させられるピストンロッド５４がフレーム保持部材５１の下面に連結される。このように複数のエアシリンダ５３、ピストンロッド５４からなる支持手段は、図４にて実線で示すように環状のフレーム保持部材５１を拡張ドラム５５の上端と略同一高さとなる基準位置と、２点鎖線で示すように環状のフレーム保持部材５１を拡張ドラム５５の上端から所定量下方の拡張位置に選択的に移動させ得るように構成される。
上述した分割装置５０の作用について説明する。分割予定ライン１４に沿って分割層１００が形成されたウエーハ１０を支持した環状のフレームＦを、フレーム保持部材５１の載置面上に載置し、クランプ５２によってフレーム保持部材５１に固定する。このとき、エアシリンダ５３のピストンロッド５４は伸長しており、ウエーハ１０は、図４にて実線で示す基準位置に位置付けられる。
図中実線で示す基準位置に位置付けられたウエーハ１０を支持するフレーム保持部材５１は、外力付与手段を構成する複数のエアシリンダ５３が作動して下降させられ、環状のフレームＦも下降する。これにより、図中２点鎖線で示すように環状のフレームＦに装着された粘着テープＴは相対的に上昇する拡張ドラム５５の上端縁に当接して拡張させられる。この結果、粘着テープＴに貼着されているウエーハ１０には放射状に引っ張る外力が作用し、分割層１００によって脆弱化された分割予定ライン１４が分割起点となり、個々デバイスチップ１２’に分割される。以上により、分割工程が完了する。
本発明は、上記した実施形態に限定されない。上記のシールドトンネル形成工程においてシールドトンネルを形成するに際し、ウエーハ１０の厚み方向にレーザー光線ＬＢを照射する際に集光点の位置を上下方向にずらすことにより、シールドトンネルを積層させるように形成してもよい。例えば、厚みが５００μｍの厚みのウエーハ１０に対して実施される該シールドトンネル形成工程において、図５に示すウエーハ１０の断面図から理解されるように、少なくともシールドトンネル１個分の間隔を空けてウエーハ１０のＸ軸方向に整合させた分割予定ライン１４にシールドトンネル１１１を連続して形成する該第一の形成ステップを実行し、該間隔が空いた分割予定ライン１４の領域に、シールドトンネル１１２を連続して形成する第二の形成ステップを実行し、該形成されたシールドトンネル１１１の上方にシールドトンネル１１３を形成する第三の形成ステップを実行し、該第二の形成ステップで形成されたシールドトンネル１１２の上方にシールドトンネル１１４を形成する第四の形成ステップと、を実行するようにしてもよい。図６に示す実施形態では、上記した第一～四の形成ステップに加え、シールドトンネル１１３、１１４にさらに積層するように、シールドトンネル１１５、１１６を形成する第五、第六の形成ステップを実施して分割層１１０を形成している。そして、シールドトンネル１１１～１１６を形成するレーザー光線ＬＢを照射する際の集光点の位置は、それぞれが上下方向にずらされるように位置付けられ、第一の形成ステップで形成されたシールドトンネル１１１と第二の形成ステップで形成されたシールドトンネル１１２とが、ウエーハ１０の厚さ方向において交互に段差を設けて形成されている。これにより、厚みのある被加工物に対してシールドトンネル形成工程を実施する際に、さらに効果的に熱だまりによる影響が回避され、分割層１１０によってデバイス１２が形成された領域にクラックが進展することが防止される。本実施形態においては、第三～第六の形成ステップにおいてシールドトンネル１１３～１１６を形成する際にも、厚さ方向において交互に段差を設けて形成されており、同様の効果を奏する。なお、上記の第一～第六の形成ステップにおいては、厚み方向にシールドトンネルを積層する際、下方のシールドトンネルに接触しないように上方のシールドトンネルを積層している。これにより、下方のシールドトンネルに上方のシールドトンネルを接触するように形成した場合に比べ、クラックの発生を抑制することができる。
１：レーザー加工装置
２：基台
２Ａ：案内レール
３：保持手段
３１：Ｘ軸方向可動板
３２：Ｙ軸方向可動板
３３：支柱
３４：カバー板
３５：チャックテーブル
３６：吸着チャック
３７：クランプ
４：移動手段
４ａ：Ｘ軸移動手段
４ｂ：Ｙ軸移動手段
５：枠体
５ａ：垂直壁部
５ｂ：水平壁部
６：撮像手段
７：レーザー光線照射手段
７１：集光器
１０：ウエーハ
１０ａ：表面
１２：デバイス
１４：分割予定ライン
５０：分割装置
５１：フレーム保持部材
５２：クランプ
５３：エアシリンダ
５４：ピストンロッド
５５：拡張ドラム
１００、１１０：分割層
１０２、１０４：シールドトンネル
１１１～１１６：シールドトンネル
ＬＢ：レーザー光線

Claims (6)

  1. 複数のデバイスが複数の分割予定ラインによって区画された表面に形成された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加工方法であって、
    ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を照射して細孔と該細孔を囲繞する変質筒からなるシールドトンネルを形成するシールドトンネル形成工程と、
    ウエーハに外力を付与してウエーハを個々のデバイスチップに分割する分割工程と、
    を含み、
    該シールドトンネル形成工程において、少なくともシールドトンネル一個分の間隔を空けて、分割予定ラインにシールドトンネルを連続して形成する第一の形成ステップと、
    該間隔が空いた分割予定ラインの領域にシールドトンネルを連続して形成する第二の形成ステップと、を含み構成されるウエーハの加工方法。
  2. 該第一の形成ステップで形成されたシールドトンネルと該第二の形成ステップで形成されたシールドトンネルとは、厚さ方向に交互に段差が形成される請求項１に記載のウエーハの加工方法。
  3. 該シールドトンネル形成工程において、ウエーハの厚み方向にシールドトンネルを積層させる請求項１又は２に記載のウエーハの加工方法。
  4. 該シールドトンネル形成工程において、シールドトンネルを積層させる際に、該第一の形成ステップで形成されたシールドトンネルの上方にシールドトンネルを形成する第三の形成ステップと、該第二の形成ステップで形成されたシールドトンネルの上方にシールドトンネルを形成する第四の形成ステップと、を含む請求項３に記載のウエーハの加工方法。
  5. 該シールドトンネル形成工程において、ウエーハの厚み方向にシールドトンネルを積層する際に、下方のシールドトンネルに接触しないように、上方のシールドトンネルを隣接して積層させる請求項３又は４に記載のウエーハの加工方法。
  6. 該レーザー光線の波長は５３２ｎｍであり、１パルス当たりのパワーは、２．０～４．０・１０－５Jであり、スポットの間隔は１０～１５μｍである請求項１～５のいずれかに記載されたウエーハの加工方法。
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