JP5495695B2 - ウエーハの加工方法 - Google Patents

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Description

本発明はウエーハの加工方法に関する。
半導体デバイス製造プロセスにおいては、表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された各領域にデバイスが形成された半導体ウエーハを、分割予定ラインに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。
また、ウエーハ状のサファイア基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハも、分割予定ラインに沿って切断することにより個々の発光ダイオード(LED)、レーザダイオード(LD)等の光デバイスに分割され、分割された光デバイスは電気機器に広く利用されている。
ウエーハの切削加工には従来ダイシングソーと呼ばれる切削装置が使用されてきたが、サファイア基板等の硬質材料の切削はダイシングソーでは困難であるため、近年になりレーザ加工装置によるレーザ加工により各デバイスに分割する技術が注目されている。
このレーザ加工装置を使用したレーザ加工方法の一つに、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザビームを使用してウエーハの内部に脆弱な層(改質層)を形成し、強度が低下した改質層に沿って拡張装置等でウエーハに外力を付与することにより、ウエーハを各チップへ分割する技術が例えば、特許第3408805号公報に開示されている。このレーザ加工方法では、ダイシングソーの加工では必ず発生する切削屑の発生がなく、切り代もほとんどないため分割予定ラインの縮小化に対応可能である。
ダイシングソーやレーザ加工装置によって個々のデバイスに分割されたウエーハは、環状のフレームに装着された粘着テープの表面に貼着された状態で加工され、次工程に搬送される。
然るに、個々のチップに分割されたウエーハ、特にレーザ加工によって個々のチップに分割されたウエーハは、隣接するチップ間の間隔が狭いため、粘着テープの表面に貼着された状態で次工程に搬送する際、隣接するチップ同士が擦れてチップが損傷するという問題がある。
そこで、テープエキスパンダというテープを半径方向に拡張する拡張装置を用い、チップ間隔を広げるという手法がとられている。特に、チップサイズが小さい場合には、分割予定ラインの数が多くなるため、全ての分割予定ラインをある程度拡張するため拡張する量は大きくなる。
特許第3408805号公報 特開2007−27562号公報 特開2008−140874号公報
しかしながら、エキスパンダで拡張された粘着テープ、特にウエーハの外周部分及び外周部分より外側の粘着テープは引き延ばされるため、テンションを解除して元の状態に戻すと大きな弛みが発生し、拡張前の環状フレームにテンションをもって固定されていた状態とは異なって、ウエーハの環状フレームへの固定状態が不安定となり、ウエーハを搬送する際にチップ同士が擦れあって損傷を引き起こすという問題がある。また、粘着テープが弛んで垂れ下がった状態では、粘着テープを介して環状フレームで支持されたウエーハをカセットに収容することができないという問題がある。
これらの問題を解決するために、特許文献2では粘着テープとして加熱収縮性テープを使用し、テープ拡張工程で拡張されたテープを加熱することにより収縮させ、粘着テープの弛みを除去する方法が提案されている。しかしこの方法では、使用できる粘着テープが拡張性と熱による収縮性の両方に併せ持つテープに限定されるため、高価になるという問題がある。
また、特許文献3では、ウエーハに対して大きめな環状フレームを使用して(例えば、φ8インチのウエーハにφ12インチ用の環状フレームを使用)エキスパンド後、拡張された粘着テープ部分に一回り小さな環状フレームを載置し、フレームをインチダウンして貼りかえるといった方法によって、エキスパンド後の粘着テープの弛み部分を除いて小径の環状フレームでエキスパンド後のウエーハを支持する方法を開示している。
しかしこの方法では、大径フレーム及び小径フレームといった2種類の環状フレームが必要となるため工程が複雑となるのに加えて、ウエーハに対して大き目の環状フレームを使用するため粘着テープが無駄になるという問題がある。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、特別な粘着テープを使用することなくウエーハをチップに分割後のチップ同士が擦れることなく、容易に次工程へ搬送可能なウエーハの加工方法を提供することである。
請求項1記載の発明によると、表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された各領域にデバイスを有するウエーハを加工するウエーハの加工方法であって、第1の環状フレームの開口部中央に該ウエーハを位置付け、延性を有する粘着テープを該第1環状フレームの開口部を塞ぐように該第1環状フレーム及び該ウエーハに貼着する粘着テープ貼着工程と、該ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザビームを該分割予定ラインに沿って照射し、該ウエーハの内部に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工程と、該第1環状フレームの内径より小さく該ウエーハの外径より大きい外径を有する円筒状部材と、該第1環状フレームを保持する保持手段とを備えた拡張装置に、該第1環状フレームに支持されるとともに該改質層形成工程を経た該ウエーハを載置する拡張準備工程と、該円筒状部材と該保持手段とを該粘着テープに直交する方向に相対移動させて該ウエーハが貼着された該粘着テープを拡張し、該ウエーハを該改質層が形成された該分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するとともに、隣接するチップ間に間隙を形成する粘着テープ拡張工程と、延性の低い基材と粘着層からなる環状テープの開口が、該第1環状フレームと同一サイズの第2環状フレームの開口中央に位置づけられて該環状テープが該第2環状フレームに貼着されており、該環状テープの開口は該粘着テープ拡張工程で隣接するチップ間に間隙が形成された状態の該ウエーハの外径より大きく該第2環状フレームの開口より小さい張替用環状フレームユニットを準備する張替用環状フレームユニット準備工程と、該張替用環状フレームユニットの該環状テープの開口内側に該テープ拡張工程によって隣接するチップ間に間隙が形成された状態の該ウエーハを位置付け、該環状テープの粘着面側と該ウエーハの周囲に位置する該円筒状部材上の該粘着テープの粘着面側を貼り合わせるテープ貼り合わせ工程と、該テープ貼り合わせ工程で形成された該環状テープと該粘着テープが貼り合わされた範囲より外周側で、該第1環状フレームの開口縁より内側の該環状テープと接着していない部分の該粘着テープを環状に切断する粘着テープ切断工程と、を具備したことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。
請求項2記載の発明によると、表面に複数のデバイスが格子状の分割予定ラインによって区画されて形成され、且つ該分割予定ラインに沿って各チップに分割されるとともに、第1環状フレームの開口中央付近に延性を有する粘着テープによって固定されたウエーハを加工するウエーハの加工方法であって、該第1環状フレームの内径より小さく該ウエーハの外径より大きい外径を有する円筒状部材と、該第1環状フレームを保持する保持手段とを備えた拡張装置に該第1環状フレームに支持された該ウエーハを載置する拡張準備工程と、該円筒状部材と該保持手段とを該粘着テープに直交する方向に相対移動させて該ウエーハが貼着された該粘着テープを拡張し、隣接するチップ間に間隙を形成する粘着テープ拡張工程と、延性の低い基材と粘着層からなる環状テープの開口が、該第1環状フレームと同一サイズの第2環状フレームの開口中央に位置づけられて該環状テープが該第2環状フレームに貼着されており、該環状テープの開口は該粘着テープ拡張工程で隣接するチップ間に間隙が形成された状態の該ウエーハの外径より大きく該第2環状フレームの開口より小さい張替用環状フレームユニットを準備する張替用環状フレームユニット準備工程と、該張替用環状フレームユニットの該環状テープの開口内側に該テープ拡張工程によって隣接するチップ間に間隙が形成された状態の該ウエーハを位置付け、該環状テープの粘着面側と該ウエーハの周囲に位置する該円筒状部材上の該粘着テープの粘着面側を貼り合わせるテープ貼り合わせ工程と、該テープ貼り合わせ工程で形成された該環状テープと該粘着テープが貼り合わされた範囲より外周側で、該第1環状フレームの開口縁より内側の該環状テープと接着していない部分の該粘着テープを環状に切断する粘着テープ切断工程と、を具備したことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。
好ましくは、粘着テープ拡張工程は、隣接するチップ間の間隙を観察し、所定の間隙になるまで粘着テープの拡張を続行する。
本発明のウエーハの加工方法によれば、粘着テープ拡張工程後のチップ間隔を維持した状態で粘着テープを張替え用環状フレームユニットに固定するため、次工程への搬送等でチップ同士が擦れて損傷するという問題を解消できる。
特許文献2に開示された方法では、使用できる粘着テープが拡張性と熱による収縮性の両方を備えた粘着テープに限定されていたが、本発明では拡張性のみが限定要因となるため、幅広い粘着テープの設定が可能となり、且つエキスパンダに加熱手段を備える必要もないので装置が簡単となる。
また、特許文献3開示のテープ拡張装置によると、大小2種類の環状フレームを使用しているが、本発明によれば貼りかえる第2の環状フレームを第1の環状フレームと同じサイズのものを使用できるため、分割加工時に使用する粘着テープの無駄を省くことができ、環状フレームを複数種類使うための工程の煩雑化も防ぐことができる。
半導体ウエーハの表面側斜視図である。 粘着テープを介して環状フレームに支持された状態の半導体ウエーハの斜視図である。 レーザビーム照射ユニットのブロック図である。 改質層形成工程の斜視図である。 改質層形成工程の断面図である。 図6(A)はレーザ加工溝形成工程の説明図、図6(B)はレーザ加工溝を示す半導体ウエーハの断面図である。 切削装置による切削工程を示す斜視図である。 粘着テープ拡張工程を示す断面図である。 間隙観察工程を示す断面図である。 図10(A)は張替え用環状フレームユニットの平面図、図10(B)は図10(A)の10B−10B線断面図である。 テープ貼り合わせ工程を示す断面図である。 粘着テープ切断工程を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図1を参照すると、半導体ウエーハWの表面側斜視図が示されている。半導体ウエーハWの表面においては、第1分割予定ライン(ストリート)S1と第2分割予定ラインS2が直交して形成されており、第1分割予定ラインS1と第2分割予定ラインS2によって区画された複数の領域にそれぞれLSI等のデバイスDが形成されている。
切削装置又はレーザ加工装置による加工に先立って、ウエーハWの裏面は研削装置によって所定の厚みに研削加工される。更にウエーハWのハンドリングを容易にするために、図2に示すようにウエーハWの裏面が延性を有する粘着テープTに貼着され、粘着テープTの外周部は環状フレームFに貼着される。これにより、ウエーハWは粘着テープTを介して環状フレームFに支持された状態となる。
図3を参照すると、レーザ加工装置10のレーザビーム照射ユニット14のブロック図が示されている。レーザビーム照射ユニット14は、YAGレーザ又はYVO4レーザを発振するレーザ発振器18と、繰り返し周波数設定手段20と、パルス幅調整手段22と、パワー調整手段24を含んでいる。
レーザビーム照射ユニット14のパワー調整手段24により所定パワーに調整されたパルスレーザビームは、集光器16のミラー26で反射され、更に集光用対物レンズ28によって集光されてチャックテーブル12に吸引保持されている半導体ウエーハWに照射される。
図4を参照すると、改質層形成工程の斜視図が示されており、図5は改質層形成工程の断面図である。図4に示すように、粘着テープTを介して環状フレームFで支持されたウエーハWをレーザ加工装置のチャックテーブル12で吸引保持する。
そして、図4及び図5に示すように、ウエーハWに対して透過性を有する波長のパルスレーザビーム17の集光点をウエーハWの内部に合わせてパルスレーザビーム17を照射しつつ、チャックテーブル12を図4で矢印X1方向に所定の加工送り速度で移動することにより、ウエーハWの内部に改質層30が形成される。
この改質層30は溶融再硬化層として形成され、脆弱な層である。図5に示すように、ウエーハWの内部に改質層30を複数層(図5では3層)形成するのが好ましい。
この改質層形成工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 :LD励起Qスイッチ Nd:YVO4パルスレーザ
波長 :1064nm
繰り返し周波数 :100kHz
平均出力 :1W
集光スポット径 :φ1μm
加工送り速度 :100mm/秒
レーザ加工装置10で改質層形成工程を実施するのにかえて、図6(B)に示すように、ウエーハWに分割予定ラインS1に沿ったレーザ加工溝32を形成するようにしてもよい。
即ち、半導体ウエーハWに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビーム17Aを集光器16で集光して半導体ウエーハWの表面に照射しつつ、チャックテーブル12を図6(A)において一端から矢印X1で示す方向に所定の加工送り速度で移動させる。
そして、分割予定ラインS1の他端が集光器16の照射位置に達したら、パルスレーザビームの照射を停止するとともにチャックテーブル12の移動を停止する。その結果、半導体ウエーハWには、図6(B)に示すように分割予定ラインS1に沿ってレーザ加工溝32が形成される。尚、レーザ加工溝32の形成時に、レーザビーム17Aで半導体ウエーハWをフルカットするようにしてウエーハWを個々のチップ(デバイス)Dに分割するようにしてもよい。
このレーザ加工溝形成工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 :LD励起Qスイッチ Nd:LVO4パルスレーザ
波長 :355nm(LVO4レーザの第3高調波)
繰り返し周波数 :50kHz
平均出力 :3W
集光スポット径 :φ5μm
加工送り速度 :200mm/秒
上述したレーザ加工装置による加工にかえて、本発明の加工方法ではその前段階として切削装置により半導体ウエーハWを個々のチップ(デバイス)Dに分割するようにしてもよい。
図7を参照すると、切削装置34の切削ユニット36のスピンドルハウジング38中には、図示しないモータにより回転駆動されるスピンドル40が回転可能に収容されており、スピンドル40の先端には切削ブレード42が装着されている。
図示しないチャックテーブルに吸引保持されたウエーハWをX軸方向に移動させるとともに、切削ブレード42を高速回転させながら切削ユニット36を下降させると、位置合わせされた分割予定ラインS1が切削される。
メモリに記憶されたストリートピッチずつ切削ブレード42をY軸方向にインデックス送りしながらダイシングを行うことにより、同方向の分割予定ラインS1が全て切削される。
更に、チャックテーブルを90度回転させてから、上記と同様のダイシングを行うと、分割予定ラインS2も全て切削され、半導体ウエーハWは個々のチップ(デバイス)Dに分割される。
図8を参照すると、粘着テープ拡張工程の断面図が示されている。この粘着テープ拡張工程を実施する前に、環状フレームFの内径より小さくウエーハWの外径より大きい外径を有する円筒状部材48と、環状フレームFを保持するクランプ等の保持手段46を備えた拡張装置44に、粘着テープTを介して環状フレームFで支持されたウエーハWを載置する拡張準備工程を実施する。
粘着テープTに貼着されたウエーハWは、図5に示す改質層30が形成されたウエーハW、図6(B)に示すレーザ加工溝32の形成されたウエーハW、又は図7に示す切削装置により個々のチップに分割されたウエーハWの何れでもよい。
粘着テープ拡張工程では、環状フレームFを保持手段46で保持しながら、円筒状部材48を矢印Aで示すように上方に突き上げる。これにより、粘着テープTは矢印Bで示すように半径方向に拡張され、ウエーハWを改質層30が形成された分割予定ラインに沿って個々のチップDに分割するとともに、隣接するチップ間に間隙50が形成される。
円筒状部材48を上方に突き上げる代わりに、円筒状部材48を固定して保持手段46を下方に引き落とすようにして粘着テープTを拡張するようにしてもよい。即ち、この粘着テープ拡張工程では、円筒状部材48と保持手段46とを粘着テープTに直交する方向に相対移動させてウエーハWが貼付された粘着テープTを拡張する。
粘着テープTに貼付されるウエーハWは、図6(B)に示すようにレーザ加工溝32の形成されたウエーハW、又は図7に示すように切削装置34により個々のチップに分割されたウエーハWでもよい。既に個々のチップDに分割されたウエーハWでは、この粘着テープ拡張工程では隣接するチップ間の間隙が拡大される。
図9に示すように、レンズ54を有する撮像装置52でウエーハWの間隙50を観察し、この間隙50が所定の間隙になるまで円筒状部材48の突き上げを続行して、粘着テープTを所望量拡張するのが好ましい。これにより、チップDのピックアップ工程、又は搬送工程等で隣接するチップ同士が擦れあうことを確実に防止できる。
図10(A)を参照すると、本発明の加工方法で使用する張替用環状フレームユニット55の平面図が示されている。図10(B)は図10(A)の10B−10B線断面図である。
56は環状フレームFと概略同一直径の環状フレームであり、この環状フレーム56の開口中央部分に位置づけられて開口60を有する環状テープ58が環状フレーム56に貼着されて、張替用環状フレームユニット55が形成される。環状テープ58は、延性の低い例えばPET(ポリエチレンテレフタレート)等からなる基材と粘着層から構成される。
環状テープ58の開口60は粘着テープ拡張工程で隣接するチップ間に間隙50が形成された状態のウエーハWの外径より大きい直径を有している。このように構成された張替用環状フレームユニット55を準備したならば、図11に示すテープ貼り合わせ工程を実施する。
このテープ貼り合わせ工程では、張替用環状フレームユニット55の環状テープ58の開口60の内側にテープ拡張工程によって隣接するチップ間に間隙50が形成された状態のウエーハWを位置付け、符号62で示すように環状テープ58の粘着面側とウエーハWの周囲に位置する円筒状部材48上の粘着テープTの粘着面側を貼り合わせる。
この貼り合わせ工程を実施したならば、図12に示すように環状テープ58と粘着テープTが貼り合わされた範囲より外周側で、環状フレームFの開口縁より内側の環状テープ58と接着していない部分の粘着テープTをカッター等の切断手段64で環状に切断する。
これにより、隣接するチップ間に所定の間隙50の形成されたウエーハWは、延性の低い環状テープ58を介して環状フレーム56で支持されるため、円筒状部材48を元の位置に戻して粘着テープTのテンションを解除しても、隣接するチップ間の所望の間隙50が維持される。切断手段64で切り取った後の粘着テープTで垂れ下がる部分は、押圧手段等で環状テープ58に押し付けて環状テープ58に貼着するのが好ましい。
尚、切断手段64で切断された外周側の粘着テープ65は円筒状部材48を元の位置に戻して粘着テープTのテンションを解除すると、大きな弛みが発生するが、ウエーハWの支持は張替用環状フレームユニット55に切り替わっているため、この弛みが搬送等において問題となることはない。
本発明のウエーハの加工方法は、DAF(ダイアタッチフィルム)を使用した加工にも同様に適用可能である。即ち、本発明の加工方法によれば、ウエーハWと粘着テープTとの間にDAFが介在されている場合は、チップ間隔を本発明の方法で保つことができるため、分割されたDAF同士が再度くっつきあうのを防止することができる。
W 半導体ウエーハ
D チップ(デバイス)
T 粘着テープ
F 環状フレーム
12 チャックテーブル
14 レーザビーム照射ユニット
16 集光器
30 改質層
36 レーザ加工溝
42 切削ブレード
44 拡張装置
46 保持手段
48 円筒状部材
50 間隙
52 撮像装置
55 張替用環状フレームユニット
56 環状フレーム
58 環状テープ
60 開口
64 切断手段

Claims (3)

  1. 表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された各領域にデバイスを有するウエーハを加工するウエーハの加工方法であって、
    第1の環状フレームの開口部中央に該ウエーハを位置付け、延性を有する粘着テープを該第1環状フレームの開口部を塞ぐように該第1環状フレーム及び該ウエーハに貼着する粘着テープ貼着工程と、
    該ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザビームを該分割予定ラインに沿って照射し、該ウエーハの内部に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工程と、
    該第1環状フレームの内径より小さく該ウエーハの外径より大きい外径を有する円筒状部材と、該第1環状フレームを保持する保持手段とを備えた拡張装置に、該第1環状フレームに支持されるとともに該改質層形成工程を経た該ウエーハを載置する拡張準備工程と、
    該円筒状部材と該保持手段とを該粘着テープに直交する方向に相対移動させて該ウエーハが貼着された該粘着テープを拡張し、該ウエーハを該改質層が形成された該分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するとともに、隣接するチップ間に間隙を形成する粘着テープ拡張工程と、
    延性の低い基材と粘着層からなる環状テープの開口が、該第1環状フレームと同一サイズの第2環状フレームの開口中央に位置づけられて該環状テープが該第2環状フレームに貼着されており、該環状テープの開口は該粘着テープ拡張工程で隣接するチップ間に間隙が形成された状態の該ウエーハの外径より大きく該第2環状フレームの開口より小さい張替用環状フレームユニットを準備する張替用環状フレームユニット準備工程と、
    該張替用環状フレームユニットの該環状テープの開口内側に該テープ拡張工程によって隣接するチップ間に間隙が形成された状態の該ウエーハを位置付け、該環状テープの粘着面側と該ウエーハの周囲に位置する該円筒状部材上の該粘着テープの粘着面側を貼り合わせるテープ貼り合わせ工程と、
    該テープ貼り合わせ工程で形成された該環状テープと該粘着テープが貼り合わされた範囲より外周側で、該第1環状フレームの開口縁より内側の該環状テープと接着していない部分の該粘着テープを環状に切断する粘着テープ切断工程と、
    を具備したことを特徴とするウエーハの加工方法。
  2. 表面に複数のデバイスが格子状の分割予定ラインによって区画されて形成され、且つ該分割予定ラインに沿って各チップに分割されるとともに、第1環状フレームの開口中央付近に延性を有する粘着テープによって固定されたウエーハを加工するウエーハの加工方法であって、
    該第1環状フレームの内径より小さく該ウエーハの外径より大きい外径を有する円筒状部材と、該第1環状フレームを保持する保持手段とを備えた拡張装置に該第1環状フレームに支持された該ウエーハを載置する拡張準備工程と、
    該円筒状部材と該保持手段とを該粘着テープに直交する方向に相対移動させて該ウエーハが貼着された該粘着テープを拡張し、隣接するチップ間に間隙を形成する粘着テープ拡張工程と、
    延性の低い基材と粘着層からなる環状テープの開口が、該第1環状フレームと同一サイズの第2環状フレームの開口中央に位置づけられて該環状テープが該第2環状フレームに貼着されており、該環状テープの開口は該粘着テープ拡張工程で隣接するチップ間に間隙が形成された状態の該ウエーハの外径より大きく該第2環状フレームの開口より小さい張替用環状フレームユニットを準備する張替用環状フレームユニット準備工程と、
    該張替用環状フレームユニットの該環状テープの開口内側に該テープ拡張工程によって隣接するチップ間に間隙が形成された状態の該ウエーハを位置付け、該環状テープの粘着面側と該ウエーハの周囲に位置する該円筒状部材上の該粘着テープの粘着面側を貼り合わせるテープ貼り合わせ工程と、
    該テープ貼り合わせ工程で形成された該環状テープと該粘着テープが貼り合わされた範囲より外周側で、該第1環状フレームの開口縁より内側の該環状テープと接着していない部分の該粘着テープを環状に切断する粘着テープ切断工程と、
    を具備したことを特徴とするウエーハの加工方法。
  3. 前記粘着テープ拡張工程は、隣接するチップ間の間隙を観察し、所定の間隙になるまで拡張を続けることを特徴とする請求項1又は2記載のウエーハの加工方法。
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