JP6062287B2 - ウエーハの加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハを分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するウエーハの加工方法に関する。
当業者には周知の如く、半導体デバイス製造工程においては、シリコン等の基板の表面に絶縁膜と機能膜が積層された機能層によって複数のＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスをマトリックス状に形成した半導体ウエーハが形成される。このように形成された半導体ウエーハは上記デバイスが分割予定ラインによって区画されており、この分割予定ラインに沿って分割することによって個々の半導体チップを製造している。
また、光デバイス製造工程においては、サファイア基板や炭化珪素基板の表面にn型窒化物半導体層およびp型窒化物半導体層からなる光デバイス層が積層され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複数の領域に発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスを形成して光デバイスウエーハを構成する。そして、光デバイス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光デバイスが形成された領域を分割して個々のチップを製造している。
上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハを分割する方法として、その被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの一方の面側から内部に集光点を合わせてウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、被加工物の内部に分割予定ラインに沿って改質層を連続的に形成し、この改質層が形成されることによって強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、ウエーハを分割する技術である。（例えば、特許文献１参照。）
また、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハを分割予定ラインに沿って分割する方法として、ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を分割予定ラインに沿って照射することによりアブレーション加工を施してレーザー加工溝を形成し、この破断起点となるレーザー加工溝が形成された分割予定ラインに沿って外力を付与することにより割断する技術が実用化されている。（例えば、特許文献２参照。）
特許第３４０８８０５号公報 特開平１０―３０５４２０号公報
而して、ウエーハの内部にレーザー光線の集光点を位置付けて改質層を形成するためには開口数(NA)が０．８前後の集光レンズを用いる必要があり、例えば厚みが３００μmのウエーハを個々のデバイスに分割するためには改質層を数段重ねて形成しなければならず生産性が悪いという問題がある。
また、ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射すると、ウエーハの入射面近傍でアブレーション加工が施されてエネルギーがウエーハの内部まで浸透しないため、分割予定ラインに沿って複数回パルスレーザー光線を照射しなければならず生産性が悪いとともに、デブリが飛散してチップの品質を低下させるという問題がある。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、ウエーハを分割予定ラインに沿って効率よく個々のチップに分割することができるとともに、チップの品質を低下させないウエーハの加工方法を提供することである。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、ウエーハを分割予定ラインに沿って個々の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パルスレーザー光線の集光点を分割すべき領域の内部に位置付けて照射し、非晶質のフィラメントを分割予定ラインに沿って形成するフィラメント形成工程と、
非晶質のフィラメントをエッチングするエッチング剤によって分割予定ラインに沿って形成された非晶質のフィラメントをエッチングすることにより、ウエーハを分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するエッチング工程と、を含む、
ことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。
上記フィラメント形成工程において照射されるパルスレーザー光線を集光する集光レンズの開口数(NA)は、０．１〜０．３に設定されている。
本発明によるウエーハの加工方法は、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線の集光点を分割すべき領域の内部に位置付けて照射し、非晶質のフィラメントを分割予定ラインに沿って形成するフィラメント形成工程と、非晶質のフィラメントをエッチングするエッチング剤によって分割予定ラインに沿って形成された非晶質のフィラメントをエッチングすることにより、ウエーハを分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するエッチング工程とを含んでいるので、エッチング工程においては分割予定ラインに沿って形成されたフィラメントがエッチングされて除去されるので、加工歪が残存しないため分割されたチップの抗折強度が向上する。また、上記エッチング工程においては、ウエーハのエッチング剤が供給される面もエッチング剤によってエッチングされるが、非晶質のフィラメントに比してエッチング速度が１／１０程度であるためエッチング量は僅かであり、むしろ被加工物のエッチング剤が供給される面が僅かにエッチングされることにより、ウエーハのエッチング剤が供給される面に残存する研削歪等の加工歪が除去され分割されたチップの抗折強度が向上する。
また、上述フィラメント形成工程において形成される非晶質のフィラメントは、被加工物の入射面（上面）から下面に亘って形成することができるため、ウエーハの厚みが厚くてもパルスレーザー光線を１回照射すればよいので、生産性が極めて良好となる。
本発明によるウエーハの加工方法によって加工されるウエーハとしての光デバイスウエーハの斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法における保護部材貼着工程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法におけるフィラメント形成工程を実施するためのレーザー加工装置の要部斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法におけるフィラメント形成工程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法におけるエッチング工程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法におけるウエーハ支持工程の説明図。
以下、本発明によるウエーハの加工方法について添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
図１には、本発明によるウエーハの加工方法によって加工されるウエーハとしての光デバイスウエーハの斜視図が示されている。図１に示す光デバイスウエーハ２は、厚みが３００μmのサファイア基板の表面２aに発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイス２１がマトリックス状に形成されている。そして、各光デバイス２１は、格子状に形成されたストリートと呼ばれる分割予定ライン２２によって区画されている。なお、図２に示す光デバイスウエーハ２は分割予定ライン２２が明確に形成されているが、例えばガラス板からなるウエーハ等においては分割予定ラインが明確に形成されておらず、所定の基準位置から所定距離の位置に分割予定ラインが設定されている場合もある。
上述した光デバイスウエーハ２を分割予定ライン２２に沿って分割するウエーハの加工方法について説明する。
先ず、光デバイスウエーハ２の表面２aに形成された光デバイス２１を保護するために、光デバイスウエーハ２の表面２aに保護部材を貼着する保護部材貼着工程を実施する。即ち、図２に示すように光デバイスウエーハ２の表面２aに保護部材としての保護テープ３を貼着する。なお、保護テープ３は、図示の実施形態においては厚さが１００μｍのポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）からなるシート状基材の表面にアクリル樹脂系の糊が厚さ５μｍ程度塗布されている。
上述した保護部材貼着工程を実施したならば、ウエーハとしての光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線の集光点を分割すべき領域の内部に位置付けて照射し、非晶質のフィラメントを分割予定ライン２２に沿って形成するフィラメント形成工程を実施する。このフィラメント形成工程は、図３に示すレーザー加工装置４を用いて実施する。図３に示すレーザー加工装置４は、被加工物を保持するチャックテーブル４１と、該チャックテーブル４１上に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段４２と、チャックテーブル４１上に保持された被加工物を撮像する撮像手段４３を具備している。チャックテーブル４１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない加工送り手段によって図３において矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられるとともに、図示しない割り出し送り手段によって図３において矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。
上記レーザー光線照射手段４２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング４２１を含んでいる。ケーシング４２１内には図示しないパルスレーザー光線発振器や繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー光線発振手段が配設されている。上記ケーシング４２１の先端部には、パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光するための集光レンズ４２２aを備えた集光器４２２が装着されている。この集光器４２２の集光レンズ４２２aは、開口数(NA)が０．１〜０．３の範囲に設定されることが重要である。図示の実施形態においては開口数(NA)が０．２５に設定されている。なお、レーザー光線照射手段４２は、集光器４２２によって集光されるパルスレーザー光線の集光点位置を調整するための集光点位置調整手段（図示せず）を備えている。
上記レーザー光線照射手段４２を構成するケーシング４２１の先端部に装着された撮像手段４３は、被加工物を照明する照明手段と、該照明手段によって照明された領域を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた像を撮像する撮像素子（ＣＣＤ）等を備え、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
上述したレーザー加工装置４を用いて、光デバイスウエーハ２を構成するサファイア基板に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線の集光点を分割すべき領域の内部に位置付けて照射し、非晶質のフィラメントを分割予定ライン２２に沿って形成するフィラメント形成工程について、図３および図４を参照して説明する。
先ず、上述した図３に示すレーザー加工装置４のチャックテーブル４１上に光デバイスウエーハ２の表面２aに貼着された保護テープ３側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、保護テープ３を介して光デバイスウエーハ２をチャックテーブル４１上に保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル４１に保持された光デバイスウエーハ２は、裏面２bが上側となる。このようにして、光デバイスウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル４１は、図示しない加工送り手段によって撮像手段４３の直下に位置付けられる。
チャックテーブル４１が撮像手段４３の直下に位置付けられると、撮像手段４３および図示しない制御手段によって光デバイスウエーハ２のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段４３および図示しない制御手段は、光デバイスウエーハ２の所定方向に形成されている分割予定ライン２２と、該分割予定ライン２２に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段４２の集光器４２２との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する（アライメント工程）。また、光デバイスウエーハ２に上記所定方向と直交する方向に形成された分割予定ライン２２に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。
上述したアライメント工程を実施したならば、図４で示すようにチャックテーブル４１をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段４２の集光器４２２が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分割予定ライン２２を集光器４２２の直下に位置付ける。このとき、図４の（ａ）で示すように光デバイスウエーハ２は、分割予定ライン２２の一端(図４の（ａ）において左端)が集光器４２２の直下に位置するように位置付けられる。次に、集光器４２２から照射されるパルスレーザー光線LBの集光点Ｐを光デバイスウエーハ２の厚み方向中間部に位置付ける。このパルスレーザー光線の集光点Ｐは、図示の実施形態においては図４の（c）に示すように光デバイスウエーハ２の入射面である裏面２b（上面）から１６０μm下方位置に設定されている。そして、集光器４２２からサファイア基板に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル４１を図４の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の送り速度で移動せしめる（フィラメント形成工程）。そして、図４の（ｂ）で示すようにレーザー光線照射手段４２の集光器４２２の照射位置に分割予定ライン２２の他端(図４の（ａ）において右端)が達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル４１の移動を停止する。
上記フィラメント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。
波長 ：１０３０ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
パルス幅 ：１０ps
平均出力 ：３Ｗ
集光レンズの開口数(NA) ：０．２５
集光スポット径 ：φ１０μｍ
ホーカス ：−１６０μm（入射面からデホーカス）
加工送り速度 ：８００ｍｍ／秒
上述した加工条件によってフィラメント形成工程を実施することにより、光デバイスウエーハ２の内部には、図４の（c）に示すように入射面である裏面２b（上面）から表面２a下面）に亘って分割予定ライン２２に沿って所定の間隔（図示の実施形態においては１６μｍの間隔（加工送り速度：８００ｍｍ／秒）／（繰り返し周波数：５０ｋＨｚ））で非晶質のフィラメント２３が形成される。このフィラメント２３は、図４の（d）に示すように中心に形成された細孔２３１と該細孔２３１の周囲に形成された非晶質層２３２とからなり、図示の実施形態においては隣接するフィラメント２３の非晶質層２３２が接続する形態となっている。なお、上述したフィラメント形成工程において形成される非晶質のフィラメント２３は、光デバイスウエーハ２の入射面（上面）から下面に亘って形成することができるため、ウエーハの厚みが厚くてもパルスレーザー光線を１回照射すればよいので、生産性が極めて良好となる。
上述したように所定の分割予定ライン２２に沿って上記フィラメント形成工程を実施したら、チャックテーブル４１を矢印Ｙで示す方向に光デバイスウエーハ２に形成された分割予定ライン２２の間隔だけ割り出し移動し（割り出し工程）、上記フィラメント形成工程を遂行する。このようにして所定方向に形成された全ての分割予定ライン２２に沿って上記フィラメント形成工程を実施したならば、チャックテーブル４１を９０度回動せしめて、上記所定方向に形成された分割予定ライン２２に対して直交する方向に延びる分割予定ライン２２に沿って上記フィラメント形成工程を実行する。
上述したフィラメント形成工程を実施したならば、フィラメント形成工程が実施された光デバイスウエーハ２に形成されたフィラメント２３をエッチングするエッチング剤によってエッチングし、分割予定ライン２２に沿って形成された非晶質のフィラメント２３をエッチングすることにより、分割予定ライン２２に沿って個々のチップに分割するエッチング工程を実施する。このエッチング工程は、図５に示すエッチング装置５によって実施する。図５に示すエッチング装置５は、被加工物を吸引保持するチャックテーブル５１と、該チャックテーブル５１に保持された被加工物にエッチング剤を供給するエッチング剤供給ノズル５２を具備している。このように構成されたエッチング装置５を用いて上記エッチング工程を実施するには、図５の(a)に示すようにエッチング装置５のチャックテーブル５１上にフィラメント形成工程が実施された光デバイスウエーハ２の表面２aに貼着された保護テープ３側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、保護テープ３を介して光デバイスウエーハ２をチャックテーブル５１上に保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル５１に保持されたフィラメント形成工程が実施された光デバイスウエーハ２は、裏面２bが上側となる。次に、チャックテーブル５１を例えば１０〜６０rpmの回転速度で回転しつつエッチング剤供給ノズル５２から光デバイスウエーハ２に形成されたフィラメント２３をエッチングするエッチング剤５０を供給する。なお、エッチング剤としては、光デバイスウエーハ２がサファイア基板からなっている場合にはフッ酸、濃硫酸を用いることができる。また、ウエーハがシリコン基板からなっている場合にはフッ酸、フッ酸＋硝酸を用い、ウエーハがガラス基板からなっている場合にはフッ酸、水酸化カリウム（KOH）を用いることができる。
上述したようにフィラメント形成工程が実施された光デバイスウエーハ２を保持したチャックテーブル５１を回転しつつエッチング剤供給ノズル５２からエッチング剤５０を供給すると、エッチング剤は非晶質のフィラメント２３に迅速に浸透してエッチングする。この結果、図５の(b)に示すように光デバイスウエーハ２は、フィラメント２３が形成された分割予定ライン２２に沿ってエッチングされて除去され個々の光デバイスチップ２１に分割される。
以上のように、上述したエッチング工程においては、分割予定ライン２２に沿って形成されたフィラメント２３がエッチングされて除去されるので、加工歪が残存しないため分割された光デバイスチップ２１の抗折強度が向上する。また、上記エッチング工程においては、光デバイスウエーハ２の裏面２ｂもエッチング剤によってエッチングされるが、非晶質のフィラメント２３に比してエッチング速度が１／１０程度であるためエッチング量は僅かであり、むしろ光デバイスウエーハ２の裏面２ｂが僅かにエッチングされることにより、光デバイスウエーハ２の裏面２ｂに残存する研削歪等の加工歪が除去され分割されたチップの抗折強度が向上する。
上述したエッチング工程を実施したならば、個々の光デバイスチップ２１に分割された光デバイスウエーハ２の裏面２bを環状のフレームに装着された粘着テープの表面に貼着するとともに光デバイスウエーハ２の表面２aに貼着された保護テープ３を剥離するウエーハ支持工程を実施する。即ち、図６に示すように個々の光デバイスチップ２１に分割された光デバイスウエーハ２の裏面２b側を環状のフレームFに装着された粘着テープTに貼着する。従って、光デバイスウエーハ２の表面２aに貼着されている保護テープ３は上側となる。そして、光デバイスウエーハ２の表面２aに貼着されている保護部材としての保護テープ３を剥離する。このようにして環状のフレームFに装着された粘着テープTに貼着された個々の光デバイスチップ２１に分割された光デバイスウエーハ２は、次工程であるピックアップ工程に搬送される。
以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。例えば、上述した実施形態においてはサファイア基板からなる光デバイスウエーハを個々の光デバイスチップに分割する例を示したが、本発明はシリコンウエーハからなるウエーハやガラス基板からなるウエーハに適用しても上述した作用効果が得られる。
また、上述したエッチング工程においては、ウエットエッチングの例を示したが、SF6やC4F8を用いたプラズマエッチングを実施してもよい。
２：光デバイスウエーハ
２１：光デバイス
２２：分割予定ライン
２３：フィラメント
３：保護テープ
４：レーザー加工装置
４１：レーザー加工装置のチャックテーブル
４２：レーザー光線照射手段
４２２：集光器
５：エッチング装置
５１：エッチング装置のチャックテーブル
５２：エッチング剤供給ノズル
Ｆ：環状のフレーム
Ｔ：粘着テープ

Claims (2)

  1. ウエーハを分割予定ラインに沿って個々の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パルスレーザー光線の集光点を分割すべき領域の内部に位置付けて照射し、非晶質のフィラメントを分割予定ラインに沿って形成するフィラメント形成工程と、
    非晶質のフィラメントをエッチングするエッチング剤によって分割予定ラインに沿って形成された非晶質のフィラメントをエッチングすることにより、ウエーハを分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するエッチング工程と、を含む、
    ことを特徴とするウエーハの加工方法。
  2. 該フィラメント形成工程において照射されるパルスレーザー光線を集光する集光レンズの開口数(NA)は、０．１〜０．３に設定されている、請求項１記載のウエーハの加工方法。
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