JP6071775B2 - ウェーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハの内部にレーザー光線を集光させて分割の起点となる改質層を形成するウェーハの加工方法に関する。

表面にデバイスが形成されたウェーハを複数のチップに分割するために、ウェーハの内部にレーザー光線を集光させて分割の起点となる改質層を形成するウェーハの加工方法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

この加工方法では、ウェーハに吸収され難い波長のレーザー光線を、ウェーハの内部に集光させるように分割予定ラインに沿って照射して、多光子吸収による改質層を形成する。改質層が形成されたウェーハに応力を加えることで、ウェーハは分割予定ラインに沿って分割される。

特開２００５−８６１６１号公報 特開２０１０−６８００９号公報

ところで、上述の加工方法では、ウェーハの深さ方向における改質層の形成位置やレーザー光線の照射パワーといった改質層の形成条件を適切に設定しないと、ウェーハの分割に適した良好な改質層を形成することができない。

これに対して、良好な改質層を形成できたか否かは、実際にウェーハを分割するまで分からないという問題があった。そのため、改質層の形成条件が適切に設定されていない状態で多数のウェーハを処理してしまい、分割不良を多発させる恐れもある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、改質層の形成条件が適切であるか否かをウェーハの分割前に判定可能なウェーハの加工方法を提供することである。

本発明によれば、ウェーハの表面に複数設定された分割予定ラインに沿って該ウェーハの内部に改質層を形成するウェーハの加工方法であって、該ウェーハの該表面側に保護部材を配設する保護部材配設ステップと、該保護部材配設ステップの後に、該ウェーハの該保護部材側をチャックテーブルで保持する保持ステップと、該ウェーハを透過する波長のレーザー光線を該ウェーハの内部に焦点を合わせつつ照射して形成される改質層の基準幅を設定する基準幅設定ステップと、該基準幅設定ステップの後に、該チャックテーブルに保持された該ウェーハの裏面側から該レーザー光線を該ウェーハの内部に焦点を合わせつつ任意の分割予定ラインに沿って照射し、該ウェーハの内部に該任意の分割予定ラインに沿った該改質層を形成する改質層形成ステップと、該改質層形成ステップの後に、該チャックテーブルに保持された該ウェーハの該改質層を赤外線カメラで該ウェーハの該裏面側から撮像し、撮像された該改質層の幅が該基準幅以上に太い場合、該改質層から該ウェーハの表面に向かって伸長するクラックの発生有りと判定するクラック判定ステップと、を含むことを特徴とするウェーハの加工方法が提供される。

また、前記ウェーハの加工方法において、前記基準値設定ステップで設定される該基準幅は、４μｍであることが好ましい。

また、前記ウェーハの加工方法において、前記基準幅設定ステップでは、前記ウェーハの前記改質層が形成されていない前記分割予定ラインに沿って前記レーザー光線を照射して前記クラックが伸長しない該改質層を形成し、該改質層の前記幅を前記赤外線カメラで撮像して測定し、該幅を基に前記基準幅を設定し、前記改質層形成ステップでは、該基準幅設定ステップで照射した該レーザー光線と該焦点の位置を入射方向に変化させた該レーザー光線を該改質層に沿って照射し、該分割予定ラインに沿った改質層を該ウェーハの厚さ方向に複数形成することが好ましい。

ウェーハの分割に適した良好な改質層が形成される条件では、改質層からウェーハの表面へと向かうクラックが発生する。よって、本発明に係るウェーハの加工方法のように、改質層形成ステップの後にクラック判定ステップを実施することで、改質層の形成条件が適切であるか否かをウェーハの分割前に判定できる。

図１（Ａ）は、ウェーハの構成例を模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、保護部材配設ステップを模式的に示す斜視図である。 レーザー加工装置の構成例を模式的に示す斜視図である。 図３（Ａ）は、改質層形成ステップを模式的に示す一部断面側面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の一部を拡大して示す部分拡大図である。 クラック判定ステップを模式的に示す一部断面側面図である。 クラック判定ステップで撮像される撮像画像の例を模式的に示す画像図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態に係るウェーハの加工方法は、保護部材配設ステップ（図１参照）、保持ステップ（図２参照）、基準幅設定ステップ、改質層形成ステップ（図３参照）、クラック判定ステップ（図４、図５参照）を含む。

保護部材配設ステップでは、ウェーハの表面側に保護部材を配設する。保持ステップでは、保護部材を介してウェーハをレーザー加工装置のチャックテーブルに吸引保持させる。基準幅設定ステップでは、後のクラック判定ステップにおいて判定の基準となる改質層の基準幅を設定する。

改質層形成ステップでは、レーザー加工装置のレーザー加工ヘッドからウェーハの裏面側に向けてレーザー光線を照射し、ストリート（分割予定ライン）に沿う改質層を形成する。クラック判定ステップでは、レーザー加工装置の赤外線カメラで撮像された改質層の幅に基づいて改質層からウェーハの表面に向かうクラックの発生の有無を判定する。以下、本実施の形態に係るウェーハの加工方法について詳述する。

図１（Ａ）は、本実施の形態に係るウェーハの加工方法の対象となるウェーハの構成例を模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、保護部材配設ステップを模式的に示す斜視図である。

図１（Ａ）に示すように、本実施の形態の加工方法の対象となるウェーハ１１は、円盤状の半導体ウェーハであり、中央のデバイス領域１３と、デバイス領域１３を囲む外周余剰領域１５とを備えている。

ウェーハ１１の表面１１ａ側のデバイス領域１３は、格子状に配列されたストリート（分割予定ライン）１７で複数の領域に区画されており、各領域にはＩＣ等のデバイス１９が形成されている。ウェーハ１１の外周面１１ｃは面取り加工されており、断面形状は円弧状になっている（図３（Ａ）参照）。

本実施の形態の加工方法では、まず、このウェーハ１１の表面１１ａ側に保護部材を配設する保護部材配設ステップを実施する。図１（Ｂ）に示すように、保護部材２１は、ウェーハ１１と同等の外径を有する円盤状のフィルムであり、表面２１ａ側には接着性のある糊層が設けられている。

ただし、保護部材２１の構成はこれに限定されない。後述する保持ステップ以降のステップにおいてウェーハ１１の表面１１ａ側を適切に保護できる部材であれば、保護部材２１として使用できる。例えば、ガラス基板、半導体基板、金属基板、樹脂基板等を保護部材２１として用いても良い。

保護部材配設ステップにおいては、上述したウェーハ１１の表面１１ａ側と保護部材２１の表面２１ａ側とを対面させるように、ウェーハ１１と保護部材２１とを位置合わせする。そして、ウェーハ１１の表面１１ａ側に保護部材２１の表面２１ａを接触させることでウェーハ１１に保護部材２１を接着する。

保護部材配設ステップの後には、ウェーハ１１に貼着された保護部材２１をレーザー加工装置のチャックテーブルに吸引保持させる保持ステップを実施する。図２は、本実施の形態で用いられるレーザー加工装置の構成例を模式的に示す斜視図である。図２に示すように、レーザー加工装置２は、各構成を支持する基台４を備えている。基台４は、直方体状の基部６と、基部６の後端において上方に延びる壁部８とを含む。

基部６の上面には、保護部材２１を介してウェーハ１１を吸引保持するチャックテーブル１０が配置されている。チャックテーブル１０の上方には、ウェーハ１１に向けてレーザー光線を照射するレーザー加工ヘッド１２が設けられている。また、レーザー加工ヘッド１２と隣接する位置には、赤外線カメラ１４が設けられている。

チャックテーブル１０の下方には、チャックテーブル１０を割り出し送り方向（Ｙ軸方向）に移動させるＹ軸移動機構（割り出し送り機構）１６が設けられている。Ｙ軸移動機構１６は、基部６の上面に固定されＹ軸方向に平行な一対のＹ軸ガイドレール１８を備える。

Ｙ軸ガイドレール１８には、Ｙ軸移動テーブル２０がスライド可能に設置されている。Ｙ軸移動テーブル２０の裏面側（下面側）には、ナット（不図示）が固定されており、このナットには、Ｙ軸ガイドレール１８と平行なＹ軸ボールネジ２２が螺合されている。

Ｙ軸ボールネジ２２の一端部には、Ｙ軸パルスモータ２４が連結されている。Ｙ軸パルスモータ２４でＹ軸ボールネジ２２を回転させれば、Ｙ軸移動テーブル２０は、Ｙ軸ガイドレール１８に沿ってＹ軸方向に移動する。

Ｙ軸移動テーブル２０の表面側（上面側）には、チャックテーブル１０を加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動させるＸ軸移動機構（加工送り機構）２６が設けられている。Ｘ軸移動機構２６は、Ｙ軸移動テーブル２０の上面に固定されＸ軸方向に平行な一対のＸ軸ガイドレール２８を備える。

Ｘ軸ガイドレール２８には、Ｘ軸移動テーブル３０がスライド可能に設置されている。Ｘ軸移動テーブル３０の裏面側（下面側）には、ナット（不図示）が固定されており、このナットには、Ｘ軸ガイドレール２８と平行なＸ軸ボールネジ３２が螺合されている。

Ｘ軸ボールネジ３２の一端部には、Ｘ軸パルスモータ３４が連結されている。Ｘ軸パルスモータ３４でＸ軸ボールネジ３２を回転させれば、Ｘ軸移動テーブル３０は、Ｘ軸ガイドレール２８に沿ってＸ軸方向に移動する。

Ｘ軸移動テーブル３０の表面側（上面側）には、支持台３６が設けられている。支持台３６の上部には、チャックテーブル１０が配置されている。チャックテーブル１０は、支持台３６の下方に設けられた回転機構（不図示）と連結されており、Ｚ軸の周りに回転する。

チャックテーブル１０の表面は、ウェーハ１１に貼着された保護部材２１の裏面２１ｂを吸引保持する保持面１０ａとなっている。この保持面１０ａには、チャックテーブル１０の内部に形成された流路（不図示）を通じて吸引源（不図示）の負圧が作用し、保護部材２１を吸引する吸引力が発生する。

壁部８の上部前面には、前方に向かって延びる支持アーム３８が設けられており、この支持アーム３８の先端部には、レーザー加工ヘッド１２及び赤外線カメラ１４が配置されている。

レーザー加工ヘッド１２は、レーザー発振器（不図示）で発振されるレーザー光線を、チャックテーブル１０に保持されたウェーハ１１の内部に集光させる集光器（不図示）を備えている。このレーザー加工ヘッド１２は、ウェーハ１１の内部に集光させるようにレーザー光線を照射して、多光子吸収による改質層を形成する。

赤外線カメラ１４は、ウェーハ１１に吸収され難い赤外領域の光を検出する撮像素子を備え、ウェーハ１１に形成された改質層を裏面１１ｂ側から撮像する。撮像された撮像画像は、記憶装置（不図示）に記憶され、必要に応じて制御装置（不図示）等で用いられる。

保持ステップでは、上述したレーザー加工装置２のチャックテーブル１０に、ウェーハ１１に貼着された保護部材２１を吸引させる。具体的には、まず、図２に示すように、チャックテーブル１０の保持面１０ａと保護部材２１の裏面２１ｂ側とを対面させるように位置合わせした状態で、チャックテーブル１０上にウェーハ１１及び保護部材２１を載置する。

その後、チャックテーブル１０の保持面１０ａに吸引源の負圧を作用させれば、保護部材２１はチャックテーブル１０で吸引される。これにより、ウェーハ１１は保護部材２１を介してチャックテーブル１０に吸引保持される。

保持ステップの後には、後のクラック判定ステップで用いられる改質層の基準幅をレーザー加工装置２に設定する基準幅設定ステップを実施する。基準幅は、例えば、３μｍ〜５μｍの範囲に設定される。設定された基準幅は、レーザー加工装置２の記憶装置に記憶される。

このように、改質層の基準幅を設定することで、後のクラック判定ステップにおいてクラックの発生の有無を判定できるようになる。なお、本実施の形態では、基準幅を４μｍに設定する。ただし、本発明はこれに限定されず、基準幅は任意に設定できる。

本発明者は、鋭意研究の結果、改質層からウェーハ１１の表面１１ａ側へと向かうクラックが発生するように改質層を形成すると、ウェーハ１１を適切に分割できることを見出した。このような条件でウェーハ１１を適切に分割できるのは、クラックの発生によって、ウェーハ１１の分割が誘起されるためと考えられる。

そして、上述のようなクラックが発生する条件では、クラックが発生しない条件と比較して改質層の幅が太く見えることを発見した。この現象は、クラックにおける光の散乱で、本来の改質層の幅よりも広い範囲で反射率（透過率）が変化するために生じると推察される。つまり、観察される改質層の幅に基づいてクラックの発生の有無を判定することで、改質層が適切な条件で形成されたか否かを確認できる。

基準幅設定ステップの後には、ウェーハ１１のストリート１７に沿って改質層を形成する改質層形成ステップを実施する。図３（Ａ）は、改質層形成ステップを模式的に示す一部断面側面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の一部を拡大して示す部分拡大図である。

図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、改質層形成ステップにおいては、まず、チャックテーブル１０に保持されたウェーハ１１の上方にレーザー加工ヘッド１２を位置付ける。そして、チャックテーブル１０とレーザー加工ヘッド１２とを相対移動させながら、ウェーハ１１にレーザビーム４０を照射する。

レーザビーム４０は、例えば、ＹＡＧ、ＹＶＯ４等をレーザー媒質として発振され、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側に照射される。また、レーザビーム４０は、チャックテーブル１０とレーザー加工ヘッド１２との相対移動により、ストリート１７に沿って照射される。レーザビーム４０の集光点（焦点）４２は、ウェーハ１１の内部に位置付けられる。

ウェーハ１１としてシリコンウェーハを用いる場合には、赤外領域の波長（例えば、１０６４ｎｍ）のレーザビーム４０を用いることが好ましい。ウェーハ１１に吸収され難い（ウェーハを透過し易い）このような波長のレーザビーム４０を用いることで、ウェーハ１１の内部に良好な改質層２３を形成できる。全てのストリート１７に沿って改質層２３が形成されると、改質層形成ステップは終了する。

改質層形成ステップの後には、改質層２３からウェーハ１１の表面１１ａに向かうクラックの発生の有無を判定するクラック判定ステップを実施する。図４は、クラック判定ステップを模式的に示す一部断面側面図であり、図５は、クラック判定ステップで撮像される撮像画像の例を模式的に示す画像図である。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、クラック判定ステップにおいては、ストリート１７に沿って形成された改質層２３の上方に赤外線カメラ１４を位置付け、裏面１１ｂ側からウェーハ１１を撮像する。撮像された撮像画像は、レーザー加工装置２の記憶装置に記憶される。

赤外線カメラ１４は、赤外領域の光を検出する撮像素子を備えているので、赤外線カメラ１４でウェーハ１１を撮像すると、ウェーハ１１の内部の状態を確認できる。本実施の形態では、改質層形成ステップでウェーハ１１の内部に改質層２３を形成しているので、赤外線カメラ１４で撮像された撮像画像には、改質層２３が写り込む。

図４（Ａ）に示すように、適切な条件で改質層２３を形成すると、改質層２３とウェーハ１１の表面１１ａとの間には、クラック２５が発生する。この場合、赤外線カメラ１４で撮像される撮像画像は、例えば、図５（Ａ）のようになる。

一方、図４（Ｂ）に示すように、適切ではない条件で改質層２３を形成すると、改質層２３とウェーハ１１の表面１１ａとの間には、クラック２５が発生しない。この場合、赤外線カメラ１４で撮像される撮像画像は、例えば、図５（Ｂ）のようになる。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）の比較から分かるように、クラック２５が発生する条件では、クラック２５が発生しない条件と比較して改質層２３の幅は太く見える。よって、改質層２３の幅を、上述の基準幅設定ステップで設定した基準幅と比較することで、改質層２３が適切な条件で形成されたか否かを確認できる。

撮像画像中の改質層２３の幅は、例えば、制御装置における画像処理等で検出できる。この場合、例えば、制御装置は、記憶装置に記憶された撮像画像を読み出し、撮像画像中の改質層２３の輪郭を抽出することで、改質層２３の幅を検出する。

検出された改質層２３の最大幅が基準幅以上の場合、制御装置は、改質層２３とウェーハ１１の表面１１ａとの間にクラック２５が発生していると判定する。一方、検出された改質層２３の最大幅が基準幅未満の場合、制御装置は、改質層２３とウェーハ１１の表面１１ａとの間にクラック２５が発生していないと判定する。

すなわち、本実施の形態では、検出された改質層２３の最大幅が４μｍ以上の場合にクラック２５が発生していると判定し、検出された改質層２３の最大幅が４μｍ未満の場合にクラック２５が発生していないと判定する。なお、ここでは、改質層２３の最大幅を基準幅と比較しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、改質層２３の平均幅等を基準幅と比較しても良い。

ウェーハ１１の分割に適した良好な改質層２３が形成される条件では、改質層２３からウェーハ１１の表面１１ａに向かうクラック２５が発生する。よって、本実施の形態に係るウェーハの加工方法のように改質層形成ステップの後にクラック判定ステップを実施することで、改質層２３の形成条件が適切であるか否かをウェーハ１１の分割前に判定できる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施の形態では、改質層の基準幅を任意の値に設定する例を示したが、本発明はこれに限定されない。適切な改質層の基準幅は、改質層が形成される深さや、ウェーハ１１の材質等に応じて異なると考えられる。よって、改質層の基準幅を、実測された改質層の幅に基づいて設定しても良い。

この場合、基準幅設定ステップにおいて、例えば、チャックテーブル１０に保持されるウェーハ１１のストリート１７に沿って、クラック２５が発生しないような条件でレーザー光線４０を照射し、改質層２３を形成する。そして、赤外線カメラ１４でウェーハ１１の裏面１１ｂ側を撮像して、この改質層２３の幅を測定する。

基準幅としては、例えば、測定された改質層２３の幅より僅かに大きい値を設定することが好ましい。このように設定された改質層の基準幅は、実測された改質層２３の幅に基づくので、クラック判定ステップにおける判定精度を十分に高めることができる。

なお、この場合、後の改質層形成ステップでは、レーザー光線４０の集光点（焦点）４２の位置を入射方向に変化させて、基準幅設定ステップにおいて形成した改質層２３とは異なる高さ位置に改質層２３を形成する。つまり、この場合、ストリート１７に沿う改質層２３は、ウェーハ１１の厚み方向に複数形成される。

また、上記実施の形態では、改質層２３の幅の検出、及びクラック２５の発生の有無の判定を制御装置において実施する態様を例示しているが、本発明はこれに限定されない。改質層２３の幅の検出、及びクラック２５の発生の有無の判定は、作業者によって行われても良い。

さらに、上記実施の形態では、改質層形成ステップにおいて全てのストリート１７に沿う改質層２３を形成した後に、クラック２５の発生の有無を判定するクラック判定ステップを実施しているが、本発明はこれに限定されない。

例えば、改質層形成ステップにおいて任意のストリート１７に改質層２３を形成した後、当該改質層２３に対してクラック２５の発生の有無を判定するクラック判定ステップを実施しても良い。

対象のストリート１７においてクラック２５が発生していると判定された場合には、同じ条件で他のストリート１７にも改質層２３を形成する。一方、クラック２５が発生していないと判定された場合には、条件を変更して改質層２３を形成し直す。

つまり、任意のストリート１７に改質層２３を形成する改質層形成ステップ（第１の改質層形成ステップ）を実施した後、クラック２５の発生の有無を判定するクラック判定ステップを実施し、クラック２５が発生していると判定された場合には、他のストリート１７（残りのストリート１７）に改質層２３を形成する改質層形成ステップ（第２の改質層形成ステップ）を実施する。

また、任意のストリート１７に改質層２３を形成する改質層形成ステップ（第１の改質層形成ステップ）を実施した後、クラック２５の発生の有無を判定するクラック判定ステップを実施し、クラック２５が発生していないと判定された場合には、既に改質層２３が形成されている任意のストリート１７を含むすべてのストリート１７に異なる条件で改質層２３を形成する改質層形成ステップ（第３の改質層形成ステップ）を実施する。

言い換えれば、全ての改質層２３を形成する前にクラック判定ステップを実施する。これにより、改質層２３の形成条件が適切であるか否かを全ての改質層２３を形成する前に判定できるので、適切でない改質層２３の形成条件を早期に発見し、修正できる。

その他、上記実施の形態に係る構成、方法などは、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１１ ウェーハ
１１ａ 表面
１１ｂ 裏面
１１ｃ 外周面
１３ デバイス領域
１５ 外周余剰領域
１７ ストリート（分割予定ライン）
１９ デバイス
２１ 保護部材
２１ａ 表面
２１ｂ 裏面
２３ 改質層
２５ クラック
２ レーザー加工装置
４ 基台
６ 基部
８ 壁部
１０ チャックテーブル
１２ レーザー加工ヘッド
１４ 赤外線カメラ
１６ Ｙ軸移動機構（割り出し送り機構）
１８ Ｙ軸ガイドレール
２０ Ｙ軸移動テーブル
２２ Ｙ軸ボールネジ
２４ Ｙ軸パルスモータ
２６ Ｘ軸移動機構（加工送り機構）
２８ Ｘ軸ガイドレール
３０ Ｘ軸移動テーブル
３２ Ｘ軸ボールネジ
３４ Ｘ軸パルスモータ
３６ 支持台
３８ 支持アーム
４０ レーザー光線
４２ 集光点（焦点）

Claims (3)

1. ウェーハの表面に複数設定された分割予定ラインに沿って該ウェーハの内部に改質層を形成するウェーハの加工方法であって、
   該ウェーハの該表面側に保護部材を配設する保護部材配設ステップと、
   該保護部材配設ステップの後に、該ウェーハの該保護部材側をチャックテーブルで保持する保持ステップと、
   該ウェーハを透過する波長のレーザー光線を該ウェーハの内部に焦点を合わせつつ照射して形成される改質層の基準幅を設定する基準幅設定ステップと、
   該基準幅設定ステップの後に、該チャックテーブルに保持された該ウェーハの裏面側から該レーザー光線を該ウェーハの内部に焦点を合わせつつ任意の分割予定ラインに沿って照射し、該ウェーハの内部に該任意の分割予定ラインに沿った該改質層を形成する改質層形成ステップと、
   該改質層形成ステップの後に、該チャックテーブルに保持された該ウェーハの該改質層を赤外線カメラで該ウェーハの該裏面側から撮像し、撮像された該改質層の幅が該基準幅以上に太い場合、該改質層から該ウェーハの表面に向かって伸長するクラックの発生有りと判定するクラック判定ステップと、を含むことを特徴とするウェーハの加工方法。
2. 前記基準値設定ステップで設定される該基準幅は、４μｍであることを特徴とする請求項１記載のウェーハの加工方法。
3. 前記基準幅設定ステップでは、前記ウェーハの前記改質層が形成されていない前記分割予定ラインに沿って前記レーザー光線を照射して前記クラックが伸長しない該改質層を形成し、該改質層の前記幅を前記赤外線カメラで撮像して測定し、該幅を基に前記基準幅を設定し、
   前記改質層形成ステップでは、該基準幅設定ステップで照射した該レーザー光線と該焦点の位置を入射方向に変化させた該レーザー光線を該改質層に沿って照射し、該分割予定ラインに沿った改質層を該ウェーハの厚さ方向に複数形成することを特徴とする請求項１記載のウェーハの加工方法。
   

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