JP6124547B2

JP6124547B2 - 加工方法

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Publication number: JP6124547B2
Application number: JP2012228807A
Authority: JP
Inventors: 繁史岡田; 信守生越
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2032-10-16
Also published as: JP2014082296A; US9034735B2; US20140106545A1

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の薄板状の被加工物に対して裏面側から内部にレーザビームを照射して被加工物にレーザ加工を施す加工方法に関する。

半導体デバイスの製造工程においては、電子回路を有する多数のデバイスが表面に形成された半導体ウェーハを、各デバイスの形成領域を区画する格子状の分割予定ラインに沿って分割することにより、デバイスを有する多数の半導体チップに個片化している。このように半導体ウェーハ等の被加工物を分割する手段として、近年、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザビームを被加工物の内部に集光点を位置付けた状態で分割予定ラインに沿って照射することで、分割予定ラインに沿った改質層を被加工物の内部に形成し、この後、被加工物に外力を付与することで改質層を起点に被加工物を分割するといった方法が知られている（特許文献１等参照）。

特許第３４０８８０５号公報

この種のレーザ加工にあっては、レーザ照射ヘッドユニット等のレーザビーム照射手段の構成要素が温度変化により膨張または収縮することに起因して、レーザ照射位置が狙い位置からずれてしまうというおそれがあった。レーザ照射位置がずれると、デバイス対応位置に改質層が形成されるといったことが起こり、こうなると被加工物に外力を付与して分割する際に、所望位置で被加工物が分割されずに異形チップが発生したり、デバイスを損傷させたりしてしまうという不具合を招く。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主な技術的課題は、加工予定ラインに沿ってレーザビームを照射して被加工物にレーザ加工を施すにあたり、レーザ照射位置のずれを低減し得る加工方法を提供することにある。

本発明の請求項１に記載の加工方法は、表面の交差した複数の加工予定ラインで区画される各領域にそれぞれデバイスが形成された被加工物にレーザ加工を施す加工方法であって、被加工物の表面側を保持手段で保持して被加工物の裏面を露出させる保持ステップと、該保持手段で保持された被加工物の裏面側から前記加工予定ラインを検出して該加工予定ラインとレーザビームとを整列させるアライメントステップと、該アライメントステップを実施した後、被加工物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被加工物の内部に位置付けて該レーザビームを被加工物の裏面側から前記加工予定ラインに沿って照射することを繰り返し、被加工物内部に複数の該加工予定ラインに沿った改質層を形成するレーザ加工ステップと、該レーザ加工ステップの実施中、所定のタイミングで被加工物の裏面側から被加工物に形成された前記改質層を撮像手段で撮像し、前記加工予定ラインと該改質層との位置ずれを検出して補正値を算出し、前記レーザビームの照射位置データに該補正値を加算して該レーザビームの照射位置と該加工予定ラインとを一致させる位置ずれ補正ステップと、を備え、前記レーザ加工ステップでは、被加工物の表面から所定の高さ位置に改質層を形成し、前記位置ずれ補正ステップでは、該所定の高さ位置に該改質層が形成された前記加工予定ラインに沿って前記レーザビームを照射して該改質層より被加工物の裏面側に補正用改質層を形成し、該補正用改質層を前記撮像手段で撮像して、該加工予定ラインと該補正用改質層との位置ずれを検出して前記補正値を算出することを特徴とする。

本発明の加工方法では、レーザ加工ステップでレーザ加工を実施中において、加工予定ラインと、レーザ加工により被加工物内部に形成された改質層との位置ずれを、所定のタイミングで検出し、検出結果に基づいて補正値を算出する。そしてその補正値を、レーザビームの照射位置データに加算し、以降のレーザビームの照射位置を加工予定ラインに一致させる位置合わせを行う。これにより、レーザ照射位置のずれを低減させることができる。

また、本発明によると、補正用改質層を、正規に形成する改質層と加工予定ラインとの位置ずれ検出のための指標としており、補正用改質層は正規に形成する改質層より被加工物の裏面側に形成するため、改質層に反射した電磁波による改質層の像がより鮮明に得られ、高精度な位置合わせが可能となる。また、同一の加工予定ラインにおいて正規の改質層より被加工物裏面側に補正用改質層を形成した後、補正用改質層より被加工物表面側に改質層を形成しようとしても、補正用改質層にレーザビームが阻害されて正規の改質層が形成されないおそれがあるが、本発明では正規の改質層を形成した後、補正用改質層を形成するようにしたため、正規の改質層を確実に形成することができる。

また、本発明では、前記補正用改質層は、前記加工予定ラインの伸長方向に沿って局所的に形成されることを特徴とする（請求項２）。この形態によると、補正用改質層を局所的に形成することで、被加工物の強度低下を抑えることができる。

また、上記請求項１または２においては、前記レーザ加工ステップでは、被加工物の仕上げ厚さよりも被加工物裏面側の前記所定の高さ位置に前記改質層が形成されるとともに該改質層から被加工物表面に伸長するクラックが形成され、該レーザ加工ステップを実施して全ての加工予定ラインに沿って改質層が形成された後、被加工物の裏面側を研削して該仕上げ厚さへと薄化することで、被加工物を加工予定ラインに沿って個々のチップへと分割する研削ステップをさらに備える形態を含む（請求項３）。この形態によると、研削ステップを実施することで、補正用改質層と改質層が除去されるため、形成されるチップには改質層が残存せず、チップの抗折強度をこれら改質層が残存した場合に比べて向上させることができる。

本発明によれば、加工予定ラインに沿ってレーザビームを照射して被加工物にレーザ加工を施すにあたり、レーザ照射位置のずれを低減し得る加工方法が提供されるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るウェーハ（被加工物）の斜視図である。ウェーハを粘着テープを介して環状フレームに支持した状態ならびに一実施形態に係る加工方法の保持ステップを示す斜視図である。保持ステップを示す側面図である。同加工方法のアライメントステップを示す平面図である。同加工方法のレーザ加工ステップを示す側面図である。レーザ加工ステップでウェーハ内に形成される改質層を示す断面図である。同加工方法の位置ずれ補正ステップを示す側面図である。位置ずれ補正ステップを示す平面図である。同加工方法の研削ステップを示す斜視図である。位置ずれ補正ステップの他の実施形態を示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
（１）ウェーハ
図１は、一実施形態の被加工物である半導体ウェーハ等のウェーハ１を示している。シリコン等からなるこのウェーハ１は、厚さが例えば７００μｍ程度の円板状に形成されている。ウェーハ１の表面１ａには、複数のデバイス２が形成されている。これらデバイス２は、表面１ａに格子状に設定された複数の交差する分割予定ライン３で区画された複数の矩形領域４に、ＬＳＩ等の電子回路を設けることで形成されている。本実施形態は、ウェーハ１にレーザ加工および研削加工を施すことで、各領域４に分割して複数のチップを得る加工方法である。

ウェーハ１は、図２に示すように粘着テープ８を介して環状フレーム９に支持された状態で加工に供される。粘着テープ８は、伸縮性を有する基材の片面に粘着層が形成されたもので、外周部の粘着層に環状フレーム９が貼着される。また、ウェーハ１は、表面１ａ側を粘着層に合わせることで裏面１ｂが露出し、かつ、環状フレーム９の円形状の内周縁と同心状に貼着される。ウェーハ１は、環状フレーム９をハンドリングすることで搬送される。以下、加工方法を手順にしたがって説明する。

（２）加工方法
（２−１）保持ステップ
図２〜図４に示すように、レーザ加工手段２０が上方に配設され、回転可能な保持手段３０に粘着テープ８を介して表面１ａ側を保持し、ウェーハ１の裏面１ｂ側を露出させる保持ステップを行う。

保持手段３０は水平な上面に負圧吸引作用でウェーハ１を吸引保持する円形状の保持面３１が形成されており、ウェーハ１は、保持面１に同心状に載置され、吸引保持される。また、環状フレーム９は、保持手段３０の周囲に配設された複数のクランプ機構３５に固定される。図３に示すように、環状フレーム９は保持面３１より下側で固定され、粘着テープ８はある程度のテンションがかかった状態とされる。

レーザ加工手段２０は、レーザビームを下方に向けて照射する照射部２１と、照射部２１に固定されておりウェーハ１の分割予定ライン３を検出する顕微鏡カメラ２２を有している。照射部２１から照射されるレーザビームの波長はウェーハ１に対し透過性を有し、ウェーハ１の内部に改質層を形成し得るものである。カメラ２２は、表面１ａ側の分割予定ライン３を撮像可能なもので、ウェーハ１を透過する波長の電磁波（例えば赤外線）をウェーハ１に照射するものが用いられる。レーザ加工手段２０と保持手段３０とは、図４に示すＸ方向の加工送り方向と、Ｙ方向の割り出し送り方向に相対的に移動可能に設けられている。

（２−２）アライメントステップ
次に、レーザ加工手段２０のカメラ２２により、保持手段３０で保持されたウェーハ１の裏面１ｂ側から分割予定ライン３を検出し、分割予定ライン３と、照射部２１から照射されるレーザビームとを整列させるアライメントステップを実施する。

カメラ２２はレーザビームの走査ラインに一致する基準線を有しており、この基準線は加工送り方向（図４のＸ方向）と平行に設定されている。アライメントは、保持手段３０を回転させ、直交する分割予定ライン３の、一方向側の分割予定ライン３をＸ方向と平行に位置付け、かつ、他方向側の分割予定ライン３をＹ方向と平行に位置付けるという作業である。上記のようにカメラ２２からはウェーハ１を透過する波長の電磁波がウェーハ１に向けて照射され、ウェーハ１の表面１ａ側で反射した反射光で形成される像に基づいてアライメントを実施する。

（２−３）レーザ加工ステップ
次に、図５に示すように、レーザ加工手段２０の照射部２１から、集光点をウェーハ１の内部に位置付けてレーザビームＬを裏面１ｂ側から各分割予定ライン３に沿って照射することを繰り返し、ウェーハ１の内部に分割予定ライン３に沿った改質層１ｃを形成する。改質層１ｃは、ウェーハ１内の他の部分よりも強度が低下した特性を有し、ウェーハ１の表裏面と平行な一定の層厚で形成される。

改質層１ｃの形成は、図４でのＹ方向の一端側のＸ方向に延びる分割予定ライン３に対してカメラ２２の基準線を割り出し送りで合わせた後、Ｘ方向に加工送りしながらレーザビームを照射し、次いで、予め入力した分割予定ライン３間の間隔である割り出し送り量に基づく割り出し送りと、加工送りとを交互に繰り返し、Ｘ方向に延びる分割予定ライン３に沿ってレーザビームＬを照射することで行う。

Ｘ方向に延びる全ての分割予定ライン３にレーザビームＬを照射したら、保持手段３０を９０°回転させて未加工の分割予定ライン３をＸ方向と平行に位置付け、同じ要領でそれらの分割予定ライン３にレーザビームＬを照射し、改質層１ｃを形成する。

改質層１ｃが形成されるレーザビームＬの集光点は、図６に示すように、後の研削ステップで実施する裏面研削後のウェーハ１の仕上げ厚さｔ（例えば５０〜１００μｍ程度）より裏面１ｂ側に距離ｄ（例えば５〜２０μｍ程度）離れた位置に設定される。同図に示すように、本実施形態では、改質層１ｃの形成とともに、改質層１ｃから表面１ａに伸長するクラック１ｄが同時に形成されるようにする。

（２−４）位置ずれ補正ステップ
上記レーザ加工ステップの実施中において、所定のタイミングで位置ずれ補正ステップを複数回実施する。位置ずれ補正は、図７に示すように、ウェーハに形成した改質層１ｃをウェーハ１の裏面１ｂ側からカメラ２２で撮像し、図８に示すようにカメラ２２の基準線２２ａと実際に形成した改質層１ｃとのＹ方向の位置ずれ量を検出して位置ずれを補正する補正値を算出し、その補正値を、レーザビームＬの照射位置データに加算することで、レーザビームＬの照射位置と分割予定ライン３とを一致させる作業である。

位置ずれ補正ステップを行うタイミングは、例えば５本の分割予定ライン３に改質層１ｃを形成した直後とし、５本目ごとに、形成した改質層１ｃに対して行う。図８の右側の図は、左側の図のカメラ撮像領域Ｐの像であって、ウェーハ１の内部にＸ方向に沿って形成した改質層１ｃが、カメラ２２の基準線２２ａに対しＹ１方向に距離ａずれていることを示している。この場合には、レーザビームＬの照射位置がＹ２方向に距離ａずれるようにレーザビームＬの照射位置データを補正する。なお、割り出し送りされる基準線２２ａが分割予定ライン３の中央からずれている場合には、基準線２２ａと分割予定ライン３を予め位置合わせしておくことで、レーザビームＬ照射位置と分割予定ライン３とを一致させる。

位置ずれ補正ステップは、一方向およびこれに直交する他方向に延びる分割予定ライン３に改質層１ｃを形成する際のいずれの場合にも行う。また、実施するタイミングは任意であるが、回数を多くすれば位置ずれ量を小さく抑えることができる。

（２−５）研削ステップ
上記のように、位置ずれ補正ステップを実施しながらレーザ加工ステップを実施し、全ての分割予定ライン３に沿って改質層１ｃが形成されたら、ウェーハ１を保持手段３０から搬出する。そして、ウェーハの裏面１ｂ側を研削して仕上げ厚さへと薄化すると同時に、ウェーハ１を改質層１ｃすなわち分割予定ライン３に沿って各領域４に分割して個々のチップへと分割する研削ステップを実施する。

研削ステップは、図９に示すように、粘着テープ８を研削テーブル４５に合わせてウェーハ１を研削テーブル４５で保持し、上方に露出するウェーハ１の裏面１ｂを研削手段４０で研削してウェーハ１を仕上げ厚さに薄化する。

研削テーブル４５は、水平な円形状の保持面上に、負圧吸引作用によってウェーハ１を吸引保持するもので、図示せぬ回転駆動機構により軸回りに回転させられる。研削手段４０は、鉛直方向に延び、図示せぬモータによって回転駆動されるスピンドル４１の先端に、フランジ４２を介して研削ホイール４３が固定されたもので、研削テーブル４５の上方に上下動可能に配設されている。研削ホイール４３の下面外周部には砥石４４が固着されている。砥石４４はウェーハ１の材質に応じたものが用いられ、例えば、ダイヤモンドの砥粒をメタルボンドやレジンボンド等の結合剤で固めて成形したダイヤモンド砥石等が用いられる。

ウェーハ１の裏面研削は、研削テーブル４５を所定速度で一方向に回転させながら研削手段４０を下降させ、回転する研削ホイール４３の砥石４４をウェーハ１の裏面１ｂに押し付けることによってなされ、裏面１ｂ全面が研削される。

裏面研削により仕上げ厚さまでウェーハ１が研削されると、形成された改質層１ｃは除去され、クラック１ｄが形成された層まで研削される。クラック１ｄによってウェーハ１の表面１ａ側は分割予定ライン３に沿って分割されているため、クラック１ｄが形成された層まで研削されることで、ウェーハ１は個々のチップ５へと分割される。あるいは、ウェーハ１には研削によって外力が付与されるため、改質層１ｃが除去される以前に、改質層１ｃを起点としてチップ５に分割される場合もある。この場合、チップ５に分割された状態でさらにウェーハ１を仕上げ厚さまで研削することになる。

（３）実施形態の作用効果
上記一実施形態の加工方法によれば、ウェーハ１の内部に改質層１ｃを形成するレーザ加工ステップの実施中において、所定のタイミングで分割予定ライン３と改質層１ｃとの位置ずれを逐一検出し、検出結果に基づいて算出した補正値をレーザビームＬの照射位置データに加算することで、以降のレーザビームＬの照射位置を分割予定ライン３に一致させることができる。これにより、レーザ照射位置のずれを低減させることができる。

また、研削ステップを実施してウェーハ１をチップ５に分割した際に、裏面研削により改質層１ｃが除去される。このため、得られた各チップ５には改質層１ｃが残存せず、チップ５の抗折強度を改質層１ｃが残存した場合に比べて向上させることができる。

（４）他の実施形態
図１０は、位置ずれ補正ステップの他の実施形態を示している。この場合の位置ずれ補正ステップは、上記改質層１ｃが形成された分割予定ライン３に沿って、この改質層１ｃよりも裏面１ｂ側のウェーハ１内に補正用改質層１ｈを分割予定ライン３の伸長方向に沿って局所的に形成する。そして、この補正用改質層１ｈをカメラ２２で撮像して、分割予定ライン３と補正用改質層１ｈとの位置ずれ量を検出し、この位置ずれ量から位置ずれを補正する補正値を算出し、その補正値を、レーザビームＬの照射位置データに加算する。これにより、以降のレーザビームＬの照射位置と分割予定ライン３とを一致させる。補正用改質層１ｈは、位置ずれ補正を行うタイミングごとに形成し、その長さｂ１は例えば１０ｍｍ程度、裏面１ｂからの深さは例えば１００〜２００μｍとする。

この実施形態の位置ずれ補正ステップでは、補正用改質層１ｈを、正規に形成する改質層１ｃと分割予定ライン３との位置ずれ検出のための指標としている。補正用改質層１ｈは正規に形成する改質層１ｃよりも裏面１ｂに近い位置に形成するため、カメラ２２による補正用改質層１ｈの像、すなわち補正用改質層１ｈに反射した電磁波による補正用改質層１ｈの像が、より鮮明に得られる。このため、レーザ照射位置と分割予定ライン３とを、より高精度に位置合わせすることができる。補正用改質層１ｈは、分割予定ライン３との位置ずれを検出することができる長さがあれば十分であり、できるだけ短いものを局所的に形成することで、ウェーハ１の強度低減を抑えることができる。

また、同一の分割予定ライン３において正規の改質層１ｃより裏面１ｂ側に補正用改質層１ｈを形成した後、補正用改質層１ｈより表面１ａ側に正規の改質層１ｃを形成しようとしても、補正用改質層１ｈにレーザビームＬが阻害されて正規の改質層１ｃが形成されないおそれがあるが、正規の改質層１ｃを形成した後に補正用改質層１ｈを形成するため、正規の改質層１ｃを確実に形成することができる。なお、この場合も上記一実施形態と同様に裏面研削を行ってウェーハ１を複数にチップ５に分割する研削ステップが実施される。研削ステップが実施されることで、補正用改質層１ｈおよび改質層１ｃは除去されてウェーハ１内には残存せず、チップ５の抗折強度をこれら改質層１ｃ，１ｈが残存した場合に比べて向上させることができる。

１…ウェーハ（被加工物）
１ａ…ウェーハの表面
１ｂ…ウェーハの裏面
１ｃ…改質層
１ｈ…補正用改質層
２…デバイス
３…分割予定ライン（加工予定ライン）
４…領域
５…チップ
６…ウェーハユニット（被加工物ユニット）
２２…カメラ（撮像手段）
３０…保持手段
Ｌ…レーザビーム
ｔ…仕上げ厚さ

Claims

表面の交差した複数の加工予定ラインで区画される各領域にそれぞれデバイスが形成された被加工物にレーザ加工を施す加工方法であって、
被加工物の表面側を保持手段で保持して被加工物の裏面を露出させる保持ステップと、
該保持手段で保持された被加工物の裏面側から前記加工予定ラインを検出して該加工予定ラインとレーザビームとを整列させるアライメントステップと、
該アライメントステップを実施した後、被加工物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被加工物の内部に位置付けて該レーザビームを被加工物の裏面側から前記加工予定ラインに沿って照射することを繰り返し、被加工物内部に複数の該加工予定ラインに沿った改質層を形成するレーザ加工ステップと、
該レーザ加工ステップの実施中、所定のタイミングで被加工物の裏面側から被加工物に形成された前記改質層を撮像手段で撮像し、前記加工予定ラインと該改質層との位置ずれを検出して補正値を算出し、前記レーザビームの照射位置データに該補正値を加算して該レーザビームの照射位置と該加工予定ラインとを一致させる位置ずれ補正ステップと、を備え、
前記レーザ加工ステップでは、被加工物の表面から所定の高さ位置に改質層を形成し、
前記位置ずれ補正ステップでは、該所定の高さ位置に該改質層が形成された前記加工予定ラインに沿って前記レーザビームを照射して該改質層より被加工物の裏面側に補正用改質層を形成し、該補正用改質層を前記撮像手段で撮像して、該加工予定ラインと該補正用改質層との位置ずれを検出して前記補正値を算出すること
を特徴とする加工方法。
前記補正用改質層は、前記加工予定ラインの伸長方向に沿って局所的に形成されることを特徴とする請求項１に記載の加工方法。
前記レーザ加工ステップでは、被加工物の仕上げ厚さよりも被加工物裏面側の前記所定の高さ位置に前記改質層が形成されるとともに該改質層から被加工物表面に伸長するクラックが形成され、
該レーザ加工ステップを実施して全ての加工予定ラインに沿って改質層が形成された後、被加工物の裏面側を研削して該仕上げ厚さへと薄化することで、被加工物を加工予定ラインに沿って個々のチップへと分割する研削ステップをさらに備えること
を特徴とする請求項１または２に記載の加工方法。