JP6209097B2 - ウェーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、エキスパンドテープに貼着されたウェーハを、所定の分割予定ラインに沿って複数のチップに分割するウェーハの加工方法に関する。

半導体デバイス製造工程では、略円板形状である半導体ウェーハの表面に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインで区画された複数の領域に、ＩＣやＬＳＩ等のデバイスの形成が行われている。そして、半導体ウェーハをストリートに沿って切断することで、デバイスが形成された領域毎に半導体ウェーハを分割加工し、個々のデバイスチップの製造が行われている。また、サファイヤ基板等で形成される光デバイスウェーハも、同様に分割加工されることが知られている。

このような半導体ウェーハや光デバイスウェーハ等を分割予定ラインに沿って分割する分割方法としては、特許文献１に開示されている。特許文献１では、ウェーハに対して透過性を有する波長のパルス状の加工用レーザービーム（パルスレーザー光線）を照射してウェーハ内部に改質層を形成し、その後、外力を与えて分割する分割方法が提案されている。

また、半導体ウェーハの他の分割方法としては、以下に述べる方法が提案されている。この方法は、先ず、上記と同様に分割予定ラインに沿って改質層を形成し、その後、ウェーハの裏面にダイボンディング用の接着フィルムを貼着する。次いで、接着フィルムを介してウェーハをダイシングテープに貼着する。この貼着後、ダイシングテープを拡張することで、改質層によって強度が低下した分割予定ラインに沿ってウェーハが個々のデバイスチップに分割される。これと同時に、分割された各デバイスチップの外周縁に沿って接着フィルムが破断される。

特許第３４０８８０５号公報

しかし、分割された各デバイスチップのサイズが小さい場合（例えば、３ｍｍ×３ｍｍ以下になる場合）、ダイシングテープをエキスパンドしても、分割予定ラインでデバイスチップが十分に分割されなくなったり、接着フィルムが十分に破断されなくなったりする、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、デバイスのサイズが小さい場合でも、ウェーハを良好に分割して個々のデバイスチップを形成することができるウェーハの加工方法を提供することを目的とする。

本発明のウェーハの加工方法は、表面が分割予定ラインで区画されてデバイスが形成されたウェーハの加工方法であって、ウェーハの裏面を表面粗さＲａが５μｍ以上１０μｍ以下に研削砥石で薄化研削を行う研削工程と、裏面側からウェーハ内部に集光点を位置付けて分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射し、ウェーハ内部に改質層を形成するレーザー光線照射工程と、研削工程及びレーザー光線照射工程を実施した後に、裏面にエキスパンドテープを貼着するテープ貼着工程と、テープ貼着工程を実施した後に、エキスパンドテープを拡張して分割予定ラインに沿って形成された改質層に張力を作用させて、ウェーハを分割予定ラインに沿って分割する分割工程と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、ウェーハの裏面側を５μｍ以上の表面粗さＲａとなるように研削したので、ウェーハの裏面とエキスパンドテープとの密着性を増すことができる。これにより、エキスパンドテープを拡張して改質層に張力を作用させた際、デバイスチップのサイズが小さくても、ウェーハの分割を良好に行うことができる。また、ウェーハの裏面側を上記範囲の表面粗さＲａに研削したので、分割して形成されたデバイスチップの強度も良好に維持することができる。

また、本発明のウェーハの加工方法において、テープ貼着工程において、ウェーハの裏面にダイボンディング用の接着フィルムを貼着した後に接着フィルムにエキスパンドテープを貼着し、分割工程において、エキスパンドテープを拡張することで、接着フィルム及び改質層に張力を作用させて、接着フィルム及びウェーハを分割予定ラインに沿って破断分割するとよい。この構成では、ウェーハの分割と共に、接着シートの破断も良好に行うことができる。

本発明によれば、ウェーハの裏面を表面粗さＲａが５μｍ以上１０μｍ以下に研削したので、デバイスのサイズが小さい場合でも、ウェーハを良好に分割して個々のデバイスチップを形成することができる。

ウェーハの一例を示す斜視図である。 実施の形態に係る研削工程の一例を示す図である。 実施の形態に係るレーザー光線照射工程の一例を示す図である。 実施の形態に係るテープ貼着工程の一例を示す図である。 実施の形態に係る分割工程の一例を示す図である。 図６Ａ及び図６Ｂは、各実施例及び各比較例での抗折強度の測定要領示す図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係るウェーハの加工方法ついて説明する。先ず、図１を参照して、ウェーハについて説明する。図１は、ウェーハの一例を示す斜視図である。

図１に示すように、ウェーハ１は、略円板状に形成されている。ウェーハ１の表面（上面）１ａは、複数の交差する分割予定ライン２によって複数の領域に区画され、この区画された各領域にそれぞれデバイス３が形成されている。なお、ウェーハ１は、シリコン、ガリウム砒素等の半導体基板にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成された半導体ウェーハでもよいし、セラミック、ガラス、サファイア系の無機材料基板にＬＥＤ等の光デバイスが形成された光デバイスウェーハでもよい。

続いて、図２から図５を参照して、本実施の形態に係るウェーハの加工方法の流れについて説明する。図２から図５は、ウェーハの加工方法における各工程の説明図である。なお、図２から図５に示す各工程は、あくまでも一例に過ぎず、この構成に限定されるものではない。

まず、図２に示す研削工程が実施される。この研削工程を行う前に、図２に示すように、ウェーハ１の図２中下面となる表面１ａには、予め保護テープ５を貼着しておく。研削工程では、研削装置（不図示）のチャックテーブル１１上に保護テープ５を介してウェーハ１が保持される。また、チャックテーブル１１に保持されたウェーハ１の上方に研削手段１２が位置付けられる。そして、回転するチャックテーブル１１に対し、研削手段１２の研削砥石１３が回転しながら近付けられ、研削砥石１３とウェーハ１の裏面１ｂとが平行状態で回転接触することでウェーハ１が所定の仕上げ厚みまで研削される。

研削砥石１３は、ダイヤモンド等の砥粒をレジンやビトリファイド等のボンドで固めた砥石で構成されている。ボンドは、適宜砥粒の粒径に適したボンド剤が使用される。研削砥石１３は、砥粒の粒径等を所定の条件に設定することで、ウェーハ１の裏面１ｂの表面粗さＲａを５μｍ以上１０μｍ以下に薄化研削できるように構成されている。なお、表面粗さＲａは、算術平均粗さＲａと同義である。

研削工程が実施された後、図３に示すように、レーザー光線照射工程が実施される。レーザー光線照射工程では、レーザー加工装置（不図示）のチャックテーブル２１上に保護テープ５を介してウェーハ１が保持される。また、加工ヘッド２２の出射口がウェーハ１の分割予定ライン２に位置付けられ、加工ヘッド２２によってウェーハ１の裏面１ｂ側からレーザー光線が照射される。レーザー光線は、ウェーハ１に対して透過性を有する波長であり、ウェーハ１の内部の集光点が位置付けられるように調整される。

そして、ウェーハ１に対して加工ヘッド２２が図３中紙面直交方向に相対移動されることで、集光点の高さ位置に分割予定ライン２に沿ってレーザー光線が照射され、ウェーハ１の内部に改質層７が形成される。この改質層７の形成は、図３中紙面直交方向に延在する全ての分割予定ライン２について行われる。その後、チャックテーブル２１を９０度回動してチャックテーブル２１に保持されるウェーハ１も９０度回動し、改質層７が形成されていない分割予定ライン２に対し、上述と同様に改質層７の形成を行う。これにより、ウェーハ１の全ての分割予定ライン２について、レーザー光線が照射されて改質層７が形成される。

なお、改質層７は、レーザー光線の照射によってウェーハ１の内部の密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲と異なる状態となり、周囲よりも強度が低下する領域のことをいう。改質層７は、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域であり、これらが混在した領域でもよい。

レーザー光線照射工程が実施された後、図４に示すように、テープ貼着工程が実施される。テープ貼着工程では、まず、ウェーハ１の裏面１ｂが上向きとした状態で配置され、この裏面１ｂに接着フィルム３１が貼着される。接着フィルム３１は、ダイボンディング用の接着フィルム（ＤＡＦ：Ｄｉｅ Ａｔｔａｃｈ Ｆｉｌｍ）が用いられる。接着フィルム３１の貼着後、フレーム３２の内側にウェーハ１が接着フィルム３１を上向きとした状態で配置される。その後、ウェーハ１の接着フィルム３１側とフレーム３２の上面とがエキスパンドテープ３３によって一体に貼着され、接着フィルム３１及びエキスパンドテープ３３を介してフレーム３２にウェーハ１が装着される。なお、この装着の前又は後に、剥離装置（不図示）によってウェーハ１の表面１ａから保護テープ５が剥離される。

テープ貼着工程が実施された後、図５に示すように、分割工程が実施される。分割工程では、テープ拡張装置（不図示）の環状テーブル４１上にフレーム３２が載置され、クランプ部４２によって環状テーブル４１にフレーム３２が保持される。また、拡張ドラム４３の外径はフレーム３２の内径より小さくなっており、拡張ドラム４３の内径はウェーハ１の外径より大きくなっている。このため、拡張ドラム４３の上端部がウェーハ１とフレーム３２との間でエキスパンドテープ３３に当接される。

この状態から、環状テーブル４１と共にフレーム３２が下降することで、拡張ドラム４３が環状テーブル４１に対して相対的に上昇され、エキスパンドテープ３３が放射方向に拡張される。このエキスパンドテープ３３の拡張によって、接着フィルム３１及びウェーハ１の改質層７に張力を作用させ、接着フィルム３１及びウェーハ１が分割予定ライン２に沿って破断分割される。これにより、デバイス３毎にデバイスチップＣが形成され、個々のデバイスチップＣの間隔が広げられる。この状態において、複数のデバイスチップＣそれぞれに分割予定ライン２の位置で破断された小片状の接着フィルム３１が貼着した状態となる。

上記のようにエキスパンドテープ３３上で間隔をあけて配設されたデバイスチップＣは、ピックアップコレット（不図示）で吸着してエキスパンドテープ３３から剥離される。そして、接着フィルム３１が貼着されたデバイスチップＣは、接着フィルム３１側をダイボンディングフレーム（不図示）に加圧接着することによりボンディングされる。

以上のように、本実施の形態に係る加工方法によれば、ウェーハＷの裏面１ｂの表面粗さＲａを５μｍ以上に設定したので、接着ファイル３１に接する裏面１ｂの表面積を増加し、それらの密着性を高めることができる。しかも、エキスパンドテープ３３を拡張したときに、裏面１ｂの表面粗さＲａによる凹凸が接着シート３１に引っ掛かるようになり、その拡張する方向において接着ファイル３１に対しウェーハＷの裏面１ｂを滑り難くすることができる。これにより、デバイスチップＣのサイズが小さく、各分割予定ライン２におけるエキスパンドテープ３３の伸び量が小さくなっても、ウェーハ１をデバイスチップＣに分割する確実性を高めることができる。

次に、上記の実施の形態に係るウェーハの加工方法において、ウェーハの分割の確実性を確認するために行った実験について説明する。本実験では、実施例１〜３、比較例１〜３として、下記の条件にて、上記の実施の形態と同様に各工程を行い、ウェーハを複数のデバイスチップに分割した。
ウェーハのサイズ：直径寸法３００ｍｍ、厚さ２８０μｍ
デバイスチップのサイズ：０．８×１．２ｍｍ
接着フィルム：厚み２０μｍのダイアタッチフィルム

実施例１〜３、比較例１及び２においては、研削砥石の砥石粒径を下記の表１に示すように設定した。また、比較例３では、研削砥石に代えて研磨布を使用した。また、かかる研削砥石又は研磨布を使用して研削工程を行った後、ウェーハの研削面となる裏面の表面粗さＲａ及び最大高さＲｙが表１に示す値となった。

※比較例３については、研削砥石に代えて研磨布を使用した。

表１に示すように、本実験では、実施例１〜３、比較例１〜３のウェーハにおける分割率を測定、算出した。分割率は、ウェーハにおける全ての分割予定ラインの長さの総和に対し、ウェーハ及び接着フィルムが共に分割破断された分割予定ラインの長さを百分率で示したものである。実施例１〜３では、分割率が１００％、つまり、全ての分割予定ラインで完全にウェーハ及び接着フィルムが分割された。これに対し、比較例１〜３では、分割率が５０〜８０％、つまり、一部の分割予定ラインで未分割となってデバイスチップの形成が不完全となった。ここで、実施例１〜３、比較例１〜３の表面粗さＲａを見ると、ウェーハの裏面を５μｍ以上の表面粗さＲａとすることで、ウェーハ及び接着フィルムが良好に分割されることが理解できる。

ここで、実施例１の条件で作成したデバイスチップの複数のサンプルについて、抗折強度を測定した。この測定は、デバイスチップ裏面の表面粗さＲａによる強度を比較可能な測定方法となる球抗折（使用装置：島津製作所製ＡＧＩ−１ｋＮ、加圧速度１ｍｍ／ｍｉｎ、負荷容量０Ｎ〜１ｋＮ）にて行った。測定においては、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、先ず、測定穴Ｈが形成される基台Ｂの上に、研削面を基台Ｂ側（下側）としてサンプルＳｐを載置した。サンプルＳｐは、実施例１のデバイスチップに対し、サイズを２０×２０ｍｍに変えたものとした。サンプルＳｐの載置後、測定穴Ｈの真上から球状圧子ＰによってサンプルＳｐを押圧してサンプルＳｐが破壊したときの抗折強度を測定した。この測定は、５０枚のサンプルＳｐについて行った。

また、実施例１に対し、比較例４として、研削砥石の砥石粒径を５〜１０μｍに変えた複数のサンプルについても、上記と同様に球抗折で抗折強度を測定した。抗折強度の測定結果は、実施例１では、５０枚のサンプルＳｐの最小値が４５０［ＭＰａ］、平均値が６５０［ＭＰａ］となり、実用にあたり十分な強度となった。これに対し、比較例４では、５０枚のサンプルの最小値が２００［ＭＰａ］、平均値が４００［ＭＰａ］となり、強度的に実用するには不十分なものとなった。従って、ウェーハの研削工程において、表面粗さＲａが１０μｍより大きくなると、強度上の理由から好ましくないことが理解できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、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することが可能である。

例えば、上記テープ貼着工程において、接着フィルム３１の貼着を省略し、ウェーハ１の裏面１ｂにエキスパンドテープ３３を直接貼着してもよい。これによっても、ウェーハ１の裏面１ｂの表面粗さＲａを上記範囲に研削することで、ウェーハ１を良好に分割することができる。

また、上記のレーザー光線照射工程では、分割予定ライン２に沿って改質層７を連続的に形成してもよいし、断続的に形成してもよい。

また、上記の実施の形態においては、上記各工程は別々の装置で実施されてもよいし、同一の装置で実施されてもよい。

以上説明したように、本発明は、ウェーハを良好に分割できるという効果を有し、特に、デバイスのサイズが小さいウェーハの加工方法に有用である。

１ ウェーハ
１ａ 表面
１ｂ 裏面
２ 分割予定ライン
３ デバイス
７ 改質層
１３ 研削砥石
３１ 接着フィルム
３３ エキスパンドテープ

Claims (2)

1. 表面が分割予定ラインで区画されてデバイスが形成されたウェーハの加工方法であって、
   該ウェーハの裏面を表面粗さＲａが５μｍ以上１０μｍ以下に研削砥石で薄化研削を行う研削工程と、
   該裏面側からウェーハ内部に集光点を位置付けて該分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射し、ウェーハ内部に改質層を形成するレーザー光線照射工程と、
   該研削工程及び該レーザー光線照射工程を実施した後に、該裏面にエキスパンドテープを貼着するテープ貼着工程と、
   該テープ貼着工程を実施した後に、該エキスパンドテープを拡張して該分割予定ラインに沿って形成された改質層に張力を作用させて、該ウェーハを該分割予定ラインに沿って分割する分割工程と、
   を含むことを特徴とするウェーハの加工方法。
2. 該テープ貼着工程において、該ウェーハの裏面にダイボンディング用の接着フィルムを貼着した後に該接着フィルムに該エキスパンドテープを貼着し、
   該分割工程において、該エキスパンドテープを拡張することで、該接着フィルム及び該改質層に張力を作用させて、該接着フィルム及び該ウェーハを該分割予定ラインに沿って破断分割すること、
   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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