JP6226803B2 - 加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の板状の被加工物にレーザービームを照射して、分割の起点となる改質層を形成する加工方法に関する。

半導体ウェーハに代表される板状の被加工物を複数のチップへと分割するために、被加工物の内部にレーザービームを集光して、分割の起点となる改質層を形成する加工方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この加工方法では、被加工物に吸収され難い波長のレーザービームを、被加工物の内部に集光しながら分割予定ライン（ストリート）に沿って照射し、改質層を形成する。改質層の形成後に外力を加えることで、被加工物を分割予定ラインに沿って分割できる。

特開２００２−１９２３７０号公報

ところで、被加工物の表面側にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等の構造体を設ける場合には、当該構造体を構成する凹部（溝や細孔等）の一部を分割予定ラインと重なる領域に配置することがある。

このような被加工物に改質層を形成するため、凹部と同程度の深さに集光点を位置付けてレーザービームを照射すると、凹部の近傍で被加工物はアブレーションし、表面側にデブリが発生してしまう。また、この場合、凹部の近傍に適切な改質層を形成できないので、被加工物が分割不良となる。

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、分割予定ラインに凹部が配置されている場合にも、デブリを発生させることなく適切な改質層を形成できる被加工物の加工方法を提供することである。

本発明によれば、複数の分割予定ラインを有した被加工物に対して透過性を有する波長のレーザービームを照射して被加工物を加工する加工方法であって、被加工物の表面には、該分割予定ライン上において局所的に凹部が形成されており、被加工物の裏面側から被加工物に対して透過性を有する波長の該レーザービームの集光点を該凹部の底部よりも被加工物の表面側の第一位置に位置付け、該分割予定ラインに沿って該レーザービームを照射して第一改質層を形成する第一レーザービーム照射ステップと、該第一レーザービーム照射ステップを実施した後、被加工物の裏面側から該レーザービームの集光点を該凹部の該底部よりも被加工物の裏面側の第二位置に位置付け、該分割予定ラインに沿って該レーザービームを照射して第二改質層を形成する第二レーザービーム照射ステップと、を備え、該第一レーザービーム照射ステップでは、該分割予定ライン上の該凹部において該レーザービームの照射を停止することを特徴とする加工方法が提供される。

本発明において、該第一レーザービーム照射ステップを実施する前に、被加工物の裏面にエキスパンドシートを貼着するエキスパンドシート貼着ステップと、該第二レーザービーム照射ステップを実施した後、該エキスパンドシートを拡張することで被加工物に外力を付与して被加工物を該分割予定ラインに沿って分割する分割ステップと、を備えることが好ましい。

本発明の加工方法は、凹部の底部よりも被加工物の表面側に集光点を位置付けてレーザービームを照射する第一レーザービーム照射ステップにおいて、凹部にレーザービームを照射しないので、分割予定ラインに形成された凹部の近傍で被加工物がアブレーションすることはない。

また、分割に適した改質層を凹部の近傍に形成できる。このように、本発明によれば、分割予定ラインに凹部が配置されている場合にも、デブリを発生させることなく適切な改質層を形成可能な被加工物の加工方法を提供できる。

被加工物を模式的に示す斜視図である。 図２（Ａ）は、被加工物の表面側を模式的に示す平面図であり、図２（Ｂ）は、被加工物を模式的に示す断面図である。 エキスパンドシート貼着ステップを実施した後の被加工物を模式的に示す斜視図である。 図４（Ａ）は、第一レーザービーム照射ステップを模式的に示す断面図であり、図４（Ｂ）は、第二レーザービーム照射ステップを模式的に示す断面図である。 図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、分割ステップを模式的に示す一部断面側面図である。

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加工方法は、エキスパンドシート貼着ステップ（図３参照）、第一レーザービーム照射ステップ（図４（Ａ）参照）、第二レーザービーム照射ステップ（図４（Ｂ）参照）、及び分割ステップ（図５参照）を含む。

エキスパンドシート貼着ステップでは、表面側の分割予定ライン（ストリート）に凹部が形成された被加工物の裏面側にエキスパンドシートを貼着する。第一レーザービーム照射ステップでは、被加工物の裏面側から、凹部の底（底部）より被加工物の表面側に集光点を位置付けてレーザービームを照射し、第一改質層を形成する。この時、凹部にはレーザービームを照射しない。

第二レーザービーム照射ステップでは、被加工物の裏面側から、凹部の底より被加工物の裏面側に集光点を位置付けてレーザービームを照射し、第二改質層を形成する。分割ステップでは、エキスパンドシートを拡張して外力を付与し、分割予定ラインに沿って被加工物を分割する。以下、本実施の形態に係る加工方法について詳述する。

図１は、本実施の形態で加工される被加工物を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、被加工物１１は、例えば、円盤状（板状）の半導体ウェーハであり、表面１１ａは、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とに分けられる。

デバイス領域１３は、格子状に配列された分割予定ライン（ストリート）１７でさらに複数の領域に区画されており、各領域にはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）等のデバイス１９が形成されている。被加工物１１の外周１１ｃは面取り加工されており、断面形状は円弧状である。

図２（Ａ）は、被加工物１１の表面１１ａ側を模式的に示す平面図であり、図２（Ｂ）は、被加工物１１を模式的に示す断面図である。なお、図２（Ｂ）では、図２（Ａ）のＡＡ断面を示している。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、デバイス１９は、複数の凹部２１を含んでいる。各凹部２１は、第１の方向に伸びる分割予定ライン１７ａと平行な溝状に形成されている。

また、各凹部２１は、第２の方向に伸びる分割予定ライン１７ｂを挟んで隣接する２個のデバイス１９に跨って形成されており、各凹部２１の一部は、分割予定ライン１７ｂ上に位置付けられている。すなわち、分割予定ライン１７ｂ上には、局所的に凹部２１が形成されている。なお、本実施の形態では、溝状の凹部２１を例示しているが、凹部２１の形状は孔状（細孔状）等でも良い。

本実施の形態の被加工物の加工方法では、まず、上述した被加工物１１の裏面１１ｂ側にエキスパンドシートを貼着するエキスパンドシート貼着ステップを実施する。図３は、エキスパンドシート貼着ステップを実施した後の被加工物１１を模式的に示す斜視図である。

図３に示すように、エキスパンドシート貼着ステップでは、被加工物１１の裏面１１ｂにエキスパンドシート３１の接着面を当接させて、被加工物１１にエキスパンドシート３１を貼着する。また、エキスパンドシート３１の外周部分には、環状のフレーム３３を固定しておく。

エキスパンドシート貼着ステップを実施した後には、凹部２１の底（底部）より表面１１ａ側の第一位置に改質層（第一改質層）を形成する第一レーザービーム照射ステップを実施する。図４（Ａ）は、第一レーザービーム照射ステップを模式的に示す断面図である。

第一レーザービーム照射ステップは、図４（Ａ）に示すレーザー加工装置２で実施される。レーザー加工装置２は、被加工物１１を保持する保持テーブル（不図示）を備えている。保持テーブルの周囲には、環状のフレーム３３を挟持固定するクランプ（不図示）が設置されている。

保持テーブルは、モータ等の回転駆動源（不図示）と連結されており、鉛直軸の周りに回転する。また、保持テーブルの下方には、移動機構（不図示）が設けられており、保持テーブルは、この移動機構で水平方向に移動する。

保持テーブルの上方には、レーザー加工ヘッド４が配置されている。レーザー加工ヘッド４は、レーザー発振器（不図示）で発振されたレーザービームＬ１を、保持テーブルに保持された被加工物１１の内部に集光させる。

第一レーザービーム照射ステップでは、保持テーブルに被加工物１１の表面１１ａ側を保持させる。次に、保持テーブルを移動、回転させて、レーザー加工ヘッド４を加工対象の分割予定ライン１７ａに位置合わせする。

位置合わせの後には、エキスパンドシート３１を介して被加工物１１の裏面１１ｂ側にレーザービームＬ１を照射し、保持テーブル及びレーザー加工ヘッド４を加工対象の分割予定ライン１７ａと平行な方向に相対移動（加工送り）させる。

レーザービームＬ１の波長は、被加工物１１に吸収され難い波長（透過性を有する波長）とする。例えば、被加工物１１がシリコンウェーハの場合、ＹＡＧ又はＹＶＯ４パルスレーザー発振器をレーザー発振器として用い、１０６４ｎｍの波長のレーザービームＬ１を照射すると良い。

また、レーザービームＬ１の集光点Ｐ１は、表面１１ａからの距離がｄ１となる第一位置に位置付けられる。この第一位置は、凹部２１の底（底部）より表面１１ａ側に位置し、ｄ１は、凹部２１の深さより小さな値をとる。

このようなレーザービームＬ１を被加工物１１に照射すると、集光点Ｐ１の近傍は多光子吸収で改質される。そのため、レーザービームＬ１を、上述のように相対移動させながら照射することで、加工対象の分割予定ライン１７ａに沿う改質層（第一改質層）２３を形成できる。

加工対象の分割予定ライン１７ａに沿う改質層２３を形成した後には、レーザービームＬ１の照射を停止して、保持テーブルとレーザー加工ヘッド４とを加工対象の分割予定ライン１７ａと垂直な方向に相対移動（割り出し送り）させる。これにより、レーザー加工ヘッド４は、隣接する分割予定ライン１７ａに位置合わせされる。

位置合わせの後には、隣接する分割予定ライン１７ａに沿って同様の改質層２３を形成する。この動作を繰り返し、第１の方向に伸びる全ての分割予定ライン１７ａに沿って改質層２３を形成した後には、保持テーブルを鉛直軸の周りに回転させて、第２の方向に伸びる分割予定ライン１７ｂにレーザー加工ヘッド４を位置合わせする。そして、この分割予定ライン１７ｂに沿う改質層２３を形成する。

分割予定ライン１７ｂに沿う改質層２３を形成する際の加工の条件、手順等は、分割予定ライン１７ａに沿う改質層２３を形成する場合と略同じである。ただし、図４（Ａ）に示すように、分割予定ライン１７ｂ上には凹部２１が形成されているので、全く同じ条件、手順等でレーザービームＬ１を照射すると、凹部２１の近傍において被加工物１１はアブレーションする。また、凹部２１の近傍に適切な改質層２３を形成できない。

そこで、本実施の形態の加工方法では、レーザー加工ヘッド４が凹部２１の上方を通過する期間において、レーザービームＬ１の照射を停止する。すなわち、凹部２１にはレーザービームＬ１を照射しない。

これにより、凹部２１の近傍において、被加工物１１のアブレーションを防止できる。また、被加工物１１の分割に適した改質層２３を、凹部２１の近傍に形成できる。全ての分割予定ライン１７ｂに沿って改質層２３が形成されると、第一レーザービーム照射ステップは終了する。

第一レーザービーム照射ステップを実施した後には、凹部２１の底より裏面１１ｂ側の第二位置に改質層（第二改質層）を形成する第二レーザービーム照射ステップを実施する。図４（Ｂ）は、第二レーザービーム照射ステップを模式的に示す断面図である。

図４（Ｂ）に示すように、第二レーザービーム照射ステップは、第一レーザービーム照射ステップと同じレーザー加工装置２で実施される。第一レーザービーム照射ステップでは、まず、保持テーブルを移動、回転させて、レーザー加工ヘッド４を加工対象の分割予定ライン１７ａに位置合わせする。

位置合わせの後には、エキスパンドシート３１を介して被加工物１１の裏面１１ｂ側にレーザービームＬ２を照射し、保持テーブル及びレーザー加工ヘッド４を加工対象の分割予定ライン１７ａと平行な方向に相対移動（加工送り）させる。

レーザービームＬ２の集光点Ｐ２は、表面１１ａからの距離がｄ２となる第二位置に位置付けられる。この第二位置は、凹部２１の底より裏面１１ｂ側に位置し、ｄ２は、凹部２１の深さより大きな値をとる。なお、レーザービームＬ２の波長は、レーザービームＬ１と同じで良い。

このようなレーザービームＬ２を被加工物１１に照射すると、集光点Ｐ２の近傍は多光子吸収で改質される。そのため、レーザービームＬ２を、上述のように相対移動させながら照射することで、加工対象の分割予定ライン１７ａに沿う改質層（第二改質層）２５を形成できる。

加工対象の分割予定ライン１７ａに沿う改質層２５を形成した後には、レーザービームＬ２の照射を停止して、保持テーブルとレーザー加工ヘッド４とを加工対象の分割予定ライン１７ａと垂直な方向に相対移動（割り出し送り）させる。これにより、レーザー加工ヘッド４は、隣接する分割予定ライン１７ａに位置合わせされる。

位置合わせの後には、隣接する分割予定ライン１７ａに沿って同様の改質層２５を形成する。この動作を繰り返し、第１の方向に伸びる全ての分割予定ライン１７ａに沿って改質層２５を形成した後には、保持テーブルを鉛直軸の周りに回転させて、第２の方向に伸びる分割予定ライン１７ｂにレーザー加工ヘッド４を位置合わせする。そして、この分割予定ライン１７ｂに沿う改質層２５を形成する。

分割予定ライン１７ｂに沿う改質層２５を形成する際の加工の条件、手順等は、分割予定ライン１７ａに沿う改質層２５を形成する場合と同じで良い。全ての分割予定ライン１７ｂに沿って改質層２５が形成されると、第二レーザービーム照射ステップは終了する。

第二レーザービーム照射ステップを実施した後には、裏面１１ｂ側に貼着されたエキスパンドシート３１を拡張して被加工物１１を分割する分割ステップを実施する。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、分割ステップを模式的に示す一部断面側面図である。

図５（Ａ）に示すように、分割ステップは、エキスパンド装置１０で実施される。エキスパンド装置１０は、被加工物１１を支持する被加工物支持機構１２と、被加工物１１の裏面１１ｂ側に貼着されたエキスパンドシート３１を拡張する円筒状の拡張ドラム１４とを備えている。拡張ドラム１４の内径は、被加工物１１の径より大きく、拡張ドラムの外径は、フレーム３３の内径より小さい。

被加工物支持機構１２は、フレーム３３を支持する環状のフレーム支持テーブル１６を含む。このフレーム支持テーブル１６の上面は、フレーム３３を載置する載置面となっている。フレーム支持テーブル１６の外周部分には、フレーム３３を挟持固定する複数のクランプ１８が設けられている。

被加工物支持機構１２の下方には、昇降機構２０が設けられている。昇降機構２０は、基台（不図示）に固定されたシリンダケース２２と、シリンダケース２２に挿通されたピストンロッド２４とを備えている。ピストンロッド２４の上端部には、フレーム支持テーブル１６が固定されている。

この昇降機構２０は、フレーム支持テーブル１６の上面（載置面）を、拡張ドラム１４の上端と略等しい高さの基準位置と、拡張ドラム１４の上端より下方の拡張位置との間で移動させるように、被加工物支持機構１２を昇降させる。

分割ステップでは、まず、図５（Ａ）に示すように、基準位置に位置付けられたフレーム支持テーブル１６の上面に被加工物１１を保持したフレーム３３を載置し、クランプ１８でフレーム３３を挟持固定する。これにより、拡張ドラム１４の上端は、被加工物１１の外周とフレーム３３の内周との間に位置するエキスパンドシート３１に接触する。

次に、昇降機構２０で被加工物支持機構１２を下降させ、図５（Ｂ）に示すように、フレーム支持テーブル１６の上面を拡張ドラム１４の上端より下方の拡張位置に位置付ける。その結果、拡張ドラム１４はフレーム支持テーブル１６に対して相対的に上昇し、エキスパンドシート３１は拡張ドラム１４で押し上げられて拡張する。

上述のように、被加工物１１には、破断の起点となる改質層２３，２５が分割予定ライン１７に沿って形成されている。そのため、エキスパンドシート３３を拡張して外力を付与すると、被加工物１１は、改質層２３，２５を起点に複数のチップに分割される。

以上のように、本実施の形態の加工方法は、凹部２１の底（底部）よりも被加工物１１の表面１１ａ側に集光点Ｐ１を位置付けてレーザービームＬ１を照射する第一レーザービーム照射ステップにおいて、凹部２１にレーザービームＬ１を照射しないので、分割予定ライン１７ｂに形成された凹部２１の近傍で被加工物１１がアブレーションすることはない。

また、分割に適した改質層（第一改質層）２３を凹部２１の近傍に形成できる。このように、本実施の形態の加工方法によれば、分割予定ライン１７に凹部２１が配置されている場合にも、デブリを発生させることなく適切な改質層２３を形成可能な被加工物１１の加工方法を提供できる。

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、上記実施の形態の被加工物１１には、第２の方向に伸びる分割予定ライン１７ｂ上に凹部２１が形成されているが、凹部２１は、第１の方向に伸びる分割予定ライン１７ａ上に形成されても良い。

また、上記実施の形態では、第一レーザービーム照射ステップ及び第二レーザービーム照射ステップにおいて、第１の方向に伸びる分割予定ライン１７ａに改質層２３，２５を形成した後に、第２の方向に伸びる分割予定ライン１７ｂに改質層２３，２５を形成しているが、本発明はこれに限定されない。第２の方向に伸びる分割予定ライン１７ｂに改質層２３，２５を形成した後に、第１の方向に伸びる分割予定ライン１７ａに改質層２３，２５を形成しても良い。

さらに、上記実施の形態では、エキスパンドシート３１を拡張して外力を付与し、被加工物１１を複数のチップに分割しているが、他の方法で被加工物１１に外力を付与して分割することもできる。その場合、エキスパンドシート貼着ステップ、及び分割ステップを省略、変更できる。

例えば、エキスパンドシート貼着ステップを実施せずに、第一レーザービーム照射ステップ及び第二レーザービーム照射ステップを実施して、その後、被加工物１１の裏面１１ｂ側を研削する研削ステップを実施することもできる。この場合、研削ステップで被加工物１１を薄く加工するとともに、外力を付与して被加工物１１を複数のチップに分割できる。また、この場合、第一レーザービーム照射ステップ及び第二レーザービーム照射ステップを実施する前後で、被加工物１１の表面１１ａ側にテープを貼着しておけば、分割後のチップを容易にハンドリングできる。

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 被加工物
１１ａ 表面
１１ｂ 裏面
１１ｃ 外周
１３ デバイス領域
１５ 外周余剰領域
１７，１７ａ，１７ｂ 分割予定ライン（ストリート）
１９ デバイス
２１ 凹部
２３ 改質層（第一改質層）
２５ 改質層（第二改質層）
３１ エキスパンドシート
３３ フレーム
２ レーザー加工装置
４ レーザー加工ヘッド
１０ エキスパンド装置
１２ 被加工物支持機構
１４ 拡張ドラム
１６ フレーム支持テーブル
１８ クランプ
２０ 昇降機構
２２ シリンダケース
２４ ピストンロッド
Ｌ１，Ｌ２ レーザービーム
Ｐ１，Ｐ２ 集光点

Claims (2)

1. 複数の分割予定ラインを有した被加工物に対して透過性を有する波長のレーザービームを照射して被加工物を加工する加工方法であって、
   被加工物の表面には、該分割予定ライン上において局所的に凹部が形成されており、
   被加工物の裏面側から被加工物に対して透過性を有する波長の該レーザービームの集光点を該凹部の底部よりも被加工物の表面側の第一位置に位置付け、該分割予定ラインに沿って該レーザービームを照射して第一改質層を形成する第一レーザービーム照射ステップと、
   該第一レーザービーム照射ステップを実施した後、被加工物の裏面側から該レーザービームの集光点を該凹部の該底部よりも被加工物の裏面側の第二位置に位置付け、該分割予定ラインに沿って該レーザービームを照射して第二改質層を形成する第二レーザービーム照射ステップと、を備え、
   該第一レーザービーム照射ステップでは、該分割予定ライン上の該凹部において該レーザービームの照射を停止することを特徴とする加工方法。
2. 該第一レーザービーム照射ステップを実施する前に、被加工物の裏面にエキスパンドシートを貼着するエキスパンドシート貼着ステップと、
   該第二レーザービーム照射ステップを実施した後、該エキスパンドシートを拡張することで被加工物に外力を付与して被加工物を該分割予定ラインに沿って分割する分割ステップと、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の加工方法。

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