JP6707290B2 - ウェーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハの内部をレーザービームで改質するウェーハの加工方法に関する。

携帯電話機やパーソナルコンピュータに代表される電子機器では、電子回路等のデバイスを備えるデバイスチップが必須の構成要素になっている。デバイスチップは、例えば、シリコン等の半導体材料でなるウェーハの表面を複数の分割予定ライン（ストリート）で区画し、各領域にデバイスを形成した後、この分割予定ラインに沿ってウェーハを分割することによって製造される。

ウェーハを分割する方法の一つに、透過性のレーザービームをウェーハの内部に集光させて、多光子吸収により改質された改質層（改質領域）を形成するＳＤ（Stealth Dicing）と呼ばれる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。分割予定ラインに沿って改質層を形成した後に、ウェーハに対して力を加えることで、改質層を起点にウェーハを分割できる。

ところで、このＳＤでは、形成されるデバイスチップに改質層が残留して、デバイスチップの抗折強度を十分に高められないことが多い。そこで、改質層を形成した後にウェーハの裏面を研削して、改質層を除去しながらウェーハを複数のデバイスチップへと分割するＳＤＢＧ（Stealth Dicing Before Grinding）と呼ばれる方法が実用化されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−１９２３７０号公報 国際公開第２００３／７７２９５号

上述のＳＤＢＧでは、研削の際に加わる力を利用してウェーハを分割するので、ウェーハを分割するための別の工程を必ずしも要しない。一方で、ＳＤＢＧでは、デバイスチップへの分割後にも継続する研削によりデバイスチップの角同士が接触し、デバイスチップに割れや欠けが発生し易かった。

この問題に対して、分割予定ラインの交差する交差領域に改質層を形成しないことで、ある程度の厚みになるまでウェーハを分割せずに研削する方法が検討されている。この方法によれば、デバイスチップへと分割された後に継続する研削の時間を短くして、デバイスチップの角同士の接触に起因する割れや欠けの発生を抑制できる。

しかしながら、例えば、分割予定ラインの交差する交差領域にＴＥＧ（Test Elements Group）等を構成する金属層が重ねられていると、この方法ではウェーハを適切に分割できない。この場合には、いびつな形状のデバイスチップが形成され易かった。

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、分割予定ラインの交差する交差領域に重なる金属層を備えるウェーハを適切に分割できるように加工する新たなウェーハの加工方法を提供することである。

本発明の一態様によれば、第１方向に伸長する複数の第１分割予定ラインと該第１方向に交差する第２方向に伸長する複数の第２分割予定ラインとで区画される各領域にそれぞれデバイスが形成され、該第１分割予定ライン上又は該第２分割予定ライン上に金属層を有するウェーハの加工方法であって、ウェーハに対して透過性を有する波長のレーザービームを該第１分割予定ラインと該第２分割予定ラインとに沿って照射し、該第１分割予定ラインと該第２分割予定ラインとが交差する交差領域内の非加工領域を除くウェーハの内部に、該第１分割予定ラインに沿う第１改質層と該第２分割予定ラインに沿う第２改質層とを形成する改質層形成ステップと、該非加工領域の該金属層と重なる部分にウェーハ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、該金属層と重なる部分の分割を促進させる分割促進用改質層を形成する分割促進用改質層形成ステップと、を備えるウェーハの加工方法が提供される。

本発明の一態様に係るウェーハの加工方法では、第１改質層及び第２改質層が形成されない非加工領域の金属層と重なる部分に、この金属層と重なる部分の分割を促進させる分割促進用改質層を形成するので、金属層が非加工領域に重なっている場合でも、ウェーハを適切に分割できるようになる。

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、ウェーハに保護部材が貼付される様子を模式的に示す斜視図である。 図２（Ａ）は、第１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２（Ｂ）は、第２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る。 第１改質層及び第２改質層が形成されたウェーハを模式的に示す図である。 図４（Ａ）は、分割促進用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４（Ｂ）は、第１改質層、第２改質層及び分割促進用改質層が形成されたウェーハを模式的に示す図である。 研削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、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。本実施形態に係るウェーハの加工方法は、第１改質層形成ステップ（図２（Ａ）参照）、第２改質層形成ステップ（図２（Ｂ）参照）、及び分割促進用改質層形成ステップ（図４（Ａ）参照）を含む。

第１改質層形成ステップでは、第１方向に伸長する（延びる）第１分割予定ライン（第１ストリート）に沿ってウェーハにレーザービームを照射し、ウェーハの内部に第１改質層を形成する。第２改質層形成ステップでは、第２方向に伸長する（延びる）第２分割予定ライン（第２ストリート）に沿ってウェーハにレーザービームを照射し、第１分割予定ラインと第２分割予定ラインとが交差する交差領域内の非加工領域を除くウェーハの内部に第２改質層を形成する。

分割促進用改質層形成ステップでは、第２改質層（及び第１改質層）が形成されない非加工領域の金属層と重なる部分にレーザービームを照射し、この金属層と重なる部分の分割を促進させる分割促進用改質層を形成する。以下、本実施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、本実施形態で加工されるウェーハの構成例を模式的に示す斜視図である。図１（Ａ）に示すように、ウェーハ１１は、シリコン（Ｓｉ）等の半導体材料を用いて円盤状に形成されている。ウェーハ１１の表面１１ａ側は、第１方向Ｄ１に伸長する複数の第１分割予定ライン（第１ストリート）１３ａと、第２方向Ｄ２に伸長する複数の第２分割予定ライン（第２ストリート）１３ｂと、で複数の領域に区画されており、各領域には、ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が設けられている。

なお、本実施形態では、シリコン等の半導体材料でなる円盤状のウェーハ１１を用いているが、ウェーハ１１の材質、形状、構造、大きさ等に制限はない。例えば、セラミックス等の材料でなるウェーハ１１を用いることもできる。同様に、デバイス１５の種類、数量、大きさ、配置等にも制限はない。また、第１分割予定ライン１３ａが伸長する第１方向Ｄ１と第２分割予定ライン１３ｂが伸長する第２方向Ｄ２とは、互いに交差していれば良く、互いに垂直である必要はない。

本実施形態に係るウェーハの加工方法を実施する前には、上述したウェーハ１１の表面１１ａ側に樹脂等でなる保護部材を貼付しておく。図１（Ｂ）は、ウェーハ１１に保護部材が貼付される様子を模式的に示す斜視図である。保護部材２１は、例えば、ウェーハ１１と同等の径を持つ円形のフィルム（テープ）であり、その表面２１ａ側には、粘着力を有する糊層が設けられている。

そのため、図１（Ｂ）に示すように、保護部材２１の表面２１ａ側を被加工物１１の表面１１ａ側に密着させることで、被加工物１１の表面１１ａ側に保護部材２１を貼付できる。被加工物１１の表面１１ａ側に保護部材２１を貼付することで、後の各ステップで加わる衝撃を緩和して、ウェーハ１１の表面１１ａ側に設けられたデバイス１５等を保護できる。

ウェーハ１１の表面１１ａ側に保護部材２１を貼付した後には、第１分割予定ライン１３ａに沿ってレーザービームを照射し、ウェーハ１１の内部に第１改質層を形成する第１改質層形成ステップを行う。図２（Ａ）は、第１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る。第１改質層形成ステップは、例えば、図２（Ａ）に示すレーザー加工装置２を用いて行われる。

レーザー加工装置２は、ウェーハ１１を吸引、保持するためのチャックテーブル４を備えている。チャックテーブル４は、モータ等の回転駆動源（不図示）に連結されており、鉛直方向に概ね平行な回転軸の周りに回転する。また、チャックテーブル４の下方には、移動機構（不図示）が設けられており、チャックテーブル４は、この移動機構によって水平方向に移動する。

チャックテーブル４の上面の一部は、ウェーハ１１に貼付された保護部材２１を吸引、保持する保持面４ａとなっている。保持面４ａは、チャックテーブル４の内部に形成された吸引路（不図示）等を通じて吸引源（不図示）に接続されている。吸引源の負圧を保持面４ａに作用させることで、ウェーハ１１は、保護部材２１を介してチャックテーブル４に保持される。

チャックテーブル４の上方には、レーザー照射ユニット６が配置されている。レーザー照射ユニット６は、レーザー発振器（不図示）でパルス発振されたレーザービームＬを所定の位置に照射、集光する。レーザー発振器は、ウェーハ１１に対して透過性を有する波長（吸収され難い波長）のレーザービームＬをパルス発振できるように構成されている。

第１改質層形成ステップでは、まず、ウェーハ１１に貼付されている保護部材２１の裏面２１ｂをチャックテーブル４の保持面４ａに接触させて、吸引源の負圧を作用させる。これにより、ウェーハ１１は、裏面１１ｂ側が上方に露出した状態でチャックテーブル４に保持される。

次に、チャックテーブル４を移動、回転させて、例えば、対象となる第１分割予定ライン１３ａの延長線上にレーザー照射ユニット６を合わせる。そして、図２（Ａ）に示すように、レーザー照射ユニット６からウェーハ１１の裏面１１ｂに向けてレーザービームＬを照射しながら、対象の第１分割予定ライン１３ａに対して平行な方向にチャックテーブル４を移動させる。

レーザービームＬは、ウェーハ１１の内部の所定の深さの位置に集光させる。このように、ウェーハ１１に対して透過性を有する波長のレーザービームＬを、ウェーハ１１の内部に集光させることで、ウェーハ１１の内部を改質して分割の起点となる第１改質層１７ａを形成できる。

この第１改質層１７ａは、後の研削によって除去される深さの位置に形成されることが望ましい。例えば、後にウェーハ１１を裏面１１ｂ側から研削して３０μｍ程の厚みまで薄くする場合には、表面１１ａから７０μｍ程の深さの位置に第１改質層１７ａを形成すると良い。

また、第１改質層１７ａは、例えば、第１分割予定ライン１３ａと第２分割予定ライン１３ｂとが交差する交差領域Ａ（図３参照）にも連続的、一体的に形成される。上述のような動作を繰り返し、全ての第１分割予定ライン１３ａに沿って第１改質層１７ａが形成されると、第１改質層形成ステップは終了する。なお、第１改質層１７ａは、表面１１ａにクラックが到達する条件で形成されることが望ましい。また、各第１分割予定ライン１３ａに対して、異なる深さの位置に複数の第１改質層１７ａを形成しても良い。

第１改質層形成ステップの後には、第２分割予定ライン１３ｂに沿ってウェーハにレーザービームＬを照射し、ウェーハ１１の内部に第２改質層を形成する第２改質層形成ステップを行う。図２（Ｂ）は、第２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る。第２改質層形成ステップは、引き続きレーザー加工装置２を用いて行われる。

第２改質層形成ステップでは、まず、チャックテーブル４を移動、回転させて、例えば、対象となる第２分割予定ライン１３ｂの延長線上にレーザー照射ユニット６を合わせる。そして、図２（Ｂ）に示すように、レーザー照射ユニット６からウェーハ１１の裏面１１ｂに向けてレーザービームＬを照射しながら、対象の第２分割予定ライン１３ｂに対して平行な方向にチャックテーブル４を移動させる。

レーザービームＬは、ウェーハ１１の内部の所定の深さの位置に集光させる。これにより、ウェーハ１１の内部を改質して分割の起点となる第２改質層１７ｂを形成できる。この第２改質層１７ｂは、第１改質層１７ａと同等の深さの位置に形成されることが望ましい。また、第２改質層１７ｂは、表面１１ａにクラックが到達する条件で形成されることが望ましい。

この第２改質層形成ステップでは、第１分割予定ライン１３ａと第２分割予定ライン１３ｂとが交差する交差領域Ａの一部に第２改質層１７ｂを形成しない。図３は、第１改質層１７ａ及び第２改質層１７ｂが形成されたウェーハ１１を模式的に示す図である。なお、図３では、説明の便宜上、ウェーハ１１の表面１１ａ側に形成されたデバイス１５と、ウェーハ１１の内部に形成された第１改質層１７ａ及び第２改質層１７ｂとを、ともに実線で表している。

図３に示すように、第２改質層１７ｂは、第１分割予定ライン１３ａと第２分割予定ライン１３ｂとが交差する交差領域Ａ内の非加工領域Ｂを除くウェーハ１１の内部に形成される。すなわち、第２改質層形成ステップでは、非加工領域Ｂによって分断される非連続的、離散的な第２改質層１７ｂが形成される。

非加工領域Ｂの大きさ、配置等は任意だが、例えば、第１分割予定ライン１３ａの幅方向の中央の位置を中心として第２方向Ｄ２に伸長する１５０μｍ以上２５０μｍ以下の長さの領域を非加工領域Ｂに設定することが望ましく、２００μｍ程度の長さの領域を非加工領域Ｂに設定するとより望ましい。なお、この場合には、非加工領域Ｂは、第１改質層１７ａに対して概ね対称に設定されることになる。

このように、交差領域Ａの非加工領域Ｂに第２改質層１７ｂを形成しないことで、少なくとも、後の研削の初期の段階では、ウェーハ１１を分割せずに研削できる（非加工領域Ｂによって繋がったままの状態で研削できる）。よって、ウェーハ１１から分割されたチップ（デバイスチップ）の角同士が交差領域Ａで接触して割れや欠けが発生する確率を下げられる。

上述のような動作を繰り返し、全ての第２分割予定ライン１３ｂに沿って第２改質層１７ｂが形成されると、第２改質層形成ステップは終了する。なお、この第２改質層形成ステップでも、各第２分割予定ライン１３ｂに対して、異なる深さの位置に複数の第２改質層１７ｂを形成して良い。また、本実施形態では、第１改質層形成ステップの後に第２改質層形成ステップを行っているが、第２改質層形成ステップの後に第１改質層形成ステップを行っても良い。

ところで、上述したウェーハ１１の非加工領域Ｂに重なる位置には、ＴＥＧ（Test Elements Group）等に用いられる金属層が形成されていることがある。このような金属層が存在すると、非加工領域Ｂでウェーハ１１を適切に破断できず、いびつな形のチップが形成される可能性が高い。そこで、本実施形態では、第１改質層形成ステップ及び第２改質層形成ステップの後に、分割を促進させるための分割促進用改質層を形成する分割促進用改質層形成ステップを行う。

図４（Ａ）は、分割促進用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４（Ｂ）は、第１改質層１７ａ、第２改質層１７ｂ及び分割促進用改質層が形成されたウェーハ１１を模式的に示す図である。なお、図４（Ｂ）では、説明の便宜上、ウェーハ１１の表面１１ａ側に形成されたデバイス１５と、ウェーハ１１の内部に形成された第１改質層１７ａ、第２改質層１７ｂ及び分割促進用改質層とを、ともに実線で表している。分割促進用改質層形成ステップは、引き続きレーザー加工装置２を用いて行われる。

分割促進用改質層形成ステップでは、まず、チャックテーブル４を移動、回転させて、例えば、非加工領域Ｂと重なる金属層１９（図４（Ｂ））の上方にレーザー照射ユニット６を合わせる。そして、図４（Ａ）に示すように、レーザー照射ユニット６からウェーハ１１の裏面１１ｂに向けてレーザービームＬを照射しながら、金属層１９の大きさや形状に合わせてチャックテーブル４を移動させる。

レーザービームＬは、ウェーハ１１の内部の所定の深さの位置に集光させる。これにより、ウェーハ１１の内部を改質して、図４（Ｂ）に示すように、金属層１９と重なる部分の分割を促進させるための分割促進用改質層１７ｃを形成できる。なお、この分割促進用改質層１７ｃは、第２改質層１７ｂと同等の深さの位置に形成されることが望ましい。

上述のような動作を繰り返し、全ての非加工領域Ｂの金属層１９と重なる部分に分割促進用改質層１７ｃが形成されると、分割促進用改質層形成ステップは終了する。なお、この分割促進用改質層形成ステップでも、異なる深さの位置に複数の分割促進用改質層１７ｃを形成して良い。

また、本実施形態では、第１改質層形成ステップ及び第２改質層形成ステップの後に分割促進用改質層形成ステップを行っているが、第１改質層形成ステップ及び第２改質層形成ステップの前に分割促進用改質層形成ステップを行っても良い。また、第２改質層形成ステップの途中等に分割促進用改質層形成ステップを行うこともできる。

第１改質層形成ステップ、第２改質層形成ステップ及び分割促進用改質層形成ステップの後には、例えば、裏面１１ｂを研削してウェーハ１１を薄くするとともに、複数のチップへと分割する研削ステップを行うと良い。図５は、研削ステップを模式的に示す一部断面側面図である。

研削ステップは、例えば、図５に示す研削装置１２を用いて行われる。研削装置１２は、ウェーハ１１を吸引、保持するためのチャックテーブル１４を備えている。チャックテーブル１４は、モータ等の回転駆動源（不図示）に連結されており、鉛直方向に概ね平行な回転軸の周りに回転する。また、チャックテーブル１４の下方には、移動機構（不図示）が設けられており、チャックテーブル１４は、この移動機構によって水平方向に移動する。

チャックテーブル１４の上面の一部は、ウェーハ１１に貼付された保護部材２１を吸引、保持する保持面１４ａとなっている。保持面１４ａは、チャックテーブル１４の内部に形成された吸引路（不図示）等を通じて吸引源（不図示）に接続されている。吸引源の負圧を保持面１４ａに作用させることで、ウェーハ１１は、保護部材２１を介してチャックテーブル１４に保持される。

チャックテーブル１４の上方には、研削ユニット１６が配置されている。研削ユニット１６は、昇降機構（不図示）に支持されたスピンドルハウジング（不図示）を備えている。スピンドルハウジングには、スピンドル１８が収容されており、スピンドル１８の下端部には、円盤状のマウント２０が固定されている。

マウント２０の下面には、マウント２０と概ね同径の研削ホイール２２が装着されている。研削ホイール２２は、ステンレス、アルミニウム等の金属材料で形成されたホイール基台２４を備えている。ホイール基台２４の下面には、複数の研削砥石２６が環状に配列されている。

スピンドル１８の上端側（基端側）には、モータ等の回転駆動源（不図示）が連結されており、研削ホイール２２は、この回転駆動源で発生する力によって、鉛直方向に概ね平行な回転軸の周りに回転する。研削ユニット１６の内部又は近傍には、純水等の研削液をウェーハ１１等に対して供給するためのノズル（不図示）が設けられている。

研削ステップでは、まず、レーザー加工装置２のチャックテーブル４から搬出したウェーハ１１を、研削装置１２のチャックテーブル１４に吸引、保持させる。具体的には、ウェーハ１１に貼付されている保護部材２１の裏面２１ｂをチャックテーブル１４の保持面１４ａに接触させて、吸引源の負圧を作用させる。これにより、ウェーハ１１は、裏面１１ｂ側が上方に露出した状態でチャックテーブル１４に保持される。

次に、チャックテーブル１４を研削ユニット１６の下方に移動させる。そして、図５に示すように、チャックテーブル１４と研削ホイール２２とをそれぞれ回転させて、研削液をウェーハ１１の裏面１１ｂ等に供給しながらスピンドルハウジング（スピンドル１８、研削ホイール２２）を下降させる。

スピンドルハウジングの下降速度（下降量）は、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側に研削砥石２６の下面が押し当てられる程度に調整される。これにより、裏面１１ｂ側を研削して、ウェーハ１１を薄くできる。ウェーハ１１が所定の厚み（仕上げ厚み）まで薄くなり、例えば、第１改質層１７ａ、第２改質層１７ｂ及び分割促進用改質層１７ｃを起点に複数のチップへと分割されると、研削ステップは終了する。

なお、本実施形態では、１組の研削ユニット１６（研削砥石２６）を用いてウェーハ１１の裏面１１ｂ側を研削しているが、２組以上の研削ユニット（研削砥石）を用いてウェーハ１１を研削しても良い。例えば、径が大きい砥粒で構成された研削砥石を用いて粗い研削を行い、径が小さい砥粒で構成された研削砥石を用いて仕上げの研削を行うことで、研削に要する時間を大幅に長くすることなく裏面１１ｂの平坦性を高められる。

以上のように、本実施形態に係るウェーハの加工方法では、第１改質層１７ａ及び第２改質層１７ｂが形成されない非加工領域Ｂの金属層１９と重なる部分に、この金属層１９と重なる部分の分割を促進させる分割促進用改質層１７ｃを形成するので、金属層１９が非加工領域Ｂに重なっている場合でも、ウェーハ１１を適切に分割できるようになる。

なお、本発明は、上記実施形態の記載に制限されず種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態では、第１分割予定ラインと第２分割予定ラインとが交差する交差領域内の非加工領域を第２方向に沿って設定し、第２改質層形成ステップで非連続的、離散的な第２改質層を形成しているが、第１方向と第２方向、第１分割予定ラインと第２分割予定ライン、第１改質層と第２改質層等の区別は便宜的なものに過ぎず、これらの関係を入れ替えることができる。

例えば、第１分割予定ラインと第２分割予定ラインとが交差する交差領域内の非加工領域を第１方向に沿って設定し、第１改質層形成ステップで非連続的、離散的な第１改質層を形成しても良い。

また、第１分割予定ラインと第２分割予定ラインとが交差する交差領域内の非加工領域を第１方向及び第２方向の両方に沿って設定し、非連続的、離散的な第１改質層及び第２改質層を形成しても良い。すなわち、本発明では、第１分割予定ラインと第２分割予定ラインとが交差する交差領域内の非加工領域に、第１改質層や第２改質層が形成されなければ良い。

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、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
１３ａ 第１分割予定ライン（第１ストリート）
１３ｂ 第２分割予定ライン（第２ストリート）
１５ デバイス
１７ａ 第１改質層
１７ｂ 第２改質層
１７ｃ 分割促進用改質層
２１ 保護部材
２１ａ 表面
２１ｂ 裏面
２ レーザー加工装置
４ チャックテーブル
４ａ 保持面
６ レーザー照射ユニット
１２ 研削装置
１４ チャックテーブル
１４ａ 保持面
１６ 研削ユニット
１８ スピンドル
２０ マウント
２２ 研削ホイール
２４ ホイール基台
２６ 研削砥石

Claims (1)

1. 第１方向に伸長する複数の第１分割予定ラインと該第１方向に交差する第２方向に伸長する複数の第２分割予定ラインとで区画される各領域にそれぞれデバイスが形成され、該第１分割予定ライン上又は該第２分割予定ライン上に金属層を有するウェーハの加工方法であって、
   ウェーハに対して透過性を有する波長のレーザービームを該第１分割予定ラインと該第２分割予定ラインとに沿って照射し、該第１分割予定ラインと該第２分割予定ラインとが交差する交差領域内の非加工領域を除くウェーハの内部に、該第１分割予定ラインに沿う第１改質層と該第２分割予定ラインに沿う第２改質層とを形成する改質層形成ステップと、
   該非加工領域の該金属層と重なる部分にウェーハ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、該金属層と重なる部分の分割を促進させる分割促進用改質層を形成する分割促進用改質層形成ステップと、を備えることを特徴とするウェーハの加工方法。