JP6788508B2

JP6788508B2 - ウェーハの加工方法

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Publication number: JP6788508B2
Application number: JP2017004115A
Authority: JP
Inventors: 哲一杉谷
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2017-01-13
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2020-11-25
Anticipated expiration: 2037-01-13
Also published as: JP2018113394A

Description

本発明は、ウェーハを個々のチップに分割するウェーハの加工方法に関する。

パワートランジスタやIGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のディスクリートデバイス（個別半導体素子）が分割予定ラインによって区画され表面に形成されたウェーハは、裏面に電極用の金属膜を備えている（例えば、下記の特許文献１を参照）。かかるウェーハは、例えば、切削ブレードによる切削やレーザ光線の照射によって分割予定ラインに沿って個々のチップに分割され、各種電子機器に利用されている。

特開２００６−２９４９１３号公報

上記のようなウェーハは、電子機器の小型化等を図るために、個々のチップに分割される前に裏面が研削され、ウェーハの厚みが例えば５〜５０μｍに薄化されている。このように、ウェーハの厚みが５０μｍ以下に薄くなると、切削ブレードによってウェーハを完全切断（フルカット）する切削では、ウェーハの裏面や金属膜とウェーハを構成する基板（例えばシリコン基板）との界面にクラックが発生してしまう。また、ウェーハの厚みが例えば２５μｍ以下と薄いと、切削ブレードがウェーハに進入した衝撃で割れてしまう。さらには、例えばダイシングテープをウェーハに貼着して固定したとしても、ダイシングテープの糊層が軟らかいために切削中にウェーハが動き、クラックが発生するという問題もある。一方、レーザ光線の照射によるフルカットを行う場合でも、強度不足によってウェーハにクラックが発生したり、金属膜のデブリがウェーハの表面にまで飛散して付着したりする問題がある。特に、裏面に金属膜が付いたデバイスを取得するためには、ウェーハを薄化して金属膜を裏面に成膜した状態でダイシングを行う必要があることから、上記の問題が発生する。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、ウェーハにクラックが発生するおそれを低減しうるウェーハの加工方法に発明の解決すべき課題がある。

本発明は、交差する複数の分割予定ラインで区画された領域にそれぞれデバイスが形成されたデバイス領域と該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを備えた表面を有するウェーハの加工方法であって、該デバイス領域に対応したウェーハの裏面を研削して凹部を形成するとともに該凹部を囲繞する該外周余剰領域に対応した環状凸部を形成する研削ステップと、該研削ステップを実施した後、該凹部に金属層を形成する金属層形成ステップと、該金属層形成ステップを実施した後、該凹部を充填材で充填する充填ステップと、該充填ステップを実施した後、ウェーハの表面から該分割予定ラインに沿って該金属層を分断する溝を形成する溝形成ステップと、該溝形成ステップを実施した後、ウェーハの裏面を研削または研磨して該金属層を露出させるとともに個々のチップへと分割する分割ステップと、を備えた。

本発明のウェーハの加工方法は、デバイス領域に対応したウェーハの裏面を研削して凹部を形成するとともに凹部を囲繞する外周余剰領域に対応した環状凸部を形成する研削ステップと、研削ステップを実施した後、凹部に金属層を形成する金属層形成ステップと、金属層形成ステップを実施した後、凹部を充填材で充填する充填ステップと、充填ステップを実施した後、ウェーハの表面から分割予定ラインに沿って金属層を分断する溝を形成する溝形成ステップと、溝形成ステップを実施した後、ウェーハの裏面を研削または研磨して金属層を露出させるとともに個々のチップへと分割する分割ステップとを備え、デバイス領域を例えば５０μｍ以下に薄化して環状凸部が形成され、その後、凹部に充填材が充填されるため、ウェーハの破損リスクを低減することができる。つまり、本発明によれば、充填ステップを実施してデバイス領域の下方を充填材で補強してから、例えば切削ブレードによって溝形成ステップを実施することにより、切削ブレードがウェーハに進入する衝撃でウェーハが割れることを防止できるとともに、ハーフカットでデバイス領域を分割するようにしたため、例えばダイシングテープが不要となり、切削中にウェーハが動くことによってクラックが発生するのを防止することができる。また、金属層を分断する溝を形成した後、充填材によって補強された状態のウェーハの裏面を研削または研磨して個々のチップへと分割する際にウェーハにクラックが発生するおそれを低減することができる。

表面保護部材配設ステップを示す斜視図である。研削ステップを示す斜視図である。研削ステップ後のウェーハの構成を示す断面図である。金属層形成ステップを示す断面図である。充填ステップを示す断面図である。溝形成ステップを示す断面図である。溝形成ステップ後のウェーハの構成を示す断面図である。分割ステップを示す断面図である。分割ステップ後のウェーハの構成を示す断面図である。

図１に示すウェーハＷは、被加工物の一例であって、例えば円形板状のシリコン基板を有する。このシリコン基板の表面Ｗａには、交差する複数の分割予定ラインＳで区画された領域にそれぞれデバイスＤが形成されたデバイス領域Ｗ１とデバイス領域Ｗ１を囲繞する外周余剰領域Ｗ２とを備えている。表面Ｗａと反対側の裏面Ｗｂは、研削砥石などによって研削される被研削面となっている。デバイスＤは、例えば、ＬＥＤ、パワートランジスタやIGBTなどのディスクリートデバイスである。以下では、添付の図面を参照しながら、ウェーハＷを個々のチップへと分割するウェーハの加工方法について説明する。なお、研削前のウェーハＷの厚みは、特に限定されず、数百μｍ（例えば６２５μｍ）となっている。

（１）表面保護部材配設ステップ
図１に示すように、ウェーハＷの表面Ｗａに表面保護部材１を貼着する。表面保護部材１は、少なくともウェーハＷと略同径に形成されている。ウェーハＷの表面Ｗａの全面が表面保護部材１によって覆われると、デバイスＤが保護される。表面保護部材１としては、例えば粘着性を有する耐熱テープからなる。また、ガラス、シリコン、金属からなる基板を接着剤や両面テープなどによってウェーハＷの表面Ｗａに貼着してもよい。

（２）研削ステップ
図２に示すように、ウェーハＷの裏面Ｗｂが上向きに露出するように、被加工物を保持し自転可能な保持テーブル１０に表面保護部材１側を載置する。保持テーブル１０には、図示しない吸引源が接続されている。保持テーブル１０の上方側には、ウェーハＷの中央部分を研削して凹部を形成するとともに、外周部分に環状凸部を形成する研削手段２０が配設されている。研削手段２０は、鉛直方向の軸心を有するスピンドル２１と、スピンドル２１を回転可能に囲繞するスピンドルハウジング２２と、スピンドル２１の下端に装着された研削ホイール２３と、研削ホイール２３の下部に円環状に固着された研削砥石２４とを備え、研削ホイール２３を回転させながら、全体が昇降可能となっている。研削砥石２４の外周縁の直径は、図１に示したウェーハＷのデバイス領域Ｗ１の半径と同程度に設定されている。

保持テーブル１０でウェーハＷを吸引保持したら、保持テーブル１０を例えば矢印Ａ方向に回転させるとともに、研削ホイール２３を例えば矢印Ａ方向に回転させながら、研削手段２０をウェーハＷの裏面Ｗｂに接近する方向に下降させ、回転する研削砥石２４をウェーハＷの裏面Ｗｂの中央部分に接触させて所望の厚みに至るまで研削する。つまり、ウェーハＷの研削中は、研削砥石２４の外周縁がウェーハＷの中心を常に通過しながら、図１に示したデバイス領域Ｗ１に対応したウェーハＷの裏面Ｗｂを研削して凹部２を形成するとともに、凹部２を囲繞する外周余剰領域Ｗ２に対応した環状凸部３を形成する。図３に示すウェーハＷは、凹部２が所望の厚みＴに薄化された状態を示している。所望の厚みＴは、例えば２５μｍとなっている。環状凸部３は、外周余剰領域Ｗ２に対応する部分が研削されずに残存して形成されたものであり、研削前の厚みを有している。

（３）金属層形成ステップ
研削ステップを実施した後、図４に示すように、ウェーハＷに形成された凹部２に金属層４を形成する。金属層４の形成には、例えば特許第４７４９８４９号公報の図７に示された減圧成膜装置を使用することができる。金属層４は、電極として機能するものであり、例えば、金やチタンからなる。そして、金属層４が形成されたウェーハＷは、後述する分割ステップにおいて最終的にデバイスＤとともに分割されて金属層付きのチップとして形成される。

（４）充填ステップ
金属層形成ステップを実施した後、図５に示すように、ウェーハＷに形成された凹部２に充填材５を充填する。充填材５としては、例えば、エポキシなどの熱硬化性のモールド樹脂を使用する。充填材５は、少なくともウェーハＷの裏面Ｗｂの高さと同じ位置に至るまで凹部２に供給される。その後、例えばヒータによって加熱して充填材５を硬化する。このようにして、金属層４が埋設されるように凹部２が充填材５によって充填されると、凹部２の厚みが研削前のウェーハＷの厚みと同程度になるため、ウェーハＷの強度を高めることができる。

ここで、充填材５には、モールド樹脂の熱膨張率をシリコンの熱膨張率と同程度にするために、フィラーを充填材５に混入させておくとよい。これにより、充填材５を硬化させてもウェーハＷに反りが発生するのを防止することができる。フィラーとしては、シリカからなる微粒子を用いるとよい。また、充填材５を硬化した後に、収縮によってウェーハＷに反りが生じなければ、ＵＶ硬化樹脂等を充填材５として使用してもよい。

（５）溝形成ステップ
充填ステップを実施した後、図６に示すように、例えば、ウェーハＷを切削する切削手段３０を備える切削装置にウェーハＷを搬送する。切削手段３０は、ウェーハＷの表面Ｗａに対して平行な方向の軸心を有するスピンドル３１と、スピンドル３１の先端に装着された切削ブレード３２とを少なくとも備えており、スピンドル３１が回転することにより、切削ブレード３２を回転することができる。切削手段３０には、図示しない昇降手段が接続されており、切削手段３０を鉛直方向に昇降させることができる。

ウェーハＷを切削手段３０の下方に移動させるとともに、スピンドル３１を回転させることにより切削ブレード３２をウェーハＷの表面Ｗａに対して平行な方向の軸心を中心として例えば矢印Ｂ方向に回転させながら、切削手段３０をウェーハＷの表面Ｗａに接近する方向に下降させて切削ブレード３２をウェーハＷの表面Ｗａ側から切り込ませて図１に示した分割予定ラインＳに沿って切削する。なお、図示の例では、ウェーハＷの表面Ｗａから表面保護部材１を剥離させてから、切削加工を行う。

このとき、切削ブレード３２を、凹部２に形成された充填材５に至るまで切り込ませて切削することで、少なくとも金属層４を完全に分断した溝６を形成する。このようにして、図１に示した全ての分割予定ラインＳに沿って、上記同様の切削を繰り返し行い、図７に示すように、ウェーハＷの表面Ｗａに複数の溝６を形成する。

上記溝形成ステップでは、切削手段３０によりウェーハＷの表面Ｗａに溝６を形成する場合を説明したが、例えば、レーザ光線を照射することによってウェーハＷの表面Ｗａに金属層４を完全に分断したレーザ加工溝を形成してもよい。この場合は、ウェーハＷの表面Ｗａにあらかじめ保護膜等を被覆しておく。また、ダイシングテープを介して環状のフレームとウェーハＷと一体に形成した状態で、溝形成ステップを実施してもよい。

（６）分割ステップ
溝形成ステップを実施した後、図８に示すように、例えば、自転可能な保持テーブル４０においてウェーハＷを保持して、保持テーブル４０の上方側に配設された研削手段５０によってウェーハＷの裏面Ｗｂを研削して所望の厚みへと薄化する。研削手段５０は、鉛直方向の軸心を有するスピンドル５１と、スピンドル５１の下部にマウント５２を介して装着された研削ホイール５３と、研削ホイール５３の下部にリング状に固着された研削砥石５４とを備え、研削ホイール５３を回転させながら、全体が昇降可能となっている。

図８に示すように、ウェーハＷの表面Ｗａに表面保護部材１ａを貼着してから、この表面保護部材１ａ側を保持テーブル４０で保持してウェーハＷの裏面Ｗｂを上向きに露出させる。すなわち、凹部２に形成された充填材５を上向きに露出させる。続いて、保持テーブル４０を例えば矢印Ａ方向に回転させ、研削手段５０は、研削ホイール５３を例えば矢印Ａ方向に回転させつつ、所定の研削送り速度で下降させ、回転する研削砥石５４でウェーハＷの裏面Ｗｂ側を押圧しながら少なくとも金属層４が露出する深さ位置まで研削砥石５４を研削送りして研削を行う。

ここで、金属層４が露出したかどうかの判断は、例えば、スピンドル５１の電流値制御によって行うことができる。この場合、研削砥石５４による研削が進んで環状凸部３及び充填材５が削られていき、研削砥石５４が金属層４に接触すると、スピンドル５１の電流値が上昇することから、この電流値を検出して電流値があらかじめ図示しない制御部に設定されたしきい値を超えた場合に、金属層４が露出したものとして判断することができる。このようにしてウェーハＷを薄化して金属層４を露出させることにより、図９に示すように、ウェーハＷを金属層４付きの個々のチップＣへと分割することができる。金属層４の露出した面には研削痕が形成されているため、例えば研磨パッドによって金属層４の表面を研磨することにより研削痕を除去するとよい。

分割ステップは、上記のように研削のみで金属層４を露出させ金属層４付きの個々のチップＣへと分割してもよいし、例えばウェーハＷと研磨パッドとの間にスラリーを供給しながらウェーハＷを研磨するＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）のみで金属層４を露出させ金属層４付きの個々のチップＣへと分割してもよい。

また、例えば、ハイトゲージ等の厚み測定器を用いてウェーハＷの厚みを測定しながら、研削手段５０によってウェーハＷを所定の厚みに至るまで研削した後、厚み測定器でウェーハＷの厚みを測定しながら、研磨パッドによってウェーハＷの裏面Ｗｂ側を研磨しウェーハＷの厚みが所定の厚みに達した場合に金属層４が露出したものとして判断してもよい。

以上のとおり、本発明にかかるウェーハの加工方法は、デバイス領域Ｗ１に対応したウェーハＷの裏面Ｗｂを研削して凹部２を形成するとともに凹部２を囲繞する外周余剰領域Ｗ２に対応した環状凸部３を形成する研削ステップと、凹部２に金属層４を形成する金属層形成ステップと、凹部２を充填材５で充填する充填ステップと、ウェーハＷの表面Ｗａから分割予定ラインＳに沿って金属層４を分断する溝６を形成する溝形成ステップと、ウェーハＷの裏面Ｗｂを研削または研磨して金属層４を露出させるとともに個々のチップＣへと分割する分割ステップとを備え、デバイス領域Ｗ１を例えば５０μｍ以下に薄化してその周囲に環状凸部３が形成され、その後、凹部２に充填材５が充填されるため、ウェーハＷの破損リスクを低減することができる。つまり、本発明によれば、充填ステップを実施して図１に示したデバイス領域Ｗ１の下方（凹部２）を充填材５で補強してから、例えば切削ブレード３２によって溝形成ステップを実施することで、切削ブレード３２がウェーハＷに進入する衝撃で薄化されたウェーハＷが割れることを防止できるとともに、ハーフカットでデバイス領域Ｗ１を分割するようにしたため、例えばダイシングテープが不要となり、切削中にウェーハＷが動くことによってクラックが発生するのを防止することができる。また、金属層４を分断する溝６を形成した後、充填材５によって補強された状態のウェーハＷの裏面Ｗｂを研削または研磨して個々のチップＣへと分割する際にウェーハＷにクラックが発生するおそれを低減することができる。

１，１ａ：表面保護部材２：凹部３：環状凸部４：金属層５：充填材６：溝
１０：保持テーブル２０：研削手段２１：スピンドル２２：スピンドルハウジング
２３：研削ホイール２４：研削砥石
３０：切削手段３１：スピンドル３１：切削ブレード４０：保持テーブル
５０：研削手段５１：スピンドル５２：マウント５３：研削ホイール
５４：研削砥石

Claims

交差する複数の分割予定ラインで区画された領域にそれぞれデバイスが形成されたデバイス領域と該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを備えた表面を有するウェーハの加工方法であって、
該デバイス領域に対応したウェーハの裏面を研削して凹部を形成するとともに該凹部を囲繞する該外周余剰領域に対応した環状凸部を形成する研削ステップと、
該研削ステップを実施した後、該凹部に金属層を形成する金属層形成ステップと、
該金属層形成ステップを実施した後、該凹部を充填材で充填する充填ステップと、
該充填ステップを実施した後、ウェーハの表面から該分割予定ラインに沿って該金属層を分断する溝を形成する溝形成ステップと、
該溝形成ステップを実施した後、ウェーハの裏面を研削または研磨して該金属層を露出させるとともに個々のチップへと分割する分割ステップと、を備えたウェーハの加工方法。