JP7043129B2 - ウェーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、デバイスが表面に形成されたウェーハの加工方法に関する。

半導体デバイスを搭載したＩＣチップ等のデバイスチップの表面には、デバイスを構成する各種の層を含む機能層が積層されている。該機能層は、電気信号を伝達する配線層や、各配線層間を絶縁する層間絶縁層等の各種の層を含む。近年、配線層間に形成される寄生容量を低減するために、機能層が含む層間絶縁層等として誘電率の低いいわゆるＬｏｗ－ｋ膜が採用されており、デバイスチップの処理能力等の向上が図られている。

デバイスチップを作製する際には、円板状の半導体ウェーハの表面に複数の交差する分割予定ラインを設定し、該分割予定ラインによって区画された各領域にデバイスを形成し、その後、該分割予定ラインに沿ってウェーハを分割する。ただし、Ｌｏｗ－ｋ膜は非常に脆く、Ｌｏｗ－ｋ膜ごとウェーハを分割するとＬｏｗ－ｋ膜がウェーハから剥離してデバイスに損傷が生じるおそれがある。

そこで、予めアブレーション加工により機能層を除去することで分割予定ラインに沿って加工溝を形成しておく。アブレーション加工を実施する際には、機能層に対して吸収性を有する波長のレーザビームをウェーハの表面に集光し、ウェーハと、レーザ加工ユニットと、を分割予定ラインに沿って相対移動させる。

そして、ウェーハに対して透過性を有する波長のレーザビームをウェーハに裏面側から照射し、該分割予定ラインに沿ってウェーハの内部に集光させ、多光子吸収過程により改質層を形成する。その後、加工溝の底部に改質層からクラックを伸長させると、Ｌｏｗ－ｋ膜を含むウェーハを適切に分割できる。この方法によると、ウェーハの分割の際には機能層が分割されないため、Ｌｏｗ－ｋ膜の剥離やデバイスへの損傷が抑制される。

ところで、半導体のパッケージング技術として、デバイスに電気的に接続された金属等でなるバンプを該デバイスの表面に形成し、ウェーハの表面と、バンプと、を封止材で覆って封止し、ウェーハを個々のデバイスチップに分割する技術が実用化されている。該パッケージング技術は、ＷＬ－ＣＳＰ（Wafer-level Chip Size Package）と呼ばれている。ＷＬ－ＣＳＰでは、ウェーハが分割されて形成されたデバイスチップの大きさがそのままパッケージの大きさとなるため、デバイスの小型化及び軽量化に寄与する。

また、薄型のデバイスチップを形成するために、分割される前のウェーハを裏面側から研削する。研削を実施する際には、研削装置が備えるチャックテーブル上にウェーハを搬入し、回転する研削ホイールをウェーハの裏面に接触させる。このとき、ウェーハは、突出したバンプが設けられている表面側がチャックテーブルの上面に対面する。

ウェーハの表面側は、デバイスが形成されたデバイス領域と、デバイスが形成されていない外周余剰領域と、を含む。バンプはウェーハのデバイス領域に設けられ、外周余剰領域には設けられない。そのため、ウェーハの研削時には、ウェーハのデバイス領域はバンプを介してチャックテーブルに支持される一方で、外周余剰領域は支持されない。すると、チャックテーブルの上にウェーハが置かれたとき、デバイス領域に対して外周余剰領域が垂れ下がった状態となる（特許文献１参照）。

外周余剰領域が垂れ下がった状態でウェーハの裏面側が研削されると、研削後のウェーハの厚さはデバイス領域よりも外周余剰領域の方が厚くなる。この状態でウェーハの表面側に加工溝を形成し、裏面側からレーザビームを照射してウェーハの内部に改質層を形成すると、デバイス領域と比較して外周余剰領域では加工溝と、改質層と、の間の距離が大きくなる。加工溝と、改質層と、の間の距離が大きくなると、ウェーハの分割時にクラックが加工溝に到達しにくくなり、外周余剰領域においてウェーハが破断しにくくなる。

そこで、アブレーション加工の実施中に、チャックテーブルと、レーザ加工ユニットと、の相対移動速度を変化させる加工方法が提案されている（特許文献２参照）。この加工方法では、レーザビームを照射する際には外周に近づくにつれて該相対移動速度を小さくしていく。すると、外周に近づくにつれ高い強度でアブレーション加工が実施され、深い加工溝が形成される。そのため、外周余剰領域において改質層から加工溝にクラックを伸長させやすくなり、デバイス領域と同様に外周余剰領域を破断できる。

特開２０１３－２１０１７号公報 特開２０１７－４５９６５号公報

この加工方法では、レーザビームの照射中にチャックテーブルと、レーザ加工ユニットと、の相対移動速度を適切に変化させなければならないが、該相対移動速度を高い精度で制御するのは容易ではない。また、該相対移動速度の変化を適切に制御できるシステムは構成が複雑となるため、このシステムをレーザ加工装置に導入するには高いコストが必要となる。

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、レーザ加工装置の制御システムに変更を加えることなくバンプが配設されたウェーハを円滑に分割できる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、機能層が表面に積層され、該機能層を含む複数の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、を該表面に備え、交差する複数の分割予定ラインが複数の該デバイスを区画するように該表面側に設定され、各デバイスにそれぞれ電気的に接続する複数のバンプが該表面側に配設されたウェーハを該分割予定ラインに沿って該機能層ごと加工する加工方法であって、チャックテーブルを備える研削装置において、該表面を下方に向けた状態で該チャックテーブルに該ウェーハを保持させ、該ウェーハの裏面を研削して該ウェーハを薄化する研削ステップと、該研削ステップを実施した後、該機能層に対して吸収性を有する波長の第１のレーザビームを該ウェーハの該表面に照射し、レーザ加工溝を形成して該機能層を分断するレーザ加工溝形成ステップと、該レーザ加工溝形成ステップを実施した後、該ウェーハに対して透過性を有する波長の第２のレーザビームを該ウェーハの裏面側から該分割予定ラインに沿って所定の深さ位置に集光し、該ウェーハの内部に該ウェーハの分割起点となる改質層を形成する改質層形成ステップと、を備え、該研削ステップでは、該チャックテーブルに該ウェーハを保持させた際に、該ウェーハの該デバイス領域が該バンプを介して該チャックテーブルに支持され、その後、研削ユニットにより裏面側から研削されることにより該外周余剰領域の内周縁から外周縁に向かって該ウェーハの厚みが厚くなり、該レーザ加工溝形成ステップでは、該外周余剰領域の該外周縁における該表面の高さ位置であり、かつ、該デバイス領域における該表面の高さ位置とはずれた高さ位置に該第１のレーザビームを集光させ該分割予定ラインに沿って照射し、該外周余剰領域において該内周縁から該外周縁に近づくにつれ深くなる該レーザ加工溝を形成することを特徴とするウェーハの加工方法が提供される。

好ましくは、該レーザ加工溝形成ステップでは、該外周余剰領域の該外周縁における該表面の高さ位置であり、かつ、該デバイス領域における該表面の高さ位置とはずれた高さ位置に該第１のレーザビームを集光させ該分割予定ラインに沿って照射する前又は後に、さらに、該ウェーハの該デバイス領域における該表面の高さ位置に該第１のレーザビームを集光させ該分割予定ラインに沿って照射する。

本発明の一態様に係るウェーハの加工方法では、レーザ加工溝形成ステップにおいて、機能層に対して吸収性を有する第１のレーザビームを分割予定ラインに沿って照射する。第１のレーザビームをウェーハの表面に照射すると、ウェーハがアブレーション加工されて表面にレーザ加工溝が形成される。

ここで、第１のレーザビームが照射されるウェーハの表面の高さ位置と、第１のレーザビームの集光点の高さ位置と、の差が小さい程、高い強度でアブレーション加工が実施され、形成されるレーザ加工溝が深くなる。レーザ加工溝形成ステップでは、外周余剰領域の外周縁におけるウェーハの表面の高さ位置に第１のレーザビームを集光させるため、外周余剰領域の外周縁ではレーザ加工溝が深く形成される。

第１のレーザビームの集光点の高さを変化させずにそのまま分割予定ラインに沿って外周余剰領域の外周縁から内周縁にかけて第１のレーザビームをウェーハの表面に照射すると、該差が次第に大きくなりアブレーション加工の強度が次第に弱まり、レーザ加工溝が次第に浅くなるように形成されていく。そして、デバイス領域ではそのまま比較的浅いレーザ加工溝が形成される。

レーザ加工溝形成ステップにおいてこのようにレーザ加工溝が形成されると、レーザ加工溝の底部の高さ位置は、該レーザ加工溝の全長に渡って比較的均一となる。そのため、改質層形成ステップで形成される改質層と、レーザ加工溝と、の間の距離もまた比較的均一となる。したがって、分割予定ラインの全長にわたって同様に改質層からレーザ加工溝までクラックが伸長しやすくなる。

レーザ加工溝形成ステップでは、ウェーハと、レーザ加工ユニットと、を一定の速度で相対移動できる。このとき、第１のレーザビームの集光高さを変化させる必要もない。すなわち、レーザ加工ユニットやチャックテーブルの制御は極めて容易となり、レーザ加工装置の制御システムに変更を加えることなくウェーハを円滑に分割できる。

したがって、本発明によりレーザ加工装置の制御システムに変更を加えることなくバンプが配設されたウェーハを円滑に分割できるウェーハの加工方法が提供される。

図１（Ａ）は、表面に機能層が形成されたウェーハを模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、ウェーハの表面への保護部材の貼着を模式的に示す斜視図である。 図２（Ａ）は、研削ステップを模式的に示す断面図であり、図２（Ｂ）は、研削されたウェーハを拡大して模式的に示す断面図である。 図３（Ａ）は、ウェーハの表面からの保護部材の剥離を模式的に示す斜視図であり、図３（Ｂ）は、レーザ加工溝形成ステップを模式的に示す斜視図である。 図４（Ａ）は、レーザ加工溝形成ステップ時のレーザビームの集光位置を模式的に示す断面図であり、図４（Ｂ）は、外周余剰領域を拡大して模式的に示す断面図であり、図４（Ｃ）は、デバイス領域を拡大して模式的に示す断面図である。 表面にエキスパンドテープが貼着されたウェーハを模式的に示す斜視図である。 改質層形成ステップを模式的に示す断面図である。 ウェーハの裏面からのダイシングテープの剥離を模式的に示す斜視図である。 図８（Ａ）は、拡張装置に搬入されたウェーハを模式的に示す断面図であり、図８（Ｂ）は、拡張装置による拡張の様子を模式的に示す断面図である。 図９（Ａ）は、比較例に係る加工方法におけるレーザ加工溝形成ステップ時のレーザビームの集光位置を模式的に示す断面図であり、図９（Ｂ）は、外周余剰領域を拡大して模式的に示す断面図であり、図９（Ｃ）は、デバイス領域を拡大して模式的に示す断面図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。まず、本実施形態に係る加工方法の被加工物であるウェーハについて図１（Ａ）を用いて説明する。図１（Ａ）は、表面に機能層が形成されたウェーハを模式的に示す斜視図である。ウェーハ１は、例えば、シリコン、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、若しくは、その他の半導体等の材料、または、サファイア、ガラス、石英等の材料からなる略円板状の基板である。

ウェーハ１の表面１ａには、機能層３が積層されている。機能層３には、電気信号を伝達する配線層や、各配線層間を絶縁する層間絶縁層等の各種の層が含まれる。配線層間に形成される寄生容量を低減するために、層間絶縁層等として、例えば、誘電率の低いいわゆるＬｏｗ－ｋ膜が使用される。Ｌｏｗ－ｋ膜は、ＳｉＯＦ、ＳｉＯＢ（ボロシリケートガラス）等の無機物系の膜やポリイミド系、パラキシリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜であり、非常に脆い膜である。

ウェーハ１の表面１ａは格子状に配列された複数の分割予定ライン（ストリート）９で複数の領域に区画されており、複数の分割予定ライン９により区画された各領域にはＩＣ（Integrated circuit）等のデバイス１１が形成されている。機能層３はデバイス１１に含まれており、機能層３に含まれる各種の層はフォトリソグラフィー工程等により所定の形状に成形されて所定の機能を発揮する。最終的に、ウェーハ１が薄化され分割予定ライン９に沿って分割されることで、個々のデバイスチップが形成される。

デバイスチップの製造コストを低下させるために、ウェーハ１の表面１ａには可能な限り多くのデバイス１１が形成される。しかし、ウェーハ１とデバイス１１の形状に起因して、また、デバイスチップの製造プロセスの都合上、ウェーハ１の外周縁近傍にはデバイス１１が形成されない外周余剰領域７が配される。これに対して、外周余剰領域７に囲まれデバイス１１が形成される領域はデバイス領域５と呼ばれる。ただし、外周余剰領域７と、デバイス領域５と、の境界１５は必ずしも明瞭でない。

ウェーハ１の表面１ａには、デバイスチップの接続端子となる突出した複数のバンプ１３が形成されている。バンプ１３は、金、または銅等の金属等で形成されており、デバイス１１に電気的に接続されている。なお、バンプ１３は、ウェーハ１の表面１ａのデバイス領域５にだけ形成され、デバイス１１が形成されない外周余剰領域７には形成されない。

次に、本実施形態に係るウェーハ１の加工方法で使用される各加工装置について説明する。なお、該加工方法はこれに限定されず、下記の加工装置の一部または全部は使用されなくてもよい。

図２（Ａ）には、ウェーハ１の裏面１ｂ側を研削してウェーハ１を薄化する研削装置２が模式的に示されている。研削装置２は、被加工物であるウェーハ１を吸引保持するチャックテーブル４と、該チャックテーブル４に保持されたウェーハ１を研削加工する研削ユニット６と、を備える。

チャックテーブル４は、上面側に露出する多孔質部材（不図示）と、該多孔質部材に接続された吸引源（不図示）と、を備え、該多孔質部材の上面は、ウェーハ１を保持する保持面となる。保持面上にウェーハ１を載せ、該多孔質部材の孔を通してウェーハ１に対して吸引源により生じた負圧を作用させると、ウェーハ１はチャックテーブル４に吸引保持される。また、チャックテーブル４は、保持面に垂直な軸の周りに回転可能である。

研削ユニット６は、チャックテーブル４の保持面に垂直な方向に沿ったスピンドル１０と、該スピンドル１０の下端に配されたホイールマウント１２と、該ホイールマウント１２に装着された研削ホイール１４と、を備える。研削ホイール１４は、基台１６と、該基台１６の下面に取り付けられた研削砥石１８と、を備える。スピンドル１０を該保持面に垂直な方向の周りに回転させると、研削ホイール１４を回転できる。また、研削ユニット６は、チャックテーブル４の保持面に垂直な方向に沿って昇降可能である。

チャックテーブル４の保持面上にウェーハ１を保持し、研削ホイール１４と、チャックテーブル４と、をそれぞれ回転させ、研削ユニット６を下降させて研削砥石１８をウェーハ１に接触させると、ウェーハ１は研削加工される。

図３（Ｂ）には、第１のレーザビームをウェーハ１の表面１ａ側に照射して、アブレーション加工によりウェーハ１にレーザ加工溝１９を形成する第１のレーザ加工装置２０が模式的に示されている。第１のレーザ加工装置２０は、ウェーハ１を吸引保持するチャックテーブル２２と、該チャックテーブル２２に保持されたウェーハ１に第１のレーザビームを照射する第１のレーザ加工ユニット２４と、を備える。チャックテーブル２２は、上述の研削装置２が備えるチャックテーブル４と同様である。

第１のレーザ加工ユニット２４は、該機能層３に対して吸収性を有する波長の第１のレーザビーム２６ａを発振できる。第１のレーザビーム２６ａは、加工ヘッド２６により所定の高さ位置に集光される。第１のレーザ加工ユニット２４は、チャックテーブル２２の保持面に垂直な方向に昇降できる。第１のレーザ加工ユニット２４を昇降させると、第１のレーザビーム２６ａの集光高さを変更できる。チャックテーブル２２と、第１のレーザ加工ユニット２４と、は、該保持面に平行な方向に相対的に移動できる。

まず、第１のレーザ加工ユニット２４をウェーハ１の分割予定ライン９の延長線上で所定の高さに位置づける。そして、第１のレーザ加工ユニット２４に第１のレーザビーム２６ａを発振させながら第１のレーザ加工ユニット２４と、チャックテーブル２２と、を分割予定ライン９に沿って相対移動させる。すると、分割予定ライン９に沿ってアブレーション加工が実施される。

一つの分割予定ライン９に沿って加工を実施した後、チャックテーブル２２及び第１のレーザ加工ユニット２４を該保持面に平行かつ該分割予定ライン９に垂直な方向に相対移動させ、他の分割予定ライン９に沿って加工を実施する。一つの方向に沿った分割予定ライン９に沿って加工を実施した後、チャックテーブル２２を所定の角度で回転させ、他の方向に沿った分割予定ライン９に沿って同様に加工を実施する。すると、すべての分割予定ライン９に沿ってレーザ加工溝１９を形成できる。

図６には、第２のレーザビームをウェーハ１の裏面１ｂ側からウェーハ１の内部に集光させ、多光子吸収過程によりウェーハ１の内部に分割起点となる改質層を形成する第２のレーザ加工装置３２が模式的に示されている。第２のレーザ加工装置３２は、チャックテーブル３４と、第２のレーザ加工ユニット３６と、を備える。チャックテーブル３４は、上述の研削装置２が備えるチャックテーブル４と同様である。

第２のレーザ加工ユニット３６は、ウェーハ１に対して透過性を有する波長の第２のレーザビーム３８ａを発振できる。第２のレーザビーム３８ａは、加工ヘッド３８によりウェーハ１の内部の所定の高さ位置に集光される。第２のレーザ加工ユニット３６は、チャックテーブル３４の保持面に垂直な方向に昇降できる。第２のレーザ加工ユニット３６を昇降させると、第２のレーザビーム３８ａの集光高さを変更できる。

第２のレーザ加工ユニット３６と、チャックテーブル３４と、はチャックテーブル３４の保持面に平行な方向に相対移動できる。第２のレーザ加工装置３２では、第１のレーザ加工装置２０と同様に、ウェーハ１の各分割予定ライン９に沿って第２のレーザビーム３８ａをウェーハ１の内部に照射でき、多光子吸収過程により該分割予定ライン９に沿った改質層２７をウェーハ１の内部に形成できる。

次に、本実施形態に係るウェーハの加工方法の各ステップについて説明する。まず、研削装置２において、ウェーハ１の裏面１ｂを研削してウェーハ１を薄化する研削ステップを実施する。ウェーハ１が研削装置２に搬入される前に、ウェーハ１の表面１ａ側には、該表面１ａ側を保護する保護部材１７が貼着される。図１（Ｂ）は、ウェーハ１の表面１ａへの保護部材１７の貼着を模式的に示す斜視図である。

保護部材１７は、粘着面を有する粘着層１７ｂ（図２（Ａ）参照）と、該粘着層１７ｂを支持するフィルム状の基材層１７ａ（図２（Ａ）参照）と、を備え、粘着層１７ｂ側がウェーハ１の表面１ａ側に貼着される。例えば、基材層１７ａにはＰＯ（ポリオレフィン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン等が用いられる。また、粘着層１７ｂには、例えば、シリコーンゴム、アクリル系材料、エポキシ系材料等が用いられる。

保護部材１７が表面１ａ側に貼着されたとき、該粘着層１７ｂは該表面１ａの凹凸形状に追従して変形する。また、粘着層１７ｂは、例えば、紫外線硬化樹脂であり、保護部材１７をウェーハ１から剥離する際に該保護部材１７に紫外線を照射して粘着層１７ｂを硬化させると、剥離が容易となる。

図２（Ａ）は、研削ステップを模式的に示す断面図である。研削装置２には、表面１ａに保護部材１７が貼着されたウェーハ１を搬入する。表面１ａを下方に向け、ウェーハ１をチャックテーブル４の保持面上に該保護部材１７を介して載せ、チャックテーブル４の吸引源を作動させてチャックテーブル４にウェーハ１を吸引保持させる。すると、ウェーハ１の被研削面である裏面１ｂが上方に露出する。

次に、チャックテーブル４及び研削ホイール１４を該保持面に垂直な軸の周りに回転させながら、研削ユニット６をチャックテーブル４に向けて下降させる。すると、研削砥石１８がウェーハ１の裏面１ｂに接触して研削加工が開始される。そして、ウェーハ１が所定の厚さとなるように、研削ユニット６を所定の高さ位置に下降させる。すると、ウェーハ１が所定の厚さに薄化される。

図２（Ｂ）は、研削されたウェーハ１を拡大して模式的に示す断面図である。図２（Ｂ）では、機能層３を省略している。図２（Ｂ）に示す通り、チャックテーブル４にウェーハ１を保持させた際に、保護部材１７の粘着層１７ｂは、ウェーハ１の表面１ａ側の形状に追従して変形する。そして、ウェーハ１のデバイス領域５は、主にバンプ１３を介して該チャックテーブル４に支持される。

これに対して、外周余剰領域７にはバンプ１３が形成されていない。該粘着層１７ｂはバンプ１３よりも柔軟性が高く、ウェーハ１を支持する能力が弱い。そのため、チャックテーブル４の上にウェーハ１が置かれたとき、デバイス領域５に対して外周余剰領域７が垂れ下がった状態となる。外周余剰領域７が垂れ下がった状態でウェーハ１の裏面１ｂ側が研削されると、図２（Ｂ）に示す通り、研削後のウェーハ１の厚さは外周余剰領域７の内周縁から外周縁に向かって厚くなる。

本実施形態に係る加工方法では、次に、レーザ加工溝形成ステップを実施する。レーザ加工溝形成ステップは、上述の第１のレーザ加工装置２０で実施される。なお、ウェーハ１が第１のレーザ加工装置２０に搬入される前に、ウェーハ１の表面１ａ側に貼着されていた保護部材１７を予め剥離する。

図３（Ａ）は、ウェーハ１の表面１ａからの保護部材１７の剥離を模式的に示す斜視図である。保護部材１７に紫外線硬化樹脂が使用されている場合、紫外線を照射し該保護部材１７を硬化させると剥離が容易となる。また、図３（Ａ）に示す通り、ウェーハ１の裏面１ｂ側にはダイシングテープ２１が貼着される。該ダイシングテープ２１は、保護部材１７と同様に構成される。

図３（Ｂ）は、レーザ加工溝形成ステップを模式的に示す斜視図である。表面１ａを上方に向けた状態のウェーハ１を第１のレーザ加工装置２０のチャックテーブル２２の保持面上に載せ、チャックテーブル２２にウェーハ１を吸引保持させる。すると、ウェーハ１の被加工面である表面１ａが上方に露出する。そして、第１のレーザ加工ユニット２４のカメラ２８を用いて、ウェーハ１の表面１ａの分割予定ライン９を捉えて、チャックテーブル４と、第１のレーザ加工ユニット２４と、の相対位置を調整する。

次に、機能層３に対して吸収性を有する波長の第１のレーザビーム２６ａを分割予定ライン９に沿ってウェーハ１の表面１ａに照射する。すると、機能層３がアブレーション加工されて除去され、機能層３を分断するレーザ加工溝１９がウェーハ１の表面１ａに形成される。図４（Ａ）には、レーザ加工溝形成ステップ後のウェーハ１が模式的に示されている。図４（Ａ）に示す通り、レーザ加工溝形成ステップを実施すると、ウェーハ１の表面１ａ側には、レーザ加工溝１９が形成される。

図４（Ａ）は、第１のレーザビーム２６ａの集光位置を模式的に示す断面図であり、図４（Ｂ）は、外周余剰領域７を拡大して模式的に示す断面図である。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）には、外周余剰領域７の外周縁近傍に第１のレーザビーム２６ａを照射する際の加工ヘッド２６の高さ位置が示されている。レーザ加工溝形成ステップを実施する際には、第１のレーザビーム２６ａの集光点３０が外周余剰領域７の外周縁における表面１ａの高さ位置に合うように第１のレーザ加工ユニット２４の高さを設定する。

図４（Ｃ）は、デバイス領域５を拡大して模式的に示す断面図である。図４（Ａ）及び図４（Ｃ）には、デバイス領域５に第１のレーザビーム２６ａを照射する際の加工ヘッド２６の高さ位置が示されている。アブレーション加工を実施する間、加工ヘッド２６の高さ位置は維持される。そのため、ウェーハ１のデバイス領域５でアブレーション加工を実施する際に、第１のレーザビーム２６ａの集光点３０は、ウェーハ１の表面１ａの高さ位置からずれた高さ位置に配されることとなる。

ウェーハ１の表面１ａの高さ位置と、第１のレーザビーム２６ａの集光点３０の高さ位置と、の差が小さい程、高い強度でアブレーション加工が実施され、形成されるレーザ加工溝１９が深くなる。このため、レーザ加工溝形成ステップでは、外周余剰領域７の外周縁では深いレーザ加工溝１９が形成され、該外周縁から内周縁に近づくにつれ形成されるレーザ加工溝１９が浅くなる。そして、デバイス領域５では、浅いレーザ加工溝１９が形成される。

したがって、レーザ加工溝形成ステップを実施すると、レーザ加工溝１９の形成箇所におけるウェーハ１の厚さに応じた深さのレーザ加工溝１９が形成される。そのため、レーザ加工溝１９の底部の高さ位置は、その全長にわたって同様の高さ位置となる。

本実施形態に係る加工方法では、次に、改質層形成ステップを実施する。改質層形成ステップは、上述の第２のレーザ加工装置３２で実施される。なお、ウェーハ１を第２のレーザ加工装置３２に搬入する前に、ウェーハ１の表面１ａ側にエキスパンドテープを予め貼着する。

図５は、ウェーハ１の表面１ａ側へのエキスパンドテープ２３の貼着を模式的に示す斜視図である。エキスパンドテープ２３は、例えば、外周部が環状のフレーム２５に貼着され、フレーム２５の開口の内側でウェーハ１の表面１ａに貼着される。なお、エキスパンドテープ２３は、例えば、上述の保護部材１７と同様に構成される。また、環状のフレーム２５は、金属等の材料でなる。

ウェーハ１は、エキスパンドテープ２３と、フレーム２５と、と一体となったフレームユニット３３の状態で第２のレーザ加工装置３２に搬入される。図６は、改質層形成ステップを模式的に示す断面図である。表面１ａ側を下方に向け、ウェーハ１をエキスパンドテープ２３を介してチャックテーブル３４の保持面上に載せ、チャックテーブル３４にウェーハ１を吸引保持させる。すると、ウェーハ１の第２のレーザビーム３８ａの被照射面である裏面１ｂ側が上方に向く。

次に、ウェーハ１に対して透過性を有する波長の第２のレーザビーム３８ａを該ダイシングテープ２１を介して分割予定ライン９に沿ってウェーハ１の所定の高さ位置に集光する。すると、第２のレーザビーム３８ａの集光点４０の近傍では、多光子吸収過程により改質層２７が形成される。

なお、ダイシングテープ２１は、第２のレーザビーム３８ａの照射前に予め剥離されていてもよい。この場合、第２のレーザビーム３８ａは、ダイシングテープ２１を介さずにウェーハ１に照射される。

改質層２７は、ウェーハ１を分割する際の分割起点となる。すなわち、ウェーハ１に外力を加える等して該改質層２７からレーザ加工溝１９の底部にクラックを伸長させると、ウェーハ１を分割予定ライン９に沿って分割できる。なお、該クラックは、改質層２７の形成と同時に伸長してもよい。ここで、レーザ加工溝１９の底部の高さ位置は、上述の通りその全長にわたって同様の高さとなる。すなわち、該レーザ加工溝１９の底部と、改質層２７と、の距離は、分割予定ライン９のいずれの箇所においても同様となる。

改質層２７からレーザ加工溝１９へクラックを伸長させる際は、改質層２７と、レーザ加工溝１９と、の距離に応じてその伸長の様子が変化する。そして、該距離が大きくなる程クラックが適切に伸長しにくくなり、ウェーハ１が破断されにくくなる。

ここで、比較のために、レーザ加工溝１９の底部の高さ位置が全長にわたって同様とはならない比較例に係る加工方法について説明する。図９（Ａ）は、該比較例に係る加工方法における第１のレーザビーム２６ａの集光位置を模式的に示す断面図であり、図９（Ｂ）は、外周余剰領域を拡大して模式的に示す断面図であり、図９（Ｃ）は、デバイス領域を拡大して模式的に示す断面図である。

該比較例に係る加工方法では、レーザ加工溝形成ステップを実施する際に、図９（Ｃ）に示す通り、第１のレーザ加工装置２０において第１のレーザビーム２６ａの集光点３０を、デバイス領域５におけるウェーハ１の表面１ａの高さ位置に合わせる。

この場合、デバイス領域５では、第１のレーザビーム２６ａの集光点３０がウェーハ１の表面の高さ位置に位置付けられるため、強い強度でアブレーション加工が実施され、比較的深いレーザ加工溝１９が形成される。その一方で、図９（Ｂ）に示す通り、外周余剰領域７では、第１のレーザビーム２６ａの集光点３０の高さ位置と、ウェーハ１の表面１ａの高さ位置と、の差が大きく、弱い強度でアブレーション加工が実施され、比較的浅いレーザ加工溝１９が形成される。

外周余剰領域７では、ウェーハ１の厚さはデバイス５におけるウェーハ１の厚さよりも大きい上、形成されるレーザ加工溝１９が浅くなる。そのため、図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）に示す通り、レーザ加工溝１９の底部の高さ位置は、その全長にわたって同様とはならない。したがって、その後、改質層形成ステップを実施してウェーハ１の内部に改質層２７を形成したとき、改質層２７と、レーザ加工溝１９の底部と、の距離が分割予定ラインの全長にわたって同様とはならない。

特に、外周余剰領域７の内周縁から外周縁にかけて該距離が大きく変化する。よって、外周余剰領域７の外周縁付近では、改質層２７からレーザ加工溝１９にクラックを適切に伸長させにくく、ウェーハ１を分割予定ライン９に沿って分割するとき、外周余剰領域７の外周縁近傍では、適切にウェーハ１が破断されにくくなる。

これに対して、本実施形態に係る加工方法では、改質層２７と、レーザ加工溝１９と、の距離はその全長にわたって同様となるため、外周余剰領域７の外周縁近傍を含めウェーハ１は適切に破断される。しかも、レーザ加工溝形成ステップにおいて、第１のレーザ加工ユニット２４と、チャックテーブル２２と、の相対速度をアブレーション加工の実施中に変化させる必要もない。したがって、レーザ加工装置の制御システムに変更を加えることなくバンプ１３が配設されたウェーハ１を円滑に分割できる。

改質層形成ステップを実施した後、ウェーハ１を分割して個々のデバイチップを形成するためにエキスパンドテープ２３を拡張する。エキスパンドテープ２３を拡張する際は、図７に示す通り、ウェーハ１の裏面１ｂ側からダイシングテープ２１を剥離する。そして、ウェーハ１を含むフレームユニット３３を拡張装置に搬入する。

図８（Ａ）は、拡張装置に搬入されたウェーハを模式的に示す断面図であり、図８（Ｂ）は、拡張装置による拡張の様子を模式的に示す断面図である。拡張装置４２の構成について説明する。該拡張装置４２は、円筒状の拡張ドラム４４と、該拡張ドラム４４を外周側から囲むフレーム保持ユニット４６と、を備える。

該拡張ドラム４４は、エキスパンドテープ２３に接触する上面を備える押上部５４と、該押上部５４を下方から支持するロッド５０と、該ロッド５０を昇降させるエアシリンダ５２と、を備える。エアシリンダ５２を作動させると、押上部５４をフレームユニット搬入位置５６と、拡張位置５８と、の間で昇降できる。フレーム保持ユニット４６は、フレームユニット３３のフレーム２５を把持するクランプ４８を備える。

フレームユニット３３を拡張装置４２に搬入する際には、図８（Ａ）に示す通り、押上部５４をフレームユニット搬入位置５６に配し、該押上部５４の上にフレームユニット３３を載せる。そして、クランプ４８にフレーム２５を把持させる。

次に、図８（Ｂ）に示す通り、エアシリンダ５２を作動させて押上部５４を拡張位置５８まで上昇させる。すると、エキスパンドテープ２３が径方向外側に拡張される。すると、ウェーハ１が分割されて形成される各デバイスチップ３１の間隔が広がり、各デバイスチップ３１をピックアップしやすくなる。

以上により、Ｌｏｗ－ｋ膜を含む機能層３が形成されたウェーハ１を円滑に分割して個々のデバイスチップ３１を形成できる。

なお、本発明は上記実施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、本発明の一態様は、レーザ加工溝形成ステップで形成されるレーザ加工溝１９の底部が分割予定ライン９の全長にわたって同様の高さ位置となる場合に限定されない。第１のレーザ加工装置２０における第１のレーザビーム２６ａの照射条件次第では、形成されるレーザ加工溝１９の底部は、分割予定ライン９の全長にわたって同様の高さ位置とならない場合がある。

その場合においても、例えば、外周余剰領域７の内周縁から外周縁にかけて、ウェーハ１の厚さの変化よりも、レーザ加工溝形成ステップで形成されるレーザ加工溝１９の底部の高さの変化が小さければ、本発明の効果が享受されうる。すなわち、外周余剰領域７におけるウェーハ１をより円滑に分割できる。

さらに、上記実施形態では、レーザ加工溝形成ステップにおいて、第１のレーザビーム２６ａの集光点３０を外周余剰領域７におけるウェーハ１の表面１ａの高さに配したが、本発明の一態様はこれに限定されない。例えば、該集光点３０は、該外周余剰領域７におけるウェーハ１の表面１ａの高さよりも高い位置に配されてもよい。

この場合においても、レーザ加工溝形成ステップで実施されるアブレーション加工は、外周余剰領域７の内周縁から外周縁に近づくにつれ強度が高くなるため、形成されるレーザ加工溝１９は該内周縁から該外周縁に近づくにつれ深くなる。

なお、レーザ加工溝形成ステップでは、外周余剰領域７の外周縁におけるウェーハ１の表面１ａの高さ位置に集光させて第１のレーザビーム２６ａを照射すると、デバイス領域５では十分な深さのレーザ加工溝１９が形成されない場合がある。これは、デバイス領域５では、集光点３０と、ウェーハ１の表面１ａと、の距離が大きくなりすぎる等の理由により、アブレーション加工の強度が不十分となるためである。

そこで、外周余剰領域７の外周縁におけるウェーハ１の表面１ａの高さ位置に集光させて第１のレーザビーム２６ａを照射する前又は後に、さらにデバイス領域５における該表面１ａの高さ位置に集光させて第１のレーザビーム２６ａを照射してもよい。すなわち、レーザ加工溝形成ステップでは、集光位置の高さを変えて第１のレーザビーム２６ａを複数回照射することにより、底部の高さが均一なレーザ加工溝１９を形成してもよい。

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。

１ ウェーハ
１ａ 表面
１ｂ 裏面
３ 機能層
５ デバイス領域
７ 外周余剰領域
９ 分割予定ライン
１１ デバイス
１３ バンプ
１５ 境界
１７ 保護部材
１７ａ 基材
１７ｂ 粘着層
１９ レーザ加工溝
２１ ダイシングテープ
２３ エキスパンドテープ
２５ フレーム
２７ 改質層
２９ クラック
３１ デバイスチップ
３３ フレームユニット
２ 研削装置
４，２２，３４ チャックテーブル
６ 研削ユニット
１０ スピンドル
１２ マウント
１４ 研削ホイール
１６ 基台
１８ 研削砥石
２０，３２ レーザ加工装置
２４，３６ レーザ加工ユニット
２６，３８ 加工ヘッド
２６ａ，３８ａ レーザビーム
２８ カメラユニット
３０，４０ 集光点
４２ 拡張装置
４４ 拡張ドラム
４６ フレーム保持ユニット
４８ クランプ
５０ ロッド
５２ エアシリンダ
５４ 押上部
５６ フレームユニット搬入位置
５８ 拡張位置

Claims (2)

1. 機能層が表面に積層され、該機能層を含む複数の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、を該表面に備え、交差する複数の分割予定ラインが複数の該デバイスを区画するように該表面側に設定され、各デバイスにそれぞれ電気的に接続する複数のバンプが該表面側に配設されたウェーハを該分割予定ラインに沿って該機能層ごと加工する加工方法であって、
   チャックテーブルを備える研削装置において、該表面を下方に向けた状態で該チャックテーブルに該ウェーハを保持させ、該ウェーハの裏面を研削して該ウェーハを薄化する研削ステップと、
   該研削ステップを実施した後、該機能層に対して吸収性を有する波長の第１のレーザビームを該ウェーハの該表面に照射し、レーザ加工溝を形成して該機能層を分断するレーザ加工溝形成ステップと、
   該レーザ加工溝形成ステップを実施した後、該ウェーハに対して透過性を有する波長の第２のレーザビームを該ウェーハの裏面側から該分割予定ラインに沿って所定の深さ位置に集光し、該ウェーハの内部に該ウェーハの分割起点となる改質層を形成する改質層形成ステップと、を備え、
   該研削ステップでは、該チャックテーブルに該ウェーハを保持させた際に、該ウェーハの該デバイス領域が該バンプを介して該チャックテーブルに支持され、その後、研削ユニットにより裏面側から研削されることにより該外周余剰領域の内周縁から外周縁に向かって該ウェーハの厚みが厚くなり、
   該レーザ加工溝形成ステップでは、該外周余剰領域の該外周縁における該表面の高さ位置であり、かつ、該デバイス領域における該表面の高さ位置とはずれた高さ位置に該第１のレーザビームを集光させ該分割予定ラインに沿って照射し、該外周余剰領域において該内周縁から該外周縁に近づくにつれ深くなる該レーザ加工溝を形成することを特徴とするウェーハの加工方法。
2. 該レーザ加工溝形成ステップでは、該外周余剰領域の該外周縁における該表面の高さ位置であり、かつ、該デバイス領域における該表面の高さ位置とはずれた高さ位置に該第１のレーザビームを集光させ該分割予定ラインに沿って照射する前又は後に、さらに、該ウェーハの該デバイス領域における該表面の高さ位置に該第１のレーザビームを集光させ該分割予定ラインに沿って照射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。

Images