JP7080555B2

JP7080555B2 - ウエーハの加工方法

Info

Publication number: JP7080555B2
Application number: JP2018049518A
Authority: JP
Inventors: 圭田中
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2022-06-06
Anticipated expiration: 2038-03-16
Also published as: JP2019161166A

Description

本発明は、半導体ウエーハ、光デバイスウエーハ等のウエーハを個々のチップに分割するウエーハの加工方法に関する。

近年、半導体ウエーハ又は光デバイスウエーハ等のウエーハの分割方法として、分割予定ラインに沿ってウエーハの内部に改質層を形成し、その後ウエーハに外力を付与して改質層を分割起点にウエーハを個々のチップに分割する所謂ステルスダイシングと称される技術が知られている（例えば、特許第３４０８８０５号公報参照）。

ステルスダイシングでは、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザービームを、その集光点をウエーハ内部に位置付けてウエーハに照射し、ウエーハを保持するチャックテーブルを加工送りすることによりレーザービームの集光点を分割予定ラインに沿って移動してウエーハ内部に改質層を形成する。

ウエーハ内部に改質層を形成した後、ブレーキング装置又はエキスパンド装置等によってウエーハに外力を付与することにより、強度が低下した改質層が分割起点となってウエーハが個々のデバイスチップに分割される。

一般に、ウエーハの表面側には複数のデバイスが形成されており、ウエーハの表面側からウエーハの内部にレーザービームの集光点を位置付けてレーザービームをウエーハに照射すると、集光レンズで集光されたレーザービームの外周部分がデバイスに当たってしまう恐れがあるという問題がある。

レーザービームがデバイスに当たってしまうと、デバイスが損傷するだけでなく、ウエーハの深い位置へのレーザー加工ができなくなってしまい安定的にウエーハをチップに分割できなくなるため、ウエーハの裏面側からレーザービームを照射してウエーハの内部に改質層を形成するのが一般的である。

この場合、ウエーハの表面側をダイシングテープに貼着し、ダイシングテープの外周部を環状フレームに貼着してフレームユニットを形成し、レーザー加工装置のチャックテーブルでダイシングテープを介してフレームユニットのウエーハを吸引保持し、ウエーハの裏面側からレーザービームを照射する加工方法がよく使用されている（例えば、特開２００４－１７９３０２号公報参照）。

特許第３４０８８０５号公報特開２００４－１７９３０２号公報

しかし、ウエーハの裏面側からレーザービームを照射してウエーハ内部に改質層を形成し、その後外力を付与してウエーハを個々のチップに分割する従来の方法では、チップを裏面側からピックアップする必要があるため、後のハンドリングでチップの表裏を反転する必要があり、余分な工程を付加する必要があるという課題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ウエーハに形成されたデバイスにダメージを与えることなく、ウエーハの表面側からレーザービームを照射してウエーハ内部に改質層を形成し、ウエーハを安定的に個々のチップに分割できるウエーハの加工方法を提供することである。

本発明によると、交差する複数の分割予定ラインにより区画された各領域にそれぞれデバイスが形成されたウエーハに対して透過性波長のレーザービームを照射して、ウエーハを該分割予定ラインに沿ってチップに分割するウエーハの加工方法であって、該ウエーハの表面側の該分割予定ラインに対応する領域のみに、空気より大きくウエーハより小さい屈折率を有する材料で、レーザービームの屈折率を変化させる屈折率変化層を形成する屈折率変化層形成ステップと、該屈折率変化層形成ステップで形成した該屈折率変化層を介してウエーハの表面側からレーザービームを照射し、該屈折率変化層を通過しウエーハの内部に集光させた集光点と該ウエーハとを該分割予定ラインに沿って相対移動させて、ウエーハの内部に該分割予定ラインに沿った改質層を形成する改質層形成ステップと、該改質層形成ステップを実施した後、該ウエーハに外力を付与して、該改質層形成ステップで形成した該改質層を分割起点にウエーハを該分割予定ラインに沿って個々のチップに分割する分割ステップと、を備えたことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。

本発明によると、空気よりも大きくウエーハよりも小さな屈折率を有する屈折率変化層を介してウエーハにレーザービームが照射されるため、レーザービームは屈折率変化層で屈折してからウエーハの基板部分で更に屈折するため、ウエーハの内部のより深い位置にレーザービームを集光することができる。

これにより、レーザービームを集光する集光レンズをウエーハ上面から従来よりも遠い位置に離すことができるので、レーザービームがウエーハの表面に形成されたデバイスに悪影響を及ぼす可能性が低減される。

レーザー加工装置の斜視図である。ウエーハをダイシングテープを介して環状フレームで支持したフレームユニットの斜視図である。図３（Ａ）は溶液の塗布により屈折率変化層を形成する実施形態の斜視図、図３（Ｂ）はテープの貼着により屈折率変化層を形成する実施形態の斜視図である。図４（Ａ）は従来の方法でウエーハの表面側からレーザービームを照射してウエーハ内部に改質層を形成する場合の模式的断面図、図４（Ｂ）はウエーハの表面側からレーザービームを照射してウエーハ内部に改質層を形成する本発明実施形態の模式的断面図である。本発明実施形態の分割ステップを示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１はレーザー加工装置２の概略構成図を示している。レーザー加工装置２は、静止基台４上に搭載されたＹ軸方向に伸長する一対のガイドレール６を含んでいる。

Ｙ軸移動ブロック８は、ボールねじ１０及びパルスモータ１２とから構成されるＹ軸送り機構（Ｙ軸送り手段）１４により割り出し送り方向、即ちＹ軸方向に移動される。Ｙ軸移動ブロック８上には、Ｘ軸方向に伸長する一対のガイドレール１６が固定されている。

Ｘ軸移動ブロック１８は、ボールねじ２０及びパルスモータ２２とから構成されるＸ軸送り機構（Ｘ軸送り手段）２８により、ガイドレール１６に案内されて加工送り方向、即ちＸ軸方向に移動される。

Ｘ軸移動ブロック１８上には円筒状支持部材３０を介してチャックテーブル２４が搭載されている。チャックテーブル２４には、図２に示す環状フレームＦをクランプする複数（本実施形態では４個）のクランプ２６が配設されている。

ベース４の後方にはコラム３２が立設されている。コラム３２には、レーザービーム照射ユニット３４のケーシング３６が固定されている。ケーシング３６中には、ＹＡＧレーザー発振器等を含んだレーザービーム発振手段が収容されており、ケーシング３６の先端にはレーザービームを加工すべきウエーハ上に集光する集光器（レーザーヘッド）３８が装着されている。

レーザービーム照射ユニット３４のケーシング３６の先端には、チャックテーブル２４に保持されたウエーハ１１を撮像する撮像ユニット４０が装着されている。集光器３８と撮像ユニット４０はＸ軸方向に整列して配設されている。

図２に示すように、レーザー加工装置２の加工対象である半導体ウエーハ１１の表面１１ａにおいては、複数のストリート１３が格子状に形成されており、直交するストリート１３によって区画された各領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。

ウエーハ１１は粘着テープであるダイシングテープＴに貼着され、ダイシングテープＴの外周部は環状フレームＦに貼着されている。即ち、粘着テープ（ダイシングテープ）Ｔを介して環状フレームＦの開口にウエーハ１１が固定されてフレームユニット１７が形成される。

図３（Ａ）を参照すると、溶液の塗布により屈折率変化層を形成する実施形態の斜視図が示されている。本実施形態では、フレームユニット１７のウエーハ１１がダイシングテープＴを介してスピンナテーブル４２上に吸引保持されている。

スピンナテーブル４２を回転しながらウエーハ１１の表面１１ａ上に供給ノズル４４から屈折率変化層を形成する溶液４６を供給し、ウエーハ１１の表面１１ａ全面に溶液４６をスピンコーティングする。スピンコーティングされた溶液４６を乾燥させることにより、ウエーハ１１の表面１１ａに屈折率変化層を形成する。

屈折率変化層を形成する溶液４６の例としては、保護マックス（ＨＯＧＯＭＡＸ）（株式会社ディスコの商品名、登録商標）、オリーブオイル、米油、ポリイミド、ポリビニルアルコール等の液状樹脂が挙げられる。

ウエーハ１１の表面１１ａ全面に溶液４６を塗布する実施形態に替えて、分割予定ライン１３に対応する領域に細長い開口を有し、各デバイス１５部分を遮蔽する図示しないマスクをウエーハ１１の表面１１ａ上に載置してから、溶液４６を供給ノズル４４から供給した後、マスクを除去することにより、ウエーハ１１の分割予定ライン１３に対応する領域のみ屈折率変化層を形成することもできる。

分割予定ライン１３上にのみ屈折率変化層を形成する他の実施形態としては、ウエーハ１１の表面１１ａ上にデバイス１５部分を覆う上述したマスクをかぶせて、分割予定ライン１３上にのみＳｉＯ_２等からなる屈折率変化層を成膜するようにしてもよい。

図３（Ｂ）を参照すると、テープ５０の貼着により屈折率変化層を形成する実施形態の斜視図が示されている。テープ５０はポリオレフィン、ポリイミド等の合成樹脂から形成されており、テープ５０をウエーハ１１の表面１１ａ上に貼着することにより、テープ５０を屈折率変化層として利用する。

屈折率変化層を溶液の塗布により形成する場合及びテープ５０の貼着により形成する場合の何れにおいても、屈折率変化層の屈折率は空気より大きくウエーハ１１より小さい必要があり、好ましくは、屈折率変化層の屈折率はウエーハ１１の屈折率に近い方がよい。

図４（Ａ）を参照すると、分割予定ライン１３上に屈折率変化層を形成しない従来の方法で、ウエーハ１１の表面１１ａ側からレーザービームＬＢを照射してウエーハ１１の内部に集光点Ｐを形成する場合の模式的断面図が示されている。

ウエーハ１１はシリコンウエーハであり、シリコン基板９上に複数の分割予定ライン１３及び複数のデバイス１５を画成する機能層がフォトリソグラフィーにより成膜されている。

デバイス１５部分のみならず分割予定ライン１３上にも複数の導体層を絶縁する複数の層間絶縁膜が積層されているが、説明の都合上、分割予定ライン１３部分の層間絶縁膜は省略されている。分割予定ライン１３とデバイス１５との段差は約１５μｍである。

図４（Ａ）に示す従来方法では、集光レンズ５２でレーザービームＬＢを集光してシリコン基板９内部の比較的深い部分に集光点Ｐを形成するためには、集光レンズ５２をウエーハ１１のデバイス１５が形成されている表面１１ａに非常に近付け、ウエーハ１１の表面１１ａと集光レンズ５２との間の距離Ｔ１を非常に小さくする必要があるが、集光レンズ５２で集光されるレーザービームＬＢの外周部分がデバイス１５に当たってしまい、デバイス１５を損傷させる恐れがあるという問題がある。従って、従来は、レーザービームＬＢをウエーハ１１の裏面１１ｂ側から入射させる必要があった。

図４（Ｂ）は本発明実施形態の模式的断面図を示している。図４（Ｂ）に示す実施形態でも、図４（Ａ）に示した実施形態と同様に、分割予定ライン１３に対応する部分の層間絶縁膜は省略されている。

本実施形態では、分割予定ライン１３上にのみ屈折率変化層４８が形成されている。本実施形態では、屈折率変化層４８はＳｉＯ_２から形成され、その厚みは約５μｍである。照射するレーザービームＬＢの波長を１３００ｎｍとすると、シリコン基板９の屈折率は３．５７であり、ＳｉＯ_２からなる屈折率変化層４８の屈折率は１．４５となる。

本実施形態では、集光レンズ５２で集光されるレーザービームＬＢは屈折率変化層４８の表面で一度屈折され、更にシリコン基板９の上面で屈折されるため、ウエーハ１１の表面１１ａと集光レンズ５２との間の距離Ｔ２を比較的大きくとっても、レーザービームＬＢの集光点Ｐをシリコン基板９の比較的深い位置に形成することができる。従って、レーザービームＬＢの外周部分がデバイス１５に当たることが回避され、デバイス１５の損傷を未然に防止することができる。

特に図示しないが、ウエーハ１１の分割予定ライン１３部分のみでなく、ウエーハ１１の表面１１ａ全面に屈折率変化層を形成する実施形態においても、ウエーハ１１の表面１１ａと集光レンズ５２との間の距離Ｔ２を比較的大きくとっても、集光レンズ５２で集光するレーザービームの集光点Ｐをシリコン基板９の比較的深い部分に形成することが出来る。

本実施形態では、ＳｉＯ_２からなる屈折率変化層４８を介してウエーハ１１の表面１１ａ側からウエーハ１１に対して透過性を有する波長のレーザービームＬＢを、その集光点Ｐをウエーハ１１の内部に位置付けて照射し、ウエーハ１１を吸引保持したチャックテーブル２４を図１でＸ軸方向に加工送りすることにより、ウエーハ１１の内部に改質層１９（図５（Ａ）参照）を形成する。

チャックテーブル２４を分割予定ライン１３のピッチずつＹ軸方向に割り出し送りしながら、第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３に沿って同様な改質層１９を形成する。次いで、チャックテーブル２４を９０°回転してから、第１の方向に直交する第２の方向に伸長する分割予定ライン１３に沿って同様な改質層１９を形成する。

改質層形成ステップでのレーザー加工条件は、例えば以下のように設定される。
光源：ＹＡＧパルスレーザー又はＹＶＯ４パルスレーザー
波長：１０６４ｎｍ
平均出力：０．４Ｗ
繰り返し周波数：９０ｋＨｚ
加工送り速度：３５０ｍｍ／ｓ

改質層形成ステップを実施した後、ウエーハ１１を個々のチップに分割する分割ステップを実施する。分割ステップでは、図５（Ａ）に示すように、エキスパンド装置５６の外筒５８上にフレームユニット１７の環状フレームＦを載置し、クランプ６２で環状フレームＦをクランプして固定する。この時、外筒５８の上面は拡張ドラム６０の上端と略同一位置となっている。

次いで、図５（Ｂ）に示すように、拡張ドラム６０を図示しないエアシリンダ等の駆動手段により上方に突き上げると、ダイシングテープＴは拡張ドラム６０の上端縁に当接して主に半径方向に拡張される。

その結果、ダイシングテープＴに貼着されているウエーハ１１には放射状に引っ張り力が作用する。このようにウエーハ１１に放射状に引っ張り力が作用すると、分割予定ライン１３は改質層１９が形成されることにより強度が低下しているので改質層１９が分割起点となってウエーハ１１は分割予定ライン１３に沿って破断され、個々のデバイスチップ２１に分割される。

９シリコン基板
１１シリコンウエーハ
１３分割予定ライン
１５デバイス
１７フレームユニット
１９改質層
２１デバイスチップ
２４チャックテーブル
３８集光器
４８屈折率変化層
５２集光レンズ
５６エキスパンド装置
６０突き上げドラム

Claims

交差する複数の分割予定ラインにより区画された各領域にそれぞれデバイスが形成されたウエーハに対して透過性波長のレーザービームを照射して、ウエーハを該分割予定ラインに沿ってチップに分割するウエーハの加工方法であって、
該ウエーハの表面側の該分割予定ラインに対応する領域のみに、空気より大きくウエーハより小さい屈折率を有する材料で、レーザービームの屈折率を変化させる屈折率変化層を形成する屈折率変化層形成ステップと、
該屈折率変化層形成ステップで形成した該屈折率変化層を介してウエーハの表面側からレーザービームを照射し、該屈折率変化層を通過しウエーハの内部に集光させた集光点と該ウエーハとを該分割予定ラインに沿って相対移動させて、ウエーハの内部に該分割予定ラインに沿った改質層を形成する改質層形成ステップと、
該改質層形成ステップを実施した後、該ウエーハに外力を付与して、該改質層形成ステップで形成した該改質層を分割起点にウエーハを該分割予定ラインに沿って個々のチップに分割する分割ステップと、
を備えたことを特徴とするウエーハの加工方法。