JP7154860B2 - ウエーハの加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体基板の表面にデバイス層が積層されたウエーハを、個々のデバイスチップに分割するウエーハの加工方法に関する。
IC、LSI等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され半導体基板の表面に形成されたウエーハは、ダイシング装置、レーザー加工装置等によって個々のデバイスチップに分割され、携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。
ダイシング装置は、切削ブレードを回転可能に備えた切削手段によって、ウエーハの表面に形成された分割予定ラインに沿ってウエーハを切削して、ウエーハを精度よく個々のデバイスチップに分割する(例えば、特許文献1を参照。)。
レーザー加工装置は、半導体基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を分割予定ラインに対応する領域の内部に位置付けて照射して、分割予定ラインに沿ってウエーハの内部に改質層を連続して形成する(例えば、特許文献2を参照。)。
レーザー加工装置によって改質層を形成した後にウエーハを個々のデバイスチップに分割する際には、ウエーハの表面に保護部材を配設してチャックテーブルに保持し、ウエーハの裏面を研削してウエーハを薄化すると共に分割予定ライン対応する半導体基板の内部に形成された改質層からクラックをウエーハの表面側に成長させてウエーハを個々のデバイスチップに分割する(例えば、特許文献3を参照。)。
特開2010-050214号公報 特許第3408805号公報 特許第4358762号公報
上記したダイシング装置によってウエーハを切削して個々にデバイスに分割する場合、分割されたデバイスチップの抗折強度が低下するという問題がある。また、上記したレーザー加工装置によって分割予定ラインの内部に沿って改質層を形成し、ウエーハの裏面を研削すると共にクラックを生じさせて個々のデバイスチップに分割する場合、ダイシングによって分割する場合に比して、デバイスチップの抗折強度は向上するものの、半導体基板の表面に積層されたデバイス層が20~30μmと比較的厚く形成されている場合には、半導体基板から延びるクラックがデバイス層の表面に到達せず部分的に分割されない領域が生じてしまうという問題がある。さらに、改質層を起点として形成されるクラックを無理にデバイス層の表面に到達させようとして研削を強化すると、個々に分割されるデバイスチップが歪(いびつ)な形状となり、品質が低下するという問題がある。
本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、デバイスチップの抗折強度を確保しながら、デバイスチップの形状が歪にならないウエーハの加工方法を提供することにある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、半導体基板の表面にデバイス層が積層され複数のデバイスが分割予定ラインによって区画されて形成された表面を有するウエーハを個々のデバイスチップに分割するウエーハの加工方法であって、ウエーハの表面に切削ブレードを位置付けて分割予定ラインに積層されたデバイス層の一部を残す切込み深さで切削して切削溝を形成する切削溝形成工程と、ウエーハの裏面から半導体基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を分割予定ラインに対応する半導体基板の内部に位置付けて照射し、分割予定ラインに沿って改質層を連続して形成する改質層形成工程と、該改質層形成工程の前、又は後にウエーハの表面に保護部材を配設する保護部材配設工程と、該ウエーハの保護部材側をチャックテーブルに保持し、ウエーハの裏面を研削してウエーハを薄化すると共に、分割予定ラインの内部に形成された改質層からクラックを表面側に成長させてウエーハを個々のデバイスチップに分割する分割工程と、から少なくとも構成されるウエーハの加工方法が提供される。
さらに、該分割工程の後、ウエーハの裏面にダイシングテープを貼着すると共に、ウエーハを収容する開口を有するフレームでダイシングテープを介してウエーハを支持すると共に、ウエーハの表面から保護部材を剥離するフレーム支持工程を実施することができ、また、該フレーム支持工程の後、該ダイシングテープを拡張し、デバイスチップの間隔を広げデバイスチップをピックアップするピックアップ工程を実施することができる。
本発明のウエーハの加工方法は、ウエーハの表面に切削ブレードを位置付けて分割予定ラインに積層されたデバイス層の一部を残す切込み深さで切削して切削溝を形成する切削溝形成工程と、ウエーハの裏面から半導体基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を分割予定ラインに対応する半導体基板の内部に位置付けて照射し、分割予定ラインに沿って改質層を連続して形成する改質層形成工程と、該改質層形成工程の前、又は後にウエーハの表面に保護部材を配設する保護部材配設工程と、該ウエーハの保護部材側をチャックテーブルに保持し、ウエーハの裏面を研削してウエーハを薄化すると共に、分割予定ラインの内部に形成された改質層からクラックを表面側に成長させてウエーハを個々のデバイスチップに分割する分割工程と、から少なくとも構成されることから、デバイスチップの抗折強度が向上する。また、切削ブレードによってデバイス層を切削して切削溝を形成するので、分割工程において、改質層から成長するクラックがウエーハの表面に形成された切削溝に導かれて、ウエーハが確実にデバイスチップに分割されると共に、デバイスチップの形状は、切削溝に倣って形成されることから、歪な形状にならず、品質の低下を招くことがない。
切削溝形成工程を実施するに際し、ウエーハを切削装置の保持テーブルに保持する態様を示す斜視図である。 切削溝形成工程の実施態様を示す斜視図、及び一部拡大側面図である。 保護部材配設工程の実施態様を示す斜視図である。 ウエーハを、改質層形成工程を実施するためのレーザー加工装置に保持させる態様を示す斜視図である。 改質層形成工程の実施態様を示す斜視図、及び一部拡大側面図である。 (a)分割工程を開始した際の実施態様を示す斜視図、(b)分割工程の実施によりウエーハが個々のデバイスチップに分割された状態を示す斜視図、及び一部拡大側面図である。 (a)フレーム支持工程において、ウエーハを保護テープを介してフレームに支持させる態様を示す斜視図、フレームに支持されたウエーハから保護テープを剥離する態様を示す斜視図である。 ピックアップ工程の実施態様を示す斜視図である。
以下、本発明に基づいて構成されたウエーハの加工方法に係る実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施形態のウエーハの加工方法を実施するに当たり、まず被加工物となるウエーハを用意する。図1に示すように、本実施形態により加工されるウエーハ10は、例えば、シリコン(Si)からなる半導体基板11の表面にデバイス層12が積層され、複数のデバイス13が分割予定ライン14によって区画されて形成されている。半導体基板11、及びデバイス層12の厚さは、それぞれ100μm、30μmであり、ウエーハ10の総厚みは130μmである。デバイス層12が形成された側が表面10aであり、反対側が裏面10bである。
ウエーハ10を用意したならば、ウエーハ10の表面10aの分割予定ライン14に積層されたデバイス層12を切削して切削溝を形成する切削溝形成工程を実施する。以下に、切削溝形成工程について説明する。
(切削溝形成工程)
ウエーハ10に切削溝形成工程を施すべく、図1に示すダイシング装置20(一部のみ示す。)の保持テーブル21にウエーハ10を搬送し、ウエーハ10の裏面10b側を保持テーブル21の吸着チャック21aに向けて載置する。保持テーブル21には、図示しない吸引手段が接続されており、該吸引手段を作動させることにより通気性を有する吸着チャック21aを介してウエーハ10を吸引保持する。
図2に示すように、ダイシング装置20は、切削手段としてのスピンドルユニット22を備えている。スピンドルユニット22は、図示しない移動基台に装着され加工送り方向(図中矢印Xで示す)、割り出し送り方向(水平面において、加工送り方向Xに直交する方向)、切り込み深さ方向(上下方向)に移動調整可能であり、スピンドルユニット22に回転自在に支持され図示しない回転駆動機構によって回転駆動される回転スピンドル23を備えている。回転スピンドル23の先端部には、切削ブレード24が固定され、切削ブレード24に隣接した両側位置に、切削ブレード24によって加工される加工位置に向けて切削水を供給する切削水供給手段25が配設されている。切削ブレード24は、例えば、ダイヤモンド砥粒をメタルボンド等により固定して形成され、直径が50mmであり、その厚みは30μmに設定されている。
ダイシング装置20の保持テーブル21にウエーハ10を吸引保持したならば、ダイシング装置20に配設された図示しない撮像カメラ等を含むアライメント手段を用いて、ウエーハ10の表面10aに形成された分割予定ライン14と、切削ブレード24との位置合わせ(アライメント)を行う。
上記したアライメントを終えたならば、所定の分割予定ライン14上の加工開始位置となる端部上方に切削ブレード24を位置付け、図示しない回転駆動機構を作動させて回転スピンドル23と共に切削ブレード24を回転させる。切削ブレード24は、該回転駆動機構により、例えば、40,000rpmの回転速度で回転させられ、ウエーハ10に対して下降させられて、ウエーハ10の表面10aから、ちょうどデバイス層12を切削して除去する30μmの深さに切り込み送りされる。なお、切り込み送りされる際の切り込み深さの値は、ウエーハ10の表面10aに形成されるデバイス層12の厚みに合わせて設定されるが、必ずしもデバイス層12の全てを除去することに限定されず、例えば20μm程度に設定して10μm程度を残してもよい。
切削ブレード24を表面10aから30μmの深さに切り込み送りするのと同時に、図2に矢印Xで示す方向に、保持テーブル21を例えば30mm/秒の速度で加工送りする。これにより、分割予定ライン14の積層されたデバイス層12を切削して、図2の点線ので囲ったウエーハ10の一部拡大側面図として示すように、30μmの深さとなる切削溝100を形成する。所定の分割予定ライン14に沿って切削溝100を形成したならば、切削溝100を形成した分割予定ライン14に隣接し、まだ切削溝が形成されていない隣接する分割予定ライン14上に割り出し送りして、同様の切削加工を実施して、切削溝100を形成する。このようにして、所定の方向に沿う分割予定ライン14の全てに対応して切削溝100を形成したならば、保持テーブル21を90°回転して、先に切削溝100を形成した分割予定ライン14に直交する未加工の分割予定ライン14に対しても同様の切削加工を行い、全ての分割予定ライン14に対して、30μmの深さで、30μmの幅の切削溝100を形成する。以上により、切削溝形成工程が完了する。切削溝形成工程が完了したならば、以下に説明する、保護部材配設工程、及び改質層形成工程を実施する。
(保護部材配設工程)
切削溝形成工程が施され、分割予定ライン14に沿って切削溝100が形成されたウエーハ10に対し、図3に示すように、ウエーハ10の表面10a側に形成されたデバイス層12を保護する保護部材として保護テープ30を配設する。保護テープ30は、ウエーハ10と同一形状のポリ塩化ビニル(PVC)からなるシート状基材の表面にアクリル樹脂系の糊剤が塗布されているものを使用することができる。保護部材配設工程は、切削溝形成工程が実施されたダイシング装置20の保持テーブル21上において実施される。このようにして、保護部材配設工程が完了したならば、改質層形成工程を実施する次工程に搬送する。
(改質層形成工程)
保護部材配設工程が施されたウエーハ10を保持テーブル21から搬出し、図4に示すレーザー加工装置40(一部のみ示す。)に搬送し、レーザー加工装置40に配設された保持テーブル41の吸着チャック41a上に保護テープ30側を下方に向け、すなわち、ウエーハ10の裏面10b側を上方に向けて載置する。吸着チャック41a上にウエーハ10を載置したならば、保持テーブル41に接続された図示しない吸引手段を作動して、ウエーハ10を吸引保持する。
レーザー加工装置40には、図5に示すように、レーザー光線照射手段42(一部のみ示している。)が配設されている。レーザー光線照射手段42には、所望の波長のレーザー光線LBを発振する図示しないレーザー発振器が配設されており、レーザー発振器によって発振されたレーザー光線LBは集光レンズ42aを経て集光されて、保持テーブル41に保持されたウエーハ10に向けて照射することができる。なお、図示は省略するが、レーザー加工装置40には、半導体基板11を透過して表面10a側を撮像可能な赤外線照射手段、及び赤外線撮像カメラ等を含むアライメント手段も配設されている。
レーザー加工装置40の保持テーブル41にウエーハ10を保持したならば、上記したアライメント手段を用いて、保持テーブル41に吸引保持されたウエーハ10の裏面10b側から表面10aに形成された分割予定ライン14に対応する位置と、レーザー光線照射手段42によるレーザー光線LBの照射位置との位置合わせ(アライメント)を行う。
上記したアライメントを終えたならば、所定の分割予定ライン14上の加工開始位置となる端部上方にレーザー光線照射手段42を位置付け、レーザー光線LBの集光点位置を分割予定ライン14に対応する半導体基板11の内部に位置付ける。レーザー光線LBの集光点位置を半導体基板11の内部に位置付けたならば、図5に示すように、保持テーブル41を矢印Xで示す方向に加工送りして、分割予定ライン14に対応する半導体基板11の内部に照射して、図中に点線で囲む一部を拡大して示す側面図から理解されるように、改質層110を連続して形成する。改質層110を形成したならば、既に改質層110を形成した分割予定ライン14に隣接し、まだ改質層110が形成されていない分割予定ライン14に対応した位置に、保持テーブル41を移動させることによりレーザー光線照射手段42を割り出し送りして、同様のレーザー加工を実施して、分割予定ライン14に沿って改質層110を形成する。このようにして、所定の方向に沿う分割予定ライン14の全てに対応した半導体基板11の内部に改質層110を連続して形成したならば、保持テーブル41を90°回転して、先に改質層110を形成した分割予定ライン14に直交する未加工の分割予定ライン14に対応する半導体基板11の内部に対しても同様のレーザー加工を行い、全ての分割予定ライン14に対応する半導体基板11の内部に対して改質層110を連続して形成する。図5から理解されるように、改質層110は、先に形成した切削溝100に沿って形成されるものであり、切削溝100と改質層110とは、分割予定ライン14に沿って、上下に形成される。なお、改質層110は、分割予定ライン14に沿って一回のみのレーザー光線LBの照射によって形成されることに限定されず、半導体基板11の内部において、レーザー光線LBの集光点位置を上下方向において微かにずらしながら複数回照射し、深さ方向において所定の幅を有するように形成してもよい。以上により、改質層形成工程が完了し、次いで、後述する分割工程を実施する。
なお、上記した改質層形成工程におけるレーザー加工条件は、例えば、次のように設定される。
波長 :1342nmパルスレーザー
繰り返し周波数 :60kHz
平均出力 :1W
加工送り速度 :600mm/秒
(分割工程)
上記した改質層形成工程が完了したならば、レーザー加工装置40の保持テーブル41に接続された吸引手段の作動を停止し、全ての分割予定ライン14に沿って内部に改質層110が形成されたウエーハ10を搬出する。保持テーブル41から搬出されたウエーハ10を、図6(a)に示す研削装置50に搬送する。研削装置50に搬送されたウエーハ10を、研削装置50に配設されたチャックテーブル51に、保護シート30側を下にして載置する。チャックテーブル51には、図示しない吸引手段が接続されており、該吸引手段を作動させることにより、ウエーハ10がチャックテーブル51に吸引保持される。
研削装置50は、チャックテーブル51上に吸引保持されるウエーハ10を研削して薄化するための研削手段52を備えている。研削手段52は、図示しない回転駆動機構により回転させられる回転スピンドル521と、回転スピンドル521の下端に装着されたマウンター522と、マウンター522の下面に取り付けられた研削ホイール523とを備え、研削ホイール523の下面には研削砥石524が環状に配設されている。
ウエーハ10をチャックテーブル51上に吸引保持したならば、研削手段52の回転スピンドル521を図6(a)において矢印R1で示す方向に例えば3000rpmで回転させつつ、チャックテーブル51を図6(a)において矢印R2で示す方向に、例えば300rpmで回転させる。そして、研削砥石524をウエーハ10の裏面10bに接触させ、研削砥石524を支持する研削ホイール523を、例えば1μm/秒の研削送り速度で下方に向けて研削送りする。この際、図示しない接触式の測定ゲージによりウエーハ10の厚みを測定しながら研削を進めることができ、ウエーハ10の裏面10bを50μm研削し、ウエーハ10を所定の厚さ、例えば80μm(半導体基板50μm+デバイス層30μm)として、研削手段52を停止する。この研削加工を実施することにより、図6(b)において、点線で囲むウエーハ10の側面の一部の領域を拡大して示すように、ウエーハ10を薄化する過程で発生したクラックが改質層110から切削溝100に到達して、分割線112を形成する。このように、ウエーハ10が分割予定ライン14に沿って確実に分割され、デバイスチップ13’の形状は、切削溝100に倣って形成されることから、デバイスチップ13’の形状が歪にならず、品質の低下が防止される。以上により、分割工程が完了する。
本実施形態では、個々のデバイスチップ13’に分割されたウエーハ10を所定のカセットケースに収容したり、デバイスチップ13’をピックアップして次工程に搬送したりすることを考慮して、上記した分割工程を実施した後、フレーム支持工程、及びピックアップ工程を実施する。以下に、図7、図8を参照しながら、フレーム支持工程、及びピックアップ工程について説明する。
(フレーム支持工程)
上記した分割工程を経て、チャックテーブル51に吸引保持されたウエーハ10は、図7(a)から理解されるように、ウエーハ10の裏面10bが上方に露出している。本実施形態では、図7(a)に示すように、ウエーハ10を収容できる寸法に設定された開口を有する環状のフレームFを用意し、該開口よりも大きい円形のダイシングテープTの外周をフレームFに貼着し、さらに、開口の中央にチャックテーブル51に保持されたウエーハ10を位置付け、ダイシングテープTの中央にウエーハ10の裏面10bを貼着する。そして、チャックテーブル51に接続された図示しない吸引手段を停止して、チャックテーブル51からウエーハ10をフレームFと共に離脱させ、フレームFでダイシングテープTを介してウエーハ10を支持した状態とする。そして、図7(b)に示すように、フレームF、及びダイシングテープTと共にウエーハ10を反転させ、ウエーハ10の表面10aに貼着されていた保護テープ30を剥離し、フレーム支持工程が完了する。このようにすることで、切削溝100、及び分割線112によって個々のデバイスチップ13’に分割された後も、ウエーハ10の形態を維持したまま、図示しないカセットケースに収容したり、後述するピックアップ工程等を実施するピックアップ装置等に搬送したりすることができる。
(ピックアップ工程)
上記したフレーム支持工程を実施したならば、図8に示すピックアップ装置60に搬送する。ピックアップ装置60は、昇降可能に構成されたフレーム保持部材61と、その上面部にフレームFを載置してフレームFを保持するクランプ62と、クランプ62により保持されたフレームFに装着されたウエーハ10のデバイスチップ13’どうしの間隔を拡張するための少なくとも上方が開口した円筒形状からなる拡張ドラム63と、拡張ドラム63を囲むように設置された複数のエアシリンダ64a及びエアシリンダ64aから延びるピストンロッド64bから構成される支持手段64と、ピックアップコレット65と、を備えている。ピックアップコレット65には図示しない吸引手段が接続されている。
拡張ドラム63は、フレームFの内径よりも小さく、フレームFに装着されたダイシングテープTに貼着されるウエーハ10の外径よりも大きく設定されている。ここで、図8に示すように、ピックアップ装置60は、フレーム保持部材61と、拡張ドラム63の上面部が略同一の高さになる位置(点線で示す)と、支持手段64の作用によりフレーム保持部材61が下降させられ、拡張ドラム63の上端部が、フレーム保持部材61の上端部よりも相対的に高くなる位置(実線で示す)と、にすることができる。
フレーム保持部材61を下降させて、拡張ドラム63の上端を、点線で示す位置から、実線で示す高い位置になるように相対的に変化させると、フレームFに装着されたダイシングテープTは拡張ドラム63の上端縁によって拡張させられる。ここで、ウエーハ10は、上記した分割工程が実施されていることにより、既に個々のデバイスチップ13’に分割されており、ダイシングテープTが拡張されてウエーハ10に放射状に引張力(外力)が作用することで、デバイスチップ13’どうしの間隔が広げられる。
上記したように、隣接するデバイスチップ13’どうしの間隔が広げられたならば、ピックアップコレット65を作動させて、間隔が広げられた状態のデバイスチップ13’を先端部で吸着して、ダイシングテープT上からピックアップする。ダイシングテープTからピックアップされたデバイスチップ13’は、次工程に搬送されるか、又は、図示しない収容ケースに収容される。以上により、本実施形態におけるピックアップ工程が完了し、本実施形態のウエーハの加工が完了する。なお、上記の説明において参照した本実施形態を示す各図の寸法は、説明の都合上適宜調整されており、実際の寸法比を示すものではない。
本発明によれば、上記した実施形態に限定されず、種々の変形例が提供される。例えば、上記した実施形態では、保護部材配設工程を、改質層形成工程を実施する前に実施している。しかし、改質層形成工程ではウエーハ10の表面10a側にそれほど大きな外力が働かないため、改質層形成工程を実施した後に保護部材配設工程を実施して、分割工程において実施される研削工程に備えるようにしてもよい。
また、上記した切削溝形成工程、改質層形成工程、及び分割工程において実施されるダイシング装置、レーザー加工装置、研削装置の各加工条件は、被加工物の材質、厚み等において適宜調整され得るものであることはいうまでもない。
10:ウエーハ
11:半導体基板
12:デバイス層
13:デバイス
14:分割予定ライン
20:ダイシング装置
21:保持テーブル
22:スピンドルユニット
23:回転スピンドル
24:切削ブレード
25:切削水供給手段
30:保護テープ(保護部材)
40:レーザー加工装置
41:保持テーブル
42:レーザー光線照射手段
50:研削装置
51:チャックテーブル
52:研削手段
521:回転スピンドル
523:研削ホイール
524:研削砥石
60:ピックアップ装置
100:切削溝
110:改質層
112:分割線

Claims (3)

  1. 半導体基板の表面にデバイス層が積層され複数のデバイスが分割予定ラインによって区画されて形成された表面を有するウエーハを個々のデバイスチップに分割するウエーハの加工方法であって、
    ウエーハの表面に切削ブレードを位置付けて分割予定ラインに積層されたデバイス層の一部を残す切込み深さで切削して切削溝を形成する切削溝形成工程と、
    ウエーハの裏面から半導体基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を分割予定ラインに対応する半導体基板の内部に位置付けて照射し、分割予定ラインに沿って改質層を連続して形成する改質層形成工程と、
    該改質層形成工程の前、又は後にウエーハの表面に保護部材を配設する保護部材配設工程と、
    該ウエーハの保護部材側をチャックテーブルに保持し、ウエーハの裏面を研削してウエーハを薄化すると共に、分割予定ラインの内部に形成された改質層からクラックを表面側に成長させてウエーハを個々のデバイスチップに分割する分割工程と、
    から少なくとも構成されるウエーハの加工方法。
  2. 該分割工程の後、ウエーハの裏面にダイシングテープを貼着すると共に、ウエーハを収容する開口を有するフレームでダイシングテープを介してウエーハを支持すると共に、ウエーハの表面から保護部材を剥離するフレーム支持工程が含まれる請求項1に記載のウエーハの加工方法。
  3. 該フレーム支持工程の後、該ダイシングテープを拡張し、デバイスチップの間隔を広げデバイスチップをピックアップするピックアップ工程が含まれる、請求項2に記載のウエーハの加工方法。
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