JP7424896B2 - ウエーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数のデバイスが分割予定ラインによって区画されたデバイス領域と、デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とが表面に形成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たデバイス領域と、デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とが表面に形成されたウエーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに形成された後、ダイシング装置、レーザー加工装置によって個々のデバイスチップに分割され、分割された各デバイスチップは携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。

また、デバイス領域に対応するウエーハの裏面を研削して外周余剰領域に対応するウエーハの裏面に環状補強部を形成し、その後、ウエーハに加工を施し外周余剰領域に形成された環状補強部を除去して、または除去しないでウエーハを個々のデバイスチップに分割する技術を本出願人は提案している（たとえば特許文献１参照）。

特開２００７－１９４６１号公報

しかし、環状補強部を除去する際にウエーハの外周に位置するデバイスが破損するおそれがあることからデバイス領域が制限され生産性が悪いという問題がある。

また、ウエーハの外周に位置する環状補強部を除去しない場合は、ウエーハを保持するチャックテーブルの上面形状を、環状補強部を有するウエーハの裏面形状に対応させなければならず煩に耐えないという問題がある。

上記事実に鑑みてなされた本発明の課題は、デバイス領域を制限しなくてもウエーハの外周に位置するデバイスが破損することがないと共に、環状補強部を有するウエーハの裏面形状にチャックテーブルの上面形状を対応させる必要がないウエーハの加工方法を提供することである。

本発明は上記課題を解決するために以下のウエーハの加工方法を提供する。すなわち、複数のデバイスが分割予定ラインによって区画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が表面に形成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であって、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、該保護部材側を保持し該デバイス領域に対応するウエーハの裏面を研削して該外周余剰領域に対応するウエーハの裏面に環状凸部を有する環状補強部を形成する裏面研削工程と、該環状補強部を有するウエーハを搬送しウエーハに処理を施す処理工程と、該環状補強部を除去する環状補強部除去工程と、ウエーハの裏面にダイシングテープを配設しウエーハの表面から該保護部材を剥離する剥離工程と、ウエーハの分割予定ラインに沿って個々のデバイスチップに分割する分割工程と、を含み、該環状補強部除去工程において、ウエーハ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該環状補強部の内部に位置づけてレーザー光線をウエーハに照射し、該デバイス領域に対応するウエーハの裏面と同一面になる位置に改質層を形成し、該改質層から該環状凸部を除去するウエーハの加工方法を本発明は提供する。

好ましくは、該処理工程において、該デバイス領域に対応するウエーハの裏面に金属膜を被覆する。

本発明のウエーハの加工方法は、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、該保護部材側を保持し該デバイス領域に対応するウエーハの裏面を研削して該外周余剰領域に対応するウエーハの裏面に環状凸部を有する環状補強部を形成する裏面研削工程と、該環状補強部を有するウエーハを搬送しウエーハに処理を施す処理工程と、該環状補強部を除去する環状補強部除去工程と、ウエーハの裏面にダイシングテープを配設しウエーハの表面から該保護部材を剥離する剥離工程と、ウエーハの分割予定ラインに沿って個々のデバイスチップに分割する分割工程と、を含み、該環状補強部除去工程において、ウエーハ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該環状補強部の内部に位置づけてレーザー光線をウエーハに照射し、該デバイス領域に対応するウエーハの裏面と同一面になる位置に改質層を形成し、該改質層から該環状凸部を除去するので、デバイス領域を制限しなくてもウエーハの外周に位置するデバイスが破損することがないと共に、環状補強部を有するウエーハの裏面形状にチャックテーブルの上面形状を対応させる必要がない。

（ａ）保護部材配設工程を実施している状態を示す斜視図、（ｂ）保護部材が配設されたウエーハの裏面側斜視図。 （ａ）裏面研削工程を実施している状態を示す斜視図、（ｂ）外周余剰領域に対応する裏面に環状補強部が形成されたウエーハの断面図。 （ａ）処理工程が実施されたウエーハの斜視図、（ｂ）（ａ）に示すウエーハの一部断面図。 （ａ）環状補強部除去工程においてレーザー光線をウエーハに照射している状態を示す斜視図、（ｂ）デバイス領域に対応する裏面と同一面になる位置に改質層が形成されたウエーハの一部断面図、（ｃ）環状補強部除去工程において環状凸部が除去されたウエーハの裏面側斜視図。 （ａ）剥離工程においてウエーハの裏面にダイシングテープを配設する状態を示す斜視図、（ｂ）剥離工程においてウエーハの表面から保護部材を剥離した状態を示す斜視図。 ダイシング装置を用いて分割工程を実施している状態を示す斜視図。 レーザー加工装置を用いて分割工程を実施している状態を示す斜視図。 ピックアップ工程を実施している状態を示す斜視図。

以下、本発明のウエーハの加工方法の好適実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１には、本発明のウエーハの加工方法によって加工が施されるウエーハ２が示されている。厚みが７００μｍ程度である円板状のウエーハ２は、たとえばシリコン等から形成され得る。ウエーハ２の表面２ａは、ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイス４が格子状の分割予定ライン６によって区画されたデバイス領域８と、デバイス領域８を囲繞する外周余剰領域１０とが形成されている。図１では、便宜的にデバイス領域８と外周余剰領域１０との境界１２を二点鎖線で示しているが、実際には境界１２を示す線は存在しない。

図示の実施形態のウエーハの加工方法では、図１に示すとおり、まず、ウエーハ２の表面２ａに保護部材１４を配設する保護部材配設工程を実施する。保護部材１４としては、たとえば、ウエーハ２の直径と同一の直径を有する円形の粘着テープを用いることができる。

保護部材配設工程を実施した後、保護部材１４側を保持しデバイス領域８に対応するウエーハ２の裏面２ｂを研削して外周余剰領域１０に対応するウエーハ２の裏面２ｂに環状凸部を有する環状補強部を形成する裏面研削工程を実施する。

裏面研削工程は、たとえば図２（ａ）に一部を示す研削装置１６を用いて実施することができる。研削装置１６は、ウエーハ２を吸引保持する円形のチャックテーブル１８と、チャックテーブル１８に吸引保持されたウエーハ２を研削する研削手段２０とを備える。

チャックテーブル１８は、チャックテーブル１８の径方向中心を通って上下方向に延びる軸線を回転中心としてチャックテーブル用モータ（図示していない。）によって回転される。チャックテーブル１８の上端部分は、吸引手段（図示していない。）に接続された多孔質部材から形成されている。チャックテーブル１８は、吸引手段で上面に吸引力を生成することにより、上面に載せられたウエーハ２を吸引保持する。

研削手段２０は、スピンドルハウジング２２と、上下方向に延びる軸線を中心として回転自在にスピンドルハウジング２２に支持されたスピンドル２４と、スピンドル２４を回転させるスピンドル用モータ（図示していない。）と、スピンドル２４の下端に固定された円板状のホイールマウント２６とを含む。ホイールマウント２６の下面にはボルト２８によって環状の研削ホイール３０が固定されている。研削ホイール３０の直径は、ウエーハ２の半径と略同じである。また、研削ホイール３０の下面の外周縁部には、周方向に間隔をおいて環状に配設された複数の研削砥石３２が固定されている。

図２（ａ）を参照して説明を続けると、裏面研削工程では、まず、保護部材１４側を下に向けて、チャックテーブル１８の上面でウエーハ２を吸引保持する。この際は、ウエーハの２の中心とチャックテーブル１８の回転中心とを整合させる。次いで、研削砥石３２がウエーハ２の回転中心（チャックテーブル１８の回転中心）を通過すると共に、ウエーハ２の外周よりも径方向内側に研削砥石３２の外側が位置するように、研削砥石３２に対するウエーハ２の位置を調整する。次いで、上方からみて時計回りに所定の回転速度（たとえば６０００ｒｐｍ）でスピンドル２４を回転させる。また、上方からみて反時計回りに所定の回転速度（たとえば３００ｒｐｍ）でチャックテーブル１８を回転させる。

次いで、研削装置１６の昇降手段（図示していない。）でスピンドル２４を下降させ、ウエーハ２の裏面２ｂに研削砥石３２を接触させる。その後、所定の研削送り速度（たとえば１μｍ／ｓ）でスピンドル２４を下降させる。これによって、図２（ｂ）に示すとおり、デバイス領域８に対応するウエーハ２の裏面２ｂを研削して薄化部３４を形成すると共に、外周余剰領域１０に対応するウエーハ２の裏面２ｂに環状凸部３６ａを有する環状補強部３６を形成することができる。環状補強部３６の幅（径方向寸法）は２～３ｍｍ程度でよく、薄化部３４の厚みは３０μｍ程度でよい。なお、環状補強部３６は研削砥石３２によって研削されないので、環状補強部３６の厚みは研削前のウエーハ２の厚みと同一（図示の実施形態では７００μｍ程度）である。

裏面研削工程を実施した後、環状補強部３６を有するウエーハ２を搬送しウエーハ２に処理を施す処理工程を実施する。図示の実施形態の処理工程では、図３に示すとおり、デバイス領域８に対応するウエーハ２の裏面２ｂに電極をなす金属膜３８を被覆する。なお、ウエーハ２には環状補強部３６が形成されているため、ウエーハ２を搬送する際にウエーハ２が弛むことなく、ウエーハ２の形態が実質上水平に保たれるので、ウエーハ２を搬送が容易であると共にウエーハ２に処理を施すのが容易である。

処理工程を実施した後、環状補強部３６を除去する環状補強部除去工程を実施する。環状補強部除去工程は、たとえば図４（ａ）に一部を示すレーザー加工装置４０を用いて実施することができる。レーザー加工装置４０は、ウエーハ２を吸引保持する円形のチャックテーブル４２と、チャックテーブル４２に吸引保持されたウエーハ２にパルスレーザー光線ＬＢを照射する集光器４４とを備える。

上面においてウエーハ２を吸引保持するチャックテーブル４２は、チャックテーブル４２の径方向中心を通って上下方向に延びる軸線を回転中心として回転自在に構成されていると共に、図４（ａ）に矢印Ｘで示すＸ軸方向と、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向（図４（ａ）に矢印Ｙで示す方向）とのそれぞれに進退自在に構成されている。なお、Ｘ軸方向およびＹ軸方向が規定するＸＹ平面は実質上水平である。

図４（ａ）を参照して説明を続けると、環状補強部除去工程では、まず、保護部材１４側を下に向けて、チャックテーブル４２の上面でウエーハ２を吸引保持する。この際は、ウエーハ２の中心とチャックテーブル４２の回転中心とを整合させる。次いで、ウエーハ２に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線ＬＢの集光点を環状補強部３６の内部であって、デバイス領域８に対応するウエーハ２の裏面２ｂ（図示の実施形態では金属膜３８）と同一面になる位置に位置づける。

次いで、所定の回転速度でチャックテーブル４２を回転させることにより、環状補強部３６に沿ってパルスレーザー光線ＬＢの集光点とウエーハ２とを相対的に移動させながら、パルスレーザー光線ＬＢを集光器４４からウエーハ２に照射する。これによって、環状補強部３６に対応するウエーハ２の内部であって、デバイス領域８に対応するウエーハ２の裏面２ｂ（図示の実施形態では金属膜３８）と同一面になる位置に強度が小さいリング状の改質層４６を形成することができる。

次いで、パルスレーザー光線ＬＢの集光点をウエーハ２の径方向に相対的に移動させる。次いで、上記同様に、チャックテーブル４２を回転させながらパルスレーザー光線ＬＢをウエーハ２に照射してリング状の改質層４６を形成する。そして、パルスレーザー光線ＬＢの集光点の移動と、パルスレーザー光線ＬＢの照射とを繰り返すことによって、図４（ｂ）に示すとおり、環状補強部３６の内周縁から外周縁までの間において所定間隔をおいて複数のリング状の改質層４６を形成する。なお、環状補強部除去工程において環状補強部３６に形成する改質層はリング状に限定されず、たとえば螺旋状であってもよい。また、環状補強部除去工程におけるパルスレーザー光線ＬＢの照射は、たとえば以下の条件で行うことができる。
パルスレーザー光線の波長 ：１３４２ｎｍ
繰り返し周波数 ：９０ｋＨｚ
平均出力 ：０．６Ｗ
チャックテーブルの回転速度 ：０．５周／秒

次いで、図４（ｃ）に示すとおり、ウエーハ２に外力を付与することにより、改質層４６から環状凸部３６ａを除去する。図４（ｂ）を参照することによって理解されるとおり、環状凸部３６ａは、環状補強部３６において改質層４６よりも上方の部分であり、デバイス領域８に対応するウエーハ２の裏面２ｂ（図示の実施形態では金属膜３８）よりも突出している部分である。環状凸部３６ａを除去することにより、ウエーハ２の裏面２ｂは、ほぼ平坦な面となる。なお、環状補強部３６を除去する際には、ウエーハ２に超音波振動を付与してもよい。

このように環状補強部除去工程においては、環状補強部３６の全部を除去するのではなく、環状補強部３６の環状凸部３６ａのみを除去するので、環状補強部除去工程においてウエーハ２の外周に位置するデバイス４が破損することがないと共に、図３（ｂ）および図４（ｂ）を参照することによって理解されるとおり、ウエーハ２の外周に位置するデバイス４の一部分が環状補強部３６に突出する（デバイス領域８を超えて外周余剰領域１０に突出する）のが許容される。したがって、図示の実施形態によれば、環状補強部３６よりも内側にデバイス領域８が厳密に制限されていなくてもウエーハ２の外周に位置するデバイス４が破損することがない。なお、最外側のデバイス４の裏面には、金属膜３８が全面に被覆されていないが、一部に被覆されているので問題はない。

環状補強部除去工程を実施した後、ウエーハ２の裏面２ｂにダイシングテープを配設しウエーハ２の表面２ａから保護部材１４を剥離する剥離工程を実施する。

図５を参照して説明すると、図示の実施形態のダイシングテープ４８は円形であり、ダイシングテープ４８の直径はウエーハ２の直径よりも大きい。ダイシングテープ４８の周縁は、ウエーハ２を収容する開口部５０ａを有する環状フレーム５０に固定されている。図５（ａ）に示すとおり、剥離工程では、まず、環状フレーム５０に固定されたダイシングテープ４８をウエーハ２の裏面２ｂに貼り付ける。次いで、図５（ｂ）に示すとおり、ウエーハ２の表面２ａから保護部材１４を剥離する。

剥離工程を実施した後、ウエーハ２の分割予定ライン６に沿って個々のデバイスチップに分割する分割工程を実施する。分割工程は、たとえば図６に一部を示すダイシング装置５２を用いて実施することができる。ダイシング装置５２は、ウエーハ２を吸引保持するチャックテーブル（図示していない。）と、チャックテーブルに吸引保持されたウエーハ２を切削する切削手段５４とを備える。

チャックテーブルは、回転自在に構成されていると共に、Ｘ軸方向に移動自在に構成されている。切削手段５４は、Ｙ軸方向を軸心として回転自在に構成されたスピンドル５６と、スピンドル５６の先端に固定された環状の切削ブレード５８と、スピンドル５６を回転させるスピンドル用モータ（図示していない。）とを含む。なお、環状補強部除去工程において環状凸部３６ａを除去し、ウエーハ２の裏面２ｂはほぼ平坦面となっているため、ダイシング装置５２のチャックテーブルの上面形状は平坦でよく、環状補強部３６を有するウエーハ２の裏面２ｂの形状にチャックテーブルの上面形状を対応させる必要がない。

図６を参照して説明を続けると、分割工程では、まず、ウエーハ２の表面２ａを上に向けて、ダイシング装置５２のチャックテーブルの上面でウエーハ２を吸引保持する。次いで、分割予定ライン６をＸ軸方向に整合させると共に分割予定ライン６と切削ブレード５８との位置合わせを行う。次いで、Ｘ軸方向に整合させた分割予定ライン６に、高速回転させた切削ブレード５８の刃先を表面２ａから切り込ませると共に、切削手段５４に対してチャックテーブルを相対的にＸ軸方向に加工送りすることによって、分割予定ライン６に沿って分割溝６０を形成する分割溝形成加工を施す。

そして、分割予定ライン６のＹ軸方向の間隔の分だけ、チャックテーブルに対して切削ブレード５８を相対的にＹ軸方向に割り出し送りと分割溝形成加工とを繰り返し、Ｘ軸方向に整合させた分割予定ライン６のすべてに沿って分割溝６０を形成する。また、チャックテーブルを９０度回転させた上で、割り出し送りしながら分割溝形成加工を繰り返し、先に分割溝６０を形成した分割予定ライン６と直交する分割予定ライン６のすべてに沿って分割溝６０を形成する。このようにして分割工程を実施し、分割予定ライン６に沿ってウエーハ２を個々のデバイス４ごとのデバイスチップに分割する。

分割工程においては、上述のレーザー加工装置４０を用いて、分割予定ライン６に沿ってパルスレーザー光線ＬＢを照射し、ウエーハ２を個々のデバイスチップに分割してもよい。レーザー加工装置４０を用いる場合は、図７に示すとおり、ウエーハ２に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線ＬＢの集光点を分割予定ライン６の内部に位置づけてパルスレーザー光線ＬＢをウエーハ２に照射し、分割予定ライン６に沿ってウエーハ２の内部に格子状に改質層６２を形成した後、ダイシングテープ４８を拡張することによりウエーハ２に外力を付与して、ウエーハ２を個々のデバイスチップに分割することができる。

分割工程を実施するためのレーザー加工装置は、上述のレーザー加工装置４０に限定されず、ウエーハ２に対して吸収性を有する波長のレーザー光線の集光点をウエーハ２の表面２ａに位置づけてレーザー光線をウエーハ２に照射し、アブレーション加工によって分割予定ライン６に沿って格子状に加工溝を形成するタイプのレーザー加工装置であってもよい。あるいは、ウエーハ２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６に位置づけてレーザー光線をウエーハ２に照射し、ウエーハ２の厚み方向に延びる細孔と細孔を囲繞する非晶質とを有するシールドトンネルを分割予定ライン６に沿って格子状に形成するタイプのレーザー加工装置を分割工程に用いることもできる。

分割工程を実施した後、ダイシングテープ４８から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。ピックアップ工程は、たとえば図８に一部を示すピックアップ装置６４を用いて実施することができる。ピックアップ装置６４は、ダイシングテープ４８を拡張して、隣接するデバイスチップ同士の間隔を拡張する拡張手段６６と、デバイスチップを吸着して搬送するピックアップコレット６８とを備える。

図８に示すとおり、拡張手段６６は、円筒状の拡張ドラム７０と、拡張ドラム７０の周囲に配置された複数のエアシリンダ７２と、エアシリンダ７２のそれぞれの上端に連結された環状の保持部材７４と、保持部材７４の外周縁部に周方向に間隔をおいて配置された複数のクランプ７６とを含む。拡張ドラム７０の内径はウエーハ２の外径よりも大きく、拡張ドラム７０の外径は環状フレーム５０の内径よりも小さい。また、保持部材７４の外径および内径は環状フレーム５０の外径および内径に対応しており、保持部材７４の平坦な上面に環状フレーム５０が載せられるようになっている。

各エアシリンダ７２は、保持部材７４の上面が拡張ドラム７０の上端とほぼ同じ高さの基準位置と、保持部材７４の上面が拡張ドラム７０の上端よりも下方に位置する拡張位置との間で、拡張ドラム７０に対して相対的に保持部材７４を昇降させる。なお、図８には、保持部材７４が基準位置に位置する場合における拡張ドラム７０を実線で示し、保持部材７４が拡張位置に位置する場合の拡張ドラム７０を二点鎖線で示している。

ピックアップコレット６８は、水平方向および上下方向に移動自在に構成されている。ピックアップコレット６８には吸引手段が接続されており、ピックアップコレット６８の先端下面でデバイスチップを吸着する。

図８を参照して説明を続けると、ピックアップ工程では、まず、個々のデバイスチップ７８に分割されたウエーハ２を上に向けて、基準位置に位置する保持部材７４の上面に環状フレーム５０を載せる。次いで、複数のクランプ７６で環状フレーム５０を固定する。次いで、保持部材７４を拡張位置に下降させることにより、ダイシングテープ４８に放射状張力を作用させる。そうすると、図８に二点鎖線で示すとおり、ダイシングテープ４８に貼着されているデバイスチップ７８同士の間隔が拡張する。

次いで、ピックアップ対象のデバイスチップ７８の上方にピックアップコレット６８を位置づける。次いで、ピックアップコレット６８を下降させ、ピックアップコレット６８の先端下面でデバイスチップ７８の上面を吸着する。次いで、ピックアップコレット６８を上昇させ、デバイスチップ７８をダイシングテープ４８から剥離しピックアップする。次いで、ピックアップしたデバイスチップ７８をトレー等の所定の搬送位置に搬送する。そして、このようなピックアップ作業を全てのデバイスチップ７８に対して順次行う。

以上のとおりであり、図示の実施形態のウエーハの加工方法においては、環状補強部除去工程において、デバイス領域８に対応するウエーハ２の裏面２ｂと同一面になる位置に改質層４６を形成し、改質層４６から環状凸部３６ａを除去するので、環状補強部３６よりも内側にデバイス領域８が厳密に制限されていなくてもウエーハ２の外周に位置するデバイス４が破損することがないと共に、環状補強部３６を有するウエーハ２の裏面２ｂの形状に、分割工程で用いるチャックテーブルの上面形状を対応させる必要がない。

２：ウエーハ
２ａ：ウエーハの表面
２ｂ：ウエーハの裏面
４：デバイス
６：分割予定ライン
８：デバイス領域
１０：外周余剰領域
１４：保護部材
３６：環状補強部
３６ａ：環状凸部
３８：金属膜
４６：改質層
４８：ダイシングテープ
７８：デバイスチップ

Claims (2)

1. 複数のデバイスが分割予定ラインによって区画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が表面に形成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であって、
   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、
   該保護部材側を保持し該デバイス領域に対応するウエーハの裏面を研削して該外周余剰領域に対応するウエーハの裏面に環状凸部を有する環状補強部を形成する裏面研削工程と、
   該環状補強部を有するウエーハを搬送しウエーハに処理を施す処理工程と、
   該環状補強部を除去する環状補強部除去工程と、
   ウエーハの裏面にダイシングテープを配設しウエーハの表面から該保護部材を剥離する剥離工程と、
   ウエーハの分割予定ラインに沿って個々のデバイスチップに分割する分割工程と、を含み、
   該環状補強部除去工程において、ウエーハ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該環状補強部の内部に位置づけてレーザー光線をウエーハに照射し、該デバイス領域に対応するウエーハの裏面と同一面になる位置に改質層を形成し、該改質層から該環状凸部を除去するウエーハの加工方法。
2. 該処理工程において、該デバイス領域に対応するウエーハの裏面に金属膜を被覆する請求項１記載のウエーハの加工方法。