JP2012253139A

JP2012253139A - ウエーハの加工方法

Info

Publication number: JP2012253139A
Application number: JP2011123532A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Endo; 智裕遠藤
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2011-06-01
Publication date: 2012-12-20
Anticipated expiration: 2031-06-01
Also published as: JP5846764B2; US8796113B2; US20120309169A1

Abstract

【課題】大型ウエーハの分割予定ラインにレーザ加工により分割溝が形成されても、レーザ加工装置からウエーハを搬出する際又は分割装置までウエーハを搬送する際にウエーハの割れを防止可能なウエーハの加工方法を提供する。
【解決手段】ウエーハ１１に対して吸収性を有する波長のレーザビームを照射して分割溝を形成する分割溝形成工程と、分割溝が形成されたウエーハ１１に外力を付与して分割する分割工程とを具備し、分割溝形成工程は、複数のデバイスを区画する分割予定ライン１７を設定する分割予定ライン選定工程と、選定された分割予定ライン１７に対して比較的弱い第１のエネルギーのレーザビームを照射して第１の分割溝２１ａ，ｂを形成する第１分割溝形成工程と、選定された分割予定ライン以外の分割予定ラインに対して該第１のエネルギーより強い第２のエネルギーのレーザビームを照射して第２の分割溝２３を形成する第２分割溝形成工程とを含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハをレーザビームを用いて加工するウエーハの加工方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ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表面に形成されたシリコンウエーハ、サファイアウエーハ等のウエーハは、加工装置によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。

ウエーハの分割には、ダイサーと呼ばれる切削装置を用いたダイシング方法が広く採用されている。ダイシング方法では、ダイアモンド等の砥粒を金属や樹脂で固めて厚さ３０μｍ程度とした切削ブレードを、３００００ｒｐｍ程度の高速で回転させつつウエーハへと切り込ませることでウエーハを切削し、個々のデバイスへと分割する。

一方、近年では、ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームをウエーハに照射することでレーザ加工溝（分割溝）を形成し、このレーザ加工溝に沿ってブレーキング装置でウエーハに外力を付与してウエーハを割断し、個々のデバイスへと分割する方法が提案されている（例えば、特開平１０−３０５４２０号公報参照）。

レーザ加工装置によるレーザ加工溝の形成は、ダイサーによるダイシング方法に比べて加工速度を早くすることができるとともに、サファイアやＳｉＣ等の硬度の高い素材からなるウエーハであっても比較的容易に加工することができる。また、加工溝を例えば１０μｍ以下等の狭い幅とすることができるので、ダイシング方法で加工する場合に対してウエーハ１枚当たりのデバイス取り量を増やすことが出来る。

レーザ加工装置によるウエーハの加工では、ウエーハを外周部が環状フレームに貼着されたダイシングテープに貼着し、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する。そして、レーザ加工装置のチャックテーブルにダイシングテープを介してウエーハが吸引保持された状態でレーザビームが照射される。

特開平１０−３０５４２０号公報

しかし、サファイア基板等の結晶成長用基板上にエピタキシャル層を積層した光デバイスウエーハ等のウエーハの直径が１５０ｍｍ程度と大きくなると、分割予定ラインに分割の起点となる分割溝（レーザ加工溝）を形成すると、ウエーハの自重と大型ウエーハによるモーメントの大きさ等に起因して、レーザ加工装置から分割溝が形成されたウエーハを搬出する際、または分割装置までウエーハを搬送する際にウエーハが分割溝に沿わないで結晶方位に誘導されて割れるという問題がある。

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、直径の大きなウエーハにレーザ加工溝を形成した後、レーザ加工装置からウエーハを搬出する際又は分割装置までウエーハを搬送する際にウエーハの割れを防止可能な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、複数のデバイスが分割予定ラインによって区画されて表面に形成されたウエーハの加工方法であって、ウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザビームを分割予定ラインに沿って照射して分割の起点となる分割溝を形成する分割溝形成工程と、複数の分割溝が形成されたウエーハに外力を付与してウエーハを個々のデバイスに分割する分割工程と、を具備し、該分割溝形成工程は、複数のデバイスをブロックとして区画する分割予定ラインを設定する分割予定ライン選定工程と、選定された分割予定ラインに対して比較的弱い第１のエネルギーのレーザビームを照射して分割の起点となる第１の分割溝を形成する第１分割溝形成工程と、選定された分割予定ライン以外の分割予定ラインに対して該第１のエネルギーより強い第２のエネルギーのレーザビームを照射して分割の起点となる第２の分割溝を形成する第２分割溝形成工程と、を含むことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。

本発明のウエーハの加工方法によると、直径１５０ｍｍ程度の大径ウエーハの分割予定ラインに分割の起点となる分割溝（レーザ加工溝）が形成されても、レーザ加工装置からウエーハを搬出する際、又は分割装置までウエーハを搬送する際にウエーハが割れることを防止することができる。

本発明のウエーハの加工方法を実施するのに適したレーザ加工装置の斜視図である。レーザビーム照射ユニットのブロック図である。光デバイスウエーハの表面側斜視図である。第１分割溝形成工程を説明する斜視図である。第２分割溝形成工程を説明する斜視図である。第１及び第２分割溝形成工程実施後のウエーハの斜視図である。分割工程を説明する断面図である。

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、本発明のウエーハの加工方法を実施するのに適したレーザ加工装置２の概略構成図を示している。レーザ加工装置２は、静止基台４上にＸ軸方向に移動可能に搭載された第１スライドブロック６を含んでいる。

第１スライドブロック６は、ボールねじ８及びパルスモータ１０から構成される加工送り手段１２により一対のガイドレール１４に沿って加工送り方向、すなわちＸ軸方向に移動される。

第１スライドブロック６上には第２スライドブロック１６がＹ軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、第２スライドブロック１６はボールねじ１８及びパルスモータ２０から構成される割り出し送り手段２２により一対のガイドレール２４に沿って割り出し方向、すなわちＹ軸方向に移動される。

第２スライドブロック１６上には円筒支持部材２６を介してチャックテーブル２８が搭載されており、チャックテーブル２８は加工送り手段１２及び割り出し送り手段２２によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。チャックテーブル２８には、チャックテーブル２８に吸引保持されたウエーハをクランプするクランプ３０が設けられている。

静止基台４にはコラム３２が立設されており、このコラム３２にはレーザビーム照射ユニット３４を収容するケーシング３５が取り付けられている。レーザビーム照射ユニット３４は、図２に示すように、ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザを発振するレーザ発振器６２と、繰り返し周波数設定手段６４と、パルス幅調整手段６６と、エネルギー調整手段６８とを含んでいる。

レーザビーム照射ユニット３４のエネルギー調整手段６８により所定エネルギーに調整されたパルスレーザビームは、ケーシング３５の先端に取り付けられた集光器３６のミラー７０で反射され、更に集光用対物レンズ７２によって集光されてチャックテーブル２８に保持されているウエーハ１１に照射される。

ケーシング３５の先端部には、集光器３６とＸ軸方向に整列してレーザ加工すべき加工領域を検出する撮像手段３８が配設されている。撮像手段３８は、可視光によって半導体ウエーハの加工領域を撮像する通常のＣＣＤ等の撮像素子を含んでいる。

撮像手段３８は更に、半導体ウエーハに赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、この光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する赤外線ＣＣＤ等の赤外線撮像素子から構成される赤外線撮像手段を含んでおり、撮像した画像信号はコントローラ（制御手段）４０に送信される。

コントローラ４０はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）４２と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）４４と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４６と、カウンタ４８と、入力インターフェイス５０と、出力インターフェイス５２とを備えている。

５６は案内レール１４に沿って配設されたリニアスケール５４と、第１スライドブロック６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出手段であり、加工送り量検出手段５６の検出信号はコントローラ４０の入力エンターフェイス５０に入力される。

６０はガイドレール２４に沿って配設されたリニアスケール５８と第２スライドブロック１６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出手段であり、割り出し送り量検出手段６０の検出信号はコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。

撮像手段３８で撮像した画像信号もコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。一方、コントローラ４０の出力インターフェイス５２からはパルスモータ１０、パルスモータ２０、レーザビーム照射ユニット３４等に制御信号が出力される。

図３を参照すると、本発明の加工方法の加工対象となる光デバイスウエーハ１１の表面側斜視図が示されている。光デバイスウエーハ１１は、サファイア基板１７上に窒化ガリウム（ＧａＮ）等のエピタキシャル層（半導体層）１５が積層されて構成されている。光デバイスウエーハ１１は、エピタキシャル層１５が積層された表面１１ａと、サファイア基板１７が露出した裏面１１ｂとを有している。

サファイア基板１７は例えば１００μｍの厚みを有しており、エピタキシャル層１５は例えば５μｍの厚みを有している。エピタキシャル層１５にＬＥＤ等の複数の光デバイス１９が格子状に形成された分割予定ライン（ストリート）１７によって区画されて形成されている。

光デバイスウエーハ１１にレーザ加工を施すのにあたり、図４に示すように、光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂが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に貼着される。

これにより、光デバイスウエーハ１１はダイシングテープＴを介して環状フレームＦに支持された状態となり、レーザ加工時には、光デバイスウエーハ１１がダイシングテープＴを介してチャックテーブル２８に吸引保持され、クランプ３０により環状フレームＦがクランプされて固定される。

本発明のウエーハの加工方法では、まず、撮像手段３８で光デバイスウエーハ１１の加工領域を撮像して、レーザビームを照射するレーザビーム照射ユニット３４の集光器３６と第１の方向に伸長するストリート１７との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、レーザビーム照射位置のアライメントを実施する。次いで、チャックテーブル２８を９０度回転して、第１の方向に直交する第２の方向に伸長するストリート１７と集光器２８とのアライメントを実施する。

アライメント実施後、複数の光デバイス１９を一つのブロックとして区画する分割予定ライン１７を選定する分割予定ライン選定工程を実施する。本実施形態では、この分割予定ライン選定工程で、第１の方向に伸長する複数の分割予定ライン１３のうち中央部の分割予定ライン１７を選定し、第１の方向と直交する第２の方向に伸長する複数の分割予定ライン１７のうち中央部の分割予定ライン１７を選定する。この分割予定ライン選定工程により、光デバイスウエーハ１１は４つのブロックに区分されたことになる。

分割予定ライン選定工程実施後、比較的弱い第１のエネルギーで光デバイスウエーハ１１に対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームを集光器３６を介して第１の方向に伸長する選定された分割予定ライン１７に照射し、チャックテーブル２８を矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動させ、選定された分割予定ライン１７に沿って第１の分割溝（レーザ加工溝）２１ａを形成する。

次いで、チャックテーブル２８を９０度回転して、第２の方向伸長する選定された分割予定ライン１７に同様なレーザビームを照射し、チャックテーブル２８を矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動させ、第２の方向に伸長する選定された分割予定ライン１７に沿って第１の分割溝（レーザ加工溝）２１ｂを形成する。

第１の分割溝形成工程実施後、第１の分割溝２１ａ，２１ｂが形成された選定された分割予定ライン１７以外の分割予定ライン１７に対して比較的強い、即ち第１のエネルギーより強い第２のエネルギーのレーザビームを照射して分割の起点となる第２の分割溝を形成する第２分割溝形成工程を実施する。

即ち、この第２分割溝形成工程では、図５に示すように、比較的強い第２のエネルギーで光デバイスウエーハ１１に対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームを、集光器３６を介して選定された分割予定ライン１３以外の第１の方向に伸長する分割予定ライン１７に照射し、チャックテーブル２８を矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動させ、第１の方向に伸長する分割予定ライン１７に沿って第２の分割溝（レーザ加工溝）２３を形成する。

集光器３６を割り出し送りしながら、選定された分割予定ライン１７以外の第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン１７に沿って同様な第２の分割溝２３を形成する。次いで、チャックテーブル２８を９０度回転してから、選定された分割予定ライン１７以外の第２の方向に伸長する全ての分割予定ライン１７に沿って同様なパルスレーザビームを照射し、第２の分割溝（レーザ加工溝）２３を形成する。

図６を参照すると、選定された分割予定ライン１７に沿って第１の分割溝２１ａ，２１ｂが形成され、他の全ての分割予定ライン１７に沿って第２の分割溝２３が形成された状態の光デバイスウエーハ１１の斜視図が示されている。

直径１５０ｍｍ、厚さ１００μｍの光デバイスウエーハに以下のレーザ加工条件でレーザ加工を施した。

（ａ）第１分割溝形成工程
光源：ＹＡＧパルスレーザ
波長：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザの第３高調波）
平均出力：０．５Ｗ
加工深さ：１０μｍ
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
スポット径：５μｍ
送り速度：１５０ｍｍ／ｓ

（ｂ）第２分割溝形成工程
光源：ＹＡＧパルスレーザ
波長：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザの第３高調波）
平均出力：１．５Ｗ
加工深さ：３０μｍ
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
スポット径：５μｍ
送り速度：１５０ｍｍ／ｓ

実施例１と同一条件の光デバイスウエーハに対して以下のレーザ加工条件でレーザ加工を施した。

（ａ）第１分割溝形成工程
光源：ＹＡＧパルスレーザ
波長：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザの第３高調波）
平均出力：１．５Ｗ
加工深さ：１０μｍ
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
スポット径：５μｍ
送り速度：３５０ｍｍ／ｓ

第１分割工程及び第２分割工程実施後、図７に示すように、円筒８０の載置面上に粘着テープＴを介して光デバイスウエーハ１１を支持した環状フレームＦを載置して、クランプ８２で環状フレームＦをクランプする。そして、バー形状の分割治具８４を円筒８０内に配設する。

分割治具８４は上段保持面８６ａと下段保持面８６ｂとを有しており、下段保持面８６ｂに開口する真空吸引路８８が形成されている。分割治具８４の詳細構造は、特許第４３６１５０６号公報に開示されている。

分割治具８４による分割工程を実施するには、分割治具８４の真空吸引路８８を矢印９０で示すように真空吸引しながら、分割治具８４の上段保持面８６ａ及び下段保持面８６ｂを下側から粘着テープＴに接触させて、分割治具８４を矢印Ａ方向に移動する。即ち、分割治具８４を分割しようとする分割予定ライン１７と直交する方向に移動する。

これにより、第２分割溝２３が分割治具８４の上段保持面８６ａの内側エッジの真上に移動すると、第２分割溝２３を有する分割予定ライン１７の部分に曲げ応力が集中して発生し、この曲げ応力で光デバイスウエーハ１１が分割予定ライン１７に沿って割断される。

第１の方向に伸長する選定された分割予定ライン１７に形成された第１の分割溝２１ａは、その加工深さが１０μｍ程度で第２の分割溝２３の加工深さ３０μｍに比べて浅いが、第１の分割溝２１ａが分割治具８４の上段保持面８６ａの内側エッジの真上に移動すると、第１の分割溝２１ａを有する分割予定ライン１７の部分に曲げ応力が集中して発生し、この曲げ応力で分割予定ライン１７に沿って光デバイスウエーハ１１を割断することができる。

分割治具８４を矢印Ａ方向に移動しながら、第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン１７に沿って光デバイスウエーハ１１を分割する。次いで、分割治具８４を９０度回転して、或いは円筒８０を９０度回転して、第１の方向に伸長する分割予定ライン１７に直交する第２の方向に伸長する分割予定ライン１７を同様に分割する。

上述した実施形態によると、選定された分割予定ライン１７に沿って比較的弱いエネルギーのレーザビームを照射して分割の起点となる第１の分割溝２１ａ，２１ｂを形成し、選定された分割予定ライン以外の他の分割予定ライン１７に対して比較的強いエネルギーのレーザビームを照射して分割の起点となる第２の分割溝２３を形成するようにしたので、直径１５０ｍｍ程度の大型のウエーハに対して第１及び第２の分割溝を形成した後、レーザ加工装置から光デバイスウエーハ１１を搬出する際、又は分割装置まで光デバイスウエーハ１１を搬送する際に光デバイスウエーハ１１が割れることを防止することができる。

上述した実施形態においては、本発明の加工方法を光デバイスウエーハ１１に適用した例について説明したが、本発明の加工方法は光デバイスウエーハ１１に限定されるものではなく、シリコンから形成された通常の半導体ウエーハ、及び化合物半導体ウエーハ等に対しても同様に適用することができる。

上述した実施形態では、第１分割溝形成工程及び第２分割溝形成工程を光デバイスウエーハ１１の表面１１ａ側にレーザビームを照射することにより実施しているが、光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂ側からレーザビームを照射して、裏面１１ｂに第１の分割溝及び第２の分割溝を形成するようにしてもよい。

Ｔダイシングテープ（粘着テープ）
Ｆ環状フレーム
２レーザ加工装置
１１光デバイスウエーハ
１７分割予定ライン（ストリート）
１９光デバイス
２１ａ，２１ｂ第１の分割溝
２３第２の分割溝
２８チャックテーブル
３４レーザビーム照射ユニット
３６集光器
８４分割治具

Claims

複数のデバイスが分割予定ラインによって区画されて表面に形成されたウエーハの加工方法であって、
ウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザビームを分割予定ラインに沿って照射して分割の起点となる分割溝を形成する分割溝形成工程と、
複数の分割溝が形成されたウエーハに外力を付与してウエーハを個々のデバイスに分割する分割工程と、を具備し、
該分割溝形成工程は、複数のデバイスをブロックとして区画する分割予定ラインを設定する分割予定ライン選定工程と、
選定された分割予定ラインに対して比較的弱い第１のエネルギーのレーザビームを照射して分割の起点となる第１の分割溝を形成する第１分割溝形成工程と、
選定された分割予定ライン以外の分割予定ラインに対して該第１のエネルギーより強い第２のエネルギーのレーザビームを照射して分割の起点となる第２の分割溝を形成する第２分割溝形成工程と、
を含むことを特徴とするウエーハの加工方法。
前記第２分割溝形成工程においては、前記第１の分割溝を避けて前記第２の分割溝を形成する請求項１記載のウエーハの加工方法。