JP2017103406A - ウエーハの加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明の課題は、デバイスをより薄く、小型化するためのウエーハの加工方法を提供することにある。【解決手段】本発明により、分割予定ラインによって区画され複数のデバイスを表面に備えたウエーハを分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法であって、ウエーハの表面に支持基板を対面させボンド材を介して一体に貼着する一体工程と、ウエーハの裏面を研削して薄くする裏面研削工程と、ウエーハの裏面から分割予定ラインに沿ってデバイス毎に切断する切断工程と、ウエーハの裏面に保護部材を配設する保護部材配設工程と、支持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ボンド材に位置付けて照射しボンド材を破壊するボンド材破壊工程と、支持基板をデバイスから剥離してデバイス毎に分離する支持基板剥離工程と、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。【選択図】図５

Description

本発明は、表面にデバイスが形成された薄板状のウエーハを、個々のデバイス毎に分離するウエーハの加工方法に関する。
ＩＣ、ＬＳＩ、パワーデバイス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ウエーハは、レーザー加工装置等の分割装置によって分割予定ラインが切断されて個々のデバイスに分割され、携帯電話、パソコン、テレビなどの電気機器に利用されている。また、このようなデバイスが利用される携帯電話、あるいは通信機能を備えた腕時計等を更に小型、軽量化すべく、該デバイスの厚みをより薄くする技術が望まれている。
ウエーハを分割することによって得られるデバイスを薄くする技術としては、先ダイシングと呼ばれる技術が既に提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
この技術は、分割予定ラインに沿って、デバイスの仕上がり厚みに相当する深さの溝を先に形成し、その後、ウエーハの表面に保護部材を配設してウエーハの裏面を研削して該溝を裏面に露出させてウエーハを個々のデバイスに分割する技術である。
特開平１１−０４０５２０号公報
上記特許文献１に記載の技術では、デバイスが形成された表面側の分割予定ラインに沿って完成時のデバイスの厚さよりも深い溝を予め形成し、該ウエーハの表面側に保護部材としてのシートを貼着し、該ウエーハの表面側を下面にしてチャックテーブルに保持し、該ウエーハの裏面をデバイスの完成時の厚みまで研削、研磨し、ウエーハを個々のデバイスに分離する技術である。
しかし、上記技術において、例えば、個々のデバイスを１ｍｍ角以下、あるいは厚みが１０μｍ以下になるように、小さく、あるいは薄くなるように研削加工しようとすると、研削加工時にウエーハに伝達される研削ホイールの振動や押圧負荷の変動により、デバイスが保護部材としてのシートから飛散する、あるいはデバイスが破損してしまうという問題があり、上記先ダイシングの技術を活用して各デバイスを小型化、あるいは薄型化するのに限界があるという問題がある。従って、デバイスをより薄く、小型化するためのウエーハの加工方法において解決すべき課題がある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、分割予定ラインによって区画され複数のデバイスを表面に備えたウエーハを分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法であって、ウエーハの表面に支持基板を対面させボンド材を介して一体に貼着する一体工程と、該ウエーハの裏面を研削して薄くする裏面研削工程と、研削された該ウエーハの裏面から分割予定ラインに沿ってデバイス毎に切断する切断工程と、分割予定ラインに沿って切断された該ウエーハの裏面に保護部材を配設する保護部材配設工程と、該支持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該ボンド材に位置付けて照射し該ボンド材を破壊するボンド材破壊工程と、該支持基板を該デバイスから剥離しデバイス毎に分離する支持基板剥離工程と、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。
また、該保護部材配設工程において、ウエーハを収容する開口部を有するフレームの該開口部にウエーハを収容すると共に粘着テープでウエーハの裏面とフレームの外周とを貼着し、粘着テープを介してウエーハをフレームに支持することでウエーハの裏面に保護部材を配設し、該基板剥離工程の後、粘着テープを拡張してデバイスの間隔を拡張しデバイスを粘着テープからピックアップするピックアップ工程を含むように構成することができる。
さらに、該切断工程では、切削ブレードによる切断、レーザー光線による切断、プラズマエッチングによる切断、ウエットエッチングによる切断のいずれかを含むことができる。
本発明は、分割予定ラインによって区画され複数のデバイスを表面に備えたウエーハを分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法であって、ウエーハの表面に支持基板を対面させボンド材を介して一体に貼着する一体工程と、ウエーハの裏面を研削して薄くする裏面研削工程と、ウエーハの裏面から分割予定ラインに沿ってデバイス毎に切断する切断工程と、ウエーハの裏面に保護部材を配設する保護部材配設工程と、支持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ボンド材に位置付けて照射しボンド材を破壊するボンド材破壊工程と、支持基板をデバイスから剥離してデバイス毎に分離する支持基板剥離工程と、から少なくとも構成されているので、当該構成を有しない従来の先ダイシングを利用したウエーハの加工方法に比べ、研削中の飛散や、デバイスの破壊等を起こすことなく、より薄く研削することが可能となり、結果として、分割される個々のデバイスをより小さく、薄く形成することが可能となる。
本発明において実施される一体工程を説明する説明図。 本発明において実施される裏面研削工程を説明する説明図。 本発明において実施される切断工程を説明する説明図。 本発明において実施される保護部材配設工程を説明する説明図。 本発明において実施されるボンド材破壊工程を説明する説明図。 本発明において実施される支持基板剥離工程を説明する説明図。 本発明において実施されるピックアップ工程を説明する説明図。
（一体工程）
本発明に従って実施されるウエーハの加工方法について、添付図面を参照して詳細に説明する。先ず、図１に示すように、半導体ウエーハ２のデバイス２２が形成された表面２ａ側に、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の周知のボンド材から選択される接着剤により支持基板３を貼着し、ウエーハＷを形成する（一体工程）。なお、半導体ウエーハ２は、例えば厚さが２００μｍのシリコンウエーハからなっており、半導体ウエーハ２の表面２ａには複数の分割予定ライン２１が格子状に形成されている。そして、半導体ウエーハ２の表面２aには、格子状に形成された複数の分割予定ライン２１によって区画された複数の領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス２２が形成されている。また、該支持基板３は、例えばガラス、サファイア等から選択されるものであり、透明性部材から選択されることが好ましい。
（裏面研削工程）
上記したように、半導体ウエーハ２と支持基板３をボンド材により一体化した後、図２に示すように、半導体ウエーハ２の裏面２ｂを研削する裏面研削工程を実施する。この裏面研削工程は、図２に示す研削装置４を用いて実施する。図２に示す研削装置４は、被加工物を保持するチャックテーブル４１と、該チャックテーブル４１に保持された被加工物を研削するための研削砥石４２を備えた研削手段４３を備えている。この研削装置４を用いて裏面研削工程を実施するには、チャックテーブル４１上にウエーハＷの支持基板３側を載置し、図示しない吸引手段を作動することによりチャックテーブル４１上に該ウエーハＷを吸引固定する。従って、チャックテーブル４１上に保持されたウエーハＷは、半導体ウエーハ２の裏面２ｂ側を上側にして固定される。このようにしてチャックテーブル４１上にウエーハＷを固定したならば、チャックテーブル４１を矢印４１ａで示す方向に例えば、３００ｒｐｍで回転しつつ、研削手段４３の研削砥石４２を矢印４２ａで示す方向に例えば６０００ｒｐｍで回転しつつ半導体ウエーハ２の裏面２ｂに接触させて研削し、所定の残存厚み（例えば、５〜１０μｍ）を残して研削が実行される。
（切断工程）
半導体ウエーハ２の裏面２ｂを研削する裏面研削工程を実施したならば、次に半導体ウエーハ２の裏面２ｂから分割予定ライン２１に沿ってデバイス毎に切断する切断工程を実施する。
図３（ａ）に示す切削装置５は、被加工物を保持するチャックテーブル５１と、該チャックテーブル５１に保持された被加工物を切削する切削手段５２と、該チャックテーブル５１に保持された被加工物を撮像する撮像手段５３を具備している。チャックテーブル５１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない切削送り手段によって図３（ａ）において矢印Ｘで示す切削送り方向に移動させられるようになっている。
上記切削手段５２は、実質上水平に配置されたスピンドルハウジング５２１と、該スピンドルハウジング５２１に回転自在に支持された回転スピンドル５２２と、該回転スピンドル５２２の先端部に装着された環状の切れ刃５２３ａを備えた切削ブレード５２３を含んでおり、回転スピンドル５２２がスピンドルハウジング５２１内に配設された図示しないサーボモーターによって矢印５２２ａで示す方向に回転させられるようになっている。上記撮像手段５３は、顕微鏡、赤外線照射手段、及び赤外線ＣＣＤカメラ等の光学手段からなっており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送り、半導体ウエーハ２の表面２ａ側に形成された分割予定ライン２１と、切削ブレード５２３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、切削領域のアライメントを遂行する。なお、ウエーハの裏面に表面からの貫通電極が形成されている場合は、その電極を基準にしてアライメントを遂行してもよい。
以上のようにしてアライメントが実施されたならば、ウエーハＷを保持したチャックテーブル５１を切削加工領域の切削開始位置に移動し、切削ブレード５２３を下方に切り込み送りすると共に、切削ブレード５２３を所定の回転速度で回転させ、チャックテーブル５１を矢印Ｘで示す方向に所定の切削送り速度で移動させて、Ｘ軸方向における切削終了位置まで移動させることにより半導体ウエーハ２の裏面２ｂ側から切削溝２１ａが形成され（切削溝形成工程）、チャックテーブル５１の移動を停止させる。そして、切削ブレード５２３を上昇させると共に、矢印Ｙで示す方向（割り出し送り方向）にチャックテーブル５１を割り出し送りし、次に切削すべき分割予定ライン２１を切削ブレード５２３と対応する位置に位置付けて、上述した切削溝形成工程を実施する（図３（ｂ）を参照）。そして、上述した切削溝形成工程を該半導体ウエーハ２に形成された全ての分割予定ライン２１に対応して実施する（図３（ｃ）を参照）。なお、本実施形態においては、半導体ウエーハ２が切断されるようにその切削深さが設定されるが、必要に応じてボンド材層Ｂも同時に切断されるように設定される。以上で、切断工程が終了する。
（保護部材配設工程）
上述した半導体ウエーハ２に対する切断工程を実施したならば、該半導体ウエーハ２の裏面２ｂ側に保護部材としての粘着テープＴを貼着する保護部材配設工程を実施する。即ち、図４に示すように、環状のフレームＦの内側開口部を覆うように外周部が装着された保護部材としての粘着テープＴの表面に、上述した半導体ウエーハ２側、即ち半導体ウエーハ２の裏面２ｂを下にして貼着し、保護部材配設工程が終了する。よって、粘着テープＴ上に貼着されたウエーハＷは、支持基板３側が上側となる。
（ボンド材破壊工程）
上記保護部材配設工程が終了したならば、図５（ａ）に示すような、レーザー光線照射手段６を備えたレーザー加工装置を用いてボンド材破壊工程を実施する。なお、該レーザー加工装置も周知のレーザー加工装置を用いることができ、本発明の要部を構成しないため、全体構造、及びその詳細についてはその説明を省略する。
図５に示すボンド材破壊工程を実施するためには、該レーザー加工装置が備えたチャックテーブル（図示省略）上に、上記保護部材配設工程が実施されたウエーハＷの粘着テープＴ側を載置する。そして図示しない吸引手段を作動することにより、粘着テープＴを介して、ウエーハＷをチャックテーブル上に吸引保持する（ウエーハ保持工程）。なお、図５（ａ）においては省いて示しているが、環状のフレームＦは、チャックテーブルに配設された適宜のフレーム保持部材によって保持されている。
上述したように、ウエーハ保持工程が実施されたならば、ウエーハＷを吸引保持したチャックテーブルを加工領域に移動し、図５（ａ）に示すように、レーザー光線照射手段６の集光器６１の直下に位置付ける。そして、図５（ｂ）に示すように、図示しない制御手段からの制御信号により、レーザー光線照射手段６を作動して、ウエーハＷの支持基板３側から該支持基板３と半導体ウエーハ２を結合しているボンド材Ｂに対して、支持基板３（例えばサファイア）に対しては透過性を有し、ボンド材（例えばエポキシ樹脂）に対しては吸収性を有する波長のレーザー光線を照射し、ボンド材Ｂを破壊するレーザー光線の照射を行う。この際、レーザー光線を照射しながら、チャックテーブルを矢印Ｘで示す加工送り方向、及び、矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動させて、集光器６１から照射されるパルスレーザー光線のスポットが、該ウエーハＷの半導体ウエーハ２と支持基板３との結合面全体に照射されるように制御される。この結果、半導体ウエーハ２と支持基板３との間で両者を結合していたボンド材が全域で破壊され、ボンド材Ｂによる半導体ウエーハ２と支持基板３との結合機能が喪失し、ボンド材破壊工程が終了する。
上記レーザー光線照射工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 ：ＹＡＧレーザー
波長 ：３５５ｎｍ
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
出力 ：０．２Ｗ
スポット径 ：φ５０μｍ
パルス幅 ：１０ｎｓ
送り速度 ：２０００ｍｍ／ｓ
（支持基板剥離工程）
上記ボンド材破壊工程が実施されたならば、支持基板３を半導体ウエーハ２から剥離してデバイス２２毎に分離する支持基板剥離工程を実施する（図６を参照）。先ず、ボンド材破壊工程が終了したら、該ウエーハＷが載置されたチャックテーブルを剥離機構７が配設された剥離位置に移動し、該チャックテーブルに保持されているウエーハＷを支持手段７２に支持された吸着手段７１の直下に位置付けて該吸着手段７１を下降させる。そして、支持基板３に吸引通路７１１を介して支持された吸引パッド７１２ａ〜７１２ｃを接触させる。吸引パッド７１２ａ〜７１２ｃが支持基板３に接触したら、図示しない吸引手段を作動させて該支持手段７２、及び吸引通路７１１を介して負圧を作用させて該吸引パッド７１２ａ〜７１２ｃによって支持基板３を吸着する。該支持基板３を該吸引パッド７１２ａ〜７１２ｃで吸着したならば、図６に示しているように該支持基板３を吸着した吸引パッド７１２ａ〜７１２ｃをウエーハＷから離反する方向、即ち上方に移動して支持基板３を半導体ウエーハ２から剥離して支持基板剥離工程が終了する。この支持基板剥離工程が終了すると、図示しない支持基板収容容器に、剥離した支持基板３を収容し、チャックテーブル上に載置された粘着テープＴ上には、支持基板３に結合されていた複数のデバイス２２が個々に分離されて保持された状態となる。
（ピックアップ工程）
上記支持基板剥離工程が終了すると、該デバイス２２を粘着テープＴからピックアップするピックアップ工程を実施する。該ピックアップ工程は、図７にその一部を示すピックアップ装置８にて実施されるものであり、該ピックアップ装置８は、フレーム保持部材８１と、その上面部に環状のフレームＦを載置して該環状のフレームＦを保持するクランプ８２と、該クランプ８２により保持された環状のフレームＦに装着された粘着テープＴと共に上面に保持された個々のデバイス２２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８３とを備えている。フレーム保持部材８１は、拡張ドラム８３を囲むように設置された複数のエアシリンダ８２３ａと、エアシリンダ８２３ａから延びるピストンロッド８２３ｂとから構成される支持手段８２３により昇降可能に支持されている。
該拡張ドラム８３は、環状のフレームＦの内径よりも小さく、環状のフレームＦのフレームＦに装着された粘着テープＴに貼着されている半導体ウエーハ２の外径よりも大きく設定されている。ここで、図７に示すように、分離装置８は、フレーム保持部材８１と、拡張ドラム８３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８２３の作用によりフレーム保持部材８１が下降させられ、拡張ドラム８３の上端部が、フレーム保持部材８１の上端部よりも高くなる位置（実線で示す）とすることができる。
上記フレーム保持部材８１を下降させて、拡張ドラム８３の上端を、点線で示す位置から、実線で示すフレーム保持部材８１よりも高い位置となるように相対的に変化させると、環状のフレームＦに装着された粘着テープＴは拡張ドラム８３の上端縁に接して拡張させられる。この結果、粘着テープＴに貼着されている半導体ウエーハ２には放射状に引張力が作用するため、既に分割されている個々のデバイス２２同士の間隔が広げられる。そして、個々のデバイス２２同士の間隔が広げられた状態で、ピックアップコレット８４を作動させてすでに分割されているデバイス２２を吸着し、粘着テープＴから剥離してピックアップし、図示しない収容トレーに搬送する。以上により、ピックアップ工程が終了し、本発明によるウエーハの加工方法が完了する。なお、本実施形態における切断工程においては、半導体ウエーハ２に加えてボンド材Ｂも同時に切断するようにしたが、必ずしもこれに限定されない。切断工程においてボンド材Ｂが完全に切断されずに残存していた場合は、このピックアップ工程において粘着テープＴが拡張された際に完全に分離される。
本発明は、上記したような構成を有することにより、分割予定ラインに沿った切削溝を形成する前に支持基板でウエーハの表面側を支持した状態でその裏面を研削することから、研削工程時において個々のデバイスが飛散したり、破壊されたりすることもないため、例えば、１ｍｍ角以下の大きさ、又は厚みが１０μｍ以下という、より小型化、あるいは薄化したデバイスを容易に製造できるという格別な作用効果を奏することができる。
また、上記実施形態では、切断工程を実施する具体的な手段として、切削ブレードを用いて分割予定ラインに沿って切削溝を形成するように説明したが、これに限定されない。切削溝を形成する手段としては、レーザー光線を用いて切断すること、プラズマエッチングを用いて切断すること、ウエットエッチングを用いて切断すること等、いずれの切断手段も選択することができる。
さらに、上記実施形態では、保護部材配設工程において、ウエーハを収容する開口部を有するフレームの開口部にウエーハを収容すると共に粘着テープでウエーハの裏面とフレームの外周とを貼着し、粘着テープを介してウエーハをフレームに支持することでウエーハの裏面に保護部材を配設することとしたが、これに限定されるものではない。例えば、単にウエーハと同一形状をなす保護部材としてのテープをウエーハの裏面に貼着すること、あるいは樹脂等をウエーハの表面にコーティングすることにより保護部材を配設することとしてもよい。
なお、上記した実施形態では、裏面研削工程の後、すぐに切断工程を実施するように説明したが、製造しようとするウエーハ上に形成されたデバイスがパワーデバイスの場合は、該裏面研削工程と切断工程との間に、ウエーハの裏面側に電極を形成する工程が含まれる。
２：半導体ウエーハ
３：支持基板
４：研削装置
４１：チャックテーブル
４２：研削砥石
４３：研削手段
５：切削装置
５１：チャックテーブル
５２：切削手段
５３：撮像手段
６：レーザー光線照射手段
６１：集光器
７：剥離機構
７１：吸着手段
７２：支持手段
８：分離装置
８１：フレーム保持部材
８２：クランプ
８３：拡張ドラム
８４：ピックアップコレット
２１：分割予定ライン
２２：デバイス

Claims (3)

  1. 分割予定ラインによって区画され複数のデバイスを表面に備えたウエーハを分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法であって、
    ウエーハの表面に支持基板を対面させボンド材を介して一体に貼着する一体工程と、
    該ウエーハの裏面を研削して薄くする裏面研削工程と、
    研削された該ウエーハの裏面から分割予定ラインに沿ってデバイス毎に切断する切断工程と、
    分割予定ラインに沿って切断された該ウエーハの裏面に保護部材を配設する保護部材配設工程と、
    該支持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該ボンド材に位置付けて照射し該ボンド材を破壊するボンド材破壊工程と、
    該支持基板を該デバイスから剥離しデバイス毎に分離する支持基板剥離工程と、
    から少なくとも構成されるウエーハの加工方法。
  2. 該保護部材配設工程において、ウエーハを収容する開口部を有するフレームの該開口部にウエーハを収容すると共に粘着テープでウエーハの裏面とフレームの外周とを貼着し、粘着テープを介してウエーハをフレームに支持することでウエーハの裏面に保護部材を配設し、
    該支持基板剥離工程の後、粘着テープを拡張してデバイスの間隔を拡張しデバイスを粘着テープからピックアップするピックアップ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. 該切断工程は、切削ブレードによる切断、レーザー光線による切断、プラズマエッチングによる切断、ウエットエッチングによる切断のいずれかを含む請求項１、又は２に記載のウエーハの加工方法。
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