JP6521837B2

JP6521837B2 - ウエーハの加工方法

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Publication number: JP6521837B2
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Authority: JP
Inventors: 泰吉湯平
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Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2015-11-05
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Description

本発明は、シリコンウエーハ、サファイアウエーハ等の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チップに分割され、分割されたデバイスチップは、携帯電話、パソコン等の各種電子機器に広く利用されている。

ウエーハの分割には、ダイシングソ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、ダイヤ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、ウエーハを個々のデバイスチップへと分割する。

一方、近年では、レーザービームを用いてウエーハを個々のデバイスチップに分割する方法が開発され、実用化されている。レーザービームを用いてウエーハを個々のデバイスチップに分割する方法として、以下に説明する第１及び第２の加工方法が知られている。

第１の加工方法は、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の集光点を分割予定ラインに対応するウエーハの内部に位置付けて、レーザービームを分割予定ラインに沿って照射してウエーハ内部に改質層を形成し、その後分割装置によりウエーハに外力を付与してウエーハを改質層を分割起点として個々のデバイスチップに分割する方法である（例えば、特許第３４０８８０５号参照）。

第２の加工方法は、ウエーハに対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）のレーザービームを分割予定ラインに対応する領域に照射してアブレーション加工により加工溝を形成し、その後外力を付与してウエーハを加工溝を分割起点として個々のデバイスチップに分割する方法である（例えば、特開平１０−３０５４２０号参照）。

上記第１の加工方法では、加工屑の発生もなく、従来一般的に用いられてきた切削ブレードによるダイシングに比較し、カットラインの極小化や無水加工等のメリットがあり、盛んに用いられている。

また、レーザービームの照射によるダイシング方法では、プロジェクションウエーハに代用されるような分割予定ライン（ストリート）が非連続的な構成のウエーハを加工できるというメリットがある（例えば、特開２０１０−１２３７２３号参照）。分割予定ラインが非連続的なウエーハの加工では、分割予定ラインの設定に従ってレーザービームの出力をオン／オフして加工する。

特許第３４０８８０５号公報特開平１０−３０５４２０号公報特開２０１０−１２３７２３号公報

しかし、第１の方向に連続的に伸長する分割予定ラインに第２の方向に伸長する分割予定ラインがＴ字路となって突き当たる交点付近では、次のような問題がある。

（１）デバイスの一辺に平行な第１分割予定ラインの内部に先に第１改質層が形成された第１分割予定ラインにＴ字路となって交わる第２分割予定ラインの内部に第２改質層を形成すると、レーザービームの集光点がＴ字路の交点に近付くにつれて既に形成された第１改質層に第２分割予定ラインを加工するレーザービームの一部が照射されて、レーザービームの反射又は散乱が発生し、デバイス領域に光が漏れ、この漏れ光によりデバイスに損傷を与えデバイスの品質を低下させるという問題がある。

（２）反対に、デバイスの一辺に平行な第１分割予定ラインに改質層を形成する前に、第１分割予定ラインにＴ字路となって突き当たる第２分割予定ラインに沿ってウエーハの内部に先に改質層を形成すると、Ｔ字路の交点近傍に形成された改質層から発生するクラックの進行を遮断する改質層がＴ字路の交点に存在しないことに起因して、Ｔ字路の交点からクラックが１〜２ｍｍ程度伸長してデバイスに至り、デバイスの品質を低下させ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、少なくとも一方の分割予定ラインが非連続に形成されたウエーハをレーザー加工する際に、一方の分割予定ラインの端部が他方の分割予定ラインにＴ字路となって突き当たる交点付近で既に形成された改質層にレーザービームが照射されることを抑制し、改質層でのレーザービームの反射又は散乱を防止し、漏れ光によるデバイスの損傷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、第１の方向に形成された複数の第１分割予定ラインと該第１の方向と交差する第２の方向に形成された複数の第２分割予定ラインとで区画された各領域にデバイスが形成され、該第１分割予定ラインと該第２分割予定ラインのうち少なくとも該第２分割予定ラインが非連続に形成されてい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、該第１分割予定ラインに沿って、ウエーハに対し透過性を有する波長のレーザービームをウエーハの裏面側からウエーハの内部に集光して照射し、ウエーハの内部に該第１分割予定ラインに沿った複数層の第１方向改質層を形成する第１方向改質層形成ステップと、該第１方向改質層形成ステップを実施した後、該第２分割予定ラインに沿って、ウエーハに対し透過性を有する波長のレーザービームをウエーハの裏面側からウエーハの内部に集光して照射し、ウエーハの内部に該第２分割予定ラインに沿った複数層の第２方向改質層を形成する第２方向改質層形成ステップと、該第１方向改質層形成ステップ及び該第２方向改質層形成ステップを実施した後、ウエーハに外力を付与し、該第１方向改質層及び該第２方向改質層を破断起点にウエーハを該第１分割予定ライン及び該第２分割予定ラインに沿って破断して個々のデバイスチップに分割する分割ステップと、を備え、該第２方向改質層形成ステップは、該第１方向改質層が形成された該第１分割予定ラインにＴ字路となって交わる該第２分割予定ラインの内部に第２方向改質層を形成するＴ字路加工ステップを含み、該Ｔ字路加工ステップは、少なくとも該第１分割予定ラインと該第２分割予定ラインとの交点近傍を加熱して該Ｔ字路加工ステップで照射するレーザービームの吸収性を向上させる加熱ステップ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、該Ｔ字路加工ステップが加熱ステップを含んでいるため、第１分割予定ラインと第２分割予定ラインとの交点近傍が加熱されることにより、該交点近傍が照射されるレーザービームに対して適度な吸収性を有するようになる。従って、該Ｔ字路加工ステップでのレーザービームが交点近傍において吸収される割合が高くなり、漏れ光がデバイスをアタックしてデバイスに損傷を与えるという問題を抑制できる。従って、デバイスの品質を低下させることがなく、分割予定ラインに沿ってウエーハの内部に適正な改質層を形成することができる。

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ー加工装置の斜視図である。レーザービーム発生ユニットのブロック図である。本発明のウエーハの加工方法で加工されるのに適した半導体ウエーハの斜視図である。第１方向改質層形成ステップを示す斜視図である。第１方向改質層形成ステップを示す模式的断面図である。Ｔ字路加工ステップを示す模式的平面図である。図７（Ａ）はヒーターによりウエーハを加熱しながらＴ字路加工ステップを実施している状態の断面図、図７（Ｂ）はノズルから噴出する熱風によりウエーハを加熱しながらＴ字路加工ステップを実施している状態の断面図である。分割装置の斜視図である。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を参照すると、本発明実施形態のウエーハの加工方法を実施するのに適したレーザー加工装置２の斜視図が示されている。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４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。レーザービーム照射ユニット３４は、ケーシング３６中に収容されたレーザービーム発生ユニット３５と、ケーシング３６の先端に取り付けられた集光器（レーザーヘッド）３８を含んでいる。集光器３８は上下方向（Ｚ軸方向）に微動可能にケーシング３６に取り付けられている。

レーザービーム発生ユニット３５は、図２に示すように、波長１３４２ｎｍのパルスレーザーを発振するＹＡＧレーザー発振器又はＹＶＯ４レーザー発振器等のレーザー発振器４２と、繰り返し周波数設定手段４４と、パルス幅調整手段４６と、レーザー発振器４２から発振されたパルスレーザービームのパワーを調整するパワー調整手段４８とを含んでいる。

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を撮像する顕微鏡及びカメラを備えた撮像ユニット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３を参照すると、本発明のウエーハの加工方法により加工されるのに適した半導体ウエーハ（以下、単にウエーハと略称することがある）１１の表面側斜視図が示されている。ウエーハ１１の表面１１ａには、第１の方向に連続的に形成された複数の第１分割予定ライン１３ａと、第１分割予定ライン１３ａと直交する方向に非連続的に形成された複数の第２分割予定ライン１３ｂが形成されており、第１分割予定ライン１３ａと第２分割予定ライン１３ｂとで区画された領域にＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。

本発明実施形態のウエーハの加工方法を実施するのに当たり、ウエーハ１１はその表面が外周部が環状フレームＦに貼着された粘着テープであるダイシングテープＴに貼着されたフレームユニットの形態とされ、このフレームユニットの形態でウエーハ１１はチャックテーブル２４上に載置されてダイシングテープＴを介して吸引保持され、環状フレームＦはクランプ２６によりクランプされて固定される。

特に図示しないが、本発明のウエーハの加工方法では、まずチャックテーブル２４に吸引保持されたウエーハ１１をレーザー加工装置２の撮像ユニット４０の直下に位置付けて、撮像ユニット４０によりウエーハ１１を撮像して、第１分割予定ライン１３ａを集光器３８とＸ軸方向に整列させるアライメントを実施する。

次いで、チャックテーブル２４を９０°回転してから、第１分割予定ライン１３ａと直交する方向に伸長する第２分割予定ライン１３ｂについても同様なアライメントを実施し、アライメントのデータをレーザー加工装置２のコントローラのＲＡＭに格納する。

レーザー加工装置２の撮像ユニット４０は通常赤外線カメラを備えているため、この赤外線カメラによりウエーハ１１の裏面１１ｂ側からウエーハ１１を透かして表面１１ａに形成された第１及び第２分割予定ライン１３ａ，１３ｂを検出することができる。

アライメント実施後、第１分割予定ライン１３ａに沿ってウエーハ１１の内部に第１方向改質層１７を形成する第１方向改質層形成ステップを実施する。この第１方向改質層形成ステップでは、図４及び図５に示すように、ウエーハに対して透過性を有する波長（例えば１３４２ｎｍ）のレーザービームの集光点を集光器３８によりウエーハ１１の内部に位置付けて、ウエーハ１１の裏面１１ｂ側から第１分割予定ライン１３ａに照射し、チャックテーブル２４を図５で矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、ウエーハ１１の内部に第１分割予定ライン１３ａに沿った第１方向改質層１７を形成する。

好ましくは、集光器３８を上方に段階的に移動して、ウエーハ１１の内部に第１分割予定ライン１３ａに沿った複数層の第１方向改質層１７、例えば５層の第１方向改質層１７を形成する。

改質層１７は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域を言い、溶融再固化層として形成される。この第１方向改質層形成ステップ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：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４パルスレーザー
波長：１３４２ｎｍ
繰り返し周波数：５０ｋＨｚ
平均出力：０．５Ｗ
集光スポット径：φ３μｍ
加工送り速度：２００ｍｍ／ｓ

第１方向改質層形成ステップを実施した後、延在方向（伸長方向）の端部が第１分割予定ライン１３ａにＴ字路となって突き当たる第２分割予定ライン１３ｂに沿って、ウエーハ１１に対して透過性を有する波長（例えば１３４２ｎｍ）のレーザービームをウエーハ１１の内部に集光して照射し、ウエーハ１１の内部に第２分割予定ライン１３ｂに沿った第２方向改質層１９を形成する第２方向改質層形成ステップを実施する。

この第２方向改質層形成ステップでは、チャックテーブル２４を９０°回転した後、ウエーハ１１の内部に第２分割予定ライン１３ｂに沿った複数層の第２方向改質層１９を形成する。

第２方向改質層形成ステップは、第１方向改質層１７が形成された第１分割予定ライン１３ａにＴ字路となって交わる第２分割予定ライン１３ｂの内部に第２方向改質層１９を形成するＴ字路加工ステップを含んでいる。

このＴ字路加工ステップを図７を参照して説明する。図７（Ａ）はＴ字路加工ステップの第１実施形態の断面図を示している。Ｔ字路加工ステップの第１実施形態では、チャックテーブル２４がヒーター２７を内蔵しており、チャックテーブル２４の吸引保持部２５でダイシングテープＴを介してウエーハ１１を保持し、ウエーハ１１の裏面１１ｂを露出させる。

そして、ヒーター２７でウエーハ１１を５０℃〜１２０℃の間の所定温度に加熱しながらウエーハ１１の裏面１１ｂ側からレーザービームＬＢを照射してウエーハ１１の内部に第２方向改質層１９を形成する。

ウエーハ１１を５０℃〜１２０℃の範囲の所定温度に加熱すると、ウエーハ１１がレーザービームに対して適度な吸収性（吸収係数α＝２〜５／ｃｍ）を有するようになり、先に形成された第１方向改質層１７を超えたレーザービームがデバイス１５側から第１方向改質層１７の側面に反射して漏れ光となっても、ヒーター２７により加熱された領域においてレーザービームが吸収される割合が高くなり、デバイス１５に損傷を与えることが防止される。

図６は図７（Ａ）の模式的平面図を示している。次いで、レーザービームＬＢの集光点をウエーハ１１の裏面１１ｂ側に移動して第２の第２方向改質層１９を形成する際も、ヒーター２７でウエーハ１１を加熱しながらＴ字路加工ステップで第２の第２方向改質層１９を形成する。同様に、ヒーター２７でウエーハ１１を加熱しながら、第３乃至第５の第２方向改質層１９を形成する。

図７（Ｂ）を参照すると、第２実施形態のＴ字路加工ステップの断面図が示されている。本実施形態では、ノズル２９から熱風３１を噴出してウエーハ１１を５０℃〜１２０℃の範囲の所定温度に加熱しながら第２分割予定ライン１３ｂに沿ってウエーハ１１の内部に第２方向改質層１９を形成する。

上述した第１実施形態と同様に、ウエーハ１１が加熱されることによりレーザービームＬＢに対して適度な吸収性（吸収係数α＝２〜５／ｃｍ）を有するようになり、先に形成された第１方向改質層１７を超えたレーザービームがデバイス１５側から第１方向改質層１７の側面に反射して漏れ光となっても、加熱された領域において漏れ光が吸収される割合が高くなり、デバイス１５に損傷を与えることがない。

上述した各実施形態ではヒータ―２７又は熱風３１を用いてウエーハ１１を所定温度に加熱しているが、ウエーハ１１に対して吸収性を有する３５５ｎｍの波長の比較的弱いパワー（例えば０．０５Ｗ）のレーザービームを加熱すべき領域に照射しながらＴ字路加工ステップを実施して、第２方向改質層１９を形成するようにしても良い。

ウエーハに対して吸収性を有する３５５ｎｍの波長のレーザービームがウエーハ１１に照射されると、ウエーハ１１はこのレーザービームにより加熱されてその吸収係数が上昇する。従って、上述した実施形態と同様に、漏れ光が加熱されたウエーハ１１に吸収されて、デバイス１５に損傷を与えることが抑制される。

第１方向改質層形成ステップ及び第２方向改質層形成ステップを実施した後、ウエーハ１１に外力を付与し、第１方向改質層１７及び第２方向改質層１９を破断起点にウエーハ１１を第１分割予定ライン１３ａ及び第２分割予定ライン１３ｂに沿って破断して、個々のデバイスチップに分割する分割ステップを実施する。

この分割ステップは、例えば図８に示すような分割装置（エキスパンド装置）５０を使用して実施する。図８に示す分割装置５０は、環状フレームＦを保持するフレーム保持手段５２と、フレーム保持手段５２に保持された環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴを拡張するテープ拡張手段５４を具備している。

フレーム保持手段５２は、環状のフレーム保持部材５６と、フレーム保持部材５６の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ５８から構成される。フレーム保持部材５６の上面は環状フレームＦを載置する載置面５６ａを形成しており、この載置面５６ａ上に環状フレームＦが載置される。

そして、載置面５６ａ上に載置された環状フレームＦは、クランプ５８によってフレーム保持手段５２に固定される。このように構成されたフレーム保持手段５２はテープ拡張手段５４によって上下方向に移動可能に支持されている。

テープ拡張手段５４は、環状のフレーム保持部材５６の内側に配設された拡張ドラム６０を具備している。拡張ドラム６０の上端は蓋６２で閉鎖されている。この拡張ドラム６０は、環状フレームＦの内径より小さく、環状フレーム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１１の外径より大きい内径を有している。

拡張ドラム６０はその下端に一体的に形成された支持フランジ６４を有している。テープ拡張手段５４は更に、環状のフレーム保持部材５６を上下方向に移動する駆動手段６６を具備している。この駆動手段６６は支持フランジ６４上に配設された複数のエアシリンダ６８から構成されており、そのピストンロッド７０はフレーム保持部材５６の下面に連結されている。

複数のエアシリンダ６８から構成される駆動手段６６は、環状のフレーム保持部材５６を、その載置面５６ａが拡張ドラム６０の上端である蓋６２の表面と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム６０の上端より所定量下方の拡張位置との間で上下方向に移動する。

以上のように構成された分割装置５０を用いて実施するウエーハ１１の分割ステップについて図９を参照して説明する。図９（Ａ）に示すように、ウエーハ１１をダイシングテープＴを介して支持した環状フレームＦを、フレーム保持部材５６の載置面５６ａ上に載置し、クランプ５８によってフレーム保持部材５６に固定する。この時、フレーム保持部材５６はその載置面５６ａが拡張ドラム６０の上端と略同一高さとなる基準位置に位置付けられる。

次いで、エアシリンダ６８を駆動してフレーム保持部材５６を図９（Ｂ）に示す拡張位置に下降する。これにより、フレーム保持部材５６の載置面５６ａ上に固定されている環状フレームＦを下降するため、環状フレーム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、第１分割予定ライン１３ａに沿って形成された第１方向改質層１７及び第２分割予定ライン１３ｂに沿って形成された第２方向改質層１９が分割起点となって、ウエーハ１１が第１分割予定ライン１３ａ及び第２分割予定ライン１３ｂ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。

上述した実施形態では、本発明の加工方法の加工対象となるウエーハとして半導体ウエーハ１１について説明したが、本発明の加工対象となるウエーハはこれに限定されるものではなく、サファイアを基板とする光デバイスウエーハ等の他のウエーハにも、本発明の加工方法は同様に適用することができる。

１１半導体ウエーハ
１３ａ第１分割予定ライン
１３ｂ第２分割予定ライン
１５デバイス
１７第１方向改質層
１９第２方向改質層
２４チャックテーブル
２７ヒーター
３１熱風
３４レーザービーム照射ユニット
３５レーザービーム発生ユニット
３８集光器（レーザーヘッド）
４０撮像ユニット
５０分割装置

Claims

第１の方向に形成された複数の第１分割予定ラインと該第１の方向と交差する第２の方向に形成された複数の第２分割予定ラインとで区画された各領域にデバイスが形成され、該第１分割予定ラインと該第２分割予定ラインのうち少なくとも該第２分割予定ラインが非連続に形成されてい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、
該第１分割予定ラインに沿って、ウエーハに対し透過性を有する波長のレーザービームをウエーハの裏面側からウエーハの内部に集光して照射し、ウエーハの内部に該第１分割予定ラインに沿った複数層の第１方向改質層を形成する第１方向改質層形成ステップと、
該第１方向改質層形成ステップを実施した後、該第２分割予定ラインに沿って、ウエーハに対し透過性を有する波長のレーザービームをウエーハの裏面側からウエーハの内部に集光して照射し、ウエーハの内部に該第２分割予定ラインに沿った複数層の第２方向改質層を形成する第２方向改質層形成ステップと、
該第１方向改質層形成ステップ及び該第２方向改質層形成ステップを実施した後、ウエーハに外力を付与し、該第１方向改質層及び該第２方向改質層を破断起点にウエーハを該第１分割予定ライン及び該第２分割予定ラインに沿って破断して個々のデバイスチップに分割する分割ステップと、を備え、
該第２方向改質層形成ステップは、該第１方向改質層が形成された該第１分割予定ラインにＴ字路となって交わる該第２分割予定ラインの内部に第２方向改質層を形成するＴ字路加工ステップを含み、
該Ｔ字路加工ステップは、少なくとも該第１分割予定ラインと該第２分割予定ラインとの交点近傍を加熱して、該Ｔ字路加工ステップで照射するレーザービームの吸収性を向上させる加熱ステップを含むことを特徴とするウエーハの加工方法。
該加熱ステップで加熱する温度は５０℃〜１２０℃に設定される請求項１記載のウエーハの加工方法。