JP2017011119A - ウエーハの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエーハの裏面にSiO2膜、SiN膜が形成されたりエッチング処理が施されている場合でも、ウエーハの内部に分割予定ラインに沿って適正な改質層を形成してウエーハを個々のデバイスに確実に分割することができるウエーハの加工方法を提供する。【解決手段】表面に複数の分割予定ラインが格子状に形成されているとともに区画された領域にデバイスが形成されたウエーハ２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る。ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線をウエーハの表面側から内部に集光点を位置付けて照射し改質層２１０を形成する工程と、ウエーハの表面に保護部材４を貼着する工程と、保護部材側をチャックテーブル５１に保持し、裏面２ｂを研削して所定の厚みに形成するとともに改質層が形成された分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割する裏面研削工程とを含む。【選択図】図５

Description

本発明は、表面に複数の分割予定ラインが格子状に形成されているとともに該複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域にデバイスが形成されたウエーハを、分割予定ラインに沿って分割するウエーハの加工方法に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列された分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。このように形成された半導体ウエーハを分割予定ラインに沿って切断することにより、デバイスが形成された領域を分割して個々のデバイスを製造している。

半導体ウエーハ等のウエーハを分割する方法として、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線の集光点をウエーハの内部に位置付けて分割予定ラインに沿って照射することにより、ウエーハの内部に分割予定ラインに沿って改質層を連続的に形成し、この改質層が形成されることによって強度が低下した分割予定ラインに沿って外力を加えることにより、ウエーハを個々のデバイスに分割する加工方法が実用化されている。

上述したように分割予定ラインに沿って改質層が形成されたウエーハに外力を付与して個々のデバイスに分割する方法として、分割予定ラインに沿って改質層が形成されたウエーハを環状のフレームに装着されたダイシングテープに貼着し、ダイシングテープを拡張することによりウエーハに引っ張り力を付与し、ウエーハを改質層が形成され強度が低下せしめられた分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割する技術が下記特許文献１に開示されている。

また、半導体ウエーハ等のウエーハを分割する方法として、ウエーハの表面に保護テープを貼着し、ウエーハの裏面側からウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線の集光点を内部に位置付けて分割予定ラインに沿って照射することにより、ウエーハの内部に分割予定ラインに沿って改質層を連続的に形成し、その後ウエーハの裏面を研削して所定の厚みに形成するとともにウエーハを個々のデバイスに分割する技術が下記特許文献２に開示されている。

特開２００６−１２９０２号公報 特開２０１３−２５４８６７号公報

しかるに、ウエーハの表面にデバイスを形成する過程でウエーハの裏面にSiO2膜、SiN膜が形成されたりエッチング処理が施されている場合には、ウエーハの裏面側からレーザー光線を照射してもウエーハの内部に分割予定ラインに沿って適正な改質層を形成できないことがあり、ウエーハを個々のデバイスに確実に分割することができないという問題がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術課題は、SiO2膜、SiN膜が形成されたりエッチング処理が施されている場合でも、ウエーハの内部に分割予定ラインに沿って適正な改質層を形成してウエーハを個々のデバイスに確実に分割することができるウエーハの加工方法を提供することである。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、表面に複数の分割予定ラインが格子状に形成されているとともに該複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域にデバイスが形成されたウエーハを、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、
ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線をウエーハの表面側から内部に集光点を位置付けて分割予定ラインに沿って照射し、ウエーハの内部に分割予定ラインに沿って改質層を形成する改質層形成工程と、
該改質層形成工程が実施されたウエーハの表面に保護部材を貼着する保護部材貼着工程と、
該保護部材貼着工程が実施された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所定の厚みに形成するとともに改質層が形成された分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割する裏面研削工程とを含む、
ことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。

ウエーハの裏面には、SiO2膜、SiN膜、エッチングのいずれかの処理が施されている。
また、上記裏面研削工程を実施した後、ウエーハの裏面にダイシングテープを貼着し該ダイシングテープの外周部を環状のフレームに装着するとともに、ウエーハの表面に貼着されている保護部材を剥離するウエーハ支持工程を実施する。

本発明によるウエーハの加工方法は、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線をウエーハの表面側から内部に集光点を位置付けて分割予定ラインに沿って照射し、ウエーハの内部に分割予定ラインに沿って改質層を形成する改質層形成工程と、該改質層形成工程が実施されたウエーハの表面に保護部材を貼着する保護部材貼着工程と、該保護部材貼着工程が実施された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所定の厚みに形成するとともに改質層が形成された分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割する裏面研削工程とを含んでおり、改質層形成工程は半導体ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線をウエーハの表面側から内部に集光点を位置付けて分割予定ラインに沿って照射するので、裏面にSiO2膜、SiN膜、エッチングのいずれかの処理が施されていてもウエーハの内部に分割予定ラインに沿って適正な改質層を形成することができる。そして、上記裏面研削工程を実施する際にウエーハには分割予定ラインに沿って適正な改質層が形成されているので、裏面研削工程を実施することによりウエーハは改質層が形成され強度が低下せしめられている分割予定ラインに沿って確実に個々のデバイスに分割される。

本発明によるウエーハの加工方法によって分割されるウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法における改質層形成工程を実施するためのレーザー加工装置の要部斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法における改質層形成工程を示す説明図。 本発明によるウエーハの加工方法における保護部材貼着工程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法における裏面研削工程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法におけるウエーハ支持工程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法によって、半導体ウエーハが個々に分割されたデバイスをピックアップするためのピックアップ装置の斜視図。 図７に示すピックアップ装置によって実施するピックアップ工程の説明図。

以下、本発明によるウエーハの加工方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１には、本発明に従って加工されるウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図が示されている。図１に示す半導体ウエーハ２は、厚みが例えば６００μmのシリコンウエーハからなっており、表面２ａに複数の分割予定ライン２１が格子状に形成されているとともに、該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。なお、半導体ウエーハ２の裏面２bには、表面２ａにデバイス２２を形成する過程でSiO2膜、SiN膜、エッチング等の処理が施されている。以下、この半導体ウエーハ２を分割予定ライン２１に沿って個々のデバイス２２に分割するウエーハの加工方法について説明する。

先ず、半導体ウエーハ２に対して透過性を有する波長のレーザー光線を半導体ウエーハ２の表面２ａ側から内部に集光点を位置付けて分割予定ライン２１に沿って照射し、半導体ウエーハ２の内部に分割予定ライン２１に沿って改質層を形成する改質層形成工程を実施する。この改質層形成工程は、図２に示すレーザー加工装置３を用いて実施する。図２に示すレーザー加工装置３は、被加工物を保持するチャックテーブル３１と、該チャックテーブル３１上に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段３２と、チャックテーブル３１上に保持された被加工物を撮像する撮像手段３３を具備している。チャックテーブル３１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない移動機構によって図２において矢印Ｘで示す加工送り方向および矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。

上記レーザー光線照射手段３２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング３２１の先端に装着された集光器３２２からパルスレーザー光線を照射する。また、上記レーザー光線照射手段３２を構成するケーシング３２１の先端部に装着された撮像手段３３は、被加工物を照明する照明手段と、該照明手段によって照明された領域を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた像を撮像する撮像素子（ＣＣＤ）等を備え、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。

上述したレーザー加工装置３を用いて実施する改質層形成工程について、図２および図３を参照して説明する。
この改質層形成工程は、先ず上述した図２に示すレーザー加工装置３のチャックテーブル３１上に半導体ウエーハ２の裏面２ｂ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ってチャックテーブル３１上に半導体ウエーハ２を吸着保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル３１上に保持された半導体ウエーハ２は、表面２ａが上側となる。このようにして、半導体ウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル３１は、図示しない加工送り手段によって撮像手段３３の直下に位置付けられる。

チャックテーブル３１が撮像手段３３の直下に位置付けられると、撮像手段３３および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ２のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段３３および図示しない制御手段は、半導体ウエーハ２の所定方向に形成されている分割予定ライン２１と、分割予定ライン２１に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段３２の集光器３２２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、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する(アライメント工程）。また、半導体ウエーハ２に形成されている上記所定方向に対して直交する方向に延びる分割予定ライン２１に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。

以上のようにしてチャックテーブル３１上に保持されている半導体ウエーハ２に形成されている分割予定ライン２１を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、図３の（ａ）で示すようにチャックテーブル３１をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段３２の集光器３２２が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分割予定ライン２１の一端（図３の（ａ）において左端）をレーザー光線照射手段３２の集光器３２２の直下に位置付ける。次に、集光器３２２から照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ２の厚み方向中間部に位置付ける。そして、集光器３２２からシリコンウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３１を図３の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の送り速度で移動せしめる。そして、図３の（ｂ）で示すようにレーザー光線照射手段３２の集光器３２２の照射位置が分割予定ライン２１の他端の位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル３１の移動を停止する。この結果、半導体ウエーハ２の内部には、分割予定ライン２１に沿って分割起点となる改質層２１０が形成される。なお、上述した改質層形成工程は、半導体ウエーハ２に対して透過性を有する波長のレーザー光線を半導体ウエーハ２の表面２ａ側から内部に集光点を位置付けて分割予定ライン２１に沿って照射するので、裏面２ｂにSiO2膜、SiN膜、エッチング等のレーザー光線の透過の妨げとなる処理が施されていても半導体ウエーハ２の内部に分割予定ライン２１に沿って適正な改質層２１０を形成することができる。

なお、上記改質層形成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。
波長 ：１３４２ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数 ：９０ｋＨｚ
平均出力 ：２Ｗ
集光スポット径 ：φ１μｍ
加工送り速度 ：５００ｍｍ／秒

上述したように所定の分割予定ライン２１に沿って上記改質層形成工程を実施したら、チャックテーブル３１を図２において矢印Ｙで示す方向に半導体ウエーハ２に形成された分割予定ライン２１の間隔だけ割り出し送りし（割り出し送り工程）、上記改質層形成工程を遂行する。このようにして所定方向に形成された全ての分割予定ライン２１に沿って上記改質層形成工程を実施したならば、チャックテーブル３１を９０度回動せしめて、上記所定方向に形成された分割予定ライン２１に対して直交する方向に延びる分割予定ライン２１に沿って上記改質層形成工程を実行する。

上記改質層形成工程を実施したならば、半導体ウエーハ２の表面２ａに形成されたデバイス２２を保護するために、半導体ウエーハ２の表面２ａに保護部材を貼着する保護部材貼着工程を実施する。即ち、図４に示すように半導体ウエーハ２の表面２ａに保護部材としての保護テープ４を貼着する。なお、保護テープ４は、図示の実施形態においては厚さが１００μｍ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が厚さ５μｍ程度塗布されている。

上記保護部材貼着工程を実施したならば、半導体ウエーハ２の保護テープ４側をチャックテーブルに保持し、半導体ウエーハ２の裏面を研削して所定の厚みに形成するとともに分割起点となる改質層２１０が形成された分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割する裏面研削工程を実施する。この裏面研削工程は、図５の（ａ）に示す研削装置５を用いて実施する。図５の（ａ）に示す研削装置５は、被加工物を保持する保持手段としてのチャックテーブル５１と、該チャックテーブル５１に保持された被加工物を研削する研削手段５２を具備している。チャックテーブル５１は、上面に被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない回転駆動機構によって図５の（ａ）において矢印５１ａで示す方向に回転せしめられる。研削手段５２は、スピンドルハウジング５３と、該スピンドルハウジング５３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せしめられる回転スピンドル５４と、該回転スピンドル５４の下端に装着されたマウンター５５と、該マウンター５５の下面に取り付けられた研削ホイール５６とを具備している。この研削ホイール５６は、円環状の基台５７と、該基台５７の下面に環状に装着された研削砥石５８とからなっており、基台５７がマウンター５５の下面に締結ボルト５９によって取り付けられている。

上述した研削装置５を用いて上記裏面研削工程を実施するには、図５の（ａ）に示すようにチャックテーブル５１の上面（保持面）に半導体ウエーハ２の表面に貼着されている保護テープ４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ってチャックテーブル５１上に半導体ウエーハ２を保護テープ４を介して吸着保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル５１上に保持された半導体ウエーハ２は、裏面２ｂが上側となる。このようにチャックテーブル５１上に半導体ウエーハ２を保護テープ４を介して吸引保持したならば、チャックテーブル５１を図５の（ａ）において矢印５１ａで示す方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削手段５２の研削ホイール５６を図５の（ａ）において矢印５６ａで示す方向に例えば６０００ｒｐｍで回転せしめて、図５の（ｂ）に示すように研削砥石５８を被加工面である半導体ウエーハ２の裏面２ｂに接触せしめ、研削ホイール５６を矢印５６ｂで示すように例えば１μm／秒の研削送り速度で下方（チャックテーブル５１の保持面に対し垂直な方向）に所定量研削送りする。この結果、半導体ウエーハ２の裏面２ｂがSiO2膜、SiN膜、エッチング等の処理面とともに研削されて、半導体ウエーハ２は所定の厚み（例えば１００μm）に形成されるとともに、改質層２１０が形成され強度が低下せしめられている分割予定ライン２１に沿ってクラック２１０ａが形成され個々のデバイス２２に分割される。なお、個々に分割された複数のデバイス２２は、その表面に保護テープ４が貼着されているので、バラバラにはならず半導体ウエーハ２の形態が維持されている。このようにして、裏面研削工程を実施する際に半導体ウエーハ２には分割予定ライン２１に沿って適正な改質層２１０が形成されているので、裏面研削工程を実施することにより半導体ウエーハ２は改質層２１０が形成され強度が低下せしめられている分割予定ライン２１に沿って確実にクラック２１０ａが形成され個々のデバイス２２に分割される。

上述したように裏面研削工程を実施したならば、半導体ウエーハ２の裏面２ｂにダイシングテープを貼着し該ダイシングテープの外周部を環状のフレームに装着するとともに、半導体ウエーハ２の表面に貼着されている保護部材としての保護テープ４を剥離するウエーハ支持工程を実施する。即ち、図６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ダイシングテープＴの表面に上述した裏面研削工程が実施された半導体ウエーハ２の裏面２ｂを貼着する。そして、半導体ウエーハ２の表面２ａに貼着されている保護テープ４を剥離する。従って、ダイシングテープＴの表面に貼着された半導体ウエーハ２は、表面２ａが上側となる。

このようにして、ウエーハ支持工程を実施したならば、ダイシングテープＴに貼着されている半導体ウエーハ２の個々に分割されたデバイス２２をピックアップするピックアップ工程を実施する。このピックアップ工程は、図７に示すピックアップ装置６を用いて実施する。図７に示すピックアップ装置６は、上記環状のフレームＦを保持するフレーム保持手段６１と、該フレーム保持手段６１に保持された環状のフレーム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６２と、ピックアップコレット６３を具備している。フレーム保持手段６１は、環状のフレーム保持部材６１１と、該フレーム保持部材６１１の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ６１２とからなっている。フレーム保持部材６１１の上面は環状のフレームFを載置する載置面６１１ａを形成しており、この載置面６１１ａ上に環状のフレームFが載置される。そして、載置面６１１ａ上に載置された環状のフレームFは、クランプ６１２によってフレーム保持部材６１１に固定される。このように構成されたフレーム保持手段６１は、テープ拡張手段６２によって上下方向に進退可能に支持されている。

テープ拡張手段６２は、上記環状のフレーム保持部材６１１の内側に配設される拡張ドラム６２１を具備している。この拡張ドラム６２１は、環状のフレームFの内径より小さく該環状のフレームFに装着されたダイシングテープＴに貼着されている半導体ウエーハ２の外径より大きい内径および外径を有している。また、拡張ドラム６２１は、下端に支持フランジ６２２を備えている。図示のテープ拡張手段６２は、上記環状のフレーム保持部材６１１を上下方向に進退可能な支持手段６２３を具備している。この支持手段６２３は、上記支持フランジ６２２上に配設された複数のエアシリンダ６２３ａからなっており、そのピストンロッド６２３ｂが上記環状のフレーム保持部材６１１の下面に連結される。このように複数のエアシリンダ６２３ａからなる支持手段６２３は、図８の（ａ）に示すように環状のフレーム保持部材６１１を載置面６１１ａが拡張ドラム６２１の上端と略同一高さとなる基準位置と、図８の（ｂ）に示すように拡張ドラム６２１の上端より所定量下方の拡張位置の間を上下方向に移動せしめる。

以上のように構成されたピックアップ装置６を用いて実施するピックアップ工程について図８を参照して説明する。即ち、半導体ウエーハ２が貼着されているダイシングテープＴが装着された環状のフレームＦを、図８の（ａ）に示すようにフレーム保持手段６１を構成するフレーム保持部材６１１の載置面６１１ａ上に載置し、クランプ６１２によってフレーム保持部材６１１に固定する（フレーム保持工程）。このとき、フレーム保持部材６１１は図８（ａ）に示す基準位置に位置付けられている。次に、テープ拡張手段６２を構成する支持手段６２３としての複数のエアシリンダ６２３ａを作動して、環状のフレーム保持部材６１１を図８の（ｂ）に示す拡張位置に下降せしめる。従って、フレーム保持部材６１１の載置面６１１ａ上に固定されている環状のフレームＦも下降するため、図８の（ｂ）に示すように環状のフレームFに装着されたダイシングテープＴは拡張ドラム６２１の上端縁に接して拡張せしめられる（テープ拡張工程）。この結果、ダイシングテープ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、上述したように、半導体ウエーハ２の個々に分割されたデバイス２２が分離されるとともに、デバイス２２間に間隔（ｓ）が形成される。

次に、図８の（ｃ）に示すようにピックアップコレット６３を作動してデバイス２２を吸着して、ダイシングテープＴから剥離してピックアップし、図示しないトレーまたはダイボンディング工程に搬送する。なお、ピックアップ工程においては、上述したようにダイシングテープＴに貼着されている個々のデバイス２２間の間隔（ｓ）が形成されているので、隣接するデバイス２２と接触することなく容易にピックアップすることができる。

２：半導体ウエーハ
２１：分割予定ライン
２２：デバイス
３：レーザー加工装置
３１：レーザー加工装置のチャックテーブル
３２：レーザー光線照射手段
３２２：集光器
４：保護テープ
５：研削装置
５１：研削装置のチャックテーブル
５２：研削手段
５６：研削ホイール
６：ピックアップ装置
６１：フレーム保持手段
６２：テープ拡張手段
６３：ピックアップコレット
Ｆ：環状のフレーム
Ｔ：ダイシングテープ

Claims (3)

1. 表面に複数の分割予定ラインが格子状に形成されているとともに該複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域にデバイスが形成されたウエーハを、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、
   ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線をウエーハの表面側から内部に集光点を位置付けて分割予定ラインに沿って照射し、ウエーハの内部に分割予定ラインに沿って改質層を形成する改質層形成工程と、
   該改質層形成工程が実施されたウエーハの表面に保護部材を貼着する保護部材貼着工程と、
   該保護部材貼着工程が実施された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所定の厚みに形成するとともに改質層が形成された分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割する裏面研削工程とを含む、
   ことを特徴とするウエーハの加工方法。
2. ウエーハの裏面には、SiO2膜、SiN膜、エッチングのいずれかの処理が施されている、請求項１記載のウエーハの加工方法。
3. 該裏面研削工程を実施した後、ウエーハの裏面にダイシングテープを貼着し該ダイシングテープの外周部を環状のフレームに装着するとともに、ウエーハの表面に貼着されている保護部材を剥離するウエーハ支持工程を実施する、請求項１又は２記載のウエーハの加工方法。