JP6054234B2 - ウエーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面に複数のデバイスが形成されたウエーハを、該デバイスを区画する複数の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。

当業者には周知の如く、半導体デバイス製造工程においては、シリコン等の基板の表面に絶縁膜と機能膜が積層された機能層によって複数のＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスをマトリックス状に形成した半導体ウエーハが形成される。このように形成された半導体ウエーハは上記デバイスが分割予定ラインによって区画されており、この分割予定ラインに沿って分割することによって個々の半導体デバイスを製造している。

また、光デバイス製造工程においては、サファイア基板や炭化珪素基板の表面にn型窒化物半導体層およびp型窒化物半導体層からなる光デバイス層が積層され格子状に形成された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発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスを形成して光デバイスウエーハを構成する。そして、光デバイス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光デバイスが形成された領域を分割して個々の光デバイスを製造している。

上述した半導体ウエーハや光デバイス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を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの一方の面側から内部に集光点を合わせ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を照射し、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、ウエーハを分割する技術である（例えば、特許文献１参照）。

上述した被加工物の内部に分割予定ラインに沿って改質層を形成し、この改質層が形成された分割予定ラインに沿ってウエーハを分割する方法においては、分割予定ライン幅の狭いウエーハに対して改質層を形成するためデバイスが形成されていない裏面側からレーザー光線を照射することが望ましいこと、また、ウエーハを分割予定ラインに沿って分割したデバイスをピックアップする工程においてはデバイスが形成されている表面側が露出されていることが望ましいことから、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裏面側から分割予定ラインに沿って照射して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し、該改質層が形成されたウエーハの裏面にダイシングテープを貼着するとともにダイシングテープの外周部を環状のフレームによって支持した後、ウエーハに外力を付与することによりウエーハを個々のデバイスに分割している（例えば、特許文献２参照）。

上述したように、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した後に、改質層が形成されたウエーハの裏面をダイシングテープを貼着すると、ウエーハが割れる恐れがあることから、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前に、ウエーハの裏面にダイシングテープの表面を貼着するとともにダイシングテープの外周部を環状のフレームによって支持し、その後、ダイシングテープの裏面側からダイシングテープを通し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方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

しかるに、ダイシングテープの裏面には微細な凹凸があり、レーザー光線の透過が妨げられてウエーハの内部にレーザー光線が十分に集光できず、所望の改質層を形成することができないという問題がある。この問題を解消するために、特許文献３に記載された技術においては、ダイシングテープの裏面に液状樹脂を塗布してダイシングテープの裏面を平坦化する平坦化工程を実施し、該平坦化工程を実施した後にダイシングテープの裏面側からダイシングテープを通し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している。

特許第３４０８８０５号公報 特開２００６−５４２４６号公報 特開２０１２−８４６１８号公報

而して、特許文献３に記載された技術においては、ダイシングテープの裏面を平坦化するためにダイシングテープの裏面に液状樹脂を塗布しているが、液状樹脂を平坦面に形成することが困難であるという問題があるとともに、塗布装置をレーザー加工装置に装備する必要がある。

本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、ダイシングテープの裏面を容易に平坦化することができ、ダイシングテープの裏面側からダイシングテープを通し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所望の改質層を形成することができるレーザー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、表面に複数のデバイスが形成されたウエーハを、該デバイスを区画する複数の分割予定ラインに沿って分割するウエーハの加工方法であって、
ウエーハの裏面に合成樹脂からなるダイシングテープの表面を貼着するとともにダイシングテープの外周部を環状のフレームによって支持するウエーハ支持工程と、
ウエーハが貼着されたダイシングテープの裏面を加熱してダイシングテープを軟化することによりダイシングテープの裏面を平坦化するダイシングテープ加熱工程と、
該ダイシングテープ加熱工程が実施されたダイシングテープの裏面側からダイシングテープを通し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、を含む、
ことを特徴とするレーザー加工方法が提供される。

上記ダイシングテープ加熱工程は、１００℃以上の熱風によってダイシングテープの裏面を加熱する。
上記改質層形成工程を実施した後に、ウエーハに外力を付与し改質層が形成された分割予定ラインに沿ってウエーハを個々のデバイスに分割するウエーハ分割工程を実施する。

本発明によるレーザー加工方法は、ウエーハの裏面に合成樹脂からなるダイシングテープの表面を貼着するとともにダイシングテープの外周部を環状のフレームによって支持するウエーハ支持工程を実施し、ウエーハが貼着されたダイシングテープの裏面を加熱してダイシングテープを軟化することによりダイシングテープの裏面を平坦化するダイシングテープ加熱工程を実施した後に、ダイシングテープの裏面側からダイシングテープを通し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を実施するので、改質層形成工程を実施する際にはダイシングテープの裏面は平坦化されているため、レーザー光線はウエーハの内部の所定位置に確実に集光されるので、ウエーハの内部に分割予定ラインに沿って所望の改質層を形成することができる。

本発明によるレーザー加工方法によって加工される被加工物としての半導体ウエーハの斜視図。 本発明によるレーザー加工方法におけるウエーハ支持工程が実施され半導体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の表面に貼着された状態を示す斜視図。 本発明によるレーザー加工方法におけるダイシングテープ加熱工程の説明図。 本発明によるレーザー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。 本発明によるレーザー加工方法における改質層形成工程の説明図。 本発明によるレーザー加工方法におけるウエーハ分割工程を実施するための分割装置の斜視図。 本発明によるレーザー加工方法におけるウエーハ分割工程の説明図。

以下、本発明によるレーザー加工方法について添付図面を参照して、更に詳細に説明する。

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、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。

上述した半導体ウエーハ２を分割予定ライン２１に沿って分割するために、先ず、半導体ウエーハ２の裏面２bに合成樹脂からなるダイシングテープの表面を貼着するとともにダイシングテープの外周部を環状のフレームによって支持するウエーハ支持工程を実施する。即ち、図２に示すように、環状のフレーム３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３０の表面３０aに半導体ウエーハ２の裏面２bを貼着する。なお、ダイシングテープ３０は、図示の実施形態においては塩化ビニール(ＰＶＣ)シートによって形成されている。

上述したウエーハ支持工程を実施したならば、半導体ウエーハ２が貼着されたダイシングテープ３０の裏面を加熱してダイシングテープ３０を軟化することによりダイシングテープ３０の裏面３０bを平坦化するダイシングテープ加熱工程を実施する。このダイシングテープ加熱工程は、図３に示すように環状のフレーム３に装着され表面３０aに半導体ウエーハ２の裏面２bが貼着されたダイシングテープ３０の裏面３０bに、ヒーター４によって例えば２５０℃の熱風を作用せしめる。この結果、ダイシングテープ３０は軟化して微細な凹凸が形成されている裏面３０bが平坦化される。なお、ダイシングテープ３０に作用せしめる熱風の温度は、１００℃以上が望ましい。このように、ダイシングテープ加熱工程は、ダイシングテープ３０の裏面を加熱してダイシングテープ３０を軟化することによりダイシングテープ３０の裏面３０bを平坦化するので、ダイシングテープ３０の裏面３０bを確実に平坦化することができる。また、ダイシングテープ加熱工程は、ヒーター４によって熱風を作用せしめるので、必ずしも後述するレーザー加工装置に装備する必要はなく、専用の加熱装置によって多数のワークに対して効率的に実施することができる。

上述したダイシングテープ加熱工程を実施したならば、ダイシングテープ３０の裏面３０b側からダイシングテープ３０を通し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半導体ウエーハ２の内部に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４に示すレーザー加工装置５を用いて実施する。図４に示すレーザー加工装置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５２と、チャックテーブル５１上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、図示しない加工送り手段によって図４において矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられるとともに、図示しない割り出し送り手段によって図４において矢印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５２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング５２１を含んでいる。ケーシング５２１内には図示しないパルスレーザー光線発振器や繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー光線発振手段が配設されている。上記ケーシング５２１の先端部には、パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光して照射する集光器５２２が装着されている。なお、レーザー光線照射手段５２は、集光器５２２によって集光されるパルスレーザー光線の集光点位置を調整するための集光点位置調整手段（図示せず）を備えている。

上記レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の先端部に装着された撮像手段５３は、図示の実施形態においては可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該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撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、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５を用いて、ダイシングテープ３０の裏面３０b側からダイシングテープ３０を通し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半導体ウエーハ２の内部に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について、図４および図５を参照して説明する。
先ず、上述した図４に示すレーザー加工装置５のチャックテーブル５１上にダイシングテープ３０に貼着された半導体ウエーハ２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、半導体ウエーハ２をチャックテーブル５１上に保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル５１に保持された半導体ウエーハ２に貼着されているダイシングテープ３０は、裏面３０bが上側となる。なお、図４においてはダイシングテープ３０が装着された環状のフレーム３を省いて示しているが、環状のフレーム３はチャックテーブル５１に配設された適宜のフレーム保持手段に保持される。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５１は、図示しない加工送り手段によって撮像手段５３の直下に位置付けられる。

チャックテーブル５１が撮像手段５３の直下に位置付けられると、撮像手段５３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５３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、該分割予定ライン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５２の集光器５２２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に上記所定方向と直交する方向に形成された分割予定ライン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が遂行される。このとき、半導体ウエーハ２の分割予定ライン２１が形成されている表面２ａは下側に位置しているが、撮像手段５３が上述したように赤外線照明手段と赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成された撮像手段を備えているので、ダイシングテープ３０および半導体ウエーハ２の裏面２ｂから透かして分割予定ライン２１を撮像することができる。

上述したアライメント工程を実施したならば、図５で示すようにチャックテーブル５１をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２の集光器５２２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を集光器５２２の直下に位置付ける。このとき、図５の（ａ）で示すように半導体ウエーハ２は、分割予定ライン２１の一端(図５の（ａ）において左端)が集光器５２２の直下に位置するように位置付けられる。次に、集光器５２２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の厚み方向中間部付近に位置付ける。そして、集光器５２２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５１を図５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（改質層形成工程）。そして、図５の（ｂ）で示すようにレーザー光線照射手段５２の集光器５２２の照射位置に分割予定ライン２１の他端(図５の（ａ）において右端)が達したら、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５１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に沿って改質層２３が形成される。

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 ：１０６４ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数 ：８０ｋＨｚ
平均出力 ：０．２Ｗ
加工送り速度 ：１８０ｍｍ／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５１を矢印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移動し（割り出し工程）、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５１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。

以上のように、改質層形成工程はダイシングテープ３０の裏面３０b側からダイシングテープ３０を通し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半導体ウエーハ２の内部に位置付けて分割予定ライン２１に沿って照射するが、ダイシングテープ３０の裏面３０bは上記ダイシングテープ加熱工程を実施することにより平坦化されているので、レーザー光線は半導体ウエーハ２の内部の所定位置に確実に集光されるため、半導体ウエーハ２の内部に分割予定ライン２１に沿って所望の改質層２３を形成することができる。

上述した改質層形成工程を実施したならば、半導体ウエーハ２に外力を付与し改質層２３が形成された分割予定ライン２１に沿って半導体ウエーハ２を個々のデバイスに分割するウエーハ分割工程を実施する。ウエーハ分割工程は、図６に示す分割装置６を用いて実施する。図６に示す分割装置６は、上記環状のフレーム３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３に装着されたダイシングテープ３０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３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３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３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３の内径より小さく該環状のフレーム３に装着されたダイシングテープ３０に貼着される半導体ウエーハ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。図示の実施形態におけるテープ拡張手段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７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７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分割装置６を用いて実施する分割工程について図７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３０が装着された環状のフレーム３を、図７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７の（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７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３も下降するため、図７の（ｂ）に示すように環状のフレーム３に装着されたダイシングテープ３０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３０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、改質層２３が形成され強度が低下せしめられた分割予定ライン２１に沿って個々のデバイス２２に分離されるとともにデバイス間に間隔Sが形成される。

次に、図７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、ダイシングテープ３０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３０に貼着されている個々のデバイス２２間の隙間Sが広げられているので、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
２３：改質層
３：環状のフレーム
３０：ダイシングテープ
４：ヒーター
５：レーザー加工装置
５１：チャックテーブル
５２：レーザー光線照射手段
５２２：集光器
６：分割装置
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

Claims (3)

1. 表面に複数のデバイスが形成されたウエーハを、該デバイスを区画する複数の分割予定ラインに沿って分割するウエーハの加工方法であって、
   ウエーハの裏面に合成樹脂からなるダイシングテープの表面を貼着するとともにダイシングテープの外周部を環状のフレームによって支持するウエーハ支持工程と、
   ウエーハが貼着されたダイシングテープの裏面を加熱してダイシングテープを軟化することによりダイシングテープの裏面を平坦化するダイシングテープ加熱工程と、
   該ダイシングテープ加熱工程が実施されたダイシングテープの裏面側からダイシングテープを通し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、を含む、
   ことを特徴とするウエーハの加工方法。
2. 該ダイシングテープ加熱工程は、１００℃以上の熱風によってダイシングテープの裏面を加熱する、請求項１記載のウエーハの加工方法。
3. 該改質層形成工程を実施した後に、ウエーハに外力を付与し改質層が形成された分割予定ラインに沿ってウエーハを個々のデバイスに分割するウエーハ分割工程を実施する、請求項１又は２記載のウエーハの加工方法。

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