JP6521695B2 - ウエーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウエーハの加工方法に関する。

半導体デバイス製造工程では、近年、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイスの処理能力を向上するために、シリコン等の基板の表面にＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）が積層された機能層によって半導体デバイスを形成した半導体ウエーハが実用化されている。Ｌｏｗ−ｋ膜は非常に脆いことから、通常ウエーハの分割に用いる切削ブレードでは切削すると基板表面から剥がれてしまう。そこで、Ｌｏｗ−ｋ膜はレーザー光線を用いて分割予定ラインに沿って除去し（グルービング工程）、残りの基板を切削ブレードで分割する加工が行われるようになった。

さらに、チップの抗折強度を強化したり、分割予定ライン（切り代）を狭小化する目的で、基板の分割もレーザー光線を用いて改質層を形成し（改質層形成工程）、改質層を破断起点として分割する加工方法も提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１２−０８９７０９号公報

しかしながら、グルービング工程で形成された溝の周辺は熱影響等により基板が変質する。そのため、改質層を破断起点に亀裂を伸展させても、溝を避けて亀裂が表出してしまうという現象が発生し、分割させる位置を制御ができずに、分割予定ラインの所望の位置で分割できないという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、所望の位置でウエーハを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にある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のウエーハの加工方法は、基板の表面に積層された機能層が格子状に形成された分割予定ラインによって区画され、区画された領域にデバイスが形成されたウエーハの加工方法であって、該機能層に対して吸収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該分割予定ラインに沿って照射し、該分割予定ラインに沿ったレーザー加工溝で該機能層を分断する溝形成ステップと、基板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該分割予定ラインに沿って複数回照射し、基板の内部に破断起点となる改質層を基板の厚さ方向に間隔をあけて複数層形成する改質層形成ステップと、該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改質層を破断起点としてウエーハを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、該改質層形成ステップは、該レーザー加工溝の近傍且つ直下に補助改質層を形成する補助改質層形成ステップと、該補助改質層形成ステップを実施した後、該補助改質層よりウエーハの裏面側に主改質層を形成する主改質層形成ステップと、からなり、該主改質層から伸展する亀裂を、該補助改質層が該レーザー加工溝へ案内するとともに、該補助改質層形成ステップでは、該機能層と該基板に形成された該機能層に対して吸収性を有する波長のレーザー光線の熱の影響を受けた領域と、受けていない領域とに亘って該補助改質層を形成することを特徴とする。

そこで、本願発明のウエーハの加工方法では、破断起点となる主改質層とレーザー加工溝との間に亀裂を案内する補助改質層が形成されるため、主改質層から発生する亀裂が補助改質層を経て、確実にレーザー加工溝へと伸展することができ、所望の位置で確実にウエーハを分割することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係るウエーハの加工方法の加工対象であるウエーハの斜視図である。 図２は、図１に示されたウエーハの要部の断面図である。 図３は、実施形態に係るウエーハの加工方法の溝形成ステップを示す斜視図である。 図４は、実施形態に係るウエーハの加工方法の溝形成ステップ後のウエーハの要部の断面図である。 図５は、実施形態に係るウエーハの加工方法の改質層形成ステップを示す斜視図である。 図６は、実施形態に係るウエーハの加工方法の改質層形成ステップの補助改質層形成ステップ後のウエーハの要部の断面図である。 図７は、実施形態に係るウエーハの加工方法の改質層形成ステップの主改質層形成ステップ後のウエーハの要部の断面図である。 図８は、実施形態に係るウエーハの加工方法のリングフレーム保持ステップを示す斜視図である。 図９は、実施形態に係るウエーハの加工方法のリングフレーム保持ステップ後のウエーハを示す斜視図である。 図１０は、実施形態に係るウエーハの加工方法の分割ステップを示す断面図である。 図１１は、実施形態に係るウエーハの加工方法の分割ステップ後のウエーハの断面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

〔実施形態〕
本発明の実施形態に係るウエーハの加工方法を図面に基いて説明する。図１は、実施形態に係るウエーハの加工方法の加工対象であるウエーハの斜視図である。図２は、図１に示されたウエーハの要部の断面図である。

実施形態に係るウエーハの加工方法（以下、単に加工方法と記す）は、図１に示すウエーハＷの加工方法である。ウエーハＷは、加工方法により加工される加工対象であり、シリコン、サファイア、ガリウムなどを母材とする円板状の半導体ウエーハや光デバイスウエーハである。ウエーハＷは、図１及び図２に示すように、シリコン、サファイア、ガリウムなどを母材とする基板Ｂの表面に積層された機能層Ｐが格子状に形成された分割予定ラインＬによって区画されている。ウエーハＷは、区画された領域にデバイスＤが形成されている。ウエーハＷは、加工方法により分割予定ラインＬの所望の位置で分割されて、デバイスＤを含んだデバイスチップＤＴ（図１１に示す）に分割される。なお、本実施形態では、ウエーハＷは、分割予定ラインＬの幅方向の中央の位置で分割される。

機能層Ｐは、ＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系のＬｏｗ−ｋ膜が基板Ｂの表面に積層されて構成されている。機能層Ｐは、ウエーハＷの表面ＷＳに形成されている。

加工方法は、図３に示す溝形成ステップと、図５に示す改質層形成ステップと、図８に示すリングフレーム保持ステップと、図１０に示す分割ステップとを備える。図３は、実施形態に係るウエーハの加工方法の溝形成ステップを示す斜視図である。図４は、実施形態に係るウエーハの加工方法の溝形成ステップ後のウエーハの要部の断面図である。図５は、実施形態に係るウエーハの加工方法の改質層形成ステップを示す斜視図である。図６は、実施形態に係るウエーハの加工方法の改質層形成ステップの補助改質層形成ステップ後のウエーハの要部の断面図である。図７は、実施形態に係るウエーハの加工方法の改質層形成ステップの主改質層形成ステップ後のウエーハの要部の断面図である。図８は、実施形態に係るウエーハの加工方法のリングフレーム保持ステップを示す斜視図である。図９は、実施形態に係るウエーハの加工方法のリングフレーム保持ステップ後のウエーハを示す斜視図である。図１０は、実施形態に係るウエーハの加工方法の分割ステップを示す断面図である。図１１は、実施形態に係るウエーハの加工方法の分割ステップ後のウエーハの断面図である。

溝形成ステップは、機能層Ｐに対して吸収性を有する波長のレーザー光線ＬＡをウエーハＷの表面ＷＳ側から分割予定ラインＬに沿って照射し、分割予定ラインＬに沿ったレーザー加工溝Ｒで機能層Ｐを分断するステップである。溝形成ステップでは、レーザー光線ＬＡを照射するレーザー加工装置１０のチャックテーブル１１にウエーハＷの表面ＷＳの裏側の裏面ＷＲを吸引保持する。溝形成ステップは、図３に示すように、レーザー加工装置１０のレーザー照射手段１３と、チャックテーブル１１に保持されたウエーハＷの分割予定ラインＬの幅方向の中央の位置とを分割予定ラインＬに沿って相対的に移動させながらレーザー照射手段１３から機能層Ｐに対して吸収性を有する波長（例えば、３５５ｎｍ）のレーザー光線ＬＡを照射する。溝形成ステップは、図４に示すように、ウエーハＷの全ての分割予定ラインＬの機能層Ｐにアブレーション加工を施して、分割予定ラインＬの機能層Ｐの幅方向の中央の位置にレーザー加工溝Ｒを形成する。レーザー加工溝Ｒは、図４に示すように、分割予定ラインＬの機能層Ｐを幅方向の中央の位置で分断している。なお、ウエーハＷは、レーザー加工溝Ｒの近傍の機能層Ｐと基板Ｂにレーザー光線ＬＡの熱の影響などを受けた領域ＲＲ（図４中に密な平行斜線で示す）が形成されている。改質層形成ステップに進む。

改質層形成ステップは、基板Ｂに対して透過性を有する波長のレーザー光線ＬＰをウエーハＷの裏面ＷＲ側から分割予定ラインＬに沿って複数回照射し、基板Ｂの内部に破断起点となる改質層ＫＳ，ＫＭを基板Ｂの厚さ方向に間隔をあけて複数層形成するステップである。なお、改質層ＫＳ，ＫＭとは、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲のそれとは異なる状態になった領域のことを意味し、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域、及びこれらの領域が混在した領域等を例示できる。

改質層形成ステップは、補助改質層形成ステップと、主改質層形成ステップとからなる。補助改質層形成ステップは、レーザー加工溝Ｒの近傍且つ直下に補助改質層ＫＳを形成するステップである。

補助改質層形成ステップでは、ウエーハＷのレーザー加工溝Ｒが形成された表面ＷＳに保護テープＴＰ（図６に示す）を貼着し、レーザー光線ＬＰを照射するレーザー加工装置２０のチャックテーブル２１にウエーハＷの表面ＷＳを保護テープＴＰを介して吸引保持する。補助改質層形成ステップは、図５に示すように、レーザー加工装置２０のレーザー照射手段２２と、チャックテーブル２１に保持されたウエーハＷに形成されたレーザー加工溝Ｒとをレーザー加工溝Ｒに沿って相対的に移動させながらレーザー照射手段２２からウエーハＷの裏面ＷＲにウエーハＷに対して透過性を有する波長（例えば、１０６４ｎｍ）のレーザー光線ＬＰをウエーハＷの内部に集光点を合わせて照射する。このとき、集光点を表面ＷＳからみてレーザー加工溝Ｒの直下とし、レーザー光線ＬＡの熱の影響を受けた領域ＲＲ内とするのが望ましい。そして、図６に示すように、レーザー加工溝Ｒの近傍且つ直下にレーザー光線ＬＡの熱の影響を受けた領域ＲＲと受けていない領域とに亘って補助改質層ＫＳを分割予定ラインＬに沿ってウエーハＷの内部に形成する。例えば、本実施形態では、補助改質層形成ステップでは、レーザー照射手段２２から出力０．３５Ｗ、９０ｋＨｚのレーザー光線ＬＰを収差補正なし（集光微調整なし）で照射し、レーザー照射手段２２とウエーハＷとを３５０ｍｍ／ｓｅｃの相対速度で移動させる。そして、主改質層形成ステップに進む。

主改質層形成ステップは、補助改質層形成ステップを実施した後、補助改質層ＫＳよりウエーハＷの裏面ＷＲ側に主改質層ＫＭを少なくとも一層形成するステップである。主改質層形成ステップは、レーザー加工装置２０のレーザー照射手段２２と、チャックテーブル２１に保持されたウエーハＷに形成されたレーザー加工溝Ｒとをレーザー加工溝Ｒに沿って相対的に移動させながらレーザー照射手段２２からウエーハＷの裏面ＷＲにウエーハＷに対して透過性を有する波長（例えば、１０６４ｎｍ）のレーザー光線ＬＰを補助改質層形成ステップよりも高い出力でウエーハＷの内部に集光点を合わせて照射する。このとき、集光点を補助改質層ＫＳよりも裏面ＷＲ側に位置させ、かつ表面ＷＳからみてレーザー加工溝Ｒの直下とする。

そして、図７に示すように、主改質層ＫＭを補助改質層ＫＳよりウエーハＷの裏面ＷＲ側に分割予定ラインＬに沿ってウエーハＷの内部に形成する。主改質層ＫＭのウエーハＷの厚み方向の厚さは、補助改質層ＫＳの厚さよりも厚い。例えば、本実施形態では、主改質層形成ステップでは、レーザー照射手段２２から出力１．５Ｗ、９０ｋＨｚのレーザー光線ＬＰを収差補正あり（集光微調整あり）で照射し、レーザー照射手段２２とウエーハＷとを３５０ｍｍ／ｓｅｃの相対速度で移動させる。また、本実施形態では、図７に示すように、主改質層ＫＭを補助改質層ＫＳよりもウエーハＷの裏面ＷＲ側に２層形成する。そして、リングフレーム保持ステップに進む。

リングフレーム保持ステップは、ウエーハＷをリングフレームＦで保持するステップである。リングフレーム保持ステップは、図８に示すように、ウエーハＷの裏面ＷＲと、外縁部にリングフレームＦが貼着されたエキスパンドテープＴＥの粘着層とを相対させた後、図９に示すように、ウエーハＷの裏面ＷＲをエキスパンドテープＴＥに貼着し、保護テープＴＰを剥がす。リングフレーム保持ステップは、ウエーハＷをリングフレームＦの開口にエキスパンドテープＴＥで保持する。そして、分割ステップに進む。

分割ステップは、改質層形成ステップを実施した後、エキスパンドテープＴＥを拡張してウエーハＷに外力を付与し改質層ＫＳ，ＫＭを破断起点としてウエーハＷを個々のデバイスチップＤＴに分割するステップである。分割ステップでは、図１０に示すように、リングフレームＦを分割装置４０のクランプ部４１で挟持し、押圧部材４２をエキスパンドテープＴＥの粘着層の裏側に積層した基材層の下面に当接させる。そして、図１１に示すように、押圧部材４２をクランプ部４１に対して相対的に上昇させて、ウエーハＷが貼着されたエキスパンドテープＴＥを半径方向に拡張する。本実施形態では、押圧部材４２に対してクランプ４１を降下させる。そして、ウエーハＷに半径方向に拡大する外力を付与して、分割予定ラインＬに沿って形成された改質層ＫＳ，ＫＭに張力を作用させる。すると、主改質層ＫＭが補助改質層ＫＳよりも大きいので、まず、主改質層ＫＭを起点に、ウエーハＷを分割予定ラインＬに沿って破断分割する。そして、この破断分割時には、主改質層ＫＭから伸展する亀裂が補助改質層ＫＳに伝わって、亀裂を補助改質層ＫＳがレーザー加工溝Ｒに案内する。即ち、最初に、主改質層ＫＭに亀裂が生じ、その後、亀裂が補助改質層ＫＳ、レーザー加工溝Ｒへと伝わって、ウエーハＷを個々のデバイスチップＤＴに破断分割する。その後、分割されたデバイスチップＤＴは、エキスパンドテープＴＥから取り外されて、次工程に搬送される。

以上のように、実施形態に係る加工方法によれば、破断起点となる主改質層ＫＭとレーザー加工溝Ｒとの間に亀裂を案内する補助改質層ＫＳを形成している。このために、加工方法は、主改質層ＫＭから発生する亀裂が補助改質層ＫＳを経て、確実にレーザー加工溝Ｒへと伸展するため、分割予定ラインＬの所望の位置で確実にウエーハＷを分割でき、所望のサイズのデバイスチップＤＴを形成する事ができるという効果を奏する。

また、補助改質層ＫＳが、レーザー光線ＬＡの熱の影響を受けた領域ＲＲと受けていない領域とに亘って形成され、レーザー加工溝Ｒの近傍で且つ直下に形成されている。このために、加工方法は、主改質層ＫＭを起点に発生した亀裂を補助改質層ＫＳが確実にレーザー加工溝Ｒに案内することができる。

前述した実施形態では、主改質層ＫＭを補助改質層ＫＳとレーザー加工溝Ｒとに沿って形成し、これらの直下に形成している。しかしながら、本発明では、主改質層ＫＭをレーザー加工溝Ｒに対して数μｍ程度オフセットして形成しても、補助改質層ＫＳをレーザー加工溝Ｒの直下に形成すれば、補助改質層ＫＳによってレーザー加工溝Ｒに亀裂を案内することができ、所望の位置でウエーハＷを分割することができる。また、前述した実施形態では、補助改質層形成ステップと主改質層形成ステップのレーザー照射手段２２とウエーハＷとの相対速度を等しくしたが、本発明では、補助改質層形成ステップのレーザー照射手段２２とウエーハＷとの相対速度を主改質層形成ステップのレーザー照射手段２２とウエーハＷとの相対速度よりも早くしてもよい。この場合、補助改質層形成ステップのレーザー照射手段２２の出力を主改質層形成ステップのレーザー光線照射手段の出力と等しくしてもよい。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

Ｂ 基板
Ｐ 機能層
Ｌ 分割予定ライン
Ｄ デバイス
ＤＴ デバイスチップ
Ｒ レーザー加工溝
Ｗ ウエーハ
ＷＳ 表面
ＷＲ 裏面
ＬＡ レーザー光線
ＬＰ レーザー光線
ＫＳ 補助改質層（改質層）
ＫＭ 主改質層（改質層）

Claims (1)

1. 基板の表面に積層された機能層が格子状に形成された分割予定ラインによって区画され、区画された領域にデバイスが形成されたウエーハの加工方法であって、
   該機能層に対して吸収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該分割予定ラインに沿って照射し、該分割予定ラインに沿ったレーザー加工溝で該機能層を分断する溝形成ステップと、
   基板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該分割予定ラインに沿って複数回照射し、基板の内部に破断起点となる改質層を基板の厚さ方向に間隔をあけて複数層形成する改質層形成ステップと、
   該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改質層を破断起点としてウエーハを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、
   該改質層形成ステップは、
   該レーザー加工溝の近傍且つ直下に補助改質層を形成する補助改質層形成ステップと、
   該補助改質層形成ステップを実施した後、該補助改質層よりウエーハの裏面側に主改質層を形成する主改質層形成ステップと、からなり、
   該主改質層から伸展する亀裂を、該補助改質層が該レーザー加工溝へ案内するとともに、
   該補助改質層形成ステップでは、該機能層と該基板に形成された該機能層に対して吸収性を有する波長のレーザー光線の熱の影響を受けた領域と、受けていない領域とに亘って該補助改質層を形成することを特徴とするウエーハの加工方法。