JP2017084923A - ウェーハの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数層の改質層を形成してウェーハをフルカット状態にする際も改質層の数を低減でき、加工時間の短縮化を図ることのできるウェーハの加工方法を提供する。
【解決手段】ウェーハ１１の裏面１１ｂを研削して第１の厚さに薄化する第１研削ステップと、ウェーハに対して透過性を有する波長のレーザービームＬＢの集光点をウェーハ内部に位置付けてウェーハの裏面側から分割予定ライン１３に沿ってレーザービームを照射し、ウェーハ内部に改質層１９を形成する改質層形成ステップと、ウェーハの裏面を研削してウェーハを第２の厚さに薄化すると共にウェーハを個々のデバイス１５に分割する第２研削ステップと、を備える。改質層形成ステップは、分割予定ラインに沿ってウェーハの厚さ方向に重なる複数の改質層を形成し、改質層から表面１１ａ及び裏面に伸展する亀裂２１で改質層部分の膨張に起因するウェーハの反りを抑制する反り抑制ステップを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、一般的にウェーハの加工方法に関し、特に、隣接する分割予定ラインの間隔が３ｍｍ以下に設定されたウェーハをレーザービームの照射により個々のデバイスチップに分割するウェーハの加工方法に関する。

従来、例えば、特許第３４０８８０５号公報に開示されるように、半導体ウェーハ（以下、単にウェーハと略称することがある）に対して透過性を有する波長のレーザービームをウェーハの内部に集光点を合わせた状態で照射して、ウェーハ内部に改質層を形成し、その後ウェーハに外力を付与してウェーハを個々のデバイスチップに分割する方法が知られている。

また、特開２００５−０８６１６１号公報には、ウェーハに対して透過性を有するレーザービームを分割予定ラインに沿って照射してウェーハの裏面から所定厚さの改質層を形成するレーザービーム照射工程と、表面に保護シートが貼着されたウェーハを改質層に沿って分割する分割工程と、改質層に沿って分割されたウェーハの裏面を保護シートが貼着された状態で研削して改質層を除去する研削工程と、を含むウェーハの加工方法が開示されている。

このようなウェーハの加工方法では、ウェーハの表面側に集中して形成された改質層が膨張するため、ウェーハが反りやすいという問題があった。ウェーハが反った状態でレーザービームを照射すると、レーザービームの集光点に対するウェーハの厚さ方向の相対位置が変化することから、改質層を所定の位置に形成できず、改質層の位置がウェーハの表面に偏ることがある。

改質層がウェーハの表面に偏ると、ウェーハが所定の厚みになるまで裏面を研削してウェーハを個々のデバイスチップに分割しても、改質層がデバイスチップの側面に残存し、デバイスチップの抗折強度が低くなってしまうことがある。

また、反った状態のウェーハを研削装置のチャックテーブル上に載置して吸引保持しようとしても、負圧がリークしてウェーハを吸引保持できない恐れもある。そこで、改質層を複数層形成し、改質層によってウェーハを分割し反りを低減する加工方法が特開２０１５−３７１７２号公報で提案されている。

特許第３４０８８０５号公報 特開２００５−０８６１６１号公報 特開２０１５−３７１７２号公報

しかしながら、分割予定ライン同士の間隔が３ｍｍ以下のような小チップデバイスウェーハの場合、全ての分割予定ラインに沿って改質層を形成すると反りが非常に大きくなるので、ほぼ全ての分割予定ラインにおいて改質層を複数層形成してウェーハをフルカット状態にする必要があり、形成する改質層の数が膨大になり加工時間が長くなるという課題があった。

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、ほぼ全ての分割予定ラインに沿って複数層の改質層を形成してウェーハをフルカット状態にする際も改質層の数を低減でき、加工時間の短縮化を図ることのできるウェーハの加工方法を提供することである。

本発明によると、表面に設定された交差する複数の分割予定ラインに区画された各領域にそれぞれデバイスが形成され、平行に隣接する分割予定ラインの間隔が３ｍｍ以下に設定切削れたウェーハの加工方法であって、ウェーハの表面に保護部材を貼着する保護部材貼着ステップと、該保護部材貼着ステップを実施した後、ウェーハの裏面を研削してウェーハを第１の厚さに薄化する第１研削ステップと、該第１研削ステップを実施した後、ウェ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ウェーハ内部に位置付けてウェーハの裏面側から該分割予定ラインに沿って該レーザービームを照射し、ウェーハ内部に改質層を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、ウェーハの裏面を研削してウェーハを第２の厚さに薄化すると共にウェーハを個々のデバイスチップに分割する第２研削ステップと、を備え、該改質層形成ステップは、該分割予定ラインに沿ってウェーハの厚さ方向に重なる複数の改質層を形成し、改質層から表面及び裏面に伸展する亀裂で改質層部分の膨張に起因するウェーハの反りを抑制する反り抑制ステップを含むことを特徴とするウェーハの加工方法が提供される。

好ましくは、反り抑制ステップは、一部の分割予定ラインで実施される。反り抑制ステップを全ての分割予定ラインで実施するようにしても良い。

本発明のウェーハの加工方法によると、小チップデバイスウェーハでも予め第１研削ステップでウェーハを第１の厚さに薄化してから、改質層形成ステップを実施するので、全ての分割予定ラインに複数層の改質層を形成してフルカット状態にする場合にも改質層の数を低減でき、加工時間の短縮化を図ることができる。

保護部材貼着ステップを示す斜視図である。 第１研削ステップを示す斜視図である。 図３（Ａ）は改質層形成ステップを示す断面図、図３（Ｂ）は反り抑制ステップを示すウェーハの一部拡大断面図である。 第２研削ステップを示す一部断面側面図である。 第２研削ステップ実施後のウェーハの斜視図である。

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、半導体ウェーハ（以下、単にウェーハと略称することがある）１１の表面１１ａに保護部材１７を貼着する保護部材貼着ステップの斜視図が示されている。

半導体ウェーハ１１の表面１１ａには格子状に複数の分割予定ライン１３が形成されており、分割予定ライン１３に区画された各領域にＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。本実施形態では、平行に隣接する分割予定ライン１３の間隔が３ｍｍ以下に設定されている。

ウェーハ１１はシリコンから形成され、約７００μｍの厚さを有している。本実施形態のウェーハの加工方法では、まず、ウェーハ１１の表面１１ａに保護テープ等の保護部材１７を貼着する保護部材貼着ステップを実施する。

保護部材貼着ステップを実施した後、ウェーハ１１の裏面１１ｂを研削してウェーハを第１の厚さ（１００〜３００μｍ）に薄化する第１研削ステップを実施する。この第１研削ステップでは、図２に示すように、研削装置のチャックテーブル１０で保護部材１７を吸引保持し、ウェーハ１１の裏面１１ｂを露出させる。

研削ユニット１２は、モータにより回転駆動されるスピンドル１４と、スピンドル１４の先端（下端）に固定されたホイールマウント１６と、ホイールマウント１６に複数のねじ１８で着脱可能に装着された研削ホイール２０とを含んでいる。研削ホイール２０は、環状のホイール基台２２と、ホイール基台２２の下端部外周に固着された複数の研削砥石２４とから構成される。

第１研削ステップでは、チャックテーブル１０を矢印ａで示す方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール２０を矢印ｂで示す方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させると共に、図示しない研削ユニット送り機構を作動して研削ホイール２０の研削砥石２４をウェーハ１１の裏面１１ｂに接触させる。

そして、研削ホイール２０を所定の研削送り速度で研削送りしながらウェーハ１１の研削を実施する。接触式又は非接触式の厚み測定ゲージでウェーハ１１の厚さを測定しながら、ウェーハ１１を所定の厚さ、例えば１００μｍに研削する。

第１研削ステップを実施した後、ウェーハ１１に対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザービームをウェーハ１１の裏面１１ｂ側から分割予定ライン１３に沿って照射し、ウェーハ内部に改質層を形成する改質層形成ステップを実施する。

即ち、図３（Ａ）に示すように、レーザー加工装置のチャックテーブル２６で第１研削ステップで薄化されたウェーハ１１を保護部材１７を介して吸引保持し、ウェーハ１１の裏面１１ｂを露出させる。

そして、レーザービーム照射ユニット２８の集光器３０からウェーハ１１に対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザービームＬＢをその集光点をウェーハ１１の内部に位置付けてウェーハ１１の裏面１１ｂ側から照射し、ウェーハ１１を吸引保持したチャックテーブル２６を矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、分割予定ライン１３に沿ってウェーハ１１の内部に改質層１９を形成する。

チャックテーブル２６を分割予定ライン１３のピッチずつ割り出し送りしながら、第１の方向に伸長する分割予定ライン１３に沿ってウェーハ１１の内部に同様な改質層１９を次々と形成する。次いで、チャックテーブル２６を９０°回転してから、第１の方向に直交する第２の方向に伸長する分割予定ライン１３に沿ってウェーハ１１の内部に同様な改質層１９を次々と形成する。

この改質層形成ステップは、分割予定ライン１３に沿ってウェーハ１１の厚さ方向に重なる複数の改質層１９を形成し、改質層１９からウェーハ１１の表面及び裏面に伸展する亀裂で改質層１９部分の膨張に起因するウェーハ１１の反りを抑制する反り抑制ステップを含んでいる。

この反り抑制ステップは、図３（Ｂ）に示すように、レーザービームの集光点をウェーハ１１の表面１１ａから約５０μｍの位置に位置付けて分割予定ライン１３に沿ってレーザービームを照射して、図３（Ｂ）で下側の改質層１９を形成する。この改質層１９を形成すると、改質層１９からウェーハ１１の表面１１ａに伸展する亀裂２１が形成される。

次いで、レーザービームの集光点をウェーハ１１の裏面１１ｂ側に位置付けて同一の分割予定ライン１３に沿ってレーザービームを照射し、図３（Ｂ）でウェーハ１１の裏面１１ｂ側に改質層１９を形成する。この改質層１９を形成すると、上側の改質層１９からウェーハ１１の裏面１１ｂに伸展する亀裂２１が形成される。

このように反り抑制ステップでは、分割予定ライン１３に沿って複数層の改質層１９及び改質層１９からウェーハ１１の表面１１ａ及び１１Ｂに伸展する亀裂２１を形成することにより、ウェーハ１１をフルカット状態にする。

分割予定ライン１３間の距離（分割予定ラインのピッチ）に応じて一部又は全ての分割予定ライン１３について反り抑制ステップを実施することにより、改質層部分の膨張に起因するウェーハ１１の反りを抑制することができる。

下記の表１に分割予定ライン間距離と、フルカット状態のライン（％）と、反りの状態との関係が示されている。

表１で○印はウェーハの反りがない状態を、△印はウェーハの反りが多少抑制された状態を、×印はウェーハの反りが解消されない状態をそれぞれ示している。例えば、分割予定ライン間距離が３ｍｍのウェーハ１１の場合には、フルカット状態のラインを全分割予定ラインの２％又は２０％とすることにより、ウェーハ１１の反り状態は多少緩和され、５０％とすることにより、ウェーハ１１の反りが完全に解消されることを示している。

分割予定ライン間距離が５ｍｍのウェーハの場合には、フルカット状態のラインを２％とすることにより、ウェーハ１１の反り状態が完全に解消されることを示している。一方、分割予定ライン間距離が１ｍｍのウェーハの場合には、フルカット状態のラインを５０％とすることにより、ウェーハ１１の反りが多少抑制され、８０％とすることによりウェーハ１１の反りが完全に解消されることを示している。

第１研削ステップ実施後のウェーハ１１の厚さに応じて、反り抑制ステップで形成する改質層１９の層数が相違する。例えば、第１研削ステップ実施後のウェーハ１１の厚さが２００〜３００μｍ程度の場合には、ウェーハ１１の厚さ方向に重なる改質層の数を３〜５層程度形成するのが好ましい。

改質層形成ステップ実施後、ウェーハ１１の裏面１１ｂを研削してウェーハ１１を第２の厚さに薄化すると共に研削圧力によりウェーハ１１を個々のデバイスチップに分割する第２研削ステップを実施する。

この第２研削ステップでは、図４に示すように、反り抑制ステップを含む改質層形成ステップが実施されたウェーハ１１を保護部材１７を介してチャックテーブル１０で吸引保持し、ウェーハ１１の裏面１１ｂを露出させる。

そして、チャックテーブル１０を矢印ａで示す方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール２０を矢印ｂで示す方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させると共に、図示しない研削送り機構を作動して研削ホイール２０の研削砥石２４をウェーハ１１の裏面１１ｂに接触させる。

研削ホイール２０を所定の研削送り速度で下方に研削送りしながらウェーハ１１の裏面１１ｂを研削する。接触式又は非接触式の厚み測定ゲージでウェーハ１１の厚さを測定しながら、ウェーハ１１を所望の厚さ、例えば３０μｍに研削する。

この第２研削ステップでは、研削ホイール２０の研削圧力により、ウェーハ１１が改質層１９を分割起点に個々のデバイスチップ２３に分割される。そして、改質層１９はウェーハ１１の表面１１ａから５０μｍの位置より裏面１１ｂ側に形成されているため、この第２研削ステップを実施することにより、改質層１９は全て除去され、分割されたデバイスチップ２３の側面に改質層１９が残存することはない。これにより、デバイスチップ２３の抗折強度を十分維持することができる。

図５を参照すると、第２研削ステップ実施後の、ウェーハ１１の斜視図が示されている。ウェーハ１１は第２研削ステップを実施することにより個々のデバイスチップ２３に分割されるが、ウェーハ１１の表面１１ａが保護部材１７に貼着されているため、個々に分割されたデバイスチップ２３はウェーハ１１の形状を保持している。

上述した実施形態では、ウェーハ１１が正方形のデバイス１５を有している場合について説明したが、デバイスの縦横の長さが異なる長尺デバイスをウェーハが有している場合には、分割予定ライン間距離が短い方のみ複数層の改質層１９を形成して、ウェーハ１１をフルカット状態にしても良い。

１０ チャックテーブル
１１ 半導体ウェーハ
１２ 研削ユニット
１３ 分割予定ライン
１５ デバイス
１７ 保護部材
１９ 改質層
２０ 研削ホイール
２１ 亀裂
２３ デバイスチップ
２４ 研削砥石
２６ チャックテーブル
２８ レーザービーム照射ユニット
３０ 集光器

Claims (2)

1. 表面に設定された交差する複数の分割予定ラインに区画された各領域にそれぞれデバイスが形成され、平行に隣接する分割予定ラインの間隔が３ｍｍ以下に設定されたウェーハの加工方法であって、
   ウェーハの表面に保護部材を貼着する保護部材貼着ステップと、
   該保護部材貼着ステップを実施した後、ウェーハの裏面を研削してウェーハを第１の厚さに薄化する第１研削ステップと、
   該第１研削ステップを実施した後、ウェ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ウェーハ内部に位置付けてウェーハの裏面側から該分割予定ラインに沿って該レーザービームを照射し、ウェーハ内部に改質層を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、ウェーハの裏面を研削してウェーハを第２の厚さに薄化すると共にウェーハを個々のデバイスチップに分割する第２研削ステップと、を備え、
   該改質層形成ステップは、該分割予定ラインに沿ってウェーハの厚さ方向に重なる複数の改質層を形成し、該改質層から表面及び裏面に伸展する亀裂で改質層部分の膨張に起因するウェーハの反りを抑制する反り抑制ステップを含むことを特徴とするウェーハの加工方法。
2. 該反り抑制ステップは、一部又は全ての該分割予定ラインで実施する請求項１記載のウェーハの加工方法。

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