JP5995545B2 - ウェーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイスの表面にバンプと呼ばれる突起状の電極を搭載したウェーハの加工方法に関する。

半導体デバイスが表面に複数形成された半導体ウェーハのような被加工物は、ホイールと呼ばれる研削砥石を高速回転して研削する研削装置によって薄く研削され、個々のデバイスに分割された後、電子基板とデバイス、又は、デバイス同士の電極をつないで搭載実装される。

半導体ウェーハを個々のデバイスに分割されるに際しては、ダイシングソーと呼ばれる切削装置が用いられ、高速に回転する切削ブレードによって半導体ウェーハに切削溝を形成することで破砕切断することが知られている。

他方、切削溝の狭小化が進んでおり、また、半導体ウェーハを脆性材料で被覆する技術が登場するなどの理由により、切削ブレードでは分割困難な場合が生じていた。

そこで、特許文献１に開示されるように、レーザー光線を用いて分割加工を実施するレーザー加工装置が用いられることが知られている。特許文献１では、半導体ウェーハの厚さ方向内部に分割予定ライン（切削予定ライン）に沿って改質層を形成し、半導体ウェーハに外力を加えて拡張し、改質層を起点として破断するという加工方法について開示している。

特許３４０８８０５号公報

特許文献１に開示されるような半導体ウェーハ改質層を形成する加工では、レーザー光線により半導体ウェーハの厚さ方向の正確な位置に改質層を形成することと、その後に外力を加えて確実に拡張させることが重要となる。

ここで、半導体ウェーハの表面に電極となるバンプが形成される場合には、バンプ面側を粘着テープに接着させ、粘着テープをチャックテーブルで保持し、レーザー光線が裏面から照射される。

しかしながら、このバンプの高さばらつきがあると、半導体ウェーハの厚さ方向におけるレーザー光線の焦点がばらつくことになり、改質層が形成される位置もばらついてしまい、このばらつきに起因する分割不良が生じることが懸念される。

さらには、バンプの存在によって凸凹が形成されるバンプ面に粘着テープが貼着されるため、バンプ面と粘着テープの接触面積が小さいものとなる。このため、改質層を形成した後、外力を加えて粘着テープを拡張した際に、バンプ面と粘着テープの貼着状態が維持できずに互いにズレてしまい、半導体ウェーハに外力が伝えられずに分割不良が生じるという課題がある。

つまり、粘着テープによるバンプ面側の保持力が弱く、粘着テープにバンプ面が引き連れられない状況が生じ、改質層での破断不良が生じるという課題がある。

本発明は、以上の問題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、表面から複数の球状の電極が突出したデバイスが表面に複数形成されたウェーハの加工方法において、ウェーハの分割をより確実に可能とするための技術を提供することである。

請求項１に記載の発明によると、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、表面から複数の球状の電極が突出したデバイスが表面に複数形成されたウェーハの加工方法であって、電極が配設された表面側を露出させてチャックテーブルの保持面に保持されたウェーハの電極の上端を、保持面と直交する回転軸で回転するバイトで切削し、電極の上端に平坦部を形成するバイト切削ステップと、電極に平坦部が形成されたウェーハの表面を、環状のフレームに装着された拡張性を有する粘着テープに平坦部を接触させて貼着することでフレームユニットを形成するフレームユニット形成ステップと、フレームユニットのウェーハの裏面側を露出させてチャックテーブルに保持し、ウェーハの裏面側からウェーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を分割予定ラインに沿って照射し、ウェーハの内部に改質層を形成する改質層形成ステップと、粘着テープを半径方向に拡張してウェーハに外力を付与し、ウェーハを改質層に沿って破断する拡張ステップと、を含み、バイト切削ステップでは、拡張ステップで粘着テープを拡張する際に電極と粘着テープとの貼着状態が維持されるように平坦部の面積を確保するウェーハの加工方法が提供される。

本発明によると、予め電極の上端をバイトで切削することで平坦部（平坦面）が形成されるため、粘着テープによる電極面側の保持力を飛躍的に高めることが可能となり、粘着テープを拡張した際にウェーハを確実に分割することが可能となる。

さらに、バイト切削加工時に、電極を含めたウェーハ全体の厚さも均一になり、レーザー光線による改質層形成位置のばらつきが無くなることになり、当該ばらつきに起因する分割不良が低減するという効果も奏する。

本発明の実施に適したバイト切削装置の斜視図である。 本発明の加工対象となるウェーハの斜視図である。 バイト切削ユニットによる電極（バンプ）の切削について説明する側面図である。 （Ａ）は電極（バンプ）の上端部分が切削加工される前の状態について示す側面図である。（Ｂ）は電極（バンプ）の上端部分が切削加工される後の状態について示す側面図である。 （Ａ）はフレームユニットの断面図である。（Ｂ）はフレームユニットの斜視図である。 改質層形成ステップについて示す側面断面図である。 拡張ステップについて示す側面断面図である。

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は、本発明の実施に適したバイト切削装置２の一実施形態の概略構成図を示している。４はバイト切削装置２のベース（ハウジング）であり、ベース４の後部にはコラム６が立設されている。コラム６には、上下方向に伸びる一対のガイドレール（一本のみ図示）８が固定されている。

この一対のガイドレール８に沿ってバイト切削ユニット１０が上下方向に移動可能に装着されている。バイト切削ユニット１０は、そのハウジング２０が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動する移動基台１２に取り付けられている。

バイト切削ユニット１０は、ハウジング２０と、ハウジング２０中に回転可能に収容されたスピンドル２２（図３参照）と、スピンドル２２の先端に固定されたマウント２４と、マウント２４に着脱可能に装着されたバイトホイール２５とを含んでいる。バイトホイール２５にはバイトユニット２６が着脱可能に取り付けられている。

バイト切削ユニット１０は、バイト切削ユニット１０を一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動するボールねじ１４とパルスモータ１６とから構成されるバイト切削ユニット送り機構１８を備えている。パルスモータ１６をパルス駆動すると、ボールねじ１４が回転し、移動基台１２が上下方向に移動される。

ベース４の中間部分にはチャックテーブル３０を有するチャックテーブル機構２８が配設されており、チャックテーブル機構２８は図示しないチャックテーブル移動機構によりＹ軸方向に移動される。３３は蛇腹であり、チャックテーブル移動機構をカバーする。

ベース４の前側部分には、第１のウェーハカセット３２と、第２のウェーハカセット３４と、ウェーハ搬送用ロボット３６と、複数の位置決めピン４０を有する位置決め機構３８と、ウェーハ搬入機構（ローディングアーム）４２と、ウェーハ搬出機構（アンローディングアーム）４４と、スピンナ洗浄ユニット４６が配設されている。

また、ベース４の概略中央部には、チャックテーブル３０を洗浄する洗浄水噴射ノズル４８が設けられている。この洗浄水噴射ノズル４８は、チャックテーブル３０が装置手前側のウェーハ搬入・搬出領域に位置付けられた状態において、チャックテーブル３０に向かって洗浄水を噴射する。

図２は、本発明の実施において加工物となるウェーハＷの一実施形態について示す斜視図である。被加工物となるウェーハＷは、例えば厚さが１００μｍのシリコンウェーハからなっており、表面Ｗａに複数の交差する分割予定ライン（ストリート）Ｓ１，Ｓ２が格子状に形成されているとともに、複数の分割予定ラインＳ１，Ｓ２によって区画された複数の領域にそれぞれデバイスＤが形成されている。各デバイスＤの表面には、電極となる球状のバンプＢが配設されている。このように構成されたウェーハＷは、デバイスＤが形成されているデバイス領域Ｗ１と、デバイス領域Ｗ１を囲繞する環状の外周余剰領域Ｗ２が形成される。

なお、被加工物となるウェーハＷの形状については、図２に示すような円盤形状のものに限定されるものではなく、四角形状（正四角形、長方形）などの矩形のものも想定される。矩形の場合には、外周余剰領域も矩形の環状を構成することが想定される。また、半導体ウェーハのほか、光デバイスウェーハなども被加工物とされることが想定される。

次に、本発明において特徴的なウェーハの分割方法について説明する。図２に示すように、格子状に形成された複数の分割予定ラインＳ１，Ｓ２によって区画され、表面Ｗａから複数の球状の電極としてのバンプＢが突出したデバイスＤが表面に複数形成されたウェーハＷについて、本発明が実施される。

まず、図３及び図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、バンプＢが配設された表面Ｗａ側を露出させてチャックテーブル３０の保持面３１に保持されたウェーハＷのバンプＢの上端を、保持面３１と直交する回転軸（スピンドル２２）で回転するバイト２７で切削し、バンプＢの上端に平坦部を形成するバイト切削ステップを実施する。

図３に示すように、ウェーハＷの表面Ｗａを上側となるように保持面３１に載置することで、ウェーハＷの裏面Ｗｂが保持面３１に吸引保持されるようになっている。ウェーハＷの表面Ｗａからは、バンプＢが突出するように配置されている。

チャックテーブル３０は、バイト切削ユニット１０の下方においてＹ軸方向に加工送りされるようになっている。バイトユニット２６の先端には、バンプＢを切削するためのバイト２７が取り付けられており、スピンドル２２の回転によって、バイトユニット２６とともにバイト２７が回転するようになっている。

そして、バイト２７をＺ軸方向において所定の位置（高さ位置）に位置付けるとともに、スピンドル２２を回転した状態とし、チャックテーブル３０を加工送りすることで、バンプＢの上端部分が切削加工される。

図４（Ａ）は、バンプＢの上端部分が切削加工される前の状態について示しており、この状態から、切削加工がなされることによって、図４（Ｂ）に示すようにバンプＢの上端部分が切削加工により除去される。

そして、図４（Ｂ）に示すように、切削加工後においては、球状のバンプＢの上端部分が除去されることで、各バンプＢにおいて平坦部Ｂａが形成される。そして、この平坦部Ｂａが形成されることにより、これら平坦部Ｂａからなる一連の平坦な平坦面Ｂｆが構成される。この平坦面Ｂｆは、ウェーハＷの裏面Ｗｂと略平行な面を構成することになる。

以上のバイト切削ステップに次いで、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、バンプＢに平坦部Ｂａが形成されたウェーハＷの表面Ｗａを、環状のフレームＦに装着された拡張性を有する粘着テープＴに平坦部Ｂａを接触させて貼着することでフレームユニットＵを形成するフレームユニット形成ステップが実施される。

粘着テープＴは、シート基材Ｔａに粘着層Ｔｂを形成した延伸性を有するシート状の部材にて構成されており、円環上の環状のフレームＦの下面Ｆｂに粘着層Ｔｂが貼着されることによって、粘着テープＴとフレームＦが一体化されている。

粘着テープＴの粘着層Ｔｂに対し、ウェーハＷの表面Ｗａを被せるように配置することで、ウェーハＷと粘着層Ｔｂの間にバンプＢが配置される。これにより、バンプＢを介してウェーハＷが粘着テープＴに対して貼着されることになる。

ここで、バンプＢは、その平坦部Ｂａが粘着テープＴの粘着層Ｔｂに貼着されるため、平坦部Ｂａを形成していない場合と比較して、バンプＢと粘着テープＴの間の接触面積が広く確保されることになり、バンプＢ、ひいては、ウェーハＷが粘着テープＴに対して強固に貼着された状態となる。

また、バンプＢは、その平坦部Ｂａが粘着テープＴの粘着層Ｔｂに貼着されるため、平坦部Ｂａを形成していない場合と比較して、ウェーハＷがより水平度の高い状態、つまりは、後述するように示すように、フレームユニットＵをチャックテーブルの水平な保持面に載置した状態において、ウェーハＷをより水平に近い状態で設置することが可能となる。

以上のフレームユニット形成ステップに次いで、図６に示すように、フレームユニットＵのウェーハＷの裏面Ｗｂ側を露出させてチャックテーブル６０に保持し、ウェーハＷの裏面Ｗｂ側からウェーハＷに対して透過性を有する波長のレーザー光線ＬＢを分割予定ラインＳ１，Ｓ２（図２参照）に沿って照射し、ウェーハＷの内部に改質層Ｋを形成する改質層形成ステップが実施される。

この改質層形成ステップは、レーザー照射ユニット５０とチャックテーブル６０を備えるレーザー加工装置を用いて実施することができる。フレームユニットＵのフレームＦは、チャックテーブル６０の周囲に設けられるクランプ６２に保持され、ウェーハＷがチャックテーブル６０の保持面６１の上方に位置付けられる状態とされる。

チャックテーブル６０の上方には、レーザー光線ＬＢを照射する集光器５１を有するレーザー照射ユニット５０が位置付けられる。レーザー光線ＬＢは、ウェーハＷの裏面Ｗｂ側からウェーハＷの厚み方向の所定の位置に集光されて、ウェーハＷの内部に改質層Ｋを形成する。また、集光器５１は、Ｙ軸方向に加工送りされることで、改質層Ｋは分割予定ラインに沿って連続的に形成される。

そして、この改質層Ｋの形成においては、上述したように、ウェーハＷがより水平度の高い状態でチャックテーブル６０に載置された状態となっているため、バンプＢを含めたウェーハＷ全体の厚さも均一になり、レーザー光線による改質層Ｋの形成位置のばらつきが無くなることになる。つまりは、ウェーハＷの厚み方向において、ばらつきなく改質層Ｋを形成することができる。

以上の改質層形成ステップに次いで、図７に示すように、粘着テープＴを半径方向に拡張してウェーハＷに外力を付与し、ウェーハＷを改質層Ｋに沿って破断する拡張ステップが実施される。

この拡張ステップは、拡張ドラム７０と、拡張ドラム７０の周囲に設けられ、図示せぬエアシリンダ等により拡張ドラム７０の軸方向に対して相対移動（上下動）する保持フレーム７２とを有する分割装置を用いて実施することができる。

フレームユニットＵのフレームＦを保持フレーム７２のクランプ７３に保持させるとともに、粘着テープＴが拡張ドラム７０の保持面７１に載置された状態とする。拡張ドラム７０は円筒状の部材にて構成され、円環上の保持面７１で囲まれる領域にウェーハＷが配置された状態となる。

次いで、拡張ドラム７０の位置を固定したまま保持フレーム７２を下方に移動させると、粘着テープＴが伸びて拡張する。この粘着テープＴの拡張に伴って、バンプＢを介してウェーハＷの改質層Ｋに応力が伝達し、改質層Ｋを起点としてウェーハＷが破断する。この破断により、ウェーハＷは個々のチップＣに分割される。

そして、上述したように、バンプＢは、その平坦部Ｂａが粘着テープＴに対して強固に貼着された状態となっているため、粘着テープＴが拡張される際には、バンプＢと粘着テープＴの貼着状態が維持され、互いにズレることがない（バンプＢが粘着テープＴから剥離することがない）。

つまり、粘着テープＴがバンプＢをしっかりと保持する保持力が確保され、粘着テープＴの拡張に伴ってバンプＢが粘着テープＴに引き連れられて移動し、この移動により生じる応力がウェーハＷの改質層Ｋに確実に伝達することになり、改質層Ｋを起点とするウェーハＷの破断が確実に行われる。

以上の実施形態によれば、予めバンプＢの上端をバイトで切削することで平坦部Ｂａ（平坦面Ｂｆ）が形成されるため、粘着テープＴによるバンプＢ面側の保持力を飛躍的に高めることが可能となり、粘着テープＴを拡張した際にウェーハＷを確実に分割することが可能となる。

さらに、バイト切削加工時に、バンプＢを含めたウェーハＷ全体の厚さも均一になり、レーザー光線による改質層形成位置のばらつきが無くなることになり、当該ばらつきに起因する分割不良が低減するという効果も奏することになる。

なお、以上の実施形態では、ウェーハＷの表面ＷａにバンプＢが完全に露出する場合について説明したが、バンプＢは樹脂により封止するステップを追加しても良い。この場合、例えば、バイト切削ステップにおいて、樹脂に封止されたバンプＢの一部を樹脂とともに切削して露出させ平坦部Ｂａを構成することで、上述の実施形態と同様に、粘着テープＴによるバンプＢ面側の保持力の向上や、改質層形成位置のばらつき低減という効果が得られる。この場合、フレームユニット形成工程の前に樹脂を除去する工程を追加しても良い。

２ バイト切削装置
２７ バイト
３０ チャックテーブル
３１ 保持面
５０ レーザー照射ユニット
６０ チャックテーブル
６１ 保持面
７０ 拡張ドラム
Ｂ バンプ
Ｂａ 平坦部
Ｂｆ 平坦面
Ｃ チップ
Ｄ デバイス
Ｋ 改質層
Ｔ 粘着テープ
Ｔａ シート基材
Ｕ フレームユニット
Ｗ ウェーハ

Claims (1)

1. 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、表面から複数の球状の電極が突出したデバイスが表面に複数形成されたウェーハの加工方法であって、
   該電極が配設された表面側を露出させてチャックテーブルの保持面に保持されたウェーハの該電極の上端を、該保持面と直交する回転軸で回転するバイトで切削し、該電極の上端に平坦部を形成するバイト切削ステップと、
   該電極に平坦部が形成された該ウェーハの表面を、環状のフレームに装着された拡張性を有する粘着テープに該平坦部を接触させて貼着することでフレームユニットを形成するフレームユニット形成ステップと、
   該フレームユニットの該ウェーハの裏面側を露出させてチャックテーブルに保持し、該ウェーハの裏面側から該ウェーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を該分割予定ラインに沿って照射し、該ウェーハの内部に改質層を形成する改質層形成ステップと、
   該粘着テープを半径方向に拡張して該ウェーハに外力を付与し、該ウェーハを該改質層に沿って破断する拡張ステップと、を含み、
   該バイト切削ステップでは、該拡張ステップで該粘着テープを拡張する際に該電極と該粘着テープとの貼着状態が維持されるように該平坦部の面積を確保するウェーハの加工方法。

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