JP6158551B2

JP6158551B2 - ウェーハの分割方法

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Publication number: JP6158551B2
Application number: JP2013064112A
Authority: JP
Inventors: 悟史源田
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2017-07-05
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: JP2014192215A

Description

本発明は、半導体ウェーハや光デバイスウェーハを個々のチップに分割するウェーハの分割方法に関する。

ウェーハの切削加工には、ダイシングソーと呼ばれる切削装置が使用されてきたが、近年になりレーザー加工装置のレーザー加工によりウェーハを分割する技術が注目されている。このレーザー加工として、ウェーハに対して透過性を有するレーザー光線を照射してウェーハ内部に脆弱な層（改質層）を形成し、強度が低下した改質層を分割起点とする分割方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の分割方法では、ウェーハ表面のストリートに沿って直線状の改質層が形成され、改質層に外力が加わることでウェーハが個々のチップに分割される。このレーザー加工方法では、ダイシングソーによる切削加工ように切削屑が発生せず、切り代もほとんどないため分割予定ラインの縮小化に対応可能となっている。

ところで、ウェーハの厚さが数十μｍ以下に薄くなるとレーザー光線がウェーハを透過し、ウェーハの内部の適切な位置に改質層を形成することが困難となる。そこで、薄化前のウェーハの内部に改質層を形成し、改質層の形成後に仕上げ厚さまで研削する分割方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の分割方法では、ウェーハの内部の適切な位置に適切な改質層を形成することができると共に、次工程の研削加工によって改質層も除去できるため、光デバイスウェーハの加工時には輝度が向上され、半導体ウェーハの加工時には抗折強度が向上される。

特許第３４０８８０５号公報特開２０１２−４９１６４号公報

特許文献２に記載のウェーハの分割方法によると、薄化前のウェーハに対して裏面側からレーザー光線を照射して、ウェーハの内部において表面側に改質層を形成する必要がある。この場合、ウェーハのドープ量が高い場合には、裏面側から照射されたレーザー光線が不純物により散乱されるため、厚み方向における深い位置に改質層を形成することができないという問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ドープ量の高いウェーハであっても薄型のチップに良好に分割可能なウェーハの分割方法を提供することを目的とする。

本発明のウェーハの分割方法は、表面に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ェーハにウェーハを透過する波長のレーザー光線を照射してウェーハの内部に改質層を形成して該分割予定ラインに沿って分割するウェーハの分割方法であって、ウェーハの表面側に該レーザー光線が透過する透過型保護テープを貼着する保護テープ貼着工程と、該保護テープ貼着工程の後に、ウェーハに対して透過性を有する波長の該レーザー光線を該透過型保護テープ及びウェーハを透過してウェーハの該表面から仕上げ厚み分の深さの位置に集光点を位置付けて該分割予定ラインに沿って照射し、ウェーハ該表面側の内部に該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、該改質層形成工程を実施した後、該透過型保護テープ側を保持して露呈しているウェーハの裏面から研削手段により研削し仕上げ厚さへと薄化するとともに該改質層を起点としてウェーハの該表面及び研削面である該裏面に至るクラックを該分割予定ラインに沿って成長させる研削工程と、を備える。

この構成によれば、透過型保護テープを透過してウェーハの表面側からレーザー光線がウェーハ内部に照射され、ウェーハの内部の表面側に分割予定ラインに沿って改質層が形成される。このため、ウェーハの裏面側からレーザー光線を照射する構成のように、レーザー光線をウェーハ内部の深い位置まで照射する必要がなく、ドープ量の高いウェーハであってもウェーハ内部に改質層を適切に形成することができる。また、レーザー光線の集光点が浅くなった分だけ、ウェーハの表面のレーザースポット径を小さくすることができる。よって、レーザースポット径を分割予定ラインのライン幅内に収めることで、レーザー加工時のウェーハの表面側のデバイスに悪影響を与えることがない。このように、改質層形成後に薄化されるウェーハにおいて適切な位置に改質層を形成できる。さらに、研削面となるウェーハの裏面には透過型保護テープが貼着されないため、改質層形成工程から研削工程にスムーズに移行することができる。

本発明によれば、透過型保護テープを透過してウェーハの表面側からウェーハの内部にレーザー光線を照射することで、ドープ量の高いウェーハであっても薄型のチップに良好に分割することができる。

本実施の形態に係る保護テープ貼着工程の一例を示す図である。本実施の形態に係る改質層形成工程の一例を示す図である。本実施の形態に係る集光点の深さとレーザースポット径との関係を示す図である。本実施の形態に係る研削工程の一例を示す図である。

以下、本実施の形態に係るウェーハの分割方法について説明する。本実施の形態に係るウェーハの分割方法は、ドープ量の高いウェーハに対して、保護テープ貼着工程、レーザー加工装置による改質層形成工程、研削装置による研削工程が実施される。保護テープ貼着工程では、レーザー光線を透過する透過型保護テープＴがウェーハＷの表面１１側に貼着される（図１参照）。この保護テープ貼着工程では、ウェーハＷの表面１１にデバイスＤを保護する透過型保護テープＴが貼着され、この透過型保護テープＴの外周側には環状フレームＦが貼着される。

改質層形成工程では、レーザー加工によってウェーハＷの表面１１側からウェーハＷの内部に分割予定ラインに沿った改質層２５が形成される（図２参照）。このレーザー加工ではウェーハＷに対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点が透過型保護テープＴを介してウェーハＷの表面１１側の内部に位置づけられ、分割予定ラインに沿ってレーザー光線が照射される。ウェーハＷの表面１１側からレーザー光線を照射して、ウェーハＷの表面１１側の浅い位置に改質層２５が形成される。研削工程では、ウェーハＷが裏面１２側から仕上げ厚さＬまで薄化されるとともに、改質層２５が起点となってウェーハＷが分割予定ラインに沿って分割される（図４参照）。

以下、本実施の形態に係るウェーハの分割方法の詳細について説明する。図１を参照して、保護テープ貼着工程について説明する。図１は、本実施の形態に係る保護テープ貼着工程の一例を示す図である。なお、図１Ａはウェーハに透過型保護テープが貼着される前の分解斜視図であり、図１Ｂはウェーハに透過型保護テープが貼着された後の斜視図である。また、図１においては、ウェーハＷの表面を下向きにした図を示している。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、保護テープ貼着工程では、略円板状のウェーハＷの表面１１側に環状フレームＦに張られた透過型保護テープＴが貼着される。透過型保護テープＴの貼着により、次工程のレーザー加工時に被照射面となるウェーハＷの表面１１が透過型保護テープＴに被覆され、被保持面となるウェーハＷの裏面１２が露出される。透過型保護テープＴはレーザー光線を透過する性質を有しており、この透過型保護テープＴを通じてウェーハＷの表面１１側からのレーザー光線の照射を可能にしている。なお、透過型保護テープＴとしては、レーザー光線を透過させるものであればよく、例えばリンテック社製のＤ８２１−ＨＳが用いられる。

透過型保護テープＴに被覆されたウェーハＷの表面１１は、格子状の分割予定ライン１３によって複数の領域に区画されている。この分割予定ライン１３に区画された各領域には、ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスＤが形成されている。ウェーハＷの外周縁には、結晶方位を示すノッチ１４が形成されている。なお、ウェーハＷは、シリコン、ガリウム砒素等の半導体基板にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成された半導体ウェーハでもよいし、セラミック、ガラス、サファイア系の無機材料基板にＬＥＤ等の光デバイスが形成された光デバイスウェーハでもよい。

ところで、本実施の形態に係るウェーハＷは、ドーパントと呼ばれる不純物（添加物）が比較的多めに混入された高ドープウェーハであり、ウェーハＷの内部の不純物によってレーザー光線が散乱し易くなっている。このため、ウェーハＷのレーザー光線を照射する側の面から内部の深い位置をレーザー加工することはできず、ウェーハＷの内部の浅い位置をレーザー加工することしかできない。すなわち、ドープ量の高いウェーハＷに対しては、ウェーハＷの裏面１２側からレーザー光線を照射しても、ウェーハＷの表面１１側の適切な深さをレーザー加工することができない。

そこで、本実施の形態では、ウェーハＷの表面１１側からレーザー光線を照射することでドープ量の高いウェーハＷであっても分割に必要な適切な改質層２５（図２参照）が形成可能である。更に表面１１側に透過型保護テープＴを貼着することで、透過型保護テープＴを貼着した状態で改質層２５を形成でき、形成後にウェーハＷをＢＧテープに転写することなくそのまま研削工程を行うことができる。なお、保護テープ貼着工程は、オペレータによる手作業で行われてもよいし、不図示の貼着装置によって行われてもよい。

図２を参照して、改質層形成工程について説明する。図２は、本実施の形態に係る改質層形成工程の一例を示す図である。図３は、本実施の形態に係る集光点の深さとレーザースポット径との関係を示す図である。

図２に示すように、保護テープ貼着工程の後には改質層形成工程が実施される。改質層形成工程では、透過型保護テープＴが貼着されたウェーハＷの表面１１側を上に向けた状態で、レーザー加工装置（不図示）のチャックテーブル２１上にウェーハＷが保持される。この場合、ウェーハＷの裏面１２側がチャックテーブル２１の保持面２２に直に吸着されるが、次工程の研削工程で除去される部分であるため、ウェーハＷの裏面１２側を特に保護する必要がない。次に、加工ヘッド２３の出射口がウェーハＷの分割予定ライン１３（図３参照）に位置付けられ、加工ヘッド２３によってウェーハＷの表面１１側から透過型保護テープＴを透過してウェーハＷの内部にレーザー光線が照射される。

レーザー光線は、ウェーハＷに対して透過性を有する波長であり、ウェーハＷの表面１１側の内部に集光するように調整されている。そして、ウェーハＷに対して加工ヘッド２３が分割予定ライン１３（図３参照）に沿って移動されることで、ウェーハＷの表面１１側に分割予定ライン１３に沿った改質層２５が形成される。この場合、ウェーハＷの表面１１から浅い位置にレーザー光線が照射されるため、ドープ量の高いウェーハＷであっても不純物の影響を受けることなく、ウェーハＷの内部に適切な改質層２５が形成される。

また、透過型保護テープＴを透過してウェーハＷの表面１１から浅い位置に改質層２５が形成されるため、レーザー光線がデバイスＤに悪影響を与えることがない。すなわち、ウェーハＷの表面１１におけるレーザースポット径Ｓは、（開口数（ＮＡ）により変化するが）、例えば表面１１から集光点までの深さをｔ（μｍ）とすると、スポット径Ｓ＝ｔ×０．４（μｍ）程度である。このため、本実施の形態では、ウェーハＷの表面１１からの集光点位置（改質層２５の形成位置）を浅くすることでレーザースポット径Ｓを小さくしている。

例えば図３に示すように、仕上げ厚さＬが５０［μｍ］の場合には、ウェーハＷの表面１１から深さ５０［μｍ］の位置にレーザー光線が照射される。このときのウェーハＷの表面１１のレーザースポット径は２０［μｍ］になる。ウェーハＷの分割予定ラインのライン幅は通常３０［μｍ］から４０［μｍ］であるので、分割予定ライン１３のライン幅内にレーザースポット径が収まってデバイスＤが影響を受けることがない。このようにして、デバイスＤに影響を与えることなく、ウェーハＷの内部に分割予定ライン１３に沿った分割起点が形成される。

なお、改質層２５は、レーザー光線の照射によってウェーハＷの内部の密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲と異なる状態となり、周囲よりも強度が低下する領域のことをいう。改質層２５は、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域であり、これらが混在した領域でもよい。

また、改質層形成工程では、研削加工時の被保持面となる表面１１に透過型保護テープＴが貼着されたままレーザー加工が実施されており、研削加工時の研削面となる裏面１２には透過型保護テープＴが貼着されていない。したがって、改質層形成工程から研削工程への移行時に、テープの貼り替え作業が不要となり、改質層形成工程から研削工程にスムーズに移行することができる。

図４を参照して、研削工程について説明する。図４は、本実施の形態に係る研削工程の一例を示す図である。なお、本実施の形態では、一度の研削加工によってウェーハＷを分割する構成としたが、この構成に限定されない。例えば、ウェーハＷの材質等に応じて、粗研削加工、仕上げ研削加工、研磨加工を行うことで、ウェーハＷを分割予定ラインに沿って分割してもよい。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、改質層形成工程の後には研削工程が実施される。図４Ａに示すように、研削工程では研削装置（不図示）のチャックテーブル３１上の保持面３４に透過型保護テープＴを介してウェーハＷが保持される。また、チャックテーブル３１に保持されたウェーハＷの上方に研削手段３２が位置付けられる。そして、研削手段３２の研削ホイール３３がＺ軸回りに回転しながらチャックテーブル３１に近付けられ、研削ホイール３３とウェーハＷの裏面１２とが回転接触することでウェーハＷが研削される。研削加工中は、ハイトゲージ（不図示）によってウェーハＷの厚さがリアルタイムに測定される。そして、ハイトゲージの測定結果が仕上げ厚みＬに近付くように研削手段３２の送り量が制御される。

図４Ｂに示すように、研削動作によって各改質層２５に対して研削ホイール３３から研削負荷が強く作用する。これにより、ウェーハＷに改質層２５を起点としてウェーハＷの研削面である裏面１２から表面１１に至るクラックが生じる。ウェーハＷの内部に生じたクラックが分割予定ライン１３に沿って成長することで、ウェーハＷが個々のデバイスチップＣに分割される。そして、ウェーハＷが仕上げ厚さＬまで薄化されると、研削動作が停止される。このようにして、ウェーハＷが所望の仕上げ厚さＬまで薄化されながら、分割予定ライン１３に沿って個々のデバイスチップＣに分割される。

以上のように、本実施の形態に係るウェーハの分割方法によれば、透過型保護テープＴを透過してウェーハＷの表面１１側からレーザー光線がウェーハＷ内部に照射され、ウェーハＷの内部の表面１１側に分割予定ライン１３に沿って改質層２５が形成される。このため、ウェーハＷの裏面１２側からレーザー光線を照射する構成のように、レーザー光線を照射する側の面からウェーハＷ内部の深い位置まで照射する必要がなく、ドープ量の高いウェーハＷであってもウェーハＷ内部の表面１１側に改質層２５を適切に形成することができる。

また、レーザー光線の集光点を浅い位置に形成するため、ウェーハＷの表面１１のレーザースポット径を小さくすることができる。よって、レーザースポット径を分割予定ライン１３のライン幅内に収めることで、レーザー加工時のウェーハＷの表面１１側のデバイスＤに悪影響を与えることがない。このように、改質層形成後に薄化されるウェーハＷにおいて適切な位置に改質層２５を形成することができる。さらに、研削面となるウェーハＷの裏面１２には透過型保護テープＴが貼着されないため、改質層形成工程から研削工程にスムーズに移行することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、本実施の形態の分割方法を、ドープ量の高いウェーハＷに適用する構成について説明したが、この構成に限定されない。本実施の形態に係る分割方法を、ドープ量の低いウェーハＷに適用することも可能である。

また、本実施の形態では、改質層形成工程において改質層２５が分割予定ライン１３に沿って連続的に形成される構成としたが、この構成に限定されない。ウェーハＷが分割予定ライン１３に沿って分割可能であれば、改質層２５は分割予定ライン１３に沿って断続的に形成されてもよい。

また、粗研削加工、仕上げ研削加工、研磨加工によってウェーハＷを薄化する場合には、粗研削加工、仕上げ研削加工、研磨加工のいずれの段階でウェーハＷを分割してもよい。

また、本実施の形態においては、保護テープ貼着工程、改質層形成工程、研削工程の一部の工程又は全ての工程が１つの装置で行われてもよい。

以上説明したように、本発明は、薄型のチップに良好に分割することができるという効果を有し、特に、ドープ量の高いウェーハの分割方法に有用である。

１１ウェーハの表面
１２ウェーハの裏面
１３分割予定ライン
２５改質層
３２研削手段
Ｄデバイス
Ｔ透過型保護テープ
Ｗウェーハ

Claims

表面に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ェーハにウェーハを透過する波長のレーザー光線を照射してウェーハの内部に改質層を形成して該分割予定ラインに沿って分割するウェーハの分割方法であって、
ウェーハの表面側に該レーザー光線が透過する透過型保護テープを貼着する保護テープ貼着工程と、
該保護テープ貼着工程の後に、ウェーハに対して透過性を有する波長の該レーザー光線を該透過型保護テープ及びウェーハを透過してウェーハの該表面から仕上げ厚み分の深さの位置に集光点を位置付けて該分割予定ラインに沿って照射し、ウェーハ該表面側の内部に該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、
該改質層形成工程を実施した後、該透過型保護テープ側を保持して露呈しているウェーハの裏面から研削手段により研削し仕上げ厚さへと薄化するとともに該改質層を起点としてウェーハの該表面及び研削面である該裏面に至るクラックを該分割予定ラインに沿って成長させる研削工程と、を備えるウェーハの分割方法。