JP6360411B2 - ウエーハの加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、表面に格子状に配列された分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された複数の領域にデバイスが形成されたウエーハの加工方法に関する。
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列された分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された複数の領域にIC、LSI等のデバイスを形成する。そして、半導体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デバイスが形成された領域を分割して個々の半導体デバイスを製造している。
上述した半導体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位置付け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位置付け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破断起点となる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り、分割予定ラインの幅を極小にできる効果が期待される(例えば、特許文献1参照)。
上述したウエーハの内部に分割予定ラインに沿って破断起点となる改質層を形成し、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、分割予定ラインの幅が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に貼着すると、ウエーハが割れる虞があることから、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装着し、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)。
特許第3408805号公報 特開2006−54246号公報 特開2012−84618号公報
而して、デバイスに形成された電極が突起状のバンプ電極であるウエーハにおいては、ダイシングテープに裏面が貼着されたウエーハの表面側をレーザー加工装置の保持テーブルに保持し、ダイシングテープが装着された環状のフレームを保持テーブルに装着されたフレーム固定手段によって保持すると、ダイシングテープによってウエーハの外周部が押し下げられ、分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射することにより内部に改質層を形成する際に、押し下げられた応力によってウエーハの外周部に隣接するデバイスが破損するという問題がある。
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、デバイスに形成された電極が突起状のバンプ電極であるウエーハであっても、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、デバイスを破損させることなく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、表面に複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域にバンプ電極を備えたデバイスが形成されたデバイス領域と、該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを備えたウエーハの加工方法であって、
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するウエーハ支持工程と、
ウエーハを保持する保持面を備えた保持テーブルと環状のフレームを保持テーブルの保持面より低い位置で保持するフレーム保持手段とを備えたウエーハ保持手段を構成する保持テーブルの保持面にウエーハの表面側を保持するとともに、環状のフレームをフレーム保持手段によって保持するウエーハ保持工程と、
該ウエーハ保持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ダイシングテープおよび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、を含み、
該改質層形成工程を実施する前に、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デバイス領域と外周余剰領域との境界部の内部に位置付けてデバイス領域と外周余剰領域との境界部に沿って照射し、ウエーハの内部にデバイス領域と外周余剰領域との境界部に沿って環状の改質層を形成する環状改質層形成工程を実施する、
ことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。
本発明によるレーザー加工方法は、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するウエーハ支持工程と、ウエーハを保持する保持面を備えた保持テーブルと環状のフレームを保持テーブルの保持面より低い位置で保持するフレーム保持手段とを備えたウエーハ保持手段を構成する保持テーブルの保持面にウエーハの表面側を保持するとともに、環状のフレームをフレーム保持手段によって保持するウエーハ保持工程と、ウエーハ保持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ダイシングテープおよび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み、改質層形成工程を実施する前に、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デバイス領域と外周余剰領域との境界部の内部に位置付けてデバイス領域と外周余剰領域との境界部に沿って照射し、ウエーハの内部にデバイス領域と外周余剰領域との境界部に沿って環状の改質層を形成する環状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半導体ウエーハの内部にデバイス領域と外周余剰領域との境界部に沿って環状の改質層が形成されているため、デバイス領域と外周余剰領域とが遮断されダイシングテープによって外周余剰領域を押し付ける際に生じる応力がデバイス領域には伝達されない。従って、改質層形成工程において分割予定ラインに沿って半導体ウエーハの内部に改質層を形成する際に外周余剰領域に隣接するデバイスが破損するという問題が解消する。
本発明によるウエーハの加工方法によ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。 本発明によるウエーハの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。 本発明によるウエーハの加工方法を実施するためのレーザー加工装置の斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法におけるウエーハ保持工程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法における環状改質層形成工程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法における改質層形成工程の説明図。
以下、本発明によるウエーハの加工方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
本発明によるウエーハの加工方法によ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、厚みが300μmで直径が200mmの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。このように構成された半導体ウエーハ2は、デバイス22が形成されているデバイス領域23と、該デバイス領域23を囲繞する外周余剰領域24を備えている。なお、上記デバイス22の表面にはそれぞれ複数のバンプ電極221が設けられている。このバンプ電極221は、高さが50〜200μm程度に形成されている。
上述した半導体ウエーハ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ためには、先ず、半導体ウエーハ2の裏面2b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。
次に、上述した半導体ウエーハ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レーザー加工を実施するためのレーザー加工装置について、図3を参照して説明する。
図3に示すレーザー加工装置4は、静止基台40と、該静止基台40に矢印Xで示す加工送り方向(X軸方向)に移動可能に配設され被加工物を保持する保持テーブル機構5と、基台40上に配設されたレーザー光線照射手段としてのレーザー光線照射ユニット6とを具備している。
上記保持テーブル機構5は、静止基台40上にX軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール51、51と、該案内レール51、51上にX軸方向に移動可能に配設された第1の滑動ブロック52と、該第1の滑動ブロック52上に加工送り方向(X軸方向)と直交する矢印Yで示す割り出し送り方向(Y軸方向)に移動可能に配設された第2の滑動ブロック53と、該第2の滑動ブロック53上に円筒部材54によって支持された支持テーブル55と、ウエーハ保持手段としての保持テーブル56を具備している。この保持テーブル56は多孔性材料から形成された吸着チャック561を具備しており、吸着チャック561の上面である保持面上に被加工物としてのウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成された保持テーブル56は、円筒部材54内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、保持テーブル56には、半導体ウエーハ等の被加工物を保護テープを介して支持する環状のフレームを固定するためのフレーム保持手段としてのクランプ562が配設されている。このフレーム保持手段としてのクランプ562は、環状のフレームを保持テーブル56の上面である保持面より低い位置で保持するように構成されている。
上記第1の滑動ブロック52は、その下面に上記一対の案内レール51、51と嵌合する一対の被案内溝521、521が設けられているとともに、その上面にY軸方向に沿って平行に形成された一対の案内レール522、522が設けられている。このように構成された第1の滑動ブロック52は、被案内溝521、521が一対の案内レール51、51に嵌合することにより、一対の案内レール51、51に沿ってX軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態における保持テーブル機構5は、第1の滑動ブロック52を一対の案内レール51、51に沿ってX軸方向に移動させるための加工送り手段57を具備している。加工送り手段57は、上記一対の案内レール51と51の間に平行に配設された雄ネジロッド571と、該雄ネジロッド571を回転駆動するためのパルスモータ572等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド571は、その一端が上記静止基台40に固定された軸受ブロック573に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ572の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド571は、第1の滑動ブロック52の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ572によって雄ネジロッド571を正転および逆転駆動することにより、第1の滑動ブロック52は案内レール51、51に沿ってX軸方向に移動せしめられる。
上記第2の滑動ブロック53は、その下面に上記第1の滑動ブロック52の上面に設けられた一対の案内レール522、522と嵌合する一対の被案内溝531、531が設けられており、この被案内溝531、531を一対の案内レール522、522に嵌合することにより、Y軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態における保持テーブル機構5は、第2の滑動ブロック53を第1の滑動ブロック52に設けられた一対の案内レール522、522に沿ってY軸方向に移動させるための割り出し送り手段58を具備している。割り出し送り手段58は、上記一対の案内レール522と522の間に平行に配設された雄ネジロッド581と、該雄ネジロッド581を回転駆動するためのパルスモータ582等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド581は、その一端が上記第1の滑動ブロック52の上面に固定された軸受ブロック583に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ582の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド581は、第2の滑動ブロック53の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ582によって雄ネジロッド581を正転および逆転駆動することにより、第2の滑動ブロック53は案内レール522、522に沿ってY軸方向に移動せしめられる。
上記レーザー光線照射ユニット6は、上記基台40上に配設された支持部材61と、該支持部材61によって支持され実質上水平に延出するケーシング62と、該ケーシング62に配設されたレーザー光線照射手段7と、ケーシング62の前端部に配設されレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段8を具備している。レーザー光線照射手段7は、ケーシング62内に配設された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と、ケーシング62の先端部に配設され図示しない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するための集光器71を具備している。なお、撮像手段8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。
上記レーザー加工装置4を用いて上述した半導体ウエーハ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には、先ず保持テーブル56の上面である保持面に半導体ウエーハ2の表面側を保持するとともに、環状のフレーム3をフレーム保持手段としてのクランプ562によって保持するウエーハ保持工程を実施する。即ち、図4に示すように環状のフレーム3にダイシングテープ30を介して支持された半導体ウエーハ2の表面2a側を保持テーブル56の上面である保持面に載置する。このとき、保持テーブル56の上面である保持面との間にポーラスシート31を介在してバンプ電極221を含むデバイス22を保護することが望ましい。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、保持テーブル56の上面である保持面上にポーラスシート31を介して半導体ウエーハ2が吸引保持される。次に、環状のフレーム3をクランプ562によって固定する。従って、保持テーブル56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、ダイシングテープ30が装着されている環状のフレーム3がクランプ562によって固定されると、バンプ電極221の高さが高いためにダイシングテープ30によって半導体ウエーハ2の外周余剰領域24がバンプ電極221を支点として押し下げられ応力が発生する。
上述したウエーハ保持工程を実施したならば、加工送り手段57を作動して半導体ウエーハ2を吸引保持した保持テーブル56を撮像手段8の直下に位置付ける。保持テーブル56が撮像手段8の直下に位置付けられると、撮像手段8および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ2のデバイス領域23と外周余剰領域24との境界部を検出する第1のアライメント工程を実施する。即ち、撮像手段8および図示しない制御手段は、半導体ウエーハ2の外周縁から例えば5mm内側の位置を検出し、その座標値を制御手段のメモリに格納する。このとき、半導体ウエーハ2の上側にはダイシングテープ30が位置付けられているが、撮像手段8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の裏面30b側から透かして半導体ウエーハ2の外周縁を撮像することができる。
上述したように第1のアライメント工程を実施したならば、ダイシングテープ30および半導体ウエーハ2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デバイス領域23と外周余剰領域24との境界部の内部に位置付けてデバイス領域23と外周余剰領域24との境界部に沿って照射し、半導体ウエーハ2の内部にデバイス領域23と外周余剰領域24との境界部に沿って環状の改質層を形成する環状改質層形成工程を実施する。この環状改質層形成工程を実施するには、上記第1のアライメント工程を実施した状態から加工送り手段57を作動して半導体ウエーハ2を吸引保持した保持テーブル56を集光器71が位置するレーザー光線照射領域に移動し、図5に示すように半導体ウエーハ2の外周縁から例えば5mm内側の位置を集光器71の直下に位置付ける。次に、集光器71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71からダイシングテープ30およびシリコンウエーハからなる半導体ウエーハ2に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線LBを照射しつつ半導体ウエーハ2を吸引保持した保持テーブル56を矢印56aで示す方向に1回転せしめる。この結果、半導体ウエーハ2の内部にはデバイス領域23と外周余剰領域24との境界部に沿って環状の改質層25が形成される。
上記環状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 :50kHz
平均出力 :0.5W
上述した環状改質層形成工程を実施したならば、ダイシングテープ30の裏面側からダイシングテープ30を通してダイシングテープ30および半導体ウエーハ2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を実施するには先ず加工送り手段57を作動して半導体ウエーハ2を吸引保持した保持テーブル56を撮像手段8の直下に移動し、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第2のアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段8および図示しない制御手段を作動して半導体ウエーハ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集光器71との位置合わせを行う。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、同様に集光器71との位置合わせを行う。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8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の裏面30b側および半導体ウエーハ2の裏面2b側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。
上述した第2のアライメント工程を実施したならば、図6で示すように保持テーブル56をレーザー光線照射手段7の集光器71が位置するレーザー光線照射領域に移動し、保持テーブル56に保持された半導体ウエーハ2に形成された所定の分割予定ライン21を集光器71の直下に位置付ける。このとき、図6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6の(a)において左端)が集光器71の直下に位置するように位置付けられる。次に、集光器71から照射されるパルスレーザー光線LB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71からダイシングテープ30およびシリコンウエーハからなる半導体ウエーハ2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保持テーブル56を図6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6の(b)で示すようにレーザー光線照射手段7の集光器71の照射位置に分割予定ライン21の他端(図6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保持テーブル56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26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 :50kHz
平均出力 :0.5W
加工送り速度 :100mm/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、保持テーブル56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、保持テーブル56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。
上記改質層形成工程を実施する際には、既に上述した環状改質層形成工程が実施され半導体ウエーハ2の内部にはデバイス領域23と外周余剰領域24との境界部に沿って環状の改質層25が形成されているので、デバイス領域23と外周余剰領域24とが遮断されダイシングテープ30によって外周余剰領域24を押し付ける際に生じる応力がデバイス領域23には伝達されない。従って、改質層形成工程において分割予定ライン21に沿って半導体ウエーハ2の内部に改質層26を形成する際に外周余剰領域24に隣接するデバイスが破損するという問題が解消する。
2:半導体ウエーハ
21:分割予定ライン
22:デバイス
221:バンプ電極
25,26:改質層
3:環状のフレーム
30:ダイシングテープ
4:レーザー加工装置
5:保持テーブル機構
56:保持テーブル
6:レーザー光線照射ユニット
7:レーザー光線照射手段
71:集光器

Claims (1)

  1. 表面に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バンプ電極を備えたデバイスが形成されたデバイス領域と、該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを備えたウエーハの加工方法であって、
    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するウエーハ支持工程と、
    ウエーハを保持する保持面を備えた保持テーブルと環状のフレームを保持テーブルの保持面より低い位置で保持するフレーム保持手段とを備えたウエーハ保持手段を構成する保持テーブルの保持面にウエーハの表面側を保持するとともに、環状のフレームをフレーム保持手段によって保持するウエーハ保持工程と、
    該ウエーハ保持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ダイシングテープおよび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、を含み、
    該改質層形成工程を実施する前に、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デバイス領域と外周余剰領域との境界部の内部に位置付けてデバイス領域と外周余剰領域との境界部に沿って照射し、ウエーハの内部にデバイス領域と外周余剰領域との境界部に沿って環状の改質層を形成する環状改質層形成工程を実施する、
    ことを特徴とするウエーハの加工方法。
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