JP6598702B2

JP6598702B2 - ウェーハの加工方法

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Publication number: JP6598702B2
Application number: JP2016026699A
Authority: JP
Inventors: 幸太深谷; 卓岡村
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2016-02-16
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2019-10-30
Anticipated expiration: 2036-02-16
Also published as: JP2017147289A

Description

本発明は、ウェーハを複数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。

例えば、３００［μｍ］以上の比較的厚みがあるウェーハを切削ブレードでダイシングすると、裏面チッピングが大きくなるという問題がある。このため、レーザー加工と研削加工とを組み合わせたＳＤＢＧ（Stealth Dicing Before Grinding）を用いる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。ＳＤＢＧでは、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をウェーハの分割予定ラインに沿って照射し、ウェーハの所定深さの位置に強度が低下した改質層を形成する。その後、ウェーハの裏面を研削することで、ウェーハが仕上げ厚みまで薄化されると共に、研削圧力によってウェーハが改質層を分割起点として個々のデバイスチップに分割される。

国際公開第２００３／０７７２９５号

しかしながら、ＳＤＢＧでウェーハの内部に改質層を形成して、改質層からウェーハの表裏面にクラックを到達させるためには高出力のレーザービームをウェーハに照射する必要がある。上記したようにウェーハに対して透過性を有するレーザービームが照射されるため、一部のビームがウェーハのデバイス側に漏れて、個片化後のデバイスチップの電気特性が悪化してしまう可能性がある。一方で、デバイスチップの電気特性の悪化を懸念して低出力のレーザービームをウェーハに照射すると、ウェーハを適切に個片化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、個片化後のデバイスチップの電気特性を悪化させることなく、ウェーハを分割することができるウェーハの加工方法を提供することを目的とする。

本発明のウェーハの加工方法は、表面に複数のデバイス及び複数の分割予定ラインが形成されたデバイス領域及び該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域を有するウェーハを加工するウェーハの加工方法であって、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をウェーハの内部に位置付けて第１の出力でウェーハの裏面から該分割予定ラインに沿って照射して、ウェーハの内部に改質層を形成する第１改質層形成ステップと、該第１改質層形成ステップ実施後、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をウェーハの内部に位置付けて第１の出力よりも高出力の第２の出力でウェーハの裏面からウェーハの外周余剰領域の該分割予定ラインに沿って照射して、ウェーハの該外周余剰領域内部に改質層をさらに形成する第２改質層形成ステップと、該第２改質層形成ステップを実施後、該分割予定ラインに沿って外力を付与し該改質層を起点としてウェーハを該分割予定ラインに沿って分割する分割ステップと、を備えた。

この構成によれば、ウェーハの分割予定ラインに沿って第１の出力でレーザービームがウェーハの内部に照射され、ウェーハの外周余剰領域の分割予定ラインに沿って第２の出力でレーザービームがウェーハの内部に照射される。これにより、ウェーハのデバイス領域には比較的低出力の第１の出力のレーザービームで改質層が形成され、ウェーハの外周余剰領域には比較的高出力の第２の出力のレーザービームで改質層が形成される。そして、分割予定ラインに沿って外力が付与されると、破断強度が大幅に低下した外周余剰領域の改質層からのクラックが伸長して、分割予定ラインに沿ってウェーハが分割される。このように、ウェーハのデバイス領域に高出力のレーザービームを照射することなく分割できるため、個片化後のデバイスチップの電気的特性が悪化することがない。

本発明によれば、ウェーハのデバイス領域に比較的低出力のレーザービーム、ウェーハの外周余剰領域に比較的高出力のレーザービームでそれぞれ改質層が形成され、外力の付与によって低強度の外周余剰領域の改質層からのクラックが伸長される。よって、ウェーハのデバイス領域に高出力のレーザービームを照射することなく分割できるため、個片化後のデバイスチップの電気的特性が悪化することがない。

本実施の形態のウェーハの斜視図及び断面図である。比較例のウェーハの加工方法の説明図である。本実施の形態の第１改質層形成ステップの一例を示す図である。本実施の形態の第２改質層形成ステップの一例を示す図である。本実施の形態の分割ステップの一例を示す図である。実験例のサファイアウェーハの破断結果を示す図である。変形例の第１、第２改質層形成ステップの一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態のウェーハの加工方法について説明する。図１は、本実施の形態のウェーハの斜視図及び断面図である。図２は、比較例のウェーハの加工方法の説明図である。また、本実施の形態では、ウェーハの加工方法をＳＤＢＧに適用した一例について説明するが、ウェーハの内部に改質層を起点に分割する他の工法に適用することが可能である。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、ウェーハＷは、略円板状に形成されており、表面中央に格子状に配列された分割予定ラインＬ（図３Ｂ参照）によって複数の領域に区画されている。分割予定ラインに区画された各領域にはデバイスＤが形成されている。ウェーハＷの表面は、複数のデバイスＤ及び分割予定ラインＬが形成されたデバイス領域Ａ１と、デバイス領域Ａ１を囲繞する外周余剰領域Ａ２とに分かれている。ウェーハＷの外縁には、結晶方位を示すノッチＮが形成されている。また、ウェーハＷの表面には、デバイスＤを保護するための保護テープＴが貼着されている。

ウェーハＷは、例えば３００［μｍ］以上の厚みを有しており、レーザー加工と研削加工とを組み合わせたＳＤＢＧによって個々のデバイスチップに分割される。この場合、レーザー加工でウェーハＷ内に改質層が形成された後に、研削加工でウェーハＷが仕上げ厚みまで研削されつつ、改質層を分割起点としてウェーハＷが分割される。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等の半導体デバイスが形成された半導体ウェーハでもよいし、サファイア、炭化ケイ素等の無機材料基板に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、図２Ａに示すように、厚いウェーハＷをレーザー加工する場合には、通常は高出力のレーザービームでウェーハＷの内部が照射され、分割予定ラインＬ（図３Ｂ参照）に沿って破断強度が十分に低下した改質層１６が形成される。このため、ウェーハＷを研削加工すると、研削圧力によって改質層１６からウェーハＷの表裏面にクラックが伸長してウェーハＷが適切に分割される。しかしながら、レーザービームがウェーハＷに対して透過性を有する波長であるため、高出力のレーザービームの一部がウェーハＷのデバイスＤ（図１参照）側まで到達して、デバイスＤの電気特性を劣化させてしまう。

一方で、図２Ｂに示すように、薄いウェーハに使用されるような低出力のレーザービームでウェーハＷをレーザー加工することで、ウェーハＷのデバイスＤ（図１参照）の電気特性の劣化を最小限に抑えることができる。しかしながら、低出力のレーザービームで形成した改質層１８は、破断強度が十分に低下しておらず、研削圧力が加わっても改質層１８からウェーハＷの表裏面にクラックを伸長させることができない。このように、ウェーハＷの分割性とデバイスＤの電気特性とはトレードオフの関係にあるため、個片化後のデバイスチップの電気特性を悪化させることなく、ウェーハＷを分割することが困難になっていた。

ここで、本件発明者らが、分割予定ラインの全長に亘って低出力のレーザービームを照射し、分割予定ラインの両端の外周余剰領域Ａ２だけに高出力のレーザービームを照射したところ（図４参照）、ウェーハＷの研削時に改質層を起点に良好に分割できることを発見した。これは、高出力のレーザービームの照射によって破断強度が十分に低下した改質層から、低出力のレーザービームの照射では破断強度が十分に低下していない改質層にクラックが伸長し易いからであると考えられる。このように、デバイスＤが存在しない外周余剰領域Ａ２にのみ高出力レーザービームを照射することで、デバイスＤの電気特性を悪化させることなくウェーハＷを良好に分割することが可能になっている。

以下、図３から図５を参照して、ウェーハの加工方法について説明する。図３は本実施の形態の第１改質層形成ステップ、図４は本実施の形態の第２改質層形成ステップ、図５は分割ステップのそれぞれ一例を示している。なお、図３Ａは第１改質層形成ステップを側方から見た図であり、図３Ｂは第１改質層形成ステップを上方から見た図である。図４Ａは第２改質層形成ステップを側方から見た図であり、図４Ｂは第２改質層形成ステップを上方から見た図である。図５Ａは分割ステップを側方から見た図であり、図５Ｂは分割ステップを上方から見た図である。

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、先ず第１改質層形成ステップが実施される。第１改質層形成ステップでは、レーザー加工装置のチャックテーブル２１上に保護テープＴを介してウェーハＷが保持される。また、レーザー照射ノズル２２の照射口がウェーハＷの分割予定ラインＬに位置付けられ、レーザー照射ノズル２２によってウェーハＷの裏面１１側からレーザービームが照射される。レーザービームは、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１２側のデバイスＤ（図１参照）の電気特性が悪化しない程度の第１の出力に調整されている。

また、レーザービームはウェーハＷの内部に位置付けられており、ウェーハＷの内部に所定厚さの第１改質層１３が形成される。この場合、第１改質層１３がウェーハＷの仕上げ厚みＨよりも裏面１１側に形成されており、レーザービームの集光点の深さがウェーハＷの薄化後に第１改質層１３が残らないように調整されている。そして、ウェーハＷに対してレーザー照射ノズル２２が相対移動されることで、ウェーハＷの裏面１１から分割予定ラインＬに沿ってレーザービームが照射され、ウェーハＷの内部に分割予定ラインＬに沿った第１改質層１３が形成される。

このようにして、ウェーハＷの一端側から他端側まで分割予定ラインＬの全長に亘って、第１の出力のレーザービームで第１改質層１３が形成される。デバイス領域Ａ１には低出力の第１の出力でレーザービームが照射されるため、デバイスＤの電気特性が悪化することがない。なお、改質層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。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、第１改質層形成ステップが実施された後には第２改質層形成ステップが実施される。第２改質層形成ステップでは、第１改質層形成ステップで改質層１３が形成された分割ラインに対して、レーザー照射ノズル２２によってウェーハＷの裏面１１側からレーザービームが照射される。レーザービームは、ウェーハＷに対して透過性を有する波長であり、上記の第１の出力よりも高出力の第２の出力に調整されている。第２の出力のレーザービームは、第１の出力のレーザービームで形成された第１改質層１３と同じ深さに集光点が位置付けられている。

また、ウェーハＷの外周余剰領域Ａ２にだけレーザービームを照射するように、レーザービームのＯＮ区間とＯＦＦ区間が設定されている。すなわち、ウェーハＷ上の分割予定ラインＬの両端の外周余剰領域Ａ２がレーザービームのＯＮ区間に設定され、分割予定ラインＬの両端以外のデバイス領域Ａ１がレーザービームのＯＦＦ区間に設定されている。そして、ウェーハＷに対してレーザー照射ノズル２２が相対移動されることで、ウェーハＷの裏面１１から分割予定ラインＬに沿ってレーザービームが照射され、ウェーハＷの外周余剰領域Ａ２の内部にのみ第２改質層１４がさらに形成される。

このようにして、ウェーハＷの分割予定ラインＬの両端側に第２の出力のレーザービームで第２改質層１４が形成される。デバイス領域Ａ１以外の外周余剰領域Ａ２に高出力の第２の出力でレーザービームが照射されるため、デバイス領域Ａ１の各デバイスＤの電気特性に影響を与えることなく、外周余剰領域Ａ２の内部に破断強度が十分に低下した第２改質層１４が形成される。また、第２の出力のレーザービームで形成された第２改質層１４は、第１の出力のレーザービームで形成された第１改質層１３に連なっているため、第２改質層１４から第１改質層１３に向けてクラックが伸長し易くなっている。この第１、第２改質層形成ステップが繰り返されて、全ての分割予定ラインＬに沿って第１、第２改質層１３、１４が形成される。

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第２改質層形成ステップが実施された後には分割ステップが実施される。分割ステップでは、研削装置のチャックテーブル３１上に保護テープＴを介してウェーハＷが保持される。研削ホイール３２が回転しながらチャックテーブル３１に近づけられ、研削ホイール３２とウェーハＷの裏面１１とが回転接触することでウェーハＷが研削される。このとき、研削ホイール３２から研削圧力が外周余剰領域Ａ２内の第２改質層１４に作用して、第２改質層１４からデバイス領域Ａ１内の第１改質層１３にクラックが伸長し、第１、第２改質層１３、１４を起点としてウェーハＷの裏面１１から表面１２にクラックが伸長する。

すなわち、外周余剰領域Ａ２内の第２改質層１４の破断強度が十分に低下しているため、デバイス領域Ａ１内の第１改質層１３の破断強度が十分に低下していなくても、第２改質層１４を起点にクラックが分割予定ラインＬに沿って伸長する。よって、デバイス領域Ａ１に対してレーザービームの出力を低く抑えてレーザー加工しても、ウェーハＷを個々のデバイスチップに分割することができる。このようにして、研削ホイール３２によってウェーハＷが所望の仕上げ厚みＨまで薄化されながら、分割予定ラインＬに沿って個々のデバイスチップに良好に分割される。

以下、図６を参照して、実験例について説明する。実験例では、ウェーハサイズ２０［ｍｍ］、厚み１００［μｍ］のサファイアウェーハに対して上記の第１、第２改質層形成ステップを実施し、第２改質層形成ステップにおける第２改質層の形成量を変えたときのサファイアウェーハの破断強度を比較した。この場合、サファイアウェーハの両端からの第２改質層の形成量（形成長さ）を０［ｍｍ］、２．５［ｍｍ］×２、１．０［ｍｍ］×２、０．５［ｍｍ］×２にし、それぞれウェーハサイズに対する第２改質層の形成量の割合を０％、２５％、１０％、５％にした４種類のサファイアウェーハＡ−Ｄを用意した。

また、第１改質層形成ステップの加工条件を、焦点深さ１５［μｍ］、出力０．１［Ｗ］、送り速度４００［ｍｍ／ｓ］に設定し、第２改質層形成ステップの加工条件を、焦点深さ１５［μｍ］、出力０．２［Ｗ］、送り速度４００［ｍｍ／ｓ］に設定した。破断強度は、レーザー加工後のサファイアウェーハＡ−Ｄに対してブレーキング装置（ダイトエレクトロン株式会社製のＤＢＭ−８０１ＮＲ）を用いてブレーキングして測定した。

この結果、図６に示すように、サファイアウェーハＡの破断強度が約４４．０［Ｎ］、サファイアウェーハＢの破断強度が約１４．０［Ｎ］、サファイアウェーハＣの破断強度が約１８．０［Ｎ］、サファイアウェーハＤの破断強度が約２０．０［Ｎ］になった。そして、第２改質層が形成されたサファイアウェーハＢ−Ｄの破断強度は、第２改質層が形成されていないサファイアウェーハＡの破断強度の半分以下になることが確認された。また、サファイアウェーハＢ−Ｄの破断強度から、第２改質層の形成量に応じて破断強度が低下する傾向も確認された。

以上のように、本実施の形態のウェーハの加工方法によれば、ウェーハＷの分割予定ラインに沿って第１の出力でレーザービームがウェーハＷの内部に照射され、ウェーハＷの外周余剰領域Ａ２の分割予定ラインに沿って第２の出力でレーザービームがウェーハＷの内部に照射される。これにより、ウェーハＷのデバイス領域Ａ１には比較的低出力の第１の出力のレーザービームで第１改質層１３が形成され、ウェーハＷの外周余剰領域Ａ２には比較的高出力の第２の出力のレーザービームで第２改質層１４が形成される。そして、分割予定ラインに沿って外力が付与されると、強度が大幅に低下した外周余剰領域Ａ２の第２改質層１４からのクラックが伸長して、分割予定ラインに沿ってウェーハＷが分割される。このように、ウェーハＷのデバイス領域Ａ１に高出力のレーザービームを照射することなく分割できるため、個片化後のデバイスチップの電気的特性が悪化することがない。

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、上記した実施の形態において、第１改質層形成ステップでウェーハの内部に１段の第１改質層が形成される構成にしたが、この構成に限定されない。例えば、図７に示すように、第１改質層形成ステップではウェーハＷの内部に２段の第１改質層１３が形成されてもよい。この場合、第２改質層形成ステップでは上段の第１改質層１３の両端側にのみ第２改質層１４が形成される。なお、第２改質層形成ステップで最上段の第１改質層１３の両端側に第２改質層１４が形成されれば、第１改質層形成ステップでウェーハＷの内部に２段以上の第１改質層１３が形成されてもよい。

また、上記した実施の形態において、ウェーハの加工方法をＳＤＢＧに適用した例について説明したが、この構成に限定されない。ウェーハの加工方法をＳＤ（Stealth Dicing：登録商標）に適用することも可能である。ＳＤでは、ＳＤＢＧで用いた厚いウェーハの代わりに、薄いウェーハに対して第１、第２改質層形成ステップが実施される。上記したように、第１改質層形成ステップによってデバイス領域に照射されるレーザービームをさらに低出力に抑えても、第２改質層形成ステップによってウェーハの破断強度を十分に低下させることができる（図６参照）。よって、薄いウェーハのＳＤ加工時にデバイスの電気的特性の悪化を抑えることができる。

また、上記した実施の形態において、分割ステップでは研削圧力によって改質層を起点としてウェーハを分割する構成にしたが、この構成に限定されない。分割ステップは、分割予定ラインに沿って外力を付与し、改質層を起点としてウェーハを分割予定ラインに沿って分割する構成であればよい。例えば、ＳＤのように薄いウェーハに改質層を形成する構成の場合には、エキスパンドやブレーキングによってウェーハを分割予定ラインに沿って分割してもよい。

また、上記した実施の形態において、第１、第２改質層形成ステップでそれぞれ改質層が形成される構成にしたが、改質層に加えてクラック層が形成されてもよい。すなわち、第１、第２改質層形成ステップ後にウェーハの内部に分割予定ラインに沿ったクラックが形成されていてもよい。

また、上記した実施の形態において、第１改質層形成ステップで分割予定ラインの全長を低出力のレーザービームを照射し、第２改質層形成ステップで外周余剰領域の分割予定ラインにのみ高出力のレーザービームを照射する構成にしたが、この構成に限定されない。第１改質層形成ステップではデバイス領域の分割予定ラインにのみ低出力のレーザービームを照射し、第２改質層形成ステップでは外周余剰領域の分割予定ラインにのみ高出力のレーザービームを照射してもよい。

また、上記した実施の形態において、第１改質層形成ステップで第１改質層１３がウェーハＷの仕上げ厚みＨよりも裏面１１側に形成される構成にしたが、この構成に限定されない。第１改質層形成ステップで第１改質層１３がウェーハＷの仕上げ厚みＨよりも表面１２側に形成されてもよい。すなわち、ウェーハＷの薄化後（ＳＤＢＧ後）に第１改質層１３が残る位置に、第１改質層１３が形成されてもよい。

以上説明したように、本発明は、個片化後のデバイスチップの電気特性を悪化させることなく、ウェーハを分割することができるという効果を有し、特に、半導体ウェーハや光デバイスウェーハを分割するウェーハの加工方法に有用である。

１１ウェーハの裏面
１２ウェーハの表面
１３第１改質層（改質層）
１４第２改質層（改質層）
Ａ１デバイス領域
Ａ２外周余剰領域
Ｄデバイス
Ｌ分割予定ライン
Ｗウェーハ

Claims

表面に複数のデバイス及び複数の分割予定ラインが形成されたデバイス領域及び該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域を有するウェーハを加工するウェーハの加工方法であって、
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をウェーハの内部に位置付けて第１の出力でウェーハの裏面から該分割予定ラインに沿って照射して、ウェーハの内部に改質層を形成する第１改質層形成ステップと、
該第１改質層形成ステップ実施後、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をウェーハの内部に位置付けて第１の出力よりも高出力の第２の出力でウェーハの裏面からウェーハの外周余剰領域の該分割予定ラインに沿って照射して、ウェーハの該外周余剰領域内部に改質層をさらに形成する第２改質層形成ステップと、
該第２改質層形成ステップを実施後、該分割予定ラインに沿って外力を付与し該改質層を起点としてウェーハを該分割予定ラインに沿って分割する分割ステップと、
を備えたウェーハの加工方法。