JP6824577B2 - ウェーハの加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ウェーハの内部をレーザビームで改質するウェーハの加工方法に関する。
携帯電話機やパーソナルコンピュータに代表される電子機器では、電子回路等のデバイスを備えるデバイスチップが必須の構成要素になっている。デバイスチップは、例えば、シリコン等の半導体材料でなるウェーハの表面を複数のストリート（分割予定ライン）で区画し、各領域にデバイスを形成した後、このストリートに沿ってウェーハを分割することによって製造される。
ウェーハを分割する方法の一つに、透過性のレーザビームをウェーハの内部に集光させて、多光子吸収により改質された領域（以下、改質層）を形成するＳＤ（Stealth Dicing）と呼ばれる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。ストリートに沿って改質層を形成した後に、ウェーハに対して力を加えることで、改質層を起点にウェーハを分割できる。
ところで、このＳＤでは、デバイスチップに改質層が残留し易く、その抗折強度を十分に高められないことが多い。そこで、改質層を形成した後にウェーハの裏面を研削することで、改質層を除去しながらウェーハを複数のデバイスチップへと分割するＳＤＢＧ（Stealth Dicing Before Grinding）と呼ばれる方法も実用化されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−１９２３７０号公報 特開２００４−１１１４２８号公報
上述したＳＤＢＧでは、デバイスチップへの分割が促進されるように、ウェーハの主面に対して垂直な複数の劈開面に対応する劈開方向に沿ってストリートを設定するのが一般的である。なお、デバイスを構成するトランジスタの配置も、このストリートの向きに合わせて決められる。
これに対して、近年では、従来の一般的な配置からウェーハを４５°回転させてデバイスを形成することで、ｐＭＯＳトランジスタの駆動電流を増大させる方法が検討されている。しかしながら、この方法では、ストリートの向きも劈開方向から４５°傾くことになるので、従来の一般的な条件で改質層を形成しても、ウェーハを適切に分割できないことがあった。
本発明はかかる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、劈開方向に対して４５°傾いた複数のストリートを有するウェーハを適切に分割できるように加工するウェーハの加工方法を提供することである。
本発明の一態様によれば、（１００）面を主面とし、劈開方向に対して４５°傾いた複数のストリートを有するシリコンウェーハを該ストリートに沿って複数のチップへと分割するウェーハの加工方法であって、該シリコンウェーハに対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を該シリコンウェーハの内部に位置づけるとともに該レーザビームを該ストリートに沿って照射して該シリコンウェーハの厚み方向に重なる複数の改質層を該ストリートに沿って該シリコンウェーハの内部に形成するレーザ加工ステップと、該改質層に沿って該シリコンウェーハを複数の該チップへと分割する分割ステップと、を含み、該レーザ加工ステップでは、劈開方向に対して平行な複数のストリートを有する点を除いて該シリコンウェーハと同等の構成のウェーハを該シリコンウェーハと同等の方法で分割する場合に該ウェーハの厚み方向に重ねて形成される改質層の数をｎ層（ｎは自然数）として、該ウェーハに改質層を形成する場合と同等の条件でｍ層（ｍはｎ・√２以上の整数）の該改質層を該シリコンウェーハの厚み方向に重ねて形成するウェーハの加工方法が提供される。
本発明の一態様において、該レーザ加工ステップでは、ｍ層の該改質層を該シリコンウェーハの厚み方向に同等の間隔で形成することが好ましい。
本発明の一態様に係るウェーハの加工方法では、劈開方向に対して平行な複数のストリートを有するウェーハを分割する際に必要な改質層の数をｎ層（ｎは自然数）として、ｍ層（ｍはｎ・√２以上の自然数）の改質層を形成するので、劈開方向に対して４５°傾いた複数のストリートを有するウェーハを適切に分割できるようになる。
図１（Ａ）は、ウェーハの構成例を模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、ウェーハに保護部材が貼付される様子を模式的に示す斜視図である。 図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、レーザ加工ステップを模式的に示す一部断面側面図である。 図３（Ａ）は、レーザ加工ステップの後のウェーハの状態を模式的に示す断面図であり、図３（Ｂ）は、分割ステップを模式的に示す一部断面側面図である。
添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。本実施形態に係るウェーハの加工方法は、レーザ加工ステップ（図２（Ａ）、図２（Ｂ）及び図３（Ａ）参照）、及び分割ステップ（図３（Ｂ）参照）を含む。レーザ加工ステップでは、劈開方向に対して４５°傾いた複数のストリート（分割予定ライン）を有するウェーハに対して透過性を有する波長のレーザビームを照射し、厚み方向に重なる複数の改質層をウェーハの内部に形成する。
なお、このレーザ加工ステップでは、劈開方向に対して平行なストリートを有するウェーハを分割する際に必要な改質層の数をｎ層（ｎは自然数）として、ｍ層（ｍはｎ・√２以上の自然数）の改質層を形成する。分割ステップでは、ウェーハの裏面側を研削して、ウェーハを薄くするとともに、改質層を起点に複数のチップへと分割する。以下、本実施形態に係るウェーハの加工方法について詳述する。
図１（Ａ）は、本実施形態に係るウェーハの加工方法で加工されるウェーハの構成例を模式的に示す斜視図である。本実施形態で加工されるウェーハ１１は、例えば、結晶性のシリコンを用いて円盤状に形成されたシリコンウェーハであり、（１００）面によって構成される表面（主面）１１ａ及び裏面（主面）１１ｂを有している。
このウェーハ１１は、例えば、ウェーハ１１の表面１１ａ（又は裏面１１ｂ）に対して垂直な複数の劈開面に対応する劈開方向Ｄ１，Ｄ２（劈開方向Ｄ１，Ｄ２は、表面１１ａ（又は裏面１１ｂ）に対して平行、且つ互いに垂直）に沿って劈開される。なお、上述の劈開面は、例えば、表面１１ａ（又は裏面１１ｂ）に対して垂直な｛１１０｝面であり、劈開方向Ｄ１，Ｄ２は、この劈開面に対して平行になる。
ウェーハ１１の表面１１ａ側は、格子状に配列されたストリート（分割予定ライン）１３で複数の領域に区画されており、各領域には、ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。このストリート１３は、ウェーハ１１の劈開方向Ｄ１，Ｄ２に対して４５°傾いた方向に設定される。
なお、本実施形態では、結晶性のシリコンでなる円盤状のシリコンウェーハをウェーハ１１として用いるが、ウェーハ１１の材質、形状、構造、大きさ等に制限はない。例えば、他の結晶性の材料でなるウェーハ１１を用いることもできる。同様に、デバイス１５の種類、数量、大きさ、配置等にも制限はない。
本実施形態に係るウェーハの加工方法を実施する前には、上述したウェーハ１１の表面１１ａ側に保護部材を貼付しておくと良い。図１（Ｂ）は、ウェーハ１１に保護部材が貼付される様子を模式的に示す斜視図である。保護部材２１は、例えば、ウェーハ１１と同等の径を持つ円形のフィルム（テープ）であり、その表面２１ａ側には、粘着力を有する糊層が設けられている。
そのため、図１（Ｂ）に示すように、保護部材２１の表面２１ａ側を被加工物１１の表面１１ａ側に密着させれば、被加工物１１の表面１１ａ側に保護部材２１を貼付できる。被加工物１１の表面１１ａ側に保護部材２１を貼付することで、後の各ステップで加わる衝撃を緩和して、デバイス１５の破損等を防止できる。
ウェーハ１１の表面１１ａ側に保護部材２１を貼付した後には、このウェーハ１１の内部に改質層を形成するレーザ加工ステップを行う。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、レーザ加工ステップを模式的に示す一部断面側面図である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、本実施形態で使用されるレーザ加工装置２は、ウェーハ１１を吸引、保持するためのチャックテーブル４を備えている。
チャックテーブル４は、モータ等の回転駆動源（不図示）に連結されており、鉛直方向に概ね平行な回転軸の周りに回転する。また、チャックテーブル４の下方には、移動機構（不図示）が設けられており、チャックテーブル４は、この移動機構によって水平方向に移動する。
チャックテーブル４の上面の一部は、ウェーハ１１の表面１１ａ側（保護部材２１の裏面２１ｂ側）を吸引、保持する保持面４ａになっている。保持面４ａは、チャックテーブル４の内部に形成された吸引路（不図示）等を通じて吸引源（不図示）に接続されている。吸引源の負圧を保持面４ａに作用させることで、ウェーハ１１は、チャックテーブル４に吸引、保持される。
チャックテーブル４の上方には、レーザ照射ユニット６が配置されている。レーザ照射ユニット６は、レーザ発振器（不図示）でパルス発振されたレーザビームＬを任意の位置に照射、集光する。レーザ発振器は、ウェーハ１１に対して透過性を有する波長（吸収され難い波長）のレーザビームＬをパルス発振できるように構成されている。
レーザ加工ステップでは、まず、ウェーハ１１に貼付されている保護部材２１の裏面２１ｂをチャックテーブル４の保持面４ａに接触させて、吸引源の負圧を作用させる。これにより、ウェーハ１１は、裏面１１ｂ側が上方に露出した状態でチャックテーブル４に吸引、保持される。
次に、チャックテーブル４を移動、回転させて、対象となる分割予定ライン１３の延長線上にレーザ照射ユニット６を合わせる。そして、図２（Ａ）に示すように、レーザ照射ユニット６からウェーハ１１の裏面１１ｂに向けてレーザビームＬを照射しながら、対象の分割予定ライン１３に対して平行な方向にチャックテーブル４を移動させる。
なお、ここでは、ウェーハ１１の内部の第１の深さの位置Ｐ１にレーザビームＬを集光させる。つまり、レーザビームＬの集光点をウェーハ１１の内部の第１の深さの位置Ｐ１に合わせる。これにより、ウェーハ１１の内部の第１の深さの位置Ｐ１を改質して、分割の起点となる第１改質層１７ａを形成できる。この第１改質層１７ａは、後の研削によって除去される深さの位置に形成されることが望ましい。
すなわち、第１の深さの位置Ｐ１を、後の研削によって除去される深さの位置に設定すると良い。例えば、後にウェーハ１１を裏面１１ｂ側から研削して３０μｍ程の厚みまで薄くする場合には、表面１１ａから７０μｍ程の深さ（距離）の位置を第１の深さの位置Ｐ１に設定し、第１改質層１７ａを形成する。
上述のような動作を繰り返し、全ての分割予定ライン１３に沿って第１改質層１７ａが形成された後には、異なる深さの位置に同様の方法で別の改質層を形成する。ここでは、図２（Ｂ）に示すように、ウェーハ１１の内部の第２の深さの位置Ｐ２にレーザビームＬを集光させる。つまり、レーザビームＬの集光点をウェーハ１１の内部の第２の深さの位置Ｐ２に合わせる。これにより、ウェーハ１１の内部の第２の深さの位置Ｐ２を改質して、分割の起点となる第２改質層１７ｂを形成できる。
この第２改質層１７ｂも、全ての分割予定ライン１３に沿って形成される。以上により、ウェーハ１１の厚み方向に重なる２層の改質層（第１改質層１７ａ及び第２改質層１７ｂ）を形成できる。ウェーハ１１の分割に必要な数の改質層が重ねて形成されると、レーザ加工ステップは終了する。なお、３層以上の改質層を形成する場合には、レーザビームＬを集光させる深さを更に変更して上述の動作を繰り返せば良い。
図３（Ａ）は、レーザ加工ステップの後のウェーハ１１の状態を模式的に示す断面図である。なお、図３（Ａ）では、第１改質層１７ａ及び第２改質層１７ｂに重なる第３改質層１７ｃが形成された状態を示している。上述したウェーハ１１の分割に必要な改質層の数は、劈開方向に対して平行な複数のストリートを有する一般的なウェーハを分割する際に必要な改質層の数に基づいて算出される。
具体的には、上述した一般的なウェーハを分割する際に厚み方向に重ねて形成すべき改質層の数をｎ層（ｎは自然数）とすると、本実施形態のウェーハ１１の分割に必要な改質層はｍ層（ｍはｎ・√２以上の自然数）である。つまり。本実施形態のレーザ加工ステップでは、ｍ層の改質層がウェーハ１１の厚み方向に重ねて形成される。
例えば、劈開方向に対して平行なストリートを有する点を除き本実施形態のウェーハ１１と同等に構成されたウェーハを分割するために、１層の改質層が必要であるとする。この場合、１・√２（≒１．４）以上の自然数で最小の値は２であるから、本実施形態のウェーハ１１を適切に分割するには２層以上の改質層を形成すれば良いことが分かる。
同様に、例えば、劈開方向に対して平行なストリートを有する点を除き本実施形態のウェーハ１１と同等に構成されたウェーハを分割するために、２層の改質層が必要であるとする。この場合、２・√２（≒２．８）以上の自然数で最小の値は３であるから、本実施形態のウェーハ１１を適切に分割するには３層以上の改質層を形成すれば良いことが分かる。
より具体的には、例えば、劈開方向に対して平行なストリートを有するウェーハに改質層を形成する際の条件が次のような場合、このウェーハを適切に分割するために必要な改質層の数は２層となる（ｎ＝２）。
ウェーハの材質：シリコン（結晶）
ウェーハの厚み：１００μｍ〜７００μｍ
レーザビームの波長：１０６４ｎｍ又は１３４２ｎｍ
レーザビームの出力：１Ｗ〜１．５Ｗ
レーザビームの繰り返し周波数：９０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ
レーザビームのスポット直径：１μｍ〜２．５μｍ
チャックテーブルの移動速度（送り速度）：１００ｍｍ／ｓ〜８００ｍｍ／ｓ
よって、ストリート１３の向きが劈開方向Ｄ１，Ｄ２から４５°傾いている本実施形態のウェーハ１１に対して、同等の条件で改質層を形成するのであれば、必要な改質層の数は３層、又はそれ以上となる。ただし、この条件は一例に過ぎず、本発明を何ら制限するものではない。
なお、第１改質層１７ａの位置がウェーハ１１の表面１１ａに近すぎると、レーザビームＬの屈折、反射、散乱等によってデバイス１５が損傷するスプラッシュと呼ばれる現象が発生し易くなる。このスプラッシュの発生を抑制するには、例えば、表面１１ａから６０μｍ以上の深さ（距離）の位置に第１改質層１７ａを形成すれば良い。
一方で、第１改質層１７ａの位置が表面１１ａから遠いと、第１改質層１７ａから表面１１ａに達するクラック１１ｃが発生せず、ウェーハ１１を適切に分割できなくなる。本実施形態のように、第１改質層１７ａに重なる第２改質層１７ｂ（又は第３改質層１７ｃ）を形成することで、この第２改質層１７ｂ（又は第３改質層１７ｃ）の発生が契機となって、第１改質層１７ａから表面１１ａに達するクラック１１ｃも発生し易くなる。
第２改質層１７ｂ（又は第３改質層１７ｃ）の位置が第１改質層１７ａに近い場合にもスプラッシュは発生し易い。よって、第１改質層１７ａから離れた位置に第２改質層１７ｂ（又は第３改質層１７ｃ）を形成すると良い。例えば、表面１１ａから７０μｍ程の深さの位置に第１改質層１７ａを形成するのであれば、第１改質層１７ａから更に７０μｍ程の深さの位置に第２改質層１７ｂを形成し、第２改質層１７ｂから更に７０μｍ程の深さの位置に第３改質層１７ｃを形成すると良い。
レーザ加工ステップの後には、裏面１１ｂを研削してウェーハ１１を薄くしながら改質層１７ａ，１７ｂ，１７ｃを起点に複数のチップへと分割する分割ステップを行う。図３（Ｂ）は、分割ステップを模式的に示す一部断面側面図である。分割ステップは、例えば、図３（Ｂ）に示す研削装置１２を用いて行われる。
研削装置１２は、ウェーハ１１を吸引、保持するためのチャックテーブル１４を備えている。チャックテーブル１４は、モータ等の回転駆動源（不図示）に連結されており、鉛直方向に概ね平行な回転軸の周りに回転する。また、チャックテーブル１４の下方には、移動機構（不図示）が設けられており、チャックテーブル１４は、この移動機構によって水平方向に移動する。
チャックテーブル１４の上面の一部は、ウェーハ１１に貼付された保護部材２１を吸引、保持する保持面１４ａになっている。保持面１４ａは、チャックテーブル１４の内部に形成された吸引路（不図示）等を通じて吸引源（不図示）に接続されている。吸引源の負圧を保持面１４ａに作用させることで、ウェーハ１１は、保護部材２１を介してチャックテーブル１４に保持される。
チャックテーブル１４の上方には、研削ユニット１６が配置されている。研削ユニット１６は、昇降機構（不図示）に支持されたスピンドルハウジング（不図示）を備えている。スピンドルハウジングには、スピンドル１８が収容されており、スピンドルハウジングの下面から露出するスピンドル１８の下端部には、円盤状のマウント２０が固定されている。
マウント２０の下面には、マウント２０と概ね同径の研削ホイール２２が装着されている。研削ホイール２２は、ステンレス、アルミニウム等の金属材料で形成されたホイール基台２４を備えている。ホイール基台２４の下面には、複数の研削砥石２６が環状に配列されている。
スピンドル１８の上端側（基端側）には、モータ等の回転駆動源（不図示）が連結されており、研削ホイール２２は、この回転駆動源で発生する力によって、鉛直方向に概ね平行な回転軸の周りに回転する。研削ユニット１６の内部又は近傍には、純水等の研削液をウェーハ１１等に対して供給するためのノズル（不図示）が設けられている。
分割ステップでは、まず、レーザ加工装置２のチャックテーブル４から搬出されたウェーハ１１を、研削装置１２のチャックテーブル１４に吸引、保持させる。具体的には、ウェーハ１１に貼付されている保護部材２１の裏面２１ｂをチャックテーブル１４の保持面１４ａに接触させて、吸引源の負圧を作用させる。これにより、ウェーハ１１は、裏面１１ｂ側が上方に露出した状態でチャックテーブル１４に保持される。
次に、チャックテーブル１４を研削ユニット１６の下方に移動させる。そして、図３（Ｂ）に示すように、チャックテーブル１４と研削ホイール２２とをそれぞれ回転させて、研削液をウェーハ１１の裏面１１ｂ等に供給しながらスピンドルハウジング（スピンドル１８、研削ホイール２２）を下降させる。
スピンドルハウジングの下降速度（下降量）は、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側に研削砥石２６の下面が押し当てられる程度に調整される。これにより、裏面１１ｂ側を研削してウェーハ１１を薄くできる。ウェーハ１１が所定の厚み（仕上げ厚み）まで薄くなり、例えば、第１改質層１７ａ、第２改質層１７ｂ及び第３改質層１７ｃを起点に複数のチップへと分割されると、分割ステップは終了する。
なお、本実施形態では、１組の研削ユニット１６（研削砥石２６）を用いてウェーハ１１の裏面１１ｂ側を研削しているが、２組以上の研削ユニット（研削砥石）を用いてウェーハ１１を研削しても良い。例えば、径が大きい砥粒で構成された研削砥石を用いて粗い研削を行い、径が小さい砥粒で構成された研削砥石を用いて仕上げの研削を行うことで、研削に要する時間を大幅に長くすることなく裏面１１ｂの平坦性を高められる。
以上のように、本実施形態に係るウェーハの加工方法では、劈開方向に対して平行な複数のストリートを有するウェーハを分割する際に必要な改質層の数をｎ層（ｎは自然数）として、ｍ層（ｍはｎ・√２以上の自然数）の改質層を形成するので、劈開方向Ｄ１，Ｄ２に対して４５°傾いた複数のストリート１３を有するウェーハ１１を適切に分割できるようになる。
なお、本発明は、上記実施形態の記載に制限されず種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態の分割ステップでは、ウェーハ１１の裏面１１ｂを研削しているが、ウェーハ１１に貼付したエキスパンドテープの拡張、棒状の部材やローラを用いる加圧等の方法でウェーハ１１を分割することもできる。
その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、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できる。
１１ ウェーハ
１１ａ 表面（主面）
１１ｂ 裏面（主面）
１１ｃ クラック
１３ ストリート（分割予定ライン）
１５ デバイス
１７ａ 第１改質層
１７ｂ 第２改質層
１７ｃ 第３改質層
２１ 保護部材
２１ａ 表面
２１ｂ 裏面
２ レーザ加工装置
４ チャックテーブル
４ａ 保持面
６ レーザ照射ユニット
１２ 研削装置
１４ チャックテーブル
１４ａ 保持面
１６ 研削ユニット
１８ スピンドル
２０ マウント
２２ 研削ホイール
２４ ホイール基台
２６ 研削砥石
Ｄ１，Ｄ２ 劈開方向
Ｌ レーザビーム
Ｐ１ 第１の深さの位置
Ｐ２ 第２の深さの位置

Claims (2)

  1. （１００）面を主面とし、劈開方向に対して４５°傾いた複数のストリートを有するシリコンウェーハを該ストリートに沿って複数のチップへと分割するウェーハの加工方法であって、
    該シリコンウェーハに対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を該シリコンウェーハの内部に位置づけるとともに該レーザビームを該ストリートに沿って照射して該シリコンウェーハの厚み方向に重なる複数の改質層を該ストリートに沿って該シリコンウェーハの内部に形成するレーザ加工ステップと、
    該改質層に沿って該シリコンウェーハを複数の該チップへと分割する分割ステップと、を含み、
    該レーザ加工ステップでは、劈開方向に対して平行な複数のストリートを有する点を除いて該シリコンウェーハと同等の構成のウェーハを該シリコンウェーハと同等の方法で分割する場合に該ウェーハの厚み方向に重ねて形成される改質層の数をｎ層（ｎは自然数）として、該ウェーハに改質層を形成する場合と同等の条件でｍ層（ｍはｎ・√２以上の整数）の該改質層を該シリコンウェーハの厚み方向に重ねて形成することを特徴とするウェーハの加工方法。
  2. 該レーザ加工ステップでは、ｍ層の該改質層を該シリコンウェーハの厚み方向に同等の間隔で形成する請求項１に記載のウェーハの加工方法。
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