JP7037424B2 - ウェーハの加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ウェーハを複数のデバイスに破断するウェーハの加工方法に関する。
半導体ウェーハ等のウェーハを分割する方法として、分割予定ラインに沿って強度を低下させた分割起点を形成し、ウェーハに対して外力を付与して分割する方法が提案されている。外力の付与の仕方は様々であるが、例えば、チップサイズが小さなウェーハや、厚みが大きなウェーハ、比較的硬度が高いウェーハの場合には、分割起点に沿った局所的な押圧や、吸引による引き落としによって分割される（例えば、特許文献１、２参照）。強度が低い分割起点に集中的に外力が作用することで、上記のウェーハであっても個々のチップに分割することが可能になっている。
特開２０１２－１４６７４４号公報 特開２００６－１０８２７３号公報
ところで、ウェーハには電極として金属膜を備えたものや、反射膜として金属膜を備えたものが存在する。しかしながら、金属膜が延性（靱性）を持っているため、上記した方法で金属膜付きのウェーハを分割すると、金属膜が延びて破断できなかったり、破断できたとしてもバリが大きくなってデバイス不良になったりする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、デバイス不良を生じさせずに金属膜付きの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の１つとする。
本発明の一態様のウェーハの加工方法は、表面に複数の分割予定ラインが格子状に形成されているとともに裏面に金属膜が形成されたウェーハを、強度が低下した該分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割するウェーハの加工方法であって、ウェーハの表面及び裏面の一方を下面、他方を上面として当該下面に保持テープを貼着するテープ貼着ステップと、該保持テープが貼着されたウェーハを該分割予定ラインに沿って保持するウェーハ保持ステップと、該保持テープを介して保持されたウェーハを該分割予定ラインに沿って吸引することにより、ウェーハを該分割予定ラインに沿って破断する破断ステップと、を含み、該破断ステップの際に、露呈するウェーハの上面全面に当接する当接面と該当接面を０℃以下に冷却する冷却部を備える当接冷却手段をウェーハの上面に当接しながら破断を行うこと、を特徴とする。
この構成によれば、当接冷却手段の当接面によってウェーハの上面全面が効率的に冷却されることで、ウェーハの裏面の金属膜の延性が失われて脆性が現れることで破断され易くなる。よって、強度が低下した分割予定ラインに沿って吸引力が付与されることで、金属膜のバリの発生を抑えて、デバイス不良を生じさせずに金属膜付きのウェーハを個々のデバイスに分割することができる。
本発明によれば、ウェーハの裏面全面を０℃以下に冷却しながら分割することで、デバイス不良を生じさせずに金属膜付きのウェーハを分割することができる。
本実施の形態の分割装置の斜視図である。 本実施の形態の分割装置の一部を分解した斜視図である。 本実施の形態のウェーハの加工方法の説明図である。 本実施の形態のウェーハの加工方法の説明図である。
以下、添付図面を参照して、本実施の形態の分割装置について説明する。図１は、本実施の形態の分割装置の斜視図である。図２は、本実施の形態の分割装置の一部を分解した斜視図である。なお、図１及び図２に示す分割装置は一例を示すものであり、適宜変更が可能である。
図１に示すように、分割装置１は、保持テーブル２０に保持したウェーハＷの強度が低下した分割予定ラインに吸引力を付与することで、分割予定ラインに沿ってウェーハＷを個々のデバイスに分割するように構成されている。ウェーハＷの表面には複数の分割予定ラインが格子状に形成され、分割予定ラインで区画された各領域にデバイスが形成されている。ウェーハＷの表面には保持テープＴが貼着されており、保持テープＴの外周にはリングフレームＦが貼着されている。ウェーハＷは、保持テープＴを介してリングフレームＦに支持された状態で分割装置１に搬入される。
図１及び図２に示すように、分割装置１の基台５上には、保持テーブル２０をＸ軸方向に移動させる移動機構１０が設けられている。移動機構１０には、基台５上に配置されたＸ軸方向に平行な一対のガイドレール１１、１２と、一対のガイドレール１１、１２にスライド可能に設置されたモータ駆動の移動テーブル１４とが設けられている。一対のガイドレール１１、１２のうち一方のガイドレール１１の上面に断面視Ｖ字状のガイド溝１３が形成され、他方のガイドレール１２の上面は平坦に形成されている。一対のガイドレール１１、１２よって移動テーブル１４が基台５に対して平行な姿勢で下側から支持されている。
移動テーブル１４は上面視矩形状に形成されており、移動テーブル１４の一辺側の下面には直線状の凸部１５が突出している。移動テーブル１４は、一辺側の凸部１５が一方のガイドレール１１のガイド溝１３に入り込み、他辺側の下面が他方のガイドレール１２に載置される。また、移動テーブル１４の他辺側の下面にはナット部１６（図２のみ図示）が形成され、このナット部１６に他方のガイドレール１１に平行な送りネジ１７が螺合されている。送りネジ１７の一端部に連結された駆動モータ１８が回転駆動されることで、移動テーブル１４が一対のガイドレール１１、１２に沿ってＸ軸方向に移動される。
移動テーブル１４には円形開口１９（図２のみ図示）が形成されており、円形開口１９からはウェーハＷを破断する破断プレート４０が突出している。破断プレート４０の詳細は後述するが、ウェーハＷに下方から突き当たりながら吸引することでウェーハＷを破断している。また、円形開口１９には破断プレート４０を囲むようにして、ウェーハＷを保持する保持テーブル２０が設けられている。保持テーブル２０には、ウェーハＷの周囲で保持テープＴを支持する支持ドラム２１と、支持ドラム２１の周囲でリングフレームＦを保持するフレーム保持部２２とが設けられている。
支持ドラム２１の下部にはフランジ２３が設けられており、このフランジ２３はベルト２４を介して駆動モータ２５のプーリー２６に連結されている。支持ドラム２１のフランジ２３上には複数のシリンダ２７が設けられており、複数のシリンダ２７によってフレーム保持部２２が昇降可能に支持されている。フレーム保持部２２には４つのクランプ部２８が設けられており、４つのクランプ部２８によってリングフレームＦが四方で固定される。保持テーブル２０は駆動モータ２５が駆動することで、プーリー２６及びベルト２４を介して保持テーブル２０全体が移動テーブル１４上でＺ軸回りに回転される。
また、支持ドラム２１の内側には、ウェーハＷの表面の分割予定ラインを撮像するアライメント用の撮像部（不図示）が設けられている。撮像部によって保持テープＴを介してウェーハＷの表面の分割予定ラインが検出され、ウェーハＷの分割予定ラインに対して破断プレート４０の上端がアライメントされる。このように構成された分割装置１では、フレーム保持部２２の下降によって保持テープＴが拡張されると共に、ウェーハＷに対して破断プレート４０が相対移動することによって、ウェーハＷが分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割される。
ところで、半導体ウェーハの電極やＬＥＤ（Light Emitting Diode）用の光デバイスウェーハの反射面等のように、ウェーハＷの裏面に金属膜５１（図３Ａ参照）が形成されたものが存在している。金属は延性（靱性）を持っているため、上記したように破断プレート４０でウェーハＷに対して外力を付与しても、ウェーハＷの裏面の金属膜５１が適切に破断されない場合がある。外力によって金属膜５１が延びることで、ウェーハＷの分割後のデバイスにバリが生じてデバイス不良になる。このように、金属膜５１付きのウェーハＷを適切に分割するウェーハＷの加工方法が求められている。
そこで、本実施の形態では金属材料の温度による性質の変化に着目して、当接冷却手段３０によって金属膜５１を延性から脆性への遷移温度以下に冷却することで金属膜５１を破断し易くしている。当接冷却手段３０にはウェーハＷの上面全面に当接する当接面３１が設けられ、この当接面３１は冷却部３２によって０℃以下まで冷却される。ウェーハＷの上面全面が当接冷却手段３０によって直に冷却されることで金属膜５１から延性が失われる。よって、上記した破断プレート４０を用いた分割方法であっても、強度が低下した分割予定ラインに沿ってウェーハＷと共に金属膜５１を容易に破断することが可能になっている。
以下、図３及び図４を参照して、分割装置を用いたウェーハの加工方法について説明する。図３及び図４は、本実施の形態のウェーハの加工方法の説明図である。なお、図３Ａはテープ貼着ステップ、図３Ｂ及び図３Ｃはウェーハ保持ステップ、図４Ａから図４Ｃは破断ステップのそれぞれ一例を示している。
図３Ａに示すように、レーザー加工等で分割予定ラインに沿って内部に改質層５２が形成されたウェーハＷにテープ貼着ステップが実施される。テープ貼着ステップでは、リングフレームＦの中央を塞ぐように保持テープＴが貼着され、この保持テープＴにウェーハＷの表面側が貼着される。これにより、保持テープＴの外周部がリングフレームＦによって支持され、ウェーハＷがリングフレームＦの内側に位置付けられる。ウェーハＷは、リングフレームＦの内側で金属膜５１を露呈させた状態で分割装置１（図１参照）に搬入される。なお、テープ貼着ステップは、専用装置によって機械的に実施されてもよいし、オペレータの手作業によって実施されてもよい。
図３Ｂに示すように、テープ貼着ステップが実施された後にウェーハ保持ステップが実施される。ウェーハ保持ステップでは、支持ドラム２１上で保持テープＴを介してウェーハＷが支持されると共に、ウェーハＷの周囲のリングフレームＦがフレーム保持部２２で保持される。また、撮像部（不図示）によってウェーハＷの分割予定ラインが撮像され、撮像結果に基づいて保持テーブル２０が回転してウェーハＷの分割予定ラインがＹ軸方向に合わせられる。これにより、破断プレート４０に対してウェーハＷの分割予定ラインが平行な向きに調整される。
図３Ｃに示すように、破断プレート４０は、例えばウェーハＷの直径以上に形成されており、保持テープＴを介してウェーハＷに当接している。破断プレート４０の上面には、保持テープＴに接する平坦面４１と保持テープＴから逃げるように傾斜した湾曲面４２とが長手方向に沿って形成されている。湾曲面４２には、平坦面４１に隣接してスリット状の吸引口４３が形成されている。吸引口４３はバルブ４４を介して吸引源４５に接続されており、吸引口４３が負圧になることで保持テープＴを介してウェーハＷに対して外力を付与することが可能になっている。
図４Ａに示すように、ウェーハ保持ステップが実施された後に破断ステップが実施される。破断ステップでは、移動機構（不図示）によってウェーハＷの上方に当接冷却手段３０が位置付けられ、当接冷却手段３０の当接面３１がウェーハＷの裏面の金属膜５１に当接される。当接面３１が冷却部３２によって冷却されることで、当接面３１を介してウェーハＷの裏面の金属膜５１が冷却される。これにより、ウェーハＷの裏面にて金属膜５１の延性が失われて低温脆性が現れ、外力によって破断し易くなるように金属膜５１の性質が変化する。このとき、ウェーハＷについても冷却によって破断され易くなっている。
図４Ｂに示すように、ウェーハＷが冷却されると、フレーム保持部２２が下降して保持テープＴが僅かに拡張される。これにより、保持テープＴに貼着されたウェーハＷには、分割予定ラインに沿った各改質層５２で保持テープＴからの拡張方向の外力が作用する。バルブ４４（図４Ｃ参照）が開かれて、吸引口４３によって保持テープＴを吸引した状態で、移動テーブル１４（図１参照）によって破断プレート４０に対してウェーハＷがＸ軸方向に動かされる。これにより、改質層５２によって強度が低下した分割予定ラインに吸引力が作用して、各分割予定ラインを起点にしてウェーハＷが個々のデバイスに分割される。
より詳細には、図４Ｃに示すように、破断プレート４０の平坦面４１のエッジ４６上にウェーハＷの改質層５２が位置付けられると、吸引口４３からの吸引力によってウェーハＷの改質層５２に曲げ応力が作用する。ウェーハＷの改質層５２には保持テープＴの拡張による外力も作用している。これにより、ウェーハＷの改質層５２が分割起点となってクラックが生じ、クラックが金属膜５１まで到達することでウェーハＷが分割される。金属膜５１には温脆性が生じているため、金属膜５１が延びることなく分割予定ラインに沿ってウェーハＷと共に脆性破壊される。
破断プレート４０に対してウェーハＷが相対的に移動されることで、ウェーハＷが全ての分割予定ラインに沿って破断されて個々のデバイスに分割される。ウェーハＷが各デバイスに分割されると、当接冷却手段３０がウェーハＷから退避して、フレーム保持部２２が上昇して保持テープＴの拡張状態が解除される。このように、金属膜５１を冷却しながらウェーハＷを破断することで、バリの発生等によるデバイス不良が抑えられている。なお、当接冷却手段３０の当接面３１は、ウェーハＷの破断時の衝撃を吸収可能なように軟質性材料で形成されていてもよい。
以上のように、本実施の形態の分割方法によれば、当接冷却手段３０の当接面３１によってウェーハＷの上面全面が効率的に冷却されることで、ウェーハＷの裏面の金属膜５１の延性が失われて脆性が現れることで破断され易くなる。よって、強度が低下した分割予定ラインに沿って吸引力が付与されることで、金属膜５１のバリの発生を抑えて、デバイス不良を生じさせずに金属膜５１付きのウェーハＷを個々のデバイスに分割することができる。
なお、本実施の形態においては、ウェーハの表面を下面、ウェーハの裏面を上面にして、ウェーハの下面に保持テープを貼着する構成にしたが、この構成に限定されない。ウェーハの表面を上面、ウェーハの裏面を下面にして、ウェーハの下面に保持テープを貼着してもよい。すなわち、ウェーハの裏面側の金属膜に保持テープを貼着して、ウェーハの表面側に当接冷却手段の当接面を当接して、ウェーハの裏面側の金属膜を冷却してもよい。この場合、アライメント用のカメラはウェーハの表面側を撮像可能なようにウェーハの上方に設けられている。
また、本実施の形態においては、ウェーハの分割予定ラインに沿って改質層が形成され、改質層によってウェーハの強度が低下する構成にしたが、この構成に限定されない。ウェーハには分割予定ラインに沿って強度が低下した分割起点が形成されていればよく、例えば、分割起点としてスクライブラインが形成されていてもよい。
また、本実施の形態においては、保持テープを拡張しつつ破断プレートで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。保持プレートを拡張せずに破断プレートの吸引力によってウェーハを分割してもよい。破断プレートの吸引口はスリット状に限らず、複数の穴を１列に並べて形成されてもよい。
また、本実施の形態においては、当接冷却手段の冷却部は、当接面によって金属膜を延性から脆性への遷移温度以下に冷却可能であればよく、例えば、ドライアイスによって冷却してもよいし、電気的に冷却してもよい。
また、本実施の形態においては、破断プレートに対して保持テーブルを動かす構成にしたが、この構成に限定されない。破断プレートと保持テーブルとが相対的に移動されればよく、例えば、保持テーブルに対して破断プレートが動かされてもよい。
また、本実施の形態においては、破断プレートを用いたブレイキングによって金属膜付きの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。当接冷却手段によって金属膜を冷却した状態で金属膜付きのウェーハを分割可能であればよく、例えば、当接冷却手段によって金属膜を冷却した状態でテープエキスパンドによってウェーハを分割してもよい。
また、ウェーハとして、半導体基板、無機材料基板、パッケージ基板等の各種ワークが用いられてもよい。半導体基板としては、シリコン、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、シリコンカーバイド等の各種基板が用いられてもよい。無機材料基板としては、サファイア、セラミックス、ガラス等の各種基板が用いられてもよい。半導体基板及び無機材料基板はデバイスが形成されていてもよいし、デバイスが形成されていなくてもよい。パッケージ基板としては、ＣＳＰ（Chip Size Package）、ＷＬＣＳＰ（Wafer Level Chip Size Package）、ＳＩＰ（System In Package）、ＦＯＷＬＰ（Fan Out Wafer Level Package）用の各種基板が用いられてもよい。パッケージ基板にはＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）対策のシールドが形成されていてもよい。また、ウェーハとして、デバイス形成後又はデバイス形成前のリチウムタンタレート、リチウムナイオベート、さらに生セラミックス、圧電素材が用いられてもよい。
また、本実施の形態及び変形例を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。
また、本発明の実施の形態及び変形例は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。
以上説明したように、本発明は、デバイス不良を生じさせずに金属膜付きの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、半導体ウェーハを個々のデバイスに分割するウェーハの加工方法に有効である。
１ ：分割装置
３０：当接冷却手段
３１：当接面
３２：冷却部
４０：破断プレート
５１：金属膜
５２：改質層
Ｔ ：保持テープ
Ｗ ：ウェーハ

Claims (1)

  1. 表面に複数の分割予定ラインが格子状に形成されているとともに裏面に金属膜が形成されたウェーハを、強度が低下した該分割予定ラインに沿って個々のデバイスに分割するウェーハの加工方法であって、
    ウェーハの表面及び裏面の一方を下面、他方を上面として当該下面に保持テープを貼着するテープ貼着ステップと、
    該保持テープが貼着されたウェーハを該分割予定ラインに沿って保持するウェーハ保持ステップと、
    該保持テープを介して保持されたウェーハを該分割予定ラインに沿って吸引することにより、ウェーハを該分割予定ラインに沿って破断する破断ステップと、を含み、
    該破断ステップの際に、露呈するウェーハの上面全面に当接する当接面と該当接面を０℃以下に冷却する冷却部を備える当接冷却手段をウェーハの上面に当接しながら破断を行うこと、を特徴とするウェーハの加工方法。
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