特許 6494467 ウェーハの加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6494467

(24)【登録日】2019年3月15日

(45)【発行日】2019年4月3日

(54)【発明の名称】ウェーハの加工方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/301 20060101AFI20190325BHJP

   B23K 26/53 20140101ALI20190325BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20190325BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/78 B

   B23K26/53

   B23K26/00 N

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-155692(P2015-155692)

(22)【出願日】2015年8月6日

(65)【公開番号】特開2017-34200(P2017-34200A)

(43)【公開日】2017年2月9日

【審査請求日】2018年6月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000134051

【氏名又は名称】株式会社ディスコ

(74)【代理人】

【識別番号】100075384

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 昂

(74)【代理人】

【識別番号】100172281

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 知広

(72)【発明者】

【氏名】田中 圭

【審査官】 山口 大志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０３３１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２３７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０５０４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１５６４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２１９１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２２０９０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０１

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ２３Ｋ ２６／５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の方向に形成された複数の第１分割予定ラインと該第１の方向と交差する第２の方向に形成された複数の第２分割予定ラインとで区画された各領域にデバイスが形成され、該第１分割予定ラインと該第２分割予定ラインのうち少なくとも該第２分割予定ラインが非連続に形成されているウェーハに対し、ウェーハの内部に該第１及び第２分割予定ラインに沿った改質層を形成するウェーハの加工方法であって、
該第１分割予定ラインに沿ってウェーハに対し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集光して照射し、ウェーハの内部に該第１分割予定ラインに沿った第１改質層を形成する第１改質層形成ステップと、
延在方向の端部が該第１分割予定ラインに突き当たる該第２分割予定ラインに沿って、ウェーハに対し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集光して照射し、ウェーハの内部に該第２分割予定ラインに沿った第２改質層を形成する第２改質層形成ステップと、を備え、
該第２改質層形成ステップでウェーハに照射される該レーザービームのスポット形状は、該第２分割予定ラインと平行方向の長さが該第１分割予定ラインと平行方向の長さより短く整形されていることを特徴とするウェーハの加工方法。

【請求項2】

該第２改質層形成ステップにおいて、該レーザービームは集光前に通過するスリットによって該第２分割予定ラインの伸長方向の両端部を遮断して整形される請求項１記載のウェーハの加工方法。

【請求項3】

該第２改質層形成ステップにおいて、該レーザービームは該第１分割予定ラインの伸長方向に長軸を有する楕円形に整形される請求項１記載のウェーハの加工方法。

【請求項4】

該第２改質層形成ステップでは、該レーザービームの走査方向から見て、該第１分割予定ラインと該第２分割予定ラインとの交点の手前で、該レーザービームのエネルギーが低減される請求項１〜３の何れかに記載のウェーハの加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体ウェーハ、光デバイスウェーハ等のウェーハの加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたシリコンウェーハ、サファイアウェーハ等のウェーハは、加工装置によって個々のデバイスチップに分割され、分割されたデバイスチップは、携帯電話、パソコン等の各種電子機器に広く利用されている。

【0003】

ウェーハの分割には、ダイシングソーと呼ばれる切削装置を用いたダイシング方法が広く採用されている。ダイシング方法では、ダイヤモンド等の砥粒を金属や樹脂で固めて厚さ３０μｍ程度とした切削ブレードを、３００００ｒｐｍ程度の高速で回転させつつウェーハへと切り込ませることでウェーハを切削し、個々のデバイスチップへと分割する。

【0004】

一方、近年では、レーザービームを用いてウェーハを個々のデバイスチップに分割する方法が開発され、実用化されている。特にウェーハの内部に集光するようにレーザービームをウェーハに照射して、ウェーハの内部に改質層を形成し、外力を付与して改質層を破断起点としてウェーハをデバイスチップに分割する方法では、加工屑の発生もなく、従来一般的に用いられてきた切削ブレードによるダイシングに比較し、カットラインの狭小化や無水加工等のメリットがある。

【0005】

また、レーザービームの照射によるダイシング方法では、プロジェクションウェーハに代表されるようなストリート（分割予定ライン）が非連続的な構成のウェーハを加工できるというメリットがある（例えば、特開２０１０−１２３７２３号公報参照）。分割予定ラインが非連続的なウェーハの加工では、分割予定ラインの設定に従ってレーザービームの出力をＯＮ／ＯＦＦして加工する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０−１２３７２３号公報

【特許文献2】特開２００９−１８４００２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、第１の方向に伸長する分割予定ラインに第２の方向に伸長する分割予定ラインが突き当たる交点付近では、既に形成された改質層に他方の分割予定ラインを加工するレーザービームの一部が照射されて、レーザービームの反射や散乱が発生し、デバイス領域に光が漏れ、この光によりデバイスを破損してしまう恐れがある。

【0008】

そこで、交点にかかる手前側でレーザービームの出力を低減又は停止して、交点付近に非加工部を残すという加工方法が上記特許文献２で提案されている。しかし、この加工方法では、非加工部に改質層がないため、ウェーハをデバイスチップに分割した際、チップの斜め割れが発生する恐れがあるという問題がある。

【0009】

本発明はこのような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、少なくとも一方の分割予定ラインが非連続に形成されたウェーハをレーザー加工する際に、一方の分割予定ラインの端部が他方の分割予定ラインに突き当たる交点付近で既に形成された改質層にレーザービームが照射されることを抑制し、改質層でのレーザービームの反射又は散乱を防止し、デバイスの破損を防止可能なウェーハの加工方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明によると、第１の方向に形成された複数の第１分割予定ラインと該第１の方向と交差する第２の方向に形成された複数の第２分割予定ラインとで区画された各領域にデバイスが形成され、該第１分割予定ラインと該第２分割予定ラインのうち少なくとも該第２分割予定ラインが非連続に形成されているウェーハに対し、ウェーハの内部に該第１及び第２分割予定ラインに沿った改質層を形成するウェーハの加工方法であって、該第１分割予定ラインに沿ってウェーハに対し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集光して照射し、ウェーハの内部に該第１分割予定ラインに沿った第１改質層を形成する第１改質層形成ステップと、延在方向の端部が該第１分割予定ラインに突き当たる該第２分割予定ラインに沿って、ウェーハに対し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集光して照射し、ウェーハの内部に該第２分割予定ラインに沿った第２改質層を形成する第２改質層形成ステップと、を備え、該第２改質層形成ステップでウェーハに照射される該レーザービームのスポット形状は、該第２分割予定ラインと平行方向の長さが該第１分割予定ラインと平行方向の長さより短く整形されていることを特徴とするウェーハの加工方法が提供される。

【0011】

好ましくは、該第２改質層形成ステップにおいて、該レーザービームは集光前に通過するスリットによって該第２分割予定ラインの伸長方向の両端部を遮断して整形される。或いは、該第２改質層形成ステップにおいて、該レーザービームは該第１分割予定ラインの伸長方向に長軸を有する楕円形に整形される。

【0012】

好ましくは、該第２改質層形成ステップでは、該レーザービームの走査方向から見て、該第１分割予定ラインと該第２分割予定ラインとの交点の手前で、該レーザービームのエネルギーが低減される。

【発明の効果】

【0013】

本発明のウェーハの加工方法によると、第２改質層形成ステップで照射されるレーザービームのスポットを第２改質層の伸長方向の両端を遮断するように整形することで、第２分割予定ラインの端部が第１分割予定ラインに突き当たる交点手前側を加工する際に、既に形成されている第１改質層にレーザービームの一部が照射されることを防止することができ、第１改質層でレーザービームが反射又は散乱して、デバイスを破損することを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】レーザー加工装置のチャックテーブルにウェーハユニットが保持された様子を示す斜視図である。

【図2】レーザービーム発生ユニットのブロック図である。

【図3】第１改質層形成ステップを示す模式的断面図である。

【図4】第２改質層形成ステップを示す模式的断面図である。

【図5】図５（Ａ）は第２改質層形成ステップを示す模式的拡大断面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の模式的平面図である。

【図6】図６（Ａ）は従来の第２改質層形成ステップを示す模式的拡大断面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の模式的平面図である。

【図7】第１実施形態のレーザービームのスポットの整形方法を説明する一部断面模式的側面図である。

【図8】第２実施形態のレーザービームのスポットの整形方法を説明する模式的側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、レーザー加工装置のチャックテーブル１０にウェーハユニット１２が保持された状態の斜視図が示されている。ウェーハユニット１２は、外周部が環状フレームＦに貼着された粘着テープであるダイシングテープＴに、半導体ウェーハ（以下、単にウェーハと略称することがある）１１の表面１１ａを貼着して構成されている。図１に示す状態では、ウェーハ１１の裏面１１ｂが上方に露出している。

【0016】

ウェーハ１１の表面１１ａには、第１の方向に連続的に形成された複数の第１分割予定ライン１３ａと第１分割予定ライン１３ａと直交する方向に非連続に形成された複数の第２分割予定ライン１３ｂが形成されており、第１分割予定ライン１３ａと第２分割予定ライン１３ｂとで区画された領域にＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。

【0017】

尚、本発明のウェーハの加工方法で加工対象となるウェーハ１１は、半導体ウェーハに限定されるものではなく、第１分割予定ライン１３ａと第２分割予定ライン１３ｂとで区画された領域にＬＥＤ、ＬＤ等の光デバイスが形成された光デバイスウェーハ等のウェーハも含むものである。

【0018】

本実施形態のウェーハの加工方法では、まず図１に示すように、レーザー加工装置のチャックテーブル１０でウェーハユニット１２のウェーハ１１をダイシングテープＴを介して吸引保持する保持ステップを実施する。尚、特に図示していないが、ウェーハユニット１２の環状フレームＦは図示を省略したクランプでクランプして固定される。

【0019】

このようにチャックテーブル１０に保持されたウェーハ１１に対し、ウェーハ１１に対して透過性を有する波長のレーザービームＬＢを集光器１４によりウェーハ内部に集光して照射し、第１分割予定ライン１３ａ又は第２分割予定ライン１３ｂに沿ったウェーハ内部に第１改質層又は第２改質層を形成する。

【0020】

図２を参照すると、レーザービーム発生ユニット１６のブロック図が示されており、レーザービーム発生ユニット１６は、波長１０６４ｎｍのパルスレーザーを発振するＹＡＧレーザー発振器又はＹＶＯ４レーザー発振器等のレーザー発振器１８と、繰り返し周波数設定手段２０と、パルス幅調整手段２２と、レーザー発振器１８から発振されたパルスレーザービームのパワーを調整するパワー調整手段２４とを含んでいる。

【0021】

レーザービーム発生ユニット１６のパワー調整手段２４で所定パワーに調整されたレーザービームＬＢは、図１に示す集光器１４によりウェーハ１１の内部に集光されて照射される。

【0022】

特に図示しないが、本発明のウェーハの加工方法では、まずチャックテーブル１０に吸引保持されたウェーハ１１をレーザー加工装置の図示しない撮像ユニットの直下に位置付けて、撮像ユニットによりウェーハ１１を撮像して、第１分割予定ライン１３ａを集光器１４とＸ軸方向に整列させるアライメントを実施する。

【0023】

次いで、チャックテーブル１０を９０°回転してから、第１分割予定ライン１３ａと直交する方向に伸長する第２分割予定ライン１３ｂについても同様なアライメントを実施し、アライメントのデータをレーザー加工装置のコントローラのＲＡＭに格納する。

【0024】

レーザー加工装置の撮像ユニットは通常赤外線カメラを備えているため、この赤外線カメラによりウェーハ１１の裏面１１ｂ側からウェーハ１１を透かして表面１１ａに形成された第１及び第２分割予定ライン１３ａ，１３ｂを検出することができる。

【0025】

アライメント実施後、第１分割予定ライン１３ａに沿ってウェーハ１１の内部に第１改質層１７を形成する第１改質層形成ステップを実施する。この第１改質層形成ステップでは、図３に示すように、ウェーハに対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）の集光点を集光器１４によりウェーハ１１の内部に位置付けて、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側から第１分割予定ライン１３ａに照射し、チャックテーブル１０を矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、ウェーハ１１の内部に第１分割予定ライン１３ａに沿った第１改質層１７を形成する。

【0026】

好ましくは、集光器１４を上方に段階的に移動して、ウェーハ１１の内部に第１分割予定ライン１３ａに沿った複数層の第１改質層１７、例えば３層の第１改質層１７を形成する。

【0027】

改質層１７は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域を言い、溶融再固化層として形成される。この第１改質層形成ステップにおける加工条件は、例えば次のように設定されている。

【0028】

光源 ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４パルスレーザー
波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
パルス出力 ：１０μＪ
集光スポット径 ：φ１μｍ
加工送り速度 ：５００ｍｍ／ｓ

【0029】

第１改質層形成ステップを実施した後、延在方向（伸長方向）の端部が第１分割予定ライン１３ａに突き当たる第２分割予定ライン１３ｂに沿って、ウェーハ１１に対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザービームをウェーハ１１の内部に集光して照射し、ウェーハ１１の内部に第２分割予定ライン１３ｂに沿った第２改質層１９を形成する第２改質層形成ステップを実施する。

【0030】

この第２改質層形成ステップでは、第１改質層形成ステップ終了後に、チャックテーブル１０を９０°回転した後、図４に示すように、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側からレーザービームＬＢの集光点を第２分割予定ライン１３ｂに対応するウェーハ１１の内部に位置付けて照射し、チャックテーブル１０を矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、ウェーハ１１の内部に第２分割予定ライン１３ｂに沿った第２改質層１９を形成する。本実施形態では、集光器１０を上方に段階的に移動することにより、ウェーハ１１の内部に３層の第２改質層１９を形成している。

【0031】

本発明のウェーハの加工方法は、この第２改質層形成ステップに特徴を有している。まず第１の特徴は、第２改質層形成ステップを実施する際、第２分割予定ライン１３ｂと平行方向のビームスポットの長さを第１分割予定ライン１３ａと平行方向のビームスポットの長さよりも短くなるように整形したレーザービームＬＢをウェーハ１１に照射することである。

【0032】

レーザービームＬＢのスポットの整形方法の第１実施形態を図７を参照して説明する。第１実施形態のスポット整形方法では、レーザービーム発生ユニット１６と集光器１４との間に横に長いスリット２８を有するマスク２６を配設する。

【0033】

レーザービーム発生ユニット１６から出射されたレーザービームＬＢのスポット形状は符号３４で示すように円形をしているが、スリット２８を通過後のレーザービームＬＢのスポット形状は、スポット３４の上端部及び下端部がマスク２６で遮断されて符号３６で示す形状に整形される。

【0034】

スポット３６を有するレーザービームＬＢは、集光器１４のミラー３６で反射された後集光レンズ３２によりチャックテーブル１０に保持されたウェーハ１１の内部に集光される。

【0035】

ウェーハ１１に照射される際のレーザービームＬＢのスポット形状は、図５（Ｂ）に示すように、第２分割予定ライン１３ｂと平行方向の長さが第１分割予定ライン１３ａと平行方向の長さより短く整形されたスポット３６となる。換言すると、スポット３６の形状は、第２分割予定ライン１３ｂと平行方向の幅が第１分割予定ライン１３ａと平行方向の幅より狭く整形されている。

【0036】

図５（Ａ）に示すように、延在方向（伸長方向）の端部が第１分割予定ライン１３ａに突き当たる第２分割予定ライン１３ｂに沿って第２改質層１９を形成する際に、第２改質層１９の端部では集光器１４から出射されるレーザービームＬＢの照射を停止して第１改質層１７の手前で第２改質層１９の形成を中止する。

【0037】

この際、ウェーハ１１に照射されるレーザービームＬＢが上述したようなスポット形状を有するためレーザービームＬＢの一部が既に形成されている第１改質層１７に照射されることが防止され、第１改質層１７でレーザービームＬＢが反射又は散乱し、デバイス１５を損傷するのを防止することができる。

【0038】

尚、レーザービームの照射の中止は、例えば、レーザービーム発生ユニット１６と集光器１４との間に図示しない音響光学素子（ＡＯＤ:Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ）を挿入し、このＡＯＤに選択的に電圧を印加して、レーザービームＬＢの光路を集光器１４からそらすことにより達成することができる。

【0039】

第２改質層形成ステップで照射されるレーザービームＬＢの修正方法の第２実施形態を図８を参照して説明する。この第２実施形態では、シリンドリカルレンズユニット３８を内蔵した集光器１４Ａを使用する。

【0040】

シリンドリカルレンズユニット３８は上下方向に移動可能に配設されており、シリンドリカルレンズユニット３８通過後のレーザービームのスポット形状は、符号４０で示すようにＹ軸方向に長い楕円形状に整形される。このように楕円形のビームスポット４０を有するレーザービームをウェーハ１１に照射して第２改質層形成ステップを実施しても、上述した第１実施形態のビームスポット３６を有するレーザービームと同様な効果を達成することができる。

【0041】

特に図示しないが、第２改質層１９も第１改質層１７と同様に、ウェーハ１１の内部に複数層（例えば３層）形成するのが好ましい。第２改質層形成ステップでのレーザー加工条件は、上述した第１改質層形成ステップでの加工条件と同様である。

【0042】

次に、図６を参照して、従来方法の問題点について説明する。従来の第２改質層形成ステップでは、円形のスポット３４を有するレーザービームを用いて第２改質層形成ステップを実施していた。

【0043】

この場合、集光器１４から照射されるレーザービームＬＢの一部が既に形成されている第１改質層１７に照射され、第１改質層１７でレーザービームが反射又は散乱し、図６（Ｂ）に示すように、ウェーハ１１の表面１１ａに形成されているデバイス１５に照射されてデバイス１５を破損する恐れがあるという問題があった。本発明はレーザービームＬＢのスポット形状を上述したように整形することにより、この問題を解決したものである。

【0044】

尚、従来の第２改質層形成ステップで、第１分割予定ライン１３ａと第２分割予定ライン１３ｂとの交点にかかるある程度手前でレーザービームＬＢの出力を停止又は低減して、交点付近の比較的長い領域に非加工部を残すことによりレーザービームＬＢが第１改質層１７に遮られないようにして、デバイス１５の損傷を防止するという考えもあるが、この場合は、非加工部に第２改質層１９が形成されていないため、ウェーハ１１をデバイスチップに分割する際分割しにくいか、或いは分割されたデバイスチップが斜めに割れてしまうという問題があるので、このような対策をとることは望ましくない。

【0045】

第２改質層形成ステップの第２の特徴は、第２分割予定ライン１３ｂが第１分割予定ライン１３ａに突き当たる交点の手前側で、照射されるレーザービームのエネルギーを低減することである。

【0046】

このように制御することにより、レーザービームのスポット形状を上述したように整形した場合でも、万が一レーザービームＬＢの一部が既に形成されている第１改質層１７に照射されてしまう際に、第１改質層１７により反射又は散乱されるエネルギーが小さいので、デバイス１５へのダメージを低減することができる。

【0047】

この第２改質層形成ステップで照射されるレーザービームのエネルギーを低減するように制御するのは、第２分割予定ライン１３ｂの端部が第１分割予定ライン１３ａに突き当たる交点の手前のみでよく、第２分割予定ライン１３ｂが第１分割予定ライン１３ａと交差する地点では、レーザービームＬＢのエネルギーを低減する必要がない。

【0048】

上述した実施形態のウェーハの加工方法では、第２改質層形成ステップで照射されるレーザービームのスポット形状の上述したように整形した例について説明したが、第１分割予定ライン１３ａに沿って第１改質層１７を形成する場合にも、上述したように整形したレーザービームを照射するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0049】

１１ 半導体ウェーハ
１２ ウェーハユニット
１３ａ 第１分割予定ライン
１３ｂ 第２分割予定ライン
１４ 集光器
１５ デバイス
１６ レーザービーム発生ユニット
１７ 第１改質層
１９ 第２改質層
２６ マスク
２８ スリット
３８ シリンドリカルレンズユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】