特許 6906845 被加工物の加工方法

(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】6906845

(24)【登録日】2021年7月2日

(45)【発行日】2021年7月21日

(54)【発明の名称】被加工物の加工方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/301 20060101AFI20210708BHJP

   B23K 26/53 20140101ALI20210708BHJP

   B23K 26/55 20140101ALI20210708BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20210708BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/78 B

   B23K26/53

   B23K26/55

   H01L21/78 V

   H01L21/78 Q

   H01L21/304 631

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-122264(P2017-122264)

(22)【出願日】2017年6月22日

(65)【公開番号】特開2019-9218(P2019-9218A)

(43)【公開日】2019年1月17日

【審査請求日】2020年4月6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

(74)【代理人】

【識別番号】100206553

【弁理士】

【氏名又は名称】笠原 崇廣

(72)【発明者】

【氏名】諸徳寺 匠

(72)【発明者】

【氏名】桐林 幸弘

【審査官】 鈴木 孝章

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１７１２１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２２５５６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０７３４４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０１

Ｂ２３Ｋ ２６／５３

Ｂ２３Ｋ ２６／５５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交差する複数の分割予定ラインが表面に設定された被加工物の加工方法であって、
被加工物の表面側をチャックテーブルで保持する保持ステップと、
該チャックテーブルに保持された被加工物に対して、透過性を有する波長のパルスレーザビームの集光領域の上端部が、被加工物の表面から被加工物の仕上げ厚みだけ離れた位置よりも該表面から遠い位置と、被加工物の裏面と、の間に位置付けられるように、該パルスレーザビームを被加工物の裏面側から照射して、被加工物の該表面から該仕上げ厚みよりも長く、かつ、被加工物の厚みよりも短い細孔と該細孔を囲繞する非晶質又は変質層とからなるシールドトンネルを複数形成するレーザ加工ステップと、
該レーザ加工ステップを実施した後、該シールドトンネルの上端部が除去されるように、被加工物の該裏面を研削して該仕上げ厚みへと被加工物を薄化する研削ステップと、
を備えたことを特徴とする被加工物の加工方法。

【請求項2】

該研削ステップを実施した後、被加工物に外力を付与して被加工物を個々のチップに分割する分割ステップを更に備えた請求項１記載の被加工物の加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、交差する複数の分割予定ラインが表面に設定された被加工物の加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特定の周波数帯域の電気信号を取り出すＳＡＷフィルタ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｗａｖｅ Ｆｉｌｔｅｒ：表面弾性波フィルタ）は、ＲＦフィルタ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｆｉｌｔｅｒ）やＩＦフィルタ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｆｉｌｔｅｒ）としてほとんどの携帯電話で使用されている他、デジタルテレビやＧＰＳ、無線ＬＡＭ等のフィルタとしても広く使用されている。

【0003】

ＳＡＷフィルタの製造プロセスでは、回転引き上げ法や二重るつぼ法でリチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ_３）やリチウムタンタレート（ＬｉＴａＯ_３）等の単結晶インゴットが育成され、その後、インゴットをウェーハ状にスライスした後、研削装置や研磨装置で研削、研摩して平坦化する（例えば、特開２００１−３３２９４９号公報参照）。

【0004】

平坦化されたリチウムナイオベートウェーハ又はリチウムタンタレートウェーハ上には、フォトリソグラフィー技術を用いてアルミニウムやアルミニウム合金の薄膜で例えば周期２〜５μｍ程度の櫛歯電極からなるＳＡＷフィルタを複数形成する。

【0005】

表面にＳＡＷフィルタ等のＳＡＷデバイスが複数形成されたリチウムナイオベートウェーハ（ＬＮウェーハ）又はリチウムタンタレートウェーハ（ＬＴウェーハ）はモース硬度が高く、切削ブレードで切削すると送り速度の上昇が難しく、生産性が非常に悪い。

【0006】

従って、一般的な厚みの表面にＳＡＷデバイスが形成されたリチウムナイオベートウェーハ又はリチウムタンタレートウェーハでは、レーザ加工で分割起点を形成した後、ウェーハに外力を付与することにより個々のチップに分割している。

【0007】

然し、ＬＮウェーハ又はＬＴウェーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームを照射するアブレーション加工方法又はＬＮウェーハ又はＬＴウェーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザビームを照射してウェーハ内部に改質層を形成するＳＤ（Ｓｔｅａｌｔｈ Ｄｉｃｉｎｇ）加工方法では、１本の分割予定ラインに対して複数回パルスレーザービームを照射しなければならず、更なる生産性の向上が要望されている。

【0008】

そこで、特開２０１４−２２１４８３号公報では、比較的開口数の小さい集光レンズを使用して単結晶基板からなる被加工物に単結晶基板に対して透過性を有するパルスレーザビームを照射して、被加工物内部に細孔とこの細孔をシールドする非晶質とからなるシールドトンネルを形成した後、被加工物に外力を付与することにより被加工物を個々のチップに分割する加工方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００１−３３２９４９号公報

【特許文献2】特開２０１４−２２１４８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

然し、特許文献２に記載された加工方法では、切削ブレードやパルスレーザビームを使用するＳＤ加工方法、アブレーション加工方法に比べて生産性は向上するが、切削ブレードによるダイシングに比較してチップの抗折強度が劣るという問題がある。

【0011】

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、生産性を向上させると共にチップの抗折強度を低下させることのない被加工物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】

【0012】

本発明によると、交差する複数の分割予定ラインが表面に設定された被加工物の加工方法であって、被加工物の表面側をチャックテーブルで保持する保持ステップと、該チャックテーブルに保持された被加工物に対して、透過性を有する波長のパルスレーザビームの集光領域の上端部が、被加工物の表面から被加工物の仕上げ厚みだけ離れた位置よりも該表面から遠い位置と、被加工物の裏面と、の間に位置付けられるように、該パルスレーザビームを被加工物の裏面側から照射して、被加工物の該表面から該仕上げ厚みよりも長く、かつ、被加工物の厚みよりも短い細孔と該細孔を囲繞する非晶質又は変質層とからなるシールドトンネルを複数形成するレーザ加工ステップと、該レーザ加工ステップを実施した後、該シールドトンネルの上端部が除去されるように、被加工物の該裏面を研削して該仕上げ厚みへと被加工物を薄化する研削ステップと、を備えたことを特徴とする被加工物の加工方法が提供される。

【発明の効果】

【0013】

本発明の加工方法によると、レーザ加工が１パスで済むので、従来のＳＤ加工やアブレーション加工によるレーザ加工に比べて生産性が向上する。また、シールドトンネルの上端部分は研削によって除去されてチップに残存しないため、抗折強度が向上する。

【0014】

更に、本発明では、レーザ加工後に被加工物の裏面の研削を実施して被加工物を仕上げ厚みに薄化すると共に研削負荷によって部分的に個々のチップに分割できるため、低出力のレーザビームによりシールドトンネルを形成することができ、レーザ加工後に研削を実施しない場合に比べてチップの抗折強度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】ウェーハの表面に保護テープを貼着する様子を示す斜視図である。

【図2】保持ステップを示す断面図である。

【図3】レーザ加工ステップを示す断面図である。

【図4】図４（Ａ）はシールドトンネルをウェーハの表面から途中まで形成した実施形態の断面図、図４（Ｂ）はシールドトンネルをウェーハの表面から裏面にわたって形成した実施形態の断面図である。

【図5】研削ステップを示す一部断面側面図である。

【図6】転写ステップを示す斜視図である。

【図7】チップ間に間隔を形成する間隔形成ステップを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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は、リチウムナイオベート（ＬｉＮｂＯ_３）ウェーハ１１の表面１１ａに保護テープ１７を貼着する様子を示す斜視図が示されている。リチウムナイオベートウェーハ（ＬＮウェーハ又は単にウェーハと称することがある）１１の表面１１ａには格子状に形成された複数の分割予定ライン１３により区画された各領域にＳＡＷフィルタ等のＳＡＷデバイス１５が形成されている。ＳＡＷデバイス１５はアルミニウムやアルミニウム合金の薄膜で例えば周期２〜５μｍ程度の櫛歯電極として形成されている。

【0017】

ＬＮウェーハ１１の厚みは約３５０μｍであり、本実施形態の加工方法では、ＬＮウェーハ１１の裏面１１ｂを研削して厚み１３０μｍの仕上げ厚みへと薄化する研削ステップを含んでいる。

【0018】

本実施形態の加工方法では、被加工物としてＬＮウェーハを採用した例について説明するが、被加工物はこれに限定されるものではなく、リチウムタンタレートウェーハ（ＬｉＴａＯ_３ウェーハ）、ＳｉＣウェーハ、サファイアウェーハ、ＧａＮウェーハ、Ｓｉウェーハ、ガラスウェーハ等の他の被加工物も採用可能である。

【0019】

ＬＮウェーハ１１の表面１１ａに保護テープ１７を貼着した後、図２に示すように、レーザ加工装置のチャックテーブル１０で保護テープ１７を下側にしてＬＮウェーハ１１を吸引保持し、ＬＮウェーハ１１の裏面１１ｂを露出させる。

【0020】

次いで、図３に示すように、集光レンズ１２ａを有する集光器１２からＬＮウェーハ１１に対して透過性を有する波長のパルスレーザビームＬＢを照射して、ウェーハ１１の内部に複数のシールドトンネル１９を形成するレーザ加工ステップを実施する。

【0021】

ウェーハ１１の内部にシールドトンネル１９を形成するレーザ加工ステップでは、集光レンズ１２ａの開口数（ＮＡ）を単結晶基板であるＬＮウェーハ１１の屈折率で除した値を０．０５〜０．３５の範囲内に設定する。

【0022】

リチウムナイオベートの屈折率は２．２であるから、集光レンズの１２ａの開口数（ＮＡ）を０．１〜０．７に設定するのが好ましい。例えば集光レンズ１２ａとして球面収差を有する集光レンズを使用する。

【0023】

もしくは集光レンズの上流側や下流側にレンズを配設することで球面収差を生成するようにしてもよいし、レーザビーム自体が所定の拡がり角を持っているレーザビームをレーザビーム発振器から発振し、集光レンズで集光するようにしてもよい。

【0024】

従って、集光レンズで集光されたレーザビームに縦収差が生じた状態でウェーハにレーザビームを照射することにより、ウェーハ１１の内部にシールドトンネル１９を形成することができる。

【0025】

このレーザ加工ステップでは、所定の出力に制御されたパルスレーザビームＬＢの集光領域Ｐの上端部をウェーハ１１の表面１１ａから仕上げ厚みｔ１＋αの位置に位置付けて、パルスレーザビームＬＢをウェーハ１１の裏面１１ｂ側から照射する。

【0026】

すると、集光領域Ｐの上端部が位置付けられた位置からウェーハの表面１１ａに向かってパルスレーザビームＬＢの進行に伴って瞬間的にシールドトンネル１９が形成される。形成されたシールドトンネル１９の上端部とその周囲は他の領域に比べて強度が低下しているため、後の研削ステップでこの領域を研削除去することで形成されるデバイスチップの抗折強度が向上する。

【0027】

ここで、レーザビームＬＢの集光領域Ｐという用語をしているのは、集光レンズ１２ａが球面収差を有するため、集光レンズ１２ａを通過するレーザビームＬＢの半径方向位置によりレーザビームＬＢの集光される位置が集光レンズ１２ａの光軸方向に異なるためであり、集光領域Ｐはウェーハ１１の厚み方向に延在する。

【0028】

このように、集光領域Ｐをウェーハ１１の内部に延在するようにパルスレーザビームＬＢをウェーハ１１の裏面１１ｂ側から照射し、チャックテーブル１０を矢印Ｘ軸方向に所定の加工送り速度で加工送りすることにより、ウェーハ１１の内部に分割予定ライン１３に沿ってウェーハ１１の表面１１ａから仕上げ厚みｔ１＋αの長さのシールドトンネル１９を複数形成する。本実施形態では、仕上げ厚みｔ１を１３０μｍに設定し、αは例えば１０〜１５μｍに設定する。

【0029】

シールドトンネル１９は直径１μｍ程度の細孔と、この細孔をシールドする非晶質（アモルファス）とから形成される。照射するパルスレーザビームＬＢの繰り返し周波数を５０ｋＨｚに設定し、加工送り速度を５００ｍｍ／ｓに設定すると、ウェーハ１１の分割予定ライン１３に沿って１０μｍの間隔でシールドトンネル１９が形成され、隣接する細孔間には一部クラックが生じた状態となる。

【0030】

ウェーハ１１の内部にシールドトンネル１９を形成するレーザ加工ステップを、第１の方向に伸長する分割予定ラインに沿って次々と実施し、次いでチャックテーブル１０を９０°回転してから、第１の方向に直交する第２の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３に沿って実施する。

【0031】

ウェーハ１１の内部にシールドトンネル１９を形成するレーザ加工ステップの加工条件は、例えば以下のように設定される。

【0032】

波長 ：１０６４ｎｍ
平均出力 ：０．２〜０．５Ｗ
繰り返し周波数 ：２０〜５０ｋＨｚ
パルス幅 ：１０ｐｓ
集光スポット径 ：１０μｍ
加工送り速度 ：１００〜６００ｍｍ／ｓ

【0033】

尚、被加工物としてガラスを採用した場合には、ガラスは元々非晶質であるため、レーザ加工ステップを実施すると細孔とこの細孔をシールドする非晶質の変質層からなるシールドトンネルが形成される。

【0034】

ＬＮウェーハ１１の内部に形成するシールドトンネル１９は、図４（Ａ）に示すように、仕上げ厚みｔ１＋αの長さが望ましいが、レーザビームＬＢの出力を上げて、図４（Ｂ）に示すように、シールドトンネル１９をウェーハ１１の表面１１ａから裏面１１ｂにわたり形成するようにしてもよい。この場合には、前記レーザ加工条件において、平均出力を２〜４Ｗに上げるのが好ましい。

【0035】

シールドトンネルの厚み＝仕上げ厚み＋αにおいて、好ましくはαは１０〜１５μｍに設定するが、この値以上でもよい。＋αが小さいと分割されたデバイスチップの抗折強度が向上するが、αを大きくして、図４（Ｂ）に示すように、シールドトンネル１９を表面１１ａから裏面１１ｂにわたり形成するとＬＮウェーハ１１の分割性が向上する。

【0036】

ここで、デバイスチップの抗折強度を下げない加工条件で１パスのレーザビームの照射で形成できるシールドトンネルの厚み（長さ）は１５０μｍ程度であり、抗折強度を気にしなければ１パスで形成できるシールドトンネルの厚み（長さ）は２５０μｍ程度である。

【0037】

レーザ加工ステップを実施した後、ウェーハ１１の裏面１１ｂを研削してウェーハ１１を仕上げ厚みｔへと薄化すると共にウェーハ１１を部分的に個々のチップへと分割する研削ステップを実施する。

【0038】

研削ステップでは、図６に示すように、研削装置のチャックテーブル１４でウェーハ１１の保護テープ１７側を吸引保持し、ウェーハ１１の裏面１１ｂを露出させる。研削装置の研削ユニット１６は、モータにより回転駆動されるスピンドル１８と、スピンドル１８の先端に固定されたホイールマウント２０と、ホイールマウント２０に図示しないボルトにより着脱可能に装着された研削ホイール２２とを含む。研削ホイール２２は、環状のホイール基台２４と、ホイール基台２４の下端外周部に固着された複数の研削砥石２６とから構成される。

【0039】

研削ステップでは、チャックテーブル１４に保持されたウェーハ１１に、図示しない研削送り機構を作動することにより研削ホイール２２の研削砥石２６を接触させ、所定の研削送り速度で研削ホイール２２を研削送りしながらチャックテーブル１４を矢印ａで示す方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール２２を矢印ｂで示す方向に例えば１５００〜２０００ｒｐｍで回転して、ＬＮウェーハ１１の研削を実施する。

【0040】

好ましくは、研削ステップは粗研削ステップと、粗研削ステップ実施後の仕上げ研削ステップの２段階で実施する。粗研削ステップでは、＃１０００のビトリファイドボンド研削砥石２６を使用して、チャックテーブル１４を３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール２２を２０００ｒｐｍで回転しながら研削を実施する。

【0041】

粗研削終了後の仕上げ研削ステップでは、＃３０００のビトリファイドボンド研削砥石２６を使用して、チャックテーブル１４を３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール２２を１５００ｒｐｍで回転しながら研削を実施して、ウェーハ１１を仕上げ厚みｔ１＝５０μｍまで薄化する。

【0042】

粗研削ステップ及び仕上げ研削ステップからなる研削ステップ中に、ウェーハ１１の裏面１１ｂには常に所定の研削負荷が掛かるため、この研削負荷によりウェーハ１１は分割予定ライン１３に沿ってシールドトンネル１９を破断起点に個々のデバイスチップに少なくとも部分的に分割される。

【0043】

尚、研削ステップでは、ウェーハ１１が分割予定ライン１３に沿ってシールドトンネル１９を破断起点に個々のデバイスチップへと完全には分割されない場合もあるため、研削ステップ終了後のウェーハ１１に外力を付与して、ウェーハ１１を分割予定ライン１３に沿って個々のチップへと完全に分割する分割ステップを実施するのが好ましい。

【0044】

研削ステップ終了後、図７に示すように、個々のデバイスチップに分割されたウェーハ１１の裏面１１ｂを、外周部が環状フレームＦに装着されたエキスパンドテープＴに貼着し、ウェーハ１１の表面１１ａから保護テープ１７を剥離する転写ステップを実施する。好ましくは、エキスパンドテープとして紫外線硬化型テープを採用する。

【0045】

転写ステップを実施した後、エキスパンドテープＴを拡張してエキスパンドテープＴに貼着されたウェーハ１１を個々のデバイスチップ２５に完全に分割すると共に、チップ間に間隔を形成する分割ステップを実施する。この分割ステップは、一例として図７に示すようなエキスパンド装置３０を用いて実施する。

【0046】

エキスパンド装置３０は、環状フレームＦを保持するフレーム保持手段３２を備えている。フレーム保持手段３２は、環状のフレーム保持部材３４と、フレーム保持部材３４の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ３６とから構成される。フレーム保持部材３４の上面は環状フレームＦを載置する載置面３４ａを形成しており、この載置面３４ａ上に環状フレームＦが載置される。

【0047】

そして、載置面３４ａ上に載置された環状フレームＦは、クランプ３６によって保持部材３４に固定される。この時、ウェーハ１１が貼着されたエキスパンドテープＴは拡張ドラム３８の上端に当接する。

【0048】

拡張ドラム３８の内部には保持テーブル４６が配設されており、保持テーブル４６の吸引保持部４６ａは吸引路４８及び電磁切替弁５０を介して吸引源５２に選択的に接続されている。

【0049】

拡張ドラム３８の外側には環状のフレーム保持部材３２を上下方向に移動する駆動手段４０が配設されている。駆動手段４０は複数のエアシリンダ４２から構成されており、エアシリンダ４２のピストンロッド４４が保持部材３４の下面に連結されている。

【0050】

複数のエアシリンダ４２から構成される駆動手段４０は、環状のフレーム保持部材３４をその載置面３４ａが拡張ドラム３８の上端と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム３８の上端より所定量下方の拡張位置との間で上下方向に移動する。

【0051】

このように構成されたエキスパンド装置３０を使用した分割ステップでは、ウェーハ１１をエキスパンドテープＴを介して支持した環状フレームＦを、フレーム保持部材３４の載置面３４ａ上に載置し、クランプ３６によってフレーム保持部材３４に固定する。この時、フレーム保持部材３４はその載置面３４ａが拡張ドラム３８の上端と略同一高さとなる基準位置に位置付けられる。

【0052】

次いで、エアシリンダ４２を駆動してフレーム保持部材３４を図７（Ｂ）に示す拡張位置に引き落とす。これにより、フレーム保持部材３４の載置面３４上に固定されている環状フレームＦも引き落とされるため、環状フレームＦに貼着されたエキスパンドテープＴは拡張ドラム３８の上端縁に当接して主に半径方向に拡張される。

【0053】

その結果、ウェーハ１１は分割予定ライン１３に沿って個々のデバイスチップ２５に完全に分割されると共に、隣接するデバイスチップ２５の間に間隔が形成される。エキスパンドテープＴを拡張した後、電磁切替弁５０を連通位置に切り換えて、保持テーブル４６の吸引保持部４６ａに吸引源５２の負圧を作用させて、ウェーハ１１をチップ２５間に間隔が形成された状態で保持する。

【0054】

分割ステップ実施後、保持テーブル４６でエキスパンドテープＴを吸引保持した状態でエキスパンドテープＴに紫外線を照射して、エキスパンドテープＴの貼着力を低下させた後、ピックアップ装置でデバイスチップ２５をエキスパンドテープＴからピックアップする。

【0055】

上述した実施形態によると、レーザ加工後にウェーハ１１の裏面研削を実施するため、研削負荷によってウェーハ１１が個々のチップに少なくとも部分的に分割される。よって、研削を実施しない場合に比べて低出力のレーザ加工でもチップへと分割し得るため、レーザ加工後に研削を実施しない場合に比べてデバイスチップの抗折強度が向上する。更に、シールドトンネルの上端部分は研削によって除去されてチップに残存しないため、デバイスチップの抗折強度が向上する。

【符号の説明】

【0056】

１１ リチウムナイオベートウェーハ（ＬＮウェーハ）
１２ 集光器
１２ａ 集光レンズ
１３ 分割予定ライン
１５ ＳＡＷデバイス
１６ 研削ユニット
１７ 保護テープ
１９ シールドトンネル
２１ 細孔
２２ 研削ホイール
２３ 非晶質
２５ デバイスチップ
２６ 研削砥石
３０ エキスパンド装置
３４ 保持部材
３８ 拡張ドラム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】