JP5846765B2 - ウエーハの加工方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハをレーザビームを用いて加工するウエーハの加工方法に関する。
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エーハ、サファイアウエーハ等のウエーハは、加工装置によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。
ウエーハの分割には、ダイサ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、ダイア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エーハへと切り込ませることでウエーハを切削し、個々のデバイスへと分割する。
一方、近年では、ウエ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ウエーハに照射することでレーザ加工溝（分割溝）を形成し、このレーザ加工溝に沿ってブレーキング装置でウエーハに外力を付与してウエーハを割断し、個々のデバイスへと分割する方法が提案されている（例えば、特開平１０−３０５４２０号公報参照）。
レーザ加工装置によるレーザ加工溝の形成は、ダイサーによるダイシング方法に比べて加工速度を早くすることができるとともに、サファイアやＳｉＣ等の硬度の高い素材からなるウエーハであっても比較的容易に加工することができる。また、加工溝を例えば１０μｍ以下等の狭い幅とすることができるので、ダイシング方法で加工する場合に対してウエーハ１枚当たりのデバイス取り量を増やすことが出来る。
レーザ加工装置によるウエーハの加工では、ウエーハを外周部が環状フレームに貼着されたダイシングテープに貼着し、ウエーハをダイシングテープを介して環状フレームで支持する。そして、レーザ加工装置のチャックテーブルにダイシングテープを介してウエーハが吸引保持された状態でレーザビームが照射される。
しかし、サファイア基板等の結晶成長用基板上にエピタキシャル層を積層した光デバイスウエーハ等のウエーハの直径が１５０ｍｍ程度と大きくなると、分割予定ラインに分割の起点となる分割溝（レーザ加工溝）を形成すると、ウエーハの自重と大型ウエーハによるモーメントの大きさ等に起因して、レーザ加工装置から分割溝が形成されたウエーハを搬出する際、または分割装置までウエーハを搬送する際にウエーハが分割溝に沿わないで結晶方位に誘導されて割れるという問題がある。
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、直径の大きなウエーハにレーザ加工溝を形成した後、レーザ加工装置からウエーハを搬出する際又は分割装置までウエーハを搬送する際にウエーハの割れを防止可能なウエーハの加工方法を提供することである。
請求項１記載の発明によると、複数のデバイスが分割予定ラインによって区画されて形成されたデバイス領域と、該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを表面に有するウエーハの加工方法であって、ウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザビームを分割予定ラインに沿って照射して分割の起点となる分割溝を形成する分割溝形成工程と、複数の分割溝が形成されたウエーハの分割溝を有する分割予定ラインに曲げ応力を集中させてウエーハを個々のデバイスに分割する分割工程と、を具備し、該分割溝形成工程においては、該デバイス領域の分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射して該分割溝を形成し、分割予定ラインの延長線上の該外周余剰領域にはレーザビームを照射せず未加工領域を残存させることを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。
請求項２記載の発明によると、複数のデバイスが分割予定ラインによって区画されて形成されたデバイス領域と、該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを表面に有するウエーハの加工方法であって、ウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザビームを分割予定ラインに沿って照射して分割の起点となる分割溝を形成する分割溝形成工程と、複数の分割溝が形成されたウエーハの分割溝を有する分割予定ラインに曲げ応力を集中させてウエーハを個々のデバイスに分割する分割工程と、を具備し、該分割溝形成工程は、該デバイス領域の分割予定ラインに第１のパワーのレーザビームを照射して第１の分割溝を形成する第１分割溝形成工程と、該デバイス領域の分割予定ラインの延長線上の該外周余剰領域に該第１のパワーより弱い第２のパワーのレーザビームを照射して第２の分割溝を形成する第２分割溝形成工程と、を含むことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。
本発明のウエーハの加工方法における分割溝形成工程は、デバイス領域の分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射して分割の起点となる分割溝を形成し、分割予定ラインの延長線上にある外周余剰領域にはレーザビームを照射しないか、又は比較的パワーの弱いレーザビームを照射するので、外周余剰領域を適度の強度に保つことができる。
従って、直径１５０ｍｍ程度の大径ウエーハの分割予定ラインに分割の起点となる分割溝（レーザ加工溝）が形成されても、レーザ加工装置からウエーハを搬出する際、又は分割装置までウエーハを搬送する際にウエーハが割れることを防止することができる。
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、本発明のウエーハの加工方法を実施するのに適したレーザ加工装置２の概略構成図を示している。レーザ加工装置２は、静止基台４上にＸ軸方向に移動可能に搭載された第１スライドブロック６を含んでいる。
第１スライドブロック６は、ボールねじ８及びパルスモータ１０から構成される加工送り手段１２により一対のガイドレール１４に沿って加工送り方向、すなわちＸ軸方向に移動される。
第１スライドブロック６上には第２スライドブロック１６がＹ軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、第２スライドブロック１６はボールねじ１８及びパルスモータ２０から構成される割り出し送り手段２２により一対のガイドレール２４に沿って割り出し方向、すなわちＹ軸方向に移動される。
第２スライドブロック１６上には円筒支持部材２６を介してチャックテーブル２８が搭載されており、チャックテーブル２８は加工送り手段１２及び割り出し送り手段２２によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。チャックテーブル２８には、チャックテーブル２８に吸引保持されたウエーハをクランプするクランプ３０が設けられている。
静止基台４にはコラム３２が立設されており、このコラム３２にはレーザビーム照射ユニット３４を収容するケーシング３５が取り付けられている。レーザビーム照射ユニット３４は、図２に示すように、ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザを発振するレーザ発振器６２と、繰り返し周波数設定手段６４と、パルス幅調整手段６６と、エネルギー調整手段６８とを含んでいる。
レーザビーム照射ユニット３４のエネルギー調整手段６８により所定エネルギーに調整されたパルスレーザビームは、ケーシング３５の先端に取り付けられた集光器３６のミラー７０で反射され、更に集光用対物レンズ７２によって集光されてチャックテーブル２８に保持されているウエーハ１１に照射される。
ケーシング３５の先端部には、集光器３６とＸ軸方向に整列してレーザ加工すべき加工領域を検出する撮像手段３８が配設されている。撮像手段３８は、可視光によって半導体ウエーハの加工領域を撮像する通常のＣＣＤ等の撮像素子を含んでいる。
撮像手段３８は更に、半導体ウエーハに赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、この光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する赤外線ＣＣＤ等の赤外線撮像素子から構成される赤外線撮像手段を含んでおり、撮像した画像信号はコントローラ（制御手段）４０に送信される。
コントローラ４０はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）４２と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）４４と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４６と、カウンタ４８と、入力インターフェイス５０と、出力インターフェイス５２とを備えている。
５６は案内レール１４に沿って配設されたリニアスケール５４と、第１スライドブロック６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出手段であり、加工送り量検出手段５６の検出信号はコントローラ４０の入力エンターフェイス５０に入力される。
６０はガイドレール２４に沿って配設されたリニアスケール５８と第２スライドブロック１６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出手段であり、割り出し送り量検出手段６０の検出信号はコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。
撮像手段３８で撮像した画像信号もコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。一方、コントローラ４０の出力インターフェイス５２からはパルスモータ１０、パルスモータ２０、レーザビーム照射ユニット３４等に制御信号が出力される。
図３を参照すると、本発明の加工方法の加工対象となる光デバイスウエーハ１１の表面側斜視図が示されている。光デバイスウエーハ１１は、サファイア基板１７上に窒化ガリウム（ＧａＮ）等のエピタキシャル層（半導体層）１５が積層されて構成されている。光デバイスウエーハ１１は、エピタキシャル層１５が積層された表面１１ａと、サファイア基板１７が露出した裏面１１ｂとを有している。
サファイア基板１７は例えば１００μｍの厚みを有しており、エピタキシャル層１５は例えば５μｍの厚みを有している。エピタキシャル層１５にＬＥＤ等の複数の光デバイス１９が格子状に形成された分割予定ライン（ストリート）１７によって区画されて形成されている。光デバイスウエーハ１１は、複数の光デバイス１９が形成されたデバイス領域２１と、デバイス領域２１を囲繞する外周余剰領域２３とをその表面に有している。
光デバイスウエーハ１１にレーザ加工を施すのにあたり、図４に示すように、光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂが粘着テープであるダイシングテープＴに貼着され、ダイシングテープＴの外周部は環状フレームＦに貼着される。
これにより、光デバイスウエーハ１１はダイシングテープＴを介して環状フレームＦに支持された状態となり、レーザ加工時には、光デバイスウエーハ１１がダイシングテープＴを介してチャックテーブル２８に吸引保持され、クランプ３０により環状フレームＦがクランプされて固定される。
本発明のウエーハの加工方法では、まず、撮像手段３８で光デバイスウエーハ１１の加工領域を撮像して、レーザビームを照射するレーザビーム照射ユニット３４の集光器３６と第１の方向に伸長するストリート１７との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、レーザビーム照射位置のアライメントを実施する。次いで、チャックテーブル２８を９０度回転して、第１の方向に直交する第２の方向に伸長するストリート１７と集光器２８とのアライメントを実施する。
アライメント工程実施後、図４に示すように、光デバイスウエーハ１１のデバイス領域２１の分割予定ライン１７に、光デバイスウエーハ１１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し、チャックテーブル２８を矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動させ、第１の方向に伸長するデバイス領域２１の分割予定ライン１７に沿って分割溝（レーザ加工溝）２５を形成する。
集光器３６を割り出し送りしながら、第１の方向に伸長するデバイス領域２１の全ての分割予定ライン１７に沿って同様な分割溝２５を形成する。次いで、チャックテーブル２８を９０度回転してから、第２の方向に伸長するデバイス領域２１の全ての分割予定ライン１７に沿って同様なパルスレーザビームを照射して、分割溝２５を形成する。図５を参照すると、デバイス領域２１の全ての分割予定ライン１７に沿って分割溝２５が形成された状態の光デバイスウエーハ１１の斜視図が示されている。
本発明第２実施形態の分割溝形成工程では、図６に示すように、デバイス領域２１の分割予定ライン１７には比較的強い第１のパワーのレーザビームを照射して第１の分割溝２５を形成する。そして、分割予定ライン１７の延長線上の外周余剰領域２３には第１のパワーより弱い第２のパワーのレーザビームを照射して第２の分割溝２７を形成する。
図６は、デバイス領域２１の全ての分割予定ライン１７には第１の分割溝２５が形成され、外周余剰領域２３には第１の分割溝２５に連続する第２の分割溝２７が形成された状態の斜視図を示している。第２実施形態の分割溝形成工程の具体例は、例えば以下の通りである。
直径１５０ｍｍ、厚さ１００μｍの光デバイスウエーハに以下のレーザ加工条件でレーザ加工を施した。
（ａ）第１の分割溝形成条件
光源 ：ＹＡＧパルスレーザ
波長 ：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザの第３高調波）
平均出力 ：１．５Ｗ
加工深さ ：３０μｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
スポット径 ：５μｍ
送り速度 ：１５０ｍｍ／ｓ
光源 ：ＹＡＧパルスレーザ
波長 ：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザの第３高調波）
平均出力 ：１．５Ｗ
加工深さ ：３０μｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
スポット径 ：５μｍ
送り速度 ：１５０ｍｍ／ｓ
（ｂ）第２の分割溝形成条件
光源 ：ＹＡＧパルスレーザ
波長 ：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザの第３高調波）
平均出力 ：０．５Ｗ
加工深さ ：１０μｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
スポット径 ：５μｍ
送り速度 ：１５０ｍｍ／ｓ
光源 ：ＹＡＧパルスレーザ
波長 ：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザの第３高調波）
平均出力 ：０．５Ｗ
加工深さ ：１０μｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
スポット径 ：５μｍ
送り速度 ：１５０ｍｍ／ｓ
実施例１と同一条件の光デバイスウエーハに対して以下のレーザ加工条件でレーザ加工を施した。
（ａ）第１の分割溝形成条件
光源 ：ＹＡＧパルスレーザ
波長 ：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザの第３高調波）
平均出力 ：１．５Ｗ
加工深さ ：３０μｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
スポット径 ：５μｍ
送り速度 ：１５０ｍｍ／ｓ
光源 ：ＹＡＧパルスレーザ
波長 ：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザの第３高調波）
平均出力 ：１．５Ｗ
加工深さ ：３０μｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
スポット径 ：５μｍ
送り速度 ：１５０ｍｍ／ｓ
（ｂ）第２の分割溝形成条件
光源 ：ＹＡＧパルスレーザ
波長 ：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザの第３高調波）
平均出力 ：１．５Ｗ
加工深さ ：１０μｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
スポット径 ：５μｍ
送り速度 ：３５０ｍｍ／ｓ
光源 ：ＹＡＧパルスレーザ
波長 ：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザの第３高調波）
平均出力 ：１．５Ｗ
加工深さ ：１０μｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
スポット径 ：５μｍ
送り速度 ：３５０ｍｍ／ｓ
第１実施形態の分割溝形成工程実施後、図７に示すように、円筒８０の載置面上に粘着テープＴを介して光デバイスウエーハ１１を支持した環状フレームＦを載置して、クランプ８２で環状フレームＦをクランプする。そして、バー形状の分割治具８４を円筒８０内に配設する。
分割治具８４は上段保持面８６ａと下段保持面８６ｂとを有しており、下段保持面８６ｂに開口する真空吸引路８８が形成されている。分割治具８４の詳細構造は、特許第４３６１５０６号公報に開示されている。
分割治具８４による分割工程を実施するには、分割治具８４の真空吸引路８８を矢印９０で示すように真空吸引しながら、分割治具８４の上段保持面８６ａ及び下段保持面８６ｂを下側から粘着テープＴに接触させて、分割治具８４を矢印Ａ方向に移動する。即ち、分割治具８４を分割しようとする分割予定ライン１７と直交する方向に移動する。
これにより、分割溝２５が分割治具８４の上段保持面８６ａの内側エッジの真上に移動すると、分割溝２５を有する分割予定ライン１７の部分に曲げ応力が集中して発生し、この曲げ応力で光デバイスウエーハ１１が分割予定ライン１７に沿って割断される。
デバイス領域２１の分割予定ライン１７の延長線上の外周余剰領域２３は分割溝を有しない未加工領域となっているが、デバイス領域２１の両端部に形成された外周余剰領域２３の幅は比較的小さいので、デバイス領域２１の分割予定ライン１７が割断されるのと同時に外周余剰領域２３も分割予定ライン１７の概略延長線に沿って割断される。尚、外周余剰領域２３にはデバイス１９が形成されていないので、外周余剰領域２３の割断はその方向性は重要ではない。
分割治具８４を矢印Ａ方向に移動しながら、第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン１７に沿って光デバイスウエーハ１１を分割する。次いで、分割治具８４を９０度回転して、或いは円筒８０を９０度回転して、第１の方向に伸長する分割予定ライン１７に直交する第２の方向に伸長する分割予定ライン１７を同様に分割する。
第２実施形態の分割溝形成工程では、デバイス領域２１には加工深さ３０μｍの第１の分割溝２５が形成され、外周余剰領域２３には加工深さ１０μｍの第２の分割溝２７が形成されている。
第２の分割溝２７はその加工深さが１０μｍで第１の分割溝２５の加工深さ３０μｍに比べて浅いが、第１の分割溝２５及び第２の分割溝２７が分割治具８４の上段保持面８６ａの内側エッジの真上に移動すると、第１の分割溝２５を有する分割予定ライン１７の部分及び分割予定ライン１７の延長線上の外周余剰領域２３の部分に曲げ応力が集中して発生し、この曲げ応力で分割予定ライン１７及びその延長線に沿って光デバイスウエーハ１１を割断することができる。
上述した実施形態においては、本発明の加工方法を光デバイスウエーハ１１に適用した例について説明したが、本発明の加工方法は光デバイスウエーハ１１に限定されるものではなく、シリコンから形成された通常の半導体ウエーハ、及び化合物半導体ウエーハ等に対しても同様に適用することができる。
上述した各実施形態では、分割溝形成工程を光デバイスウエーハ１１の表面１１ａ側からレーザビームを照射することにより実施しているが、光デバイスウエーハ１１の裏面１１ｂ側からレーザビームを照射して分割溝形成工程を実施するようにしてもよい。
Ｔ ダイシングテープ（粘着テープ）
Ｆ 環状フレーム
２ レーザ加工装置
１１ 光デバイスウエーハ
１７ 分割予定ライン（ストリート）
１９ 光デバイス
２１ デバイス領域
２３ 外周余剰領域
２５ 分割溝（第１の分割溝）
２７ 第２の分割溝
２８ チャックテーブル
３４ レーザビーム照射ユニット
３６ 集光器
８４ 分割治具
Ｆ 環状フレーム
２ レーザ加工装置
１１ 光デバイスウエーハ
１７ 分割予定ライン（ストリート）
１９ 光デバイス
２１ デバイス領域
２３ 外周余剰領域
２５ 分割溝（第１の分割溝）
２７ 第２の分割溝
２８ チャックテーブル
３４ レーザビーム照射ユニット
３６ 集光器
８４ 分割治具
Claims (2)
- 複数のデバイスが分割予定ラインによって区画されて形成されたデバイス領域と、該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを表面に有するウエーハの加工方法であって、
ウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザビームを分割予定ラインに沿って照射して分割の起点となる分割溝を形成する分割溝形成工程と、
複数の分割溝が形成されたウエーハの分割溝を有する分割予定ラインに曲げ応力を集中させてウエーハを個々のデバイスに分割する分割工程と、を具備し、
該分割溝形成工程においては、該デバイス領域の分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射して該分割溝を形成し、分割予定ラインの延長線上の該外周余剰領域にはレーザビームを照射せず未加工領域を残存させることを特徴とするウエーハの加工方法。 - 複数のデバイスが分割予定ラインによって区画されて形成されたデバイス領域と、該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを表面に有するウエーハの加工方法であって、
ウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザビームを分割予定ラインに沿って照射して分割の起点となる分割溝を形成する分割溝形成工程と、
複数の分割溝が形成されたウエーハの分割溝を有する分割予定ラインに曲げ応力を集中させてウエーハを個々のデバイスに分割する分割工程と、を具備し、
該分割溝形成工程は、該デバイス領域の分割予定ラインに第１のパワーのレーザビームを照射して第１の分割溝を形成する第１分割溝形成工程と、該デバイス領域の分割予定ラインの延長線上の該外周余剰領域に該第１のパワーより弱い第２のパワーのレーザビームを照射して第２の分割溝を形成する第２分割溝形成工程と、を含むことを特徴とするウエーハの加工方法。
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