JP6608732B2 - ウエーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウエーハの裏面を薄化加工する際に、ウエーハの表面を、該ウエーハを支持する支持基板に対面させて支持する工程を備えたウエーハの加工方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ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ウエーハは、研削装置によって裏面が研削され薄化された後、ダイシング装置によって個々のデバイスに分割され携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。

上記したウエーハを薄化する工程によってウエーハを薄化すると、その厚さは１００μｍ以下になることがあり、取扱いには慎重さが要求される。そこで、薄化した後の該ウエーハに対して、プラズマエッチング工程、電極形成工程、スパッタリングによる金属膜被覆工程等、種々の工程が施される際の補強として、あるいは、各工程に該ウエーハを搬送する際の該ウエーハの取り扱いを容易化するため、該ウエーハを薄化加工する工程の前に、薄化されたウエーハよりも剛性が高い支持基板に対面させて全面を支持させることが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照。）。

特開２００３−０７７８６９号公報 特開２００４−１８６４３０号公報

上記したように、ウエーハを剛性の高い支持基板に支持させることにより、次工程への搬送が容易になると共に、ウエーハを強固に支持することができることから、薄化する工程、及びその後に続く工程における加工品質を向上させることができる。しかし、裏面を研削して薄化する加工を行う場合は、ウエーハと支持基板とを強固に固着させる必要があるため、特許文献１、２に記載された従来技術では、接着剤によって該ウエーハを支持基板に支持させており、加工後に該支持基板からウエーハを剥離させることが容易に成し得ず、また、ウエーハの表面から接着剤を完全に除去することが困難であり、支持基板から剥離された後のウエーハから個々のデバイスに分割する際に、ウエーハの表面に残留した接着剤がデバイスの品質を低下させるという問題が生じる。

本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、ウエーハを支持基板に支持させて薄化加工後のウエーハの搬送、その後に続く加工時の取り扱いを容易にすると共に、加工後に得られるデバイスの品質の低下を招かない加工方法を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、複数のデバイスが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備えたウエーハの加工方法であって、ウエーハの表面を支持基板で支持するウエーハ支持工程と、該ウエーハ、または該支持基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点をウエーハの外周余剰領域で且つウエーハと支持基板との界面に位置付けて照射することにより、該ウエーハと該支持基板とをリング状に溶接する溶接工程と、被加工物を保持する保持手段に該支持基板側を位置付けて保持し、該ウエーハの裏面に薄化加工を施す薄化工程と、該ウエーハ、または該支持基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を該リング状に溶接された領域に位置付けて照射し、該溶接された領域を破壊してウエーハと支持基板とを分離する分離工程と、を含むウエーハの加工方法が提供される。

該分離工程において使用されるレーザー光線のパワーは、該溶接工程で使用したレーザー光線のパワーに対して、２〜３倍のパワーとなるように設定されるのが好ましく、また、該薄化工程の後、該ウエーハの裏面に対して薄化加工以外の加工を施す加工工程を含むことができる。

本発明のウエーハの加工方法は、ウエーハの表面を支持基板で支持するウエーハ支持工程と、該ウエーハ、または該支持基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点をウエーハの外周余剰領域で且つウエーハと支持基板との界面に位置付けて照射することにより、該ウエーハと該支持基板とをリング状に溶接する溶接工程と、被加工物を保持する保持手段に該支持基板側を位置付けて保持し、該ウエーハの裏面に薄化加工を施す薄化工程と、該ウエーハ、または該支持基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を該リング状に溶接された領域に位置付けて照射し、該溶接された領域を破壊してウエーハと支持基板とを分離する分離工程とを含み構成されることから、支持基板をウエーハの表面から除去しても接着剤等がウエーハの表面に残留することがなく、デバイスの品質を低下させることがない、という作用効果を奏することができる。

本発明において実施されるウエーハ支持工程を説明するための説明図。 本発明において実施される溶接工程を説明するための説明図。 本発明において実施される薄化加工を施す薄化工程を説明するための説明図。 本発明の薄化工程の後に実施される加工工程を説明するための説明図。 本発明において実施される分離工程を説明するための説明図。

以下、本発明によるウエーハの加工方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１には、本発明に基づき加工される、複数のデバイス２１が分割予定ラインによって区画された表面に形成された円板状のシリコンウエーハ２と、シリコンウエーハ２の表面２０ａ側を支持する支持基板１０が示されている。シリコンウエーハ２は、複数のデバイス２１が形成された中心側のデバイス領域と、そのデバイス形成領域を囲う外周側にデバイス２１が形成されない外周余剰領域とにより構成されている。支持基板１０は、後述する薄化工程により薄化された状態のシリコンウエーハ２よりも剛性を有する材質で構成されることが好ましく、例えば、ガラスで形成されている。支持基板１０は、シリコンウエーハ２と略同一形状をなすように形成されるが、シリコンウエーハ２に対して若干大きめ(例えば、直径で１〜２ｍｍ程度）に形成されていてもよい。シリコンウエーハ２と、支持基板１０とを用意したならば、シリコンウエーハ２のデバイス２１が形成された表面２０ａ側に対して支持基板１０を圧着させることにより、仮に一体化した状態とする（ウエーハ支持工程）。

該ウエーハ支持工程を実施したならば、支持基板１０に支持されたシリコンウエーハ２を、図２に示すレーザー溶接装置５に送り、チャックテーブル３に載置して図示しない吸引手段を作動して吸引保持する。レーザー溶接装置５にシリコンウエーハ２を載置する場合、シリコンウエーハ２側をチャックテーブル３に載置（図２（ａ）を参照）してもよいし、支持基板１０側をチャックテーブル３に載置（図２（ｂ）を参照）してもよいが、本実施形態では、シリコンウエーハ２側をチャックテーブル３に載置し、すなわち、支持基板１０側を上側になるように載置した場合を例にとり、以下説明する。

図２に示すレーザー溶接装置５は、集光レンズ等から構成される集光器５１を備えたレーザー光線照射手段（全体の図示は省略する）を備えており、該レーザー光線照射手段に備えられたパルスレーザー発振器から発振されたレーザー光線を、集光器５１により集光させてチャックテーブル３に保持された被加工物に向けて照射可能に構成されている。チャックテーブル３は、図示しない移動手段により、集光器５１に対して水平方向における所望の位置に移動可能に構成されていると共に、図２の矢印で示す方向に回転させることが可能になっている。なお、レーザー溶接装置５は、周知のレーザー加工装置の構成をそのまま利用することができ、本発明の要部を構成しないことから、その他の詳細な説明は省略する。

チャックテーブル３上にシリコンウエーハ２を載置したならば、集光器５１から照射されるレーザー光線の集光点がシリコンウエーハ２の外周余剰領域で且つ支持基板１０と、シリコンウエーハ２との界面に位置付けられるように、チャックテーブル３の水平位置と集光点の高さ位置を調整する。なお、詳細な説明は省略するが、該集光点をシリコンウエーハ２上に位置付ける前に、該レーザー溶接装置５に備えられた図示しない撮像手段により該シリコンウエーハ２の所定の位置と、該集光点の相対的な位置関係を関連付けるアライメント工程が実行される。

アライメント工程が実施され、集光器５１により照射されるレーザー光線の集光点がシリコンウエーハ２の外周余剰領域における支持基板１０とシリコンウエーハ２との界面に位置付けられたならば、図２（ａ）に示すように、レーザー光線照射手段を作動させて、レーザー光線ＬＢを照射すると共に、チャックテーブル３を図示しない回転駆動手段により図中の矢印方向に回転させて加工送りしながら、該レーザー光線の集光点が位置付けられた該界面を溶融再固化させて溶接部１００を形成する（外周余剰領域の要部断面を図２（ｃ）に示す）。こうしてシリコンウエーハ２と、支持基板１０とは外周余剰領域にリング状に溶接部１００が形成されて強固に溶接接合される（溶接工程）。

照射されるレーザー光線の波長は、上側に配置される支持基板１０を透過する波長が選択される。また、照射されるレーザー光線のパワーは、レーザー光線が照射される両部材を完全に破壊するものではなく、両部材を溶融させると共に、照射後には固化して両部材を固着させる程度の比較的低い出力が選択される。なお、支持基板１０側をチャックテーブル３に載置する場合は、図２（ｂ）、および図２（ｃ）にカッコを用いて示すように、シリコンウエーハ２が上方に位置し、レーザー光線は、シリコンウエーハ２側から照射される。
レーザー光線による溶接加工を実施する際の照射条件は、例えば、以下のように設定される。

波長 ：５３２〜１５５０ｎｍ（支持基板１０側から照射する場合）
または、１０６４〜３０００ｎｍ（シリコンウエーハ２側から照射する場合）
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
平均出力 ：１Ｗ
パワー／１パルス：２０μＪ
スポット径 ：φ２０μｍ
送り速度 ：１００ｍｍ／秒
重なり率 ：９０％

該溶接工程が実施されたならば、該支持基板１０に支持されたシリコンウエーハ２をチャックテーブル３から取り出し、図３に示す薄化工程を実施する研削装置６に運ぶ。研削装置６は、被加工物を保持する保持手段としてのチャックテーブル６１と、該チャックテーブル６１に保持された被加工物を研削して薄化する研削手段６４を備えている。チャックテーブル６１は、上面に被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない回転駆動機構によって、図３の矢印６１ａで示す方向に回転させられる。研削手段６４は、図示しない回転駆動機構により回転させられる回転スピンドル６２と、該回転スピンドル６２の下端に装着されたマウンター６３と、該マウンター６３の下面に取り付けられた円環状の基台６５と、該基台６５の下面に環状に装着された研削砥石６６からなる研削ホイールを備えている。なお、当該研削装置６も、周知の研削装置を利用するものであり、研削装置の詳細は発明の要部を形成するものではないため、その余の構成については説明を省略する。

研削装置６に運ばれたシリコンウエーハ２は、チャックテーブル６１上に支持基板１０側を下にして載置され、図示しない吸引手段を作動させて、吸引保持される。従って、チャックテーブル６１上に保持されたシリコンウエーハ２は、裏面が上側となっている。このように、チャックテーブル６１上に支持基板１０側を吸引保持したならば、チャックテーブル６１を矢印６１ａで示す方向に例えば３００ｒｐｍで回転させつつ、研削手段６４の研削ホイールを矢印６４ａで示す方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させる。そして、図３に示すように、研削砥石６６を被加工面であるシリコンウエーハ２の裏面に接触させて、研削ホイールを例えば１μｍ／秒の研削送り速度で下方（チャックテーブル６１の保持面に対して垂直な方向）に向けて、研削送りする。この結果、シリコンウエーハ２の裏面が研削されてシリコンウエーハ２が薄化され、所定の厚み(例えば３０μｍ）に形成される（薄化工程）。

上記したように、薄化工程が実施されたならば、該シリコンウエーハ２は、適宜設定される次の加工工程に運ばれる。次の加工工程としては、種々の加工を選択することができるが、該薄化工程を経たシリコンウエーハ２に貫通電極を形成する電極形成工程を例にとり簡単に説明する。

上記電極形成工程は、図４（ａ）に示すレーザー加工装置７によって実施される。該レーザー加工装置７は、集光レンズ等から構成される集光器７１を備えたレーザー光線照射手段（全体の図示は省略する）を備えており、該レーザー光線照射手段に備えられたパルスレーザー発振器から発振されたレーザー光線を、集光器７１により集光させて被加工物に向けて照射可能に構成されている。支持基板１０に強固に支持されたシリコンウエーハ２をレーザー加工装置７の図示しないチャックテーブルに載置し、吸引保持する。そして、アライメント工程等を経て、レーザー光線照射手段の集光器７１からレーザー光線を照射し、シリコンウエーハ２の裏面から表面側に形成されたデバイス２１に連通する貫通電極を形成する。そして、デバイス２１の図示しない電極に連通する電極埋設用のビアホールをレーザー光線の照射により穿孔し、このビアホールの外周面に絶縁膜を形成した後、該ビアホールに貫通電極を埋設して電極形成工程が完了する。本実施形態では、薄化工程においてシリコンウエーハ２の厚みが３０μｍと極めて薄く形成されるが、剛性の高い支持基板１０より支持されているため、湾曲等することなく、薄化工程、及びその次の加工工程も良好に実施される。

上記した薄化工程の次に実施される加工工程としては、電極形成工程に替えて、図４（ｂ）に示すようなプラズマエッチング工程を選択することもできる。

該プラズマエッチング工程を実施するためには、先ず、薄化工程を経て薄化されたシリコンウエーハ２を、プラズマエッチング装置８の図示しない平面電極（カソード）側に支持基板１０を下方にして載置する。該平面電極上に支持されたシリコンウエーハ２の上方で、該平面電極と対面する位置には、対向電極８０（アノード）が配置されており、該対向電極８０、該平面電極、該シリコンウエーハ２を含む領域は、図示しないエッチング室内に収容され、該エッチング室内にエッチングガスが供給されるように構成される。

プラズマエッチング装置８の該エッチング室内の該平面電極上にシリコンウエーハ２を載置したならば、図示しないＲＦ（Radio Frequency）発振器により、該対向電極８０と、平面電極との間に高周波電圧が印加される。該対向電極８０と、該平面電極との間に高周波電圧が印加されると、両電極間にはプラズマが発生する。このプラズマ中に発生する活性ガスであるプラスイオンが平面電極側に引かれ、その作用により、シリコンウエーハ２の裏面側においてレジスト膜が形成されていない部位に対してエッチングが施される。こうして、薄化工程の次工程として、プラズマエッチング工程を良好に実施することができる。

さらに、図示は省略するが、該薄化工程の後に実施する加工工程としては、シリコンウエーハ２の裏面上に金属膜を被覆させるためのスパッタリング工程を実施することも可能である。スパッタリング工程を実施するスパッタ装置は、スパッタチャンバー内に配設され支持基板１０側を保持する陽極となる静電吸着式の保持テーブルと、該保持テーブルと対向して配設され積層する金属からなるターゲットが取付けられる陰極と、ターゲットを励磁する励磁手段と、該陰極に高周波電圧を印加する高周波電源からなっている。該スパッタ装置においては、該保持テーブル上に静電吸着保持されたシリコンウエーハ２の裏面が該ターゲットに対向するように載置され、該陰極に対して高周波電圧を印加すると共に、該スパッタチャンバー内を減圧してアルゴンガスを導入し、プラズマを発生させる。そして、プラズマ中のアルゴンガスが該陰極に取り付けられた金属（例えば、金、銀、アルミニウム等）に衝突し、該衝突によって飛散する金属粒子がシリコンウエーハ２の裏面に堆積させられ、金属膜が被覆される。以上でスパッタリング工程が終了する。

該薄化工程の後に実施される加工工程が完了した後、シリコンウエーハ２と支持基板１０とを分離する分離工程を実施する。図５を用いてその分離工程について説明する。先ず、シリコンウエーハ２と支持基板１０とを溶接したレーザー溶接装置５のチャックテーブル３に、加工後の前記シリコンウエーハ２を載置する。両者を溶接した場合と同様に、チャックテーブル３上には、シリコンウエーハ２を下側にし、すなわち、支持基板１０側を上側にして載置し、図示しない吸引保持手段を作動させて吸引保持する。

シリコンウエーハ２を吸引保持したならば、溶接時と同様に、アライメント工程等を実施し、集光器５１により照射されるレーザー光線の集光点が、シリコンウエーハ２の外周余剰領域における支持基板１０とシリコンウエーハ２との界面であって、前記した溶接部１００が形成された位置になるように位置付ける。そして、レーザー光線照射手段を作動させて、レーザー光線ＬＢを照射すると共に、チャックテーブル３を図示しない回転駆動手段により図中の矢印方向に回転させて加工送りしながら、溶接部１００が形成された位置に対してレーザー光線を照射し、溶接部１００を破壊し、破壊部１００´を形成する（外周余剰領域の要部断面を図５（ｃ）に示す）。こうしてシリコンウエーハ２と、支持基板１０との界面において、両者を固定していた溶接部１００が破壊され、リング状に破壊部１００´が形成されることで、シリコンウエーハ２と、支持基板１０との接合状態が解除され、図５（ｄ）に示すように、容易にシリコンウエーハ２から、支持基板１０を分離させることができる。以上により、分離工程が完了する。

なお、上記した分離工程においても、図５（ｂ）に示すように、シリコンウエーハ２側をチャックテーブル３に保持させることに替えて、支持基板１０側を下側に向けて、チャックテーブル３に保持することができる。ただし、シリコンウエーハ２と、支持基板１０とでは、透過するレーザー光線の波長領域が異なる場合があり、溶接工程時においてチャックテーブルに載置した向きと同様にすれば、波長を変更する必要がないため、同一の向きで保持させることが好ましい。

なお、該分離工程における、レーザー光線照射手段５の集光器５１から照射されるレーザー光線の照射条件は以下のように設定される。

波長 ：５３２〜１５５０ｎｍ（支持基板１０側から照射する場合）
または、１０６４〜３０００ｎｍ（シリコンウエーハ２側から照射する場合）
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
平均出力 ：３Ｗ
パワー／１パルス：６０μＪ
スポット径 ：φ２０μｍ
送り速度 ：１００ｍｍ／秒
重なり率 ：９０％

上記したように、シリコンウエーハ２と、支持基板１０とを分離するために照射されるレーザー光線は、溶接工程時におけるレーザー光線の出力よりも大きい値が設定され、例えば、２〜３倍の出力に設定されることが好ましい。このようにすることで、シリコンウエーハ２と、支持基板１０との界面において、集光点位置が、単に溶融し再固化してしまい、結果として溶接状態が維持されることを防止することができる。

そして、本発明によれば、溶接工程、分離工程を、ウエーハ上に形成されたデバイス領域を避けて、デバイス等が形成されていない外周余剰領域に対して実施するので、分離工程後に個々のデバイスに分離した場合に、各デバイスの表面に接着剤が残留して品質が低下する等の問題が全く発生しない。

なお、本発明は、本実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、支持基板をガラスで形成したが、他にも、シリコン、アルミニウム等を支持基板として採用することができる。また、本実施形態では、ウエーハ、または支持基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点をウエーハの外周余剰領域で且つウエーハと支持基板との界面に位置付けて照射することにより、該ウエーハと該支持基板とをリング状に溶接するようにしたが、当該「リング状に溶接」するとは、必ずしも周方向に隙間なく連続して溶接することに限定されず、そのウエーハのデバイス領域を囲う外周余剰領域に対して溶接部を形成するものであれば、その一部が連続せず、溶接部が断続的に形成されたリング形状であってもよい。

２：シリコンウエーハ
３：チャックテーブル
５：レーザー溶接装置
６：研削装置
７：レーザー加工装置
８：スパッタ装置
１０：支持基板
２１：デバイス
１００：溶接部
１００´：破壊部

Claims (3)

1. 複数のデバイスが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備えたウエーハの加工方法であって、
   ウエーハの表面を支持基板で支持するウエーハ支持工程と、
   該ウエーハ、または該支持基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点をウエーハの外周余剰領域で且つウエーハと支持基板との界面に位置付けて照射することにより、該ウエーハと該支持基板とをリング状に溶接する溶接工程と、
   被加工物を保持する保持手段に該支持基板側を位置付けて保持し、該ウエーハの裏面に薄化加工を施す薄化工程と、
   該ウエーハ、または該支持基板に対して透過性を有する波長のレーザー光線の集光点を該リング状に溶接された領域に位置付けて照射し、該溶接された領域を破壊してウエーハと支持基板とを分離する分離工程と、
   を含むウエーハの加工方法。
2. 該分離工程において使用されるレーザー光線のパワーを、該溶接工程で使用したレーザー光線のパワーに対して、２〜３倍のパワーとなるように設定する請求項１に記載のウエーハの加工方法。
3. 該薄化工程の後、該ウエーハの裏面に対して薄化加工以外の加工を施す加工工程が含まれる請求項１、又は２に記載のウエーハの加工方法。