JP5288785B2 - ウェーハ加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハにレーザ光線を照射して溝加工などを施すウェーハの加工装置に関する。

半導体ウェーハは、表面に格子状の分割予定ラインによって多数の矩形領域が区画され、これら矩形領域の表面にＩＣやＬＳＩ等の電子回路を形成し、次いで裏面を研削して所望の厚さに加工される。この後、ウェーハを、全ての分割予定ラインに沿って切断することで、携帯電話などの電子機器に利用されるデバイスが得られる。

ウェーハを個片化してデバイスを得る方法としては、ウェーハを、ウェーハの厚さ分切り込んで個片化する方法（フルカット）や、デバイスの仕上がり厚さに相当する所定の深さの溝をウェーハに形成してからウェーハを研削してウェーハを個片化する方法（ＤＢＧ：Dicing Before Grinding）などがある。フルカットの場合では、デバイスの分散を防止するために、リング状のフレームの内側にフレームに粘着される粘着テープを介してウェーハが保持される。しかしながら、フレームと粘着テープを使用してウェーハを保持すると、フレームと粘着テープを剥がす必要があり煩雑である。一方、ＤＢＧで溝がウェーハに形成されたときは、ウェーハが個片化されず一体の状態である。このため、ＤＢＧで溝を形成するときには、フレームや粘着テープを使用しなくても良い。しかしながら、粘着テープとフレームを使用しないで溝を形成すると、溝の形成によって発生する加工屑が、加工時にウェーハを保持する真空吸着式のチャックテーブルの吸着面に付着するおそれがある。加工屑が吸着面に付着した状態で次のウェーハを吸着面に吸着すると、ウェーハと吸着面の間に加工屑が挟み込まれた状態でウェーハが保持されてしまい、ウェーハに割れが発生するといった問題が生じるおそれがある。

そこで、吸着面を洗浄するチャックテーブル洗浄手段を用いて吸着面に付着した加工屑を除去するといった方策が考えられる。このチャックテーブル洗浄手段としては、洗浄水を吸着面に噴射し、ブラシを回転させて吸着面に付着した加工屑を除去するというものがある。これにより、加工屑が吸着面に付着しても除去することができ、ウェーハの破損を抑えることができる（特許文献１参照）。

特開２００５−５１０９４号公報

上記特許文献では、切削ブレードを用いてウェーハの分割予定ラインに沿って溝が形成されるが、レーザ光線を分割予定ラインに沿って照射し、アブレーションと呼ばれる熱蒸散現象によりウェーハに溝を形成する方法もある。このレーザ光線による方法では、チャックテーブルの吸着面にアブレーションで生じた加工屑が付着していると、ウェーハに割れが生じるといった問題の他に、レーザ光線の集光レンズとウェーハの距離が変化してしまい、レーザ光線の焦点が所望の位置から外れるといった問題が発生するおそれがある。

また、レーザ光線による方法はドライプロセスであるため、上記特許文献のチャックテーブル洗浄手段のような洗浄水を用いてチャックテーブルの吸着面を洗浄することは好ましくない。したがって、レーザ光線によって溝を形成する方法では、チャックテーブルを覆って該チャックテーブルへの加工屑の付着を防ぐ機能を有するフレームや粘着テープを使用することが必要であったが、この場合では、フレームと粘着テープを貼着したり剥離する必要があり煩雑である。

よって本発明は、レーザ光線を使用してウェーハに溝を形成するウェーハの加工装置において、ウェーハをフレームや粘着テープを使用せずに加工装置の保持手段に保持し、溝形成後の保持手段の吸着面に加工屑が付着することを効果的に防止することができるウェーハ加工装置を提供することを目的とする。

本発明は、分割予定ラインによって区画された複数のデバイス領域が形成されたウェーハを保持する保持手段と、ウェーハの分割予定ラインに沿ってレーザ光線を照射してウェーハに加工を施す加工手段とを少なくとも備えたウェーハ加工装置であって、保持手段は、ウェーハが載置されるとともに、載置されたウェーハを吸引して保持する略水平な吸着面を有する保持領域と、保持領域の周囲に配設される枠体とを具備し、枠体の大きさは、ウェーハの大きさより小さく設定され、枠体はセラミックスからなり、枠体の表面は、保持手段の吸着面と同一平面をなして形成され、枠体の周囲には、金属からなるベース部材が配設され、ベース部材の表面は、保持領域に載置、保持されたウェーハと接触しないように、保持手段の吸着面よりもウェーハの吸着方向に位置付けられて形成されており、保持手段の大きさは、ウェーハを載置した際に少なくとも保持領域と枠体がウェーハに覆われる大きさに設定されることを特徴としている。

本発明では、保持手段に保持されたウェーハは、ウェーハの端縁と枠体の端縁が一致する状態か、もしくは、ウェーハの端縁が枠体の端縁からはみ出た状態で保持される。このような状態でレーザ光線を分割ライン沿って照射すると、加工屑がウェーハの表面には落下するが、ウェーハによって覆われている保持手段の表面には落下しない。このため、ウェーハを取り外すと同時に加工屑が除去され、加工屑が保持手段の表面に付着しない。この結果、次のウェーハを保持手段の吸着面に保持しても、ウェーハと保持手段の間に加工屑が挟み込まれることはない。また、従来のようにチャックテーブル洗浄手段などの洗浄装置を追加する必要がなく、また、フレームや粘着テープを使用する必要もないため、作業効率が向上するとともに、コストの低減が図られる。また、本発明では、洗浄水を使用しないため、加工屑が混入した廃水が出ない。このため、環境面にも有効である。

従来の切断ブレードによる加工では、本発明のように枠体からはみ出してウェーハを保持し分割予定ラインに沿って加工を施すと、ウェーハに加工負荷が掛かり、ウェーハの端縁付近に欠けやばりであるチッピングが発生するおそれがあった。しかしながら、レーザ光線による加工では、ウェーハに比較的加工負荷がかからないため、上記のようにウェーハがはみ出てもチッピングが発生することなくウェーハを加工することができる。

本発明のように、ウェーハが粘着テープなどを介さずに直接保持手段に保持される場合では、ウェーハと接触する領域が金属で形成されていると、その金属から汚染を受けることによってウェーハの特性が変化してしまうおそれがある。また、ベース部材をセラミックスで形成すると、コストが高くなる。本発明の保持手段では、保持領域の周囲に配設されるものの中でウェーハと接触する枠体のみがセラミックスで形成されることで、金属汚染が防止されるとともに、コストの低減が図られる。

本発明によれば、保持手段の大きさをウェーハを載置した際に少なくとも保持領域と枠体がウェーハに覆われる大きさにすることで、保持手段にウェーハを直接保持してレーザ光線で溝を形成しても、保持手段の吸着面や枠体の表面に加工屑が付着しない。この結果、ウェーハと吸着面の間に加工屑が挟み込まれることなくウェーハが保持され、ウェーハの割れやレーザ光線の位置ずれを防止することができるといった効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明に係る一実施形態を説明する。
［１］半導体ウェーハ
図１の符号１は、円盤状の半導体ウェーハを示している。このウェーハ１はシリコンウェーハ等である。ウェーハ１の表面１ａには、格子状の分割予定ライン２によって複数の矩形状の半導体チップ（デバイス）３が区画されている。これら半導体チップ３の表面には、ＩＣやＬＳＩ等の図示せぬ電子回路が形成されている。

複数の半導体チップ３は、ウェーハ１と同心の概ね円形状のデバイス形成領域４に形成されている。デバイス形成領域４はウェーハ１の大部分を占めており、このデバイス形成領域４の周囲であってウェーハ１の外周部は、半導体チップ３が形成されない環状の外周余剰領域５とされている。また、ウェーハ１の外周面の所定箇所には、半導体の結晶方位を示すＶ字状の切欠き（ノッチ）６が形成されている。このノッチ６は、外周余剰領域５内に形成されている。

ウェーハ１は、分割予定ライン２に沿ってデバイスの仕上がり厚さに相当する所定の深さの溝が形成される。このような加工をするにあたり、半導体チップ３が形成された表面１ａ全面に、保護膜７が塗布される。保護膜７は、溝の形成時に発生する加工屑がウェーハ１の表面１ａに付着することを防止するために、スピンコートなどの方法により表面１ａに塗布される。保護膜７は、例えば、水溶性レジストなどの水で容易に除去できるものが好適に用いられる。ウェーハ１は、溝の形成の際には、表面１ａを露出させるために裏面１ｂを図２に示すダイシング装置１０の保持手段２０に合わせて載置する。溝が形成されたウェーハ１は、ウェーハ１の裏面１ｂが研削されて、デバイスに個片化される。

［２］ダイシング装置
次に、図２を参照してレーザ式のダイシング装置１０の構成ならびに動作を説明する。
ウェーハ１は、ダイシング装置１０が備える水平な保持手段２０上に保持される。保持手段２０の上方には、レーザ光線を垂直下向きに照射するレーザヘッド５０が配設されている。保持手段２０は、装置１０の基台１１上において水平なＸ軸方向およびＹ軸方向に移動自在に設けられたＸＹ移動テーブル１２に設置されており、このＸＹ移動テーブル１２がＸ軸方向やＹ軸方向に移動することにより、レーザヘッド５０から分割予定ライン２にレーザ光線が照射される。

ＸＹ移動テーブル１２は、基台１１上にＸ軸方向に移動自在に設けられたＸ軸ベース３０と、このＸ軸ベース３０上にＹ軸方向に移動自在に設けられたＹ軸ベース４０との組み合わせで構成されている。Ｘ軸ベース３０は、基台１１上に固定されたＸ軸方向に延びる一対の平行なガイドレール３１に摺動自在に取り付けられており、モータ３２でボールねじ３３を作動させるＸ軸駆動機構３４によってＸ軸方向に移動させられる。一方、Ｙ軸ベース４０は、Ｘ軸ベース３０上に固定されたＹ軸方向に延びる一対の平行なガイドレール４１に摺動自在に取り付けられており、モータ４２でボールねじ４３を作動させるＹ軸駆動機構４４によってＹ軸方向に移動させられる。

保持手段２０は、ウェーハ１の保護膜７が露出する状態にウェーハ１を保持する円盤状のウェーハ保持部２１と、ウェーハ保持部２１の周囲に配設される基台部２２とから構成されている。保持手段２０は、円筒状の支持台４５を介してＹ軸ベース４０上に回転自在に支持されており、図示せぬ回転駆動機構によって一方向または両方向に回転させられる。そして保持手段２０は、Ｘ軸ベース３０およびＹ軸ベース４０の移動に伴って、Ｘ軸方向やＹ軸方向に移動させられる。なお、保持手段２０は、本発明に係るものであり後に詳述する。

保持手段２０上に保持されたウェーハ１は、保持手段２０を回転させることにより、一方向に延びる各分割予定ライン２がＸ軸方向と平行とされ、これに直交する他方向に延びる各分割予定ライン２がＹ軸方向と平行とされ、その状態が、保持手段２０が停止することで固定される。そしてこの状態を保持して、ＸＹ移動テーブル１２のＸ軸ベース３０とＹ軸ベース４０とを適宜に移動させながら、レーザ光線がレーザヘッド５０からウェーハ１の分割予定ライン２に沿って照射される。一実施形態では、分割予定ライン２の直下にレーザ光線の焦点位置を設定し、その焦点位置に溝を形成する。

レーザヘッド５０は保持手段２０上に向かってＹ軸方向に延びるケーシング５１の保持手段側の端面５１ａに設けられている。このケーシング５１は、基台１１の上面に立設されたコラム１３に、鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って上下動自在に設けられており、コラム１３内に収容された図示せぬ上下駆動機構によって上下動させられる。

レーザヘッド５０には、ＹＡＧレーザ発振器、あるいはＹＶＯ４レーザ発振器からなるパルスレーザ発振器が接続されており、このレーザ発振器で発振されたレーザが、レーザヘッド５０から鉛直下向きにレーザ光線として照射されるようになっている。

レーザヘッド５０からのレーザ光線の照射位置は、ケーシング５１の端面５１ａにレーザヘッド５０と並んで取り付けられた顕微鏡５２の撮像に基づいて制御される。この顕微鏡５２は、ケーシング５１の上下動に伴いレーザヘッド５０とともに上下動して焦点調整がなされる。保持手段２０に保持されたウェーハ１は、レーザ光線照射に先立ち、顕微鏡５２の下方に移動させられて顕微鏡５２により表面のパターン画像が撮像される。そして撮像されたウェーハ１の表面１ａのパターン画像は、図示せぬ画像処理手段に取り込まれ、この画像処理手段によって切断すべき分割予定ライン２が検出されるとともに、前述の保持手段２０の回転を制御し、分割予定ライン２とＸＹ軸を平行に調整する基準となる。さらに、この画像処理手段により検出された分割予定ライン２のデータに基づき、保持手段２０およびＸＹ移動テーブル１２の移動動作や、レーザヘッド５０からのレーザ光線照射といった動作が制御される。

上記ダイシング装置１０では、Ｘ軸ベース３０をＸ軸方向に移動させながらレーザヘッド５０から分割予定ライン２にレーザ光線を照射することにより、Ｘ軸方向と平行な分割予定ライン２に沿って溝が形成される。また、Ｙ軸ベース４０をＹ軸方向に移動させながらレーザヘッド５０から分割予定ライン２にレーザ光線を照射することにより、Ｙ軸方向と平行な分割予定ライン２に沿って溝が形成される。あるいは、Ｘ軸方向の分割予定ライン２を加工後に保持手段２０を９０度回転させ、再度Ｘ軸方向の分割予定ライン２を加工してもよい。レーザ光線を照射する際には、ケーシング５１を上下動させてレーザヘッド５０の上下位置を調整し、レーザ光線の焦点位置が分割予定ライン２の直下に設定される。

全ての分割予定ライン２に沿ってレーザ光線が照射され、溝が形成されたら、ウェーハ１は、保持手段２０から取り外される。この後、ウェーハ１は次工程である研削加工装置に運搬される。レーザ光線が照射されて溝が形成されたウェーハ１は、研削加工装置によって裏面１ｂが研削され、デバイスに個片化される。

［３］保持手段
以上がダイシング装置１０の構成であり、次に、本発明に係る一実施形態の保持手段２０を説明する。図３に示すように、保持手段２０は、ウェーハ１を保持するウェーハ保持部２１と、周囲に配設される基台部２２とから構成されている。この基台部２２は、枠体２３と、ベース２４により形成されている。

金属（ＳＵＳ）からなり、円盤状に形成されたベース２４は、表面側の外周部に外周壁部２５が形成されている。この外周壁部２５の内側には、凹部２６が形成されている。この凹部２６には、セラミックスで形成されたリング状の枠体２３が嵌め込まれている。さらに、枠体２３の内側に、多孔質のセラミックスで形成されたウェーハ保持部２１が嵌め込まれている。ウェーハ保持部２１の上面２１ａは、枠体２３の上面２３ａと連続して同一平面をなしている。ベース２４の上面２４ａは、ウェーハ１が保持手段２０に載置されたときにウェーハ１と接触しないように、面取りされている。ウェーハ保持部２１の上面２１ａと枠体２３の上面２３ａにウェーハ１が載置されるようになっている。ウェーハ保持部２１は、上面２１ａの空気を吸い込む真空ポンプ（図示省略）に接続されている。この真空ポンプが真空運転されて真空引きされると、ウェーハ保持部２１の上面側の空気が引かれ、これによってウェーハ保持部２１の上面２１ａに載置されたウェーハ１がウェーハ保持部２１に吸着、保持される。

一実施形態の枠体２３の直径は、ウェーハ１の直径より小さく設定されており、ウェーハ１は、保持手段２０と同心状に載置される。したがって、ウェーハ１の外周が枠体２３の外周面２３ｂよりはみ出る状態に、ウェーハ１は保持手段２０に載置、保持される。保持手段２０の大きさ（直径）は、ウェーハ１を載置した際に少なくともウェーハ保持部２１と枠体２３がウェーハ１に覆われる大きさに設定される。

図４は、保持手段２０に保持されたウェーハ１にレーザ光線５４を照射して、溝を形成する様子を示した図である。図４（ａ）に示すように、ウェーハ１は、ベース２４の外周面をはみ出して保持手段２０に載置、保持される。次いで、ウェーハ１の分割予定ライン２に沿ってレーザ光線５４が照射され、ウェーハ１に溝が形成される。このとき発生する加工屑８は、図４（ｂ）、（ｃ）に示すようにウェーハ１の保護膜７の表面７ａや、保持手段２０の周囲に落下する。図４（ｄ）に示すように、溝が形成されたウェーハ１は、保護膜７の表面７ａに加工屑８が付着した状態で保持手段２０から取り外される。この後、ウェーハ１は、洗浄装置などを用いて保護膜７が剥離されるとともに加工屑８が除去される。

上記のように、ウェーハ１が保持されるウェーハ保持部２１や枠体２３は、ウェーハ１に覆われるため、加工屑８がウェーハ保持部２１の上面２１ａや枠体２３の上面２３ａに落下しない。また、ウェーハ１は、加工屑８が保護膜７の表面に付着した状態で保持手段２０から取り外されるため、ウェーハ１が取り外された後のウェーハ保持部２１や枠体２３には、加工屑８が付着しない。このため、次のウェーハ１を保持手段２０に載置、保持しても、ウェーハ１と保持手段２０の間に加工屑８が挟み込まれることはない。この結果、加工屑８の挟み込みにより発生するウェーハ１の割れを防止することができる。また、レーザ光線の集光レンズとウェーハの距離が変化することはなく、レーザ光線の焦点が所望の位置から外れるといった問題を防止することができる。

また、ウェーハ１が保持されるウェーハ保持部２１と、枠体２３がセラミックスで形成されているため、ウェーハ１の金属汚染を防止することができる。さらに、一実施形態の保持手段２０の基台部２２は、ウェーハ１と接触する最小限の領域である枠体２３のみをセラミックスで形成しているため、基台部２２全体をセラミックスで形成するよりコストが低く抑えられるといった利点もある。

本発明の一実施形態のダイシング装置により溝が形成されるウェーハの（ａ）斜視図、（ｂ）側面図である。 一実施形態のダイシング装置を示す斜視図である。 図２に示すダイシング装置が備える保持手段の（ａ）斜視図、（ｂ）断面図である。 一実施形態のダイシング装置でウェーハに溝を形成する様子を示す断面図である。

符号の説明

１…ウェーハ
２…分割予定ライン
４…デバイス領域
１０…ダイシング装置（ウェーハ加工装置）
２０…保持手段
２１ａ…ウェーハ保持部の上面（吸着面）
２１…ウェーハ保持部（保持領域）
２３…枠体
２４…ベース（ベース部材）
５０…レーザ加工装置（加工手段）
５４…レーザ光線

Claims (1)

1. 分割予定ラインによって区画された複数のデバイス領域が形成されたウェーハを保持する保持手段と、
   前記ウェーハの前記分割予定ラインに沿ってレーザ光線を照射して該ウェーハに加工を施す加工手段とを少なくとも備えたウェーハ加工装置であって、
   前記保持手段は、
   前記ウェーハが載置されるとともに、該載置されたウェーハを吸引して保持する略水平な吸着面を有する保持領域と、
   該保持領域の周囲に配設される枠体とを具備し、
   前記枠体の大きさは、前記ウェーハの大きさより小さく設定され、
   前記枠体はセラミックスからなり、該枠体の表面は、前記保持手段の前記吸着面と同一平面をなして形成され、
   前記枠体の周囲には、金属からなるベース部材が配設され、該ベース部材の表面は、前記保持領域に載置、保持された前記ウェーハと接触しないように、前記保持手段の前記吸着面よりもウェーハの吸着方向に位置付けられて形成されており、
   前記保持手段の大きさは、前記ウェーハを載置した際に少なくとも前記保持領域と前記枠体が該ウェーハに覆われる大きさに設定される
   ことを特徴とするウェーハ加工装置。

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