JP2006012902A - ウエーハの加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ウエーハの分割予定ラインに沿ってパルスレーザー光線を照射することにより変質層を形成し、分割予定ラインに沿って分割したチップの抗折強度を低下させないこと。
【解決手段】 表面に格子状に形成された分割予定ライン２１によって区画された領域に機能素子が形成されたウエーハ２を、個々のチップに分割するウエーハの加工方法であって、ウエーハ２の裏面側から分割予定ライン２１に沿ってレーザー光線５２４を照射し、ウエーハ２の表面からチップの仕上がり厚さに相当する位置より裏面側に変質層２１０を形成する変質層形成工程と、ウエーハ２に外力を付与し、ウエーハ２を分割予定ライン２１に沿って個々のチップに分割する分割工程と、個々のチップに分割されたウエーハの裏面を研削し、チップの仕上がり厚さに形成する裏面研削工程とを含む。
【選択図】 図７

Description

本発明は、表面に格子状に形成された分割予定ラインによって区画された領域に機能素子が形成されたウエーハを、分割予定ラインに沿って分割するウエーハの加工方法に関する。
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等の回路（機能素子）を形成する。そして、半導体ウエーハを分割予定ラインに沿って切断することにより回路が形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。また、サファイヤ基板の表面にフォトダイオード等の受光素子（機能素子）やレーザーダイオード等の発光素子（機能素子）等が積層された光デバイスウエーハも分割予定ラインに沿って切断することにより個々のフォトダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。
上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の分割予定ラインに沿った切断は、通常、ダイサーと称されている切削装置によって行われている。この切削装置は、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を切削するための切削手段と、チャックテーブルと切削手段とを相対的に移動せしめる切削送り手段とを具備している。切削手段は、回転スピンドルと該スピンドルに装着された切削ブレードおよび回転スピンドルを回転駆動する駆動機構を備えたスピンドルユニットを含んでいる。切削ブレードは円盤状の基台と該基台の側面外周部に装着された環状の切れ刃からなっており、切れ刃は例えば粒径３μｍ程度のダイヤモンド砥粒を電鋳によって基台に固定し厚さ２０μｍ程度に形成されている。
しかるに、切削ブレードは２０μｍ程度の厚さを有するため、チップを区画する分割予定ラインとしては幅が５０μｍ程度必要となり、ウエーハの面積に対する分割予定ラインが占める面積比率が大きく、生産性が悪いという問題がある。また、サファイヤ基板、炭化珪素基板等はモース硬度が高いため、上記切削ブレードによる切断は必ずしも容易ではない。
一方、近年半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、その被加工物に対して透過性を有するパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、被加工物の一方の面側から内部に集光点を合わせて被加工物に対して透過性を有する赤外光領域のパルスレーザー光線を照射し、被加工物の内部に分割予定ラインに沿って変質層を連続的に形成し、この変質層が形成されることによって強度が低下した分割予定ラインに沿って外力を加えることにより、被加工物を破断して分割するものである。（例えば、特許文献１参照。）
特許第３４０８８０５号公報
而して、上述したように変質層が形成された分割予定ラインに沿って分割されたチップの側面には変質層が残留し、この残留した変質層がチップの抗折強度を低下させるという問題がある。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、ウエーハの分割予定ラインに沿ってパルスレーザー光線を照射することにより変質層を形成し、該変質層が形成された分割予定ラインに沿って分割したチップの抗折強度を低下させないウエーハの加工方法を提供することである。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、表面に格子状に形成された分割予定ラインによって区画された領域に機能素子が形成されたウエーハを、分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するウエーハの加工方法であって、
ウエーハの裏面側から分割予定ラインに沿ってウエーハに対して透過性を有するレーザー光線を照射し、ウエーハの表面からチップの仕上がり厚さに相当する位置より裏面側に変質層を形成する変質層形成工程と、
分割予定ラインに沿って変質層が形成されたウエーハに外力を付与し、ウエーハを分割予定ラインに沿って個々のチップに分割する分割工程と、
個々のチップに分割されたウエーハの裏面を研削し、チップの仕上がり厚さに形成する裏面研削工程と、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。
上記変質層形成工程の前にウエーハの表面に保護テープを貼着する保護テープ貼着工程を実施することが望ましく、また、上記保護テープ貼着工程を実施した後、変質層形成工程を実施する前にウエーハの裏面を研磨する研磨加工工程を実施することが望ましい。上記変質層形成工程によって形成される変質層の厚さは、ウエーハの厚さに対して５０％であることが望ましい。
上記分割工程は、変質層が形成された分割予定ラインを加熱することによりウエーハに熱応力を発生せしめる。
また、上記分割工程は変質層形成工程が実施されたウエーハの裏面を環状のフレームに装着された伸縮性を有する支持テープに貼着するフレーム支持工程と、ウエーハの裏面が貼着された支持テープを拡張するテープ拡張工程とを含み、上記裏面研削工程はテープ拡張工程を実施した後にウエーハを支持テープから剥離するウエーハ剥離工程を含み、ウエーハの表面に保護テープが貼着された状態でウエーハの裏面を研削する。
また、本発明によれば、表面に格子状に形成された分割予定ラインによって区画された領域に機能素子が形成されたウエーハを、分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するウエーハの加工方法であって、
ウエーハの表面を環状のフレームに装着された支持テープに貼着するフレーム支持工程と、
環状のフレームに支持テープを介して支持されたウエーハの裏面側から分割予定ラインに沿ってウエーハに対して透過性を有するレーザー光線を照射し、ウエーハの表面からチップの仕上がり厚さに相当する位置より裏面側に変質層を形成する変質層形成工程と、
分割予定ラインに沿って変質層が形成されたウエーハに外力を付与し、ウエーハを分割予定ラインに沿って個々のチップに分割する分割工程と、
個々のチップに分割されたウエーハの裏面を研削し、チップの仕上がり厚さに形成する裏面研削工程と、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。
上記フレーム保持工程を実施した後、上記変質層形成工程を実施する前にウエーハの裏面を研磨する研磨加工工程を実施することが望ましい。上記変質層形成工程によって形成される変質層の厚さは、ウエーハの厚さに対して５０％以上であることが望ましい。
上記分割工程は、変質層が形成された分割予定ラインを加熱することによりウエーハに熱応力を発生せしめる。
また、上記環状のフレームに装着された支持テープは伸張可能なテープからなっており、上記分割工程は支持テープを拡張する。
本発明におけるウエーハの分割方法によれば、変質層形成工程によってウエーハの分割予定ラインに沿って形成された変質層は、ウエーハが分割予定ラインに沿って個々のチップに分割された後に裏面研削工程を実施してチップの仕上がり厚さに形成することにより除去される。従って、個々のチップに分割されたチップの側面には変質層が残留しないため、チップの抗折強度が低下することはない。
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、本発明に従って加工されるウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図が示されている。図１に示す半導体ウエーハ２は、厚さが例えば５００μmのシリコンウエーハからなっており、表面２ａに複数の分割予定ライン２１が格子状に形成されているとともに、該複数の分割予定ライン２１によって区画された複数の領域に機能素子としての回路２２が形成されている。このように構成された半導体ウエーハ２の表面２ａには、図２に示すように保護テープ３を貼着する（保護テープ貼着工程）。
保護テープ貼着工程を実施することにより半導体ウエーハ２の表面２ａに保護テープ３を貼着したならば、半導体ウエーハ２の裏面２ｂを研削または研磨して所望の厚さに形成するとともに、半導体ウエーハ２の裏面２ｂを研磨して鏡面に加工する研磨加工工程を実施する。この研磨加工工程は、半導体ウエーハ２の裏面２ｂ側から照射される赤外光レーザー光線が乱反射することを防ぐために実施する。即ち、シリコン等で形成されたウエーハにおいては、内部に集光点を合わせて赤外光レーザー光線を照射した場合、赤外光レーザー光線を照射する面の表面粗さが粗いと表面で乱反射して所定の集光点にレーザー光線が達せず、内部に所定の変質層を形成することが困難となるからである。この研磨加工工程は、図３に示す実施形態においては研磨装置４によって実施する。即ち、研磨加工工程は、先ず図３に示すように研磨装置４のチャックテーブル４１上に半導体ウエーハ２の保護テープ３側を載置し（従って、半導体ウエーハ２は裏面２ｂが上側となる）、図示しない吸引手段によってチャックテーブル４１上に半導体ウエーハ２を吸着保持する。そして、チャックテーブル４１を例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、フエルト等の柔軟部材に酸化ジルコニア等の砥粒を分散させ適宜のボンド剤で固定した研磨砥石４２を備えた研磨工具４３を例えば６０００ｒｐｍで回転せしめて半導体ウエーハ２の裏面２ｂに接触することにより、半導体ウエーハ２の裏面２ｂを研磨加工する。この研磨加工工程において、加工面である半導体ウエーハ２の裏面２ｂは、ＪＩＳ Ｂ０６０１ で規定する表面粗さ（Ｒａ）を０．０５μｍ以下（Ｒａ≦０．０５μｍ）、好ましくは０．０２μｍ以下（Ｒａ≦０．０２μｍ）に研磨加工される。
次に、研磨加工された半導体ウエーハ２の裏面２ｂ側からウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線を分割予定ラインに沿って照射し、半導体ウエーハ２の内部に分割予定ラインに沿って表面２aからチップの仕上がり厚さに相当する位置より裏面２a側に変質層を形成する変質層形成工程を実施する。この変質層形成工程は、図４乃至６に示すレーザー加工装置５を用いて実施する。図４乃至図６に示すレーザー加工装置５は、被加工物を保持するチャックテーブル５１と、該チャックテーブル５１上に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２と、チャックテーブル５１上に保持された被加工物を撮像する撮像手段５３を具備している。チャックテーブル５１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない移動機構によって図４において矢印Ｘで示す加工送り方向および矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。
上記レーザー光線照射手段５２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング５２１を含んでいる。ケーシング５２１内には図５に示すようにパルスレーザー光線発振手段５２２と伝送光学系５２３とが配設されている。パルスレーザー光線発振手段５２２は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器５２２ａと、これに付設された繰り返し周波数設定手段５２２ｂとから構成されている。伝送光学系５２３は、ビームスプリッタの如き適宜の光学要素を含んでいる。上記ケーシング５２１の先端部には、それ自体は周知の形態でよい組レンズから構成される集光レンズ（図示せず）を収容した集光器５２４が装着されている。上記パルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたレーザー光線は、伝送光学系５２３を介して集光器５２４に至り、集光器５２４から上記チャックテーブル５１に保持される被加工物に所定の集光スポット径Ｄで照射される。この集光スポット径Ｄは、図６に示すようにガウス分布を示すパルスレーザー光線が集光器５２４の対物集光レンズ５２４ａを通して照射される場合、Ｄ（μｍ）＝４×λ×ｆ／（π×Ｗ）、ここでλはパルスレーザー光線の波長（μｍ）、Ｗは対物レンズ５２４ａに入射されるパルスレーザー光線の直径（ｍｍ）、ｆは対物レンズ５２４ａの焦点距離（ｍｍ）、で規定される。
上記レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の先端部に装着された撮像手段５３は、図示の実施形態においては可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該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撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
上述したレーザー加工装置５を用いて実施する変質層形成工程について、図４、図７および図８を参照して説明する。
この変質層形成工程は、先ず上述した図４に示すレーザー加工装置５のチャックテーブル５１上に裏面２ｂが研磨加工された半導体ウエーハ２の保護テープ３側を載置し（従って、半導体ウエーハ２は研磨加工された裏面２ｂが上側となる）、図示しない吸引手段によってチャックテーブル５１上に半導体ウエーハ２を吸着保持する。半導体ウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル５１は、図示しない移動機構によって撮像手段５３の直下に位置付けられる。
チャックテーブル５１が撮像手段５３の直下に位置付けられると、撮像手段５３および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ２のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段５３および図示しない制御手段は、半導体ウエーハ２の所定方向に形成されている分割予定ライン２１と、分割予定ライン２１に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２の集光器５２４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、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。また、半導体ウエーハ２に形成されている上記所定方向に対して直角に延びる分割予定ライン２１に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。このとき、半導体ウエーハ２の分割予定ライン２１が形成されている表面２ａは下側に位置しているが、撮像手段５３が上述したように赤外線照明手段と赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成された撮像手段を備えているので、裏面２ｂから透かして分割予定ライン２１を撮像することができる。
以上のようにしてチャックテーブル５１上に保持されている半導体ウエーハ２に形成されている分割予定ライン２１を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、図７の（ａ）で示すようにチャックテーブル５１をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２の集光器５２４が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分割予定ライン２１の一端（図７の（ａ）において左端）をレーザー光線照射手段５２の集光器５２４の直下に位置付ける。次に、集光器５２４から照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ２の表面２ａ（下面）からチップの仕上がり厚さＳに相当する位置より裏面２b（上面）側に合わせる。即ち、チップの仕上がり厚さＳが１００μmの場合には、パルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ２の表面２ａ（下面）から例えば１５０μm上方の位置に合わせる。そして、集光器５２４からシリコンウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル５１即ち半導体ウエーハ２を図７の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の送り速度で移動せしめる。そして、図７の（ｂ）で示すようにレーザー光線照射手段５２の集光器５２４の照射位置が分割予定ライン２１の他端の位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル５１即ち半導体ウエーハ２の移動を停止する。この結果、半導体ウエーハ２の内部には、分割予定ライン２１に沿って表面２ａ（下面）から例えば１５０μm上方の位置より裏面２b（上面）側に変質層２１０が形成される。なお、半導体ウエーハ２の厚さが厚い場合には、図８に示すように集光点Ｐを段階的に変えて上述した変質層形成工程を複数回実行することにより、複数の変質層２１０を形成する。変質層２１０の厚さは、半導体ウエーハ２の厚さの５０％以上であることが望ましい。この変質層２１０は、溶融再固化層として形成される。
なお、上記変質層形成工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 ；ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４スレーザー
波長 ；１０６４ｎｍのパルスレーザー
パルス出力 ：１０μＪ
集光スポット径 ；φ１μｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
加工送り速度 ；１００ｍｍ／秒
上述したように所定の分割予定ライン２１に沿って上記変質層形成工程を実行したら、チャックテーブル５１従ってこれに保持されている半導体ウエーハ２を矢印Ｙで示す方向に第１の分割予定ライン２１の間隔だけ割り出し移動し（割り出し工程）し、上記質層形成工程を遂行する。このようにして所定方向に形成された全ての第１の分割予定ライン２１に沿って上記変質層形成工程を実施したならば、チャックテーブル３１従ってこれに保持されている半導体ウエーハ２を９０度回動せしめて、上記所定方向に形成された分割予定ライン２１に対して直角に延びる分割予定ライン２２に沿って上記変質層形成工程を実行する。
上述した変質層形成工程によって半導体ウエーハ２の内部に分割予定ライン２１に沿って変質層２１０を形成したならば、分割予定ライン２１に沿って変質層２１０が形成された半導体ウエーハ２に外力を付与し、半導体ウエーハ２を分割予定ライン２１に沿って個々のチップに分割する分割工程を実施する。
分割工程の一実施形態について、図９を参照して説明する。図９に示す分割工程は、上記図４乃至図６に示したレーザー加工装置５と同様のレーザー加工装置を用いて実施する。即ち、図９に示すようにレーザー加工装置５のチャックテーブル５１上に分割予定ライン２１に沿って変質層２１０が形成された半導体ウエーハ２の保護テープ３側を載置し（従って、半導体ウエーハ２は裏面２ｂが上側となる）、図示しない吸引手段によって吸着保持する。次に、チャックテーブル５１をレーザー光線照射手段の集光器５２４が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分割予定ライン２１の一端（図９において左端）を集光器５２４の直下に位置付ける。そして、集光器５２４から半導体ウエーハ２に対して吸収性を有する連続波レーザー光線を照射しつつチャックテーブル５１即ち半導体ウエーハ２を図９において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめ、所定の分割予定ライン２１の他端（図９において右端）が集光器５２４の照射位置に達したら、レーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル５１即ち半導体ウエーハ２の移動を停止する。この分割工程においては、連続波レーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ２の裏面２ｂ（上面）に合わせ、変質層２１０が形成された分割予定ライン２１を加熱することにより熱応力を発生せしめ、ヒートショックを与える。この結果、半導体ウエーハ２は、変質層２１０が形成された分割予定ライン２１に沿って割断部が形成され分割される。なお、分割工程において変質層２１０が形成された分割予定ライン２１に沿って照射するレーザー光線は、半導体ウエーハ２を加熱して適度な温度勾配（１００〜４００°Ｃ）を与える程度の出力で十分であり、シリコンウエーハを溶融させることはない。
なお、上記分割工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
光源 ；ＬＤ励起Ｎｄ：ＹＡＧ第二高調波レーザー（ＣＷ）
波長 ；５３２ｎｍ
出力 ：１０Ｗ
集光スポット径 ：φ０．５ｍｍ（変質層１１０を含む比較的広い領域を加熱する）
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒
上述したよう分割行程を実施したならば、チャックテーブル５１即ち半導体ウエーハ２を分割予定ライン２１の間隔だけ図９おいて紙面に垂直な方向に割り出し送りし、再度上記のように連続波レーザー光線を照射しつつ加工送りを遂行する。そして、所定方向に形成された全ての分割予定ライン２１に沿って上記加工送りと割り出し送りを遂行したならば、チャックテーブル５１即ち半導体ウエーハ２を９０度回動せしめて、上記所定方向に対して直角に形成された分割予定ライン２１に沿って上記加工送りと割り出し送りを実行することにより、半導体ウエーハ２に形成された分割予定ライン２１に沿って割断され分割される。なお、分割予定ライン２１に沿って割断されることにより、半導体ウエーハ２は個々のチップに分割されるが、半導体ウエーハ２の表面２aには保護テープ３が貼着されているので、バラバラにはならずウエーハの形態が維持されている。
次に、分割予定ライン２１に沿って変質層２１０が形成された半導体ウエーハ２に外力を付与し、半導体ウエーハ２を分割予定ライン２１に沿って個々のチップに分割する分割工程の他の実施形態について図１０乃至図１２を参照して説明する。
この実施形態においては、先ず半導体ウエーハ２の裏面２bを環状のフレームに装着された伸長可能な支持テープの表面に貼着するフレーム支持工程を実施する。即ち、図１０に示すように環状のフレーム６に装着された支持テープ６０の表面に半導体ウエーハ２の裏面２ｂを貼着する（従って、半導体ウエーハ2の表面２aに貼着されている保護テープ３が上側となる）。なお、上記支持テープ６０は、図示の実施形態においては厚さが７０μｍのポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）からなるシート基材の表面にアクリル樹脂系の糊が厚さが５μｍ程度塗布されている。
上述したフレーム支持工程を実施したならば、上記支持テープ６０を拡張して半導体ウエーハ２を分割予定ライン２１に沿って個々のチップに分割する。この分割工程は、図示の実施形態においては図１１に示す分割装置７を用いて実施する。図９に示す分割装置７は、上記環状のフレーム６を保持するフレーム保持手段７１と、該フレーム保持手段７１に保持された環状のフレーム６に装着された支持テープ６０を拡張するテープ拡張手段７２を具備している。フレーム保持手段７１は、環状のフレーム保持部材７１１と、該フレーム保持部材７１１の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ機構７１２とからなっている。フレーム保持部材７１１の上面は環状のフレーム６を載置する載置面７１１ａを形成しており、この載置面７１１ａ上に環状のフレーム６が載置される。そして、載置面７１１ａ上に載置された環状のフレーム６は、クランプ機構７１２によってフレーム保持部材７１１に固定される。このように構成されたフレーム保持手段７１は、テープ拡張手段７２によって上下方向に進退可能に支持されている。
テープ拡張手段７２は、上記環状のフレーム保持部材７１１の内側に配設される拡張ドラム７２１を具備している。この拡張ドラム７２１は、環状のフレーム６の内径より小さく該環状のフレーム６に装着された支持テープ６０に貼着される半導体ウエーハ２の外径より大きい内径および外径を有している。また、拡張ドラム７２１は、下端に支持フランジ７２２を備えている。図示の実施形態におけるテープ拡張手段７２は、上記環状のフレーム保持部材７１１を上下方向に進退可能な支持手段７３を具備している。この支持手段７３は、上記支持フランジ７２２上に配設された複数のエアシリンダ７３１からなっており、そのピストンロッド７３２が上記環状のフレーム保持部材７１１の下面に連結される。このように複数のエアシリンダ７３１からなる支持手段７３は、環状のフレーム保持部材７１１を載置面７１１ａが拡張ドラム７２１の上端と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム７２１の上端より所定量下方の拡張位置の間を上下方向に移動せしめる。従って、複数のエアシリンダ７３１からなる支持手段７３は、拡張ドラム７２１とフレーム保持部材７１１とを上下方向に相対移動する拡張移動手段として機能する。
以上のように構成された分割装置７を用いて実施する分割工程について図１２を参照して説明する。即ち、図１２に示すように半導体ウエーハ２（分割予定ライン２１に沿って変質層２１０が形成されている）を支持テープ６０を介して支持した環状のフレーム６を、図１２の（ａ）に示すようにフレーム保持手段７１を構成するフレーム保持部材７１１の載置面７１１ａ上に載置し、クランプ機構７１２によってフレーム保持部材７１１に固定する。このとき、フレーム保持部材７１１は図１２の（ａ）に示す基準位置に位置付けられている。次に、テープ拡張手段７２を構成する支持手段７３としての複数のエアシリンダ７３１を作動して、環状のフレーム保持部材７１１を図１２の（ｂ）に示す拡張位置に下降せしめる。従って、フレーム保持部材７１１の載置面７１１ａ上に固定されている環状のフレーム６も下降するため、図１２の（ｂ）に示すように環状のフレーム６に装着された支持テープ６０は拡張ドラム７２１の上端縁に当接して拡張せしめられる（テープ拡張工程）。この結果、支持テープ６０に貼着されている半導体ウエーハ２は放射状に引張力が作用する。このように半導体ウエーハ２に放射状に引張力が作用すると、分割予定ライン２１に沿って形成された変質層２１０は強度が低下せしめられているので、半導体ウエーハ２は変質層２１０に沿って破断され個々の半導体チップ２０に分割される。このテープ拡張工程における支持テープ６０の拡張量即ち伸び量はフレーム保持部材７１１の下方への移動量によって調整することができ、本発明者等の実験によると支持テープ６０を２０ｍｍ程度を引き伸ばしたときに半導体ウエーハ２を変質層２１０に沿って破断することができた。なお、半導体ウエーハ２は個々の半導体チップ２０に分割されるが、半導体ウエーハ２の表面２aには保護テープ３が貼着されているとともに、裏面２bが支持テープ６０に貼着されているので、バラバラにはならずウエーハの形態が維持されている。
なお、分割工程は上述した分割方法の外に、次のような分割方法を用いることができる。
即ち、支持テープ６０に貼着された半導体ウエーハ２（分割予定ライン２１に沿って変質層２１０が形成されている）を柔軟なゴムシート上に載置し、その上面をローラーによって押圧することによって、半導体ウエーハ２を変質層２１０が形成され強度が低下した分割予定ライン２１に沿って割断する方法を用いることができる。また、変質層２１０が形成され強度が低下した分割予定ライン２１に沿って例えば周波数が２８ｋＨｚ程度の縦波（疎密波）からなる超音波を作用せしめる方法や、変質層２１０が形成され強度が低下した分割予定ライン２１に沿って押圧部材を作用せしめる方法等を用いることができる。
上述したように図１１に示す分割装置７を用いて分割工程を実施したならば、半導体ウエーハ２（個々の半導体チップ２０に分割されている）を環状のフレーム６に装着された支持テープ６０から剥離する。このとき、支持テープ６０は紫外線が照射されると粘着力が低下する糊を用いた所謂ＵＶテープを使用することで、分割工程を実施した後に紫外線を照射することにより粘着力を低下せしめ、半導体ウエーハ２を支持テープ６０から容易に剥離することができる。なお、個々の半導体チップ２０に分割されている半導体ウエーハ２は、図１３に示すように表面２aに保護テープ３が貼着されているので、バラバラにはならずウエーハの形態が維持される。なお、図１３に示す形態は、図９に示す分割工程を実施した後の状態と同様である。
上述したように分割工程を実施したならば、個々のチップに分割されたウエーハの裏面を研削し、チップの仕上がり厚さに形成する裏面研削工程を実施する。この裏面研削工程は、図１４に示す研削装置８によって実施する。即ち、研削装置８のチャックテーブル８１上に個々の半導体チップ２０に分割された半導体ウエーハ２の保護テープ３側を載置し（従って、半導体ウエーハ２は裏面２ｂが上側となる）、図示しない吸引手段によってチャックテーブル８１上に半導体ウエーハ２を吸着保持する。そして、チャックテーブル８１を例えば３００ｒｐｍで回転し、研削砥石８２を備えた研削工具８３を例えば６０００ｒｐｍで回転しつつ図１４において下方に所定の速度で研削送りする。この研削送りは、図１５に示すように半導体チップ２０の仕上がり厚さＳに達するまで実施する。この結果、半導体ウエーハ２に形成された変質層２１０は研削されて除去され、半導体ウエーハ２は半導体チップ２０の仕上がり厚さＳに形成される。従って、図１６に示すように半導体チップ２０の側面には上記変質層形成工程によって形成された変質層が残留しないため、半導体チップ２０の抗折強度が低下することはなく、１０００ＭＰa以上の抗折強度を確保することができる。
以上のようにして裏面研削工程が実施されたならば、個々の半導体チップ２０に分割された半導体ウエーハ２は、半導体チップ２０をピックアップするピックアップ工程に搬送される。
次に、ウエーハの加工方法の他の実施形態について説明する。
この実施形態においては、先ず半導体ウエーハの表面を環状のフレームに装着された支持テープの表面に貼着するフレーム支持工程を実施する。即ち、図１７に示すように環状のフレーム６に装着された支持テープ６０の表面に半導体ウエーハ２の表面２aを貼着する（従って、半導体ウエーハ2の裏面２bが上側となる）。なお、支持テープ６０は、上記図１０に示す実施形態における支持テープ６０と同様のテープを用いることができる。
このようにしてフレーム支持工程を実施したならば、半導体ウエーハ２の裏面２ｂを研削または研磨して所望の厚さに形成するとともに、半導体ウエーハ２の裏面２ｂを研磨して鏡面に加工する研磨加工工程を実施する。この研磨加工工程は、上記図３に示す研磨装置４を用い、支持テープ６０側をチャックテーブル４１に保持して上述したと同様に研磨加工する。
研磨加工工程を実施したならば、研磨加工された半導体ウエーハ２の裏面２ｂ側からウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線を分割予定ラインに沿って照射し、半導体ウエーハ２の内部に分割予定ラインに沿って表面２aからチップの仕上がり厚さに相当する位置より裏面２a側に変質層を形成する変質層形成工程を実施する。この変質層形成工程は、上記図４乃至６に示すレーザー加工装置５を用い、支持テープ６０側をチャックテーブル５１に保持して上述したと同様に分割予定ラインに沿って変質層２１を形成する。
変質層形成工程を実施したならば、分割予定ライン２１に沿って変質層２１０が形成された半導体ウエーハ２に外力を付与し、半導体ウエーハ２を分割予定ライン２１に沿って個々のチップに分割する分割工程を実施する。分割工程は、上記図１１に示す分割装置７を用い、環状のフレーム６の支持テープ６０側をフレーム保持手段７１を構成するフレーム保持部材７１１の載置面７１１ａ上に載置し、上述したと同様に支持テープ６０を拡張することにより、半導体ウエーハ２を変質層２１０が形成された分割予定ライン２１に沿って分割する。
また、分割工程は、上記図４乃至６に示すレーザー加工装置５を用い、支持テープ６０側をチャックテーブル５１に保持して上述したと同様に変質層２１０が形成された分割予定ライン２１を加熱することにより熱応力を発生せしめてヒートショックを与え、半導体ウエーハ２を変質層２１０が形成された分割予定ライン２１に沿って分割する。なお、この実施例のように分割工程にレーザー加工装置５を用いる場合には、半導体ウエーハ２を貼着するテープとして伸長可能な拡張テープを用いなくてもよい。
分割工程を実施したならば、個々のチップに分割されたウエーハの裏面を研削し、チップの仕上がり厚さに形成する裏面研削工程を実施する。この裏面研削工程は、上記図１４に示す研削装置８を用い、支持テープ６０側をチャックテーブル８１に保持して上述したと同様に研削加工を実施し、半導体ウエーハ２を半導体チップ２０の仕上がり厚さＳに形成する。この結果、図１６に示すように半導体チップ２０の側面には上記変質層形成工程によって形成された変質層が残留しないため、半導体チップ２０の抗折強度が低下することはない。
以上のように、最初に半導体ウエーハの表面を環状のフレームに装着された支持テープの表面に貼着するウエーハ支持工程を実施することにより、ウエーハは支持テープを介して環状のフレームに支持された状態で、上記鏡面加工工程、変質層形成工程、分割工程、裏面研削工程を実施することができる。
本発明によるウエーハの加工方法によって分割されるウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図。 図１に示す半導体ウエーハの表面に保護テープを貼着した状態を示す斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法における鏡面加工工程を示す説明図。 本発明によるウエーハの分割方法における変質層形成工程を実施するレーザー加工装置の要部斜視図。 図４に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段の構成を簡略に示すブロック図。 パルスレーザー光線の集光スポット径を説明するための簡略図。 本発明によるウエーハの分割方法における変質層形成行程を示す説明図。 本発明によるウエーハの分割方法における変質層形成行程によりウエーハの分割予定ラインに沿って変質層を席そうして形成下状態を示す説明図。 本発明によるウエーハの分割方法における分割工程の一実施形態を示す説明図。 本発明によるウエーハの分割方法におけるフレーム支持工程において、環状のフレームに装着された支持テープの表面に変質層が形成されたウエーハの裏面を貼着した状態を示す斜視図。 本発明によるウエーハの分割方法における分割工程の他の実施形態を実施するための分割装置の斜視図。 本発明によるウエーハの分割方法における分割工程の他の実施形態を示す説明図。 本発明によるウエーハの分割方法における分割工程を実施した後に、ウエーハを環状のフレームに装着された支持テープから剥離した状態を示す斜視図。 本発明によるウエーハの分割方法における裏面研削工程を示す説明図。 図１４に示す裏面研削工程の要部を拡大して示す説明図。 本発明によるウエーハの分割方法によって分割されたチップの斜視図。 本発明によるウエーハの分割方法の他の実施形態におけるフレーム支持工程において、環状のフレームに装着された支持テープの表面に変質層が形成されたウエーハの表面を貼着した状態を示す斜視図。
符号の説明
２：半導体ウエーハ
２１：分割予定ライン
２１０：変質層
２２：回路
２０：半導体チップ
３：保持テープ
４：研磨装置
４１：研磨装置のチャックテーブル
４２：研磨砥石
５：レーザー加工装置
５１：レーザー加工装置のチャックテーブル
５２：レーザー光線照射手段
５３：撮像手段
６：環状のフレーム
６０：支持テープ
４：環状のフレーム
５：保持テープ
７：分割装置
７１：フレーム保持手段
７２：テープ拡張手段
７３：支持手段
８：研削装置
８１：研削装置のチャックテーブル
８２：研削砥石

Claims (11)

  1. 表面に格子状に形成された分割予定ラインによって区画された領域に機能素子が形成されたウエーハを、分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するウエーハの加工方法であって、
    ウエーハの裏面側から分割予定ラインに沿ってウエーハに対して透過性を有するレーザー光線を照射し、ウエーハの表面からチップの仕上がり厚さに相当する位置より裏面側に変質層を形成する変質層形成工程と、
    分割予定ラインに沿って変質層が形成されたウエーハに外力を付与し、ウエーハを分割予定ラインに沿って個々のチップに分割する分割工程と、
    個々のチップに分割されたウエーハの裏面を研削し、チップの仕上がり厚さに形成する裏面研削工程と、を含む、
    ことを特徴とするウエーハの加工方法。
  2. 該変質層形成工程の前にウエーハの表面に保護テープを貼着する保護テープ貼着工程を実施する、請求項１記載のウエーハの加工方法。
  3. 該保護テープ貼着工程を実施した後、該変質層形成工程を実施する前にウエーハの裏面を研磨する研磨加工工程を実施する、請求項２記載のウエーハの加工方法。
  4. 該変質層形成工程によって形成される変質層の厚さは、ウエーハの厚さに対して５０％以上に設定されている、請求項１から３のいずれかに記載のウエーハの加工方法。
  5. 該分割工程は、変質層が形成された分割予定ラインを加熱することによりウエーハに熱応力を発生せしめる、請求項１から４のいずれかに記載のウエーハの加工方法。
  6. 該分割工程は、該変質層形成工程が実施されたウエーハの裏面を環状のフレームに装着された伸張可能な支持テープに貼着するフレーム支持工程と、ウエーハの裏面が貼着された支持テープを拡張するテープ拡張工程とを含み、
    該裏面研削工程は、該テープ拡張工程を実施した後にウエーハを支持テープから剥離するウエーハ剥離工程を含み、ウエーハの表面に保護テープが貼着された状態でウエーハの裏面を研削する、請求項２から４のいずれかに記載のウエーハの加工方法。
  7. 表面に格子状に形成された分割予定ラインによって区画された領域に機能素子が形成されたウエーハを、分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するウエーハの加工方法であって、
    ウエーハの表面を環状のフレームに装着された支持テープに貼着するフレーム支持工程と、
    環状のフレームに支持テープを介して支持されたウエーハの裏面側から分割予定ラインに沿ってウエーハに対して透過性を有するレーザー光線を照射し、ウエーハの表面からチップの仕上がり厚さに相当する位置より裏面側に変質層を形成する変質層形成工程と、
    分割予定ラインに沿って変質層が形成されたウエーハに外力を付与し、ウエーハを分割予定ラインに沿って個々のチップに分割する分割工程と、
    個々のチップに分割されたウエーハの裏面を研削し、チップの仕上がり厚さに形成する裏面研削工程と、を含む、
    ことを特徴とするウエーハの加工方法。
  8. 該フレーム保持工程を実施した後、該変質層形成工程を実施する前にウエーハの裏面を研磨する研磨加工工程を実施する、請求項７記載のウエーハの加工方法。
  9. 該変質層形成工程によって形成される変質層の厚さは、ウエーハの厚さに対して５０％以上に設定されている、請求項７又は８記載のウエーハの加工方法。
  10. 該分割工程は、変質層が形成された分割予定ラインを加熱することによりウエーハに熱応力を発生せしめる、請求項７から９のいずれかに記載のウエーハの加工方法。
  11. 環状のフレームに装着された支持テープは伸張可能なテープからなっており、該分割工程は支持テープを拡張する、請求項７から９のいずれかに記載のウエーハの加工方法。
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