JP2006229021A - ウエーハの分割方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 個々に分割されたチップ間に所定の間隙を設けて維持することができるウエーハの分割方法を提供する。
【解決手段】 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分割方法であって、ウエーハに対して透過性を有するレーザー光線を分割予定ラインに沿って照射しウエーハの内部に分割予定ラインに沿って変質層を形成する変質層形成工程と、ウエーハより広い面積を有する粘着テープにウエーハを貼着する粘着テープ貼着工程と、ウエーハが貼着された粘着テープを拡張してウエーハを変質層が形成された分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するとともに各チップ間に間隙を形成するテープ拡張工程と、テープ拡張工程の後に粘着テープを拡張した状態で環状の環状のフレームを個々のチップに分割されたウエーハを囲繞して粘着テープに貼着するフレーム貼着工程とを含む。
【選択図】 図８

Description

本発明は、表面に複数の分割予定ライン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によって区画された複数の領域に機能素子が形成されたウエーハを、該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分割方法に関する。

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窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハも所定の分割予定ラインに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、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、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。更に、切削ブレードは２０μｍ程度の厚さを有するため、デバイスを区画する分割予定ラインとしては幅が５０μｍ程度必要となる。このため、例えば大きさが３００μｍ×３００μｍ程度のデバイスの場合には、ストリートの占める面積比率が１４％にもなり、生産性が悪いという問題がある。

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

上述したように分割予定ラインに沿って変質層が連続的に形成されたウエーハの分割予定ラインに沿って外力を付与し、ウエーハを個々のチップに分割する方法として、本出願人はウエーハが貼着された保持テープを拡張してウエーハに引張力を付与することにより、ウエーハを変質層が形成された分割予定ラインに沿って個々のチップに分割する技術を特願２００３−３６１４７１号として提案した。

而して、分割予定ラインに沿って強度が低下して形成されたウエーハが貼着された保持テープを拡張してウエーハに引張力を付与することにより、ウエーハを個々のチップに分割する方法においては、保持テープを拡張してウエーハを個々のチップに分割した後に張力を解除すると、拡張された保持テープが収縮し搬送時等においてチップ同士が接触してチップが損傷す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、分割予定ラインに沿って強度が低下して形成されたウエーハが貼着された保持テープを拡張してウエーハに引っ張り力を付与することにより、個々に分割されたチップ間に所定の間隙を設けて維持することができるウエーハの分割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、表面に複数の分割予定ライン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によって区画された複数の領域に機能素子が形成されたウエーハを、該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分割方法であって、
該ウエーハに対して透過性を有するレーザー光線を該分割予定ラインに沿って照射し、該ウエーハの内部に該分割予定ラインに沿って変質層を形成する変質層形成工程と、
該変質層形成工程を実施する前または後に、該ウエーハより広い面積を有する粘着テープに該ウエーハを貼着する粘着テープ貼着工程と、
該ウエーハが貼着された該粘着テープを拡張して該ウエーハを該変質層が形成された該分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するとともに、各チップ間に間隙を形成するテープ拡張工程と、
該テープ拡張工程の後に、該粘着テープを拡張した状態で環状のフレームを該個々のチップに分割された該ウエーハを囲繞して該粘着テープに貼着するフレーム貼着工程と、を含む、
ことを特徴とするウエーハの分割方法が提供される。

本発明によるウエーハの分割方法によれば、ウエーハが貼着された粘着テープを拡張してウエーハを変質層が形成された分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するとともに、各チップ間に間隙を形成した状態で、環状のフレームを個々のチップに分割されたウエーハを囲繞して粘着テープに貼着するので、個々に分割されたチップの間隔が維持される。従って、チップ同士が接触することはなく、搬送時等においてチップ同士が接触することによる損傷を防止することができる。

以下、本発明によるウエーハの分割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、本発明に従って個々のチップに分割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１０はシリコンウエーハからなっており、表面１０ａには複数の分割予定ライン１０１が格子状に形成されている。そして、半導体ウエーハ１０の表面１０aには、複数の分割予定ライン１０１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１０２が形成されている。以下、この半導体ウエーハ１０を個々の半導体チップに分割する分割方法の一実施形態について説明する。

半導体ウエーハ１０を個々の半導体チップに分割するには、半導体ウエーハ１０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１０１に沿って照射し、半導体ウエーハ１０の内部に分割予定ライン１０１に沿って変質層を形成することにより分割予定ラインに沿って強度を低下せしめる変質層形成工程を実施する。
この変質層形成工程は、図２乃至図４に示すレーザー加工装置１を用いて実施する。図２乃至図４に示すレーザー加工装置２は、被加工物を保持するチャックテーブル２１と、該チャックテーブル２１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２２と、チャックテーブル２１上に保持された被加工物を撮像する撮像手段２３を具備している。チャックテーブル２１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２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２２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング２２１を含んでいる。ケーシング２２１内には図３に示すようにパルスレーザー光線発振手段２２２と伝送光学系２２３とが配設されている。パルスレーザー光線発振手段２２２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２２２ａと、これに付設された繰り返し周波数設定手段２２２ｂとから構成されている。伝送光学系２２３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２２１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２２４が装着されている。上記パルスレーザー光線発振手段２２２から発振されたレーザー光線は、伝送光学系２２３を介して集光器２２４に至り、集光器２２４から上記チャックテーブル２１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４に示すようにガウシアン分布を示すパルスレーザー光線が集光器２２４の対物レンズ２２４ａ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１２４ａ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２２４ａの焦点距離（ｍｍ）、で規定される。

上記レーザー光線照射手段１２を構成するケーシング２２１の先端部に装着された撮像手段２３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後述する制御手段に送る。

上述したレーザー加工装置１を用いて実施する変質層形成工程について、図２および図５を参照して説明する。
この変質層形成行程は、先ず上述した図２に示すレーザー加工装置２のチャックテーブル２１上に半導体ウエーハ１０を裏面１０ｂを上にして載置し、該チャックテーブル２１上に半導体ウエーハ１０を吸着保持する。半導体ウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル２１は、図示しない移動機構によって撮像手段２３の直下に位置付けられる。

チャックテーブル２１が撮像手段２３の直下に位置付けられると、撮像手段２３および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ１０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２３および図示しない制御手段は、半導体ウエーハ１０の所定方向に形成されている分割予定ライン１０１と、該分割予定ライン１０１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２２の集光器２２４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１０に形成されている所定方向と直交する方向に形成されている分割予定ライン１０１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１０の分割予定ライン１０１が形成されている表面１０ａは下側に位置しているが、撮像手段１３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１０ｂから透かして分割予定ライン１０１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２１上に保持された半導体ウエーハ１０に形成されている分割予定ライン１０１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５の（ａ）で示すようにチャックテーブル２１をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段２２の集光器２２４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１０１の一端（図５の（ａ）において左端）をレーザー光線照射手段１２の集光器２２４の直下に位置付ける。そして、集光器２２４から半導体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２１即ち半導体ウエーハ１０を図５の（ａ）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る。そして、図５の（ｂ）で示すようにレーザー光線照射手段２２の集光器２２４の照射位置が分割予定ライン１０１の他端（図５の（b）において右端）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２１即ち半導体ウエーハ１０の移動を停止する。この変質層形成工程においては、パルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ１０の表面１０ａ（下面）付近に合わせる。この結果、半導体ウエーハ１０の表面１０ａ（下面）に露出するとともに表面１０ａから内部に向けて変質層１１０が形成される。この変質層１１０は、溶融再固化層として形成される。

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

上記変質層１１０は、表面１０ａおよび裏面１０ｂに露出しないように内部だけに形成してもよく、また、上記集光点Ｐを段階的に変えて上述したレーザー加工工程を複数回実行することにより、複数の変質層１１０を形成してもよい。

上述した変質層形成工程によって半導体ウエーハ１０の内部に全ての分割予定ライン１０１に沿って変質層１１０を形成したならば、半導体ウエーハ１０より広い面積を有する粘着テープに半導体ウエーハ１０を貼着する粘着テープ貼着工程を実施する。
即ち、図６に示すように粘着テープ３の表面に分割予定ライン１０１に沿って変質層１１０が形成された半導体ウエーハ１０の裏面１０bを貼着する。従って、半導体ウエーハ１０は、表面１０aが上側となる。上記粘着テープ３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）等の伸縮性を有する樹脂からなるシート基材の表面に、アクリル樹脂系の粘着層が厚さが５μｍ程度塗布されている。この粘着テープ３は矩形状に形成されており、半導体ウエーハ１０の面積より大きく、且つ後述する環状のフレームが貼着できる面積を有している。
なお、粘着テープ貼着工程は上記変質層形成工程の前に実施してもよく、この場合、粘着テープ３の表面に半導体ウエーハ１０の表面１０ａを貼着した状態で上述した変質層形成工程を実施する。

次に、半導体ウエーハ１０が貼着された粘着テープ３を拡張して半導体ウエーハ１０を変質層１１０が形成された分割予定ライン１０１に沿って個々のチップに分割するとともに、各チップ間に間隙を形成するテープ拡張工程を実施する。
このテープ拡張工程は、図７の(a)および(b)に示すように半導体ウエーハ１０が貼着された粘着テープ３の４つの周辺部をそれぞれ挟持部材４、４、４、４によって挟持し、この挟持部材４、４、４、４をそれぞれ矢印で示すように外方に引っ張る。この結果、粘着テープ３が四方に拡張されるので、粘着テープ３に貼着されている半導体ウエーハ１０には矢印で示す方向に引張力が作用するため、図７の (b)に示すように半導体ウエーハ１０は変質層１１０が形成されることによって強度が低下せしめられた分割予定ライン１０１に沿って破断され個々の半導体チップ１００に分割される。このテープ拡張工程においては上述したように保持テープ３は拡張されているので、半導体ウエーハ１０が個々の半導体チップ１００に分割されるとともに、各チップ間に間隙Sが形成される。なお、上記テープ拡張工程においては、本発明者等の実験によると保持テープ３を２０ｍｍ程度引き伸ばしたときに半導体ウエーハ１０を変質層１１０が形成されている分割予定ライン１０１に沿って破断することができた。このとき、個々に分割された各半導体チップ１００間の間隙Sは、１mm程度となった。

上記テープ拡張工程を実施したならば、上述したように各チップ１００間に間隙Sが形成された状態で、図８の(a)および(b)に示すように環状のフレーム５を個々のチップ１００に分割された半導体ウエーハ１０を囲繞して粘着テープ３に貼着するフレーム貼着工程を実施する。このように、粘着テープ３が拡張され各チップ１００間に間隙Sが形成された状態で、環状のフレーム５を粘着テープ３に貼着するので、粘着テープ３は拡張した状態が維持され、各チップ１００間には間隙Sが維持される。
次に、挟持部材４、４、４、４に作用せしめた引張力を解除し、粘着テープ３を環状のフレーム５の外周縁に沿って切り取ることにより、図９に示すように個々のチップ１００に分割された半導体ウエーハ１０は粘着テープ３を介して環状のフレーム５に支持された状態となる。従って、個々に分割された半導体チップ１００同士が接触することはなく、搬送時等において半導体チップ１００同士が接触することによる損傷を防止することができる。
なお、粘着テープ３から半導体チップ１００のピックアップを容易にするために、粘着テープ３としては紫外線を照射することで粘着層の粘着力が低減するUVテープを用いることが望ましい。

本発明によるウエーハの分割方法によって個々のチップに分割される半導体ウエーハの斜視図。 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ためのレーザー加工装置の要部斜視図。 図２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の説明図。 本発明によるウエーハの分割方法における粘着テープ貼着工程の説明図。 本発明によるウエーハの分割方法におけるテープ拡張工程の説明図。 本発明によるウエーハの分割方法におけるフレーム貼着工程の説明図。 本発明によるウエーハの分割方法によって個々のチップに分割されたウエーハが粘着テープを介して環状のフレームに支持された状態を示す斜視図。

符号の説明

２：レーザー加工装置
２１：レーザー加工装置のチャックテーブル
２２：レーザー光線照射手段
２３：撮像手段
３：粘着テープ
４：挟持部材
５：環状のフレーム
１０：半導体ウエーハ
１０１：分割予定ライン
１０２：回路
１１０：変質層
１００：半導体チップ

Claims (1)

1. 表面に複数の分割予定ライン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によって区画された複数の領域に機能素子が形成されたウエーハを、該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分割方法であって、
   該ウエーハに対して透過性を有するレーザー光線を該分割予定ラインに沿って照射し、該ウエーハの内部に該分割予定ラインに沿って変質層を形成する変質層形成工程と、
   該変質層形成工程を実施する前または後に、該ウエーハより広い面積を有する粘着テープに該ウエーハを貼着する粘着テープ貼着工程と、
   該ウエーハが貼着された該粘着テープを拡張して該ウエーハを該変質層が形成された該分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するとともに、各チップ間に間隙を形成するテープ拡張工程と、
   該テープ拡張工程の後に、該粘着テープを拡張した状態で環状の環状のフレームを該個々のチップに分割された該ウエーハを囲繞して該粘着テープに貼着するフレーム貼着工程と、を含む、
   ことを特徴とするウエーハの分割方法。

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