JP2006332556A - ウエーハの分割方法 - Google Patents

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して変質層を形成し、変質層が形成された分割予定ラインに沿って分割する分割方法において、抗折強度を低下させることなく容易に分割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】 表面に格子状に形成された分割予定ラインとによって区画された領域にデバイス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分割方法であって、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ウエーハの厚さ方向中間部に照射し、ウエーハの厚さ方向中間部に内部変質層を形成する内部変質層形成工程と、パルスレーザー光線をウエーハの少なくとも一方の面付近に分割予定ラインに沿って間欠的に照射し、ウエーハの少なくとも一方の面に間欠的に露出する露出変質層を形成する露出変質層形成工程と、内部変質層および露出変質層が形成されたウエーハに外力を付与し、ウエーハを露出変質層を割断起点として内部変質層に沿って分割する分割工程とを含む。
【選択図】 図８

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ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス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形成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等のデバイスを形成する。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デバイス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。

上述した半導体ウエーハ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。

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、被加工物を分割予定ラインに沿って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

しかるに、ウエーハを内部に変質層が形成された分割予定ラインに沿って破断するには比較的大きな外力を作用せしめる必要があるとともに、外力を加えても必ずしも分割予定ラインに沿って分割されるとは限らず、チップが破損するという問題がある。

上述した問題を解消するために、ウエーハの少なくとも一方の面に変質層を露出させて形成することにより、変質層に沿って確実に分割できるようにしたウエーハの分割方法が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）
特開２００４−３４３００８号公報

而して、一方の面に露出した変質層は分割されたチップの側面に残留し、この一方の面に露出した変質層がチップの抗折強度を低下させるという新たな問題が生じた。

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する分割方法において、抗折強度を低下させることなく容易に分割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、表面に互いに平行に形成された複数の第１の分割予定ラインと該第１の分割予定ラインと交差し互いに平行に形成された複数の第２の分割予定ラインとによって区画された領域にデバイスが形成されたウエーハを、該第１の分割予定ラインおよび該第２の分割予定ラインに沿って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パルスレーザー光線をウエーハの厚さ方向中間部に該第１の分割予定ラインおよび該第２の分割予定ラインに沿って照射し、ウエーハの厚さ方向中間部に該第１の分割予定ラインおよび該第２の分割予定ラインに沿って内部変質層を形成する内部変質層形成工程と、
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ウエーハの少なくとも一方の面付近に該第１の分割予定ラインと該第２の分割予定ラインに沿って間欠的に照射し、ウエーハの少なくとも一方の面に間欠的に露出する露出変質層を形成する露出変質層形成工程と、
該第１の分割予定ラインおよび該第２の分割予定ラインに沿って内部変質層および露出変質層が形成されたウエーハに外力を付与し、ウエーハを該露出変質層を割断起点として該内部変質層に沿って個々のチップに分割する分割工程と、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。

上記露出変質層形成工程は、第１の分割予定ラインと第２の分割予定ラインとの交差部において実施することが望ましい。また、上記露出変質層形成工程は、第１の分割予定ラインと第２の分割予定ラインの端部において実施する。更に、上記内部変質層形成工程と露出変質層形成工程は、交互に実施することが望ましい。

本発明におけるウエーハの分割方法によれば、ウエーハの厚さ方向中間部に第１の分割予定ラインおよび第２の分割予定ラインに沿って内部変質層が形成されるとともに、間欠的にウエーハの少なくとも一方の面に露出する露出変質層が形成されるので、ウエーハに外力を付与することにより露出変質層を割断起点として内部変質層に伝播するため、第１の分割予定ラインおよび第２の分割予定ラインに沿って容易に破断することができる。そして、第１の分割予定ラインおよび第２の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するが、ウエーハの表面または裏面に露出する露出変質層は間欠的であるため、分割されたチップの抗折強度が大幅に低下することはない。

以下、本発明によるウエーハの分割方法について、添付図面を参照して、更に詳細に説明する。

図１には、本発明によるウエーハの分割方法における内部変質層形成工程および露出変質層形成工程を実施するためのレーザー加工装置の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工装置１は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２に上記矢印Ｘで示す方向と直角な矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構４と、該レーザー光線ユニット支持機構４に矢印Ｚで示す方向に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット５とを具備している。

上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上に矢印Ｘで示す加工送り方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上に矢印Ｘで示す加工送り方向に移動可能に配設された第一の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持された支持テーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１上に被加工物である例えば円盤状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル３６には、後述する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。

上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第一の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられる。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、上記チャックテーブル３６の加工送り量を検出するための加工送り量検出手段３７４を備えている。加工送り量検出手段３７４は、案内レール３１に沿って配設されたリニアスケール３７４aと、第１の滑動ブロック３２に配設され第１の滑動ブロック３２とともにリニアスケール３７４aに沿って移動する読み取りヘッド３７４bとからなっている。この送り量検出手段３７４の読み取りヘッド３７４bは、図示に実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出する。なお、上記加工送り手段３７の駆動源としてパルスモータ３７２を用いた場合には、パルスモータ３７２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することができる。また、上記加工送り手段３７の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することができる。

上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動させるための第１の割り出し送り手段３８を具備している。第１の割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。

上記レーザー光線照射ユニット支持機構４は、静止基台２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上に矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一側面に矢印Ｚで示す方向に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動させるための第２の割り出し送り手段４３を具備している。第２の割り出し送り手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロッド４３１と、該雄ねじロッド４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロッド４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、上記レーザー光線照射ユニット支持機構４の可動支持基台４２の割り出し送り量を検出するための割り出し送り量検出手段４３３を備えている。割り出し送り量検出手段４３３は、案内レール４１に沿って配設されたリニアスケール４３３aと、可動支持基台４２に配設されリニアスケール４３３aに沿って移動する読み取りヘッド４３３bとからなっている。この送り量検出手段４３３の読み取りヘッド４３３bは、図示に実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、レーザー光線照射ユニット５の割り出し送り量を検出する。なお、上記第２の割り出し送り手段４３の駆動源としてパルスモータ４３２を用いた場合には、パルスモータ４３２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、レーザー光線照射ユニット５の割り出し送り量を検出することができる。また、上記第２の割り出し送り手段４３の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、レーザー光線照射ユニット５の割り出し送り量を検出することができる。

図示の実施形態のおけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられたレーザー光線照射手段５２を具備している。ユニットホルダ５１は、上記装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝５１１、５１１が設けられており、この被案内溝５１１、５１１を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、矢印Ｚで示す方向に移動可能に支持される。

図示の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２に示すようにパルスレーザー光線発振手段６と、このパルスレーザー光線発振手段６が発振するパルスレーザー光線を伝送する光学伝送手段７が配設されており、ケーシング５２１の先端には光学伝送手段７によって伝送されたレーザー光線を集光せしめる集光レンズ８１を備えた集光器８が装着されている（図１参照）。パルスレーザー光線発振手段６は、被加工物であるウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線LBを発振する。このパルスレーザー光線発振手段6は、ウエーハがシリコン基板、炭化珪素基板、リチウムタンタレート基板、ガラス基板或いは石英基板を含むウエーハである場合、例えば波長が１０６４ｎｍであるパルスレーザー光線LBを発振するＹＶＯ４パルスレーザー発振器或いはＹＡＧパルスレーザー発振器を用いることができる。

光学伝送手段７は、パルスレーザー光線発振手段６から発振されたパルスレーザー光線LBが集光レンズ８１によって集光される集光点位置を変位せしめるための集光点深さ変位手段７１と、該集光点深さ変位手段７１を介して伝送されるパルスレーザー光線LBを図２において下方に向けて９０度変換する方向変換ミラー７２とを具備している。集光点深さ変位手段７１は、間隔を置いて配設された第１の凸レンズ７１１および第２の凸レンズ７１２と、該第１の凸レンズ７１１と第２の凸レンズ７１２との間に配設された第１のミラー対７１３および第２のミラー対７１４とからなっている。第１のミラー対７１３は互いに平行に配設された第１のミラー７１３aと第２のミラー７１３bとからなり、該第１のミラー７１３aと第２のミラー７１３bは互いの間隔を維持した状態で図示しないミラー保持部材に固定されている。第２のミラー対７１４も互いに平行に配設された第１のミラー７１４aと第２のミラー７１４bとからなっており、該第１のミラー７１４aと第２のミラー７１４bは互いの間隔を維持した状態で図示しないミラー保持部材に固定されている。そして、図２に示す状態においては第１の凸レンズ７１１の焦点(f1)と第２の凸レンズ７１２の焦点(f2)が、第１のミラー対７１３の第２のミラー７１３bと第２のミラー対７１４の第１のミラー７１４aの間の集束点Dで一致するように構成されている。この状態においては、第２の凸レンズ７１２から方向変換ミラー７２に向けて照射されるパルスレーザー光線１０は平行となる。なお、第１のミラー対７１３および第２のミラー対７１４はそれぞれ図示しないミラー保持部材に保持されており、それぞれガルバノスキャナー７１５、７１６によって第１のミラー７１３aと第２のミラー７１３bおよび第１のミラー７１４aと第２のミラー７４４bが点対称の位置となる点Q1、Q2を中心として回動せしめられるようになっている。

このように構成された集光点深さ変位手段７１においては、パルスレーザー光線発振手段６から発振されたパルスレーザー光線LBを、第１の凸レンズ７１１、第１のミラー対７１３の第１のミラー７１３aおよび第２のミラー７１３b、第２のミラー対７１４の第１のミラー７１４aおよび第２のミラー７１４b、第２の凸レンズ７１２を介して方向変換ミラー７２に導く。そして、ガルバノスキャナー７１５、７１６によって第１のミラー対７１３および第２のミラー対７１４をそれぞれ点Q1、Q2を中心として回動し、各ミラーの設置角度を変更することにより第１の凸レンズ７４１の焦点(f1)および第２の凸レンズ７４２の焦点(f2)をそれぞれ図において左右方向に変位することができる。

このように構成された集光点深さ変位手段７１は、図２に示す状態においては上述したように第１の凸レンズ７１１の焦点(f1)と第２の凸レンズ７２２の焦点(f2)が集束点Dで一致し、第２の凸レンズ７２２から方向変換ミラー７２に向けて伝送されるパルスレーザー光線LBを平行にする。この場合、集光レンズ８１によって集光される集光点Pは図２で示す位置となる。一方、第１のミラー対７１３および第２のミラー対７１４を点Q1、Q2を中心として一方に回動し、第１の凸レンズ７１１の焦点(f1)を上記集束点Dより図２において左方に変位し、第２の凸レンズ７１２の焦点(f2)を上記集束点Dより図２において右方に変位すると、第２の凸レンズ７１２から方向変換ミラー７２に向けて照射されるパルスレーザー光線LBは末広がりとなる。この結果、方向変換ミラー７２を介して上記集光レンズ８１に入射するパルスレーザー光線LBも末広がりとなるため、集光レンズ８１によって集光される集光点Pは図２で示す状態より下方に変位する。他方、第１のミラー対７１３および第２のミラー対７１４を点Q1、Q2を中心として他方に回動し、第１の凸レンズ７１１の焦点(f1)を上記集束点Dより図２において右方に変位し、第２の凸レンズ７１２の焦点(f2)を上記集束点Dより図２において左方に変位すると、第２の凸レンズ７１２から方向変換ミラー７２に向けて照射されるパルスレーザー光線LBは末細りとなる。この結果、方向変換ミラー７２を介して上記集光レンズ８１に入射するパルスレーザー光線LBも末細りとなるため、集光レンズ８１によって集光される集光点Pは図２で示す状態より上方に変位する。

上記集光レンズ８１を備えた集光器８は、上記ケーシング５２１の先端部に装着されている。この集光器８は、集光レンズ８１を含む組レンズから構成されており、上記パルスレーザー光線発振手段６から発振され集光点深さ変位手段７１および方向変換ミラー７２を介して伝送されたパルスレーザー光線LBを集光点Pに集光する。

図１に戻って説明を続けると、上記レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の先端部には、レーザー光線照射手段５２によってレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段９が配設されている。この撮像手段９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。

図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット５は、ユニットホルダ５１を一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向に移動させるための移動手段５３を具備している。移動手段５３は、一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロッド（図示せず）と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、ユニットホルダ５１およびレーザー光線照射手段５２を案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向に移動せしめる。なお、図示の実施形態においてはパルスモータ５３２を正転駆動することによりレーザー光線照射手段５２を上方に移動し、パルスモータ５３２を逆転駆動することによりレーザー光線照射手段５２を下方に移動するようになっている。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は、制御手段１０を具備している。制御手段１０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）１０１と、制御プログラム等を格納するリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１０２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）１０３と、カウンター１０４と、入力インターフェース１０５および出力インターフェース１０６とを備えている。制御手段１０の入力インターフェース１０５には、上記送り量検出手段３７４および撮像手段９等からの検出信号が入力される。そして、制御手段１０の出力インターフェース１０６からは、上記パルスモータ３７２、パルスモータ３８２、パルスモータ４３２、パルスモータ５３２、レーザー光線照射手段５２等に制御信号を出力する。

図示の実施形態におけるレーザー加工装置１は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図３には、本発明によるウエーハの分割方法よって分割される被加工物としての半導体ウエーハ２０の斜視図が示されている。図３に示す半導体ウエーハ２０は、例えば厚さが３００μｍのシリコンウエーハからなっており、表面２０ａに互いに平行に形成された複数の第１の分割予定ライン２１と該第１の分割予定ライン２１と直角に交差し互いに平行に形成された複数の第２の分割予定ライン２２とによって区画された複数の領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス２３が形成されている。このように形成された半導体ウエーハ２０は、図４に示すように環状のフレーム３０に装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなる保護テープ４０に表面２０ａ側を貼着する。従って、半導体ウエーハ２０は、裏面２０bが上側となる。

図５に示すように、環状のフレーム３０に保護テープ４０を介して支持された半導体ウエーハ２０は、図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブル３６上に保護テープ４０側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより半導体ウエーハ２０は、保護テープ４０を介してチャックテーブル３６上に吸引保持される。また、環状のフレーム３０は、クランプ３６２によって固定される。

上述したように半導体ウエーハ２０を吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７によって撮像手段９の直下に位置付けられる。チャックテーブル３６が撮像手段９の直下に位置付けられると、撮像手段９および制御手段１０によって半導体ウエーハ２０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９および制御手段１０は、半導体ウエーハ２０の所定方向に形成されている第１の分割予定ライン２１と、第１の分割予定ライン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８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２０に形成されている第２の分割予定ライン２２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２０の第１の分割予定ライン２１および第２の分割予定ライン２２が形成されている表面２０ａは下側に位置しているが、撮像手段９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２０ｂから透かして第１の分割予定ライン２１および第２の分割予定ライン２２を撮像することができる。

上述したようにアライメントが行われると、チャックテーブル３６上の半導体ウエーハ２０は、図５の（ａ）に示す座標位置に位置付けられた状態となる。なお、図５の（ｂ）はチャックテーブル３６即ち半導体ウエーハ２０を図５の（ａ）に示す状態から９０度回転した状態を示している。

上述したようにチャックテーブル３６上に保持されている半導体ウエーハ２０に形成されている第１の分割予定ライン２１および第２の分割予定ライン２２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、チャックテーブル３６を移動し図５の（ａ）の状態において第１の分割予定ライン２１における最上位の第１の分割予定ライン２１を撮像手段９の直下に位置付ける。そして、更に図６で示すように第１の分割予定ライン２１の一端（図６において左端）を撮像手段９の直下に位置付ける。この状態で撮像手段９が第１の分割予定ライン２１の一端（図６において左端）を検出したならばその座標値（図６の（ａ）においてA１）を加工送り開始位置座標値として制御手段１０に送る。次に、チャックテーブル３６を図６において矢印X1で示す方向に移動し、第１の分割予定ライン２１の他端（図６において右端）を撮像手段９の直下に位置付ける。この間に撮像手段９は図５の(a)に示すように第２の分割予定ライン２２との交差点の座標値(E1,E2,E3・・・En)および他端（図５の(a)において右端）の座標値(B1)を検出し、それぞれ交差点座標値および加工送り終了位置座標値として制御手段１０に送る。制御手段１０は、入力した第１の分割予定ライン２１の加工送り開始位置座標値（A1）と交差点座標値(E1,E2,E3・・・En)および加工送り終了位置座標値（B1）をランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３に一時格納する（分割予定ライン検出工程）。

このようにして図５の（ａ）において最上位の第１の分割予定ライン２１の加工送り開始位置座標値と交差点座標値および加工送り終了位置座標値を検出したならば、チャックテーブル３６を第１の分割予定ライン２１の間隔だけ矢印Ｙで示す方向に割り出し送りして、図５の（ａ）において最上位から２番目の第１の分割予定ライン２１を撮像手段９の直下に位置付ける。そして、この最上位から２番目の第１の分割予定ライン２１に対して上述した分割予定ライン検出工程を実施して、最上位から２番目の第１の分割予定ライン２１の加工送り開始位置座標値（A2）と交差点の座標値(E1,E2,E3・・・En)および加工送り終了位置座標値（B2）を検出し、これをランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３に一時格納する。以後、上述した割り出し送りと分割予定ライン検出工程を図5の（ａ）において最下位の第１の分割予定ライン２１まで繰り返し実行し、第１の分割予定ライン２１の加工送り開始位置座標値（A3〜An）と交差点座標値(E1,E2,E3・・・En)および加工送り終了位置座標値（B3〜Bn）を検出して、これをランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３に一時格納する。

上述したように第１の分割予定ライン２１に対して分割予定ライン検出工程を実施したならば、チャックテーブル３６従って半導体ウエーハ２０を９０度回動して、図５の（ｂ）に示す状態に位置付ける。次に、第２の分割予定ライン２２に対して上述した分割予定ライン検出工程を実施し、各第２の分割予定ライン２２の加工送り開始位置座標値（C1〜Cｎ）と交差点座標値(Ｆ1,Ｆ2,Ｆ3・・・Ｆn)および加工送り終了位置座標値（D1〜Dn）を検出して、これをランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３に一時格納する。
なお、半導体ウエーハ２０に形成された第１の分割予定ライン２１に対する加工送り開始位置座標値（A1〜An）と交差点座標値(E1,E2,E3・・・En)および加工送り終了位置座標値（B1〜Bn）および第２の分割予定ライン２２に対する加工送り開始位置座標値（C1〜Cn）と交差点座標値(Ｆ1,Ｆ2,Ｆ3・・・Ｆn)および加工送り終了位置座標値（D1〜Dn）は、半導体ウエーハ２０の設計値を予めリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１０２またはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０３に格納しておき、上述した分割予定ライン検出工程を省略してもよい。

次に、半導体ウエーハ２０に形成された第１の分割予定ライン２１に沿ってパルスレーザー光線を照射し、半導体ウエーハ２０の内部に第１の分割予定ライン２１に沿って変質層を形成する変質層形成工程を実施する。
変質層形成工程は、先ずチャックテーブル３６を移動して図５の（ａ）において最上位の第１の分割予定ライン２１をレーザー光線照射手段５２の集光器８の直下に位置付ける。そして、更に図７で示すように第１の分割予定ライン２１の一端（図７において左端）である加工送り開始位置座標値（A1）（図５の（ａ）参照）を集光器８の直下に位置付ける。そして、集光器８から被加工物である半導体ウエーハ２０に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６即ち半導体ウエーハ２０を図７において矢印Ｘ１で示す方向に加工送りする。そして、第１の分割予定ライン２１の他端（図７において右端）即ち加工送り終了位置座標値（B1）がレーザー光線照射手段５２の集光器８の照射位置に達したら、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３６即ち半導体ウエーハ２０の加工送りを停止する。

ここで、上述した変質層形成工程について、更に詳細に説明する。
図８に示す第１の実施形態においては、加工送り開始位置座標値（A1）ではパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ２０の厚さ方向中間部に合わせる。この結果、半導体ウエーハ２０の厚さ方向中間部には、第１の分割予定ライン２１に沿って内部変質層２１０が形成される（内部変質層形成工程）。そして、上記交差点座標値(E1)が集光器８の直下に達したら、パルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ２０の表面２０ａ（下面）付近に合わせる。この集光点Pの変更は制御手段１０により上述した集光点深さ変位手段７１のガルバノスキャナー７１５、７１６を制御することによって行われる。この結果、半導体ウエーハ２０の交差点座標値(E1)には表面２０ａ（下面）に露出する露出変質層２２０が形成される（露出変質層形成工程）。このように内部変質層形成工程と露出変質層形成工程を交互に実施することにより、交差点座標値間においては半導体ウエーハ２０の厚さ方向中間部に内部変質層２１０が形成され、交差点座標値(E1,E2,E3・・・En)においては半導体ウエーハ２０の表面２０ａ（下面）に露出する露出変質層２２０が形成される。この内部変質層２１０および露出変質層２２０は、溶融再固化層、クラック層として形成され、強度を低下せしめられる。

なお、上記内部変質層形成工程および露出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パルスレーザー
波長 ：１０６４ｎｍ
パルス出力 ：１０J
繰り返し周波数 ：１００kHz
パルス幅 ：４０nm
集光スポット径 ：φ１μｍ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒

上述した内部変質層形成工程および露出変質層形成工程を半導体ウエーハ２０に形成された全ての第１の分割予定ラインに沿って実施する。次に、チャックテーブル３６即ち半導体ウエーハ２０を９０度回動し、半導体ウエーハ２０に形成されている第２の分割予定ライン２２に沿って上述した内部変質層形成工程および露出変質層形成工程を実施する。

次に、内部変質層形成工程および露出変質層形成工程の第２の実施形態について、図９を参照して説明する。
図９に示す実施形態は、交差点座標値E(F)においてパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ２０の裏面２b（上面）付近に合わせ露出変質層形成工程実施することにより、半導体ウエーハ２０の裏面２b（上面）に露出する露出変質層２２０を形成する。なお、内部変質層形成工程は、上記図８に示す第１の実施形態と同じでよい。

次に、内部変質層形成工程および露出変質層形成工程の第３の実施形態について、図１０を参照して説明する。
図１０に示す実施形態は、交差点座標値E(F)においてパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ２０の表面２０ａ（下面）付近と裏面２b（上面）付近に合わせ露出変質層形成工程実施することにより、半導体ウエーハ２０の表面２０ａおよび裏面２b（上面）に露出する露出変質層２２０、２２０を形成する。なお、内部変質層形成工程は、上記図８に示す第１の実施形態と同じでよい。

次に、内部変質層形成工程および露出変質層形成工程の第４の実施形態について、図１１を参照して説明する。
図１１に示す実施形態は、加工送り開始位置座標値A(C)と加工送り終了位置座標値Ｂ(D）および交差点座標値E(F)においてパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ２０の表面２０ａ（下面）付近と裏面２b（上面）付近に合わせ露出変質層形成工程実施する。この結果、加工送り開始位置座標値A(C)と加工送り終了位置座標値Ｂ(D）および交差点座標値E(F)に半導体ウエーハ２０の表面２０ａおよび裏面２b（上面）に露出する露出変質層２２０、２２０を形成する。なお、内部変質層形成工程は、上記図８に示す第１の実施形態と同じでよい。

次に、内部変質層形成工程および露出変質層形成工程の第５の実施形態について、図１２を参照して説明する。
図１２に示す実施形態は、加工送り開始位置座標値A(C)と加工送り終了位置座標値Ｂ(D）および交差点座標値E(F)においてパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ２０の表面２０ａ（下面）付近に合わせ露出変質層形成工程実施する。そして、上記各座標値間は、パルスレーザー光線の集光点Ｐをカーブを描いて上下に移動して内部変質層形成工程を実施する。この結果、加工送り開始位置座標値A(C)と加工送り終了位置座標値Ｂ(D）および交差点座標値E(F)に半導体ウエーハ２０の表面２０ａおよび裏面２b（上面）に露出する露出変質層２２０が形成されるとともに、上記各座標値間に半導体ウエーハ２０の厚さ方向中間部に内部変質層２１０が形成され、半導体ウエーハ２０の内部には露出変質層２２０と内部変質層２１０とによってブリッジ状の変質層が形成される。

上述した内部変質層形成工程および露出変質層形成工程を実施したならば、半導体ウエーハ２０に外力を作用せしめて第１の分割予定ライン２１および第２の分割予定ライン２２に沿って分割する分割行程を実施する。この分割工程は、図示の実施形態においては図１３に示す分割装置６０を用いて実施する。図１３に示す分割装置６０は、上記環状のフレーム３０を保持するフレーム保持手段６１と、該フレーム保持手段６１に保持された環状のフレーム３０に装着された保持テープ４０を拡張するテープ拡張手段６２を具備している。フレーム保持手段６１は、環状のフレーム保持部材６１１と、該フレーム保持部材６１１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６１２とからなっている。フレーム保持部材６１１の上面は環状のフレーム３０を載置する載置面６１１ａを形成しており、この載置面６１１ａ上に環状のフレーム３０が載置される。そして、載置面６１１ａ上に載置された環状のフレーム３０は、クランプ機構６１２によってフレーム保持部材６１１に固定される。このように構成されたフレーム保持手段６１は、テープ拡張手段６２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６２は、上記環状のフレーム保持部材６１１の内側に配設される拡張ドラム６２１を具備している。この拡張ドラム６２１は、環状のフレーム３０の内径より小さく該環状のフレーム３０に装着された保持テープ４０に貼着される半導体ウエーハ２０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６２１は、下端に支持フランジ６２２を備えている。図示の実施形態におけるテープ拡張手段６２は、上記環状のフレーム保持部材６１１を上下方向に進退可能な支持手段６３を具備している。この支持手段６３は、上記支持フランジ６２２上に配設された複数のエアシリンダ６３１からなっており、そのピストンロッド６３２が上記環状のフレーム保持部材６１１の下面に連結される。このように複数のエアシリンダ６３１からなる支持手段６３は、環状のフレーム保持部材６１１を載置面６１１ａが拡張ドラム６２１の上端と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム６２１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６３１からなる支持手段６３は、拡張ドラム６２１とフレーム保持部材６１１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６０を用いて実施する分割工程について図１４を参照して説明する。即ち、図１４に示すように半導体ウエーハ２０（第１の分割予定ライン２１および第２の分割予定ライン２２に沿って内部変質層２１０および露出変質層２２０が形成されている）を保持テープ４０を介して支持した環状のフレーム３０を、図１４の（ａ）に示すようにフレーム保持手段６１を構成するフレーム保持部材６１１の載置面６１１ａ上に載置し、クランプ機構６１２によってフレーム保持部材６１１に固定する。このとき、フレーム保持部材６１１は図１４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６２を構成する支持手段６３としての複数のエアシリンダ６３１を作動して、環状のフレーム保持部材６１１を図１４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６１１の載置面６１１ａ上に固定されている環状のフレーム３０も下降するため、図１４の（ｂ）に示すように環状のフレーム４に装着された保持テープ４０は拡張ドラム６２１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、保持テープ４０に貼着されている半導体ウエーハ２０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２０に放射状に引張力が作用すると、第１の分割予定ライン２１および第２の分割予定ライン２２に沿って形成された内部変質層２１０および露出変質層２２０は強度が低下せしめられているので、半導体ウエーハ２０は内部変質層２１０および露出変質層２２０に沿って破断され個々の半導体チップ２００に分割される。このとき、第１の分割予定ライン２１と第２の分割予定ライン２２との交差点には半導体ウエーハ２０の表面２０ａおよび／または裏面２b（上面）に露出する露出変質層２２０が形成されているので、この露出変質層２２０が割断起点となって内部変質層２１０に伝播するため、半導体ウエーハ２０を第１の分割予定ライン２１および第２の分割予定ライン２２に沿って容易に破断することができる。なお、上述した図１１に示す第４の実施形態のように、加工送り開始位置座標値A(C)および加工送り終了位置座標値Ｂ(D)にも露出変質層形成工程実施し、半導体ウエーハ２０の表面２０ａおよび／または裏面２b（上面）に露出する露出変質層２２０を形成することにより、半導体ウエーハ２０を第１の分割予定ライン２１および第２の分割予定ライン２２に沿って更に容易に破断することができる。

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、保持テープ４０に貼着された半導体ウエーハ２０（第１の分割予定ライン２１および第２の分割予定ライン２２に沿って内部変質層２１０および露出変質層２２０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２０を内部変質層２１０および露出変質層２２０が形成され強度が低下した第１の分割予定ライン２１および第２の分割予定ライン２２に沿って割断する方法を用いることができる。また、内部変質層２１０および露出変質層２２０が形成され強度が低下した分割予定ライン２１および２２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、内部変質層２１０および露出変質層２２０が形成され強度が低下した第１の分割予定ライン２１および第２の分割予定ライン２２に沿って押圧部材を作用せしめる方法、或いは内部変質層２１０および露出変質層２２０が形成され強度が低下した第１の分割予定ライン２１および第２の分割予定ライン２２に沿ってレーザー光線を照射してヒートショックを与える方法等を用いることができる。

上述した図８に示す第１の実施形態によって内部変質層形成工程および露出変質層形成工程が実施された半導体ウエーハ２０が個々に分割された半導体チップ２００は、図１５に示すようにその側面に内部変質層２１０および露出変質層２２０が残留する。しかるに、露出変質層２２０は側面における長手方向両端部だけであり、内部変質層２１０は半導体ウエーハ２０の厚さ方向中間部に形成され表面および裏面に達していないので、抗折強度が低下することはない。

以上、本発明をシリコンウエーハからなる半導体ウエーハ２０に実施した例を示したが、本発明はサファイヤ基板からなる光デバイス等の他のウエーハに実施しても同様の作用効果が得られる。
また、上述した各実施形態においては、第１の分割予定ライン２１と第２の分割予定ライン２２との交差点に露出変質層２２０を形成する例を示したが、ウエーハの厚さが２００μm以上と比較的厚い場合には、交差点以外の領域に所定の間隔で間欠的に露出変質層を形成してもよい。

本発明によるウエーハの分割方法における内部変質層形成工程および露出変質層形成工程を実施するためのレーザー加工装置の斜視図。 図１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。 被加工物としての半導体ウエーハの斜視図。 図３に示す半導体ウエーハを環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着した状態を示す斜視図。 図３に示す半導体ウエーハが図１に示すレーザー加工装置のチャックテーブルの所定位置に保持された状態における座標との関係を示す説明図。 図１に示すレーザー加工装置によって実施する分割予定ライン検出工程の説明図。 図１に示すレーザー加工装置によって実施する内部変質層形成工程および露出変質層形成工程の説明図。 本発明によるウエーハの分割方法における内部変質層形成工程および露出変質層形成工程の第１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内部変質層形成工程および露出変質層形成工程の第２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内部変質層形成工程および露出変質層形成工程の第３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内部変質層形成工程および露出変質層形成工程の第４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内部変質層形成工程および露出変質層形成工程の第５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する分割装置の一実施形態を示す斜視図。 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。

符号の説明

１：レーザー加工装置
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３８：第１の割り出し送り手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４２：可動支持基台
４３：第２の割り出し送り手段
５：レーザー光線照射ユニット
５１：ユニットホルダ
５２：レーザー光線加工手段
６：パルスレーザー光線発振手段
７：光学伝送手段
７１：集光点深さ変位手段
８：集光器８
８１：集光レンズ
9：撮像手段
１０：制御手段
２０：半導体ウエーハ
２１：第１の分割予定ライン
２２：第２の分割予定ライン
２３：デバイス
３０：環状のフレーム
４０：保護テープ
６０：分割装置
６１：フレーム保持手段
６２：テープ拡張手段
６３：支持手段

Claims (4)

1. 表面に互いに平行に形成された複数の第１の分割予定ラインと該第１の分割予定ラインと交差し互いに平行に形成された複数の第２の分割予定ラインとによって区画された領域にデバイスが形成されたウエーハを、該第１の分割予定ラインおよび該第２の分割予定ラインに沿って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パルスレーザー光線をウエーハの厚さ方向中間部に該第１の分割予定ラインおよび該第２の分割予定ラインに沿って照射し、ウエーハの厚さ方向中間部に該第１の分割予定ラインおよび該第２の分割予定ラインに沿って内部変質層を形成する内部変質層形成工程と、
   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ウエーハの少なくとも一方の面付近に該第１の分割予定ラインと該第２の分割予定ラインに沿って間欠的に照射し、ウエーハの少なくとも一方の面に間欠的に露出する露出変質層を形成する露出変質層形成工程と、
   該第１の分割予定ラインおよび該第２の分割予定ラインに沿って内部変質層および露出変質層が形成されたウエーハに外力を付与し、ウエーハを該露出変質層を割断起点として該内部変質層に沿って個々のチップに分割する分割工程と、を含む、
   ことを特徴とするウエーハの分割方法。
2. 該露出変質層形成工程は、該第１の分割予定ラインと該第２の分割予定ラインとの交差部において実施する、請求項１記載のウエーハの分割方法。
3. 該露出変質層形成工程は、該第１の分割予定ラインと該第２の分割予定ラインの端部において実施する、請求項１又は２記載のウエーハの分割方法。
4. 該内部変質層形成工程と該露出変質層形成工程は、交互に実施する、請求項１から３のいずれかに記載のウエーハの分割方法。

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