JP2007214417A - ウエーハの分割方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウエーハレーザー加工装置のチャックテーブルから破断することなく搬出することができるウエーハの分割方法。
【解決手段】レーザー加工装置の被加工物を保持するチャックテーブル４１にウエーハ２を保持するウエーハ保持工程と、ウエーハ２に対して透過性を有する波長の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２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、チャックテーブル４１に保持されたウエーハ２の上面に環状のフレーム５に装着される粘着テープ５０を貼着するウエーハ支持工程と、ウエーハ支持工程を実施した後に環状のフレーム５に粘着テープ５０を介して支持されたウエーハ２をチャックテーブル４１から搬出し、ウエーハ２に外力を作用することにより変質層が形成された分割予定ラインに沿ってウエーハ２を破断するウエーハ破断工程とを含む。
【選択図】図６

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デバイス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デバイス（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。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波長の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

而して、分割予定ラインに沿って変質層が形成された半導体ウエーハをレーザー加工装置のチャックテーブルから搬出する際に、半導体ウエーハが変質層に沿って破断され、取り扱いが困難にな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変質層が形成されたウエーハをレーザー加工装置のチャックテーブルから破断することなく搬出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、表面に分割予定ラインが形成されたウエーハを、該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、
レーザー加工装置の被加工物を保持するチャックテーブルにウエーハを保持するウエーハ保持工程と、
該チャックテーブルに保持されたウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を該分割予定ラインに沿って照射し、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した後に、該チャックテーブルに保持されたウエーハの上面に環状のフレームに装着される粘着テープを貼着し、該粘着テープを介してウエーハを該環状のフレームに支持するウエーハ支持工程と、
該ウエーハ支持工程を実施した後に、該環状のフレームに該粘着テープを介して支持されたウエーハを該チャックテーブルから搬出し、該環状のフレームに該粘着テープを介して支持された状態でウエーハに外力を作用することにより該変質層が形成された該分割予定ラインに沿ってウエーハを破断するウエーハ破断工程と、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。

ウエーハ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デバイスが形成されており、
上記ウエーハ保持工程はウエーハの表面側を上記チャックテーブルに保持し、上記変質層形成工程は上記チャックテーブルに保持されたウエーハの裏面側からレーザー光線を照射し、上記ウエーハ支持工程は上記チャックテーブルに保持されたウエーハの裏面に上記粘着テープを貼着する。

本発明によるウエーハの分割方法においては、変質層形成工程を実施した後にチャックテーブルに保持されたウエーハの上面に環状のフレームに装着される粘着テープを貼着し、粘着テープを介してウエーハを環状のフレームに支持するウエーハ支持工程を実施するので、ウエーハは変質層形成工程によって変質層が形成され強度が低下せしめられているが、ウエーハの片面には環状のフレームに装着された粘着テープが貼着されているので、チャックテーブルから搬出する際に破断することはない。

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、本発明によるウエーハの分割方法に従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が示されている。図１に示す半導体ウエーハ２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２ａには複数の分割予定ライン２１が格子状に形成されている。そして、半導体ウエーハ２の表面２aには、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ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス２２が形成されている。以下、この半導体ウエーハ２を個々のデバイス（チップ）に分割するウエーハの分割方法について説明する。

上述した半導体ウエーハ２の表面２ａには、デバイス２２を保護するために図２に示すように保護部材３を貼着する（保護部材貼着工程）。

保護部材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に保護部材３を貼着したならば、レーザー加工装置の被加工物を保持するチャックテーブルにウエーハを保持し（ウエーハ保持工程）、チャックテーブルに保持されたウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を該分割予定ラインに沿って照射して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を実施する。この変質層形成工程は、図示の実施形態においては図３に示すレーザー加工装置を用いて実施する。図３に示すレーザー加工装置４は、被加工物を保持するチャックテーブル４１と、該チャックテーブル４１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４２と、チャックテーブル４１上に保持された被加工物を撮像する撮像手段４３を具備している。チャックテーブル４１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３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４２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング４２１を含んでいる。ケーシング４２１内には図示しない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や繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー光線発振手段が配設されている。上記ケーシング４２１の先端部には、パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光するための集光器４２２が装着されている。

上記レーザー光線照射手段４２を構成するケーシング４２１の先端部に装着された撮像手段４３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４を用いて変質層形成工程を実施するには、図３に示すようにレーザー加工装置４のチャックテーブル４１上に半導体ウエーハ２の保護部材３側を載置する。そして、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（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル４１上に吸引保持された半導体ウエーハ２は裏面２ｂが上側となる。

上述したようにウエーハ保持工程を実施したならば、半導体ウエーハ２を形成するシリコンウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を半導体ウエーハ２の裏面側から分割予定ライン２１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２１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。まず、半導体ウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル４１は、図示しない移動機構によって撮像手段４３の直下に位置付けられる。そして、撮像手段４３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４３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４２の集光器４２２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交して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（アライメント工程）。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４３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。

以上のようにしてアライメント工程を実施したならば、図４の（ａ）で示すようにチャックテーブル４１をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段４２の集光器４２２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４の（ａ）において左端）をレーザー光線照射手段４２の集光器４２２の直下に位置付ける。そして、集光器４２２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４１を図４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４の（ｂ）で示すように集光器４２２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４１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２の表面２ａ（下面）付近に合わせることにより、半導体ウエーハ２には表面２ａ（下面）に露出するとともに表面２ａから内部に向けて変質層２１０が形成される。この変質層２１０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
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
パルス出力 ：１０μＪ
集光スポット径 ：φ１μｍ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒

なお、半導体ウエーハ２の厚さが厚い場合には、図５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。例えば、上述した加工条件においては１回に形成される変質層の厚さは約５０μｍであるため、上記変質層形成工程を例えば３回実施して１５０μmの変質層２１０を形成する。また、厚さが３００μｍのウエーハ２に対して６層の変質層を形成し、半導体ウエーハ２の内部に分割予定ライン２１に沿って表面２ａから裏面２ｂに渡って変質層を形成してもよい。また、変質層２１０は、表面２ａおよび裏面２ｂに露出しないように内部だけに形成してもよい。

以上のようにして、半導体ウエーハ２の所定方向に延在する全ての分割予定ライン２１に沿って上記変質層形成工程を実行したならば、チャックテーブル４１を９０度回動せしめて、上記所定方向に対して直角に延びる各分割予定ラインに沿って上記変質層形成工程を実行する。

このようにして、半導体ウエーハ２に形成された全ての分割予定ライン２１に沿って上記変質層形成工程を実行したならば、チャックテーブル４１に保持された半導体ウエーハ２の上面に環状のフレームに装着される粘着テープを貼着し、粘着テープを介してウエーハを環状のフレームに支持するウエーハ支持工程を実施する。即ち、図６の(a)および (b)に示すように環状のフレーム５の開口５１部を覆うように外周部が装着された粘着テープ５０の表面（図６の(a)においては下側の面）をチャックテーブル４１に保持された半導体ウエーハ２の上面（裏面２b）に貼着する。

上述したウエーハ支持工程を実施したならば、環状のフレーム５に粘着テープ５１を介して支持された半導体ウエーハ２をチャックテーブル４１から搬出する（ウエーハ搬出工程）。即ち、チャックテーブル４１による半導体ウエーハ２の吸引保持を解除し、図７に示すように環状のフレーム５に粘着テープ５１を介して支持された半導体ウエーハ２をチャックテーブル４１から搬出して反転する。そして、半導体ウエーハ２の表面２aに貼着されている保護部材３を剥離する。なお、半導体ウエーハ２は上記変質層形成工程によって分割予定ライン２１に沿って変質層２１０が形成され強度を低下せしめられているが、半導体ウエーハ２の裏面２bには環状のフレーム５に装着された粘着テープ５１が貼着されているので、チャックテーブル４１から搬出する際に破断することはない。

このようにして、環状のフレーム５に粘着テープ５１を介して支持された半導体ウエーハ２をチャックテーブル４１から搬出したならば、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に沿って個々のチップに破断するウエーハ破断工程に搬送される。このウエーハ破断工程は、図示の実施形態においては図８に示す分割装置６を用いて実施する。図６に示す分割装置６は、上記環状のフレーム５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５に装着された粘着テープ５０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５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５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５は、クランプ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５の内径より小さく該環状のフレーム５に装着された粘着テープ５０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６を用いて実施するウエーハ破断工程について図９を参照して説明する。即ち、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）を粘着テープ５０を介して支持した環状のフレーム５を、図９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９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９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５も下降するため、図９の（ｂ）に示すように環状のフレーム５に装着された粘着テープ５０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、粘着テープ５０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、この変質層２１０が分割起点となって半導体ウエーハ２は変質層２１０に沿って破断され個々のデバイス（半導体チップ）２０に分割される。

なお、ウエーハ破断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、粘着テープ５０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、変質層が形成され強度が低下したス分割予定ライン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、或いは変質層２１０が形成され強度が低下した分割予定ライン２１に沿ってレーザー光線を照射してヒートショックを与える方法、１本の分割予定ライン２１を挟んで２個の吸引保持部材によって半導体ウエーハ２保持し該２個の吸引保持部材を互いに離反することにより変質層２１０が形成され強度が低下した分割予定ライン２１に沿って破断する方法等を用いることができる。

以上、本発明を図示の実施形態に基いて説明したが、本発明は実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で種々の変形は可能である。例えば、上述した実施形態におけるウエーハ支持工程は環状のフレーム５に粘着テープ５０を装着した状態でチャックテーブル４１に保持された半導体ウエーハ２の上面に粘着テープ５０を貼着する例を示したが、環状のフレーム５に粘着テープ５０を装着する際に半導体ウエーハ２の上面に粘着テープ５０を貼着してもよい。即ち、チャックテーブルに環状のフレームを保持する保持手段を設け、該保持手段によって環状のフレームを保持する。そして、粘着テープを環状のフレームおよびチャックテーブルに保持されているウエーハの上面に供給し、該粘着テープを環状のフレームおよびチャックテーブルに保持されているウエーハの上面に貼着した後、粘着テープを環状のフレームに沿って切断する。
また、上述した実施形態においてはＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成された半導体ウエーハを個々のデバイス(チップ)に分割する例を示したが、本発明によるウエーハの分割方法は石英ガラスのようにデバイスが形成されていないウエーハの分割にも適用できる。

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。 図１に示す半導体ウエーハの表面に保護部材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。 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。 図４に示す変質層形成行程において半導体ウエーハの内部に変質層を積層して形成した状態を示す説明図。 本発明によるウエーハの分割方法におけるウエーハ支持工程の説明図。 本発明によるウエーハの分割方法におけるウエーハ搬出工程の説明図。 本発明によるウエーハの分割方法におけるウエーハ破断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ウエーハ破断工程の説明図。

符号の説明

２：半導体ウエーハ
２０：半導体チップ
２１：分割予定ライン
２２：デバイス
２１０：変質層
３：保護部材
４：レーザー加工装置
４１：レーザー加工装置のチャックテーブル
４２：レーザー光線照射手段
４３：撮像手段
５：環状のフレーム
５０：粘着テープ
６：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 (2)

1. 表面に分割予定ラインが形成されたウエーハを、該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、
   レーザー加工装置の被加工物を保持するチャックテーブルにウエーハを保持するウエーハ保持工程と、
   該チャックテーブルに保持されたウエーハに対して透過性を有する波長のレーザー光線を該分割予定ラインに沿って照射し、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した後に、該チャックテーブルに保持されたウエーハの上面に環状のフレームに装着される粘着テープを貼着し、該粘着テープを介してウエーハを該環状のフレームに支持するウエーハ支持工程と、
   該ウエーハ支持工程を実施した後に、該環状のフレームに該粘着テープを介して支持されたウエーハを該チャックテーブルから搬出し、該環状のフレームに該粘着テープを介して支持された状態でウエーハに外力を作用することにより該変質層が形成された該分割予定ラインに沿ってウエーハを破断するウエーハ破断工程と、を含む、
   ことを特徴とするウエーハの分割方法。
2. ウエーハ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デバイスが形成されており、
   該ウエーハ保持工程はウエーハの表面側を該チャックテーブルに保持し、該変質層形成工程は該チャックテーブルに保持されたウエーハの裏面側からレーザー光線を照射し、該ウエーハ支持工程は該チャックテーブルに保持されたウエーハの裏面に該粘着テープを貼着する、請求項１記載のウエーハの分割方法。

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