JP2009277778A

JP2009277778A - ウエーハの分割方法

Info

Publication number: JP2009277778A
Application number: JP2008125936A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Watanabe; 陽介渡辺
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2008-05-13
Filing date: 2008-05-13
Publication date: 2009-11-26

Abstract

【課題】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内部に複数の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、分割予定ラインに沿って確実に分割することができるウエーハの方法を提供する。
【解決手段】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内部に複数の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、環状のフレームに装着された粘着テープに貼着した状態で該粘着テープにおけるウエーハと環状のフレームの内周とに間の環状領域に押圧部材を作用せしめて粘着テープを拡張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分割するウエーハの分割方法であって、粘着テープはヤング率が１５０〜５００N／mm²に設定されている。
【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ウエーハを分割予定ラインに沿って分割する方法として、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が提案されている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの一方の面側から内部に集光点を合わせてウエーハ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、ウエーハ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、ウエーハを個々のデバイスに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、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環状のフレームに装着された粘着テープの表面に貼着し、該粘着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、ウエーハを個々のデバイスに分割する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２００６−１２９６０７号公報

上記特許文献２に開示されたウエーハの分割方法は、分割予定ラインに沿って変質層が形成されたウエーハが貼着された粘着テープにおけるウエーハと環状のフレームの内周とに間の環状領域に押圧部材を作用せしめて該粘着テープを拡張することによりウエーハに引張力を作用させる方法で、作業が簡単で効率的である。

而して、上記特許文献２に開示されたようにウエーハが貼着された粘着テープを拡張してウエーハに引張力を付与する方法は、ウエーハの分割がウエーハの外周から中心部に向かって進行するため、ウエーハの分割に伴って粘着テープの外周部が延びて弛みが生じ、ウエーハの中心部に十分な引張力を作用させることができない。このため、デバイスが変形して分割されたり、分割不良が生じてデバイスの品質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、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内部に複数の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、分割予定ラインに沿って確実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内部に複数の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、環状のフレームに装着された粘着テープに貼着した状態で該粘着テープにおけるウエーハと環状のフレームの内周とに間の環状領域に押圧部材を作用せしめて該粘着テープを拡張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分割するウエーハの分割方法であって、
該粘着テープは、ヤング率が１５０〜５００N／mm²に設定されている、
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る粘着テープはヤング率が１５０〜５００N／mm²に設定されているので、粘着テープを拡張することによりウエーハの中心部まで十分に引張力を作用させることができ、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正確に分割することができる。

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デバイス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デバイス１０２が形成されている。以下、この半導体ウエーハ１０を個々のデバイス１０２に分割する分割方法について説明する。

半導体ウエーハ１０を個々のデバイスに分割するには、半導体ウエーハ１０に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を複数の分割予定ライン１０１に沿って照射し、半導体ウエーハ１０の内部に複数の分割予定ライン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に示すレーザー加工装置２を用いて実施する。図２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、図示しない加工送り手段によって図２において矢印Ｘで示す方向に加工送りされるとともに、図示しない割り出し送り手段によって図２において矢印Ｙで示す方向に割り出し送りさ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の先端に装着された集光器２２２からパルスレーザー光線を照射する。また、上記レーザー光線照射手段２２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２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３を参照して説明する。
この変質層形成工程を実施するには、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の表面１０ａを載置し、図示しない吸引手段を作動してチャックテーブル２１上に半導体ウエーハ１０を吸引保持する。従って、チャックテーブル２１上に保持された半導体ウエーハ１０は、裏面１０bが上側となる。このようにして半導体ウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル２１は、図示しない加工送り手段によって撮像手段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の分割予定ライン１０１に沿って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２２２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に形成されている複数の分割予定ライン１０１と直交する方向に形成されている複数の分割予定ライン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の複数の分割予定ライン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２３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３の（ａ）で示すようにチャックテーブル２１をレーザー光線照射手段２２の集光器２２２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３の（ａ）において左端）をレーザー光線照射手段２２の集光器２２２の直下に位置付ける。そして、集光器２２２から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照射しつつチャックテーブル２１を図３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３の（ｂ）で示すようにレーザー光線照射手段２２の集光器２２２の照射位置に分割予定ライン１０１の他端（図３の（b）において右端）が達したら、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には、分割予定ライン１０１に沿って表面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レーザー
波長：１０６４ｎｍのパルスレーザー
平均出力：１W
集光スポット径：φ１μｍ
繰り返し周波数：７０ｋＨｚ
加工送り速度：３０ｍｍ／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１１０を形成してもよい。そして、上述した変質層形成工程を半導体ウエーハ２に形成された全ての分割予定ライン１０１に沿って実施する。

上述した変質層形成工程によって半導体ウエーハ１０の内部に複数の分割予定ライン１０１に沿って変質層１１０を形成したならば、分割予定ラインに沿って変質層が形成されたウエーハの裏面を環状のフレームに装着された粘着テープに貼着するウエーハ支持工程を実施する。即ち、図４に示すように環状のフレーム３の内側開口部を覆うように外周部が装着された粘着テープ４の表面に半導体ウエーハ１０の裏面１０bを貼着する。粘着テープ４は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）やポリオレフィン(PO)からなる厚さが３０〜２００μｍのシート基材によって形成されており、その表面に粘着剤が厚さ５μｍ程度塗布されている。この粘着テープ４は、ヤング率が１５０〜５００N／mm²に設定されていることが重要である。

上述した変質層形成工程およびウエーハ支持工程を実施したならば、環状のフレーム３に装着された粘着テープ４における半導体ウエーハ１０と環状のフレーム３の内周とに間の環状領域に押圧部材を作用せしめて粘着テープ４を拡張することにより粘着テープ４に貼着された半導体ウエーハ１０に外力を付与し、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に沿って分割するウエーハ分割工程を実施する。このウエーハ分割工程は、図５に示すテープ拡張装置５を用いて実施する。図５に示すテープ拡張装置５は、上記環状のフレーム３を保持するフレーム保持手段５１と、該フレーム保持手段５１に保持された環状のフレーム３に装着された粘着テープ４を拡張するテープ拡張手段５２を具備している。フレーム保持手段５１は、環状のフレーム保持部材５１１と、該フレーム保持部材５１１の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ５１２とからなっている。フレーム保持部材５１１の上面は環状のフレーム３を載置する載置面５１１ａを形成しており、この載置面５１１ａ上に環状のフレーム３が載置される。そして、載置面５１１ａ上に載置された環状のフレーム３は、クランプ５１２によってフレーム保持部材５１１に固定される。このように構成されたフレーム保持手段５１は、テープ拡張手段５２によって上下方向に進退可能に支持されている。

上記テープ拡張手段５２は、上記環状のフレーム保持部材５１１の内側に配設される押圧部材としての円筒状の拡張ドラム５２１を具備している。この拡張ドラム５２１は、環状のフレーム３の内径より小さく該環状のフレーム３に装着された粘着テープ４に貼着される半導体ウエーハ１０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５２１は、下端に支持フランジ５２２を備えている。図示の実施形態におけるテープ拡張手段５２は、上記環状のフレーム保持部材５１１を上下方向に進退可能な支持手段５３を具備している。この支持手段５３は、上記支持フランジ５２２上に配設された複数のエアシリンダ５３１からなっており、そのピストンロッド５３２が上記環状のフレーム保持部材５１１の下面に連結される。このように複数のエアシリンダ５３１からなる支持手段５３は、環状のフレーム保持部材５１１を載置面５１１ａが拡張ドラム５２１の上端と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム５２１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５３１からなる支持手段５３は、拡張ドラム５２１とフレーム保持部材５１１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テープ拡張装置５を用いて実施するウエーハ分割工程について図６を参照して説明する。即ち、半導体ウエーハ１０（分割予定ライン１０１に沿って変質層１１０が形成されている）の裏面１０ｂが貼着されている粘着テープ４が装着された環状のフレーム３を、図６の（ａ）に示すようにフレーム保持手段５１を構成するフレーム保持部材５１１の載置面５１１ａ上に載置し、クランプ５１２によってフレーム保持部材５１１に固定する。このとき、フレーム保持部材５１１は図６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５２を構成する支持手段５３としての複数のエアシリンダ５３１を作動して、環状のフレーム保持部材５１１を図６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５１１の載置面５１１ａ上に固定されている環状のフレーム３も下降するため、図６の（ｂ）に示すように環状のフレーム３に装着された粘着テープ４は、半導体ウエーハ１０と環状のフレーム３の内周との間の環状領域４aが押圧部材としての円筒状の拡張ドラム５２１の上端縁に接して押圧され拡張せしめられる。この結果、粘着テープ４に貼着されている半導体ウエーハ１０には放射状に引張力が作用するため、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デバイス１０２に分割される。

上述したウエーハ分割工程において粘着テープ４が拡張されると、粘着テープ４に貼着されている半導体ウエーハ１０（分割予定ライン１０１に沿って変質層１１０が形成されている）は、外周から中心部に向かって分割が進行する。この半導体ウエーハ１０の分割の進行に伴って粘着テープ４の外周部が延びていくが、本発明においては粘着テープ４はヤング率が１５０〜５００N／mm²に設定されているので、外周の分割予定ライン１０１の分割によって中心部の分割予定ライン１０１に作用する引張り力が減少するが粘着テープ４のヤング率が高いことから半導体ウエーハ１０の中心部まで十分な引張力を作用させることができる。この結果、半導体ウエーハ１０は、変質層１１０が形成された分割予定ライン１０１に沿って正確に分割される。

本発明者は、直径２００ｍｍのシリコンウエーハ（分割予定ラインに沿って変質層が形成されている）を内径が３００ｍｍの環状フレームに装着された粘着テープに貼着し、上記ウエーハ分割装置によって上述したウエーハ分割工程を実施した。なお、ウエーハ分割工程は、環状のフレームの移動量即ち環状のフレームの上記図６の（a）から図６の（ｂ）までの移動量を３０mmに設定して実施した。
粘着テープとして一般に使用されているヤング率が１００N／mm²程度の粘着テープを用いた場合には、弾性係数が低くウエーハの中心部まで十分な引張力が作用しないため、ウエーハの中心部において分割不良が発生した。
粘着テープとしてヤング率が１５０N／mm²以上、特にヤング率が２００N／mm²以上の粘着テープを用いた場合には、ウエーハは中心部まで十分に引張力を作用させることができ、変質層が形成された分割予定ラインに沿って正確に分割された。
なお、ヤング率が５００N／mm²を超える粘着テープを用いると、粘着テープを拡張するために大きな力が必要となり、実用的ではない。

上述したようにウエーハ分割工程を実施したならば、図７に示すようにピックアップ機構６を作動しピックアップコレット６１によって所定位置に位置付けられたデバイス２２をピックアップ（ピックアップ工程）し、図示しないトレーまたはダイボンディング工程に搬送する。

本発明によるウエーハの分割方法によって個々のデバイス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。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ウエーハ支持工程を実施したウエーハの斜視図。本発明によるウエーハの分割方法におけるウエーハ分割工程を実施するためのテープ拡張装置の斜視図。本発明によるウエーハの分割方法におけるウエーハ分割工程の説明図。本発明によるウエーハの分割方法におけるピックアップ工程を示す説明図。

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
２２２：集光器
３：環状のフレーム
４：粘着テープ
５：テープ拡張装置
５１：フレーム保持手段
５２：テープ拡張手段
５２１：拡張ドラム
１０：半導体ウエーハ
１０１：分割予定ライン
１０２：デバイス
１１０：変質層

Claims

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内部に複数の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、環状のフレームに装着された粘着テープに貼着した状態で該粘着テープにおけるウエーハと環状のフレームの内周とに間の環状領域に押圧部材を作用せしめて該粘着テープを拡張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分割するウエーハの分割方法であって、
該粘着テープは、ヤング率が１５０〜５００N／mm²に設定されている、
ことを特徴とするウエーハの分割方法。