JP2009277982A - 半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱衝撃法によりウェハを分割させる場合、急冷時には製品としての半導体素子を露出させた面が結露してしまい、急加熱時には、製品としての半導体素子の電極表面の酸化してしまう。こういった結露や酸化の発生により、半導体装置の製品特性に悪影響を及ぼすという問題点があった。
【解決手段】半導体ウェハ１を配置させた真空チャンバー６の内部に対して真空排気を行なった後、分割装置３００に備える給気口１０から、たとえば露点管理された脱酸素気体としての乾燥気体を真空チャンバー６の内部に導入する。真空チャンバー６の内部を真空状態から乾燥気体を含有させた状態に置換させた状態を保ちながら、半導体ウェハ１を冷却する工程および加熱する工程を行なうことにより、結露や酸化の発生を抑制する。
【選択図】図６

Description

本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置に関するものであり、より特定的には、多数の半導体素子が形成された半導体装置を半導体素子の形成された列ごとに、または個々の半導体素子ごとに分割するための、半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置に関するものである。

シリコンウェハなどの半導体ウェハの一方、もしくは両方の主表面上に多数の半導体素子が形成された半導体装置を、半導体素子の形成された列ごとに、または個々の半導体素子ごとに分割させる技術としては、従来より以下に述べる方法が用いられている。たとえば、ポイントスクライブ法、レーザスクライブ法、ブレードダイシング法という方法である。これらはいずれも、まずウェハを分割させたい線である分割線に沿って、分割を容易に行なうための分割溝（微細な切り込み）であるスクライブラインまたはダイシングラインを形成する。そしてウェハに機械的な力を加え、ウェハを分割線に沿って分割させる方法である。

より詳細に述べると、たとえばポイントスクライブ法とは、ダイヤモンドポイントでウェハ上に微細な分割溝を形成した後、ブレーキングによって、先に形成した分割溝を起点としてウェハを分割させる方法である。へき開性を有する半導体ウェハの場合には特にこの方法が有効である。また、レーザスクライブ法とは、たとえばＹＡＧなどのレーザを照射し、局所的に溶融させて分割溝を形成した後、ポイントスクライブ法と同様にブレーキングによって、先に形成した分割溝を起点としてウェハを分割させる方法である。また、ブレードダイシング法とは、ダイヤモンド微粒子を焼結させたホイールを高速回転させてウェハを切削することで分割溝を形成した後、ポイントスクライブ法と同様にブレーキングによって、先に形成した分割溝を起点としてウェハを分割させる方法である。なお、ブレードダイシング法においては、分割溝の形成ではなく、ウェハを完全に切断させることも一般によく行なわれている。

上述した各方法は、いずれも分割溝を形成する際に欠けが発生したり、レーザ照射時の溶融物が付近の素子に飛散したりするなどの問題があるほか、ブレーキングの際に加える機械的な力が不均衡になることにより、所望の位置から外れた箇所にて分割させてしまうことがあるという問題がある。さらに、上述した各方法のうち特にブレードダイシング法においては、ウェハを切削するホイールの幅により、分割線の広い幅が必要であり、具体的には６０〜８０μｍの幅が必要となる。そのため分割線を形成させる領域を素子間に形成する必要があり、素子のレイアウトにロスが発生する。

上述した各方法は、いずれも分割溝や分割線の形成は、ウェハの大口径化や素子の小型化が進むと、１枚のウェハあたりに要する時間が増し、生産性が低下する問題が生じる。これを解決するために考案されたのが、以下に述べる熱衝撃法である。熱衝撃法とは、分割させたい箇所に分割溝を形成した後、分割溝を急冷または急加熱することにより局所的な温度差を生じさせ、熱歪み（熱衝撃）によってウェハを分割溝に沿って分割させる方法である。この方法を用いれば、分割線の数によらずウェハを一括へき開させることが可能になる。また、機械的な力に依存しないため、ウェハを形成する結晶のへき開性のみに依存する分割となる。このため、へき開させた面の品質を向上させることができる。

熱衝撃法を用いたウェハを分割させる方法として、たとえば、特開２００１−２８４２９２号公報（以下、特許文献１）においては、以下の方法が開示されている。半導体ウェハの、主表面上の所望の箇所に多数の分割溝を形成した上で分割溝の溝下部分にレーザビームを照射して加熱した後、直ちに半導体ウェハ全体を液体窒素で冷却させる。このように分割溝を加熱させた後瞬間的に冷却させることにより、分割溝に加わる熱衝撃を利用して、分割溝を基点としたクラックを発生させて半導体ウェハを分割させる方法である。

また、たとえば特開２００４−２６５２４号公報（以下、特許文献２）においては、以下の方法が開示されている。テーブルをたとえば冷却させた上で、そのテーブル上に分割させたいガラスなどの硬質脆性板を配置し、その硬質脆性板の一方の主表面上の分割させたい箇所にスクライブ線を形成させた後、直ちにスクライブ線に沿った領域に噴出ノズルでスポット状に絞った熱風を吹き付けて移動させる。このときに硬質脆性板のスクライブ線に発生する熱衝撃を利用して、スクライブ線を起点としたクラックを発生させて硬質脆性板を分割させる方法である。

さらに、たとえば特開２００２−３７３８６８号公報（以下、特許文献３）においては、以下の方法が開示されている。素子パターンとしての窒化ガリウム系化合物半導体のエピタキシャル層が形成された基板の、エピタキシャル層が形成されている主表面と反対側の主表面上に、素子パターンを分離させるためにへき開性を有する（へき開したい）方向に沿うように帯状の発熱体を設置する。そして発熱体を発熱させることによりへき開したい領域を加熱させた後、冷却水によりへき開したい領域を急冷させ、そのときにへき開したい方向に加わる熱衝撃を利用して、熱衝撃を加えた箇所を基点としたクラックを発生させて基板を分割させる方法である。
特開２００１−２８４２９２号公報 特開２００４−２６５２４号公報 特開２００２−３７３８６８号公報

熱衝撃法によりウェハを分割させるためには少なくとも１００℃以上、確実に分割させるためには２００℃以上の温度差を与える必要がある。ところが上述した各特許文献に示す従来技術の方法では、急冷時には製品としての半導体素子を露出させた面が結露してしまい、半導体装置の製品特性に悪影響を及ぼすという問題点があった。半導体素子における市場不良の内容は、吸湿による配線間短絡や配線腐食が大半を占める。このため、製造工程における結露は製品の信頼性を損なうことになる。一方、急加熱時には、特に室温から急加熱すると加熱温度が高くなるため、製品としての半導体素子の電極表面の酸化などの問題が生じる。製品の電極表面が酸化すると、抵抗値の増大やボンディング強度の低下などの製品不良につながる。しかし、上述した各特許文献に示す従来技術の方法は、いずれもこれらの結露や酸化などの問題に対する対策についての記載がなされていない。

本発明は、上述した問題に鑑みなされたものである。その目的は、熱衝撃法により半導体装置を構成するウェハを分割させる際に与える温度差による、ウェハの一方もしくは両方の主表面上に多数形成された半導体素子の結露ないし酸化を抑制する製造方法および製造装置を提供することである。

本発明における半導体装置の製造方法は、半導体基板を分割する分割工程を有する半導体装置の製造方法である。なお、その分割工程には、半導体基板の一方の主表面上の、分割させたい箇所に分割溝を形成させる工程と、半導体基板を真空装置内に形成させた真空中で冷却または加熱することにより、分割溝を形成させた箇所で半導体基板を分割させる工程とを備えている。

また、本発明における半導体装置の製造方法は、分割工程において半導体基板の一方の主表面上の、分割させたい箇所に分割溝を形成させる工程を行なった後、以下の工程を行なうこともできる。具体的には、半導体基板の一方の主表面上に、乾燥ノズルから脱酸素気体である乾燥気体を供給しながら、半導体基板の一方の主表面上の、少なくとも分割溝に、冷却ノズルから脱酸素気体である冷却気体を供給する工程と、半導体基板の一方の主表面上に、乾燥ノズルから脱酸素気体である乾燥気体を供給しながら、半導体基板を加熱する工程とを備える、半導体装置の製造方法でもある。

本発明における、半導体基板を分割する分割工程を有する半導体装置の製造方法においては、真空中で半導体ウェハを急冷または急加熱を行なう。このため、熱衝撃を与えることによりウェハの一方もしくは両方の主表面上に形成された多数の半導体素子の結露や、半導体素子の表面の酸化を抑制しながら、高効率に半導体ウェハを分割させることができる。また、ノズルを用いて脱酸素気体である乾燥気体や冷却気体を半導体ウェハの表面上に供給することにより、真空を用いなくても、半導体素子の結露や半導体素子の表面の酸化を抑制しながら高効率に半導体ウェハを分割させることができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態が説明される。なお、各実施の形態において、同一の機能を果たす部位には同一の参照符号が付されており、その説明は、特に必要がなければ、繰り返さない。

図１は本発明の各実施の形態において半導体ウェハを分割させる手順を総括的に示したフローチャートである。以下、図１に示す各工程の概略を説明すると、まず分割溝を形成させる工程（Ｓ１０）を実施する。具体的には、半導体基板である半導体ウェハの一方の主表面上の、分割させたい箇所に、分割させたい線である分割線に沿って、分割を容易に行なうための分割溝を形成させる工程である。なお、主表面とは、面積が広い側の面を指し、ここでは、半導体装置としての半導体ウェハにおいて、半導体素子が多数形成された面を指す。

次に、真空中に配置させる工程（Ｓ２０）を実施する。具体的には、先の半導体ウェハを真空装置内に設置した上で、真空装置内を排気することにより、半導体ウェハを真空中に配置させる工程である。次に示す、気体を導入する工程（Ｓ２１）は、たとえば工程（Ｓ２０）にて真空状態にさせた真空装置内に、たとえば窒素ガスなどの脱酸素気体を導入させることにより、半導体ウェハが配置された真空装置内を脱酸素気体で置換させる工程である。そして、冷却する工程（Ｓ３０）にて、先の工程（Ｓ１０）にて形成させた分割溝を冷却させる。加熱する工程（Ｓ４０）にて、先の工程（Ｓ１０）にて形成させた分割溝を加熱させる。

以下に示す、本発明の各実施の形態は、上述した図１に示す各工程から適宜選択して組み合わせることにより実施することができる。そのことを以下により具体的に説明する。

（実施の形態１）
図２は、本発明の実施の形態１における半導体ウェハの分割に用いられる、半導体ウェハの分割装置の内部の状態を示す断面概略図である。図２に示す分割装置１００は、たとえば窒化ガリウム、ガリウム砒素、インジウムリンなどの化合物半導体や、シリコンなどの半導体ウェハ１を設置させるウェハステージ２を備えている。そして、ウェハステージ２を上下方向の所望の位置にセットさせることが可能な突き上げピン３で支持されている。図３は、本発明の実施の形態１において、ウェハステージが下の位置にセットされるように突き上げピンが下部の位置に存在する状態を示す概略図である。図３に示すように、突き上げピン３が図２よりも下部の位置に存在する場合には、ウェハステージ２はその下側に設置されている冷却ブロック４に接する状態になる。このため、図２および図３に示すように、冷却ブロック４の内部に冷却媒体５を流すことにより、冷却ブロック４を低温にすることができる。その結果、冷却ブロック４に接する状態になっているウェハステージ２も冷却され、ウェハステージ２の上に設置されている半導体ウェハ１を冷却させることができる。ここで、冷却媒体５としてたとえば液体窒素を用いれば、冷却ブロック４を氷点下１９３℃に冷却させることができる。このような機構を内部に備えている真空装置である真空チャンバー６に排気口７が設けられており、半導体ウェハ１が配置された真空チャンバー６の内部を排気して真空状態にさせる。図２に示す分割装置１００は、以上の各機構を有する各部材を備えている。

次に、上述した図２および図３に示す分割装置１００を用いた、半導体ウェハ１の分割方法を説明する。まず、先述した図１のフローチャートに示す、分割溝を形成させる工程（Ｓ１０）を実施する。より具体的に述べると、半導体ウェハ１の一方の主表面上の、ウェハを分割させたい箇所に沿って、分割を容易に行なうための分割溝（微細な切り込み）を形成させる工程である。ここで、ウェハを分割させたい箇所とは、半導体ウェハ１の一方もしくは両方の主表面上に多数形成された半導体素子同士の間に位置する、半導体ウェハ１を半導体素子の形成された列ごとに、または個々の半導体素子ごとに分割させることができる箇所である。

なお、分割溝は、図２および図３においては図示されていないが、たとえば先述したダイヤモンドポイントを用いることにより、半導体ウェハ上に微細な切り込みである分割溝を形成してもよい。または、たとえばＹＡＧなどのレーザを照射し、局所的に溶融させて分割溝を形成してもよい。さらに、ダイヤモンド微粒子を焼結させたホイールを高速回転させてウェハを切削することで分割溝を形成するという方法もある。

また、上述したように分割溝は、半導体ウェハ１の一方の主表面上の、ウェハを分割させたい箇所に沿って形成させてもよいが、これは、半導体ウェハ１の主表面のうち、多数の半導体素子を形成させた側の面上に形成させてもよいし、その反対側、すなわち、半導体素子を形成させていない側の面上に形成させてもよい。あるいは、両方の主表面上に形成させて、後の工程で分割させるときにその両者の分割溝を起点としたへき開が重なって１箇所の分割とできるようにしてもよい。

次に、先述した図１のフローチャートに示す、真空中に配置させる工程（Ｓ２０）を実施する。以下、工程（Ｓ２０）についてより具体的に述べる。まず図２に示す分割装置１００の真空チャンバー６の内部に備えられているウェハステージ２の上に、工程（Ｓ１０）にて分割溝を形成させた半導体ウェハ１を設置する。ここでは、多数の半導体素子が形成された面が上側を向くように半導体ウェハ１を設置することが好ましい。また、このとき、図２に示すように、ウェハステージ２は上側の位置にセットしておき、冷却媒体５が流れることにより冷却されている冷却ブロック４と接しないようにセットしておく。

ウェハステージ２が冷却ブロック４と接しない状態を保ったままで、真空チャンバー６の内部を排気口７を用いて真空排気する。ここで、少なくとも１０ｋＰａまで、真空チャンバー６の内部を真空排気する。なお、後に半導体ウェハ１を冷却させる工程を行なった際に半導体ウェハ１の上に多数形成された半導体素子の表面などの結露を確実に抑制するため、１０Ｐａ以下の圧力となるように真空排気することがより好ましい。ただし、１０Ｐａ以下の圧力となるように真空排気させるには時間を要し、作業の効率が悪くなるため、１００Ｐａ以上１ｋＰａ以下の圧力となるように真空排気することがより好ましい。

そして真空排気を行なった後、先述した図１のフローチャートに示す、冷却する工程（Ｓ３０）を行なう。ここで、真空チャンバー６の内部にある突き上げピン３を、図３に示すように下の位置に下げ、ウェハステージ２と冷却ブロック４とが接触されるように配置
する。すると、ウェハステージ２を通じて半導体ウェハ１が急冷される。ここで、ウェハステージ２の上に配置された半導体ウェハ１へ、冷却ブロック４の温度を伝える熱伝導性を良好にさせるために、ウェハステージ２は熱伝導性のよい材質で形成されていることが好ましい。より具体的にはたとえば銅材など金属を用いて形成されたウェハステージ２を用いることが好ましい。図２および図３に示す、冷却ブロック４の内部に流す冷却媒体５にたとえば液体窒素を用いれば、液体窒素は氷点下１９３℃で室温と２００℃程度の温度差があるため、半導体ウェハ１には２００℃程度の温度差が急激に加えられることによる熱衝撃が与えられることになる。この熱衝撃により、半導体ウェハ１は先に形成させた分割溝を形成させた箇所を起点としてへき開（分割）される。以上の方法により、半導体ウェハ１を分割させることができる。

以上に述べたような、熱衝撃による方法を用いると、ブレーキングを用いた方法に比べて容易に短時間で、すなわち高効率に半導体ウェハ１を分割させることができる。分割溝を形成させた箇所の全てに対して一括して分割させることができるからである。さらに、極めて短時間で、半導体ウェハ１を所望の状態に、すなわち半導体素子の形成された列ごとに、または個々の半導体素子ごとに、全て分割させることができる。半導体ウェハ１を室温から液体窒素の温度まで冷却させるのに要する時間は、たとえば１秒程度の極一瞬の時間である。このため、熱衝撃を加える時間は極めて短時間である。しかも、真空中にて冷却を行なうことにより、従来の熱衝撃による方法にて問題となっていた、急冷による結露を抑制することもできる。結露を抑制することにより、結露による吸湿で半導体素子が劣化することを抑制することができる。以上より、高品質な半導体装置を高効率に提供することができる。

なお、冷却ブロック４を冷却させるために、図２および図３に示す分割装置１００においては、冷却ブロック４の内部に冷却媒体５としての液体窒素を流している。しかし、冷却ブロック４を氷点下２００℃程度の温度まで下げることができる方法であれば、冷却ブロック４の内部に冷却媒体５を流す以外の方法を用いてもよく、たとえば冷却媒体５は低温の気体、液体、固体のいずれでもよい。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における半導体ウェハの分割に用いられる、半導体ウェハの分割装置の内部の状態を示す断面概略図である。図４に示す分割装置２００は、図２および図３に示す分割装置１００における冷却ブロック４の代わりに、加熱ブロック８を備えている。加熱ブロック８の内部には電熱線９が備えられている。この電熱線９は、少なくとも１００℃以上の加熱ができることが好ましい。しかし、熱衝撃法による半導体ウェハ１の分割を確実に行なうためには、室温に対して２００℃以上の温度差を与えることが好ましい。また、半導体ウェハ１の一方もしくは両方の主表面上に多数形成された半導体素子を形成する金属のマイグレーションによる電気特性の変化を起こさないようにするため、２００℃以上４００℃以下、より好ましくは２００℃以上３００℃以下に加熱できる電熱線９を用いることがより好ましい。

なお、図４は、図２と同様に、ウェハステージ２は上側の位置にセットしておき、加熱ブロック８と接しないようにセットされた状態を示す。図５は、本発明の実施の形態２において、ウェハステージが下の位置にセットされるように突き上げピンが下部の位置に存在する状態を示す概略図である。図５に示すように、分割装置２００におけるウェハステージ２も、分割装置１００に示すウェハステージ２と同様に、図３に示すように下側の位置にセットして加熱ブロック８に接する状態とすることができる。

分割装置２００は、分割装置１００に対して、以上の点においてのみ異なる。すなわち、分割装置１００は、半導体ウェハ１を室温から急冷させることによる熱衝撃を利用して半導体ウェハ１を分割させる装置であるのに対し、分割装置２００は、半導体ウェハ１を室温から急熱させることによる熱衝撃を利用して半導体ウェハ１を分割させる装置である。

次に、上述した図４に示す分割装置２００を用いた、本発明の実施の形態２における半導体ウェハ１の分割方法を説明する。まず、先述した図１のフローチャートに示す、分割溝を形成させる工程（Ｓ１０）を実施する。次に、真空中に配置させる工程（Ｓ２０）を実施する。これらの工程については、先の本発明の実施の形態１と同様である。

半導体ウェハ１を配置させた真空チャンバー６の内部に対して真空排気を行なった後、先述した図１のフローチャートに示す、加熱する工程（Ｓ４０）を行なう。ここで、真空チャンバー６の内部にある突き上げピン３を、図５に示すように下の位置に下げ、ウェハステージ２と加熱ブロック８とが接触されるように配置する。すると、ウェハステージ２を通じて半導体ウェハ１が急加熱される。図４および図５に示す、電熱線９としてたとえば２００℃に加熱できる電熱線を用いた場合、室温と２００℃程度の温度差があるため、半導体ウェハ１には２００℃程度の温度差が急激に加えられることによる熱衝撃が与えられることになる。この熱衝撃により、半導体ウェハ１は先に形成させた分割溝を形成させた箇所を起点としてへき開（分割）される。以上の方法により、半導体ウェハ１を分割させることができる。

以上に述べたような、急加熱による熱衝撃による方法を用いても、本発明の実施の形態１に示す急冷による熱衝撃による方法と同様に、容易に短時間で、すなわち高効率に半導体ウェハ１を分割させることができる。半導体ウェハ１を室温からたとえば２００℃まで加熱させるのに要する時間は、たとえば１秒程度の極一瞬の時間である。このため、熱衝撃を加える時間は極めて短時間である。しかも、真空中にて加熱を行なうことにより、従来の熱衝撃による方法にて問題となっていた、急な加熱による半導体素子の表面の酸化を抑制することもできる。以上より、高品質な半導体装置を高効率に提供することができる。

なお、加熱ブロック８を加熱させるために、図４および図５に示す分割装置２００においては、加熱ブロック８の内部に電熱線９を配置している。そして、電熱線９により加熱された加熱ブロック８にウェハステージ２を接触させることにより、半導体ウェハ１を加熱させる。しかし、加熱ブロック８を２００℃に加熱することができる方法であれば、上述した以外の方法を用いてもよく、たとえば加熱媒体は高温の気体、液体、固体のいずれでもよい。またはたとえばランプヒーターを用いた輻射熱、レーザ照射による加熱などを用いてもよい。

本発明の実施の形態２は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態１と異なる。すなわち、本発明の実施の形態２について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態１に順ずる。

（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における半導体ウェハの分割に用いられる、半導体ウェハの分割装置の内部の状態を示す断面概略図である。図６に示す分割装置３００は、図２に示す分割装置１００の真空チャンバー６内の上方に、給気口１０をさらに備えた構成となっている。給気口１０から、たとえば露点管理された乾燥気体を真空チャンバー６の内部に導入することができる。分割装置３００は、分割装置１００に対して、以上の点においてのみ異なる。

次に、上述した図６に示す分割装置３００を用いた、本発明の実施の形態３における半導体ウェハ１の分割方法を説明する。まず、先述した図１のフローチャートに示す、分割溝を形成させる工程（Ｓ１０）を実施する。次に、真空中に配置させる工程（Ｓ２０）を実施する。これらの工程については、先の本発明の実施の形態１と同様である。

半導体ウェハ１を配置させた真空チャンバー６の内部に対して真空排気を行なった後、先述した図１のフローチャートに示す、気体を導入する工程（Ｓ２１）を行なう。具体的には、図６に示す分割装置３００に備える給気口１０から、たとえば露点管理された脱酸素気体としての乾燥気体を真空チャンバー６の内部に導入する工程である。この乾燥気体として、たとえば窒素ガスを用いる。この場合、たとえば給気口１０を窒素ガス供給源に接続させる。窒素ガスのほかに、脱酸素気体であるたとえばヘリウムガスを用いてもよい。なお、このときにはまだ、図６に示すように、ウェハステージ２は上側の位置にセットしておき、冷却媒体５が流れることにより冷却されている冷却ブロック４と接しないようにセットしておく。

気体を導入する工程（Ｓ２１）にて真空チャンバー６の内部を真空状態から乾燥気体を含有させた状態に置換させた状態を保ちながら、先述した図１のフローチャートに示す、冷却する工程（Ｓ３０）を実施する。この工程（Ｓ３０）の手順については、乾燥気体を導入させたまま行なうこと以外は、先の本発明の実施の形態１と同様である。

本発明の実施の形態３における半導体ウェハ１の分割方法を用いれば、真空チャンバー６の内部に常温の乾燥気体を常時導入させて半導体ウェハ１に熱伝導をさせることになる。このため、半導体ウェハ１を急冷させて分割させた後、常温に戻すのに要する時間を、本発明の実施の形態１に比べて短縮させることができる。すなわち、本発明の実施の形態１に比べてさらに生産効率を向上させることができる。したがって、気体を導入する工程（Ｓ２１）は、上述したとおり、冷却する工程（Ｓ３０）の前に開始してもよいが、冷却する工程（Ｓ３０）を終えた後に開始してもよい。

本発明の実施の形態３は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態１と異なる。すなわち、本発明の実施の形態３について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態１に順ずる。

（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４における半導体ウェハの分割に用いられる、半導体ウェハの分割装置の内部の状態を示す断面概略図である。図７に示す分割装置４００は、図４に示す分割装置２００の真空チャンバー６内の上方に、給気口１０をさらに備えた構成となっている。給気口１０から、たとえば脱酸素気体を真空チャンバー６の内部に導入することができる。分割装置４００は、分割装置２００に対して、以上の点においてのみ異なる。

次に、上述した図７に示す分割装置４００を用いた、本発明の実施の形態４における半導体ウェハ１の分割方法を説明する。まず、先述した図１のフローチャートに示す、分割溝を形成させる工程（Ｓ１０）を実施する。次に、真空中に配置させる工程（Ｓ２０）を実施する。これらの工程については、先の本発明の実施の形態１と同様である。

半導体ウェハ１を配置させた真空チャンバー６の内部に対して真空排気を行なった後、先述した図１のフローチャートに示す、気体を導入する工程（Ｓ２１）を行なう。具体的には、図７に示す分割装置３００に備える給気口１０から、たとえば酸素を含まない乾燥気体を真空チャンバー６の内部に導入する工程である。この乾燥気体（脱酸素気体）として、たとえば酸素を含まない窒素ガスを用いる。この場合、たとえば給気口１０を窒素ガス供給源に接続させる。窒素ガスのほかに、脱酸素気体であるヘリウムガスを用いてもよい。なお、このときにはまだ、図７に示すように、ウェハステージ２は上側の位置にセットしておき、電熱線９により加熱された加熱ブロック８と接しないようにセットしておく。

気体を導入する工程（Ｓ２１）にて真空チャンバー６の内部を真空状態から脱酸素気体としての乾燥気体を含有させた状態に置換させた状態を保ちながら、先述した図１のフローチャートに示す、加熱する工程（Ｓ４０）を実施する。この工程（Ｓ４０）の手順については、乾燥気体を導入させたまま行なうこと以外は、先の本発明の実施の形態２と同様である。

本発明の実施の形態４における半導体ウェハ１の分割方法を用いれば、真空チャンバー６の内部に常温の乾燥気体を常時導入させて半導体ウェハ１に熱伝導をさせることになる。このため、半導体ウェハ１を急加熱させて分割させた後、常温に戻すのに要する時間を、本発明の実施の形態２に比べて短縮させることができる。すなわち、本発明の実施の形態２に比べてさらに生産効率を向上させることができる。したがって、気体を導入する工程（Ｓ２１）は、上述したとおり、加熱する工程（Ｓ４０）の前に開始してもよいが、加熱する工程（Ｓ４０）を終えた後に開始してもよい。

本発明の実施の形態４は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態２と異なる。すなわち、本発明の実施の形態４について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態２に順ずる。

（実施の形態５）
図８は、本発明の実施の形態５における半導体ウェハの分割に用いられる、半導体ウェハの分割装置の内部の状態を示す断面概略図である。図８に示す分割装置５００は、図７に示す分割装置４００に対し、真空チャンバー６の内部の上方に予冷ブロック１１をさらに備えた構成となっている。すなわち分割装置５００は、ウェハステージ２を冷却させる予冷ブロック１１と、ウェハステージ２を加熱させる加熱ブロック８との両方を備える構成となっている。

予冷ブロック１１は、図８に示すように、先の冷却ブロック４と同様に予冷ブロック１１の内部に冷却媒体５を流すことにより、予冷ブロック１１を低温にすることができる。
また、分割装置５００においては、ウェハステージ２に対して冷却および加熱の両方を行なうことができるように、ウェハステージ２を支持する突き上げピン３がウェハステージ２を上下方向の所望の位置にセットさせることが可能な構造となっている。図８は、ウェハステージ２が、その上部に存在する予冷ブロック１１とその下部に存在する加熱ブロック８とのいずれにも接触しない位置にセットされるように、突き上げピン３が中段の位置にある状態を示している。

図９は、本発明の実施の形態５において、ウェハステージが上の位置にセットされるように突き上げピンが上部の位置に存在する状態を示す概略図である。図９に示すように、突き上げピン３が図８よりも上部の位置に存在する場合には、ウェハステージ２はその上側に設置されている予冷ブロック１１に接する状態になる。このため、図８および図９に示すように、予冷ブロック１１の内部に冷却媒体５を流すことにより、予冷ブロック１１を低温にすることができる。その結果、予冷ブロック１１に接する状態になっているウェハステージ２も冷却され、ウェハステージ２の上に設置されている半導体ウェハ１を冷却させることができる。ここで、冷却媒体５としてたとえば液体窒素を用いれば、冷却ブロック４を氷点下１９３℃に冷却させることができる。ただし、予冷ブロック１１が、多数の半導体素子を備える半導体ウェハ１の主表面に接触しないようにするため、図８および図９に示すように、予冷ブロック１１には、半導体ウェハ１を配置させる部分に対向する領域に凹形状を形成している。

図１０は、本発明の実施の形態５において、ウェハステージが下の位置にセットされるように突き上げピンが下部の位置に存在する状態を示す概略図である。図１０に示すように、分割装置５００におけるウェハステージ２も、分割装置４００に示すウェハステージ２と同様に、図１０に示すように下側の位置にセットして加熱ブロック８に接する状態とすることができる。分割装置５００は、分割装置４００に対して、以上の点においてのみ異なる。

次に、上述した図８〜図１０に示す分割装置５００を用いた、本発明の実施の形態５における半導体ウェハ１の分割方法を説明する。まず、先述した図１のフローチャートに示す、分割溝を形成させる工程（Ｓ１０）を実施する。次に、真空中に配置させる工程（Ｓ２０）を実施する。続いて、気体を導入する工程（Ｓ２１）を実施する。これらの工程を行なっている間は、真空チャンバー６の内部にある突き上げピン３を、図８に示すように中段の位置にセットしておき、ウェハステージ２が予冷ブロック１１と加熱ブロック８とのいずれにも接触しないようにセットしておく。その他、工程（Ｓ１０）および工程（Ｓ２０）については、先の本発明の実施の形態１と同様であり、工程（Ｓ２１）については、先の本発明の実施の形態４と同様である。

気体を導入する工程（Ｓ２１）を行ないながら、冷却する工程（Ｓ３０）を行なう。ここで、真空チャンバー６の内部にある突き上げピン３を、図９に示すように上の位置に上げ、ウェハステージ２と予冷ブロック１１とが接触されるように配置する。このことにより、ウェハステージ２を冷却させ、ウェハステージ２の上に配置された半導体ウェハ１を冷却させる。

さらにここで、気体を導入する工程（Ｓ２１）を行ないながら、加熱する工程（Ｓ４０）を行なう。ここで、真空チャンバー６の内部にある突き上げピン３を、図１０に示すように下の位置に下げ、ウェハステージ２と加熱ブロック８とが接触されるように配置する。このことにより、ウェハステージ２を急加熱させ、ウェハステージ２の上に配置された半導体ウェハ１を急加熱させる。このことにより、先述した本発明の各実施の形態と同様に、半導体ウェハ１を熱衝撃により分割させることができる。なお、冷却する工程（Ｓ３０）と加熱する工程（Ｓ４０）とは、実施する順序を逆にしてもよい。

本発明の実施の形態５は、たとえば先の本発明の実施の形態４における、脱酸素気体の導入による生産効率の向上という効果に加えて、さらに以下に述べる効果を奏する。熱衝撃法による熱衝撃は、その衝撃を与える前後における温度差がたとえば２００℃以上であることが好ましい。このため、以上に述べた本発明の実施の形態５のように、半導体ウェハ１に対して、冷却と加熱との両方を行なう方法を用いれば、たとえば先の本発明の実施の形態１や２のように、冷却ブロック４の温度を低くしたり、加熱ブロック８の温度を高くする必要がなくなる。たとえば予冷ブロック１１の温度を氷点下１００℃とすれば、加熱ブロック８の温度は１００℃であっても、先の本発明の実施の形態２において加熱ブロック８の温度を２００℃以上に設定した場合と同様に確実に半導体ウェハ１を分割させる効果を持たせることができる。したがって、このように冷却と加熱との両方を行なう方法を用いれば、冷却ないし加熱させる温度の、常温に対する差が小さくなるため、比較的高い温度の冷却ブロック４（予冷ブロック１１）や比較的低い温度の加熱ブロック８を用いれば十分となる。このため、冷却ブロック４（予冷ブロック１１）や加熱ブロック８に安価な耐熱部材を用いることができる。

さらに、半導体ウェハ１を、冷却ないし加熱させる温度の、常温に対する差が小さくなるため、半導体ウェハ１が分割された後の取り扱いを容易にするために、分割させる前にあらかじめ、粘着シート材上に半導体ウェハ１を貼り付け固定した上で分割処理を行なうことができるという効果も併せ持つ。この場合は、半導体ウェハ１とウェハステージ２との間に粘着シートを挟む形で用いることが好ましい。このように粘着シート材を用いた上で分割処理を行なえば、分割を行なった後の製品の処理が容易になり、生産効率を格段に向上させることができる。粘着シート材としては、たとえばポリイミド製のダイシングシートを用いることが好ましい。

以上のように、比較的高い温度の冷却ブロック４（予冷ブロック１１）や比較的低い温度の加熱ブロック８を用いることにより、分割装置５００の装置構成自体を簡素化させることもでき、装置のコストを低減させることもできる。

なお、本発明の実施の形態５においては、気体を導入する工程（Ｓ２１）を行なわず、分割装置５００を用いて、真空中にて半導体ウェハ１を、上述した方法により冷却と加熱との両方を行なう方法を用いて、半導体ウェハ１を分割させてもよい。

本発明の実施の形態５は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態４と異なる。すなわち、本発明の実施の形態５について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態４に順ずる。

（実施の形態６）
また、上述した本発明の実施の形態５における分割装置５００のように、半導体ウェハ１に対して予冷を行なった後で急加熱を行なってもよいが、予熱を行なった後で急冷を行なってもよい。すなわち、図１のフローチャートにおける、冷却する工程（Ｓ３０）と加熱する工程（Ｓ４０）との両方を行なう場合は、いずれを先に行なっても問題ない。

図１１は、本発明の実施の形態６における半導体ウェハの分割に用いられる、半導体ウェハの分割装置の内部の状態を示す断面概略図である。図１１に示す分割装置６００は、図５に示す分割装置３００に対し、真空チャンバー６の内部の上方に予熱ブロック１３をさらに備えた構成となっている。すなわち分割装置６００は、ウェハステージ２を加熱させる予熱ブロック１３と、ウェハステージ２を冷却させる冷却ブロック４との両方を備える構成となっている。

図１１に示すように、予熱ブロック１３の内部には、予熱用のランプヒーター１２が備えられている。このランプヒーター１２は、たとえば先の本発明の各実施の形態で示した加熱ブロック８の電熱線９のように高温、たとえば２００℃以上まで加熱できるものでなくてもよい。たとえば１００℃まで加熱できるものであってもよい。その場合、分割装置６００に備える冷却ブロック４が、たとえば氷点下１００℃まで冷却できるものであれば、先の本発明の各実施の形態で示したように、たとえば氷点下１９３℃まで冷却させる必要がなくなる。

上述した図１１に示す分割装置６００を用いた、本発明の実施の形態６における半導体ウェハ１の分割方法については、先の本発明の実施の形態５における、冷却する工程（Ｓ３０）と加熱する工程（Ｓ４０）との順序を逆にした点のみが、先の本発明の実施の形態５と異なる。本発明の実施の形態６は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態５と異なる。すなわち、本発明の実施の形態６について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態５に順ずる。また、分割装置５００を用いた場合においても、分割装置６００を用いた場合においても、冷却する工程（Ｓ３０）と加熱する工程（Ｓ４０）とについては、いずれを先に行なってもよい。

（実施の形態７）
図１２は、本発明の実施の形態７における半導体ウェハの分割に用いられる、半導体ウェハの分割装置の内部の状態を示す断面概略図である。図１２に示す分割装置７００は、図７に示す分割装置４００に対し、真空チャンバー６の内部の上方に、水平方向すなわち紙面の左右ないし奥行き方向に移動させることが可能なＸ軸ステージ１７を備えている。そしてＸ軸ステージ１７の上にノズル固定台１８と冷却ノズル１６とが設置されている。真空チャンバー６の内壁の天井部分に図１２のように設置されているガス導入ポート１４と冷却ノズル１６とは、フレキシブルチューブ１５で接続されている。したがって、冷却ノズル１６の先端部分から放出される冷却風を、任意の位置にて、任意の方向に放出させることができる。なお、この冷却風は、脱酸素気体であることが好ましく、たとえば窒素ガスの乾燥気体を用いる。

また、分割装置７００における加熱ブロック８には、その内部に、上述した各分割装置と同様に、電熱線９が備えられている。しかし、ウェハステージ２を上下方向の所望の位置にセットさせることが可能な突き上げピン３の設置を省略させることができる。すなわち、ウェハステージ２および半導体ウェハ１は、電熱線９のスイッチがオンになっている間は常に加熱される状態を保つことができる。

以上より、図１２に示す分割装置７００は、図８〜図１０に示す分割装置５００に対し、構造上は、上方から半導体ウェハ１を冷却させる手段として、予冷ブロック１１の代わりに冷却ノズル１６を用いている点と、ウェハステージ２が加熱ブロック８に固定されているについてのみ異なる。

次に、上述した図１２に示す分割装置７００を用いた、本発明の実施の形態７における半導体ウェハ１の分割方法を説明する。まず、先述した図１のフローチャートに示す、分割溝を形成させる工程（Ｓ１０）を実施する。次に、真空中に配置させる工程（Ｓ２０）を実施する。続いて、気体を導入する工程（Ｓ２１）を実施する。分割装置７００のウェハステージ２の位置を上下させることはできないが、工程（Ｓ１０）および工程（Ｓ２０）については、先の本発明の実施の形態１と同様であり、工程（Ｓ２１）については、先の本発明の実施の形態４と同様である。

気体を導入する工程（Ｓ２１）を行ないながら、加熱する工程（Ｓ４０）を行なう。ここで、図示しない電熱線９のスイッチをオンにして、ウェハステージ２を急加熱させ、ウェハステージ２の上に配置された半導体ウェハ１を急加熱させる。なお、電熱線９は終始一貫してオンにしておき、半導体ウェハ１がウェハステージ２の上に配置されている限り加熱する工程（Ｓ４０）は常時行なうという方法を用いてもよい。

さらにここで、気体を導入する工程（Ｓ２１）を行ないながら、冷却する工程（Ｓ３０）を行なう。ここで、電熱線９のスイッチをオフにして加熱する工程（Ｓ４０）を終了させてもよいし、加熱する工程（Ｓ４０）を行ないながら、冷却する工程（Ｓ３０）を行なってもよい。冷却ノズル１６の先端から放出される冷却風が半導体ウェハ１の表面上に十分供給できる状態にする。この状態で、フレキシブルチューブ１５を用いて冷却ノズル１６の先端部が半導体ウェハ１と対峙する方向（角度）を適宜調整しながら、半導体ウェハ１の表面上に存在する全ての分割溝に対して、万遍なく十分に、冷却風を供給する。このことにより半導体ウェハ１を冷却させる。このことにより、先述した本発明の各実施の形態と同様に、半導体ウェハ１を熱衝撃により分割させることができる。

なお、冷却する工程（Ｓ３０）と加熱する工程（Ｓ４０）とは、実施する順序を逆にしてもよい。この場合、具体的には、真空中に配置させる工程（Ｓ２０）を実施する。続いて、気体を導入する工程（Ｓ２１）を実施する。気体を導入する工程（Ｓ２１）を行ないながら、冷却する工程（Ｓ３０）を行ない、冷却ノズル１６を用いて、半導体ウェハ１の表面上に存在する全ての分割溝に対して、万遍なく十分に、冷却風を供給する。そして、冷却する工程（Ｓ３０）を行なった後、加熱する工程（Ｓ４０）を行なう。すなわち、電熱線９のスイッチをオンにして、加熱ブロック８に固定されたウェハステージ２を急加熱させ、ウェハステージ２の上に配置された半導体ウェハ１を急加熱させる。なお、冷却する工程（Ｓ３０）を行なったまま、加熱する工程（Ｓ４０）を行なってもよい。

本発明の実施の形態７は、たとえば先の本発明の実施の形態５と同様に、半導体ウェハ１を冷却する設備と加熱する設備との両方を設置することにより、比較的高い冷却温度や比較的低い加熱温度で十分な熱衝撃を与えることができるという効果を奏する。その上、加熱ブロック８に直接、ウェハステージ２を固定させることが可能であり、先述した各分割装置に備えられていた突き上げピン３は、分割装置７００においては必要ない。冷却ノズル１６を用いれば、加熱ブロック８にウェハステージ２が載置され、半導体ウェハ１が加熱されている状態でも半導体ウェハ１上に冷却風を供給することが可能だからである。したがって、装置構成が比較的簡単になり、コストの低減につながる。さらに、半導体ウェハ１の加熱と冷却とを同時に行なうことにより、処理速度を速くし、生産効率をさらに向上させることができる。ただし、本発明の実施の形態７においても、本発明の実施の形態１〜６と同様に、突き上げピン３を備えるウェハステージ２を用いてもよい。

本発明の実施の形態７は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態５と異なる。すなわち、本発明の実施の形態７について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態５に順ずる。

なお、たとえば先述した本発明の実施の形態１のように、真空中で半導体ウェハ１を冷却のみ行なう方法を用いる場合においても、先述した分割装置１００（図２参照）に示す冷却ブロック４（図２参照）を用いる代わりに、冷却ノズル１６を用いて冷却を行なってもよい。

（実施の形態８）
図１３は、本発明の実施の形態８における半導体ウェハの分割に用いられる、半導体ウェハの分割装置の内部の状態を示す断面概略図である。図１３に示す分割装置８００は、図１２に示す分割装置７００に対し、真空チャンバー６を用いず、脱酸素気体であるたとえば窒素ガスの乾燥気体を供給する乾燥ノズル２１を備えている。乾燥ノズル２１が、先の各実施の形態における各分割装置に示した真空チャンバー６と同様の役割を果たす。すなわち、冷却ノズル１６を用いて半導体ウェハ１を冷却させた際に、乾燥ノズル２１から供給される乾燥気体が、半導体ウェハ１に組み込まれている半導体素子が結露するのを抑制する。なお、乾燥ノズル２１は、図１３に示すように、冷却ノズル１６と同様に、ガス導入ポート１９と、フレキシブルチューブ２０で接続されている。したがって、乾燥ノズル２１の先端部分から放出される冷却風を、任意の方向に放出させることができる。また、半導体ウェハ１を加熱させる場合においても、乾燥ノズル２１から供給される乾燥気体が、半導体ウェハ１に組み込まれている半導体素子が酸化されるのを抑制する。

本発明の実施の形態８における、このような分割装置８００を用いて半導体ウェハ１を熱衝撃により分割させると、たとえば本発明の実施の形態７における分割装置７００における効果に加えて、真空チャンバー６を用いないことにより真空中に配置させる工程（Ｓ２０）を省略させることができる。その結果、工程のタクトタイムを短縮させ、コストを削減させることができる。また、真空チャンバー６を用いないことにより、分割装置８００は分割装置７００以上に装置構成や操作を簡素化させることができる。

本発明の実施の形態８は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態７と異なる。すなわち、本発明の実施の形態８について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態７に順ずる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、熱衝撃により半導体ウェハを分割させる際に半導体ウェハを結露または酸化させることを抑制する技術として、特に優れている。

本発明の各実施の形態において半導体ウェハを分割させる手順を総括的に示したフローチャートである。 本発明の実施の形態１における半導体ウェハの分割に用いられる、半導体ウェハの分割装置の内部の状態を示す断面概略図である。 本発明の実施の形態１において、ウェハステージが下の位置にセットされるように突き上げピンが下部の位置に存在する状態を示す概略図である。 本発明の実施の形態２における半導体ウェハの分割に用いられる、半導体ウェハの分割装置の内部の状態を示す断面概略図である。 本発明の実施の形態２において、ウェハステージが下の位置にセットされるように突き上げピンが下部の位置に存在する状態を示す概略図である。 本発明の実施の形態３における半導体ウェハの分割に用いられる、半導体ウェハの分割装置の内部の状態を示す断面概略図である。 本発明の実施の形態４における半導体ウェハの分割に用いられる、半導体ウェハの分割装置の内部の状態を示す断面概略図である。 本発明の実施の形態５における半導体ウェハの分割に用いられる、半導体ウェハの分割装置の内部の状態を示す断面概略図である。 本発明の実施の形態５において、ウェハステージが上の位置にセットされるように突き上げピンが上部の位置に存在する状態を示す概略図である。 本発明の実施の形態５において、ウェハステージが下の位置にセットされるように突き上げピンが下部の位置に存在する状態を示す概略図である。 本発明の実施の形態６における半導体ウェハの分割に用いられる、半導体ウェハの分割装置の内部の状態を示す断面概略図である。 本発明の実施の形態７における半導体ウェハの分割に用いられる、半導体ウェハの分割装置の内部の状態を示す断面概略図である。 本発明の実施の形態８における半導体ウェハの分割に用いられる、半導体ウェハの分割装置の内部の状態を示す断面概略図である。

符号の説明

１ 半導体ウェハ、２ ウェハステージ、３ 突き上げピン、４ 冷却ブロック、５ 冷却媒体、６ 真空チャンバー、７ 排気口、８ 加熱ブロック、９ 電熱線、１０ 給気口、１１ 予冷ブロック、１２ ランプヒーター、１３ 予熱ブロック、１４ ガス導入ポート、１５ フレキシブルチューブ、１６ 冷却ノズル、１７ Ｘ軸ステージ、１８ ノズル固定台、１９ ガス導入ポート、２０ フレキシブルチューブ、２１ 乾燥ノズル、１００ 分割装置、２００ 分割装置、３００ 分割装置、４００ 分割装置、５００ 分割装置、６００ 分割装置、７００ 分割装置、８００ 分割装置。

Claims (6)

1. 半導体基板を分割する分割工程を有する半導体装置の製造方法であり、前記分割工程は、
   前記半導体基板の一方の主表面上の、分割させたい箇所に分割溝を形成させる工程と、
   前記半導体基板を真空装置内に形成させた真空中で冷却または加熱することにより、前記分割溝を形成させた箇所で前記半導体基板を分割させる工程とを備える、半導体装置の製造方法。
2. 前記真空装置内を、真空状態から、脱酸素気体を含む状態に置換させる工程をさらに含む、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記半導体基板を、前記真空装置内にて、冷却および加熱の両方を行なうことにより、前記分割溝を形成させた箇所で前記半導体基板を分割させる工程を備える、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記冷却は、冷却ノズルから脱酸素気体である冷却気体を前記半導体基板の一方の主表面上に供給することにより行なう、請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
5. 半導体基板を分割する分割工程を有する半導体装置の製造方法であり、前記分割工程は、
   前記半導体基板の一方の主表面上の、分割させたい箇所に分割溝を形成させる工程と、
   前記半導体基板の一方の主表面上に、乾燥ノズルから脱酸素気体である乾燥気体を供給しながら、前記半導体基板の一方の主表面上の、少なくとも前記分割溝に、冷却ノズルから脱酸素気体である冷却気体を供給する工程と、
   前記半導体基板の一方の主表面上に、乾燥ノズルから脱酸素気体である乾燥気体を供給しながら、前記半導体基板を加熱する工程とを備える、半導体装置の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法を用いて、前記半導体基板を、前記半導体基板の一方の主表面に沿った方向に分割する、半導体装置の製造装置。

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