JP2019079917A - チップの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】エキスパンドシートを用いることなく板状の被加工物を分割して複数のチップを製造できるチップの製造方法を提供する。【解決手段】シリコンウェーハに対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を第１深さの位置に位置づけるように分割予定ラインに沿ってチップ領域にのみレーザビームを照射し、チップ領域の分割予定ラインに沿って第１改質層を形成する第１レーザ加工ステップと、シリコンウェーハに対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を第２深さの位置に位置づけるように分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射し、外周余剰領域に端部が重なる第２改質層を形成する第２レーザ加工ステップと、シリコンウェーハに力を付与してシリコンウェーハを個々のチップへと分割する分割ステップと、を含み、分割ステップでは、超音波振動を付与してシリコンウェーハを個々のチップへと分割する。【選択図】図６

Description

本発明は、板状の被加工物を分割して複数のチップを製造するチップの製造方法に関する。
ウェーハに代表される板状の被加工物（ワーク）を複数のチップへと分割するために、透過性のあるレーザビームを被加工物の内部に集光させて、多光子吸収により改質された改質層（改質領域）を形成する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。改質層は、他の領域に比べて脆いので、分割予定ライン（ストリート）に沿って改質層を形成してから被加工物に力を加えることで、この改質層を起点に被加工物を複数のチップへと分割できる。
改質層が形成された被加工物に力を加える際には、例えば、伸張性のあるエキスパンドシート（エキスパンドテープ）を被加工物に貼って拡張する方法が採用される（例えば、特許文献２参照）。この方法では、通常、レーザビームを照射して被加工物に改質層を形成する前に、エキスパンドシートを被加工物に貼り、その後、改質層を形成してからエキスパンドシートを拡張して被加工物を複数のチップへと分割する。
特開２００２−１９２３７０号公報 特開２０１０−２０６１３６号公報
ところが、上述のようなエキスパンドシートを拡張する方法では、使用後のエキスパンドシートを再び使用することができないので、チップの製造に要する費用も高くなり易い。特に、粘着材がチップに残留し難い高性能なエキスパンドシートは、価格も高いので、そのようなエキスパンドシートを用いると、チップの製造に要する費用も高くなる。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エキスパンドシートを用いることなく板状の被加工物を分割して複数のチップを製造できるチップの製造方法を提供することである。
本発明の一態様によれば、交差する複数の分割予定ラインによってチップとなる複数の領域に区画されたチップ領域と、該チップ領域を囲む外周余剰領域と、を有するシリコンウェーハから複数の該チップを製造するチップの製造方法であって、シリコンウェーハを保持テーブルで直に保持する保持ステップと、該保持ステップを実施した後に、シリコンウェーハに対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を該保持テーブルに保持されたシリコンウェーハの内部の第１深さの位置に位置づけるように該分割予定ラインに沿ってシリコンウェーハの該チップ領域にのみ該レーザビームを照射し、該チップ領域の該分割予定ラインに沿って第１改質層を形成するとともに、該外周余剰領域を該第１改質層が形成されていない補強部とする第１レーザ加工ステップと、該保持ステップを実施した後に、シリコンウェーハに対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を該保持テーブルに保持されたシリコンウェーハの内部の該第１深さとは異なる第２深さの位置に位置づけるように該分割予定ラインに沿って該レーザビームを照射し、該第１改質層より長く該外周余剰領域に端部が重なる第２改質層を該分割予定ラインに沿って形成する第２レーザ加工ステップと、該第１レーザ加工ステップ及び該第２レーザ加工ステップを実施した後に、該保持テーブルからシリコンウェーハを搬出する搬出ステップと、該搬出ステップを実施した後に、シリコンウェーハに力を付与してシリコンウェーハを個々の該チップへと分割する分割ステップと、を備え、該分割ステップでは、超音波振動を付与してシリコンウェーハを個々の該チップへと分割するチップの製造方法が提供される。
本発明の一態様において、該第１レーザ加工ステップ及び該第２レーザ加工ステップを実施した後、該分割ステップを実施する前に、該補強部を除去する補強部除去ステップを更に備えても良い。また、本発明の一態様において、該保持テーブルの上面は、柔軟な材料によって構成されており、該保持ステップでは、該柔軟な材料でシリコンウェーハの表面側を保持しても良い。
本発明の一態様に係るチップの製造方法では、シリコンウェーハを保持テーブルで直に保持した状態で、集光点を第１深さの位置に位置付けるようにシリコンウェーハのチップ領域にのみレーザビームを照射して、チップ領域の分割予定ラインに沿って第１改質層を形成し、また、集光点を第２深さの位置に位置づけるようにレーザビームを照射して、第１改質層より長く外周余剰領域に端部が重なる第２改質層を分割予定ラインに沿って形成した後、超音波振動を付与してシリコンウェーハを個々のチップへと分割するので、シリコンウェーハに力を加えて個々のチップへと分割するためにエキスパンドシートを用いる必要がない。このように、本発明の一態様に係るチップの製造方法によれば、エキスパンドシートを用いることなく板状の被加工物であるシリコンウェーハを分割して複数のチップを製造できる。
また、本発明の一態様に係るチップの製造方法では、シリコンウェーハのチップ領域にのみレーザビームを照射して分割予定ラインに沿う第１改質層を形成するとともに、外周余剰領域を第１改質層が形成されていない補強部とするので、この補強部によってチップ領域は補強される。よって、搬送等の際に加わる力によってシリコンウェーハが個々のチップへと分割されてしまい、シリコンウェーハを適切に搬送できなくなることもない。
被加工物の構成例を模式的に示す斜視図である。 レーザ加工装置の構成例を模式的に示す斜視図である。 図３（Ａ）は、保持ステップについて説明するための断面図であり、図３（Ｂ）は、第１レーザ加工ステップ及び第２レーザ加工ステップについて説明するための断面図である。 図４（Ａ）は、全ての分割予定ラインに沿って改質層が形成された後の被加工物の状態を模式的に示す平面図であり、図４（Ｂ）は、各分割予定ラインに沿って形成された改質層の状態を模式的に示す断面図である。 図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、補強部除去ステップについて説明するための断面図である。 図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、分割ステップについて説明するための断面図である。 変形例に係る保持ステップについて説明するための断面図である。 図８（Ａ）は、変形例に係る分割ステップについて説明するための断面図であり、図８（Ｂ）は、変形例に係る分割ステップの後の被加工物の状態を模式的に示す平面図である。
添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。本実施形態に係るチップの製造方法は、保持ステップ（図３（Ａ）参照）、第１レーザ加工ステップ（図３（Ｂ）、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）参照）、第２レーザ加工ステップ（図３（Ｂ）、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）参照）、搬出ステップ、補強部除去ステップ（図５（Ａ）及び図５（Ｂ）参照）、及び分割ステップ（図６（Ａ）及び図６（Ｂ）参照）を含む。
保持ステップでは、分割予定ラインによって複数の領域に区画されたチップ領域と、チップ領域を囲む外周余剰領域と、を有する被加工物（ワーク）をチャックテーブル（保持テーブル）で直に保持する。第１レーザ加工ステップでは、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザビームを照射し、チップ領域の分割予定ラインに沿って第１改質層を形成するとともに、外周余剰領域を第１改質層が形成されていない補強部とする。
第２レーザ加工ステップでは、被加工物に対して透過性を有する波長のレーザビームを照射し、第１改質層より長く外周余剰領域に端部が重なる第２改質層を分割予定ラインに沿って形成する。搬出ステップでは、チャックテーブルから被加工物を搬出する。補強部除去ステップでは、被加工物から補強部を除去する。分割ステップでは、超音波振動を付与して被加工物を複数のチップへと分割する。以下、本実施形態に係るチップの製造方法について詳述する。
図１は、本実施形態で使用される被加工物（ワーク）１１の構成例を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、被加工物１１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）等の半導体、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス等の誘電体（絶縁体）、又は、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂ３）等の強誘電体（強誘電体結晶）でなる円盤状のウェーハ（基板）である。
被加工物１１の表面１１ａ側は、交差する複数の分割予定ライン（ストリート）１３でチップとなる複数の領域１５に区画されている。なお、以下では、チップとなる複数の領域１５の全てを含む概ね円形の領域をチップ領域１１ｃと呼び、チップ領域１１ｃを囲む環状の領域を外周余剰領域１１ｄと呼ぶ。
チップ領域１１ｃ内の各領域１５には、必要に応じて、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＬＤ（Laser Diode）、フォトダイオード（Photodiode）、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）フィルタ、ＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）フィルタ等のデバイスが形成されている。
この被加工物１１を分割予定ライン１３に沿って分割することで、複数のチップが得られる。具体的には、被加工物１１がシリコンウェーハの場合には、例えば、メモリやセンサ等として機能するチップが得られる。被加工物１１がヒ化ガリウム基板やリン化インジウム基板、窒化ガリウム基板の場合には、例えば、発光素子や受光素子等として機能するチップが得られる。
被加工物１１がシリコンカーバイド基板の場合には、例えば、パワーデバイス等として機能するチップが得られる。被加工物１１がサファイア基板の場合には、例えば、発光素子等として機能するチップが得られる。被加工物１１がソーダガラスやホウケイ酸ガラス、石英ガラス等でなるガラス基板の場合には、例えば、光学部品やカバー部材（カバーガラス）として機能するチップが得られる。
被加工物１１がタンタル酸リチウムや、ニオブ酸リチウム等の強誘電体でなる強誘電体基板（強誘電体結晶基板）の場合には、例えば、フィルタやアクチュエータ等として機能するチップが得られる。なお、被加工物１１の材質、形状、構造、大きさ、厚み等に制限はない。同様に、チップとなる領域１５に形成されるデバイスの種類、数量、形状、構造、大きさ、配置等にも制限はない。チップとなる領域１５には、デバイスが形成されていなくても良い。
本実施形態に係るチップの製造方法では、被加工物１１として円盤状のシリコンウェーハを用い、複数のチップを製造する。具体的には、まず、この被加工物１１をチャックテーブルで直に保持する保持ステップを行う。図２は、本実施形態で使用されるレーザ加工装置の構成例を模式的に示す斜視図である。
図２に示すように、レーザ加工装置２は、各構成要素が搭載される基台４を備えている。基台４の上面には、被加工物１１を吸引、保持するためのチャックテーブル（保持テーブル）６をＸ軸方向（加工送り方向）及びＹ軸方向（割り出し送り方向）に移動させる水平移動機構８が設けられている。水平移動機構８は、基台４の上面に固定されＸ軸方向に概ね平行な一対のＸ軸ガイドレール１０を備えている。
Ｘ軸ガイドレール１０には、Ｘ軸移動テーブル１２がスライド可能に取り付けられている。Ｘ軸移動テーブル１２の裏面側（下面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｘ軸ガイドレール１０に概ね平行なＸ軸ボールネジ１４が螺合されている。
Ｘ軸ボールネジ１４の一端部には、Ｘ軸パルスモータ１６が連結されている。Ｘ軸パルスモータ１６でＸ軸ボールネジ１４を回転させることにより、Ｘ軸移動テーブル１２はＸ軸ガイドレール１０に沿ってＸ軸方向に移動する。Ｘ軸ガイドレール１０に隣接する位置には、Ｘ軸方向においてＸ軸移動テーブル１２の位置を検出するためのＸ軸スケール１８が設置されている。
Ｘ軸移動テーブル１２の表面（上面）には、Ｙ軸方向に概ね平行な一対のＹ軸ガイドレール２０が固定されている。Ｙ軸ガイドレール２０には、Ｙ軸移動テーブル２２がスライド可能に取り付けられている。Ｙ軸移動テーブル２２の裏面側（下面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｙ軸ガイドレール２０に概ね平行なＹ軸ボールネジ２４が螺合されている。
Ｙ軸ボールネジ２４の一端部には、Ｙ軸パルスモータ２６が連結されている。Ｙ軸パルスモータ２６でＹ軸ボールネジ２４を回転させることにより、Ｙ軸移動テーブル２２はＹ軸ガイドレール２０に沿ってＹ軸方向に移動する。Ｙ軸ガイドレール２０に隣接する位置には、Ｙ軸方向においてＹ軸移動テーブル２２の位置を検出するためのＹ軸スケール２８が設置されている。
Ｙ軸移動テーブル２２の表面側（上面側）には、支持台３０が設けられており、この支持台３０の上部には、チャックテーブル６が配置されている。チャックテーブル６の表面（上面）は、上述した被加工物１１の裏面１１ｂ側（又は表面１１ａ側）を吸引、保持する保持面６ａになっている。保持面６ａは、例えば、酸化アルミニウム等の硬度が高い多孔質材で構成されている。ただし、保持面６ａは、ポリエチレンやエポキシ等の樹脂に代表される柔軟な材料で構成されていても良い。
この保持面６ａは、チャックテーブル６の内部に形成された吸引路６ｂ（図３（Ａ）等参照）やバルブ３２（図３（Ａ）等参照）等を介して吸引源３４（図３（Ａ）等参照）に接続されている。チャックテーブル６の下方には、回転駆動源（不図示）が設けられており、チャックテーブル６は、この回転駆動源によってＺ軸方向に概ね平行な回転軸の周りに回転する。
水平移動機構８の後方には、柱状の支持構造３６が設けられている。支持構造３６の上部には、Ｙ軸方向に伸びる支持アーム３８が固定されており、この支持アーム３８の先端部には、被加工物１１に対して透過性を有する波長（吸収され難い波長）のレーザビーム１７（図３（Ｂ）参照）をパルス発振して、チャックテーブル６上の被加工物１１に照射するレーザ照射ユニット４０が設けられている。
レーザ照射ユニット４０に隣接する位置には、被加工物１１の表面１１ａ側又は裏面１１ｂ側を撮像するカメラ４２が設けられている。カメラ４２で被加工物１１等を撮像して形成された画像は、例えば、被加工物１１とレーザ照射ユニット４０との位置等を調整する際に使用される。
チャックテーブル６、水平移動機構８、レーザ照射ユニット４０、カメラ４２等の構成要素は、制御ユニット（不図示）に接続されている。制御ユニットは、被加工物１１が適切に加工されるように各構成要素を制御する。
図３（Ａ）は、保持ステップについて説明するための断面図である。なお、図３（Ａ）では、一部の構成要素を機能ブロックで示している。保持ステップでは、図３（Ａ）に示すように、例えば、被加工物１１の裏面１１ｂをチャックテーブル６の保持面６ａに接触させる。そして、バルブ３２を開いて吸引源３４の負圧を保持面６ａに作用させる。
これにより、被加工物１１は、表面１１ａ側が上方に露出した状態でチャックテーブル６に吸引、保持される。なお、本実施形態では、図３（Ａ）に示すように、被加工物１１の裏面１１ｂ側をチャックテーブル６で直に保持する。つまり、本実施形態では、被加工物１１に対してエキスパンドシートを貼る必要がない。
保持ステップの後には、被加工物１１に対して透過性を有する波長のレーザビーム１７を照射し、分割予定ライン１３に沿う改質層を形成する第１レーザ加工ステップ及び第２レーザ加工ステップを行う。なお、本実施形態では、第１レーザ加工ステップの後に第２レーザ加工ステップを行う場合について説明する。
図３（Ｂ）は、第１レーザ加工ステップ及び第２レーザ加工ステップについて説明するための断面図であり、図４（Ａ）は、全ての分割予定ライン１３に沿って改質層が形成された後の被加工物１１の状態を模式的に示す平面図であり、図４（Ｂ）は、各分割予定ライン１３に沿って形成された改質層を模式的に示す断面図である。なお、図３（Ｂ）では、一部の構成要素を機能ブロックで示している。
第１レーザ加工ステップでは、まず、チャックテーブル６を回転させて、例えば、対象となる分割予定ライン１３の延びる方向をＸ軸方向に対して平行にする。次に、チャックテーブル６を移動させて、対象となる分割予定ライン１３の延長線上にレーザ照射ユニット４０の位置を合わせる。そして、図３（Ｂ）に示すように、Ｘ軸方向（すなわち、対象の分割予定ライン１３の延びる方向）にチャックテーブル６を移動させる。
その後、対象となる分割予定ライン１３上の２箇所に存在するチップ領域１１ｃと外周余剰領域１１ｄとの境界の一方の直上にレーザ照射ユニット４０が到達したタイミングで、このレーザ照射ユニット４０からレーザビーム１７の照射を開始する。本実施形態では、図３（Ｂ）に示すように、被加工物１１の上方に配置されたレーザ照射ユニット４０から、被加工物１１の表面１１ａに向けてレーザビーム１７が照射される。
このレーザビーム１７の照射は、レーザ照射ユニット４０が、対象となる分割予定ライン１３上の２箇所に存在するチップ領域１１ｃと外周余剰領域１１ｄとの境界の他方の直上に到達するまで続けられる。つまり、ここでは、対象の分割予定ライン１３に沿ってチップ領域１１ｃ内にのみレーザビーム１７を照射する。
また、このレーザビーム１７は、被加工物１１の内部の表面１１ａ（又は裏面１１ｂ）から第１深さの位置に集光点を位置付けるように照射される。このように、被加工物１１に対して透過性を有する波長のレーザビーム１７を、被加工物１１の内部に集光させることで、集光点及びその近傍で被加工物１１の一部を多光子吸収により改質し、分割の起点となる改質層１９（第１改質層１９ａ）を形成できる（第１改質層形成ステップ）。
本実施形態の第１レーザ加工ステップでは、対象の分割予定ライン１３に沿ってチップ領域１１ｃ内にのみレーザビーム１７を照射するので、対象の分割予定ライン１３に沿ってチップ領域１１ｃ内にのみ改質層１９（第１改質層１９ａ）が形成される。すなわち、図４（Ｂ）に示すように、第１レーザ加工ステップでは、外周余剰領域１１ｄに改質層１９（第１改質層１９ａ）が形成されない。
上述した第１レーザ加工ステップの後には、同じ分割予定ライン１３に沿って第１深さとは異なる深さの位置に改質層１９を形成する第２レーザ加工ステップを行う。なお、第１レーザ加工ステップが終了した段階では、対象となる分割予定ライン１３の延長線上にレーザ照射ユニット４０が存在するので、このレーザ照射ユニット４０の位置を分割予定ライン１３に合わせて調整する必要はない。
第２レーザ加工ステップでは、まず、チャックテーブル６をＸ軸方向（対象の分割予定ライン１３の延びる方向）に移動させる。次に、被加工物１１の外周余剰領域１１ｄに設定された照射開始点の直上にレーザ照射ユニット４０が到達したタイミングで、このレーザ照射ユニット４０からレーザビーム１７の照射を開始する。
本実施形態では、第１レーザ加工ステップと同様に、被加工物１１の上方に配置されたレーザ照射ユニット４０から、被加工物１１の表面１１ａに向けてレーザビーム１７が照射される。このレーザビーム１７の照射は、レーザ照射ユニット４０が、被加工物１１のチップ領域１１ｃ上を通過して外周余剰領域１１ｄに設定された照射終了点の直上に到達するまで続けられる。
つまり、ここでは、対象の分割予定ライン１３に沿って外周余剰領域１１ｄの一部及びチップ領域１１ｃにレーザビーム１７を照射する。また、このレーザビーム１７は、被加工物１１の内部の表面１１ａ（又は裏面１１ｂ）から第２深さ（第１深さとは異なる深さ）の位置に集光点を位置付けるように照射される。
これにより、第１レーザ加工ステップで形成される改質層１９（第１改質層１９ａ）より長く外周余剰領域１１ｄに端部が重なる改質層１９（第２改質層１９ｂ）を、分割予定ライン１３に沿って第２深さの位置に形成できる（第２改質層形成ステップ）。第２深さの位置に改質層１９（第２改質層１９ｂ）を形成した後には、同様の手順で第１深さ及び第２深さとは異なる第３深さの位置に改質層１９（第３改質層１９ｃ）を形成する（第３改質層形成ステップ）。第３深さの位置に改質層１９を形成する際には、照射開始点及び照射終了点の位置を変更して良い。
なお、本実施形態では、第１レーザ加工ステップで１つの分割予定ライン１３に沿って１つの改質層１９（第１改質層１９ａ）を形成し、第２レーザ加工ステップで同じ１つの分割予定ライン１３に沿って２つの改質層１９（第２改質層１９ｂ及び第３改質層１９ｃ）を形成しているが、１つの分割予定ライン１３に沿って形成される改質層１９の数や位置等に特段の制限はない。
例えば、第１レーザ加工ステップで１つの分割予定ライン１３に沿って形成される改質層１９の数は２つ以上でも良い。また、第２レーザ加工ステップで同じ１つの分割予定ライン１３に沿って形成される改質層１９の数は１つ、又は３つ以上でも良い。すなわち、少なくとも、第１レーザ加工ステップで１つの分割予定ライン１３に沿って１つ以上の改質層１９を形成でき、第２レーザ加工ステップで１つの分割予定ライン１３に沿って１つ以上の改質層１９を形成できれば良い。
また、改質層１９は、表面１１ａ（又は裏面１１ｂ）にクラックが到達する条件で形成されることが望ましい。もちろん、表面１１ａ及び裏面１１ｂの両方にクラックが到達する条件で改質層１９を形成しても良い。これにより、被加工物１１をより適切に分割できるようになる。
被加工物１１がシリコンウェーハの場合には、例えば、次のような条件で改質層１９が形成される。
被加工物：シリコンウェーハ
レーザビームの波長：１３４０ｎｍ
レーザビームの繰り返し周波数：９０ｋＨｚ
レーザビームの出力：０．１Ｗ〜２Ｗ
チャックテーブルの移動速度（加工送り速度）：１８０ｍｍ／ｓ〜１０００ｍｍ／ｓ、代表的には、５００ｍｍ／ｓ
被加工物１１がヒ化ガリウム基板やリン化インジウム基板の場合には、例えば、次のような条件で改質層１９が形成される。
被加工物：ヒ化ガリウム基板、リン化インジウム基板
レーザビームの波長：１０６４ｎｍ
レーザビームの繰り返し周波数：２０ｋＨｚ
レーザビームの出力：０．１Ｗ〜２Ｗ
チャックテーブルの移動速度（加工送り速度）：１００ｍｍ／ｓ〜４００ｍｍ／ｓ、代表的には、２００ｍｍ／ｓ
被加工物１１がサファイア基板の場合には、例えば、次のような条件で改質層１９が形成される。
被加工物：サファイア基板
レーザビームの波長：１０４５ｎｍ
レーザビームの繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
レーザビームの出力：０．１Ｗ〜２Ｗ
チャックテーブルの移動速度（加工送り速度）：４００ｍｍ／ｓ〜８００ｍｍ／ｓ、代表的には、５００ｍｍ／ｓ
被加工物１１がタンタル酸リチウムやニオブ酸リチウム等の強誘電体でなる強誘電体基板の場合には、例えば、次のような条件で改質層１９が形成される。
被加工物：タンタル酸リチウム基板、ニオブ酸リチウム基板
レーザビームの波長：５３２ｎｍ
レーザビームの繰り返し周波数：１５ｋＨｚ
レーザビームの出力：０．０２Ｗ〜０．２Ｗ
チャックテーブルの移動速度（加工送り速度）：２７０ｍｍ／ｓ〜４２０ｍｍ／ｓ、代表的には、３００ｍｍ／ｓ
被加工物１１がソーダガラスやホウケイ酸ガラス、石英ガラス等でなるガラス基板の場合には、例えば、次のような条件で改質層１９が形成される。
被加工物：ソーダガラス基板、ホウケイ酸ガラス基板、石英ガラス基板
レーザビームの波長：５３２ｎｍ
レーザビームの繰り返し周波数：５０ｋＨｚ
レーザビームの出力：０．１Ｗ〜２Ｗ
チャックテーブルの移動速度（加工送り速度）：３００ｍｍ／ｓ〜６００ｍｍ／ｓ、代表的には、４００ｍｍ／ｓ
被加工物１１が窒化ガリウム基板の場合には、例えば、次のような条件で改質層１９が形成される。
被加工物：窒化ガリウム基板
レーザビームの波長：５３２ｎｍ
レーザビームの繰り返し周波数：２５ｋＨｚ
レーザビームの出力：０．０２Ｗ〜０．２Ｗ
チャックテーブルの移動速度（加工送り速度）：９０ｍｍ／ｓ〜６００ｍｍ／ｓ、代表的には、１５０ｍｍ／ｓ
被加工物１１がシリコンカーバイド基板の場合には、例えば、次のような条件で改質層１９が形成される。
被加工物：シリコンカーバイド基板
レーザビームの波長：５３２ｎｍ
レーザビームの繰り返し周波数：２５ｋＨｚ
レーザビームの出力：０．０２Ｗ〜０．２Ｗ、代表的には、０．１Ｗ
チャックテーブルの移動速度（加工送り速度）：９０ｍｍ／ｓ〜６００ｍｍ／ｓ、代表的には、シリコンカーバイド基板の劈開方向で９０ｍｍ／ｓ、非劈開方向で４００ｍｍ／ｓ
対象の分割予定ライン１３に沿って改質層１９を形成した後には、残りの全ての分割予定ライン１３に対して上述した第１レーザ加工ステップ及び第２レーザ加工ステップを繰り返す。これにより、図４（Ａ）に示すように、全ての分割予定ライン１３に沿って改質層１９を形成できる。
本実施形態の第１レーザ加工ステップでは、分割予定ライン１３に沿ってチップ領域１１ｃ内にのみ改質層１９（第１改質層１９ａ）を形成し、外周余剰領域１１ｄには改質層１９（第１改質層１９ａ）を形成しないので、この外周余剰領域１１ｄによって被加工物１１の強度が保たれる。これにより、搬送等の際に加わる力によって被加工物１１が個々のチップへと分割されてしまうことはない。このように、第１レーザ加工ステップの後の外周余剰領域１１ｄは、チップ領域１１を補強するための補強部として機能する。
また、本実施形態の第１レーザ加工ステップでは、外周余剰領域１１ｄに改質層１９（第１改質層１９ａ）を形成しないので、例えば、改質層１９から伸長するクラックが表面１１ａ及び裏面１１ｂの両方に到達し、被加工物１１が完全に分割された状況でも、各チップが脱落、離散することはない。一般に、被加工物１１に改質層１９が形成されると、この改質層１９の近傍で被加工物１１は膨張する。本実施形態では、改質層１９の形成によって発生する膨張の力を、補強部として機能するリング状の外周余剰領域１１ｄで内向きに作用させることで、各チップを押さえつけ、脱落、離散を防止している。
第１レーザ加工ステップ及び第２レーザ加工ステップの後には、チャックテーブル６から被加工物１１を搬出する搬出ステップを行う。具体的には、例えば、被加工物１１の表面１１ａ（又は、裏面１１ｂ）の全体を吸着、保持できる搬送ユニット（不図示）で被加工物１１の表面１１ａの全体を吸着してから、バルブ３２を閉じて吸引源３４の負圧を遮断し、被加工物１１を搬出する。なお、本実施形態では、上述のように、外周余剰領域１１ｄが補強部として機能するので、搬送等の際に加わる力によって被加工物１１が個々のチップへと分割されてしまい、被加工物１１を適切に搬送できなくなることはない。
搬出ステップの後には、被加工物１１から補強部を除去する補強部除去ステップを行う。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、補強部除去ステップについて説明するための断面図である。なお、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）では、一部の構成要素を機能ブロックで示している。補強部除去ステップは、例えば、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す切削装置５２を用いて行われる。
切削装置５２は、被加工物１１を吸引、保持するためのチャックテーブル（保持テーブル）５４を備えている。このチャックテーブル５４の上面の一部は、被加工物１１のチップ領域１１ｃを吸引、保持する保持面５４ａになっている。保持面５４ａは、チャックテーブル５４の内部に形成された吸引路５４ｂやバルブ５６等を介して吸引源５８に接続されている。
チャックテーブル５４の上面の別の一部には、被加工物１１の外周余剰領域１１ｄ（すなわち、補強部）を吸引、保持するための吸引路５４ｃの一端が開口している。吸引路５４ｃの他端側は、バルブ６０等を介して吸引源５８に接続されている。このチャックテーブル５４は、モータ等の回転駆動源（不図示）に連結されており、鉛直方向に概ね平行な回転軸の周りに回転する。
チャックテーブル５４の上方には、切削ユニット６２が配置されている。切削ユニット６２は、保持面５４ａに対して概ね平行な回転軸となるスピンドル６４を備えている。スピンドル６４の一端側には、結合材に砥粒が分散されてなる環状の切削ブレード６６が装着されている。
スピンドル６４の他端側には、モータ等の回転駆動源（不図示）が連結されており、スピンドル６４の一端側に装着された切削ブレード６６は、この回転駆動源から伝わる力によって回転する。切削ユニット６２は、例えば、昇降機構（不図示）に支持されており、切削ブレード６６は、この昇降機構によって鉛直方向に移動する。
なお、チャックテーブル５４の上面には、被加工物１１のチップ領域１１ｃと外周余剰領域１１ｄとの境界に対応する位置に、切削ブレード６６との接触を防ぐための切削ブレード用逃げ溝（不図示）が形成されている。
補強部除去ステップでは、まず、被加工物１１の裏面１１ｂをチャックテーブル５４の保持面５４ａに接触させる。そして、バルブ５６，６０を開き、吸引源５８の負圧を保持面５４ａ等に作用させる。これにより、被加工物１１は、表面１１ａ側が上方に露出した状態でチャックテーブル５４に吸引、保持される。なお、本実施形態では、図５（Ａ）に示すように、被加工物１１の裏面１１ｂ側をチャックテーブル５４で直に保持する。つまり、ここでも、被加工物１１に対してエキスパンドシートを貼る必要がない。
次に、切削ブレード６６を回転させて、被加工物１１のチップ領域１１ｃと外周余剰領域１１ｄとの境界に切り込ませる。併せて、図５（Ａ）に示すように、チャックテーブル５４を、鉛直方向に概ね平行な回転軸の周りに回転させる。これにより、チップ領域１１ｃと外周余剰領域１１ｄとの境界に沿って被加工物１１を切断できる。
その後、バルブ６０を閉じて、被加工物１１の外周余剰領域１１ｄに対する吸引源５８の負圧を遮断する。そして、図５（Ｂ）に示すように、チャックテーブル５４から外周余剰領域１１ｄを除去する。これにより、チャックテーブル５４上には、被加工物１１のチップ領域１１ｃのみが残る。
補強部除去ステップの後には、被加工物１１を個々のチップへと分割する分割ステップを行う。具体的には、超音波振動を付与して被加工物１１を分割する。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、分割ステップについて説明するための断面図である。なお、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）では、一部の構成要素を機能ブロックで示している。
分割ステップは、例えば、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す分割装置７２を用いて行われる。分割装置７２は、純水等の液体２１が貯留される槽７４を備えている。この槽７４は、被加工物１１（チップ領域１１ｃ）の全体を収容できる程度の大きさに形成されており、その底には、超音波振動を発生させるための超音波振動子７６が取り付けられている。
超音波振動子７６は、例えば、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電材料でなる圧電材料層と、圧電材料層を挟む一対の電極層と、を含む。電極層には、所定の周波数の交流電力を供給するための交流電源７８が接続されており、超音波振動子７６は、交流電源７８から供給される交流電力の周波数に応じた振動数で振動する。
槽７４の上方には、被加工物１１を保持するための保持ユニット８０が配置されている。保持ユニット８０の下面側の一部は、被加工物１１の表面１１ａ側（又は裏面１１ｂ側）に接する接触面８０ａになっている。接触面８０ａは、例えば、ポリエチレンやエポキシ等の樹脂に代表される柔軟な材料で構成されていることが望ましい。
これにより、被加工物１１の表面１１ａ側に形成されているデバイス等の破損を防ぎやすくなる。ただし、接触面８０ａの材質等に特段の制限はない。また、接触面８０ａを囲む位置には、下向きに突出する環状の突起８０ｂが設けられている。この突起８０ｂによって、後述するように、個々のチップへと分割された後の被加工物１１の飛散を防止できる。
保持ユニット８０の内部には、接触面８０ａに接する被加工物１１に対して負圧を伝えるための吸引路８０ｃが設けられている。吸引路８０ｃの一端側は、バルブ８２等を介して吸引源８４に接続されている。吸引路８０ｃの他端側は、接触面８０ａに接する被加工物１１の各領域１５を吸引できるように、接触面８０ａに開口している。すなわち、接触面８０ａには、各領域１５に対応する複数の開口部が設けられている。
よって、被加工物１１を接触面８０ａに接触させた上で、バルブ８２、吸引路８０ｃ等を通じて吸引源８４の負圧を複数の開口部に作用させることで、被加工物１１を適切に吸引、保持できる。上述のように、本実施形態では、各領域１５に対応する位置に複数の開口部を設けているので、個々のチップへと分割された後の被加工物１１でも適切に吸引、保持できる。
本実施形態に係る分割ステップでは、まず、保持ユニット８０の接触面８０ａを被加工物１１の表面１１ａ側に接触させる。次に、バルブ８２を開いて、吸引源８４の負圧を複数の開口部に作用させる。これにより、被加工物１１は、保持ユニット８０によって吸引、保持される。その後、図６（Ａ）に示すように、保持ユニット８０を槽７４の上方に位置付ける。
そして、図６（Ｂ）に示すように、保持ユニット８０を下降させて、槽７４に貯留されている液体２１に被加工物１１を浸漬させる。保持ユニット８０を十分に下降させた後には、バルブ８２を閉じて吸引源８４の負圧を遮断する。その結果、図６（Ｂ）に示すように、被加工物１１は保持ユニット８０から取り外される。
なお、保持ユニット８０の下降量は、槽７４の底と突起８０ｂの下端との隙間が、被加工物１１の厚みより小さくなる範囲で調整されることが望ましい。これにより、被加工物１１の位置が突起８０ｂで規制され、個々のチップへと分割された後の被加工物１１の飛散を防止できるようになる。
次に、交流電源７８から超音波振動子７６に交流電力を供給して、超音波振動子７６を振動させる。これにより、被加工物１１には、超音波振動子７６から発生した超音波振動が、槽７４及び液体２１を介して付与される。そして、この超音波振動の力によって、被加工物１１の改質層１９からクラック２３が伸長し、被加工物１１は、分割予定ライン１３に沿って複数のチップ２５へと分割される。
被加工物１１に付与される超音波振動の条件は、例えば、次の通りである。
出力：２００Ｗ
周波数：２０ｋＨｚ，２８ｋＨｚ
付与時間：３０秒〜９０秒
ただし、超音波振動の条件は、被加工物１１を適切に分割できる範囲で任意に設定できる。被加工物１１が複数のチップ２５へと分割された後には、被加工物１１の表面１１ａ側と接触面８０ａとを再び接触させて、バルブ８２を開き、吸引源８４の負圧を作用させる。これにより、複数のチップ２５へと分割された後の被加工物１１を保持ユニット８０で吸引、保持して槽７４の外部へと搬出できる。
以上のように、本実施形態に係るチップの製造方法では、被加工物（ワーク）１１をチャックテーブル（保持テーブル）６で直に保持した状態で、集光点を第１深さの位置に位置付けるように被加工物１１のチップ領域１１ｃにのみレーザビーム１７を照射して、チップ領域１１ｃの分割予定ライン１３に沿って改質層１９（第１改質層１９ａ）を形成し、また、集光点を第２深さの位置及び第３深さの位置に位置づけるようにレーザビーム１７を照射して、第１深さの位置に形成される改質層１９より長く外周余剰領域１１ｄに端部が重なる改質層１９（第２改質層１９ｂ及び第３改質層１９ｃ）を分割予定ライン１３に沿って形成した後、超音波振動を付与して被加工物１１を個々のチップ２５へと分割するので、被加工物１１に力を加えて個々のチップ２５へと分割するためにエキスパンドシートを用いる必要がない。このように、本実施形態に係るチップの製造方法によれば、エキスパンドシートを用いることなく板状の被加工物１１であるシリコンウェーハを分割して複数のチップ２５を製造できる。
また、本実施形態に係るチップの製造方法では、被加工物１１のチップ領域１１ｃにのみレーザビーム１７を照射して分割予定ライン１３に沿う改質層１９（第１改質層１９ａ）を形成するとともに、外周余剰領域１１ｄを改質層１９が形成されていない補強部とするので、この補強部によってチップ領域１１ｃは補強される。よって、搬送等の際に加わる力によって被加工物１１が個々のチップ２５へと分割されてしまい、被加工物１１を適切に搬送できなくなることもない。
なお、本発明は、上記実施形態等の記載に制限されず種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態では、第１レーザ加工ステップの後に第２レーザ加工ステップを行っているが、第２レーザ加工ステップの後に第１レーザ加工ステップを行うようにしても良い。更に、第２改質層１９ｂを形成する第２改質層形成ステップと、第３改質層１９ｃを形成する第３改質層形成ステップとの順序を入れ替えても良い。
また、上記実施形態では、対象の１本の分割予定ライン１３に対して第１レーザ加工ステップを行った後に、同じ１本の分割予定ライン１３に対して第２レーザ加工ステップを行っているが、本発明は、この態様に制限されない。例えば、複数の分割予定ライン１３に対して第１改質層１９ａを形成する第１レーザ加工ステップ（第１改質層形成ステップ）を行った後に、複数の分割予定ライン１３に対して第２レーザ加工ステップを行うこともできる。
なお、この場合には、複数の分割予定ライン１３に対して第２改質層１９ｂを形成する第２レーザ加工ステップ（第２改質層形成ステップ）を行ってから、複数の分割予定ライン１３に対して第３改質層１９ｃを形成する第２レーザ加工ステップ（第３改質層形成ステップ）を行うと良い。
より具体的には、例えば、まず、第１方向に平行な全ての分割予定ライン１３に対して第１改質層１９ａを形成する第１改質層形成ステップを行う。次に、第１方向に平行な全ての分割予定ライン１３に対して第２改質層１９ｂを形成する第２改質層形成ステップを行う。そして、第１方向に平行な全ての分割予定ライン１３に対して第３改質層１９ｃを形成する第３改質層形成ステップを行う。
その後、第１方向とは異なる第２方向に平行な全ての分割予定ライン１３に対して第１改質層１９ａを形成する第１改質層形成ステップを行う。次に、第２方向に平行な全ての分割予定ライン１３に対して第２改質層１９ｂを形成する第２改質層形成ステップを行う。そして、第２方向に平行な全ての分割予定ライン１３に対して第３改質層１９ｃを形成する第３改質層形成ステップを行う。
なお、この場合にも、第２レーザ加工ステップ（第２改質層形成ステップ及び第３改質層形成ステップ）の後に第１レーザ加工ステップ（第１改質層形成ステップ）を行うことができる。同様に、第２改質層１９ｂを形成する第２改質層形成ステップと、第３改質層１９ｃを形成する第３改質層形成ステップとの順序を入れ替えても良い。
また、上記実施形態では、被加工物１１の裏面１１ｂ側をチャックテーブル６で直に保持して、表面１１ａ側からレーザビーム１７を照射しているが、被加工物１１の表面１１ａ側をチャックテーブル６で直に保持して、裏面１１ｂ側からレーザビーム１７を照射しても良い。
図７は、変形例に係る保持ステップについて説明するための断面図である。この変形例に係る保持ステップでは、図７に示すように、例えば、ポリエチレンやエポキシ等の樹脂に代表される柔軟な材料でなる多孔質状のシート（ポーラスシート）４４によって上面が構成されたチャックテーブル（保持テーブル）６を用いると良い。
このチャックテーブル６では、シート４４の上面４４ａで被加工物１１の表面１１ａ側を吸引、保持することになる。これにより、表面１１ａ側に形成されているデバイス等の破損を防止できる。このシート４４はチャックテーブル６の一部であり、チャックテーブル６の本体等とともに繰り返し使用される。
ただし、チャックテーブル６の上面は、上述した多孔質状のシート４４によって構成されている必要はなく、少なくとも、被加工物１１の表面１１ａ側に形成されているデバイス等を傷つけない程度に柔軟な材料で構成されていれば良い。また、シート４４は、チャックテーブル６の本体に対して着脱できるように構成され、破損した場合等に交換できることが望ましい。
また、上記実施形態では、搬出ステップの後、分割ステップの前に、補強部除去ステップを行っているが、例えば、第１レーザ加工ステップ及び第２レーザ加工ステップの後、搬出ステップの前に、補強部除去ステップを行っても良い。
また、補強部除去ステップを省略することもできる。上記実施形態の第２レーザ加工ステップでは、外周余剰領域１１ｄに端部が重なる改質層１９（第２改質層１９ｂ及び第３改質層１９ｃ）を、分割予定ライン１３に沿って形成している。そのため、改質層１９と外周余剰領域１１ｄとが重ならない場合に比べて、外周余剰領域１１ｄは分割され易い。よって、補強部除去ステップを行わなくとも、分割ステップでチップ領域１１ｃを外周余剰領域１１ｄとともに分割することが可能になる。
なお、この場合には、例えば、被加工物１１の外周縁から改質層１９の端までの距離が２ｍｍ〜３ｍｍ程度になるように、第２レーザ加工ステップで改質層１９を形成する範囲を調整すると良い。また、例えば、分割ステップでチップ領域１１ｃを分割する前に、補強部に分割の起点となる溝を形成しても良い。図８（Ａ）は、変形例に係る分割ステップについて説明するための断面図であり、図８（Ｂ）は、変形例に係る分割ステップの後の被加工物１１の状態を模式的に示す平面図である。
変形例に係る分割ステップでは、分割装置７２で被加工物１１に超音波振動を付与する前に、上述した切削装置５２を用いて分割の起点となる溝を形成する。具体的には、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、外周余剰領域１１ｄ（すなわち、補強部）に切削ブレード６６を切り込ませて、分割の起点となる溝１１ｅを形成する。この溝１１ｅは、例えば、分割予定ライン１３に沿って形成されることが望ましい。このような溝１１ｅを形成することにより、超音波振動で被加工物１１を外周余剰領域１１ｄごと分割できるようになる。なお、変形例に係る分割ステップでは、切削装置５２が備えるチャックテーブル５４の吸引路５４ｃやバルブ６０等を省略できる。
また、上記実施形態の分割ステップでは、被加工物１１の表面１１ａ側を保持ユニット８０で吸引、保持しているが、被加工物１１の裏面１１ｂ側を保持ユニット８０で吸引、保持しても良い。
その他、上記実施形態及び変形例に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。
１１ 被加工物（ワーク）
１１ａ 表面
１１ｂ 裏面
１１ｃ チップ領域
１１ｄ 外周余剰領域
１３ 分割予定ライン（ストリート）
１５ 領域
１７ レーザビーム
１９ 改質層
１９ａ 第１改質層
１９ｂ 第２改質層
１９ｃ 第３改質層
２１ 液体
２３ クラック
２５ チップ
２ レーザ加工装置
４ 基台
６ チャックテーブル（保持テーブル）
６ａ 保持面
６ｂ 吸引路
８ 水平移動機構
１０ Ｘ軸ガイドレール
１２ Ｘ軸移動テーブル
１４ Ｘ軸ボールネジ
１６ Ｘ軸パルスモータ
１８ Ｘ軸スケール
２０ Ｙ軸ガイドレール
２２ Ｙ軸移動テーブル
２４ Ｙ軸ボールネジ
２６ Ｙ軸パルスモータ
２８ Ｙ軸スケール
３０ 支持台
３２ バルブ
３４ 吸引源
３６ 支持構造
３８ 支持アーム
４０ レーザ照射ユニット
４２ カメラ
４４ シート（ポーラスシート）
４４ａ 上面
５２ 切削装置
５４ チャックテーブル（保持テーブル）
５４ａ 保持面
５４ｂ 吸引路
５４ｃ 吸引路
５６ バルブ
５８ 吸引源
６０ バルブ
６２ 切削ユニット
６４ スピンドル
６６ 切削ブレード
７２ 分割装置
７４ 槽
７６ 超音波振動子
７８ 交流電源
８０ 保持ユニット
８０ａ 保持面
８０ｂ 突起
８０ｃ 吸引路
８２ バルブ
８４ 吸引源

Claims (3)

  1. 交差する複数の分割予定ラインによってチップとなる複数の領域に区画されたチップ領域と、該チップ領域を囲む外周余剰領域と、を有するシリコンウェーハから複数の該チップを製造するチップの製造方法であって、
    シリコンウェーハを保持テーブルで直に保持する保持ステップと、
    該保持ステップを実施した後に、シリコンウェーハに対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を該保持テーブルに保持されたシリコンウェーハの内部の第１深さの位置に位置づけるように該分割予定ラインに沿ってシリコンウェーハの該チップ領域にのみ該レーザビームを照射し、該チップ領域の該分割予定ラインに沿って第１改質層を形成するとともに、該外周余剰領域を該第１改質層が形成されていない補強部とする第１レーザ加工ステップと、
    該保持ステップを実施した後に、シリコンウェーハに対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を該保持テーブルに保持されたシリコンウェーハの内部の該第１深さとは異なる第２深さの位置に位置づけるように該分割予定ラインに沿って該レーザビームを照射し、該第１改質層より長く該外周余剰領域に端部が重なる第２改質層を該分割予定ラインに沿って形成する第２レーザ加工ステップと、
    該第１レーザ加工ステップ及び該第２レーザ加工ステップを実施した後に、該保持テーブルからシリコンウェーハを搬出する搬出ステップと、
    該搬出ステップを実施した後に、シリコンウェーハに力を付与してシリコンウェーハを個々の該チップへと分割する分割ステップと、を備え、
    該分割ステップでは、超音波振動を付与してシリコンウェーハを個々の該チップへと分割することを特徴とするチップの製造方法。
  2. 該第１レーザ加工ステップ及び該第２レーザ加工ステップを実施した後、該分割ステップを実施する前に、該補強部を除去する補強部除去ステップを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のチップの製造方法。
  3. 該保持テーブルの上面は、柔軟な材料によって構成されており、
    該保持ステップでは、該柔軟な材料でシリコンウェーハの表面側を保持することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のチップの製造方法。
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