JP2019160970A - ウェーハ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性を低下させることなく、基板の表面に形成されたデバイス層にＬｏｗ−ｋ膜やＴＥＧ等の積層体が含まれるウェーハを分割予定ラインに沿って精度よく確実かつ効率的に分割することができるウェーハ加工方法を提供する。【解決手段】ウェーハ１０の基板内部に集光点を合わせてレーザ光Ｌを照射することにより、ウェーハ１０の基板内部に分割予定ラインに沿って改質領域２０を形成する改質領域形成工程と、ウェーハ１０の裏面１０ｂから分割予定ラインに沿ってブレイクバーを押し付けることにより、ウェーハ１０を撓ませて改質領域２０から生じた亀裂をデバイス層に伸展させてウェーハ１０をブレイクするブレイク工程とを備え、改質領域形成工程は、ウェーハ１０の厚さ方向に複数の非改質領域２４を存在させるように、ウェーハ１０の厚さ方向に複数の改質領域２０を形成する。【選択図】図７

Description

本発明は、基板の表面にデバイス層が積層されたウェーハを分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するウェーハ加工方法に関するものである。

従来より、シリコンウェーハなどのウェーハの分割方法として、ウェーハに対して透過性を有する波長のレーザ光を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてレーザ光を照射するレーザ加工方法が用いられている。このレーザ加工方法を用いた分割方法は、ウェーハに対して透過性を有する波長のレーザ光の集光点をウェーハの内部に集光点を合わせてレーザ光を照射し、ウェーハの内部に分割予定ラインに沿って改質領域を形成し、この改質領域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、ウェーハを分割予定ラインに沿って分割するものである（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、シリコン基板などの基板の表面に低誘電率絶縁体被膜（ｌｏｗ−ｋ膜）を含む積層体からなるデバイス層（機能層）が形成されたウェーハが実用化されている。また、分割予定ライン上にデバイスの機能をテストするためのテストエレメントグループ（ＴＥＧ）と称する金属膜が配設されているウェーハも実用化されている。

しかし、Ｌｏｗ−ｋ膜やＴＥＧは基板とは異なる材料で形成されるため、これらがウェーハの分割予定ライン上にあると、上述した分割方法によって、改質領域が形成されたウェーハに外力を加えて分割しようとしても、良好な品質で個々のチップに分割することが困難である。具体的には、Ｌｏｗ−ｋ膜は非常に脆いことから、チップ端面（切断面）のＬｏｗ−ｋ膜が崩れやすく、デバイスの品質を低下させてしまう問題がある。また、ＴＥＧは金属膜で形成されているため、分割予定ラインに沿わずに破断したり、ＴＥＧが剥離してコンタミが発生したりする等の問題がある。

上記問題を解消するため、ウェーハの内部に改質領域を形成する改質領域形成工程に先立って、ウェーハの表面側のデバイス層に対して吸収性を有する波長のレーザ光をウェーハの表面側から分割予定ラインに沿って照射してレーザ加工溝を形成することにより、Ｌｏｗ−ｋ膜やＴＥＧを除去するアブレーション加工を実施するウェ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。）。

特許３４０８８０５号公報 特開２００７−１７３４７５号公報

しかしながら、特許文献２に記載された分割方法では、改質領域形成工程の前にアブレーション加工を実施しなければならず、生産性が悪いという問題がある。すなわち、この分割方法では、生産性を低下させることなく、基板の表面に形成されたデバイス層にＬｏｗ−ｋ膜やＴＥＧ等の積層体が含まれるウェーハに対しては良好な品質で個々のチップに分割することは困難である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、生産性を低下させることなく、基板の表面に形成されたデバイス層にＬｏｗ−ｋ膜やＴＥＧ等の積層体が含まれるウェーハを分割予定ラインに沿って精度よく確実かつ効率的に分割することができるウェーハ加工方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、以下の発明を提供する。

本発明の第１態様に係るレーザ加工方法は、基板の表面にデバイス層が積層されたウェーハを分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するウェーハ加工方法であって、ウェーハの基板内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、ウェーハの基板内部に分割予定ラインに沿って改質領域を形成する改質領域形成工程と、ウェーハの裏面から分割予定ラインに沿ってブレイクバーを押し付けることにより、ウェーハを撓ませて改質領域から生じた亀裂をデバイス層に伸展させてウェーハをブレイクするブレイク工程と、を備え、改質領域形成工程は、ウェーハの厚さ方向に複数の非改質領域を存在させるように、ウェーハの厚さ方向に複数の改質領域を形成する。

本発明の第２態様に係るレーザ加工方法は、第１態様において、改質領域形成工程とブレイク工程との間に、ウェーハの裏面を加工してウェーハを薄化する裏面加工工程を備える。

本発明の第３態様に係るレーザ加工方法は、第２態様において、改質領域形成工程は、裏面加工工程が行われた後のウェーハの基板内部に複数の非改質領域が残存するように、複数の改質領域を形成する。

本発明の第４態様に係るレーザ加工方法は、第３態様において、改質領域形成工程は、複数の改質領域のうち、デバイス層に近い位置に１又は複数の第１改質領域を形成し、第１改質領域よりもデバイス層とは反対側に１又は複数の第２改質領域を形成する。

本発明の第５態様に係るレーザ加工方法は、第４態様において、改質領域形成工程は、複数の非改質領域のうち、第１改質領域と第２改質領域との間に第１非改質領域を存在させ、第２改質領域の第１改質領域とは反対側に第２非改質領域を存在させる。

本発明の第６態様に係るレーザ加工方法は、第５態様において、改質領域形成工程は、第１改質領域から生じた亀裂が基板のデバイス層との境界面まで伸展するように、第１改質領域を形成する。

本発明によれば、生産性を低下させることなく、基板の表面に形成されたデバイス層にＬｏｗ−ｋ膜やＴＥＧ等の積層体が含まれるウェーハを分割予定ラインに沿って精度よく確実かつ効率的に分割することができる。

本実施形態に係るウェーハ加工方法の流れを示したフローチャート 本実施形態に係るウェーハ加工方法が適用されるウェーハの平面図 図２のウェーハの一部断面図 レーザ加工装置の概略を示した構成図 レーザ加工装置における制御装置の構成を示したブロック図 改質領域形成工程を説明するための図 改質領域形成工程を説明するための図 改質領域形成工程を説明するための図 改質領域形成工程を説明するための図 裏面加工工程を説明するための図 裏面加工工程を説明するための図 裏面加工工程を説明するための図 裏面加工工程を説明するための図 ブレイク工程を説明するための図 ブレイク工程を説明するための図 エキスパンド工程を説明するための図 本発明の第１実施例を示したウェーハの切断面を示した図 本発明の第２実施例を示したウェーハの切断面を示した図 本発明の第３実施例を示したウェーハの切断面を示した図 本発明の比較例を示したウェーハの切断面を示した図 ３点曲げ抗折強度試験機を示した概略図

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について詳説する。

図１は、本実施形態に係るウェーハ加工方法の流れを示したフローチャートである。図１に示すように、本実施形態に係るウェーハ加工方法は、改質領域形成工程（ステップＳ１０）と、裏面加工工程（ステップＳ１２）と、ブレイク工程（ステップＳ１４）と、エキスパンド工程（ステップＳ１６）とを備えている。このウェーハ加工方法は、後述のレーザ加工装置１００、裏面加工装置２００、ブレイク装置３００、及びエキスパンド装置４００から構成されるウェーハ加工システムにより実施される。

まず、各工程について詳細に説明する前に、本実施形態に係るウェーハ加工方法が適用されるウェーハ１０について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、本実施形態に係るウェーハ加工方法が適用されるウェーハ１０の平面図である。図３は、図２のウェーハ１０の一部断面図である。

図２及び図３に示すように、ウェーハ１０は、格子状に配列された分割予定ライン１２によって複数の領域に区画され、この区画された各領域に半導体チップを構成する各種デバイスが形成されている。このウェーハ１０はシリコン基板１４を備えており、ウェーハ１０の表面（すなわち、シリコン基板１４の表面）１０ａにはデバイス層１６が形成されている。なお、ウェーハ１０の表面１０ａ側のデバイス層１６にはＬｏｗ−ｋ膜が形成されており、分割予定ライン１２にはデバイスの機能をテストするためのＴＥＧ（テストエレメントグループ）と称される金属膜が部分的に複数配設されている。なお、本実施形態において用いられるウェーハ１０の初期厚さＴ０としては特に限定されるものではないが、ウェーハ１０の仕上げ厚さＴ１は２５０μｍ以上、好ましくは３００μｍ以上のものが好適である。ウェーハ１０の厚さが２５０μｍ未満となると、後述する改質領域形成工程において、ウェーハ１０の厚さ方向に複数の非改質領域２４を存在させるように、ウェーハ１０の厚さ方向に複数の改質領域２０を形成することが困難となるためである（図７参照）。

以上のように構成されたウェーハ１０に対して、本実施形態に係るウェーハ加工方法が適用される。以下、各工程について詳細に説明する。

（改質領域形成工程）
改質領域形成工程（ステップＳ１０）では、ウェーハ１０の内部に改質領域を形成する。この改質領域形成工程は、図４に示すレーザ加工装置１００を用いて実施される。

図４に示すレーザ加工装置１００は、主として、ウェーハ１０を移動させるステージ１１０と、ウェーハ１０をレーザ加工するレーザ加工部１２０と、レーザ加工装置１００の各部を制御する制御装置１５０とから構成されている。

ステージ１１０は、ＸＹＺθ方向に移動可能に構成され、ウェーハ１０を吸着保持する。ウェーハ１０は、デバイス層１６が形成された表面（デバイス面）１０ａを保護するために、片面に粘着材を有するバックグラインドテープ（以下、ＢＧテープ）が貼り付けられる。そして、ウェーハ１０は、デバイス面とは反対側の面である裏面１０ｂが上向きとなるようにステージ１１０上に載置される。

なお、図４に示す例では、ＸＹＺの３方向は互いに直交し、このうちＸ方向およびＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。またθ方向は、鉛直方向軸（Ｚ軸）を回転軸とする回転方向である。

レーザ加工部１２０は、主として、レーザ光源１２２、空間光変調器１２８、集光レンズ１３８等を備えている。

レーザ光源１２２は、制御装置１５０の制御に従って、ウェーハ１０の内部に改質領域を形成するための加工用のレーザ光Ｌを出力する。レーザ光Ｌの条件としては、例えば、光源が半導体レーザ励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、波長が波長：１１３５±１０ｎｍ、レーザ光スポット断面積が３．１４×１０^−８ｃｍ^２、発振形態がＱスイッチパルス、繰り返し周波数が８０〜１２０ｋＨｚ、パルス幅が１８０〜２８０ｎｓ、出力が８Ｗである。

空間光変調器１２８は、位相変調型のものであり、レーザ光源１２２から出力されたレーザ光Ｌを入力し、２次元配列された複数の画素それぞれにおいてレーザ光Ｌの位相を変調する所定のホログラムパターン（変調パターン）を呈示して、その位相変調後のレーザ光Ｌを出力する。

空間光変調器１２８としては、例えば、反射型液晶（LCOS：Liquid Crystal on Silicon）の空間光変調器（SLM：Spatial Light Modulator）が用いられる。空間光変調器１２８の動作、及び空間光変調器１２８で呈示されるホログラムパターンは、制御装置１５０によって制御される。なお、空間光変調器１２８の具体的な構成や空間光変調器１２８で呈示されるホログラムパターンについては既に公知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

集光レンズ１３８は、レーザ光Ｌをウェーハ１０の内部に集光させる対物レンズ（赤外対物レンズ）である。この集光レンズ１３８の開口数（ＮＡ）は、例えば０．６５である。

レーザ加工部１２０は、上記構成の他、ビームエキスパンダ１２４、λ／２波長板１２６、縮小光学系１３６等を備えている。

ビームエキスパンダ１２４は、レーザ光源１２２から出力されたレーザ光Ｌを空間光変調器１２８のために適切なビーム径に拡大する。λ／２波長板１２６は、空間光変調器１２８へのレーザ光入射偏光面を調整する。縮小光学系１３６は、第１レンズ１３６ａ及び第２レンズ１３６ｂからなるアフォーカル光学系（両側テレセントリックな光学系）であり、空間光変調器１２８で変調されたレーザ光Ｌを集光レンズ１３８に縮小投影する。

また、図示を省略したが、レーザ加工部１２０には、ウェーハ１０とのアライメントを行うためのアライメント光学系、ウェーハ１０と集光レンズ１３８との間の距離（ワーキングディスタンス）を一定に保つためのオートフォーカスユニット等が備えられている。

制御装置１５０は、例えばパーソナルコンピュータやマイクロコンピュータなどの汎用のコンピュータによって実現されるものである。

制御装置１５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び入出力インターフェース等を備えている。制御装置１５０では、ＲＯＭに記憶されている制御プログラム等の各種プログラムがＲＡＭに展開され、ＲＡＭに展開されたプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、図５に示した制御装置１５０内の各部の機能が実現され、入出力インターフェースを介して各種の演算処理や制御処理が実行される。

図５は、制御装置１５０の構成を示したブロック図である。図５に示すように、制御装置１５０は、主制御部１５２と、ステージ制御部１５４と、レーザ制御部１５６と、空間光変調器制御部１５８として機能する。

主制御部１５２は、制御装置１５０を構成する各部、すなわち、ステージ制御部１５４、レーザ制御部１５６、及び空間光変調器制御部１５８を統括的に制御する。

ステージ制御部１５４は、ステージ１１０の移動（回転を含む）を制御する制御信号をステージ１１０に出力する。

レーザ制御部１５６は、レーザ光Ｌの出射を制御する部分であり、レーザ光Ｌの波長、パルス幅、強度、出射タイミング、及び繰り返し周波数などを制御する制御信号をレーザ光源１２２に出力する。

空間光変調器制御部１５８は、空間光変調器１２８の動作を制御する制御信号を空間光変調器１２８に出力する。すなわち、この空間光変調器制御部１５８は、所定のホログラムパターンを空間光変調器１２８に呈示させる制御を行う。なお、空間光変調器１２８に呈示させるホログラムパターンは、改質領域の形成位置、照射するレーザ光Ｌの波長、及び集光レンズ１３８やウェーハ１０の屈折率等に基づいて予め導出され、制御装置１５０のメモリ部（不図示）に記憶されている。

レーザ加工装置１００はこの他に、図示しないウェーハ搬送手段、操作板、テレビモニタ、及び表示灯等から構成されている。

操作板には、レーザ加工装置１００の各部の動作を操作するスイッチ類や表示装置が取り付けられている。テレビモニタは、図示しない撮像装置（ＣＣＤカメラ等）で撮像したウェーハ画像の表示、又はプログラム内容や各種メッセージ等を表示する。表示灯は、レーザ加工装置１００の加工中、加工終了、非常停止等の稼働状況を表示する。

次に、以上のように構成されたレーザ加工装置１００を用いて実施する改質領域形成工程（ステップＳ１０）について説明する。

まず、図６に示すように、加工対象となるウェーハ１０の表面１０ａにバックグラインドテープ（ＢＧテープ）１８を貼り付ける。続いて、ウェーハ１０の裏面（すなわち、シリコン基板１４の裏面）１０ｂを上側にしてウェーハ１０をレーザ加工装置１００のステージ１１０上に載置する。続いて、図示しないアライメント光学系を用いてウェーハ１０のアライメントが行われる。

次に、ステージ１１０を移動させてウェーハ１０（シリコン基板１４）の内部にレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせる。このステージ１１０の初期位置は、ウェーハ１０の厚さや屈折率、集光レンズ１３８の開口数等に基づいて決定される。

次に、レーザ加工部１２０のレーザ光源１２２からレーザ光Ｌを出射し、集光レンズ１３８により集光されたレーザ光Ｌがウェーハ１０の分割予定ライン１２上をスキャンするようにステージ１１０を移動させる。すなわち、ウェーハ１０の裏面１０ｂをレーザ光入射面としてシリコン基板１４の内部に集光点Ｐを合わせてレーザ光Ｌを照射し、ステージ１１０の移動によって、格子状に形成された各分割予定ライン１２に沿って集光点Ｐを相対的に移動させる。

このとき、レーザ光源１２２から出力されたレーザ光Ｌは、ビームエキスパンダ１２４によってビーム径が拡大され、第１ミラー１３０によって反射され、λ／２波長板１２６によって偏光方向が変更されて空間光変調器１２８に入射される。

空間光変調器１２８に入射されたレーザ光Ｌは、空間光変調器１２８に呈示された所定のホログラムパターンに従って変調される。その際、制御装置１５０は、ウェーハ１０の内部においてレーザ光Ｌの集光点Ｐを合わせる位置で収差補正が行われるように、レーザ光Ｌを変調するためのホログラムパターンを空間光変調器１２８に呈示させる制御を行う。

空間光変調器１２８から出射されたレーザ光Ｌは、第２ミラー１３１、第３ミラー１３２によって順次反射された後、第１レンズ１３６ａを通過し、さらに第４ミラー１３３、第５ミラー１３４によって反射され、第２レンズ１３６ｂを通過し、集光レンズ１３８に入射される。これにより、空間光変調器１２８から出射されたレーザ光Ｌは、第１レンズ１３６ａ、第２レンズ１３６ｂからなる縮小光学系１３６によって集光レンズ１３８に縮小投影される。そして、集光レンズ１３８に入射されたレーザ光Ｌは、集光レンズ１３８によりウェーハ１０の内部に集光される。

ウェーハ１０の裏面１０ｂから入射したレーザ光Ｌの集光点Ｐがシリコン基板１４の内部に設定されているので、図６に示すように、ウェーハ１０の裏面１０ｂを透過したレーザ光Ｌは、シリコン基板１４の内部の集光点Ｐでエネルギーが集中し、シリコン基板１４の内部の集光点Ｐの近傍に改質領域２０が形成される。また、改質領域２０が形成されると、改質領域２０を起点としてウェーハ１０の厚さ方向に亀裂２２が発生する。

このような各分割予定ライン１２に沿ったレーザ光Ｌの集光点Ｐの相対的な移動を１本の分割予定ライン１２に対して複数回行う。このとき、集光点Ｐを合わせる位置を裏面１０ｂからの距離を各回で変えることにより、図７に示すように、表面１０ａ側から順に、ウェーハ１０の厚さ方向に複数の改質領域２０をシリコン基板１４の内部に形成する。

ここで、本実施形態における改質領域形成工程について詳しく説明する。本実施形態における改質領域形成工程では、図７に示すように、分割予定ライン１２上でウェーハ１０の厚さ方向に複数の改質領域２０を形成する際、各改質領域２０の形成位置はウェーハ１０の仕上げ面１０ｃよりも深い位置におけるシリコン基板１４の内部に設定される。このとき、分割予定ライン１２上でウェーハ１０の厚さ方向に複数の非改質領域２４を存在させるようにする。非改質領域２４とは、レーザ光Ｌによって改質を受けていない部分であって亀裂２２が生じていない領域（すなわち、シリコン基板１４を構成するシリコン同士が繋がっている領域）をいう。具体的には、以下のようにして改質領域形成工程を実施する。

まず、第１改質領域２０ａをシリコン基板１４の内部に形成し、第１改質領域２０ａからウェーハ１０の厚さ方向に第１亀裂２２ａを生じさせる。第１改質領域２０ａの形成位置は、ウェーハ１０を構成するシリコン基板１４の仕上げ厚さＴ１の中間位置を示す中立面１０ｄよりも表面１０ａ側（図７の下側）に形成されることが好ましい。これにより、第１改質領域２０ａからウェーハ１０の厚さ方向に生じた第１亀裂２２ａがシリコン基板１４の表面（デバイス層１６との境界面）により近い位置に形成される。なお、第１亀裂２２ａは、図７に示すように、シリコン基板１４の表面まで到達していることが好ましい。

続いて、第１改質領域２０ａに対してウェーハ１０の裏面１０ｂ側であって仕上げ面１０ｃよりも深い位置に第２改質領域２０ｂを形成する。その際、第１改質領域２０ａと第２改質領域２０ｂとの間に第１非改質領域２４ａを存在させるように、第２改質領域２０ｂをシリコン基板１４の内部に形成し、第２改質領域２０ｂからウェーハ１０の厚さ方向に第２亀裂２２ｂを生じさせる。このとき、第２亀裂２２ｂは、仕上げ面１０ｃに到達させないようにする。これにより、第２改質領域２０ｂと仕上げ面１０ｃとの間に第２非改質領域２４ｂを存在させることができる。なお、第１亀裂２２ａと第２亀裂２２ｂとは繋がっておらず、第１改質領域２０ａと第２改質領域２０ｂとの間には第１非改質領域２４ａが存在している。

このように本実施形態における改質領域形成工程では、分割予定ライン１２上でウェーハ１０の厚さ方向に複数の非改質領域２４（２４ａ、２４ｂ）を存在させるように、複数の改質領域２０（２０ａ、２０ｂ）の形成を各分割予定ライン１２に対してそれぞれ行う。これにより、後述の裏面加工工程が行われるときに亀裂伸展を抑制してウェーハ１０が割れない状態をつくり、後述のブレイク工程においてＬｏｗ−Ｋ膜やＴＥＧ等の積層体を精度よく分割することが可能となる。

なお、図７では、ウェーハ１０の厚さ方向に２つの改質領域２０（第１改質領域２０ａ及び第２改質領域２０ｂ）を形成する場合を一例に示したが、これに限らず、例えば、図８に示すように、第１改質領域２０ａとしてウェーハ１０の厚さ方向に２つの改質領域を形成し、第２改質領域２０ｂとしてウェーハ１０の厚さ方向に２つの改質領域を形成してもよい。すなわち、第１改質領域２０ａとしてウェーハ１０の厚さ方向に１又は複数の改質領域を形成し、第２改質領域２０ｂとしてウェーハ１０の厚さ方向に１又は複数の改質領域を形成してもよい。

また、本実施形態における改質領域形成工程の改質領域の形成パターンとしては、図７又は図８に示した形成パターンに限定されるものではない。例えば、図９の９Ａに示すように、２つの改質領域２０を亀裂２２で繋げて、ウェーハ１０の表面１０ａ側及び裏面１０ｂ側にそれぞれ非改質領域２４を形成するようにしてもよい。また、図９の９Ｂに示すように、２つの改質領域２０の間を亀裂２２で繋げずに、ウェーハ１０の表面１０ａ側及び裏面１０ｂ側だけでなくウェーハ１０の内側にも非改質領域２４を形成するようにしてもよい。また、図９の９Ｃに示すように、ウェーハ１０の表面１０ａ側と内側に非改質領域２４を形成するようにしてもよい。

なお、本実施形態では、改質領域形成工程において、集光レンズ１３８によりレーザ光Ｌをウェーハ１０（シリコン基板１４）の内部の１点に集光させる場合を一例に説明したが、これに限らず、集光レンズ１３８により集光するレーザ光Ｌの集光点Ｐを２つ以上の点に分岐させるようにしてもよい。この場合、空間光変調器制御部１５８が空間光変調器１２８に呈示させるホログラムパターンを制御することによって、集光レンズ１３８により集光するレーザ光Ｌの集光点Ｐを２つ以上の点に分岐させることが可能である。これにより、複数の改質領域２０を同時に形成することができるので、生産性をさらに向上させることが可能となる。

（裏面加工工程）
改質領域形成工程が行われた後、ウェーハ１０の裏面１０ｂを加工してウェーハ１０を薄化する裏面加工工程（ステップＳ１２）が行われる。裏面加工工程は、図１０及び図１１に示す裏面加工装置２００を用いて実施される。

裏面加工工程では、図１０に示すように、表面１０ａにバックグラインドテープ１８が貼り付けられたウェーハ１０を、バックグラインドテープ１８側を下向きにして吸着テーブル２０２上に真空吸着する。そして、ウェーハ１０を真空吸着した吸着テーブル２０２を回転させつつ、研削砥石２０４を回転させながら研削砥石２０４をウェーハ１０の裏面１０ｂ（被研削面）に当接させることにより、ウェーハ１０の裏面１０ｂを所定の厚さまで研削する。

裏面加工工程ではさらに、ウェーハ１０の裏面１０ｂを研磨し、研削によりウェーハ１０の裏面１０ｂに生じた加工変質層（加工歪層）を除去する。ウェーハ１０の裏面１０ｂに加工変質層が残存していると、被加工物であるウェーハ１０の抗折強度が低下するためである。ウェーハ１０の裏面１０ｂに対する研磨は、図１１に示すように、ウェーハ１０を真空吸着した吸着テーブル２０２を回転させつつ、研磨パッド２０６を回転させながらウェーハ１０の裏面１０ｂに当接させることにより、ウェーハ１０の裏面１０ｂ全体を均一に研磨する。研磨の方式としては、ウェーハ１０に対してスラリー（研磨剤）を供給しながら研磨を行う化学機械研磨（ＣＭＰ）であってもよいし、スラリーを使用しない研磨であるドライポリッシュであってもよい。

このように裏面加工工程において、ウェーハ１０の裏面１０ｂに対して研削及び研磨が行われることにより、図１２に示すように、ウェーハ１０は仕上げ厚さＴ１に薄化される。

ここで、本実施形態では、上述した改質領域形成工程において、分割予定ライン１２上でウェーハ１０の厚さ方向に複数の非改質領域２４を存在させるように、ウェーハ１０の厚さ方向に複数の改質領域２０を形成しているので、裏面加工工程においてウェーハ１０の裏面加工（研削及び研磨）が行われる場合でも、ウェーハ１０が分割予定ライン１２に沿って個片化されてしまうことを抑制することができる。

また、本実施形態では、裏面加工工程が行われる際、ウェーハ１０の厚さ方向に複数の改質領域２０が形成された分割予定ライン１２においては、図１３に示すように、被研削面となるウェーハ１０の裏面１０ｂ側では、研削熱や研磨熱などの加工熱の影響によりシリコン同士を引き離す方向の引張応力２６が作用し、逆に、その反対側となる表面１０ａ側では圧縮応力２８が作用する。この場合、ウェーハ１０の表面１０ａ側に形成された亀裂２２（すなわち、第１改質領域２０ａから生じた第１亀裂２２ａ）がデバイス層１６に伸展するのを効果的に抑制することができるという「亀裂伸展抑制効果」が生じる。この「亀裂伸展抑制効果」により、後述のブレイク工程が行われる前にデバイス層１６に亀裂２２が伸展してしまうことを防止することが可能となっている。

（ブレイク工程）
裏面加工工程が行われた後、ブレイク工程（ステップＳ１４）が実施される。分割工程は、図１４に示すブレイク装置３００を用いて実施される。

図１４に示すブレイク装置３００は、ステージ３０２と、透明弾性シート３０４と、ブレイクバー３０６と、昇降装置３０８と、アライメントカメラ３１０と、制御装置３１２とを備えている。

ステージ３０２は、石英などの透明部材で形成されており、ＸＹＺθ方向に移動可能に構成される。ステージ３０２の上面（載置面）３０２ａには、透明弾性シート３０４を介在させた状態でウェーハ１０が載置される。

なお、図１４に示す例では、ＸＹＺの３方向は互いに直交し、このうちＸ方向およびＹ方向は水平方向であり、Ｚ方向は鉛直方向である。またθ方向は、鉛直方向軸（Ｚ軸）を回転軸とする回転方向である。

透明弾性シート３０４は、ステージ３０２とウェーハ１０との間に介装されるものである。透明弾性シート３０４の材料としては光透過性及び弾性を有するシリコーンゴムシートやウレタンゴムシート等を用いることができる。なお、透明弾性シート３０４は、ブレイクバー３０６によってウェーハ１０をブレイク（切断）する際に、ブレイクバー３０６から受ける衝撃を緩和しつつ（すなわち、ブレイクバー３０６の圧力に対して所望の緩衝性を得つつ）、シリコン基板１４の内部に形成された亀裂２２を起点として、ウェーハ１０の表面１０ａ側のデバイス層１６に形成されたＬｏｗ−ｋ膜やＴＥＧ等の積層体を分割予定ライン１２に沿って切断するために、ウェーハ１０の厚さに対して十分かつ均一な厚さを有している。透明弾性シート３０４は、例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の厚さを有することが好ましい。

ブレイクバー３０６は、ステージ３０２の上方部分、すなわち、ステージ３０２に透明弾性シート３０４を介して載置されたウェーハ１０に対向する位置に所定の間隔をあけて配置されている。ブレイクバー３０６は、先端（ステージ３０２側となる下端）を尖らせた長尺板状のプレート部材（押圧部材）によって構成されている。すなわち、ブレイクバー３０６は、図１４に示したように、先端側の頂部が厚さ方向の断面において山状に形成されている。また、ブレイクバー３０６は、分割予定ライン１２に沿った方向（図１４のＸ方向）に沿って延設され、昇降装置３０８によってステージ３０２に向かって昇降可能に構成されている。なお、昇降装置３０８は、シリンダ機構などにより構成されるものである。

アライメントカメラ３１０は、ステージ３０２の下方部分、すなわち、ステージ３０２に対してウェーハ１０が載置される側（ブレイクバー３０６が配置される側）とは反対側に設けられる。このアライメントカメラ３１０は、ステージ３０２を挟んでブレイクバー３０６に対向する位置に固定的に配置されており、ウェーハ１０に形成された分割予定ライン１２あるいはＴＥＧなどの位置決め基準となる部位をステージ３０２の下側から撮像する。アライメントカメラ３１０によって撮像された画像データは制御装置３１２に送られる。

制御装置３１２は、例えばパーソナルコンピュータやマイクロコンピュータなどの汎用のコンピュータによって実現されるものである。

制御装置３１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び入出力インターフェース等を備えている。制御装置３１２では、ＲＯＭに記憶されている制御プログラム等の各種プログラムがＲＡＭに展開され、ＲＡＭに展開されたプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、図１４に示した制御装置３１２内の各部の機能が実現され、入出力インターフェースを介して各種の演算処理や制御処理が実行される。本実施形態において、制御装置３１２は、アライメント部３１４と、制御部３１６として機能する。

アライメント部３１４は、アライメントカメラ３１０が撮像した画像データに基づいて、ウェーハ１０に形成された分割予定ライン１２の位置情報を検出する。

制御部３１６は、アライメント部３１４から送られる分割予定ライン１２の位置情報に基づいて、ステージ３０２をＸ、Ｙおよびθ方向に移動させる制御を行う。また、制御部３１６は、制御装置３１２のメモリ部（不図示）に設定されたウェーハ１０の仕上げ厚さに関する情報に基づき、ステージ３０２の高さ方向（Ｚ方向）の位置を移動させる制御を行う。さらに制御部３１６は、昇降装置３０８を駆動してブレイクバー３０６を昇降させる制御を行う。

次に、以上のように構成されたブレイク装置３００を用いて実施するブレイク工程（ステップＳ１４）について説明する。

まず、上述の裏面加工工程が行われた後、片面に粘着剤を有するダイシングテープ（ＤＣテープ）３０をウェーハ１０の裏面１０ｂに貼り付け、ウェーハ１０の表面１０ａに貼り付けられているバックグラインドテープ１８を剥離する。なお、バックグラインドテープ１８を剥離した後に、ダイシングテープ３０を貼り付けるようにしてもよい。

次に、図１４に示すように、ステージ３０２上に透明弾性シート３０４を介してウェーハ１０を載置する。このとき、ウェーハ１０の裏面１０ｂ（すなわち、ダイシングテープ３０が貼り付けられた側の面）を上側にしてウェーハ１０を載置する。

次に、アライメントカメラ３１０を用いてウェーハ１０のアライメントが行われる。具体的には、まず、アライメントカメラ３１０によって、ステージ３０２の下方からステージ３０２及び透明弾性シート３０４を介してウェーハ１０の表面１０ａが撮像される。アライメントカメラ３１０が撮像した画像データは、アライメント部３１４に送られる。

続いて、アライメント部３１４は、アライメントカメラ３１０が撮像した画像データを取得する。そして、アライメント部３１４は、アライメントカメラ３１０が撮像した画像データに基づいて、ウェーハ１０に形成された分割予定ライン１２の位置情報を検出する。アライメント部３１４が検出した分割予定ライン１２の位置情報は制御部３１６に送られる。

制御部３１６は、アライメント部３１４から送られる分割予定ライン１２の位置情報に基づいて、ブレイクバー３０６の真下に分割予定ライン１２が位置付けられるように、ステージ３０２の水平方向（ＸＹ方向）及び回転方向（θ方向）の位置を移動させる。また、制御部３１６は、制御装置３１２のメモリ部（不図示）に設定されたウェーハ１０の仕上げ厚さに関する情報に基づいて、ステージ３０２の高さ方向（Ｚ方向）の位置を移動させる。

このようにしてアライメントカメラ３１０が撮像した画像データはアライメント部３１４へ送られ、アライメント部３１４で検出された分割予定ライン１２の位置情報に基づいて、制御部３１６はステージ３０２の位置を微調整することで、ウェーハ１０がブレイクバー３０６に対して所定の位置にアライメントされる。これにより、ブレイクバー３０６の真下に分割予定ライン１２が位置付けられる。

なお、アライメントカメラ３１０が撮像した画像データを表示装置（不図示）に表示し、表示装置に映し出された画像データ（撮像結果）を見ながら、人的作業によって、ブレイクバー３０６の真下に分割予定ライン１２が位置付けられるように、ステージ３０２をＸ、Ｙおよびθ方向にアライメントしてもよい。なお、アライメントは、少なくともウェーハ１０をブレイク装置３００に導入したときに行うようにする。

次に、制御部３１６は、昇降装置３０８を駆動してブレイクバー３０６を下降させる。これにより、図１５に示すように、ステージ３０２上に透明弾性シート３０４を介して載置されたウェーハ１０の裏面１０ｂ（ダイシングテープ３０が貼り付けれた面）が分割予定ライン１２に沿ってブレイクバー３０６で押し付けられて、分割予定ライン１２が開く方向にウェーハ１０（シリコン基板１４）に応力が付与される。具体的には、ウェーハ１０の裏面１０ｂ側では圧縮応力３２０が作用し、その反対側となるウェーハ１０の表面１０ａ側では引張応力３２２が作用する。この応力によって、ウェーハ１０を撓ませてウェーハ１０の表面１０ａ側のデバイス層１６が分割予定ライン１２の位置で折り割られる。すなわち、デバイス層１６の分割予定ライン１２上のＬｏｗ−ｋ膜やＴＥＧ等の積層体がシリコン基板１４と一緒にブレイク（切断）される。なお、ブレイクバー３０６の押圧位置は、必ずしも分割予定ライン１２の真下位置でなくてもよく、ウェーハ１０（シリコン基板１４）を折り割る応力を付与できれば、分割予定ライン１２の真下位置からややずれていてもよい。

次に、制御部３１６は、ブレイクバー３０６を上昇させ、ブレイクバー３０６をウェーハ１０から退避させる。そして、上述したブレイク工程をウェーハ１０に形成された全ての分割予定ライン１２に沿って実施する。

このようにウェーハ１０に形成された全ての分割予定ライン１２に沿ってブレイク工程を実施することにより、分割予定ライン１２上のＬｏｗ−ｋ膜やＴＥＧ等の積層体の切断面（側面）が蛇行することなく、また、デバイスの破損を招くことなく分割予定ライン１２に沿ってウェーハ１０を切断することができる。

また、裏面加工工程において上述した「亀裂伸展抑制効果」によりデバイス層１６に亀裂２２が伸展して切断されることが防止されるので、ブレイク工程において所定の分割予定ライン１２に沿ってウェーハ１０をブレイク加工する際、その周辺部が引っ張られて他の分割予定ライン１２に沿ってウェーハ１０が割れてしまうことも防止することが可能となる。

したがって、本実施形態のブレイク工程を実施することにより、ウェーハ１０を個々のチップに精度よく確実かつ効率的に分割することができる。

（エキスパンド工程）
ブレイク工程が行われた後、エキスパンド工程（ステップＳ１６）が実施される。エキスパンド工程は、図１６に示すエキスパンド装置４００を用いて実施される。

エキスパンド装置４００を用いたエキスパンド工程では、ダイシングテープ３０を介してウェーハ１０と一体化されたリング状のフレームを固定部材（不図示）で固定した状態で、エキスパンドリング（不図示）を上昇させ、図１６に示すように、ダイシングテープ３０を引き伸ばす。これにより、ウェーハ１０が貼り付けられたダイシングテープ３０に対してウェーハ１０の平面方向に沿う放射状の引張力が加えられる。このとき、ウェーハ１０の表面１０ａ側のデバイス層１６に形成されたＬｏｗ−ｋ膜やＴＥＧ等の積層体は、上述のブレイク工程により分割予定ライン１２に沿って切断されているので、デバイスの品質を低下させることなく、エキスパンド工程によりチップの間隔が広げられる。なお、エキスパンド装置としては、エキスパンドリングを用いた方式に限らず、例えば、エキスパンドテーブルを用いた方式など種々の方式を採用することができる。

（実施例）
次に、本発明の実施例について説明する。

本実施形態では、上述したように、改質領域形成工程において、分割予定ライン１２上でウェーハ１０の厚さ方向に複数の非改質領域２４を存在させるように、ウェーハ１０の厚さ方向に複数の改質領域２０を形成している。

図１７は、本発明の第１実施例を示したウェーハ１０の切断面を示した図である。図１７では、ウェーハ１０の内側と裏面１０ｂ側の２箇所に非改質領域（非改質層）２４−１、２４−２を存在させるように、ウェーハ１０の厚さ方向に３つの改質領域（改質層）２０−１、２０−２、２０−３を形成したものである。なお、改質領域２０−１と改質領域２０−２との間は互いに伸びた亀裂同士が繋がっており、それらの間には非改質領域は存在していない。

図１８は、本発明の第２実施例を示したウェーハ１０の切断面を示した図である。図１８では、ウェーハ１０の内側と裏面１０ｂ側の２箇所に非改質領域（非改質層）２４−１、２４−２を存在させるように、ウェーハ１０の厚さ方向に４つの改質領域（改質層）２０−１、２０−２、２０−３、２０−４を形成したものである。なお、改質領域２０−１と改質領域２０−２との間、及び改質領域２０−３と改質領域２０−４との間は互いに伸びた亀裂同士が繋がっており、それらの間には非改質領域は存在していない。

図１９は、本発明の第３実施例を示したウェーハ１０の切断面を示した図である。図１９では、ウェーハ１０の表面１０ａ側と裏面１０ｂ側との２箇所に非改質領域（非改質層）２４−１、２４−２を存在させるように、ウェーハ１０の厚さ方向に３つの改質領域（改質層）２０−１、２０−２、２０−３を形成したものである。なお、各改質領域２０−１、２０−２、２０−３の間は互いに伸びた亀裂同士が繋がっており、それらの間には非改質領域は存在していない。

図２０は、本発明の比較例を示したウェーハ１０の切断面を示した図である。図２０では、ウェーハ１０の厚さ方向に４つの改質領域（改質層）２０−１、２０−２、２０−３、２０−４を形成した点では図１８に示した第２実施例と同様であるが、ウェーハ１０の内側のみの１箇所の非改質領域（非改質層）２４−１を存在させるように、各改質領域２０−１、２０−２、２０−３、２０−４を形成したものである。なお、この比較例においては、ウェーハ１０の裏面１０ｂ側及び表面１０ａ側の両方に亀裂が到達している。

本発明者は、これらの実施例（第１〜第３実施例）及び比較例に対し、図２１に示す３点曲げ抗折強度試験機５００（島津製作所製：ＥＺ Ｔｅｓｔ／ＣＥ）を用いて、各実施例及び比較例に相当するウェーハサンプル５０８の抗折強度を測定する測定実験を行った。３点曲げ抗折強度試験機５００では、支点５０２、５０４間の距離を２ｍｍに設定し、１０ｍｍ□（１辺の大きさ１０ｍｍ）、厚さ４００μｍの各ウェーハサンプル５０８に対して、圧子５０６（ブレイクバー３０６に相当）を押し込むことにより抗折強度を測定した。また、抗折強度の測定は、各ウェーハサンプル５０８に対して、デバイス面を下側（支点５０２、５０４側）にした状態と、デバイス面を上側（圧子５０６側）した状態とのそれぞれで測定した。抗折強度の測定は同じ条件で少なくとも５回以上行い、その平均値を抗折強度の測定値とした。

なお、デバイス面を下側した状態は、ブレイク装置３００を用いてウェーハ１０をブレイク加工する場合に相当する。また、デバイス面を上側にした状態は、裏面加工装置２００を用いてウェーハ１０を裏面加工する場合に相当する。裏面加工装置２００を用いてウェーハ１０を裏面加工する場合は、図１３に示したように、ウェーハ１０の裏面１０ｂ側には引張応力２６が作用し、表面１０ａ側には圧縮応力２８が作用することから、デバイス面（表面１０ａ）側から荷重を加えたときと同様な応力関係となるためである。

３点曲げ抗折強度試験機５００を用いて、各実施例及び比較例に相当するウェーハサンプル５０８の抗折強度の測定結果を表１に示す。

図１７から図１９に示した各実施例によれば、デバイス面を上側にした場合の抗折強度はデバイス面を下側にした場合の抗折強度よりも高くなった。一方、図２０に示した比較例によれば、デバイス面を上側にした場合の抗折強度はデバイス面を下側にした場合の抗折強度よりも低くなった。

これらの結果から分かるように、本発明が適用される各実施例（第１〜第３実施例）によれば、デバイス面を上側にした場合には抗折強度が高く、かつデバイス面を下側にした場合には抗折強度が低くなるので、裏面加工工程が行われる際に亀裂の伸展を効果的に抑制することができる。これにより、ウェーハ１０が個片化されることを防ぎつつ、ウェーハ１０を裏面加工により薄化することができる。また、ウェーハ１０の搬送時の振動等による品質悪化も防ぐことができる。そして、ブレイク工程においてウェーハ１０をブレイク加工する際にウェーハ１０を分割予定ライン１２に沿って精度よく確実に分割することが可能となり、チップの品質を安定かつ向上させることができる。

（本実施形態の効果）
本実施形態に係るウェーハ加工方法によれば、改質領域形成工程において、分割予定ライン１２上でウェーハ１０の厚さ方向に複数の非改質領域２４を存在させるように、ウェーハ１０の厚さ方向に複数の改質領域２０を形成しているので、裏面加工工程においてウェーハ１０の裏面加工が行われる際に、ウェーハ１０が分割予定ライン１２に沿って個片化されてしまうことを抑制することができる。そして、ウェーハ１０を分割予定ライン１２に沿ってブレイク加工することにより、ウェーハ１０の表面１０ａ側のデバイス層１６にＬｏｗ−ｋ膜やＴＥＧ等の積層体が存在する場合でも、デバイスの品質を低下させることなく、ウェーハ１０を分割予定ライン１２に沿って精度よく確実かつ効率的に個々のチップに分割することが可能となる。

また、本実施形態によれば、改質領域形成工程に先立ってアブレーション工程を行うことが不要となるので、従来の分割方法に比べて生産性が高く、装置導入コスト及びランニングコストを減らすことができる。また、カーフロスを低減することが可能となる。

なお、上述した本実施形態では、改質領域形成工程と、裏面加工工程と、ブレイク工程とを順次実施しているが、これに限らず、例えば、裏面加工工程によりウェーハ１０を所定の仕上げ厚さに薄化した後に改質領域形成工程を実施し、その後にブレイク工程を実施するようにしてもよい。また、ウェーハ１０が所望の厚さ（仕上げ厚さ）となっている場合には、裏面加工工程を行わずに、改質領域形成工程と、ブレイク工程とを順次実施するようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

１０…ウェーハ、１２…分割予定ライン、１４…シリコン基板、１６…デバイス層、１８…バックグラインドテープ、２０…改質領域、２２…亀裂、２４…非改質領域、２６…引張応力、２８…圧縮応力、３０…ダイシングテープ、１００…レーザ加工装置、１１０…ステージ、１２０…レーザ加工部、１２２…レーザ光源、１２４…ビームエキスパンダ、１２６…λ／２波長板、１２８…空間光変調器、１３６…縮小光学系、１３８…集光レンズ、１５０…制御装置、１５２…主制御部、１５４…ステージ制御部、１５６…レーザ制御部、１５８…空間光変調器制御部、２００…裏面加工装置、２０２…吸着テーブル、２０４…研削砥石、２０６…研磨パッド、３００…ブレイク装置、３０２…ステージ、３０４…透明弾性シート、３０６…ブレイクバー、３０８…昇降装置、３１０…アライメントカメラ、３１２…制御装置、３１４…アライメント部、３１６…制御部、３２０…圧縮応力、３２２…引張応力、４００…エキスパンド装置、５００…３点曲げ抗折強度試験機、５０２…支点、５０４…支点、５０６…圧子、５０８…ウェーハサンプル

Claims (6)

1. 基板の表面にデバイス層が積層されたウェーハを分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するウェーハ加工方法であって、
   前記ウェーハの基板内部に集光点を合わせてレーザ光を照射することにより、前記ウェーハの基板内部に前記分割予定ラインに沿って改質領域を形成する改質領域形成工程と、
   前記ウェーハの裏面から前記分割予定ラインに沿ってブレイクバーを押し付けることにより、前記ウェーハを撓ませて前記改質領域から生じた亀裂を前記デバイス層に伸展させて前記ウェーハをブレイクするブレイク工程と、
   を備え、
   前記改質領域形成工程は、前記ウェーハの厚さ方向に複数の非改質領域を存在させるように、前記ウェーハの厚さ方向に複数の前記改質領域を形成する、
   ウェーハ加工方法。
2. 前記改質領域形成工程と前記ブレイク工程との間に、前記ウェーハの裏面を加工して前記ウェーハを薄化する裏面加工工程を備える、
   請求項１に記載のウェーハ加工方法。
3. 前記改質領域形成工程は、前記裏面加工工程が行われた後の前記ウェーハの基板内部に複数の前記非改質領域が残存するように、複数の前記改質領域を形成する、
   請求項２に記載のウェーハ加工方法。
4. 前記改質領域形成工程は、複数の前記改質領域のうち、前記デバイス層に近い位置に１又は複数の第１改質領域を形成し、前記第１改質領域よりも前記デバイス層とは反対側に１又は複数の第２改質領域を形成する、
   請求項３に記載のウェーハ加工方法。
5. 前記改質領域形成工程は、複数の前記非改質領域のうち、前記第１改質領域と前記第２改質領域との間に第１非改質領域を存在させ、前記第２改質領域の前記第１改質領域とは反対側に第２非改質領域を存在させる、
   請求項４に記載のウェーハ加工方法。
6. 前記改質領域形成工程は、前記第１改質領域から生じた亀裂が前記基板の前記デバイス層との境界面まで伸展するように、前記第１改質領域を形成する、
   請求項５に記載のウェーハ加工方法。