JP2024090695A - ウエーハの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエーハの破損を抑制しつつ裏面研削時の研削砥石の消耗量を抑制することができるウエーハの加工方法を提供すること。
【解決手段】ウエーハの加工方法は、ウエーハの外周縁よりも所定距離内側の領域に沿ってレーザービームを環状に照射することで、ウエーハの内部に表面に対して垂直な、または所定の傾斜を有する第一の剥離層を形成する第一の剥離層形成ステップ２と、第一の剥離層よりも内側の領域においてウエーハの内部に集光点を位置づけて、裏面側からレーザービームを照射することで、表面と平行な平面に沿い、かつ第一の剥離層と繋がる第二の剥離層を形成する第二の剥離層形成ステップ３と、第一の剥離層および第二の剥離層に液体または高湿度気体を浸入させる浸入ステップ５と、液体または高湿度気体が浸入した状態でウエーハを加熱または冷却した後、第一の剥離層および第二の剥離層を起点として分割する分割ステップ６と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、ウエーハの加工方法に関する。

近年のデバイスチップの低背化や高集積化に伴い、３次元積層された半導体ウエーハの開発が進んでいる。例えばＴＳＶ（Through-Silicon Via）ウエーハは、貫通電極によって２つのチップ同士の貼り合わせによる両チップの電極の接続を可能にしている。

こうしたウエーハは、基台となる支持ウエーハ（シリコンやガラス、セラミックス等）に貼り合わされた状態で研削して薄化される。通常、ウエーハは、外周縁が面取りされているため、極薄に研削されると外周縁が所謂ナイフエッジとなり、研削中にエッジの欠けが発生しやすい。これにより、デバイスにまで欠けが延長してデバイスの破損に繋がる可能性がある。

ナイフエッジの対策として、ウエーハの表面側の外周縁を環状に切削する所謂エッジトリミング技術が開発された（特許文献１参照）。また、ウエーハを貼り合わせてから、デバイスの外周縁に沿ってレーザービームを照射して環状の改質層を形成することで、その研削中に発生するウエーハのエッジ欠けがデバイスに伸展することを抑制するエッジトリミング方法も考案された（特許文献２参照）。

これらのエッジトリミングによりナイフエッジは解決されるが、研削時の砥石の消耗量が多いためにコストがかかることや、研削加工に時間がかかることが課題として残存していた。そこで、ウエーハに内部加工を施すことで分割予定面を形成し、分割予定面からウエーハを分割することで砥石の消耗量を抑制する方法が提案された（特許文献３参照）。

特許第４８９５５９４号公報 特開２０２０－０５７７０９号公報 特開２０２０－１３６４４２号公報

しかしながら、特許文献３の方法は、分割予定面に沿った剥離が難しく、また、剥離時に分割されるウエーハ同士や、ウエーハから除去される破片とウエーハとがぶつかって破損してしまう可能性があった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ウエーハの破損を抑制しつつ裏面研削時の研削砥石の消耗量を抑制することができるウエーハの加工方法を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のウエーハの加工方法は、表面に複数のデバイスが形成され、かつ、外周縁が面取りされたウエーハに対して該ウエーハを透過する波長のレーザービームを照射することによって該ウエーハの内部に剥離層を形成した後、該剥離層を分割起点として該ウエーハを分割するウエーハの加工方法であって、該ウエーハの該外周縁よりも所定距離内側の領域に沿って該レーザービームを環状に照射することによって、該ウエーハの内部に該ウエーハの該表面に対して垂直な、または所定の傾斜を有する第一の剥離層を形成する第一の剥離層形成ステップと、該第一の剥離層が形成される領域よりも内側の領域において該ウエーハの内部に該レーザービームの集光点を位置づけて、該ウエーハの裏面側から該レーザービームを照射することによって、該ウエーハの該表面と平行な平面に沿い、かつ該第一の剥離層と繋がる第二の剥離層を形成する第二の剥離層形成ステップと、該第一の剥離層および該第二の剥離層に液体または高湿度気体を浸入させる浸入ステップと、該第一の剥離層および該第二の剥離層に該液体または該高湿度気体が浸入した状態で、該液体または該高湿度気体に体積変化を生じさせるよう、該ウエーハを加熱または冷却し、該第一の剥離層および該第二の剥離層を起点として該ウエーハを分割する分割ステップと、を備えることを特徴とする。

また、本発明のウエーハの加工方法は、該浸入ステップを実施する前に、該ウエーハの裏面側から該第二の剥離層に至る穴を形成する穴形成ステップを備え、該浸入ステップでは、該ウエーハを、該液体に浸漬するかもしくは該高湿度気体が充満した筐体内に載置した状態で、該穴から負圧を作用させることで、該第一の剥離層および該第二の剥離層に該液体または該高湿度気体を浸入させてもよい。

また、本発明のウエーハの加工方法において、該浸入ステップでは、該第一の剥離層および該第二の剥離層に該液体として水を浸入させ、該分割ステップでは、該第一の剥離層および該第二の剥離層に該水が浸入した状態で該ウエーハを冷却することによって該水を凍結させて体積を膨張させ、該ウエーハを分割してもよい。

また、本発明のウエーハの加工方法において、該浸入ステップでは、第一の剥離層および第二の剥離層に該液体を浸入させ、該液体は、表面張力を低下させる処理が施されていてもよい。

また、本発明のウエーハの加工方法は、該第一の剥離層形成ステップおよび該第二の剥離層形成ステップを実施する前に、該ウエーハの該表面を、該ウエーハとは異なる第二のウエーハの表面に貼り合わせる貼り合わせステップを備えてもよい。

本願発明は、ウエーハの破損を抑制しつつ裏面研削時の研削砥石の消耗量を抑制することができる。

図１は、実施形態に係るウエーハの加工方法の加工対象のウエーハの一例を示す斜視図である。 図２は、図１に示すＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。 図３は、実施形態に係るウエーハの加工方法の流れを示すフローチャートである。 図４は、図３に示す貼り合わせステップの一状態を示す斜視図である。 図５は、図３に示す第一の剥離層形成ステップの一状態を示す斜視図である。 図６は、図３に示す第一の剥離層形成ステップ後の貼り合わせウエーハの一部を拡大して示す断面図である。 図７は、変形例における第一の剥離層形成ステップ後の貼り合わせウエーハの一部を拡大して示す断面図である。 図８は、図３に示す第二の剥離層形成ステップの一状態を一部断面で示す斜視図である。 図９は、図３に示す第二の剥離層形成ステップの一状態を一部断面で示す側面図である。 図１０は、図３に示す穴形成ステップの一状態を一部断面で示す側面図である。 図１１は、図３に示す穴形成ステップ後の貼り合わせウエーハを示す斜視図である。 図１２は、図３に示す浸入ステップの一例を一部断面で示す側面図である。 図１３は、図３に示す浸入ステップの別の一例を一部断面で示す側面図である。 図１４は、図３に示す浸入ステップの別の一例を一部断面で示す側面図である。 図１５は、図３に示す分割ステップの一状態を一部断面で示す側面図である。 図１６は、図３に示す分割ステップの図１５の後の一状態を一部断面で示す側面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。更に、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換または変更を行うことができる。

〔実施形態〕
本発明の実施形態に係るウエーハ１０の加工方法を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係るウエーハ１０の加工方法の加工対象のウエーハ１０の一例を示す斜視図である。図２は、図１に示すＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。

図１および図２に示すウエーハ１０は、シリコン（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）等を基板１１とする円板状の半導体ウエーハ、光デバイスウエーハ等のウエーハであり、実施形態において、シリコンウエーハである。ウエーハ１０は、図２に示すように、厚さ方向の中央が最も外周側に突出して、基板１１の表面１３から裏面１４に亘って断面円弧状になるように、外周縁１２が面取りされている。

ウエーハ１０は、図１に示すように、基板１１の表面１３側にデバイス領域１５と、デバイス領域１５を囲繞する外周余剰領域１６と、を含む。デバイス領域１５は、基板１１の表面１３に格子状に設定された複数の分割予定ライン１７と、分割予定ライン１７によって区画された各領域に形成されたデバイス１８と、を有している。外周余剰領域１６は、全周に亘ってデバイス領域１５を囲繞し、かつデバイス１８が形成されていない領域である。

デバイス１８は、実施形態において、３ＤＮＡＮＤフラッシュメモリを構成し、電極パッドと、電極パッドに接続した貫通電極とを備える。貫通電極は、基板１１が薄化されてデバイス１８がウエーハ１０から個々に分割された際に、基板１１の裏面１４側に貫通する。すなわち、実施形態のウエーハ１０は、個々に分割されたデバイス１８が貫通電極を有する所謂ＴＳＶウエーハである。なお、本発明のウエーハ１０は、実施形態のような貫通電極を有するＴＳＶウエーハに限定されず、貫通電極のないデバイスウエーハであってもよい。

図３は、実施形態に係るウエーハ１０の加工方法の流れを示すフローチャートである。図３に示すように、実施形態のウエーハ１０の加工方法は、貼り合わせステップ１と、第一の剥離層形成ステップ２と、第二の剥離層形成ステップ３と、穴形成ステップ４と、浸入ステップ５と、分割ステップ６と、を備える。ウエーハ１０の加工方法は、ウエーハ１０の内部に剥離層を形成した後、剥離層を分割起点として当該ウエーハ１０を分割する方法である。

なお、実施形態のウエーハ１０の加工方法では、一対のウエーハ１０の一方の面（実施形態では、表面１３）側を互いに貼り合わせた貼り合わせウエーハ２０（図５等参照）において、一方のウエーハ１０を分割するが、本発明で分割するウエーハ１０は、必ずしも貼り合わせウエーハ２０を構成するウエーハ１０に限定されず、単独のウエーハ１０を分割してもよい。

以降の説明において、一対のウエーハ１０のウエーハ１０同士を区別する際には、一方のウエーハ１０を第一のウエーハ１０－１と記し、他方のウエーハ１０を第二のウエーハ１０－２（図４参照）と記し、区別しない場合には、単にウエーハ１０と記す。分割しない他方の第二のウエーハ１０－２は、実施形態では第一のウエーハ１０－１と同様のＴＳＶウエーハであるものとして説明するが、本発明ではパターンの無い単なるサブストレートウエーハでもよい。

（貼り合わせステップ１）
図４は、図３に示す貼り合わせステップ１の一状態を示す斜視図である。貼り合わせステップ１は、第一の剥離層形成ステップ２および第二の剥離層形成ステップ３を実施する前に実施される。貼り合わせステップ１は、ウエーハ１０（第一のウエーハ１０－１）の表面１３側を、第一のウエーハ１０－１とは異なる第二のウエーハ１０－２の表面１３側に貼り合わせるステップである。

貼り合わせステップ１では、まず、図４に示すように、第一のウエーハ１０－１の表面１３と、第二のウエーハ１０－２の表面１３とを、間隔をあけて対向させる。次に、第一のウエーハ１０－１の表面１３と第二のウエーハ１０－２の表面１３とを、貼り合わせる。これにより、貼り合わせウエーハ２０を形成する。

この際、第一のウエーハ１０－１と第二のウエーハ１０－２との間に接合層を設ける場合は、第一のウエーハ１０－１の表面１３と第二のウエーハ１０－２の表面１３とののうちの一方に接合層を積層してから、第一のウエーハ１０－１の表面１３と第二のウエーハ１０－２の表面１３とを、接合層を介して貼り合わせる。なお、接合層は、基材層の表裏面に粘着材層が積層された両面テープであってもよいし、酸化膜でもよいし、樹脂等を含む接着剤が塗布されることにより形成されるものでもよい。

（第一の剥離層形成ステップ２）
図５は、図３に示す第一の剥離層形成ステップ２の一状態を示す斜視図である。図６は、図３に示す第一の剥離層形成ステップ２後の貼り合わせウエーハ２０の一部を拡大して示す断面図である。第一の剥離層形成ステップ２は、ウエーハ１０（実施形態では、第一のウエーハ１０－１）の外周縁１２よりも所定距離内側の領域に沿って、第一の剥離層２１を形成するステップである。実施形態の第一の剥離層形成ステップ２は、レーザー加工装置３０によるステルスダイシングによって、第一のウエーハ１０－１の内部に、第一のウエーハ１０－１の表面１３に対して垂直な第一の剥離層２１を形成する。

レーザー加工装置３０は、チャックテーブル３１と、レーザービーム照射ユニット３２と、を備える。チャックテーブル３１は、ウエーハ１０を保持面に保持し、垂直な軸心回りに回動可能である。レーザービーム照射ユニット３２は、チャックテーブル３１に保持されたウエーハ１０に対してレーザービーム３３を照射する。レーザー加工装置３０は、更に、チャックテーブル３１とレーザービーム照射ユニット３２とを相対的に移動させる不図示の移動ユニット、およびチャックテーブル３１に保持されたウエーハ１０を撮像する撮像ユニット３５等を備える。

第一の剥離層形成ステップ２では、外周縁１２よりも所定距離内側の領域、具体的には、第一のウエーハ１０－１のデバイス領域１５と外周余剰領域１６との境界に沿ってレーザービーム３３を照射することで、環状の第一の改質層２２と、第一の改質層２２から第一のウエーハ１０－１の表面１３に対して垂直な方向へ伸展する第一のクラック２３と、を含む第一の剥離層２１を形成する。なお、レーザービーム３３は、第一のウエーハ１０－１に対して透過性を有する波長のレーザービームであり、例えば、赤外線（Infrared rays；ＩＲ）である。

第一の剥離層形成ステップ２では、レーザービーム３３の集光点３４の高さを、第一のウエーハ１０－１の厚さ方向に変更して複数回レーザービーム３３を照射する、または、第一のウエーハ１０－１の厚さ方向に離れた複数の集光点３４を有するレーザービーム３３を照射することで、第一のウエーハ１０－１の表面１３に対して垂直な方向に複数の第一の改質層２２を形成する。そして、それぞれの第一の改質層２２から伸展した第一のクラック２３が繋がることにより、円筒形の側面に沿う形状の第一の剥離層２１が形成される。

ここで、剥離層とは、レーザービーム３３が照射されることによって、密度、屈折率、機械的強度またはその他の物理的特性が周囲のそれとは異なる状態になった領域のことを意味する。剥離層は、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域、およびこれらの領域が混在した領域等である。剥離層は、第一のウエーハ１０－１の他の部分よりも機械的な強度等が低い。

第一の剥離層形成ステップ２では、まず、第二のウエーハ１０－２の裏面１４側をチャックテーブル３１の保持面（上面）に吸引保持する。次に、第一のウエーハ１０－１とレーザービーム照射ユニット３２の集光器との位置合わせを行う。具体的には、不図示の移動ユニットによって、チャックテーブル３１をレーザービーム照射ユニット３２の下方の照射領域まで移動させる。次に、撮像ユニット３５で第一のウエーハ１０－１を撮影しアライメントすることで、レーザービーム照射ユニット３２の照射部を第一のウエーハ１０－１の外周縁１２から所定距離内側の領域に向けて鉛直方向に対向させた後、レーザービーム３３の集光点３４を、第一のウエーハ１０－１の内部に設定する。

第一の剥離層形成ステップ２では、次に、チャックテーブル３１を垂直な軸心回りに回転させながら、レーザービーム照射ユニット３２からレーザービーム３３を、第一のウエーハ１０－１の裏面１４側から照射する。この際、第一のウエーハ１０－１の表面１３に対して垂直な方向に離れた複数の集光点３４を有するレーザービーム３３を照射する。このように、垂直な方向に離れた複数の集光点３４を有するレーザービーム３３を第一のウエーハ１０－１の外周縁１２から所定距離内側の領域に沿って照射して、環状、かつ第一のウエーハ１０－１の表面１３に対して垂直な方向に複数の第一の改質層２２を形成する。

なお、一つの集光点３４を有するレーザービーム３３を第一のウエーハ１０－１の外周縁１２から所定距離内側の領域に沿って一周照射した後、集光点３４の高さを、第一のウエーハ１０－１の厚さ方向に変更して、複数回同様にレーザービーム３３を照射することで、環状、かつ第一のウエーハ１０－１の表面１３に対して垂直な方向に複数の第一の改質層２２を形成してもよい。

レーザービーム３３の照射によって形成された第一の改質層２２からは、第一のクラック２３が伸展し、第一の改質層２２と第一のクラック２３との連結によって、第一のウエーハ１０－１の表面１３に対して垂直な側面を有する円筒形状の分割起点となる第一の剥離層２１が形成される。なお、第一の剥離層形成ステップ２では、第一の改質層２２から伸展した第一のクラック２３が、表面１３に表出するように、レーザービーム３３を照射することが好ましい。なお、第一のウエーハ１０－１の表面１３に対して垂直とは、伸展した第一のクラック２３全体を平面に近似した近似平面の垂直面に対する傾きが、±５度以内、好ましくは±２度以内であることを示す。

図７は、変形例における第一の剥離層形成ステップ２後の貼り合わせウエーハ２０の一部を拡大して示す断面図である。変形例の第一の剥離層形成ステップ２では、レーザー加工装置３０によるステルスダイシングによって、第一のウエーハ１０－１の内部に第一のウエーハ１０－１の表面１３に対して所定の傾斜を有する第一の剥離層２１－１を形成する。所定の傾斜を有する第一の剥離層２１－１とは、具体的には、第一のウエーハ１０－１の表面１３側から裏面１４側に向かって傾斜を有する円錐台の側面に沿う形状の第一の剥離層２１－１である。

変形例の第一の剥離層形成ステップ２では、第一のウエーハ１０－１の外周縁１２よりも所定距離内側の領域に対して、レーザービーム３３の集光点３４が外周縁１２に近いほど表面１３に近い位置に位置づけられるようにレーザービーム３３を照射することによって、第一のウエーハ１０－１の表面１３側から裏面１４側に向かって傾斜を有する円錐台の側面に沿う形状の第一の剥離層２１を形成する。

変形例の第一の剥離層形成ステップ２では、まず、実施形態と同様に、第一のウエーハ１０－１とレーザービーム照射ユニット３２の集光器との位置合わせを行う。変形例では、レーザービーム照射ユニット３２の照射部を第一のウエーハ１０－１の外周縁１２よりも所定距離内側の位置に向けて鉛直方向に対向させた後、レーザービーム３３の集光点３４を、第一のウエーハ１０－１の内部に設定する。

変形例の第一の剥離層形成ステップ２では、次に、チャックテーブル３１を垂直な軸心回りに回転させながら、レーザービーム照射ユニット３２からレーザービーム３３を、第一のウエーハ１０－１の裏面１４側から照射する。この際、第一のウエーハ１０－１の表面１３に対して所定の傾斜を有する方向に離れた複数の集光点３４を有するレーザービーム３３を照射する。このように、所定の傾斜を有する方向に離れた複数の集光点３４を有するレーザービーム３３を第一のウエーハ１０－１の外周縁１２よりも所定距離内側の位置に沿って照射して、環状、かつ第一のウエーハ１０－１の表面１３に対して所定の傾斜を有する方向に沿って複数の第一の改質層２２－１を形成する。

なお、一つの集光点３４を有するレーザービーム３３を第一のウエーハ１０－１の外周縁１２から所定距離内側の領域に沿って一周照射した後、集光点３４の位置を、外周縁１２に近いほど表面１３に近い位置に位置づけられるように変更して、複数回同様にレーザービーム３３を照射することで、環状、かつ第一のウエーハ１０－１の表面１３に対して所定の傾斜を有する方向に沿って複数の第一の改質層２２－１を形成してもよい。

レーザービーム３３の照射によって形成された第一の改質層２２－１からは、第一のクラック２３－１が伸展し、第一の改質層２２－１と第一のクラック２３－１との連結によって、表面１３側から裏面１４側に向かって所定の傾斜を有する円錐台の側面に沿う形状の分割起点となる第一の剥離層２１－１が形成される。

（第二の剥離層形成ステップ３）
図８は、図３に示す第二の剥離層形成ステップ３の一状態を一部断面で示す斜視図である。図９は、図３に示す第二の剥離層形成ステップ３の一状態を一部断面で示す側面図である。第二の剥離層形成ステップ３は、第一の剥離層２１が形成される領域よりも内側の領域において、ウエーハ１０（実施形態では、第一のウエーハ１０－１）の内部の表面１３と平行な平面に沿い、かつ第一の剥離層２１と繋がる第二の剥離層２４を形成するステップである。実施形態の第二の剥離層形成ステップ３は、レーザー加工装置３０によるステルスダイシングによって、第一のウエーハ１０－１の内部に、表面１３と平行な平面に沿い、かつ第一の剥離層２１と繋がる第二の剥離層２４を形成する。

第二の剥離層形成ステップ３では、第一のウエーハ１０－１の第一の剥離層２１が形成される領域よりも内側の領域において、表面１３と平行な平面に沿ってレーザービーム３３を照射することで、表面１３と平行な平面に沿い、かつ第一の剥離層２１と繋がる第二の剥離層２４を形成する。ここで、内側とは、外周余剰領域１６に対して、デバイス領域１５側、すなわち、径方向内側を示す。

第二の剥離層形成ステップ３では、まず、第一の剥離層形成ステップ２と同様に、第一のウエーハ１０－１とレーザービーム照射ユニット３２の集光器との位置合わせを行う。第二の剥離層形成ステップ３では、レーザービーム照射ユニット３２の照射部を、第一のウエーハ１０－１の裏面１４側から、第一の剥離層２１が形成された位置より内側の位置に向けて鉛直方向に対向させた後、レーザービーム３３の集光点３４を、第一のウエーハ１０－１の内部に設定する。

第二の剥離層形成ステップ３では、次に、集光点３４を、第一のウエーハ１０－１の内部に位置づけた状態で、レーザービーム照射ユニット３２の集光器とチャックテーブル３１とを相対的に移動させる。すなわち、集光点３４を第一のウエーハ１０－１の表面１３と平行な加工送り方向に相対的に移動させながら、レーザービーム３３を第一のウエーハ１０－１に向けて照射する。この際、割り出し送り方向に離れた複数の集光点３４を有するレーザービーム３３を照射してもよい。これにより、第一のウエーハ１０－１の内部に、加工送り方向に沿った第二の改質層２５が形成される。

第二の改質層２５からは、第二のクラック２６が割り出し送り方向に伸展し、第二の改質層２５と第二のクラック２６との連結によって、第一のウエーハ１０－１の内部に、表面１３と平行な平面に沿う分割起点となる第二の剥離層２４が形成される。なお、平行な平面とは、伸展した第二のクラック２６全体を平面に近似した近似平面の水平面に対する傾きが、±５度以内、好ましくは±２度以内であることを示す。第二の改質層２５が第一の剥離層２１に繋がる位置までレーザービーム３３を照射した後、レーザービーム３３の集光点３４を、割り出し送り方向に所定距離移動させ、再び、加工送り方向に沿って、第一のウエーハ１０－１の内部にレーザービーム３３を照射する。これを繰り返して、直線状の第二の改質層２５を複数形成し、第一の剥離層２１より内側の領域全域に第二の剥離層２４を形成する。

（穴形成ステップ４）
図１０は、図３に示す穴形成ステップ４の一状態を一部断面で示す側面図である。図１１は、図３に示す穴形成ステップ４後の貼り合わせウエーハ２０を示す斜視図である。本発明では、穴形成ステップ４を必ずしも実施しなくてもよいが、浸入ステップ５を実施する前に実施されることが好ましい。穴形成ステップ４は、ウエーハ１０（実施形態では、第一のウエーハ１０－１）の裏面１４側から第二の剥離層２４に至る穴２７を形成するステップである。実施形態の穴形成ステップ４は、レーザー加工装置３０によるアブレーション加工によって、第一のウエーハ１０－１の裏面１４側から第二の剥離層２４に至る穴２７を形成する。

穴形成ステップ４では、まず、第一の剥離層形成ステップ２および第二の剥離層形成ステップ３と同様に、第一のウエーハ１０－１とレーザービーム照射ユニット３２の集光器との位置合わせを行う。穴形成ステップ４では、レーザービーム照射ユニット３２の照射部を、第一のウエーハ１０－１の裏面１４側の穴２７を形成する位置に対向させた後、レーザービーム３３の集光点３４を、第一のウエーハ１０－１の裏面１４近傍に設定する。

穴形成ステップ４では、次に、第一のウエーハ１０－１の裏面１４に向けて、レーザービーム３３を照射する。なお、穴形成ステップ４で照射するレーザービーム３３は、第一のウエーハ１０－１に対して吸収性を有する波長のレーザービームである。レーザービーム３３の照射により、裏面１４側に穴２７が形成される。穴形成ステップ４では、穴２７の底面が第二の剥離層２４に至るまで、レーザービーム３３を照射することで、裏面１４側から第二の剥離層２４に至る穴２７が形成される。

この際、レーザービーム３３の集光点３４の高さを、穴２７の深さ方向に変更して、複数回レーザービーム３３を照射してもよいし、集光点３４の高さを変更せずにレーザービーム３３を照射してもよい。また、穴形成ステップ４では、第一のウエーハ１０－１に対して吸収性を有する波長のレーザービーム３３によるレーザー加工に限定されず、周知の機械加工によって穴２７を形成してもよいし、複数の穴２７を形成してもよい。

（浸入ステップ５）
図１２は、図３に示す浸入ステップ５の一例を一部断面で示す側面図である。浸入ステップ５は、第一の剥離層２１および第二の剥離層２４に液体４０または高湿度５０気体を浸入させるステップである。図１２に示す一例では、第一の剥離層２１および第二の剥離層２４に液体４０を浸入させる。液体４０は、例えば、水（純水）等の、凝固時に体積が膨張する液体である。

具体的には、液体４０で満たされた槽４１に、ウエーハ１０（実施形態では、貼り合わせウエーハ２０）を浸漬することで、第一の剥離層２１および第二の剥離層２４に液体４０を浸入させる。槽４１の底面には、保持テーブル４２が配置される。保持テーブル４２は、保持面で貼り合わせウエーハ２０を保持する。なお、貼り合わせウエーハ２０ではないウエーハ１０である場合は、穴２７が形成された裏面１４とは反対側の表面１３側を保持テーブル４２の保持面に保持し、貼り合わせウエーハ２０である場合は、第二のウエーハ１０－２の裏面１４側を保持テーブル４２の保持面に保持する。

これにより、液体４０は、第一のウエーハ１０－１の裏面１４に形成した穴２７を介して、第二の剥離層２４に浸入する。液体４０は、更に、第二の剥離層２４から繋がる第一の剥離層２１に浸入する。また、液体４０は、貼り合わせウエーハ２０の外周から、貼り合わせ面を介して第一の剥離層２１に浸入する。あるいは、第一の剥離層２１が貼り合わせ面より外周縁１２側に形成されている場合、液体４０は、貼り合わせウエーハ２０の外周から、第一のウエーハ１０－１と第二のウエーハ１０－２との間を通り、第一の剥離層２１に浸入する。液体４０は、更に、第一の剥離層２１から繋がる第二の剥離層２４に浸入する。

浸入ステップ５において、液体４０は、表面張力を低下させる処理が施されていることが好ましい。表面張力を低下させる処理とは、例えば、界面活性剤の添加等を含む。液体４０の表面張力を低下させることにより、浸入ステップ５における液体４０の第一の剥離層２１および第二の剥離層２４への浸入を促進させる。

図１３は、図３に示す浸入ステップ５の別の一例を一部断面で示す側面図である。図１３に示す一例では、第一の剥離層２１および第二の剥離層２４に高湿度気体５０を浸入させる。高湿度気体５０は、ウエーハ１０の温度で露点以下になる状態の水蒸気を含む空気である。

具体的には、高湿度気体５０が充満したチャンバ５１の内部に、ウエーハ１０（実施形態では、貼り合わせウエーハ２０）を載置することで、第一の剥離層２１および第二の剥離層２４に高湿度気体５０を浸入させる。ここで、高湿度気体５０の露点は、チャンバ５１の内部の温度より低く、チャンバ５１の内部に載置されたウエーハ１０の温度より高い。すなわち、高湿度気体５０は、ウエーハ１０により結露する。チャンバ５１の底面には、保持テーブル５２が配置される。保持テーブル５２は、保持面で貼り合わせウエーハ２０を保持する。なお、貼り合わせウエーハ２０ではないウエーハ１０である場合は、穴２７が形成された裏面１４とは反対側の表面１３側を保持テーブル５２の保持面に保持し、貼り合わせウエーハ２０である場合は、第二のウエーハ１０－２の裏面１４側を保持テーブル５２の保持面に保持する。

これにより、高湿度気体５０は、第一のウエーハ１０－１の裏面１４に形成した穴２７を介して、第二の剥離層２４に浸入する。高湿度気体５０は、更に、第二の剥離層２４から繋がる第一の剥離層２１に浸入する。また、高湿度気体５０は、貼り合わせウエーハ２０の外周から、貼り合わせ面を介して第一の剥離層２１に浸入する。あるいは、第一の剥離層２１が貼り合わせ面より外周縁１２側に形成されている場合、高湿度気体５０は、貼り合わせウエーハ２０の外周から、第一のウエーハ１０－１と第二のウエーハ１０－２との間を通り、第一の剥離層２１に浸入する。高湿度気体５０は、更に、第一の剥離層２１から繋がる第二の剥離層２４に浸入する。

図１４は、図３に示す浸入ステップ５の別の一例を一部断面で示す側面図である。図１４に示す一例では、第一のウエーハ１０－１の裏面１４に形成した穴２７から負圧を作用させることで、第一の剥離層２１および第二の剥離層２４に高湿度気体５０を浸入させる。

具体的には、高湿度気体５０が充満したチャンバ５１の内部に、ウエーハ１０（実施形態では、貼り合わせウエーハ２０）を載置した状態において、第一のウエーハ１０－１の裏面１４に形成した穴２７から負圧を作用させる。チャンバ５１の上部には、バキュームパッド６０が配置される。バキュームパッド６０は、保持テーブル５２の保持面に対向する吸着面６１を有する。バキュームパッド６０の内部には、一端が吸着面６１に開口し、他端が図示せぬ吸引源に連通する吸引通路が設けられる。

図１４に示す浸入ステップ５では、まず、高湿度気体５０が充満したチャンバ５１内部の保持テーブル５２の保持面に第二のウエーハ１０－２の裏面１４側を保持する。なお、貼り合わせウエーハ２０ではないウエーハ１０である場合は、穴２７が形成された裏面１４とは反対側の表面１３側を保持テーブル５２の保持面に保持する。次に、穴２７が形成された裏面１４側にバキュームパッド６０の吸着面６１を吸着させる。この際、吸引通路６２の開口を、穴２７の開口に位置合わせする。次に、図示せぬ吸引源により負圧を作用させ、吸引通路６２を介して穴２７から吸引する。

これにより、貼り合わせウエーハ２０の外周から、貼り合わせ面を介して第一の剥離層２１、第二の剥離層２４、穴２７へ向かって負圧が作用する。すると、高湿度気体５０は、貼り合わせウエーハ２０の外周から、貼り合わせ面を介して第一の剥離層２１に浸入する。高湿度気体５０は、更に、第一の剥離層２１から繋がる第二の剥離層２４に浸入する。

なお、図１４に示す浸入ステップ５では、高湿度気体５０が充満したチャンバ５１の内部に、ウエーハ１０を載置した状態において、穴２７から負圧を作用させたが、液体４０で満たされた槽４１に、ウエーハ１０を浸漬した状態において、穴２７から負圧を作用させてもよい。なお、高湿度気体５０の第一の剥離層２１への浸入は、高湿度気体５０が穴２７や第二の剥離層２４、第一の剥離層２１に浸入する前または間に、凝縮して液体となっている場合も含む。

（分割ステップ６）
図１５は、図３に示す分割ステップ６の一状態を一部断面で示す側面図である。図１６は、図３に示す分割ステップ６の図１５の後の一状態を一部断面で示す側面図である。分割ステップ６は、第一の剥離層２１および第二の剥離層２４に液体４０または高湿度気体５０が浸入した状態で、ウエーハ１０（実施形態では、少なくとも第一のウエーハ１０－１）を加熱または冷却し、第一の剥離層２１および第二の剥離層２４を起点としてウエーハ１０を分割するステップである。

分割ステップ６では、例えば、図１５に示す冷却ユニット７０を用いて、第一のウエーハ１０－１を冷却し、第一の剥離層２１および第二の剥離層２４を起点として第一のウエーハ１０－１を分割する。

図１５に示す冷却ユニット７０は、例えば、冷却面を有する冷却部と、放熱部と、ペルチェ素子と、を含む。冷却部および放熱部は、それぞれ、金属等の熱伝導性を有する材料により構成される。ペルチェ素子は、電圧が印加されることにより、冷却部から吸熱して冷却し、放熱部に発熱して加熱する。冷却ユニット７０の冷却部は、保持テーブル７１の保持面に対向する平面に冷却面を有する。また、冷却ユニット７０は、保持テーブル７１に対して上下方向に移動可能である。

分割ステップ６では、まず、保持テーブル７１の保持面に第二のウエーハ１０－２の裏面１４側を保持する。なお、貼り合わせウエーハ２０ではないウエーハ１０である場合は、穴２７が形成された裏面１４とは反対側の表面１３側を保持テーブル７１の保持面に保持する。次に、電圧を印加して冷却部を冷却させた冷却ユニット７０を下降させ、冷却面を裏面１４に当接させる。冷却ユニット７０は、冷却面を介して、第一のウエーハ１０－１を裏面１４側から冷却する。

第一のウエーハ１０－１が冷却されることにより、第一の剥離層２１および第二の剥離層２４に浸入した液体４０または高湿度気体５０に体積変化が生じる。この体積変化により、第一のウエーハ１０－１は、第一の剥離層２１および第二の剥離層２４を境界として剥離する。例えば、浸入ステップ５で、液体４０として凝固によって体積が増加する水等を浸入させた場合、冷却により水を凍結させて体積を膨張させることにより、第一の剥離層２１および第二の剥離層２４を境界として剥離する。

分割ステップ６において、ウエーハ１０を冷却する方法は、冷却ユニット７０の冷却面を当接させることに限定されず、例えば、冷却槽内にウエーハ１０を収容することでもよい。また、分割ステップ６では、冷却する代わりに加熱をしてもよい。ウエーハ１０を加熱する方法は、例えば、加熱面を有する加熱部と、冷却部と、ペルチェ素子と、を含む加熱ユニットの加熱面を、ウエーハ１０に当接させることでもよいし、電圧が印加されると加熱されて赤外線を照射する等の熱源を有する加熱器内にウエーハ１０を収容することでもよい。また、保持テーブル７１に冷却源または加熱源を有していてもよい。

加熱または冷却によって第一の剥離層２１および第二の剥離層２４を境界として剥離させた後は、例えば、図１６に示す剥離ユニット８０を用いて、ウエーハ１０（実施形態では、第一のウエーハ１０－１）の裏面１４側を回収して、ウエーハ１０を分割する。

図１６に示す剥離ユニット８０は、剥離ユニット８０は、下面側に一対以上の把持部材８１を有する。把持部材８１は、剥離ユニット８０の下面から下方に突出し、かつ先端が内側に向く楔形状を有する。一対の把持部材８１は、平面視において、径方向に移動可能である。また、剥離ユニット８０は、ウエーハ１０を保持面に保持する保持テーブル８２に対して上下方向に移動可能である。なお、保持テーブル８２は、図１５に示す保持テーブル７１と共通のものであってもよい。この場合、保持テーブル７１は、冷却ユニット７０に対向する位置と、剥離ユニット８０に対向する位置と、の間で移動可能に設けられる。

まず、第二のウエーハ１０－２の裏面１４側を保持テーブル８２の保持面に吸引保持する。次に、第一のウエーハ１０－１と剥離ユニット８０の把持部材８１との位置合わせを行う。具体的には、不図示の移動ユニットによって、保持テーブル８２を剥離ユニット８０の下方まで移動させ、把持部材８１の先端を第一のウエーハ１０－１の外周縁１２より径方向外側に開かせる。

次に、剥離ユニット８０を下方に降下させ、把持部材８１の先端を第一のウエーハ１０－１と第二のウエーハ１０－２との境界に向くように高さを合わせる。次に、把持部材８１を径方向内側に移動させ、把持部材８１の先端を第一のウエーハ１０－１と第二のウエーハ１０－２との間に打ち込む。次に、剥離ユニット８０を上方に上昇させると、把持部材８１の先端の上面側が、第一のウエーハ１０－１の外周余剰領域１６の部分を第二のウエーハ１０－２側から持ち上げる。これにより、第一の剥離層２１および第二の剥離層２４より裏面１４側を含む部分が回収される。この際、加熱または冷却によって第一の剥離層２１および第二の剥離層２４を境界として完全に剥離されていなかった場合であっても、外周余剰領域１６に対して上方向の外力が付与され、第一の剥離層２１および第二の剥離層２４を起点として、第一のウエーハ１０－１が分割される。

なお、剥離ユニット８０は、図１６に示す把持部材８１を有するものに限定されず、例えば、保持テーブル８２に対向する吸着面を有して吸引保持によって第一のウエーハ１０－１の裏面１４側を回収してもよいし、冷却ユニット７０または加熱ユニットと剥離ユニット８０とが兼用されていてもよい。

以上説明したように、実施形態のウエーハ１０の加工方法は、ウエーハ１０を分割する予定の分割予定面に第一の剥離層２１および第二の剥離層２４を形成し、第一の剥離層２１および第二の剥離層２４に浸入させた液体４０または高湿度気体５０を、温度変化により膨張させることで分割予定面を起点として分割させる。これにより、分割予定面に沿った剥離が容易にできるので、貼り合わせウエーハ２０等のウエーハ１０から裏面１４側の不要な部分を分割することが容易にでき、ウエーハ１０の破損を抑制しつつ裏面１４研削時の研削砥石の消耗量を抑制することができる。

なお、本発明は、上記実施形態および変形例に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１０ ウエーハ
１０－１ 第一のウエーハ
１０－２ 第二のウエーハ
１１ 基板
１２ 外周縁
１３ 表面
１４ 裏面
１５ デバイス領域
１６ 外周余剰領域
１７ 分割予定ライン
１８ デバイス
２０ 貼り合わせウエーハ
２１、２１－１ 第一の剥離層
２２、２２－１ 第一の改質層
２３、２３－１ 第一のクラック
２４ 第二の剥離層
２５ 第二の改質層
２６ 第二のクラック
２７ 穴
３３ レーザービーム
３４ 集光点
４０ 液体
５０ 高湿度気体

Claims (5)

1. 表面に複数のデバイスが形成され、かつ、外周縁が面取りされたウエーハに対して該ウエーハを透過する波長のレーザービームを照射することによって該ウエーハの内部に剥離層を形成した後、該剥離層を分割起点として該ウエーハを分割するウエーハの加工方法であって、
   該ウエーハの該外周縁よりも所定距離内側の領域に沿って該レーザービームを環状に照射することによって、該ウエーハの内部に該ウエーハの該表面に対して垂直な、または所定の傾斜を有する第一の剥離層を形成する第一の剥離層形成ステップと、
   該第一の剥離層が形成される領域よりも内側の領域において該ウエーハの内部に該レーザービームの集光点を位置づけて、該ウエーハの裏面側から該レーザービームを照射することによって、該ウエーハの該表面と平行な平面に沿い、かつ該第一の剥離層と繋がる第二の剥離層を形成する第二の剥離層形成ステップと、
   該第一の剥離層および該第二の剥離層に液体または高湿度気体を浸入させる浸入ステップと、
   該第一の剥離層および該第二の剥離層に該液体または該高湿度気体が浸入した状態で、該液体または該高湿度気体に体積変化を生じさせるよう、該ウエーハを加熱または冷却し、該第一の剥離層および該第二の剥離層を起点として該ウエーハを分割する分割ステップと、を備える
   ことを特徴とする、ウエーハの加工方法。
2. 該浸入ステップを実施する前に、該ウエーハの裏面側から該第二の剥離層に至る穴を形成する穴形成ステップを備え、
   該浸入ステップでは、該ウエーハを、該液体に浸漬するかもしくは該高湿度気体が充満した筐体内に載置した状態で、該穴から負圧を作用させることで、該第一の剥離層および該第二の剥離層に該液体または該高湿度気体を浸入させる
   ことを特徴とする、請求項１に記載のウエーハの加工方法。
3. 該浸入ステップでは、該第一の剥離層および該第二の剥離層に該液体として水を浸入させ、
   該分割ステップでは、該第一の剥離層および該第二の剥離層に該水が浸入した状態で該ウエーハを冷却することによって該水を凍結させて体積を膨張させ、該ウエーハを分割する
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載のウエーハの加工方法。
4. 該浸入ステップでは、第一の剥離層および第二の剥離層に該液体を浸入させ、
   該液体は、表面張力を低下させる処理が施されている
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載のウエーハの加工方法。
5. 該第一の剥離層形成ステップおよび該第二の剥離層形成ステップを実施する前に、
   該ウエーハの該表面を、該ウエーハとは異なる第二のウエーハの表面に貼り合わせる貼り合わせステップを備える
   ことを特徴とする、請求項１または２に記載のウエーハの加工方法。

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