JP4851795B2 - ウエーハの分割装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエーハ等のウエーハを所定の分割予定ラインに沿って分割するウエーハの分割装置に関する。

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形成された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分割することにより個々のデバイスを製造している。

近年、半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、その被加工物に対して透過性を有する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も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、被加工物の一方の面側から内部に集光点を合わせて被加工物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、被加工物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、被加工物を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被加工物を分割する分割装置が、例えば下記特許文献２に開示されている。この分割装置は、被加工物が貼着された保護テープを装着した環状のフレームを保持するフレーム保持手段と、該フレーム保持手段に保持された環状のフレームに装着された保護テープを拡張させるテープ拡張手段とを具備し、テープ拡張手段によって保護テープを拡張させることにより該保護テープに貼着され分割予定ラインに沿って強度が低下せしめられた被加工物を分割予定ラインに沿って分割する。
特開２００５−１９７６９号公報

近年、デバイスの機械的強度、耐化学薬品性、耐湿性を向上させるために、デバイスが形成されたシリコン基板の表面にポリイミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂、シリコン系樹脂等の高分子からなる保護膜が被覆されたウエーハが実用化されている。また、デバイスの層間絶縁膜として高分子からなる絶縁膜を使用したウエーハも実用化されている。

而して、高分子からなる保護膜や絶縁膜を使用したウエーハを上述した分割装置によって分割すると、分割予定ラインに沿って強度が低下せしめられているシリコン基板は破断されるが、高分子からなる保護膜や絶縁膜は伸びて分割予定ラインに沿って破断されないという問題がある。また、高分子からなる保護膜や絶縁膜は破断されたとしても、破断面が鋸状となり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、その主たる技術課題は、基板の表面に高分子からなる膜が形成されているウエーハでも、高分子からなる膜を所定の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装置を提供することにある。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、
環状のフレームの内側開口部を覆うように装着された粘着テープに、裏面が装着されたウエーハを、所定の分割予定ラインに沿って分割するウエーハの分割装置において、
該環状のフレームを保持する保持面を備えたフレームの保持部材と、
該保持部材に保持された該環状のフレームに装着された該粘着テープにおけるウエーハが貼着されているウエーハ貼着領域に作用する押圧面を備えたウエーハ押圧部材と、
該ウエーハ押圧部材を該保持部材の保持面より下方の退避位置から該保持部材の保持面より上方の押圧位置に移動せしめて粘着テープに引っ張り力を作用させる進退手段と、
開閉自在の蓋部材に閉塞されることによって形成され、該保持部材の保持面及びウエーハ押圧部材の上側に設けられた冷却室と、
該冷却室に冷気を導入する冷却気体導入口を該保持部材に設け、該冷却室内を冷却する冷却手段と、を具備している、
ことを特徴とするウエーハの分割装置が提供される。

上記進退手段は、該ウエーハ押圧部材を該退避位置から該押圧位置まで１０〜１０００mm/秒、好ましくは５０〜１５０mm/秒の速度で移動せしめる。
また、上記冷却手段は、上記冷却室内を＋５〜−２０℃に冷却する。

本発明によれば、環状のフレームに装着された粘着テープの表面に貼着されたウエーハを冷却し、冷却されたウエーハが貼着されている粘着テープを拡張してウエーハを分割予定ラインに沿って分割するので、基板の表面に形成されている高分子膜も冷却されているため、伸びることなく分割予定ラインに沿って確実に破断される。

以下、本発明によるウエーハの分割方法およびウエーハの分割装置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が示されており、図２には図１に示す半導体ウエーハの要部拡大断面図が示されている。図１および図２に示す半導体ウエーハ２は、シリコン等の半導体基板２０の表面に複数の分離分割予定ライン２１が格子状に形成されている。そして、半導体基板２０の表面２０aには、格子状に形成された複数の分離分割予定ライン２１によって区画された複数の領域にIC、LSI等のデバイス２２が形成されているとともに、図２に示すようにポリイミド樹脂、ポリベンゾオキサゾール樹脂、シリコン系樹脂等の高分子からなる保護膜２３（高分子膜）が被覆されている。

上記半導体ウエーハ２を分離分割予定ライン２１に沿って分割し個々のデバイスに分割する方法の一例について説明する。
図示の実施形態においては、先ず半導体ウエーハ２の半導体基板２０に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を分割予定ライン２１に沿って照射し、半導体基板２０の内部に分割予定ライン２１に沿って変質層を形成することにより、分割予定ライン２１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３に示すレーザー加工装置３を用いて実施する。図３に示すレーザー加工装置３は、被加工物を保持するチャックテーブル３１と、該チャックテーブル３１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３２と、チャックテーブル３１上に保持された被加工物を撮像する撮像手段３３を具備している。チャックテーブル３１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない移動機構によって図３において矢印Ｘで示す加工送り方向および矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。

上記レーザー光線照射手段３２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング３２１を含んでいる。ケーシング３２１内には図示しないＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器や繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー光線発振手段が配設されている。上記ケーシング３２１の先端部には、パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光するための集光器３２２が装着されている。

上記レーザー光線照射手段３２を構成するケーシング３２１の先端部に装着された撮像手段３３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図示しない制御手段に送る。

上述したレーザー加工装置３を用いて実施する変質層形成工程について、図３乃至５を参照して説明する。
この変質層形成行程は、先ず上述した図３に示すレーザー加工装置３のチャックテーブル３１上に半導体ウエーハ２を半導体基板２０の裏面２０ｂを上にして載置し、該チャックテーブル３１上に半導体ウエーハ２を吸着保持する。半導体ウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル３１は、図示しない移動機構によって撮像手段３３の直下に位置付けられる。

チャックテーブル３１が撮像手段３３の直下に位置付けられると、撮像手段３３および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ２の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３３および図示しない制御手段は、半導体ウエーハ２の所定方向に形成されている分割予定ライン２１と、該分割予定ライン２１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３２の集光器３２２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２に形成されている所定方向と直交する方向に形成されている分割予定ライン２１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、半導体基板２０の分割予定ライン２１が形成されている表面２０ａは下側に位置しているが、撮像手段３３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、半導体基板２０の裏面２０ｂから透かして分割予定ライン２１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３１上に保持された半導体ウエーハ２に形成されている分割予定ライン２１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４の（ａ）で示すようにチャックテーブル３１をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段３２の集光器３２２が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分離分割予定ライン２１の一端（図４の（ａ）において左端）をレーザー光線照射手段３２の集光器３２２の直下に位置付ける。そして、集光器３２２からシリコン等の半導体基板２０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３１を図４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４の（ｂ）で示すようにレーザー光線照射手段３２の集光器３２２の照射位置が分割予定ライン２１の他端（図４の（b）において右端）の位置に達したら、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３１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を半導体基板２０の表面２０ａ（下面）付近に合わせる。この結果、半導体基板２０の表面２０ａ（下面）から内部に向けて変質層２１０が形成される。この変質層２１０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スレーザー
波長 ：１０６４ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
平均出力 ：３W
集光スポット径 ：φ１μｍ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒

なお、半導体基板２０の厚さが厚い場合には、図５に示すように集光点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２１０を形成する。例えば、上述した加工条件においては１回に形成される変質層の厚さは約５０μｍであるため、上記変質層形成工程を例えば３回実施して１５０μmの変質層２１０を形成する。また、厚さが３００μｍの半導体基板２０に対して６層の変質層を形成し、半導体基板２０の内部に分割予定ライン２１に沿って半導体基板２０の表面２０ａから裏面２０ｂに渡って変質層を形成してもよい。

上述した変質層形成工程によって半導体ウエーハ２の内部に全ての分割予定ライン２１に沿って変質層２１０を形成したならば、環状のフレームに装着された粘着テープの表面にウエーハの一方の面を貼着する（ウエーハ支持工程）。即ち、図６に示すように環状のフレーム４の開口４１部を覆うように外周部が装着された粘着テープ５の表面に半導体ウエーハ２の半導体基板２０の裏面２０ｂを貼着する。なお、上記粘着テープ３は、図示の実施形態においては厚さが７０μｍのポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）からなるシート基材の表面に、アクリル樹脂系の粘着層が厚さが５μｍ程度塗布されている。

なお、上述したウエーハ支持工程は、上記変質層形成工程を実施する前に実施してもよい。この場合、環状のフレーム４に装着された上記粘着テープ５の表面に半導体ウエーハ２の半導体基板２０の表面２０ａを貼着する（従って、半導体ウエーハ２の半導体基板２０の裏面２０bが上側となる）。そして、環状のフレーム４に装着された上記熱収縮性粘着テープ５に半導体ウエーハ２が貼着された状態で上記変質層形成工程を実施する。

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４に装着された粘着テープ５の表面に貼着された半導体ウエーハ２を冷却するウエーハ冷却工程および冷却された半導体ウエーハ２が貼着されている粘着テープ５を拡張して半導体基板２０および保護膜２３を分割予定ライン２１に沿って分割する分割工程を実施する。

次に、ウエーハ冷却工程および分割工程を実施するためのウエーハの分割装置について、図７および図８を参照して説明する。
図７には本発明に従って構成されたウエーハの分割装置の斜視図が示されており、図８には図７に示すウエーハの分割装置の断面図が示されている。
図７および図８に示すウエーハの分割装置６は、上面が開放された直方体状のハウジング６０を具備している。このハウジング６０の上面には、上記環状のフレーム４を保持するフレーム保持手段７が配設されている。フレーム保持手段７は、プレート状の保持部材７１と、該保持部材７１の４隅部にそれぞれ配設されたクランプ７２とからなっている。保持部材７１は、中央部に上記環状のフレーム４の開口４１の内径と略同じ内径を有する開口７１１を備えているとともに、冷却気体導入口７１２および冷却気体排出口７１３を備えている。このように形成された保持部材７１は、上面が環状のフレーム４を保持する保持面７１４として機能する。以上のように構成されたフレーム保持手段７は、保持部材７１の保持面７１４上に載置された環状のフレーム４をクランプ７２によって固定することにより、環状のフレーム４を保持する。

上記ハウジング６０内には、上記フレーム保持手段７に保持された環状のフレーム４に装着されている粘着テープ５におけるウエーハ貼着領域に作用するウエーハ押圧部材８と、
このウエーハ押圧部材８を保持部材７１の保持面７１４より下方の図８に示す退避位置から保持面７１４より上方の押圧位置に移動せしめる進退手段９が配設されている。ウエーハ押圧部材８は、上記保持部材７１に形成された開口７１１の内径より小さい内径を有する円形状に形成され、上面が押圧面８１として機能する。ウエーハ押圧部材８の上面外周部には環状の溝８２が形成されており、この環状の溝８２に沿って複数の拡張補助ローラ８３が配設されている。拡張補助ローラ８３は、ウエーハ押圧部材８を押圧位置に移動して粘着テープ５を拡張する際に生じる摩擦抵抗を軽減する。なお、ウエーハ押圧部材８の中央部には、押圧面８１に開口し空気を逃がす逃げ穴８４を設けることが望ましい。上記進退手段９は、図示の実施形態においては図８に示すようにエアシリンダ機構からなり、そのピストンロッド９１の上端に上記ウエーハ押圧部材８が連結されている。なお、ウエーハ押圧部材８が退避位置に位置付けられた状態においては、図示の実施形態では押圧面８１が保持部材７１の保持面７１４から５ｍｍ下方に位置する。また、ウエーハ押圧部材８が押圧位置に位置付けられた状態においては、図示の実施形態では押圧面８１が保持部材７１の保持面７１４から２０ｍｍ上方に位置する。

図示の実施形態におけるウエーハの分割装置６は、上記フレーム保持手段７を構成する保持部材７１の保持面７１４の上側に冷却室を形成するための蓋体１０を備えている。この蓋体１０は、下面が開放された直方体状に形成されており、その一辺が図７に示すようにヒンジ１１によって上記フレーム保持手段７の保持部材７１にヒンジ結合される。このように構成された蓋体１０は、図８に示すように保持部材７１上を閉塞することにより、保持部材７１の保持面７１４の上側に冷却室１００を形成する。なお、蓋体１０は、断熱構造であることが好ましい。

図示の実施形態におけるウエーハの分割装置６は、上記冷却室１００内を冷却するための冷却手段１２を具備している。図示の実施形態における冷却手段１２は、冷却気体供給手段１２１と、該冷却気体供給手段１２１と上記フレーム保持手段７の保持部材７１に設けられた冷却気体導入口７１２とを接続する冷却気体供給管１２２および１２３と、保持部材７１に設けられた冷却気体排出口７１３と冷却気体供給手段１２１とを接続する冷却気体排出管１２４および１２５とからなっている。冷却気体供給手段１２１は、＋５〜−２０℃の冷却気体を供給する。上記冷却気体供給管１２２と１２３は、ハウジング６０の側壁に取付けられた接続管１２６によって接続されている。また、上記冷却気体排出口７１３は、ハウジング６０の側壁に取付けられた接続管１２７によって接続されている。

図示の実施形態におけるウエーハの分割装置６は以上のように構成されており、以下このウエーハの分割装置６を用いて実施するウエーハ冷却工程および分割工程について説明する。
先ず、図７に示すように分割装置６の蓋体１０をヒンジ１１を中心として上方に回動して開ける。このとき、ウエーハ押圧部材８は、図８に示す退避位置に位置付けられている。蓋体１０を開けたならば、フレーム保持手段７を構成する保持部材７１の保持面７１４上に上記図６に示すように半導体ウエーハ２を粘着テープ５を介して支持する環状のフレーム４を載置する（図９参照）。そして、環状のフレーム４をクランプ７２によって保持部材７１に固定する(フレーム保持工程)。

上述したフレーム保持工程を実施したならば、図９に示すように蓋体１０を閉める。
次に、冷却手段１２を作動して冷却気体を冷却気体供給管１２２および１２３、冷却気体導入口７１２を通して冷却室１００に導入する。この結果、冷却室１００に露呈している半導体ウエーハ２が冷却せしめられる（ウエーハ冷却工程）。なお、冷却室１００に導入された冷却気体は、冷却気体排出口７１３から冷却気体供給管１２２および１２３を通して冷却手段１２に戻される。この冷却工程においては、冷却室１００は＋５〜−２０℃に冷却される。

次に、エアシリンダ機構からなる進退手段９を作動して、図１０に示すようにウエーハ押圧部材８を押圧位置まで上昇せしめる分割工程を実施する。この結果、ウエーハ押圧部材８の押圧面８１が環状のフレーム４に装着された粘着テープ５のウエーハ貼着領域５１に当接して粘着テープ５を押し上げるので、粘着テープ５が拡張せしめられる。従って、粘着テープ５に貼着されている半導体ウエーハ２は、放射状に引張力が作用する。このように半導体ウエーハ２に放射状に引張力が作用すると、半導体ウエーハ２の半導体基板２０は分割予定ライン２１に沿って形成された変質層２１０に沿って強度が低下せしめられているので変質層２１０に沿って破断される。このように半導体ウエーハ２の半導体基板２０が変質層２１０に沿って破断されると同時に、図１１に示すように半導体基板２０の表面に形成された保護膜２３（高分子膜）も変質層２１０が形成された分割予定ライン２１に沿って破断され、個々のデバイス２００に分割される。このとき、上述したように半導体ウエーハ２（半導体基板２０および保護膜２３）は＋５〜−２０℃に冷却されているので、保護膜２３は伸びることなく分割予定ライン２１に沿って確実に破断される。上述した分割工程においてウエーハ押圧部材８を退避位置から押圧位置まで移動する速度は、１０〜１０００mm/秒でよく、好ましくは５０〜１５０mm/秒がよい。なお、図示の実施形態においてはウエーハ押圧部材８の中央部に逃げ穴８４が設けられているので、上記分割工程においてウエーハ押圧部材８を上昇させる際に、押圧面８１と粘着テープ５との間に空気が溜まることがなく、粘着テープ５の拡張が円滑に行われる。

なお、図示の実施形態においては、分割装置６を用いて格子状に形成された分割予定ライン２１に沿って変質層２１０が形成された半導体ウエーハ１０の半導体基板２０と保護膜２３を同時に破断する例を示したが、分割装置６は半導体基板２０の表面に形成された保護膜２３を破断する分割工程だけに用いてもよい。即ち、上述した変質工程を実施した後に半導体ウエーハ１０に外力を付与して半導体基板２０を変質層２１０が形成された分割予定ライン２１に沿って破断し、その後分割装置６を用いて上述した分割工程を実施することにより、半導体基板２０の表面に形成された保護膜２３を分割予定ラインに沿って破断し、個々のデバイス２００に分割する。

本発明によるウエーハの分割方法によって分割されるウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図。 図１に示す半導体ウエーハの断面拡大図。 図１に示す半導体ウエーハに変質層を形成するためのレーザー加工装置の要部斜視図。 図３に示すレーザー加工装置によって実施する変質層形成行程の説明図。 図４に示す変質層形成行程において半導体ウエーハの内部に変質層を積層して形成した状態を示す説明図。 変質層形成工程が実施された半導体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た状態を示す斜視図。 本発明によるウエーハの分割方法におけるウエーハ冷却工程および分割工程を実施するためのウエーハの分割装置の斜視図。 図７に示すウエーハの分割装置の断面図。 本発明によるウエーハの分割方法におけるウエーハ冷却工程の説明図。 本発明によるウエーハの分割方法における分割工程の説明図。 図１０に示す分割工程が実施されウエーハが個々のデバイスに分割された状態を示す一部拡大断面図。

符号の説明

２：半導体ウエーハ
３： レーザー加工装置
３１：レーザー加工装置のチャックテーブル
３２：レーザー光線照射手段
３２２：集光器
４：環状のフレーム
５：粘着テープ
６：ウエーハの分割装置
７：フレーム保持手段
７１：保持部材
８：ウエーハ押圧部材
９：進退手段
１０：蓋体
１００：冷却室
１２：冷却手段
１２１：冷却気体供給手段

Claims (4)

1. 環状のフレームの内側開口部を覆うように装着された粘着テープに、裏面が装着されたウエーハを、所定の分割予定ラインに沿って分割するウエーハの分割装置において、
   該環状のフレームを保持する保持面を備えたフレームの保持部材と、
   該保持部材に保持された該環状のフレームに装着された該粘着テープにおけるウエーハが貼着されているウエーハ貼着領域に作用する押圧面を備えたウエーハ押圧部材と、
   該ウエーハ押圧部材を該保持部材の保持面より下方の退避位置から該保持部材の保持面より上方の押圧位置に移動せしめて粘着テープに引っ張り力を作用させる進退手段と、
   開閉自在の蓋部材に閉塞されることによって形成され、該保持部材の保持面及びウエーハ押圧部材の上側に設けられた冷却室と、
   該冷却室に冷気を導入する冷却気体導入口を該保持部材に設け、該冷却室内を冷却する冷却手段と、を具備している、
   ことを特徴とするウエーハの分割装置。
2. 該進退手段は、該ウエーハ押圧部材を該退避位置から該押圧位置まで１０〜１０００mm/秒の速度で移動せしめる、請求項１記載のウエーハの分割装置。
3. 該進退手段は、該ウエーハ押圧部材を該退避位置から該押圧位置まで５０〜１５０mm/秒の速度で移動せしめる、請求項２記載のウエーハの分割装置。
4. 該冷却手段は、該冷却室内を＋５〜−２０℃に冷却する、請求項１記載のウエーハの分割装置。

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