JP5885400B2 - 被加工物の分割方法 - Google Patents

Description

本発明は、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て被加工物の内部に改質層を形成した後、被加工物に外力を付与して被加工物を個々のチップに分割する被加工物の分割方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画されて表面に形成されたシリコンウエーハ等のウエーハは、加工装置によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。

ウエーハの分割には、ダイサーと呼ばれる切削装置を用いたダイシング方法が広く採用されている。ダイシング方法では、ダイアモンド等の超砥粒を金属や樹脂で固めて厚さ３０μｍ程度とした切削ブレードを、３００００ｒｐｍ程度の高速で回転させつつウエーハへと切り込ませることでウエーハを切削し、個々のデバイスへと分割する。

一方、近年では、ウエーハに対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザビームの集光点を分割予定ラインに対応するウエーハの内部に位置付けて、レーザビームを分割予定ラインに沿って照射してウエーハ内部に改質層を形成し、その後エキスパンド装置によってウエーハに外力を付与してウエーハを割断し、個々のデバイスへと分割する方法も提案されている（例えば、特開２００５−１２９６０７号公報参照）。

レーザ加工装置による改質層の形成は、ダイサーによるダイシング方法に比べて加工速度を早くすることができるとともに、サファイアやＳｉＣ等の硬度の高い素材からなるウエーハであっても比較的容易に加工することができる。また、改質層を例えば１０μｍ以下等の狭い幅とすることができるので、ダイシング方法で加工する場合に対してウエーハ１枚当たりのデバイス取り量を増やすことが出来る。

特開２００５−１２９６０７号公報 特開２００７−１８９０５７号公報

ところが、レーザビームを照射してウエーハ内部に改質層を形成した後、エキスパンド装置によりウエーハに外力を付与してウエーハを個々のデバイスチップに分割すると、分割されたデバイスチップの側面には分割屑が発生する。

分割屑がデバイスの表面に付着するとデバイス品質を低下させる上、後工程のボンディングやパッケージングに支承をきたすという問題がある。特にウエーハをデバイスチップに分割後、洗浄できないＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイス等では、分割屑の付着は大きな問題となる。

本発明はこのような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、被加工物の分割によって生ずる分割屑の付着によるデバイスの品質低下を低減し、後工程に支障をきたす恐れを抑制可能な被加工物の分割方法を提供することである。

本発明によると、環状フレームを保持するフレーム保持手段とエキスパンドテープを拡張するテープ拡張手段とを含むエキスパンド装置を用いて、エキスパンドテープを介して環状フレームに支持された被加工物を分割する被加工物の分割方法であって、該エキスパンド装置は気密空間内に設置され、該気密空間内には、該気密空間を加湿する加湿器及び該気密空間の湿度を計測する湿度計を有する加湿ユニットが設置されており、該被加工物の分割方法は、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被加工物に照射して、被加工物の内部に改質層を形成するレーザビーム照射ステップと、該レーザビーム照射ステップを実施する前又は後に、被加工物にエキスパンドテープを貼着するテープ貼着ステップと、該レーザビーム照射ステップ及び該テープ貼着ステップを実施後、該エキスパンドテープを拡張することにより被加工物に外力を付与し、被加工物を該改質層に沿って分割する分割ステップと、を具備し、該分割ステップは、該湿度計で計測した湿度に基づいて該加湿器を制御しながら実施することを特徴とする被加工物の分割方法が提供される。

本発明の分割方法によると、被加工物分割時の雰囲気中には十分な水分が存在する。従って、エキスパンドテープや被加工物表面の吸着水分量が増え、電気導電性が向上するため帯電が防止される。その結果、デバイスの表面に付着する分割屑を低減することができ、分割屑の付着によるデバイス品質の低下や後工程で支障をきたす恐れを低減できる。

本発明の分割方法を実施するのに適したレーザ加工装置の斜視図である。 レーザビーム照射ユニットのブロック図である。 テープ貼着ステップを説明する斜視図である。 レーザビーム照射ステップを説明する一部断面側面図である。 エキスパンド装置の斜視図である。 分割ステップを説明する断面図である。 ２０℃での相対湿度とシリコン屑付着数の関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明の被加工物の分割方法において改質層を形成するのに適したレーザ加工装置２の概略構成図が示されている。

レーザ加工装置２は、静止基台４上にＸ軸方向に移動可能に搭載された第１スライドブロック６を含んでいる。第１スライドブロック６は、ボールねじ８及びパルスモータ１０から構成される加工送り手段１２により一対のガイドレール１４に沿って加工送り方向、すなわちＸ軸方向に移動される。

第１スライドブロック６上には第２スライドブロック１６がＹ軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、第２スライドブロック１６はボールねじ１８及びパルスモータ２０から構成される割り出し送り手段２２により一対のガイドレール２４に沿って割り出し方向、すなわちＹ軸方向に移動される。

第２スライドブロック１６上には円筒支持部材２６を介してチャックテーブル２８が搭載されており、チャックテーブル２８は加工送り手段１２及び割り出し送り手段２２によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。チャックテーブル２８には、チャックテーブル２８に吸引保持されたウエーハを支持する環状フレームをクランプするクランプ３０が設けられている。

静止基台４にはコラム３２が立設されており、このコラム３２にはレーザビーム照射ユニット３４を収容するケーシング３５が取り付けられている。レーザビーム照射ユニット３４は、図２に示すように、ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザを発振するレーザ発振器６２と、繰り返し周波数設定手段６４と、パルス幅調整手段６６と、パワー調整手段６８とを含んでいる。

レーザビーム照射ユニット３４のパワー調整手段６８により所定パワーに調整されたパルスレーザビームは、ケーシング３５の先端に取り付けられた集光器３６のミラー７０で反射され、更に集光用対物レンズ７２によって集光されてチャックテーブル２８に保持されている光デバイスウエーハ１１に照射される。

ケーシング３５の先端部には、集光器３６とＸ軸方向に整列してレーザ加工すべき加工領域を検出する撮像手段３８が配設されている。撮像手段３８は、可視光によって光デバイスウエーハ１１の加工領域を撮像する通常のＣＣＤ等の撮像素子を含んでいる。

撮像手段３８は更に、光デバイスウエーハ１１に赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、この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赤外線ＣＣＤ等の赤外線撮像素子から構成される赤外線撮像手段を含んでおり、撮像した画像信号はコントローラ（制御手段）４０に送信される。

コントローラ４０はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）４２と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）４４と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４６と、カウンタ４８と、入力インターフェイス５０と、出力インターフェイス５２とを備えている。

５６は案内レール１４に沿って配設されたリニアスケール５４と、第１スライドブロック６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出手段であり、加工送り量検出手段５６の検出信号はコントローラ４０の入力エンターフェイス５０に入力される。

６０はガイドレール２４に沿って配設されたリニアスケール５８と第２スライドブロック１６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出手段であり、割り出し送り量検出手段６０の検出信号はコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。

撮像手段３８で撮像した画像信号もコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。一方、コントローラ４０の出力インターフェイス５２からはパルスモータ１０、パルスモータ２０、レーザビーム照射ユニット３４等に制御信号が出力される。

図３を参照すると、本発明の分割方法の加工対象となる半導体ウエーハ１１をエキスパンドテープＴに貼着する様子を示す斜視図が示されている。図３に示す半導体ウエーハ１１は、裏面１１ｂが研削されて厚さが５０μｍのシリコンウエーハからなっており、表面１１ａに複数の分割予定ライン（ストリート）１３が格子状に形成されているとともに、該複数の分割予定ライン１３によって区画された各領域にＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイス１５が形成されている。

ＭＥＭＳデバイス１５は、シリコン基板上に数μｍ厚の誘電体膜によりキャビティ構造やカンチレバー構造、櫛歯構造などの微細な構造物を形成して、圧力センサ、加速度センサ、ジャイロスコープ等のデバイスを形成したものであり、マイクロマシンデバイスともよばれる。半導体ウエーハ１１の外周にはシリコンウエーハの結晶方位を示すマークとしてのノッチ１７が形成されている。

本発明の分割方法を実施するのにあたり、半導体ウエーハ１１は外周部が環状フレームＦに貼着された粘着テープであるエキスパンドテープＴにその裏面１１ｂが貼着される。これにより、半導体ウエーハ１１はエキスパンドテープＴを介して環状フレームＦに支持された状態となる。

このように半導体ウエーハ１１をエキスパンドテープＴを介して環状フレームＦで支持した後、レーザビーム照射ステップでは、図４に示すように、半導体ウエーハ１１がエキスパンドテープＴを介してチャックテーブル２８に吸引保持され、クランプ３０により環状フレームＦがクランプされて固定される。

チャックテーブル２８を撮像手段３８の直下に移動した後、撮像手段３８で半導体ウエーハ１１の加工領域を撮像して、レーザビームを照射するレーザビーム照射ユニット３４の集光器３６と第１の方向に伸長するストリート１３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、レーザビーム照射位置のアライメントを実施する。次いで、チャックテーブル２８を９０度回転して、第１の方向と直交する第２の方向に伸長するストリート１３と集光器２８とのアライメントを実施する。

上述したアライメントステップが終了したならば、集光器３６から半導体ウエーハ１１に対して透過性を有する波長のパルスレーザビームの集光点Ｐを半導体ウエーハ１１の内部に合わせて、パルスレーザビームをストリート１３に沿って照射しつつ、チャックテーブル２８を図４において矢印Ｘ１で示す方向に所定の送り速度で移動して、半導体ウエーハ１１の内部に改質層１９を形成する。

第１の方向に伸長する全てのストリート１３に沿って半導体ウエーハ１１の内部に改質層１９を形成してから、チャックテーブル２８を９０度回転し、第１の方向に直交する第２の方向に伸長する全てのストリート１３に沿って半導体ウエーハ１１の内部に同様な改質層１９を形成する。この改質層１９は溶融再硬化層として形成される。

本実施形態におけるレーザ加工条件は例えば以下の通りである。

光源 ：ＹＡＧパルスレーザ
波長 ：１０６４ｎｍ
平均出力 ：１．０Ｗ
集光スポット径 ：１μｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
加工送り速度 ：５０ｍｍ／ｓ

半導体ウエーハ１１に分割の起点となる改質層１９を形成後、図５に示すエキスパンド装置（分割装置）８０を用いて半導体ウエーハ１１を改質層１９に沿って個々のチップに分割する分割ステップを実施する。

図５に示すエキスパンド装置８０は、環状フレームＦを保持するフレーム保持手段８２と、フレーム保持手段８２に保持された環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴを拡張するテープ拡張手段８４を具備している。

フレーム保持手段８２は、環状のフレーム保持部材８６と、フレーム保持部材８６の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ８８から構成される。フレーム保持部材８６の上面は環状フレームＦを載置する載置面８６ａを形成しており、この載置面８６ａ上に環状フレームＦが載置される。

そして、載置面８６ａ上に載置された環状フレームＦは、クランプ８８によってフレーム保持手段８６に固定される。このように構成されたフレーム保持手段８２はテープ拡張手段８４によって上下方向に移動可能に支持されている。

テープ拡張手段８４は、環状のフレーム保持部材８６の内側に配設された拡張ドラム９０を具備している。拡張ドラム９０の上端は蓋９２で閉鎖されている。この拡張ドラム９０は、環状フレームＦの内径より小さく、環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴに貼着されるウエーハ１１の外径より大きい内径を有している。

拡張ドラム９０はその下端に一体的に形成された支持フランジ９４を有している。テープ拡張手段８４は更に、環状のフレーム保持部材８６を上下方向に移動する駆動手段９６を具備している。この駆動手段９６は支持フランジ９４上に配設された複数のエアシリンダ９８から構成されており、そのピストンロッド１００はフレーム保持部材８６の下面に連結されている。

複数のエアシリンダ９８から構成される駆動手段９６は、環状のフレーム保持部材８６を、その載置面８６ａが拡張ドラム９０の上端である蓋９２の表面と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム９０の上端より所定量下方の拡張位置との間で上下方向に移動する。

以上のように構成されたエキスパンド装置８０を用いて実施する半導体ウエーハ１１の分割ステップについて図６を参照して説明する。本実施形態の分割ステップでは、エキスパンド装置８０は、気密空間７４内に設置される。気密空間７４内には、加湿ユニット７６が配設されている。加湿ユニット７６は、加湿器及び湿度計を具備しており、湿度計で計測した湿度に基づいて加湿器を制御する。

エキスパンド装置８０が設置される気密空間７４内は加湿ユニット７６により加湿され、その湿度が所定値以上に保たれる。好ましくは、所定値以上の湿度は絶対湿度９．５ｇ／ｍ^３以上である。

本実施形態では、気密空間７４内にエキスパンド装置８０を設置して、気密空間７４内の湿度を管理しているが、エキスパンド装置８０を設置する部屋の雰囲気を絶対湿度９．５ｇ／ｍ^３以上になるように管理してもよい。

図６（Ａ）に示すように、半導体ウエーハ１１をエキスパンドテープＴを介して支持した環状フレームＦを、フレーム保持部材８６の載置面８６ａ上に載置し、クランプ８８によってフレーム保持部材８６を固定する。この時、フレーム保持部材８６はその載置面８６ａが拡張ドラム９０の上端と略同一高さとなる基準位置に位置付けられる。

次いで、エアシリンダ９８を駆動してフレーム保持部材８６を図６（Ｂ）に示す拡張位置に下降する。これにより、フレーム保持部材８６の載置面８６ａ上に固定されている環状フレームＦも下降するため、環状フレームＦに装着されたエキスパンドテープＴは拡張ドラム９０の上端縁に当接して主に半径方向に拡張される。

その結果、エキスパンドテープＴに貼着されている半導体ウエーハ１１に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１１に放射状に引張力が作用すると、ストリート１３に沿って形成された改質層１９は強度が低下されているので、この改質層１９が分割起点となって半導体ウエーハ１１が改質層１９に沿って割断され、個々の半導体チップ（デバイス）１５に分割される。

エキスパンド装置８０を設置する気密空間７４内の温度を２０℃に保って相対湿度を３６％〜７０％の範囲で変化させ、チップ１５に分割されたウエーハ１１の表面１１ａを顕微鏡で観察し、１００個のチップ１５上に付着した１μｍ以上のシリコン屑の数をカウントしたところ図７のグラフに示すような結果が得られた。

図７から明らかなように、２０℃相対湿度５５％ＲＨ以上でシリコン屑の付着数は減少しているのが観察される。よって、相対湿度５５％ＲＨ以上で分割ステップを実施するのが好ましいと結論付けられる。２０℃における飽和水蒸気密度は１７．３ｇ／ｍ^３であるので、２０℃相対湿度５５％ＲＨ以上とは絶対湿度で９．５ｇ／ｍ^３以上であると算出される。

上述した実施形態では、被加工物としてＭＥＭＳデバイスが形成されたシリコンウエーハ１１を採用した例について説明したが、本発明の分割方法が適用される被加工物はこれに限定されるものではなく、シリコンから形成された一般的な半導体ウエーハ、化合物半導体ウエーハ、結晶成長用基板としてサファイアやＳｉＣを採用した光デバイスウエーハ、デバイスが形成されていない各種のウエーハ及び基板にも本発明な分割方法は同様に適用可能である。

また、上述した実施形態では、図３に示すテープ貼着ステップを実施してからレーザビーム照射ステップを実施しているが、半導体ウエーハ１１を直接チャックテーブル２８で吸引保持し、レーザビーム照射ステップを実施してから図３に示すテープ貼着ステップを実施するようにしてもよい。

１１ 半導体ウエーハ
１３ 分割予定ライン（ストリート）
１５ デバイス
Ｔ エキスパンドテープ
Ｆ 環状フレーム
１９ 改質層
２８ チャックテーブル
３６ 集光器
７４ 気密空間
７６ 加湿ユニット
８０ エキスパンド装置（分割装置）

Claims (1)

1. 環状フレームを保持するフレーム保持手段とエキスパンドテープを拡張するテープ拡張手段とを含むエキスパンド装置を用いて、エキスパンドテープを介して環状フレームに支持された被加工物を分割する被加工物の分割方法であって、
   該エキスパンド装置は気密空間内に設置され、該気密空間内には、該気密空間を加湿する加湿器及び該気密空間の湿度を計測する湿度計を有する加湿ユニットが設置されており、
   該被加工物の分割方法は、
   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被加工物に照射して、被加工物の内部に改質層を形成するレーザビーム照射ステップと、
   該レーザビーム照射ステップを実施する前又は後に、被加工物にエキスパンドテープを貼着するテープ貼着ステップと、
   該レーザビーム照射ステップ及び該テープ貼着ステップを実施後、該エキスパンドテープを拡張することにより被加工物に外力を付与し、被加工物を該改質層に沿って分割する分割ステップと、を具備し、
   該分割ステップは、該湿度計で計測した湿度に基づいて該加湿器を制御しながら実施することを特徴とする被加工物の分割方法。

Images