JP7140576B2 - ウェーハの分割方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ウェーハの分割方法に関する。
分割予定ラインを備えるウェーハを分割する方法が、特許文献１に開示されている。この方法では、分割予定ラインに沿って、ウェーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線を照射して、ウェーハの内部に改質層を形成する。その後、改質層に外力を加えて、ウェーハを分割する。
特許文献２には、改質層が形成されたウェーハに外力を加える方法が記載されている。この方法では、水槽に配置されたウェーハに超音波振動を伝えることにより、ウェーハを分割する。
特開２００２－１９２３６７号公報 特開２００５－１３５９６４号公報
しかし、特許文献２の方法では、ウェーハが、全ての分割予定ラインで同時に分割されないこと、すなわち、分割残りが発生することがある。
本発明における目的は、ウェーハを分割する際に、分割残りが発生することを抑制することにある。
本発明にかかるウェーハの分割方法（本分割方法）は、本超音波ホーンを用いたウェーハの分割方法であって、本超音波ホーンは、超音波振動を集中させて付与する超音波ホーンであって、該超音波振動を集中させたい一点を中心に該一点側を凹ませてドーム状に形成される輻射面を有する振動子と、該振動子の外周部を保持するハウジングと、を備え、該ウェーハを透過する波長を有するパルスレーザー光線を、その集光点を該ウェーハの内部に位置づけた状態で、該ウェーハに照射しながら、該ウェーハの分割予定ラインに沿って移動させることによって形成された、該分割予定ラインに沿った改質層を内部に有する該ウェーハを、載置テーブルに載置し、該載置テーブルを水槽において水没させる搬送および水没工程と、水没した該ウェーハの該改質層に沿って、該ウェーハの上方に位置づけられた該超音波ホーンを移動し、該ウェーハの上面に該超音波振動を順に付与することによって該改質層を起点に該ウェーハを分割する分割工程と、を備える。
本超音波ホーンでは、振動子が、超音波振動を集中させたい一点側を凹ませてドーム状に形成される輻射面を有する。このため、振動子から輻射された超音波振動を、該一点に集中することができる。
また、本分割方法では、ウェーハの分割予定ラインに沿って、強度の弱い改質層が形成されている。そして、本超音波ホーンが、ウェーハの分割予定ラインに沿って移動しながら、ウェーハの上面に、水を介して、超音波振動を順に付与する。したがって、本分割方法では、ウェーハの全ての改質層に、改質層ごとに集中的に超音波振動を付与することが可能となる。このため、ウェーハを、改質層に沿って良好に分割することが可能となるため、分割残りの発生を抑制することができる。
本実施形態にかかる被加工物の一例であるウェーハを示す斜視図である。 本実施形態にかかる分割方法の搬送工程及び水没工程を示す説明図である。 本実施形態にかかる分割方法の分割工程を示す説明図である。
まず、本実施形態にかかる被加工物ついて、簡単に説明する。
図１に示すように、本実施形態にかかる被加工物の一例であるウェーハ１は、たとえば、円板状のシリコン基板である。ウェーハ１の表面２ａには、デバイス４を含むデバイス領域５が形成されている。デバイス領域５では、格子状の分割予定ライン３によって区画された部分のそれぞれに、デバイス４が形成されている。ウェーハ１の裏面２ｂは、デバイス４を有しておらず、研削砥石などによって研削される。
本実施形態にかかる分割方法（本分割方法）では、ウェーハ１は、分割予定ライン３に沿って分割される。これにより、ウェーハ１が、それぞれ１個のデバイス４を含む複数のチップに分断される。
（１）改質層形成工程
本分割方法では、まず、公知の技術を用いて、ウェーハ１に改質層を形成する改質層形成工程を実施する。改質層の形成では、たとえば、パルスレーザー光線を照射する装置を準備する。この装置からのパルスレーザー光線は、ウェーハ１を透過する波長（たとえば赤外光領域）を有する。このパルスレーザー光線を、その集光点をウェーハ１の内部に位置づけた状態で、ウェーハ１に照射しながら、ウェーハ１の分割予定ライン３に沿って移動させる。これにより、ウェーハ１の内部に、図２に示すように、分割予定ライン３に沿った改質層３１が形成される。
なお、本実施形態では、パルスレーザー光線を、その集光深度を変えながら、１本の分割予定ライン３に対して、たとえば、３回、照射する。これにより、１本の分割予定ライン３に沿って、ウェーハ１の厚み方向に並ぶ３本の改質層３１が形成される。
（２）搬送および水没工程
次に、改質層３１を有するウェーハ１を、搬送装置によって載置テーブルに載置する搬送工程、および、載置テーブルを水槽において水没させる水没工程を実施する。ここで、本分割方法において用いられる搬送装置、載置テーブルおよび水槽の構成について説明する。
図２に示すように、本分割方法の搬送装置１１は、ウェーハ１を吸引保持する搬送パッド２１、搬送パッド２１の吸引源１７、搬送パッド２１を支持するアーム部１５、アーム部材１５の駆動源１３、および、搬送パッド２１とアーム部１５とを連結する連結部材１９を備えている。
駆動源１３は、アーム部１５の駆動源かつ支持部材である。アーム部１５では、その基端側が駆動源１３に連結されている一方、先端側が、連結部材１９を介して、搬送パッド２１を保持している。アーム部１５は、駆動源１３を旋回軸としてＸＹ平面上で旋回可能である。さらに、アーム部１５は、駆動源１３を昇降軸として、Ｚ軸に沿って上下方向に昇降可能である。
搬送パッド２１は、ウェーハ１を吸引保持する吸着部２３、および、吸着部２３を覆う枠体２５を備えている。枠体２５は、連結部材１９に接続されており、吸着部２３を支持している。吸着部２３は、ポーラスセラミックス等の多孔質材料からなり、円板状に形成されている。
吸引源１７は、真空発生装置及びコンプレッサー等を含み、Ｚ方向に延びる連通路１７１を有している。連通路１７１は、アーム部１５、連結部材１９および枠体２５を貫通し、吸着部２３にまで到達している。したがって、吸引源１７は、この連通路１７１を介して、吸着部２３に接続されている。吸引源１７が連通路１７１を介して吸着部２３を吸引することにより、吸着部２３の表面に負圧が生じる。吸着部２３は、この負圧によって、ウェーハ１を吸引保持する。
また、図２に示すように、載置テーブル４１は、ＸＹ平面に平行な載置面を有し、水槽５１の底部に配置および固定されている。また、載置テーブル４１は、Ｚ軸方向に延びる回転軸（図示せず）を有しており、この回転軸を中心に、ＸＹ平面内で回転可能である。載置テーブル４１は、この回転軸を中心として、水槽５１内で、たとえば、少なくとも９０°回転することが可能である。
水槽５１は、下面中央に配置されたナット部５２を備えている。水槽５１は、Ｘ軸方向に移動可能な摺動部材５５を介して、Ｘ軸方向移動手段５３に支持されている。Ｘ軸方向移動手段５３は、水槽５１をＸ軸方向（紙面に垂直な方向）に移動するための部材である。Ｘ軸方向移動手段５３は、Ｘ軸に平行に配されたボールネジ５９、および、ボールネジ５９を回転させるモーター５７を備えている。ボールネジ５９は、水槽５１のナット部５２に係合されている。したがって、モーター５７の駆動力によってボールネジ５９が回転することにより、水槽５１が、ナット部５２を介して移動力を受けて、Ｘ軸方向に沿って移動する。
このような構成を有する搬送装置１１および載置テーブル４１を用いた、本分割方法の搬送工程および水没工程について説明する。まず、ウェーハ１の表面２ａに、デバイス４を保護するための保護テープＴを貼付する。その後、アーム部１５を、駆動源１３からの駆動力を用いて、ＸＹ平面内で旋回させることによって、所定の位置に載置されているウェーハ１の裏面２ｂ側の上方に、搬送パッド２１を配置する。そして、アーム部１５をＺ方向に沿って降ろすことにより、搬送パッド２１をウェーハ１の裏面２ｂに接触させる。さらに、吸引源１７を動作させることにより、搬送パッド２１の吸着部２３によってウェーハ１を吸引保持する。
この状態で、アーム部１５を旋回および昇降することにより、ウェーハ１を、水槽５１内の載置テーブル４１上に載置する。そして、公知の方法により、ウェーハ１を載置テーブル４１に固定する。その後、ウェーハ１における分割予定ライン３の方向が、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿うように、ウェーハ１のＸＹ平面内での位置を調整する。この調整は、載置テーブル４１のＸＹ平面内での回転によって実施される。
次に、図示しない水供給源から水槽５１内に水を供給することにより、水槽５１内を所定量の水Ｗによって満たす。これにより、水槽５１内の載置テーブル４１に保持されたウェーハ１が水没する。
その後、吸引源１７からの吸引力を停止して、搬送パッド２１を、ウェーハ１から切り離し、Ｚ方向に沿って上方に移動させる。これにて、搬送および水没工程が完了する。
（３）分割工程
次に、水没しているウェーハ１を、超音波振動を用いてチップに分割する分割工程を実施する。分割工程では、図３に示すように、水没したウェーハ１上に超音波分割装置６１を配置する。そして、ウェーハ１の分割予定ライン３に沿って、ウェーハ１の上方に位置づけられた超音波ホーン６９を移動し、ウェーハ１の上面の分割予定ライン３に超音波振動を順に付与することによって、改質層３１を起点にウェーハ１を分割する。
以下に、本分割方法において用いられる超音波分割装置６１の構成について説明する。 図３に示すように、超音波分割装置６１は、高周波電圧を出力する高周波電源供給部６３、超音波振動を輻射する超音波ホーン６９、超音波ホーン６９をＹ軸方向に沿って移動させるためのＹ軸方向移動手段６５、超音波ホーン６９を昇降させるための昇降手段６７、および、Ｙ軸方向移動手段６５と昇降手段６７とに係合されたナット部６６を備えている。
高周波電源供給部６３は、高周波電圧を超音波ホーン６９に出力する。Ｙ軸方向移動手段６５は、超音波ホーン６９をＹ軸方向に沿って移動させるための部材であり、Ｙ軸方向に延びるボールネジを含んでいる。ナット部６６は、Ｙ軸方向移動手段６５のボールネジと係合されており、このボールネジの回転に伴って、Ｙ軸方向に沿って移動する。
昇降手段６７の下端は、超音波ホーン６９を保持している。昇降手段６７の上端は、ナット部６６に、Ｚ軸方向に沿って昇降可能に保持されている。したがって、昇降手段６７は、超音波ホーン６９とともに、Ｚ軸方向に沿って昇降可能である。
次に、超音波ホーン６９について説明する。図３に示すように、超音波ホーン６９は、超音波振動を輻射する超音波振動子７３、および、超音波振動子７３の外周部を保持するハウジング７１を含んでいる。
超音波振動子７３は、高周波電源供給部６３に接続された一次振動子７５、および、一次振動子７５に隣接する超音波振動板７７を備えている。一次振動子７５は、高周波電源供給部６３からの１ＭＨｚ～３ＭＨｚの高周波電圧を受けて振動するように構成されている。超音波振動板７７は、一次振動子７５に隣接するように配置され、超音波振動を輻射する輻射面７９を有している。超音波振動板７７は、一次振動子７５の振動に共振することにより、輻射面７９から、水Ｗを介して超音波振動を輻射する。ここで、輻射面７９は、輻射面７９から輻射される超音波振動が、輻射面７９から所定距離だけ離れた位置で焦点を結ぶように、ドーム形状に形成されている。したがって、輻射面７９から輻射される超音波振動は、焦点に集中する。すなわち、超音波振動子７３の一方の面である輻射面７９は、超音波振動を集中させたい一点となる焦点を中心に、この一点側を凹ませてドーム状に形成されている。
また、超音波分割装置６１は、ウェーハ１の裏面２ｂから、ウェーハ１を透過してウェーハ１の表面２ａを撮影することの可能な、図示しないアライメントカメラを有している。このアライメントカメラは、たとえば赤外線カメラである。このアライメントカメラを用いることにより、ウェーハ１の裏面２ｂ側から、改質層３１を撮影することが可能である。
このような構成を有する超音波分割装置６１を用いた、本分割方法の分割工程について説明する。水没工程を実施した後、載置テーブル４１に保持されたまま水没しているウェーハ１の裏面２ｂ上に、超音波分割装置６１を配置する。
次に、Ｘ軸方向移動手段５３およびＹ軸方向移動手段６５を用いて、ＸＹ平面内におけるウェーハ１に対する超音波ホーン６９の相対位置の制御を実施する。この制御により、超音波ホーン６９における超音波振動子７３の焦点（輻射面７９の焦点）が、ウェーハ１におけるＸ方向に延びる１本目の分割予定ライン３の上方に配置される。なお、この制御には、上述したアライメントカメラが用いられる。
次いで、昇降手段６７を制御して、超音波ホーン６９のＺ軸方向の位置を制御する。この制御により、超音波振動子７３の焦点の高さが、ウェーハ１の裏面２ｂの高さとなる。これにより、超音波振動子７３の焦点が、ウェーハ１の裏面２ｂにおける分割予定ライン３上に配置される。この状態で、高周波電源供給部６３を駆動して超音波振動子７３に高周波電圧を出力し、超音波振動子７３から超音波振動を輻射させる。これにより、ウェーハ１の分割予定ライン３に沿って形成される改質層３１の直上のウェーハ１の裏面２ｂに向けて、水槽５１内の水Ｗを介して、超音波振動が、集中的に輻射される。
また、超音波振動子７３の焦点を、改質層３１に位置づけてもよい。
さらに、超音波ホーン６９の超音波振動子７３から分割予定ライン３に沿って形成される改質層３１に向けて超音波振動を輻射しながら、超音波ホーン６９を、Ｘ軸方向に延びる分割予定ライン３に沿って、ウェーハ１に対して相対的に移動させる。すなわち、水槽５１を保持しているＸ軸方向移動手段５３のモーター５７を駆動して、載置テーブル４１を、水槽５１ごとＸ軸方向に移動させる。１本の分割予定ライン３の全域に超音波振動を輻射した後、Ｙ軸方向移動手段６５および昇降手段６７を用いて、超音波振動子７３の焦点を、Ｘ軸方向に延びるＹ軸方向の位置が異なる別の分割予定ライン３上にあわせ、この分割予定ライン３に沿って、超音波ホーン６９と水槽５１とをＸ軸方向に相対的に移動させる。
このようにして、ウェーハ１における１つの方向に平行な全ての分割予定ライン３の全域に、超音波振動を輻射する。その後、載置テーブル４１を９０°回転させて、既に超音波振動が輻射された分割予定ライン３に垂直な分割予定ライン３に対して、同様に超音波振動を輻射する。
このようにして、ウェーハ１における全ての分割予定ライン３の全域に、超音波振動が付与される。ウェーハ１では、分割予定ライン３が形成される面の反対面のウェーハ１の裏面２ｂに超音波振動による外力が加えられることにより、分割予定ライン３に沿って形成されている強度の弱い改質層３１を起点として、割れが発生する。このため、ウェーハ１が、この分割予定ライン３に沿って分割される。これにより、ウェーハ１が小片化し、複数のチップが生成される。
上記は、水槽５１をＸ軸方向に移動させＸ軸方向に延びる分割予定ラインに沿って分割させているが、超音波ホーン６９をＹ軸方向に移動させＹ軸方向に延びる分割予定ラインを分割させてもよい。
以上のように、本分割方法において用いられる超音波ホーン６９では、超音波振動子７３の一方の面である輻射面７９が、超音波振動を集中させたい一点となる焦点を中心に、この一点側を凹ませてドーム状に形成されている。これにより、超音波振動子７３から輻射された超音波振動を、一点に集中することができる。
また、本分割方法では、ウェーハ１の分割予定ライン３に沿って、強度の弱い改質層３１が形成されている。そして、超音波ホーン６９が、ウェーハ１の分割予定ライン３に沿って移動しながら、ウェーハ１の上面に、水Ｗを介して、超音波振動を順に付与する。したがって、本分割方法では、ウェーハ１の全ての改質層３１に、改質層３１ごとに集中的に超音波振動を付与することが可能となる。このため、ウェーハ１を、改質層３１に沿って良好に分割することが可能となるため、分割残りの発生を抑制することができる。
なお、搬送装置１１および超音波分割装置６１は、そのいずれかが水槽５１内のウェーハ１上に配置されるように、水槽５１に対して旋回駆動されるように構成されていてもよい。あるいは、ＸＹ平面方向に並行に配置された搬送装置１１および超音波分割装置６１のいずれかの下部にウェーハ１が配置されるように、水槽５１が平面的（たとえば直線的）に移動してもよい。
また、本実施形態では、搬送装置１１がウェーハ１を載置テーブル４１に載置した後、水槽５１に水が供給され、その後、搬送装置１１がウェーハ１から切り離される。しかしながら、これに限らず、搬送装置１１の搬送パッド２１が、ウェーハ１を載置テーブル４１に載置した後でウェーハ１から切り離され、その後に水槽５１に水が供給されてもよい。
また、本実施形態では、水槽５１内に予め配置されている載置テーブル４１に、搬送装置１１によってウェーハ１が載置され、ウェーハ１を載置テーブル４１に対してアライメントした後、水槽５１内に水が供給される。しかしながら、これに限らず、水が溜められている水槽５１内の載置テーブル４１に、ウェーハ１が載置されてもよい。あるいは、水槽５１外に配置されている載置テーブル４１に、搬送装置１１によってウェーハ１が載置され、その後、ウェーハ１を保持している載置テーブル４１が、水が溜められている水槽５１に配置されてもよい。
１：ウェーハ、２ａ：表面、２ｂ：裏面、
３：分割予定ライン、３１：改質層、４：デバイス、
１１：搬送装置、１３：駆動源、１５：アーム部、１７：吸引源、１７１：連通路、
１９：連結部材、２１：搬送パッド、２３：吸着部、２５：枠体、
４１：載置テーブル、５１：水槽、５２：ナット部、５３：Ｘ軸方向移動手段、
５５：摺動部材、５７：モーター、５９：ボールネジ
６１：超音波分割装置、６３：高周波電源供給部、６５：Ｙ軸方向移動手段、
６６：ナット部、６７：昇降手段、６９：超音波ホーン、７１：ハウジング、
７３：超音波振動子、７５：一次振動子、７７：超音波振動板、７９：輻射面

Claims (1)

  1. 超音波ホーンを用いたウェーハの分割方法であって、
    該超音波ホーンは、超音波振動を集中させて付与する超音波ホーンであって、該超音波振動を集中させたい一点を中心に該一点側を凹ませてドーム状に形成される輻射面を有する振動子と、該振動子の外周部を保持するハウジングと、を備え、
    該ウェーハを透過する波長を有するパルスレーザー光線を、その集光点を該ウェーハの内部に位置づけた状態で、該ウェーハに照射しながら、該ウェーハの分割予定ラインに沿って移動させることによって形成された、該分割予定ラインに沿った改質層を内部に有する該ウェーハを、載置テーブルに載置し、該載置テーブルを水槽において水没させる搬送および水没工程と、
    水没した該ウェーハの該改質層に沿って、該ウェーハの上方に位置づけられた該超音波ホーンを移動し、該ウェーハの上面に該超音波振動を順に付与することによって該改質層を起点に該ウェーハを分割する分割工程と、
    を備えるウェーハの分割方法。
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