JP2011171382A

JP2011171382A - 分割方法

Info

Publication number: JP2011171382A
Application number: JP2010031640A
Authority: JP
Inventors: Tetsukazu Sugitani; 哲一杉谷
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2011-09-01

Abstract

【課題】内部に改質層を形成することでワークを分割して得たチップの抗折強度の低下を抑制すること。
【解決手段】ある実施の形態における分割方法は、ワーク１の内部に焦点を合わせてワーク１を透過する波長のパルスレーザー光線をワーク１の裏面側から分割予定ラインに沿って照射することによって、分割予定ラインに沿って改質層を形成する工程と、ワーク１の裏面を研磨加工することによって、改質層の一部をワーク１の裏面に露出させつつ改質層が形成された分割予定ラインに沿ってワーク１を複数のチップ１０に分割する工程と、チップ１０に分割されたワーク１の裏面にプラズマエッチングを施すことによって、ワーク１の裏面に一部が露出した改質層を除去する工程とを含む。
【選択図】図６

Description

本発明は、半導体ウェーハ等のワークを分割する分割方法に関するものである。

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ェーハの表面に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって区画された複数の領域に、ＩＣやＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウェーハをストリートに沿って切断することによってデバイスが形成された領域毎にワークを分割し、個々のチップを製造している。また、サファイヤ基板等の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウェーハも同様に、分割予定ラインに沿って切断することで個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割しており、電気機器に広く利用されている。

このような半導体ウェーハや光デバイスウェーハ等のワークを分割予定ラインに沿って分割する方法として、ワークに対して透過性を有する波長のパルス状の加工用レーザー光線（パルスレーザー光線）を照射するレーザー加工方法が試みられている（例えば、特許文献１を参照）。このレーザー加工方法を用いた分割方法では、例えば、ワークの一方の面側からワークの内部に焦点を合わせた状態でワーク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、ワークの内部に分割予定ラインに沿った改質層を連続的に形成する。そして、ワークに外力を加えることにより、改質層が形成されたことで強度が低下した分割予定ラインに沿ってワークを分割している。

特許第３４０８８０５号公報

しかしながら、上記したように分割予定ラインに沿って改質層を形成し、外力を加えることでワークを分割する手法では、得られたチップの端面に改質層が残存してしまう。このように改質層が残存したままであると、チップの抗折強度が低下し、割れや欠けの原因となる。

本発明は、上記に鑑みて為されたものであり、内部に改質層を形成することでワークを分割して得たチップの抗折強度の低下を抑制することができる分割方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる分割方法は、表面に分割予定ラインが設定されたワークを前記分割予定ラインに沿って分割する分割方法であって、前記ワークの表面に保護テープを貼着する工程と、前記保護テープを介して前記ワークを保持面上で保持する工程と、前記ワークの裏面を研削加工して前記ワークを薄化する工程と、前記ワークの内部に焦点を合わせて前記ワークを透過する波長のパルスレーザー光線を前記ワークの裏面側から前記分割予定ラインに沿って照射することによって、前記分割予定ラインに沿って改質層を形成する工程と、前記ワークの裏面を研磨加工することによって、前記改質層の一部を前記ワークの裏面に露出させつつ前記改質層が形成された分割予定ラインに沿って前記ワークを複数のチップに分割する工程と、前記チップに分割された前記ワークの裏面にプラズマエッチングを施すことによって、前記ワークの裏面に一部が露出した前記改質層を除去する工程と、前記チップに分割された前記ワークの裏面に拡張テープを貼着する工程と、前記チップに分割された前記ワークの表面から前記保護テープを剥離する工程と、前記拡張テープを拡張することによって、前記チップ同士の間隔を広げる工程と、を含むことを特徴とする。

本発明では、ワークの内部に分割予定ラインに沿って改質層を形成することで分割予定ラインに沿ってワークを分割し、その後、プラズマエッチングによって改質層を除去することとした。これによれば、ワークを分割して得たチップの端面に残存する改質層を除去し、このチップの端面の状態を改善することができる。したがって、内部に改質層を形成することでワークを分割して得たチップの抗折強度の低下を抑制することができる。

図１は、保護テープ貼着工程を説明する図である。図２は、研削工程を説明する図である。図３は、分割対象のワークに対して改質層形成工程を実施するためのレーザー加工装置の構成例を示す模式図である。図４は、改質層形成工程を説明する図である。図５は、分割工程を説明する図である。図６は、改質層除去工程を説明する図である。図７は、拡張テープ貼着工程を説明する図である。図８は、保護テープ剥離工程を説明する図である。図９は、拡張工程を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態である分割方法について図面を参照して説明する。本実施の形態の分割方法で分割対象とするワークとしては、例えば、略円板形状を有する基板の表面に複数のデバイスが形成された半導体ウェーハが挙げられる。この半導体ウェーハの表面側は、互いに直交する分割予定ラインによって格子状に区画されており、これら区画された領域内にデバイスが形成された構成となっている。本実施の形態の分割方法は、このような半導体ウェーハ等のワークを、その表面に設定された分割予定ラインに沿って分割するものである。なお、ワークの具体例は、特に限定されるものではなく、例えばシリコン（Ｓｉ）やガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の半導体ウェーハの他、セラミック、ガラス、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）系の無機材料基板等が挙げられる。

図１、図２および図４〜図９は、本実施の形態の分割方法の各工程を説明する図であり、各工程における分割対象のワーク１の断面図を示している。具体的には、図１は保護テープ貼着工程を説明する図であり、図２は研削工程を説明する図であり、図４は、改質層形成工程を説明する図であり、図５は分割工程を説明する図であり、図６は改質層除去工程を説明する図であり、図７は拡張テープ貼着工程を説明する図であり、図８は保護テープ剥離工程を説明する図であり、図９は拡張工程を説明する図である。なお、これら各図では、分割対象のワーク１をその表面１１１に機能層１２が形成されたものとして図示している。また、図３は、分割対象のワーク１に対して図４を参照して説明する改質層形成工程を実施するためのレーザー加工装置の構成例を示す模式図である。

本実施の形態の分割方法では先ず、保護テープ貼着工程を実施し、図１に示すように、機能層１２が形成されたワーク１の表面１１１に保護テープ１３を貼着する。この保護テープ１３は、後段の研削工程や改質層形成工程、分割工程、エッチング工程においてワーク１の表面１１１を保護するために貼着される。

その後、保持工程を実施する。この保持工程は、例えば、続く研削工程でワーク１に研削加工を施す不図示の研削装置において、この研削装置を構成する保持手段によってワーク１を保持することで行う。ここで、保持手段は、ワーク１に応じた大きさの水平な保持面を有するものであり、この保持手段に対し、ワーク１は、裏面１１２を上にして搬入される。そして、この保持手段は、保持面上でワーク１をその表面１１１に貼着された保護テープ１３を介して保持する。

続いて、不図示の研削装置によって研削工程を実施する。研削装置は、例えば、研削砥石を有する研削ホイールを回転させながら前述の保持面上に保持されたワーク１の裏面１１２に押圧することで、ワーク１の裏面１１２に研削加工を施すものである。研削工程では、この研削装置によってワーク１の裏面１１２を研削加工し、図２に示すように、ワーク１を所定の厚さに薄化する。

続いて、レーザー加工装置によって改質層形成工程を実施する。ここで、この改質層形成工程を実施するレーザー加工装置の構成について説明する。図３に示すように、レーザー加工装置２は、保持手段２１と、レーザー加工手段２３と、これら各部の動作を制御する制御手段２５とを含む。

保持手段２１は、研削装置を構成する保持手段と同様に、ワーク１に応じた大きさの水平な（ＸＹ平面と平行な）保持面２１１を有する。レーザー加工装置２の保持手段２１に対しても、ワーク１は、裏面１１２を上にして搬入される。そして、保持手段２１は、保持面２１１上のワーク１をその表面１１１に貼着された保護テープ１３を介して保持する。このようにワーク１を保持面２１１上で保持する保持手段２１は、不図示の駆動手段によってＸ軸方向およびＹ軸方向に移動自在に構成されており、制御手段２５の制御のもと、保持手段２１をＸ軸方向に加工送りするとともに、保持手段２１をＹ軸方向に割り出し送りする。さらに、保持手段２１は、不図示の回転駆動手段により、保持面２１１の中心を通る鉛直軸を軸中心として回転自在に構成されている（矢印Ａ１）。

レーザー加工手段２３は、保持面２１１上のワーク１にレーザー加工を施すためのものであり、支持部材２３１と、この支持部材２３１に対して互いの位置関係が固定された状態で取り付けられたレーザー照射ユニット２３３および撮像ユニット２３５とを備える。

レーザー照射ユニット２３３は、保持面２１１上のワーク１に対してパルスレーザー光線を照射するものであり、その下端部に保持面２１１上のワーク１の表面１１１と対向するように配設された集光器２３４を具備している。集光器２３４は、レーザー照射ユニット２３３の内部に配設されたレーザー光線発振手段によって発振されるパルスレーザー光線を保持面２１１上のワーク１に向けて集光させるための集光レンズが内部に配設されたものである。レーザー光線発振手段は、例えばＹＡＧレーザー発振器やＹＶＯ４レーザー発振器からなり、集光器２３４の鉛直下方に位置付けられるワーク１に対して透過性を有する所定波長のパルスレーザー光線を発振する。

撮像ユニット２３５は、ワーク１の分割すべき位置（ワーク１の分割予定ライン上の位置）を集光器２３４の鉛直下方に位置付けるアライメントを行うためのものである。この撮像ユニット２３５は、例えば、保持面２１１上のワーク１と対向するように配設された対物レンズ等を含む顕微鏡構造体と、この顕微鏡構造体によるワーク１の拡大観察像を撮像するカメラとからなり、保持面２１１上のワーク１を撮像し、得られた画像データを制御手段２５に出力する。

なお、支持部材２３１は、レーザー照射ユニット２３３および撮像ユニット２３５をＺ軸方向に移動自在に支持しており、集光器２３４に内蔵された集光レンズを保持面２１１に対して垂直に移動させることができる。このように、レーザー照射ユニット２３３は、集光レンズによって集光されるパルスレーザー光線の焦点位置（Ｚ位置）の調整が可能な構成とされている。

制御手段２５は、レーザー加工装置２の動作に必要な各種データを保持するメモリを内蔵したマイクロコンピュータ等で構成され、レーザー加工装置２を構成する各部の動作を制御してレーザー加工装置２を統括的に制御する。この制御手段２５の制御のもと、レーザー加工装置２は、改質層形成工程を実施する。

すなわち、この改質層形成工程では、先ず、保持手段２１に対して裏面１１２を上にした状態でワーク１を搬入し、保持面２１１上でワーク１をその表面１１１に貼着された保護テープ１３を介して保持する。続いて、保持手段２１をＸＹ平面内で移動させて保持面２１１上のワーク１を撮像ユニット２３５の鉛直下方に位置付け、撮像ユニット２３５によって保持面２１１上のワーク１を撮像することでアライメントを実施する。具体的には、保持面２１１上のワーク１を撮像して得た画像データにパターンマッチング等の画像処理を施すことで分割予定ラインの位置（より詳細には分割予定ラインの幅方向の中心位置）を検出する。そして、この画像処理の結果をもとに、加工対象の分割予定ラインを集光器２３４の鉛直下方に位置付ける。

ここで、ワーク１は、上記したように、裏面１１２を上にして保持面２１１上で保持されるが、ワーク１の分割すべき位置である分割予定ラインは、ワーク１の表面１１１に設定されている。したがって、例えばワーク１がシリコンウェーハの場合には、撮像ユニット２３５を構成するカメラを赤外線用のカメラで構成する。そして、保持面２１１上のワーク１を透過させてワーク１の表面１１１側を撮像し、得られた画像データにパターンマッチング等の画像処理を施すことで分割予定ラインを検出する。ただし、ここではワーク１の表面１１１に設定された分割予定ラインが検出できればよく、ワーク１の種類に応じて例えば可視光のカメラ等を適宜選択して用いることとしてよい。

そして、このようにして加工対象の分割予定ラインを集光器２３４の鉛直下方に位置付けたならば、レーザー加工装置２は、加工対象の分割予定ラインに沿って改質層を形成する。すなわち先ず、パルスレーザー光線の焦点位置がワーク１内部の所定の深さ位置となるように予め設定されたＺ位置に支持部材２３１を移動させ、ワーク１内部の所定の深さ位置に集光レンズの焦点を合わせる。そして、保持手段２１をＸ軸方向に加工送りしながらレーザー照射ユニット２３３によって順次パルスレーザー光線を照射する。これにより、パルスレーザー光線がワーク１内部の所定の深さ位置に集光された状態で分割予定ラインに沿って照射され、この結果、ワーク１の内部に加工対象の分割予定ラインに沿って改質層が形成される。

その後は、順次隣接する分割予定ラインを集光器２３４の鉛直下方に位置付けて加工対象を移しながら、分割予定ラインのそれぞれに沿って改質層を形成する。そして、直交する一方の分割予定ライン全てに対してそれぞれ改質層を形成したならば、保持手段２１を９０度回転させることで他方の分割予定ラインがＸ軸方向に沿うようにワーク１の姿勢を変更する。そして、一方の分割予定ラインに対する動作と同様にアライメントを行った後、順次他方の分割予定ラインを集光器２３４の鉛直下方に位置付けて加工対象を移しながら、この他方の分割予定ラインのそれぞれに沿って改質層を形成する。

ここで、改質層とは、密度や屈折率、機械的強度、あるいはその他の物理的特性が周囲とは異なる状態となった領域のことをいう。例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等が挙げられ、これらが混在した領域を含む。

以上説明した改質層形成工程を経て、ワーク１の内部には、図４に示すように、全ての分割予定ラインのそれぞれに沿って改質層１４が形成される。なお、図４に示す断面は、保持面２１１上のワーク１の例えばＹ軸方向に沿った断面を示しており、改質層形成工程によってＹ軸方向に直交するＸ軸方向に沿った分割予定ライン（紙面と直交する方向に沿った分割予定ライン）に沿ってワーク１の内部に形成された改質層１４を示している。

改質層形成工程を実施したならば、続いて、不図示の研磨装置によって分割工程を実施するが、この分割工程に先立ち、研磨装置を構成する保持手段によって改質層１４が形成されたワーク１を保持する。保持手段は、ワーク１に応じた大きさの水平な保持面を有するものであり、この保持手段に対し、ワーク１は、裏面１１２を上にして搬入される。この保持手段は、保持面上でワーク１をその表面１１１に貼着された保護テープ１３を介して保持する。

研磨装置は、例えば、研磨パッド等の乾式の研磨工具を回転させながら前述の保持面上に保持されたワーク１の裏面１１２に押圧することで、ワーク１の裏面１１２に研磨加工を施すものである。前段の改質層形成工程では、上記したようにパルスレーザー光線をワーク１内部の所定の深さ位置に集光させて照射することでワーク１内部に改質層１４を形成する。このため、図４では、ワーク１の裏面に露出しているものとして改質層１４を図示しているが、改質層形成工程の実施後は、必ずしも図４に示すようにワーク１の裏面１１２に改質層１４が露出しているとは限らない。そこで、分割工程では、この研磨装置によってワーク１の裏面１１２を研磨工具で押圧しながら研磨加工することで各分割予定ラインに沿って形成された改質層の一部をワーク１の裏面１１２に露出させて裏面１１２を平坦化しつつ、この改質層１４が形成された分割予定ラインに沿ってワーク１を分割する。

すなわち、分割工程では、研磨工具によってワーク１の裏面１１２を押圧することでワーク１に外力を加え、図５に示すように、改質層１４が形成されて強度が低下している分割予定ラインに沿ってワーク１を破断してチップ１０に分割する。この結果、ワーク１は、個々のデバイスに分離（個片化）される。また、分割工程では、ワーク１の裏面１１２を研磨することで、各分割予定ラインに沿った改質層１４のそれぞれをワーク１の裏面１１２に露出させる。なお、ワーク１に外力を加えると、内部の改質層１４を基点としたクラックがワーク１の裏面１１２に発生する場合があるが、分割工程では、ワーク１の裏面１１２を研磨するため、このようなワーク１の裏面１１２に発生したクラックも除去される。

続いて、エッチング工程を実施する。このエッチング工程では、チップ１０に分割されたワーク１の裏面１１２にプラズマエッチングを施し、ワーク１の裏面１１２から改質層１４を除去する。なお、改質層１４には、改質層形成時に生じたストレス（内部応力）や、研磨による分割時に隣り合うチップと衝突することによって生じたダメージ等が存在するため、他の箇所に比べて優先的にエッチングによる除去が進む。この結果、図６に示すように、分割されたワーク１の破断面に存在していた改質層が除去され、チップ１０の端面１０１の状態（端面の形状）が改善される。

続いて、拡張テープ貼着工程を実施し、図７に示すように、チップ１０に分割されたワーク１の裏面１１２に伸縮性を有する拡張テープ１７を貼着する。実際には、この拡張テープ貼着工程に先立ち、チップ１０に分割されたワーク１の裏面１１２にＤＡＦ（Die Attach Film）等の接着フィルム１６を配設し、その後、この接着フィルム１６を介して拡張テープ１７を貼着する。その後、保護テープ剥離工程を実施し、図８に示すように、ワーク１の表面１１１に貼着された保護テープ１３を剥離する。

そして、例えば不図示の拡張装置によって拡張工程を実施するが、この拡張工程に先立ち、拡張装置を構成する保持手段によってチップに分割されたワーク１を保持する。保持手段は、ワーク１に応じた大きさの水平な保持面を有するものであり、この保持手段に対し、ワーク１は、表面１１１を上にして搬入される。この保持手段は、保持面上でワーク１をその裏面１１２に貼着された拡張テープ１７を介して保持する。

拡張装置は、ワーク１の裏面１１２に貼着された拡張テープ１７の終端を引き伸ばして拡張テープ１７を拡張させることにより、ワーク１に対して放射状に引張力を作用させるものである。拡張工程では、この拡張装置によって図９中に矢印Ａ２１、Ａ２２に示すように拡張テープ１７を拡張させることで、分割されたチップ１０同士の間隔を広げる。

以上説明したように、本実施の形態では、ワーク１の内部に焦点を合わせてワーク１を透過する波長のパルスレーザー光線をワーク１の裏面１１２側から分割予定ラインに沿って照射することで、ワーク１の内部に分割予定ラインに沿って改質層１４を形成することとした。そして、ワーク１の裏面１１２を研磨加工することで、改質層１４の一部をワーク１の裏面１１２に露出させつつワーク１に外力を加え、改質層１４が形成された分割予定ラインに沿ってワーク１をチップ１０に分割することとした。その後、ワーク１の裏面１１２にプラズマエッチングを施し、ワーク１の裏面１１２から改質層１４を除去することとした。これによれば、ワーク１を分割して得たチップ１０の端面１０１に存在する改質層１４を除去することができ、チップ１０の端面形状を改善することができる。したがって、内部に改質層１４を形成することでワーク１を分割して得たチップ１０の抗折強度の低下を抑制することができる。

以上のように、本発明の分割方法は、内部に改質層を形成することでワークを分割して得たチップの抗折強度の低下を抑制するのに適している。

１ワーク
１０チップ
１３保護テープ
１４改質層
１６接着フィルム（ＤＡＦ）
１７拡張テープ

Claims

表面に分割予定ラインが設定されたワークを前記分割予定ラインに沿って分割する分割方法であって、
前記ワークの表面に保護テープを貼着する工程と、
前記保護テープを介して前記ワークを保持面上で保持する工程と、
前記ワークの裏面を研削加工して前記ワークを薄化する工程と、
前記ワークの内部に焦点を合わせて前記ワークを透過する波長のパルスレーザー光線を前記ワークの裏面側から前記分割予定ラインに沿って照射することによって、前記分割予定ラインに沿って改質層を形成する工程と、
前記ワークの裏面を研磨加工することによって、前記改質層の一部を前記ワークの裏面に露出させつつ前記改質層が形成された分割予定ラインに沿って前記ワークを複数のチップに分割する工程と、
前記チップに分割された前記ワークの裏面にプラズマエッチングを施すことによって、前記ワークの裏面に一部が露出した前記改質層を除去する工程と、
前記チップに分割された前記ワークの裏面に拡張テープを貼着する工程と、
前記チップに分割された前記ワークの表面から前記保護テープを剥離する工程と、
前記拡張テープを拡張することによって、前記チップ同士の間隔を広げる工程と、
を含むことを特徴とする分割方法。