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JP5904720B2 - ウエーハの分割方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ウエーハ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ウエーハの内部に改質層を形成した後、ウエーハに外力を付与してウエーハをデバイスチップに分割するウエーハの分割方法に関する。
半導体デバイス製造プロセスにおいては、表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された各領域にデバイスが形成された半導体ウエーハを、分割予定ラインに沿って切削することによりデバイスが形成された領域を分割して個々のデバイスチップを製造している。
ウエーハの切削加工には従来はダイシングソーと呼ばれる切削装置が使用されてきたが、光デバイスウエーハの結晶成長用基板となるサファイア、ＳｉＣ等の硬質脆性材料の切削はダイシングソーでは困難であるため、近年になりレーザ加工装置によるレーザ加工によりウエーハを複数のデバイスに分割する技術が注目されている。
このレーザ加工装置を使用したレーザ加工方法の一つに、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザビームを使用してウエーハの内部に改質層（脆弱な層）を形成し、強度が低下した改質層に沿ってエキスパンド装置等でウエーハに外力を付与することにより、ウエーハを複数のデバイスチップへと分割する技術が例えば特開２００５−１２９６０７号公報に開示されている。
このレーザ加工方法では、切削装置による切削加工では必ず発生する切削屑の発生が殆ど無く、切り代も非常に小さいため分割予定ラインの縮小化に対応可能である。
特開２００５−１２９６０７号公報 特開２００７−１８９０５７号公報
しかし、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザビームを使用してウエーハの内部に改質層を形成し、改質層が形成されたウエーハに外力を付与して分割すると、分割して形成された各デバイスチップの側面には分割屑が発生する。この分割屑がデバイスの表面に付着するとデバイスの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障をきたすという問題がある。
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、ウエーハの分割によって生ずる分割屑によってデバイスの品質を低下させることがなく、後工程に支障をきたす恐れのないウエーハの分割方法を提供することである。
本発明によると、表面に形成された交差する複数の分割予定ラインで区画された各領域にそれぞれデバイスが形成されたウエーハを該分割予定ラインに沿って分割して複数のデバイスチップを形成するウエーハの分割方法であって、ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点をウエーハの内部に位置付けて該分割予定ラインに沿って該レーザビームをウエーハに照射して、ウエーハの内部に該分割予定ラインに沿った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、基材と加熱により軟化する粘着層とを有する粘着テープをウエーハに貼着する粘着テープ貼着ステップと、該粘着テープ貼着ステップを実施した後、該粘着テープを拡張することでウエーハに外力を付与してウエーハを該分割予定ラインに沿って分割して複数のデバイスチップを形成する分割ステップと、該粘着テープを加熱して該粘着テープの該粘着層を軟化させるとともに該分割ステップで形成された隣接するデバイスチップの間に該粘着層を侵入させ、分割によって生じた分割屑を該粘着層に接着させる分割屑捕獲ステップと、を備え、前記分割ステップと前記分割屑捕獲ステップとは同時に実施されることを特徴とするウエーハの分割方法が提供される。
本発明によると、加熱により軟化する粘着層を有する粘着テープをウエーハに貼着し、粘着テープを拡張することによりウエーハを分割する。この分割と同時に又は分割後に粘着テープを加熱して分割されたデバイスチップ間に粘着層を侵入させ、チップ側面に生じた分割屑を粘着層に接着させて捕獲する。従って、分割屑がデバイスの表面に付着することが防止され、デバイスの品質低下を防止することができ、後工程に支障をきたす恐れがない。
本発明のウエーハの分割方法を実施するのに適したレーザ加工装置の概略斜視図である。 レーザビーム照射ユニットのブロック図である。 粘着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示す斜視図である。 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。 分割屑捕獲ステップを説明する断面図である。
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、本発明のウエーハの分割方法を実施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に吸引保持された半導体ウエーハをクランプするクランパ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に保持されている半導体ウエーハＷ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、可視光によって半導体ウエーハ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、半導体ウエーハ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に示すように、レーザ加工装置２の加工対象である半導体ウエーハ１１の表面においては、格子状に形成された複数の分割予定ライン１３によって区画された各領域にデバイス１５が形成されている。
好ましくは、レーザ加工を実施する前に、ウエーハ１１は粘着テープＴに貼着され、粘着テープＴの外周部は環状フレームＦに貼着される。これにより、ウエーハ１１は粘着テープＴを介して環状フレームＦに支持された状態となり、ウエーハ１１を粘着テープＴを介してチャックテーブル２８で吸引保持し、図１に示すクランプ３０により環状フレームＦをクランプすることにより、ウエーハ１１はチャックテーブル２８上に支持固定される。
粘着テープＴは、図５の拡大図に示すように、基材１７と加熱により軟化する粘着層１９とから構成される。基材１７はポリオレフィン等の樹脂から構成され、加熱により軟化する粘着層１９は例えばアクリル系の粘着層から構成される。
本発明のウエーハの分割方法では、まず、チャックテーブル２８に吸引保持されたウエーハ１１を撮像手段３８の直下に位置付けて、撮像手段３８によりウエーハ１１を撮像して、第１の方向に伸長する分割予定ライン１３を集光器３６とＸ軸方向に整列させる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度回転してから、第１の方向と直交する第２の方向に伸長する分割予定ライン１３についても同様なアライメントを実施し、アライメントのデータをコントローラ４０のＲＡＭ４６に格納する。
アライメント実施後、ウエーハ１１の内部に改質層を形成するレーザビーム照射ステップを実施する。このレーザビーム照射ステップでは、図４及び図５に示すように、ウエーハ１１に対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点Ｐ（図５参照）を集光器３６によりウエーハ１１の内部に位置付けて、アライメントされた分割予定ライン１３にレーザビームを照射し、チャックテーブル２８を矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、ウエーハ１１の内部に分割予定ライン１３に沿った改質層２１を形成する。
チャックテーブル２８をＹ軸方向に割り出し送りしながら第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３に沿ってウエーハ１１の内部に同様な改質層２１を形成する。次いで、チャックテーブル２８を９０度回転しから、第２の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３に沿ってウエーハ１１の内部に同様な改質層２１を形成する。
改質層２１は、密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲とは異なる状態になった領域をいい、溶融再硬化層として形成される。このレーザビーム照射ステップ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パルスレーザ
波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
パルス出力 ：１０μＪ
集光スポット径 ：φ１μｍ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒
尚、上述した実施形態では、レーザビーム照射ステップを実施する前に、粘着テープＴをウエーハ１１に貼着する粘着テープ貼着ステップを実施しているが、代替実施形態として、チャックテーブル２８でウエーハ１１を直接吸引保持してレーザビーム照射ステップを実施するようにしてもよい。
ウエーハ１１をチャックテーブル２８で直接吸引保持してレーザビーム照射ステップを実施したならば、全ての分割予定ライン１３に沿ってウエーハ１１の内部に形成された改質層２１を有するウエーハ１１を、図３に示すように、粘着テープＴを介して環状フレームＦで支持する粘着テープ貼着ステップを実施する。
レーザビーム照射ステップ及び粘着テープ貼着ステップ実施後、図６に示すエキスパンド装置（分割装置）８０を用いてウエーハ１１を改質層２１が形成された分割予定ライン１３に沿って個々のデバイスチップに分割する分割ステップを実施する。
図６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に装着された粘着テープ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部材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。この拡張ドラム９０は、環状フレームＦの内径より小さく、該環状フレームＦに装着された粘着テープＴに貼着される半導体ウエーハ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９２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９４を具備している。この駆動手段９４は支持フランジ９２上に配設された複数のエアシリンダ９６から構成されており、そのピストンロッド９８がフレーム保持部材８６の下面に連結されている。
複数のエアシリンダ９６から構成される駆動手段９４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の間を上下方向に移動する。拡張ドラム９０内には、図７に示すように、ヒータランプ１００が配設されている。
以上のように構成されたエキスパンド装置６０を用いて実施するウエーハ分割工程について図７（Ａ）及び図７（Ｂ）を参照して説明する。図７（Ａ）に示すように、ウエーハ２を粘着テープ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。このとき、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９６を駆動してフレーム保持部材８６を図７（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に装着された粘着テープ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、粘着テープＴに貼着されているウエーハ１１には放射状に引張力が作用する。このようにウエーハ１１に放射状に引張力が作用すると、分割予定ライン１３に沿って形成された改質層２１は強度が低下されているので、この改質層２１が分割起点となってウエーハ１１は改質層２１に沿って割断され、個々のデバイスチップ２３に分割される。
ウエーハ１１を複数のデバイスチップ２３に分割した後、ウエーハ１１を改質層２１を分割起点として分割予定ライン１３に沿って分割した際にデバイスチップ２３の側面に発生する分割屑を捕獲する分割屑捕獲ステップを実施する。
この分割屑捕獲ステップでは、図８に示すように、ヒータランプ１００で粘着テープＴを加熱して、粘着テープＴの粘着層１９を軟化させて隣接するデバイスチップ２３間に侵入させ、デバイスチップ２３の側面２３ａに生じた分割屑２５を粘着層１９で接着して捕獲する。
このように粘着層１９で分割屑２５を捕獲した後、ピックアップ装置でデバイスチップ２３をピックアップすると、分割屑２５は粘着層１９に接着されているので、デバイスチップ２３の側面２３ａから分割屑２５が除去される。
尚、この分割屑捕獲ステップは、図７（Ｂ）に示す割断ステップと同時に実施するようにしてもよい。粘着テープＴの加熱方法はヒータランプ１００に限定されるものではなく、温風による加熱や他の加熱方法を採用しても良い。
上述した実施形態では、半導体ウエーハ１１に本発明の分割方法を適用した例について説明したが、本発明の加工対象となる被加工物はこれに限定されるものではなく、サファイアウエーハやＳｉＣウエーハ等にも同様に適用することができる。
２ レーザ加工装置
１１ 半導体ウエーハ
１３ 分割予定ライン
１５ デバイス
Ｔ 粘着テープ
Ｆ 環状フレーム
１７ 基材
１９ 粘着層
２８ チャックテーブル
３４ レーザビーム照射ユニット
３６ 集光器
２１ 改質層
８０ エキスパンド装置（分割装置）
２３ デバイスチップ
２５ 分割屑
１００ ヒータランプ

Claims (1)

  1. 表面に形成された交差する複数の分割予定ラインで区画された各領域にそれぞれデバイスが形成されたウエーハを該分割予定ラインに沿って分割して複数のデバイスチップを形成するウエーハの分割方法であって、
    ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点をウエーハの内部に位置付けて該分割予定ラインに沿って該レーザビームをウエーハに照射して、ウエーハの内部に該分割予定ラインに沿った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、基材と加熱により軟化する粘着層とを有する粘着テープをウエーハに貼着する粘着テープ貼着ステップと、
    該粘着テープ貼着ステップを実施した後、該粘着テープを拡張することでウエーハに外力を付与してウエーハを該分割予定ラインに沿って分割して複数のデバイスチップを形成する分割ステップと、
    該粘着テープを加熱して該粘着テープの該粘着層を軟化させるとともに該分割ステップで形成された隣接するデバイスチップの間に該粘着層を侵入させ、分割によって生じた分割屑を該粘着層に接着させる分割屑捕獲ステップと、を備え、
    前記分割ステップと前記分割屑捕獲ステップとは同時に実施されることを特徴とするウエーハの分割方法。
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