(57)【要約】【課題】欠けの発生を抑制しながらウェーハを短い時間で分割できるウェーハの加工方法を提供する。【解決手段】ウェーハ（１１）に設定された複数の分割予定ライン（１３）に沿ってウェーハを分割するウェーハの加工方法であって、テープ（２１）が一方の面（１１ａ）に貼付され且つウェーハの内部の分割予定ラインに対応する位置に分割の起点となる改質層（１７）が形成されたウェーハを、テープを介して加熱テーブル（１２）に載置する載置ステップと、加熱テーブルに載置されたウェーハが加熱テーブルによって加熱された後に、ウェーハの露出する他方の面（１１ｂ）の全体を冷却ユニット（２２）で冷却し、改質層を起点にウェーハを分割予定ラインに沿って分割する分割ステップと、を含み、分割ステップでは、加熱と冷却との温度差に応じて生じる熱衝撃によってウェーハを破断する。【選択図】図２
2018022875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハに設定された複数の分割予定ラインに沿ってウェーハを分割するウェーハの加工方法であって、
テープが一方の面に貼付され且つウェーハの内部の該分割予定ラインに対応する位置に分割の起点となる改質層が形成されたウェーハを、該テープを介して加熱テーブルに載置する載置ステップと、
該加熱テーブルに載置されたウェーハが該加熱テーブルによって加熱された後に、ウェーハの露出する他方の面の全体を冷却ユニットで冷却し、該改質層を起点にウェーハを該分割予定ラインに沿って分割する分割ステップと、を含み、
該分割ステップでは、該加熱と該冷却との温度差に応じて生じる熱衝撃によってウェーハを破断することを特徴とするウェーハの加工方法。
【請求項２】
該冷却ユニットは、ウェーハの該他方の面の全体に冷却用の流体を噴射することを特徴とする請求項１に記載のウェーハの加工方法。
【請求項３】
該冷却ユニットは、ウェーハの該他方の面の全体に接する接触面を備え、該接触面をペルチェ効果で冷却することを特徴とする請求項１に記載のウェーハの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分割予定ラインに沿ってウェーハを分割する際に適用されるウェーハの加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機やパーソナルコンピュータに代表される電子機器では、電子回路等のデバイスを備えるデバイスチップが必須の構成要素になっている。デバイスチップは、例えば、シリコンやガリウムヒ素等の半導体材料でなるウェーハの表面を複数の分割予定ライン（ストリート）で区画し、各領域にデバイスを形成した後、この分割予定ラインに沿ってウェーハを分割することによって製造できる。
【０００３】
ウェーハを分割する方法の一つに、透過性のレーザービームをウェーハの内部に集光させて、多光子吸収により改質層（改質領域）を形成する方法（ＳＤ：Stealth Dicing）が知られている（例えば、特許文献１参照）。分割予定ラインに沿って改質層を形成した後には、例えば、ブレード状の部材等を用いて力学的なストレスを加えることで、改質層を起点にウェーハを複数のデバイスチップへと分割する（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１９２３７０号公報
【特許文献２】特開２０１６−４０８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上述のようなウェーハは一般に脆いので、力学的なストレスを加える方法では、デバイスチップの縁等が欠け易い。また、全ての分割予定ラインに対してストレスを加える必要があるので、デバイスチップのサイズが小さくなると（例えば、縦１ｍｍ×横１ｍｍ等）、分割に要する時間も長くなってしまう。
【０００６】
本発明は、かかる問題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、欠けの発生を抑制しながらウェーハを短い時間で分割できるウェーハの加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、ウェーハに設定された複数の分割予定ラインに沿ってウェーハを分割するウェーハの加工方法であって、テープが一方の面に貼付され且つウェーハの内部の該分割予定ラインに対応する位置に分割の起点となる改質層が形成されたウェーハを、該テープを介して加熱テーブルに載置する載置ステップと、該加熱テーブルに載置されたウェーハが該加熱テーブルによって加熱された後に、ウェーハの露出する他方の面の全体を冷却ユニットで冷却し、該改質層を起点にウェーハを該分割予定ラインに沿って分割する分割ステップと、を含み、該分割ステップでは、該加熱と該冷却との温度差に応じて生じる熱衝撃によってウェーハを破断するウェーハの加工方法が提供される。
【０００８】
本発明の一態様において、該冷却ユニットは、ウェーハの該他方の面の全体に冷却用の流体を噴射しても良い。また、該冷却ユニットは、ウェーハの該他方の面の全体に接する接触面を備え、該接触面をペルチェ効果で冷却しても良い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様に係るウェーハの加工方法では、加熱と冷却との温度差に応じて生じる熱衝撃（サーマルショック）を利用してウェーハを分割するので、ウェーハに力学的な力を加える必要がない。よって、力学的な力に起因するウェーハの欠けを防止できる。また、ウェーハの全体に作用する熱衝撃を利用するので、ウェーハを全ての分割予定ラインに沿って短い時間で分割できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（Ａ）は、ウェーハの構成例を模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、環状のフレームに支持された状態のウェーハを模式的に示す斜視図である。
【図２】図２（Ａ）は、改質層形成ステップを模式的に示す一部断面側面図であり、図２（Ｂ）は、載置ステップ及び分割ステップを模式的に示す一部断面側面図であり、図２（Ｃ）は、ウェーハが破断された状態を模式的に示す一部断面側面図である。
【図３】図３（Ａ）は、変形例に係る分割ステップを模式的に示す一部断面側面図であり、図３（Ｂ）は、ウェーハが破断された状態を模式的に示す一部断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。本実施形態に係るウェーハの加工方法は、載置ステップ（図２（Ｂ）参照）及び分割ステップ（図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）参照）を含む。
【００１２】
載置ステップでは、分割の起点となる改質層が形成されたウェーハを加熱用の加熱テーブルに載せる。分割ステップでは、ウェーハを加熱テーブルに接触する一方の面側から加熱し、その後、露出する他方の面の全体を冷却して、加熱と冷却との温度差に応じて生じる熱衝撃（サーマルショック）によってウェーハを破断する。以下、本実施形態に係るウェーハの加工方法について詳述する。
【００１３】
図１（Ａ）は、本実施形態に係るウェーハの構成例を模式的に示す斜視図である。図１（Ａ）に示すように、ウェーハ１１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の半導体材料で円盤状に形成されており、その表面１１ａは、中央のデバイス領域と、デバイス領域を囲む外周余剰領域とに分けられる。
【００１４】
デバイス領域は、格子状に配列された複数の分割予定ライン（ストリート）１３で更に複数の領域に区画されており、各領域には、ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。なお、ウェーハ１１の材質、形状、構造等に制限はない。例えば、セラミックス、樹脂、金属等の材料でなる基板をウェーハ１１として用いることもできる。
【００１５】
図１（Ｂ）は、環状のフレームに支持された状態のウェーハ１１を模式的に示す斜視図である。図１（Ｂ）に示すように、上述したウェーハ１１の表面１１ａ側には、ウェーハ１１よりも径の大きいテープ２１が貼付される。テープ２１の外周部分には、環状のフレーム２３が固定される。これにより、ウェーハ１１は、テープ２１を介してフレーム２３に支持される。
【００１６】
ウェーハ１１をフレーム２３で支持した後には、ウェーハ１１の内部に分割の起点となる改質層が形成される。図２（Ａ）は、ウェーハ１１の内部に改質層を形成するための改質層形成ステップを模式的に示す一部断面側面図である。改質層形成ステップは、例えば、図２（Ａ）に示すレーザー加工装置２を用いて実施される。
【００１７】
レーザー加工装置２は、ウェーハ１１を吸引、保持する円盤状の保持テーブル４を備えている。保持テーブル４は、モータ等の回転駆動源（不図示）に連結されており、鉛直方向に概ね平行な回転軸の周りに回転する。また、保持テーブル４の下方には、移動機構（不図示）が設けられており、保持テーブル４は、この移動機構で水平方向に移動する。
【００１８】
保持テーブル４の上面は、テープ２１を介してウェーハ１１の表面１１ａ側を吸引、保持する保持面４ａとなっている。この保持面４ａは、保持テーブル４の内部に形成された流路４ｂ等を通じて吸引源（不図示）に接続されている。保持テーブル４の周囲には、ウェーハ１１を支持するフレーム２３を固定するためのクランプ６が設けられている。
【００１９】
保持テーブル４の上方には、レーザー加工ユニット８が配置されている。レーザー加工ユニット８は、レーザー発振器（不図示）でパルス発振されたレーザービームＬを、保持テーブル４に吸引、保持されたウェーハ１１の内部に集光させる。レーザー発振器は、ウェーハ１１に透過性を有する波長（吸収され難い波長）のレーザービームＬを発振できるように構成されている。
【００２０】
改質層形成ステップでは、まず、ウェーハ１１の表面１１ａ側に貼付されたテープ２１と保持テーブル４の保持面４ａとが対面するように、テープ２１を介してウェーハ１１を保持テーブル４に載せる。また、フレーム２３をクランプ６で固定する。この状態で吸引源の負圧を作用させれば、ウェーハ１１は、裏面１１ｂ側が上方に露出した状態で保持テーブル４に吸引、保持される。
【００２１】
次に、保持テーブル４を移動、回転させて、レーザー加工ユニット８の位置を対象となる分割予定ライン１３の上方に合わせる。その後、レーザー加工ユニット８からウェーハ１１に向けてレーザービームＬを照射させながら、対象の分割予定ライン１３に対して平行な方向に保持テーブル４を移動させる。
【００２２】
これにより、レーザービームＬの集光点付近で多光子吸収を生じさせて、分割予定ライン１３に沿う改質層１７をウェーハ１１の内部に形成できる。レーザービームＬの波長やパワー密度、繰り返し周波数、保持テーブル４の移動速度等の条件は、ウェーハ１１の分割に適した改質層１７を形成できる範囲内で設定される。この動作を繰り返し、全ての分割予定ライン１３に沿ってウェーハ１１の内部（分割予定ライン１７に対応する位置）に改質層１７が形成されると、改質層形成ステップは終了する。
【００２３】
改質層形成ステップを経たウェーハ１１は、本実施形態に係るウェーハの加工方法で分割される。具体的には、まず、分割の起点となる改質層１７が形成されたウェーハ１１を加熱テーブルに載せる載置ステップを実施する。図２（Ｂ）は、載置ステップ等を模式的に示す一部断面側面図である。
【００２４】
載置ステップでは、図２（Ｂ）に示すように、ウェーハ１１よりも径の大きい円盤状に形成された加熱テーブル１２の上面１２ａに、テープ２１を介してウェーハ１１を載せる。これにより、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側が上方に露出する。加熱テーブル１２の上面１２ａ側には、加熱用のヒーター１４が設けられている。このヒーター１４により、ウェーハ１１の表面１１ａ側の全体を加熱できる。
【００２５】
載置ステップの後には、熱衝撃によってウェーハ１１を破断する分割ステップを実施する。分割ステップでは、まず、ウェーハ１１の表面１１ａ側の全体を上述したヒーター１４で所定の温度に加熱する。加熱の条件は任意だが、本実施形態では、ヒーター１４の温度を９５℃に設定し、ウェーハ１１の表面１１ａ側を８５℃以上に加熱する。このように、ウェーハ１１の表面１１ａ側を８５℃以上に加熱することで、熱衝撃の発生に必要な温度差を形成し易くなる。
【００２６】
なお、本実施形態では、載置ステップの完了後にヒーター１４を作動させているが、載置ステップの完了前（載置ステップの実施前又は実施中）にヒーター１４を作動させても良い。この場合、載置ステップでウェーハ１１を加熱テーブル１２に載せた直後からウェーハ１１が加熱されるので、ウェーハ１１の分割に要する時間を更に短縮してスループットを上げることができる。
【００２７】
ウェーハ１１を加熱した後には、露出する裏面１１ｂの全体を急速に冷却して、ウェーハ１１の内部（表面１１ａと裏面１１ｂとの間）に大きな温度差を形成する。本実施形態では、図２（Ｂ）に示すように、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側の全体に冷却用の流体Ｆを吹き付ける方法で、必要な温度差を形成する。
【００２８】
具体的には、加熱テーブル１２の上方に噴射ノズル（冷却ユニット）２２を配置し、この噴射ノズル２２からウェーハ１１の裏面１１ｂに冷却用の流体Ｆを噴射させる。冷却用の流体Ｆとしては、例えば、十分に冷却されたエアー等の気体や、水、溶液等の液体を用いることができる。流体Ｆとして液体を用いる場合には、この液体を凍結しない程度に低い温度（例えば、凝固点より０．１℃〜１０℃ほど高い温度）まで冷却しておくと良い。
【００２９】
また、気化することによって熱を奪うことのできる低温の揮発性の液体等を流体Ｆとして用いても良い。この場合には、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側をより素早く冷却できるので、必要な温度差を形成し易くなる。ここで、必要な温度差とは、ウェーハ１１の破断応力を超える熱衝撃が得られる温度差を言う。この温度差は、例えば、ウェーハ１１の材質や厚み、改質層１７の状態等に応じて決まる。流体Ｆの種類や流量等の条件は、必要な温度差を実現できる範囲内で設定される。
【００３０】
ウェーハ１１の裏面１１ｂ側の全体に冷却用の流体Ｆを吹き付け、ウェーハ１１の内部に十分な温度差が形成されると、ウェーハ１１は熱衝撃によって改質層１７を起点に破断される。図２（Ｃ）は、ウェーハ１１が破断された状態を模式的に示す一部断面側面図である。ウェーハ１１が分割予定ライン１３に沿って複数のデバイスチップ１９へと分割されると、分割ステップは終了する。
【００３１】
以上のように、本実施形態に係るウェーハの加工方法では、加熱と冷却との温度差に応じて生じる熱衝撃（サーマルショック）を利用してウェーハ１１を分割するので、ウェーハ１１に力学的な力を加える必要がない。よって、力学的な力に起因するウェーハ１１の欠けを防止できる。また、ウェーハ１１の全体に作用する熱衝撃を利用するので、ウェーハ１１を全ての分割予定ライン１３に沿って短い時間で分割できる。
【００３２】
なお、本発明は上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態に係るウェーハの加工方法では、ウェーハ１１の表面１１ａ側にテープ２１を貼付し、裏面１１ｂ側を露出させているが、裏面１１ｂ側にテープ２１を貼付し、表面１１ａ側を露出させても良い。すなわち、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側を加熱し、表面１１ａ側を冷却することもできる。
【００３３】
また、上記実施形態に係るウェーハの加工方法では、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側の全体に冷却用の流体Ｆを吹き付ける方法で温度差を形成しているが、温度差の形成方法に制限はない。図３（Ａ）は、変形例に係る分割ステップを模式的に示す一部断面側面図であり、図３（Ｂ）は、ウェーハが破断された状態を模式的に示す一部断面側面図である。
【００３４】
変形例に係る分割ステップでは、図３（Ａ）に示すペルチェ素子（冷却ユニット）３２を用いてウェーハ１１に温度差を形成する。ペルチェ素子３２は、例えば、異なる２種類の金属を接合することによって形成されており、電力（電圧）を供給すると冷却される冷却面（接触面）３２ａを備えている。
【００３５】
この冷却面３２ａは、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側の全体に接触できる大きさに形成されている。また、ペルチェ素子３２には、電力（電圧）を供給するための配線３４が接続されている。
【００３６】
変形例に係る分割ステップでは、上記実施形態に係る分割ステップと同様の手順でウェーハ１１の表面１１ａ側の全体を加熱する。ウェーハ１１を加熱した後には、熱伝導率の高いジェル３６等を介して、上述したペルチェ素子３２の冷却面３２ａをウェーハ１１の裏面１１ｂ側に接触させる。ただし、必ずしもジェル３６を使用しなくて良い。
【００３７】
その後、配線３４を介してペルチェ素子３２に電力（電圧）を供給し、ペルチェ素子３２の冷却面３２ａを冷却する。これにより、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側の全体を急速に冷却して、ウェーハ１１の内部（表面１１ａと裏面１１ｂとの間）に大きな温度差を形成できる。
【００３８】
ウェーハ１１の内部に十分な温度差が形成されると、ウェーハ１１は熱衝撃によって改質層１７を起点に破断される。図３（Ｂ）に示すように、ウェーハ１１が分割予定ライン１３に沿って複数のデバイスチップ１９へと分割されると、分割ステップは終了する。
【００３９】
なお、この変形例では、ウェーハ１１を加熱してから、裏面１１ｂ側にペルチェ素子３２の冷却面３２ａを接触させているが、ウェーハ１１を加熱する前に接触させても良い。また、ウェーハ１１を加熱してから、あらかじめ冷却しておいたペルチェ素子３２の冷却面３２ａを裏面１１ｂ側に接触させることもできる。この場合には、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側をより素早く冷却できるので、必要な温度差を形成し易くなる。
【００４０】
その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。
【符号の説明】
【００４１】
１１  ウェーハ
１１ａ  表面
１１ｂ  裏面
１３  分割予定ライン（ストリート）
１５  デバイス
１７  改質層
１９  デバイスチップ
２１  テープ
２３  フレーム
Ｆ  流体
Ｌ  レーザービーム
２  レーザー加工装置
４  保持テーブル
４ａ  保持面
４ｂ  流路
６  クランプ
８  レーザー加工ユニット
１２  加熱テーブル
１２ａ  上面
１４  ヒーター
２２  噴射ノズル（冷却ユニット）
３２  ペルチェ素子（冷却ユニット）
３２ａ  冷却面（接触面）
３４  配線
３６  ジェル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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