(57)【要約】【課題】  貼り合わせウエーハを破損させることなく分割可能な貼り合わせウエーハの分割方法を提供することである。【解決手段】  複数のウエーハを貼り合わせた貼り合わせ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を貼り合わすべき各ウエーハの分割予定ラインに沿って照射して、各ウエーハの内部に該分割予定ラインに沿った変質層を形成するステップと、該各ウエーハの変質層が一致するように各ウエーハを位置合わせして貼り合わせるステップと、貼り合わされたウエーハに外力を付与して個々のチップへ分割するステップと、を具備したことを特徴とする。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のウエーハを貼り合わせた貼り合わせ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を貼り合わすべき各ウエーハの分割予定ラインに沿って照射して、各ウエーハの内部に該分割予定ラインに沿った変質層を形成するステップと、
該各ウエーハの変質層が一致するように各ウエーハを位置合わせして貼り合わせるステップと、
貼り合わされたウエーハに外力を付与して個々のチップへ分割するステップと、
を具備したことを特徴とする貼り合わせウエーハの分割方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のウエーハを貼り合わせた貼り合わせウエーハの分割方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体ウエーハの表面に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各領域にＩＣやＬＳＩ等のデバイスが形成される。そして、分割予定ラインに沿って半導体ウエーハをチップに分割することで、個々の半導体デバイスが製造される。このようにして製造された半導体デバイスは各種電気機器に広く利用されている。
【０００３】
近年、電気機器の小型化・薄型化を測るため、半導体デバイスを複数個積層して構成した積層型半導体デバイスが実用化されている。このような積層型半導体デバイスを製造するには、半導体ウエーハを複数枚積層した貼り合わせウエーハを形成した後、切削装置によって分割予定ラインに沿ってチップに分割している（例えば、特開２００３−２８２４８８号公報参照）。
【０００４】
また、半導体デバイスの高集積化、低消費電力化、高速化等を実現するために、電気絶縁性の高い酸化膜層をウエーハ内部に形成し、酸化膜層を介して２枚のウエーハが貼り合わされた形態としたＳＯＩウエーハ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｗａｆｅｒ）なども実用化されている（例えば、特開２００９−１１１３４７号公報参照）。
【０００５】
このような貼り合わせウエーハの切削には、ダイアモンドやＣＢＮ（Ｃｕｂｉｃ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｏｒｉｄｅ）等の超砥粒を金属や樹脂で固めた切削ブレードを含む切削手段を備えた切削装置が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２８２４８８号公報
【特許文献２】特開２００９−１１１３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、このように複数枚のウエーハを積層した貼り合わせウエーハは厚みが厚くなるため、分割が非常に難しい。特に切削ブレードで切削する場合には、切削ブレードの刃先（刃先出し量）をウエーハ１枚を加工するのに比べて多くする必要がある。しかし、刃先出し量を多くすると、切削中に切削ブレードが倒れたり、切削するラインが曲がる所謂蛇行が発生し、切削ブレードやウエーハを破損させてしまう恐れがある。
【０００８】
また、切削ブレードで貼り合わせウエーハを切削すると、ウエーハの切削面に欠けが発生するという問題がある。特に、ウエーハ同士の界面部分では欠けが大きく発生し、貼り合わせウエーハを破損させてしまう恐れがある。
【０００９】
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、貼りあわせウエーハを破損させることなく分割可能な貼り合わせウエーハの分割方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によると、複数のウエーハを貼り合わせた貼り合わせ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を貼り合わすべき各ウエーハの分割予定ラインに沿って照射して、各ウエーハの内部に該分割予定ラインに沿った変質層を形成するステップと、該各ウエーハの変質層が一致するように各ウエーハを位置合わせして貼り合わせるステップと、貼り合わされたウエーハに外力を付与して個々のチップへ分割するステップと、を具備したことを特徴とする貼り合わせウエーハの分割方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、複数のウエーハを貼り合わせる前に予め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ウエーハに照射してウエーハ内部に変質層を形成し、その後、複数枚のウエーハが貼り合わされて貼り合わせウエーハが形成される。変質層が形成された各ウエーハは外力が付与されることで変質層に沿って分割されるため、ウエーハが破損する恐れが無い。
【００１２】
また、ウエーハにレーザビームを照射してウエーハ内部に変質層を形成する際には、ウエーハの厚みが貼り合わせウエーハに比べて薄いので加工スピードを上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】レーザ加工装置の概略構成図である。
【図２】レーザビーム照射ユニットのブロック図である。
【図３】ダイシングテープを介して環状フレームに支持された半導体ウエーハの斜視図である。
【図４】変質層形成ステップを示す斜視図である。
【図５】変質層形成ステップを示す断面図である。
【図６】ウエーハ貼り合わせステップの説明図である。
【図７】分割装置の斜視図である。
【図８】ウエーハ分割ステップを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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の斜視図が示されている。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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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３７で反射され、更に集光用対物レンズ３９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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
図３を参照すると、半導体ウエーハＷがダイシングテープＴを介して環状フレームＦに支持された状態の斜視図が示されている。半導体ウエーハＷは、例えば厚さが約８０μｍのシリコンウエーハからなっており、その表面には平行に伸長する複数の第１分割予定ライン（第１ストリート）Ｓ１と、第１分割予定ラインＳ１と直交する方向に伸長する複数の第２分割予定ライン（第２ストリート）Ｓ２とによって区画された複数の領域にそれぞれＩＣ，ＬＳＩ等のデバイスＤが形成されている。
【００２７】
半導体ウエーハＷは、その裏面がダイシングテープＴに貼着され、ダイシングテープＴの外周部は環状フレームＦに貼着される。ダイシングテープＴは、例えば厚さが約８０μｍのポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）からなるシート基材の表面に、アクリル樹脂系の粘着剤層が厚さ約５μｍ程度塗布されて形成されている。
【００２８】
本発明の貼り合わせウエーハの分割方法では、まず貼り合わせようとするウエーハＷをこのようにダイシングテープＴを介して環状フレームＦで支持し、図４に示すようにウエーハＷをチャックテーブル２８に搭載して、チャックテーブル２８でウエーハＷを吸引保持する。
【００２９】
次いで、図４及び図５に示すように、チャックテーブル２８とレーザビーム照射ユニット３４とを相対的に矢印Ｘ１方向に加工送りしながら、集光器３６によりウエーハＷ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第１分割予定ラインＳ１の内部に位置づけてレーザビームを照射し、第１分割予定ラインＳ１に沿ってウエーハＷの内部に変質層４３を形成する。
【００３０】
この変質層４３の形成は、図５に示すようにウエーハＷの厚さ方向に複数層形成するのが好ましい。分割予定ラインのピッチに基づいてウエーハＷをＹ軸方向に割り出し送りしながら、全ての第１分割予定ラインＳ１に沿ってウエーハＷの内部に変質層４３を形成する。
【００３１】
次いで、チャックテーブル２８を９０度回転してから、全ての第２分割予定ラインＳ２に沿ってウエーハＷの内部に同様な変質層４３を形成する。貼り合わせようとする全てのウエーハＷの分割予定ラインＳ１，Ｓ２に沿ってウエーハＷの内部に同様な変質層４３を形成する。
【００３２】
この変質層形成ステップは、例えば以下の加工条件で実施される。
【００３３】
光源                    ：ＬＤ励起Ｑスイッチ  Ｎｄ：ＹＡＧパルスレーザ
波長                    ：１０６４ｎｍ
出力                    ：１．０Ｗ
繰り返し周波数          ：１０ｋＨｚ
スポット形状            ：φ２０μｍ
【００３４】
このように貼り合わせようとする全てのウエーハＷに変質層４３を形成したならば、図６に示すように接着剤を用いて複数枚のウエーハＷを貼り合わせる。このウエーハＷの貼り合わせ時に、各ウエーハＷに形成された変質層４３を一致させる必要があるが、例えば各ウエーハＷに少なくとも２個の位置決め穴を形成し、この位置決め穴中に位置決めピンを挿入しながらウエーハＷを貼り合わせることにより、各ウエーハＷに形成した変質層４３を貼り合わせウエーハの厚さ方向に一致させることができる。
【００３５】
貼り合わせウエーハ形成時に、接着剤としてＤＡＦ（ダイアタッチフィルム）を使用することができる。ＤＡＦは例えば厚さが約８０μｍのエポキシ系樹脂から形成されており、貼り合わせようとするウエーハＷの間にＤＡＦを挟んで各ウエーハＷを位置決めして積層し、この積層体を８０〜２００℃の温度で加熱しながら押圧することにより、貼り合わせウエーハ４５を得ることができる。
【００３６】
この貼り合わせウエーハ４５を個々のチップへと分割するには、貼り合わせウエーハ４５を図３に示すようなダイシングテープＴを介して環状フレームＦで支持する。そして、図７に示す分割装置７０を用いて貼り合わせウエーハ４５を変質層４３が形成されたストリートＳ１，Ｓ２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。
【００３７】
図７に示す分割装置７０は、環状フレームＦを保持するフレーム保持手段７２と、フレーム保持手段７２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７４を具備している。
【００３８】
フレーム保持手段７２は、環状のフレーム保持部材７６と、フレーム保持部材７６の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ７８から構成される。フレーム保持部材７６の上面は環状フレームＦを載置する載置面７６ａを形成しており、この載置面７６ａ上に環状フレームＦが載置される。
【００３９】
そして、載置面７６ａ上に載置された環状フレームＦは、クランプ７８によってフレーム保持手段７６に固定される。このように構成されたフレーム保持手段７２はテープ拡張手段７４によって上下方向に移動可能に支持されている。
【００４０】
テープ拡張手段７４は、環状のフレーム保持部材７６の内側に配設された拡張ドラム８０を具備している。この拡張ドラム８０は、環状フレームＦの内径より小さく、該環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴに貼着される貼り合わせウエーハ４５の外径より大きい内径を有している。
【００４１】
拡張ドラム８０はその下端に一体的に形成された支持フランジ８２を有している。テープ拡張手段７４は更に、環状のフレーム保持部材７６を上下方向に移動する駆動手段８４を具備している。この駆動手段８４は、支持フランジ８２上に配設された複数のエアシリンダ８６から構成されており、そのピストンロッド８８がフレーム保持部材７６の下面に連結されている。
【００４２】
複数のエアシリンダ８６から構成される駆動手段８４は、環状のフレーム保持部材７６をその載置面７６ａが拡張ドラム８０の上端と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム８０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。
【００４３】
以上のように構成された分割装置７０を用いて実施する貼り合わせウエーハの分割ステップについて図８（Ａ）及び図８（Ｂ）を参照して説明する。図８（Ａ）に示すように、貼り合わせウエーハ４５をダイシングテープ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７６の載置面７６ａ上に載置し、クランプ７８によってフレーム保持部材７６を固定する。この時、フレーム保持部材７６はその載置面７６ａが拡張ドラム８０の上端と略同一高さとなる基準位置に位置づけられる。
【００４４】
次いで、エアシリンダ８６を駆動してフレーム保持部材７６を図８（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７６の載置面７６ａ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に装着されたダイシングテープＴは拡張ドラム８０の上端縁に当接して主に半径方向に拡張される。
【００４５】
その結果、ダイシングテープＴに貼着されている貼り合わせウエーハ４５には放射状に引張力が作用する。このように貼り合わせウエーハ４５に放射状に引張力が作用すると、ストリートＳ１，Ｓ２に沿って形成された変質層４３は強度が低下されているので、この変質層４３が分割起点となって貼り合わせウエーハ４５は変質層４３に沿って破断され、個々の積層型半導体デバイス４７に分割される。
【符号の説明】
【００４６】
Ｗ    半導体ウエーハ
Ｄ    デバイス
Ｔ    ダイシングテープ
Ｆ    環状フレーム
２    レーザ加工装置
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
４３    変質層
４５    貼り合わせウエーハ
４７    積層型半導体デバイス
７０    分割装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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