(57)【要約】【課題】半導体デバイスを形成したウェーハを積層した積層ウェーハを分割する技術を提供することを課題とする。【解決手段】半導体デバイスを形成したウェーハ１ａ、１ｂおよび１ｃを用意し、それを樹脂系の接着層を介して積層して積層ウェーハ７１を得る。次に、メッシュ状のダイシングテープ７２に積層ウェーハ７１を貼着した状態において、積層ウェーハ７１を液体ジェット水流とレーザ光線とを同軸的に射出したビームにより切断する。これにより、ブレードを用いた切削において問題となる加工不良を発生させずに積層ウェーハを各半導体チップ領域３に分割することができる。【選択図】図９
2007294541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のデバイスが分割予定ラインによって区画されて形成されたウェーハを個々のデバイスに分割するウェーハの分割方法であって、
前記ウェーハの前記分割予定ラインを合致させて２枚以上のウェーハを積層させ、積層ウェーハを形成する積層工程と、
前記分割予定ラインを液体ジェットノズルから噴出する液体ジェットと該液体ジェットに沿って照射されたレーザ光線によって加工して前記積層ウェーハを積層デバイスに分割する分割工程と
を備えることを特徴とするウェーハの分割方法。
【請求項２】
前記液体ジェットに砥粒が混入されていることを特徴とする請求項１に記載のウェーハの分割方法。
【請求項３】
前記積層ウェーハが、積層工程において貫通電極を通じて互いに電気的に結合した状態であることを特徴とする請求項１または２に記載のウェーハの分割方法。
【請求項４】
前記積層された各ウェーハの厚みが１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のウェーハの分割方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体ジェットとレーザを同軸にして同時に被加工物を加工するウェーハの分割方法に係り、特に、半導体ウェーハを積層した積層ウェーハを分割する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面に複数の半導体デバイスを形成した半導体ウェーハ（以下、「ウェーハ」と略称する）は、バックグラインド工程等によって必要な厚みに仕上げられた後にダイシングテープに貼着され、ダイシング装置等によって個々のデバイスチップに分割されるのが一般的である。
【０００３】
ところで、部材を加工する技術として、液体ジェットに沿ってレーザ光線を照射する液体ジェットレーザが知られている。この技術は、レーザ光による作用と液体ジェットによる作用の両方を同時に被加工物に与え、被加工物の切断等の加工を行うものである。液体ジェットレーザに関しては、例えば特許文献１に記載されている。また、この液体ジェットレーザによるウェーハの加工に利用可能なダイシングテープとして、例えば特許文献２や特許文献３に記載されているメッシュ状のものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３２１９７７
【特許文献２】特開２００１−３１６６４８
【特許文献３】特開２００３−３４７８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ダイシング装置による一般的な分割方法では、ウェーハを一枚ごとにダイシングテープに貼着して分割することが一般的であり、仮に同サイズのチップを有するウェーハがあったとしても、それを積層させて切断することは容易ではない。例えば両面テープなどによって分割予定ラインを合致させて積層しても、特にウェーハの厚みが薄い場合には、ブレードにて切断するシリコンの量と粘着剤を含む両面テープの量との比率が拮抗し、両面テープを切断することによるブレードの目詰まりと、シリコンを切断することによるドレス効果とがバランスできなくなってチッピングなどの切削不良を引き起こす。特に、アンダーフィル機能を有する樹脂材料は、砥粒による切削加工が困難であるケースが多い。そこで、本発明は、半導体デバイスを形成したウェーハを積層した積層ウェーハを円滑に分割することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、複数のデバイスが分割予定ラインによって区画されて形成されたウェーハを個々のデバイスに分割するウェーハの分割方法であって、ウェーハの前記分割予定ラインを合致させて２枚以上のウェーハを積層させ、積層ウェーハを形成する積層工程と、分割予定ラインを液体ジェットノズルから噴出する液体ジェットと該液体ジェットに沿って照射されたレーザ光線によって加工して積層ウェーハを積層デバイスに分割する分割工程とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明では、液体ジェットに沿って照射されるレーザ光を利用することで、積層されたウェーハを切断する。この方法によれば、ウェーハはレーザ光線で溶断され、レーザ光線の熱で生じる加工屑は、液体ジェットによって除去される。このため、ブレードによる切削加工を用いた場合に問題となる樹脂系材料の目詰まりや、樹脂系材料とウェーハ材料の切削レートの違いに起因する切削不良が発生しない。したがって、樹脂系の両面テープを用いてウェーハを積層させた場合であっても不良の発生しない切断を行うことができる。また本発明によれば、複数のウェーハを積層させて同時に分割するので、ダイシングテープなどの消耗部材を減らすことができ、また作業時間を短縮することができ、コストダウンを計ることができる。
【０００８】
本発明において、ウェーハの積層は、樹脂系の接着層を利用して行うことができる。この接着層としては、接着と絶縁の機能を発揮する熱硬化性樹脂を利用したアンダーフィルフィルムの両面に、離型紙（セパレータ）を貼着した両面テープ構造のものを利用することが望ましい。なお、本発明を利用して得られる積層デバイスは、後述の易剥離型両面テープを利用して加工した後に分離して単層のチップデバイスとすることもできる。
【０００９】
本発明において、液体ジェットに砥粒が混入されていることが望ましい。この態様によれば、レーザ光線で溶断された切断面が砥粒によって研磨されるので、レーザ加工での面粗さが低減されて滑らかな切断面を得ることができる。このため、積層ウェーハの分割工程における加工不良の発生をさらに効果的に抑えることができる。
【００１０】
本発明は、積層ウェーハが、積層工程において貫通電極を通じて互いに電気的に結合した状態のものを各チップに分割する場合に利用することができる。この場合、半導体チップを積層した構造の集積回路を効率良く得ることができる。すなわち、貫通電極を持つデバイスが形成されたウェーハを積層した後に分割することで、従来の分割した個々のチップを積層接合させる方法よりも製造効率を高くすることができる。
【００１１】
本発明において、積層された各ウェーハの厚みが１００μｍ以下であることが望ましい。積層される各ウェーハの厚みが１００μｍを上回ると、積層ウェーハの厚みが厚くなり、切断に要する時間が長くなって生産性が低下する。また、上層から下層にわたる均一な加工が困難になる。なお、ウェーハの厚さの下限は、ウェーハの加工技術によるが、例えば２５μｍ程度である。
【００１２】
本発明によれば、積層するウェーハの厚さを薄くしても、積層ウェーハの分割工程における不良の発生頻度が高くならない。ウェーハを薄くしてゆくと、接着のための樹脂層の厚さが相対的に厚くなり、従来のブレードによる切断においては、ウェーハの加工不良の発生頻度が増大する。これは、ブレードによる切削加工が、シリコンの加工に比較して樹脂系の材料の加工には適していないためである。しかしながら、液体ジェットとレーザ光線を併用した加工方法においては、加工屑が液流によって除去され、更に砥粒を併用した場合には、その研磨作用が働くので、樹脂系材料の加工不良は発生し難い。そのため、樹脂層の厚さが相対的に厚くなっても問題なく積層ウェーハの分割加工を行うことができる。このことは、より薄いものが求められる薄型電子機器や薄型ＩＣカード用のＩＣチップの製造に有利となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、半導体デバイスを形成したウェーハを積層した積層ウェーハの分割に適した技術が提供される。特に、本発明によれば、複数のウェーハを積層させて同時に分割することによって、ダイシングテープなどの消耗部材を減らすことができる。このため、コストダウンを計ることができる。また、ブレードによるダイシングと異なり積層に用いた両面テープなどの樹脂部材の影響を受けることなく加工が可能となる。また、貫通電極を持つデバイスウェーハを積層させて接合させた後に分割することで、従来の分割した個々のチップを積層接合させる方法より、生産効率を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
１．第１の実施形態
（１） ウェーハ
まず、積層ウェーハを構成する１枚のウェーハについて説明する。図１は、個々のデバイス領域である半導体チップ領域に貫通電極が形成された状態のウェーハの裏面図およびその一部拡大図である。図２は、図１に示す状態を裏返したもので、半導体チップ領域にバンプが形成された状態のウェーハを表側から見た斜視図およびその一部拡大図である。図１に示すように、ウェーハ１には、半導体チップ領域３が形成され、その側部には、オリエンテーションノッチ（以下、「ノッチ」と略称する）４が形成されている。また、ウェーハ１には、ウェーハ１を貫通して半導体チップ３内の電極部に導通する複数の貫通電極７が形成されている。貫通電極７は、半導体チップ領域３毎にウェーハ１の厚さ方向に貫通して両端が表面および裏面に露出するように形成されている。この貫通電極７は、ウェーハ１にプラズマエッチングやレーザ照射等によって貫通孔を形成し、その貫通孔の内面を絶縁処理した後に銅などの金属を埋め込むことによって形成される。また図２に示すように、ウェーハ１の表側には、貫通電極７に通じる球状のバンプ（外部接続端子）８が形成されている。バンプ８は、溶融金属を表面側の貫通電極７の露出面に接触させる等の方法で設けられる。貫通電極７とバンプ８の形成順は任意である。 
【００１５】
（２）積層ウェーハ
次に、図１および図２に示すウェーハ１を複数枚積層することで形成される積層ウェーハについて説明する。図３は、ウェーハを積層する状態を示す概念図である。図３には、３枚のウェーハ１ａ、１ｂおよび１ｃを重ねる状態が示されている。各ウェーハは、図１および図２に示すウェーハ１の構造を有している。また、積層される前の状態において、ウェーハ１ａおよび１ｂの表面には、離型紙が貼着された図示せぬ両面テープが貼着され、ウェーハ１ｃの表面には、図示せぬ保護フィルムが貼着されている。両面テープは、アンダーフィルフィルム（絶縁と接着を行う樹脂フィルム）の両面に離型紙が貼着されたものである。この例においては、この両面テープが、ウェーハのハンドリング時における表面保護フィルムとしても利用される。アンダーフィルフィルムは、可視光および後述する加工用のレーザ光を透過する熱硬化性樹脂を主材料としている。また、表面保護フィルムも可視光を透過する材質のものを利用している。
【００１６】
（３）ウェーハ積層装置
以下、積層ウェーハを形成するためのウェーハ積層装置を説明する。図４は、ウェーハ積層装置の概要を示す斜視図、図５は、ウェーハ積層装置の概要を示す平面図である。これらの図において符号４０１はウェーハ積層装置４００の基台となるベース４０１である。ベース４０１の上面には、２個のウェーハキャリア４４１が、ウェーハ搬送ロボット４４２を挟んで配置されている。ウェーハ搬送ロボット４４２は、ウェーハキャリア４４１からウェーハ１を取り出し、ノッチ合わせテーブル４４３に搬送する。ノッチ合わせテーブル４４３は、回転可能で真空吸着式となっていて、ウェーハ１を吸着する前に、ウェーハセンタリング機構４４５によってウェーハを常に一定の位置に位置決めしてから吸着固定する機能を有する。この位置決めの際、ノッチ４を光学的に検出するノッチ検出センサ４４４が利用される。
【００１７】
符号４５２は、ウェーハ吸着パッドである。ウェーハ吸着パッド４５２は、ノッチ合わせテーブル４４３に吸着固定されたウェーハ１を吸着し、それをウェーハ載置テーブル４６０に搬送する。ウェーハ搬送パッド４５２には、ウェーハ１のノッチ４にあたる位置に、半円弧状の切り欠きが形成されている。この半円弧状の切り欠きを通して、後述するＣＣＤカメラ式マイクロスコープによる位置決めターゲット部の撮像が行われる。ウェーハ吸着パッド４５２は、ウェーハ搬送パッドベース４５０に取り付けられている。ウェーハ搬送パッドベース４５０は、ウェーハ搬送ハンド４４７上に設けられたガイドレール４４９上をＸ軸方向に移動可能な状態で固定され、アクチュエータ４４８の機能により、Ｘ軸方向に移動する。ウェーハ搬送ハンド４４７は、Ｙ軸駆動機構４４６によってＹ軸方向に移動する。これら機構により、ウェーハ吸着パッド４５２は、Ｘ−Ｙ方向に移動する。この機構により、ウェーハのウェーハ載置テーブル４６０に対する位置合わせが行われる。
【００１８】
ウェーハ載置テーブル４６０において、ウェーハ上に貼着された両面テープの離型紙の除去、およびウェーハの積層が行われる。ウェーハ載置テーブル４６０の上方には、離型紙を除去するための剥離テープ４６７が配置されている。剥離テープ４６７は、一方の面が粘着性を有し、送り出しローラ４６８に巻かれている。剥離テープ４６７は、押し付けローラ４６３によって引き出され、また押し付けローラ４６３によってウェーハ載置テーブル４６０上に載置されたウェーハの表面に押し付けられる。剥離テープ４６７のウェーハに接触する面は粘着性を有しており、ウェーハ上の離型紙（両面テープ上の離型紙）が、この粘着性により剥離テープ４６７に貼り付く。両面テープの離型紙が付着した剥離テープ４６７は、ガイドローラ４６４を経て、巻き取りローラ４６５に巻き取られる。これら各ローラは、ローラベース４６６に取り付けられている。ローラベース４６６は、各ローラを駆動する駆動機構と各ローラを上方（Ｚ軸方向）に退避させることができる機構を備えている。また、ローラベース４６６は、押し付けローラ４６３を回転させながら、Ｙ軸方向に動かすことができる機構を備えている。この押し付けローラ４６３のＹ軸方向への動きにより、ウェーハの表面に貼着されている両面テープの離型紙の剥離が行われる。
【００１９】
ウェーハ載置テーブル４６０の上方には、マイクロスコープスタンド４６２に取り付けられたＣＣＤカメラ式マイクロスコープ４６１が配置されている。ＣＣＤカメラ式マイクロスコープ４６１は、ウェーハ載置テーブル４６０上に載置されたウェーハを撮像する。この撮像画像を利用して、ウェーハ載置テーブル４６０に対するウェーハの位置合わせが行われる。また、積層するウェーハ間の位置合わせが行われる。なお、ウェーハの両面テープや表面保護フィルムが可視光を透過しないタイプの場合には、ＣＣＤカメラ式マイクロスコープに赤外線カメラを使用することで対応可能となる。
【００２０】
符号４７０は、旋回アームパッドである。旋回アームパッド４７０は、ウェーハ載置テーブル４６０上で形成された積層ウェーハをウェーハ載置テーブル４６０上からフレームマウントテーブル４９０に搬送する。旋回アームパッド４７０は、９０°旋回する旋回アーム４７２の先端に取り付けられ、旋回アーム４７２は、基部４７２ａと反転部４７２ｂに分かれている。基部４７２ａには、反転部４７２ｂを回転させ、旋回アームパッド４７０の表裏を１８０度反転するための反転駆動モータ４７３が配置されている。また、旋回アーム４７２は、旋回アームポスト４７１によってベース４０１に支持されており、ベース４０１内の図示されない旋回モータによって９０°の範囲で旋回する。この旋回によって、旋回アームパッド４７０が、ウェーハ載置テーブル４６０とフレームマウントテーブル４９０との間を移動する。
【００２１】
フレームマウントテーブル４９０において、積層ウェーハがダイシングテープに装着される。フレームマウントテーブル４９０には、旋回アームパッド４７０と反転部４７２ｂが埋設されるような凹部が設けられている。フレームマウントテーブル４９０の上には、ダイシングテープを積層ウェーハに貼着するための押圧を行うローラ４９１が配置されている。このローラ４９１は、ローラＹ軸駆動機構４９２によってＹ軸方向に駆動され、ローラＺ軸駆動機構４９３によってＺ軸方向に駆動される。
【００２２】
積層ウェーハが、ウェーハ載置テーブル４６０からマウントテーブル４９０上に搬送される際、反転部４７２ｂの機能によりその表裏が反転される。反転された積層ウェーハは、マウントテーブル４９０上においてその裏面側（半導体チップ領域が形成されていない面）が上になり、ダイシングテープが貼着される。
【００２３】
ダイシングテープは、予めダイシングフレームに取り付けられており、それがフレームキャリア４８０に収納されている。フレームキャリア４８０は、エレベータ機構４８０ａによって上下に移動可能とされている。図４および図５には、ダイシングフレーム７３に取り付けられたダイシングテープ７２が、フレームキャリア４８０に収納されている状態が示されている。フレームキャリア４８０に収納されたダイシングテープは、プッシュプルクランプ４８１によって、フレームキャリア４８０から引き出され、さらにフレーム搬送クランプ４８６によってマウントテーブル４９０に搬送される。この際、エレベータ機構４８０ａによってフレームキャリア４８０は上下に移動し、所定の段に収納されているフレームキャリア４８０が、プッシュプルクランプ４８１によって引き出される。
【００２４】
フレーム搬送クランプ４８６は、フレーム搬送機構Ｘ軸ステイ４８５に取り付けられている。フレーム搬送機構Ｘ軸ステイ４８５は、フレーム搬送機構Ｚ軸シリンダ４８４によってＺ軸方向に駆動される。フレーム搬送機構Ｚ軸シリンダ４８４は、フレーム搬送機構アーム４８３に固定され、フレーム搬送機構アーム４８３は、フレーム搬送機構Ｙ軸駆動機構４８２が備えるボールネジの送り機構に係合しており、この送り機構により図５に破線で記載されているようにＹ軸方向に駆動される。なお、ダイシングテープに積層ウェーハが貼着された後、ダイシングテープを保持するダイシングフレームは、再びフレーム搬送クランプ４８６によって引き出され、次いでプッシュプルクランプ４８１の機能によりフレームキャリア４８０に収納される。
【００２５】
（４）積層ウェーハの形成工程
以下、図４および図５に示すウェーハ積層装置を利用して積層ウェーハを形成する工程を説明する。まず、予め、ウェーハキャリア４４１に図１および図２に示したウェーハ１を複数枚収納しておく。なお、図３のウェーハ１ａおよび１ｂに対応するウェーハには、その表面に、片側に離型紙を残した両面テープを貼着しておき、またウェーハ１ｃに対応するウェーハには、その表面に表面保護フィルムを貼着しておく。
【００２６】
積層工程が開始されると、まずウェーハ搬送ロボット４４２は、ウェーハキャリア４４１から１枚目のウェーハ１ａ（図３参照）を取り出し、それをノッチ合わせテーブル４４３にデバイス形成面が上になるように載置する。この際、ノッチ合わせテーブル４４３を回転させながらノッチ検出センサ４４４によってノッチ４を検出し、ついでノッチ４の位置を、ノッチ検出センサ４４４の位置から９０度時計回りに回転させる。
【００２７】
次いでウェーハ搬送パッド４５２をウェーハ搬送Ｙ軸駆動機構４４６によってＹ軸方向に移動させ、ノッチ合わせテーブル４４３上の図示しないウェーハ１ａ（図３参照）に対して位置決めを行う。位置決めを行ったら、ウェーハ搬送パッド上下機構４５１の働きにより、ウェーハ搬送パッド４５２を図示しないウェーハ１ａ上に下ろし、それをウェーハ搬送パッド４５２に吸着保持させる。ウェーハ搬送パッド４５２に吸着保持された図示しないウェーハ１ａは、上方（Ｚ軸方向）に持ち上げられ、さらにウェーハ搬送Ｙ軸駆動機構４４６の働きによりウェーハ載置テーブル４６０上に移動する。ここで、ウェーハ搬送パッド上下機構４５１の働きにより、図示しないウェーハ１ａをウェーハ載置テーブル４６０に下ろす寸前まで移動を行ったら上下動を停止する。この状態において、ＣＣＤカメラ式マイクロスコープ４６１により、予め決めておいたノッチ４近傍の位置決めターゲットとなるデバイス領域を撮像する。そして、この位置決めターゲットが撮像画面中の所定の位置にくるように、アクチュエータ４４８によるＸ軸方向における微調整、ウェーハ搬送Ｙ軸駆動機構４４６によるＹ軸方向における微調整、上下機構４５１に係合した図示しない回転機構によるウェーハ面に垂直な軸回り回転（ウェーハの回転）の微調整を適宜行う。こうして、ウェーハ載置テーブル４６０に対する図示しないウェーハ１ａの位置決めが行われる。このウェーハの位置決めは、マイクロコンピュータ制御で自動的に行うことが望ましい。
【００２８】
ウェーハ載置テーブル４６０に対する図示しないウェーハ１ａ（図３参照）の位置決めを行ったら、図示しないウェーハ１ａをウェーハ載置テーブル４６０上に降下させ、そこに吸着固定させる。次に、図示しないウェーハ１ａの半導体チップ領域が形成された面（デバイス形成面）に貼着されている両面テープ（アンダーフィルフィルム）の離型紙を剥離する。この際、まず押し付けローラ４６３によって剥離テープ４６７を送り出しローラ４６８から引き出す。そして、図示しないウェーハ１ａのＹ軸方向の下端の端部に剥離テープ４６７を押し付け、離型紙に剥離テープ４６７を貼着させる。その後、巻き取りローラ４６５に剥離テープ４６７を巻き取りながら押し付けローラ４６３をＹ軸の上方向（図５の上方向）に移動させる。この時、剥離テープ４６７に離型紙が貼り付き、離型紙が両面テープから剥離される。
【００２９】
ウェーハ１ａから離型紙を剥離し、その表面に粘着性を有するアンダーフィルフィルムを露出させたら、次の図示しないウェーハ１ｂ（図３参照）を図示しないウェーハ１ａ上に重ねて載置する。この際の手順は、図示しないウェーハ１ａをウェーハ載置テーブル４６０上に載置させるための手順と同じである。２枚目のウェーハ１ｂに対しても、上述したＣＣＤカメラ式マイクロスコープを用いた位置合わせを行うことで、半導体チップ領域およびその分割予定ラインを両ウェーハ間において正確に合わせることができる。ウェーハ載置テーブル４６０上において、図示しないウェーハ１ａの上にウェーハ１ｂを載置したら、ウェーハ１ｂをウェーハ搬送パッド４５２によって押圧し、両ウェーハを密着させる。これにより、図示しないウェーハ１ａ上のアンダーフィルフィルムの機能により、両ウェーハが接着され一体化する。また、この際、両ウェーハの上下に重なる半導体デバイス領域間における導通が行われる。
【００３０】
ウェーハ１ｂをウェーハ１ａ上に積層したら、同様な手順を再度行い、さらにウェーハ１ｃ（図３参照）をウェーハ１ｂ上に積層する。こうして、図１に示す構造のウェーハを３層に積層した積層ウェーハを得る。図８は、積層ウェーハの断面構造を示す概念図である。図８に示す積層ウェーハ７１は、ウェーハ１ａ上にウェーハ１ｂが、アンダーフィルフィルム７４ａによって貼着され、ウェーハ１ｂ上にウェーハ１ｃが、アンダーフィルフィルム７４ｂによって貼着された３層構造を有している。また、ウェーハ１ｃの表面には、表面保護フィルム７５が貼着されている。なお、積層するウェーハの枚数は任意に選択可能である。また、ウェーハ１ａの貫通電極７ａに導通したバンプ８ａが、ウェーハ１ｂの貫通電極７ｂに接触し、さらにこの貫通電極７ｂに導通したバンプ８ｂにウェーハ１ｃの貫通電極７ｃが接触している。この上下に隣接するウェーハ間の電気的な接触構造は、他の貫通電極およびバンプにおいても同様である。この接触構造は、ウェーハを貼り合わせる際に加えられる圧力により、バンプがアンダーフィルフィルムを突き破り、バンプが上方に位置する貫通電極に接触することで行われる。
【００３１】
図４および図５に戻り、ウェーハ載置テーブル４６０において形成された積層ウェーハは、旋回アーム４７２によって、ウェーハ載置テーブル４６０からフレームマウントテーブル４９０へ搬送される。この際、反転部４７２ｂが反転し、旋回アームパッド４７０が１８０度反転する。これにより、搬送前はデバイス面が上にあった積層ウェーハが、フレームマウントテーブル４９０上では、デバイス面が下になる。旋回アーム４７２の旋回角度は９０度に調整されているため、この反転により、積層ウェーハのノッチ４は、フレームマウントテーブル４９０において、Ｙ方向上端に位置付けられる。この状態で旋回アームパッド４７０を下降させ、裏面側を上にした状態で旋回アームパッド４７０上に吸着固定されている積層ウェーハをフレームマウントテーブル４９０上に位置させる。次に、フレームキャリア４８０から、予めダイシングフレームにダイシングテープを取り付けたダイシングテープフレームをプッシュプルクランプ４８１によって引き出し、それをフレーム搬送クランプ４８６によってフレームマウントテーブル４９０上に搬送し、旋回アームパッド４７０によって裏返して保持されている積層ウェーハの裏面側に載せる。次にローラ４９１によってダイシングテープの露出面をＹ方向下端から上端に向けて押圧し、積層ウェーハの裏面にダイシングテープを貼着する。こうして、ダイシングテープフレームへの積層ウェーハの取り付けが行われる。
【００３２】
以下、このダイシングテープフレームへの積層ウェーハの取り付け工程の詳細を説明する。まず、図６にダイシングテープフレームの概要を示す。図６は、上面図（Ａ）および断面図（Ｂ）であり、図６（Ａ）のａ―ａ’の線で切った断面を図６（Ｂ）に示す。図６に示すように、ダイシングフレーム７３にダイシングテープ７２が貼着されてダイシングテープフレーム７０が構成されている。ダイシングテープ７２は、後述する加工装置のレーザ光を透過する材質の粘着材料をメッシュ状にしたものであり、積層ウェーハをその粘着性により保持固定する。
【００３３】
図７は、上述したダイシングテープへの積層ウェーハの貼着工程を示す工程断面図である。図７（Ａ）には、ローラ４９１によって押圧する直前の様子が示されている。図７（Ａ）には、旋回アーム４７２の反転部４７２ｂ先端に設けられた旋回アームパッド４７０に吸引固定された積層ウェーハ７１が示されている。この状態において、反転部４７２ｂは反転しており、積層ウェーハ７１の裏面側が上を向いている。なお、符号４７０ａは、真空吸引を行なうための多孔質部材である。また、図７（Ａ）には、ダイシングテープフレーム７０を搬送するためのフレーム搬送クランプ４８６が示されている。前述したように、フレーム搬送クランプ４８６は、Ｘ軸方向に駆動可能なフレーム搬送機構Ｘ軸ステイ４８５に取り付けられ、フレーム搬送機構Ｘ軸ステイ４８５は、フレーム搬送機構Ｚ軸シリンダ４８４によってＺ軸方向に駆動される。
【００３４】
図７（Ａ）に示す状態から、ローラ４９１を下降させて、その接触部分において、ダイシングテープ７２を積層ウェーハ７１に貼着する。そして、図７（Ｂ）に示すようにローラ４９１をＹ軸の逆方向に回転移動させることで、図７（Ｃ）に示すように積層ウェーハ７１の裏面全体にダイシングテープ７２を貼着する。
【００３５】
図９は、ダイシングテープフレームに積層ウェーハが貼着された状態を示す斜視図である。図９には、中央が円形にくり抜かれた略平板環形状を有するダイシングフレーム７３にダイシングテープ７２が取り付けられたダイシングテープフレーム７０が示されている。また、ダイシングテープ７２に、ウェーハ１ａ〜１ｃが積層された積層ウェーハ７１が貼着されて固定された状態が示されている。
【００３６】
図４および図５に戻り、ダイシングテープフレームが裏面に貼着された積層ウェーハは、フレーム搬送クランプ４８６によって再びＹ軸の下方方向に搬送され、次いでプッシュプルクランプ４８１によってフレームキャリア４８０内に収納される。以上の作業を繰り返すことで、ウェーハキャリア４４１に収納された単体のウェーハを３層に積層する積層ウェーハの形成が行われ、積層ウェーハがフレームキャリア４８０に収納される。
【００３７】
ウェーハを積層する際、雰囲気を減圧状態にしてもよい。これにより、下層のウェーハ上のアンダーフィルフィルムと上層のウェーハの裏面との間に空気が含まれないようにすることができる。ウェーハを積層する雰囲気を減圧にするには、図４および図５に示すウェーハ積層装置４００のベース４０１上を減圧チャンバーで覆った構造とし、排気ポンプによりその内側を減圧にする構造、あるいはウェーハ載置テーブル４６０の部分の雰囲気を減圧にできる減圧チャンバーを配置し、排気ポンプによりその内側を減圧にする構造等を挙げることができる。なお、減圧雰囲気下において真空チャックを行うには、ウェーハの保持に必要な保持力が得られるように、真空チャック装置の吸引部分内側の圧力と雰囲気圧力との間に圧力差を設定すればよい。
【００３８】
（５）加工装置
次に、積層ウェーハを分割するための加工装置を説明する。
（５−１）加工装置の構成
図１０は、レーザ・ジェット加工装置１００を示す斜視図である。レーザ・ジェット加工装置１００は、上面が水平な直方体状の基台１０を有している。この基台１０上には、水平なＸ方向およびＹ方向に移動自在とされたＸＹ移動テーブル１１が設けられており、このＸＹ移動テーブル１１上に円盤状のワークテーブル１２が水平に設置されている。レーザ・ジェット加工が施される積層ウェーハはワークテーブル１２上に保持され、上方に配置されたノズル５０から射出されるレーザ光線および液体ジェットによって加工される。ワークテーブル１２は、空気吸引によって積層ウェーハを吸着、保持する真空チャック式である。なお、積層ウェーハを保持する機構として、ダイシングフレームをメカニカルクランプによりワークテーブル１２に固定する方法を採用することもできる。
【００３９】
ＸＹ移動テーブル１１は、基台１０上にＸ方向に移動自在に設けられたＸ軸ベース２０と、このＸ軸ベース２０上にＹ方向に移動自在に設けられたＹ軸ベース３０との組み合わせで構成されている。Ｘ軸ベース２０は基台１０上に固定されたＸ方向に延びる一対の平行なガイドレール２１，２１に摺動自在に取り付けられており、Ｘ軸駆動機構２２によってＸ方向に移動させられる。Ｙ軸ベース３０はＸ軸ベース２０上に固定されたＹ方向に延びる一対の平行なガイドレール３１，３１に摺動自在に取り付けられており、Ｙ軸駆動機構３２によってＹ方向に移動させられる。 
【００４０】
ワークテーブル１２はＹ軸ベース３０上に回転自在あるいは固定状態で設置されており、Ｘ軸ベース２０およびＹ軸ベース３０の移動に伴って、Ｘ方向あるいはＹ方向に移動させられる。Ｘ軸ベース２０およびＹ軸ベース３０の移動方向および移動速度を適宜に調節することにより、Ｘ方向およびＹ方向の直線移動のみならず、ワークテーブル１２を曲線状に移動させて曲線加工を施すことができるようになっている。 
【００４１】
ワークテーブル１２の中央には丸形の開口１２ａが空いており、この開口１２ａの下方であってＹ軸ベース３０内には、ノズル５０から射出された液体ジェットを受ける受水槽が設けられている。この受水槽には、液体ジェットを回収して清浄化した後に再びノズル５０に戻す循環装置が接続されている（受水槽および循環装置は図示略）。 
【００４２】
基台１０の一側面（図１０で右奥側の見えない側面）には鉛直方向（Ｚ方向）上方に延びる角柱状のコラム１３が固定されており、このコラム１３の基台１０側の面には、ワークテーブル１２上までＹ方向に沿って延びる円筒状の加工軸４０が設けられている。この加工軸４０はコラム１３に沿って上下動自在に設けられ、コラム１３内に収容された図示せぬ上下駆動機構によって上下動させられる。そして、その加工軸４０の先端には、ブラケット４１を介してレーザ光線および液体ジェットを下方に射出するノズル５０が取り付けられている。 
【００４３】
図１１は、ノズルの構造を示す断面図である。ノズル５０は、図１１に示すように、外径が一定の円筒部５１の一端（図１０で下端）から円錐部５２が延びている円筒体であり、円筒部５１の他端（図１０で上端）は端板部５３で塞がれ、円錐部５２の先端に射出口５４が開口している。このノズル５０は、射出口５４を下に配し、軸方向をＺ方向と平行にしてブラケット４１に取り付けられている。その取り付け状態での円筒部５１の上端には、レーザ光線導入管（レーザ光線導入部）６０が、また下端には液体ジェット導入管（液体ジェット導入部）８０が、それぞれ着脱可能に挿入されて装着されている。各導入管６０，８０は円筒状で、互いに平行な状態でノズル５０の径方向に延びている。なお、図１０では各導入管６０，８０の図示を省略している。 
【００４４】
レーザ光線導入管６０には、ＹＡＧレーザ発振器等の図示せぬレーザ発振器が接続されており、このレーザ発振器で発振されたレーザ光線がレーザ光線導入管６０内を同軸的に通ってノズル５０内に導入されるようになっている。レーザ発振器で発振されるレーザ光線は、例えば出力１〜５Ｗ、波長１０６４ｎｍの特性を有するものなどが好適に用いられる。 
【００４５】
図１２は、レーザ光線導入管の構造を示す斜視図である。レーザ光線導入管６０は、図１２に示すように円筒状の本体部６１を主体としており、その本体部６１の先端にステイ部６２を介して反射鏡６３が設けられている。ステイ部６２は本体部６１の一部を残して切り欠くことにより形成されたもので断面円弧状であり、本体部６１の軸方向に延びている。そして、このステイ部６２の先端に、凹面状に形成された反射鏡６３がステイ部６２に一体に設けられている。レーザ光線導入管６０内を通ってノズル５０内に導入されたレーザ光線は、反射鏡６３で集光されるとともにビーム状に細く変換され、下方に向けて９０°に屈折させられるようになっている（図１１の符号Ｌはレーザ光線を示している）。また、本体部６１の先端には、先端開口を塞ぐ透明な遮蔽板６４が固定されている。この遮蔽板６４により、ノズル５０内に導入された液体ジェットがレーザ光線導入管６０内に入り込んで逆流することが防がれるようになっている。レーザ光線導入管６０は、反射鏡６３で集光され細いビーム状に反射したレーザ光線が、図１１に示す射出口５４から同軸的に射出されるように、本体部６１がノズル５０の円筒部５１に装着される。 
【００４６】
図１１に戻り、液体ジェット導入管８０には、砥粒が適宜な割合で混入された水を高圧化して該導入管８０内に供給する図示せぬ液体ジェット供給装置が接続されており、この液体ジェット供給装置から供給された砥粒を含む液体ジェットが液体ジェット導入管８０内を通ってノズル５０内に導入されるようになっている。砥粒は、レーザ光線を吸収または反射しない石英やガラス、ダイヤモンド、あるいはフロロカーボンやポリスチレン等の有機物が好適に用いられ、金属製は好ましくない。砥粒の大きさ、すなわち砥粒径は、レーザ光線導入管６０からノズル５０内に導入されるレーザ光線の波長の５分の１程度あるいはそれ以下が望ましく、１０分の１以下がより望ましい。砥粒径がレーザ光線の波長の５分の１〜１０分の１程度である場合には、水への砥粒の混合割合は１０％以下が望ましく、５％以下がより望ましい。また、水圧は液体ジェットによる加工効果を得るためには５０ＭＰａ以上とすることが好ましく、さらに加工効果を充分得るためには２００ＭＰａ程度とすることがより好ましい。 
【００４７】
（５−２）加工装置の作用 
以上がレーザ・ジェット加工装置１００の構成である。該加工装置１００によると、ワークテーブル１２上に積層ウェーハが吸着、保持され、その積層ウェーハに対して加工軸４０を下降させてノズル５０を近付け、そのノズル５０からビーム状に下方に射出されるレーザ光線および液体ジェットを同時に当てながらＸＹ移動テーブル１１を適宜に移動させることにより、積層ウェーハに対して切断加工が施される。 
【００４８】
ノズル５０内においては、液体ジェット導入管８０から導入された液体ジェットがノズル５０内に充満してさらに高圧化し、その液体ジェットは射出口５４から下方に向けてビーム状に射出して積層ウェーハに当たる。一方、レーザ光線導入管６０から導入されたレーザ光線は反射鏡６３で９０°屈折して射出口５４から射出する液体ジェット中に同軸的に導光され、射出口５４から射出して積層ウェーハに照射される。積層ウェーハはレーザ光線で溶断され、液体ジェットは、例えばレーザ光線の熱で生じる加工屑を除去して再付着を防止し、また、レーザ光線の加工点を冷却するように機能する。
【００４９】
本実施形態のレーザ・ジェット加工装置１００によれば、ノズル５０にはレーザ光線導入管６０と液体ジェット導入管８０が装着されているが、これら以外のものはノズル５０に付加する不要はない。したがってノズル５０自体は単一材料で一体に、かつ高い強度を有するように構成することができる。例えばノズル５０は耐久性の高いステンレス等の金属で形成して強度を向上させたものとすることにより、ノズル５０内に導入して射出する液体ジェットの圧力を大幅に向上させることができる。このため、ウェーハに当たる液体ジェットの圧力を高めることができる。さらに、ノズル５０の強度向上に伴い液体ジェットに砥粒を混合させることができるため、圧力の向上とあいまって液体ジェット単独でも切断等の加工が可能になる。さらに砥粒混合の液体ジェットを加工部分に当てると研磨効果が発揮され、これによってレーザ加工での面粗さが低減されて優れた加工品質を得ることができる。 
【００５０】
また、ノズル５０内では液体ジェット中の砥粒が高い圧力で散乱している状態であるから、その砥粒が反射鏡６３や遮蔽板６４に当たって傷付く可能性が高い。反射鏡６３が傷付くとレーザ光線の反射効率が低下してレーザ光線の強度が低下してしまうので交換が必要となってくる。また、遮蔽板６４が傷付くとレーザ光線の透過効率が低下し、やはり強度が低下する。そこで、反射鏡６３や遮蔽板６４が傷付いたら、レーザ光線導入管６０をノズル５０から取り外し、新たなものに交換すればよい。本実施形態では、このようにレーザ光線導入管６０ごと反射鏡６３および遮蔽板６４を交換することにより、反射鏡６３および遮蔽板６４の交換を容易に行うことができる。 
【００５１】
（６）積層ウェーハの分割工程
以下、図８および図９に示す積層ウェーハを図１０に示すレーザ・ジェット加工装置１００によって切断する工程を説明する。まず、前述した作業を行いダイシングテープフレームに積層ウェーハが貼着された状態の図９に示す試料を作製する。図９に示す積層ウェーハ７１において、格子状に各半導体チップ領域３を仕切る隙間部分が分割予定ライン７６となる。この分割予定ライン７６によって、ウェーハが個々のデバイス領域に区画される。なお、図９に示す試料における積層ウェーハ７１の表面は、図示を省略した表面保護フィルムで覆われている。
【００５２】
積層ウェーハ７１の分割を行うには、まず図９に示す試料を図１０に示すレーザ・ジェット加工装置１００のワークテーブル１２上にセットする。次に積層ウェーハ７１表面の表面保護フィルムを剥がす。そしてレーザ光と液体ジェットを射出させ、ＸＹ移動テーブル１１を動かしながら積層ウェーハ７１の分割予定ライン７６をレーザ光と液体ジェットとが同軸状になったビームによって走査し、そこに切断溝を形成する。この際、レーザ光と液体ジェットは、メッシュ状のダイシングテープ７２を透過し、液体は開口１２ａの下方にある受水槽が回収される。ダイシングテープ７２は、レーザ光を透過し、またメッシュ状であるので、液体ジェットにより切断されない。このため、積層ウェーハ７１を縦横に切断しても、その切断された状態の積層ウェーハ７１を保持する機能は失われない。
【００５３】
図１３は、図９の積層ウェーハ７１を図１０のレーザ・ジェット加工装置１００によって分割した後の状態を示す斜視図および分割された積層デバイスの概念図である。図１３に示すのは、分割作業の終了後に図９に示す試料を、レーザ・ジェット加工装置１００から外した状態であり、縦横に格子状に形成された切断溝７７が示されている。
【００５４】
図１３に示す状態において、積層ウェーハ７１の分割片をダイシングテープ７２から剥がすと、積層デバイス７８を得ることができる。積層デバイス７８は、第１層のデバイスチップ１ａ’上にアンダーフィルフィルム７４ａ’によって第２層のデバイスチップ１ｂ’が固定され、さらに第２層のデバイスチップ１ｂ’上にアンダーフィルフィルム７４ｂ’によって第３層のデバイスチップ１ｃ’が固定された３層構造を有している。各層のデバイスチップは、図１および図２の符号３によって示される構造を有し、貫通電極７とバンプ８とを備え、それらによって各層のデバイスチップは電気的に接続されている。
【００５５】
レーザ・ジェット加工装置１００を利用した場合、ブレードによって機械的に切削を行う場合と異なり、レーザ光の光線エネルギー、液流の圧力、および液流に含まれる砥粒の作用によって切断加工が行われるので、アンダーフィルフィルムを構成する樹脂系の材料の切削屑の影響や切削レートの違いに起因する加工不良の問題は発生しない。このため、積層ウェーハの切断工程時における加工不良の発生を抑えることができる。
【００５６】
２．変更例
本発明は、単層のデバイスチップを作製する場合に利用することもできる。この場合、第１の実施形態における各ウェーハを接合する両面テープ構造のアンダーフィルフィルムの代わりに、熱発泡型の粘着テープの両面に離型紙を貼着した易剥離型両面テープを利用すればよい。この粘着テープは、加熱すると表面に気泡を生じ、粘着力を失う性質を有している（例えば日東電工製、商品名：リバアルファ）。
【００５７】
この例においては、図１３に示すように、積層ウェーハが分割され、ダイシングテープに固定されている状態において、ピックアップ部に加熱機構を備えた真空吸引コレットによって、各チップをピックアップする。この際、所定の半導体チップ領域３において、接触した真空吸引コレットのピックアップ部からの熱により、当該領域の最上層の両面テープの粘着層の粘着力が失われ、真空吸引コレットに接触している最上層のチップ１枚がピックアップされる。こうして、半導体チップ領域３毎に分割された半導体チップを１枚ずつ得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、半導体ウェーハを個々のデバイスに分割するウェーハの分割技術に利用することができる。また、本発明は、半導体チップを積層した構造の積層デバイスを製造する技術に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】半導体チップ領域に貫通電極が形成された状態のウェーハの裏面図およびその一部拡大図である。
【図２】半導体チップ領域にバンプが形成された状態のウェーハを表側から見た斜視図およびその一部拡大図である。
【図３】ウェーハを積層する状態を示す概念図である。
【図４】ウェーハ積層装置の概要を示す斜視図である。
【図５】ウェーハ積層装置の概要を示す上面図である。
【図６】ダイシングフレームにダイシングテープを貼着した状態を示す上面図（Ａ）と断面図（Ｂ）である。
【図７】ダイシングテープへの積層ウェーハの貼着工程を示す工程断面図である。
【図８】積層ウェーハの断面構造を示す概念図である。
【図９】ダイシングテープに積層ウェーハが貼着された状態を示す斜視図である。
【図１０】レーザ・ジェット加工装置を示す斜視図である。
【図１１】ノズルの構造を示す断面図である。
【図１２】レーザ光線導入管の構造を示す斜視図である。
【図１３】積層ウェーハをレーザ・ジェット加工装置によって分割した後の状態を示す斜視図および分割された積層デバイスの概念図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…ウェーハ、１ａ…ウェーハ、１ｂ…ウェーハ、１ｃ…ウェーハ、３…半導体チップ領域、７１…積層ウェーハ、７２…ダイシングテープ、７３…ダイシングフレーム、７６…分割予定ライン、７７…切削溝、７８…積層デバイス。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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