(57)【要約】      （修正有）【課題】ストリートに配設されたテスト用の金属パターンの影響を受けることなく個々のデバイスに分割することができるとともに、分割されたデバイスの構成を検出することができないようにしたウエーハの分割方法を提供する。【解決手段】ウエーハ２に対して透過性を有するパルスレーザー光線をウエーハ２の裏面からテスト用の金属パターン２３の近傍に集光点Ｐを位置付けてストリートに沿って照射し、テスト用の金属パターン２３に破断線を形成する金属パターン破断工程と、ウエーハ２に対して透過性を有するパルスレーザー光線をウエーハ２の裏面からウエーハ２の内部における破断線の上側に集光点Ｐを位置付けてストリートに沿って照射し、ウエーハの内部における破断線の上側にストリートに沿って変質層を形成する変質層形成工程と、変質層が形成されたウエーハ２に外力を付与し、ウエーハ２を変質層に沿って個々のチップに分割する分割工程とを含む。【選択図】図４
2007012878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に格子状に形成されたストリートによって複数の領域が区画され、この区画された領域に複数のデバイスが形成されており、ストリートにテスト用の金属パターンが配設されているウエーハの分割方法であって、
ウエーハを裏面を上側にして保持し、ウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線をウエーハの裏面から該テスト用の金属パターンの近傍に集光点を位置付けて該ストリートに沿って照射し、該テスト用の金属パターンに破断線を形成する金属パターン破断工程と、
ウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線をウエーハの裏面からウエーハの内部における該破断線の上側に集光点を位置付けて該ストリートに沿って照射し、ウエーハの内部における該破断線の上側に該ストリートに沿って変質層を形成する変質層形成工程と、
該変質層が形成されたウエーハに外力を付与し、ウエーハを該変質層に沿って個々のチップに分割する分割工程と、を含む、
ことを特徴とするウエーハの分割方法。
【請求項２】
該金属パターン破断工程において照射されるパルスレーザー光線は、波長が１０６４nm、繰り返し周波数が２０〜８０kHz、平均出力が０．０５〜０．２Wに設定されている、請求項１記載の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、表面に格子状に形成されたストリートによって複数の領域が区画され、この区画された領域に複数のデバイスが形成され、ストリートにテスト用の金属パターンが配設されているウエーハを、ストリートに沿って分割するウエーハの分割方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
当業者には周知の如く、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基板の表面に格子状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複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成されている半導体ウエ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毎に分割して個々の半導体チップを製造している。
【０００３】
上述した半導体ウエーハの多くは、ストリート上にデバイスの機能をテストするためのテスト  エレメント  グループ（TEG）と称するテスト用の金属パターンが複数個配設されている。このようにテスト用の金属パターンが配設された半導体ウエーハは、個々の半導体チップに分割する前に、テスト用の金属パターンを用いてデバイスの機能をチェックする。そして、半導体ウエーハを分割する際には、テスト用の金属パターンも同時に切断して除去している。即ち、テスト用の金属パターンが残っていると、この金属パターンを用いてデバイスの構成を検出することが可能であるため、企業秘密を守る観点からテスト用の金属パターンは除去される。
【０００４】
一方、近年半導体ウエーハ等の板状の被加工物を分割する方法として、その被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法も試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、被加工物の一方の面側から内部に集光点を合わせて被加工物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、被加工物の内部にストリートに沿って変質層を連続的に形成し、この変質層が形成されることによって強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、被加工物を分割するものである。（例えば、特許文献１参照。）
【特許文献１】特許第３４０８８０５号公報
【０００５】
しかるに、ウエーハのストリートにTEGが配設されている場合には、TEGがレーザー光線の妨げとなり、変質層を均一に形成することができないという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した問題を解消するためには、TEGが配設されていないウエーハの裏面側からストリートに沿ってレーザー光線を照射することにより、変質層を均一に形成することができる。しかるに、変質層が形成されたウエーハに外力を加えて破断すると、TEGが鋸刃状に破断され、コンタミの原因となるとともにデバイスの品質を低下させるという問題がある。また、残存するTEGを用いてデバイスの構成を検出することが可能であるため、企業秘密が漏洩するという問題もある。
【０００７】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、ストリートに配設されたテスト用の金属パターンの影響を受けることなく個々のデバイスに分割することができるとともに、分割されたデバイスの構成を検出することができないようにした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】
【０００８】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、表面に格子状に形成されたストリートによって複数の領域が区画され、この区画された領域に複数のデバイスが形成されており、ストリートにテスト用の金属パターンが配設されているウエーハの分割方法であって、
ウエーハを裏面を上側にして保持し、ウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線をウエーハの裏面から該テスト用の金属パターンの近傍に集光点を位置付けて該ストリートに沿って照射し、該テスト用の金属パターンに破断線を形成する金属パターン破断工程と、
ウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線をウエーハの裏面からウエーハの内部における該破断線の上側に集光点を位置付けて該ストリートに沿って照射し、ウエーハの内部における該破断線の上側に該ストリートに沿って変質層を形成する変質層形成工程と、
該変質層が形成されたウエーハに外力を付与し、ウエーハを該変質層に沿って個々のチップに分割する分割工程と、を含む、
ことを特徴とするウエーハの分割方法が提供される。
【０００９】
上記金属パターン破断工程において照射されるパルスレーザー光線は、波長が１０６４nm、繰り返し周波数が２０〜８０kHz、平均出力が０．０５〜０．２Wに設定されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるウエーハの分割方法においては、金属パターン破断工程を実施することによりストリートに沿って配設された複数のテスト用の金属パターンはストリートに沿って破断さて破断線が形成されているので、変質層形成工程によって形成された変質層に沿ってウエーハが破断されてもテスト用の金属パターンが鋸刃状に破断されることはない。また、テスト用の金属パターン２３は、破断されるとともにレーザー光線の照射によって機能が破壊されるので、残留したテスト用の金属パターンを用いてデバイスの構成を検出することはできない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明によるウエーハの分割方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して更に詳細に説明する。
【００１２】
図１には本発明によるウエーハの分割方法によって個々のチップに分割される半導体ウエーハの斜視図が示されている。図１に示す半導体ウエーハ２は、シリコンウエーハからなり、その表面２ａに格子状に配列された複数のストリート２１によって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス２２が形成されている。この半導体ウエーハ２には、ストリート２１にデバイス２２の機能をテストするためのテストエレメント  グループ（TEG）と称するテスト用の金属パターン２３が部分的に複数配設されている。
【００１３】
上述したように構成された半導体ウエーハ２は、図２に示すように環状のフレーム３に装着されたポリオレフィン等の合成樹脂シートからなる保持テープ４に表面２ａ側を貼着する。従って、半導体ウエーハ２は、裏面２bが上側となる。
【００１４】
次に、半導体ウエーハ２を複数のストリート２１に沿って分割する分割方法について説明する。
先ず、半導体ウエーハ２を裏面２bを上側にして保持し、半導体ウエーハ２に対して透過性を有するパルスレーザー光線を半導体ウエーハ２の裏面２bからテスト用の金属パターン２３の近傍に集光点を位置付けてストリート２１に沿って照射し、テスト用の金属パターン２３に破断線を形成する金属パターン破断工程を実施する。この金属パターン破断工程は、図３に示すレーザー加工装置を用いて実施する。図３に示すレーザー加工装置５は、被加工物を保持するチャックテーブル５１と、該チャックテーブル５１上に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２を具備している。チャックテーブル５１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない加工送り機構によって図３において矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられるとともに、図示しない割り出し送り機構によって矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。
【００１５】
上記レーザー光線照射手段５２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング５２１の先端に装着された集光器５２２からパルスレーザー光線を照射する。また、図示のレーザー加工装置５は、図３に示すように上記レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の先端部に装着された撮像手段５３を備えている。この撮像手段５３は、可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該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撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
【００１６】
以下、上述したレーザー加工装置５を用いて実施する金属パターン破断工程について説明する。
先ず図３に示すレーザー加工装置５のチャックテーブル５１上に上述した環状のフレーム３に保持テープ４を介して支持された半導体ウエーハ２を載置し、チャックテーブル５１上に半導体ウエーハ２を吸着保持する。このとき、半導体ウエーハ２は裏面２aを上側にして保持される。なお、図３においては、半導体ウエーハ２が貼着されている保持テープ４が装着された環状のフレーム３を省いて示しているが、環状のフレーム３はチャックテーブル５１に配設された図示しないフレーム保持クランプによって固定される。
【００１７】
上述したように半導体ウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル５１は、図示しない加工送り機構によって撮像手段５３の直下に位置付けられる。チャックテーブル５１が撮像手段５３の直下に位置付けられると、撮像手段５３および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ２のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段５３および図示しない制御手段は、半導体ウエーハ２の所定方向に形成されているストリート２１と、ストリート２１に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２の集光器５２２との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。このとき、半導体ウエーハ２２のストリート２１が形成されている表面２ａは下側に位置しているが、撮像手段５３が上述したように赤外線照明手段と赤外線を捕らえる光学系および赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成された撮像手段を備えているので、裏面２ｂから透かしてストリート２１を撮像することができる。また、半導体ウエーハ２に形成されている上記所定方向に対して直交する方向に延びるストリート２１に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。
【００１８】
以上のようにしてチャックテーブル５１上に保持された半導体ウエーハ２に形成されているストリート２１を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、図４の(a)で示すようにチャックテーブル５１をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２の集光器５２２が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定のストリート２１の一端(図４の(a)において左端)を集光器５２２の直下に位置付ける。このとき、パルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ２の表面２a即ちテスト用の金属パターン２３の近傍に合わせる。次に、集光器５２２から半導体ウエーハ２に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル５１即ち半導体ウエーハ２を図４の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図４の（ａ）で示すように集光器５２２の照射位置が半導体ウエーハ２の他端（図４の（ａ）において右端）の位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル５１即ち半導体ウエーハ２の移動を停止する。この結果、ストリート２１に形成されたテスト用の金属パターン２３にパルスレーザー光線が照射されるため、テスト用の金属パターン２３は破断され、テスト用の金属パターン２３には図４の（b）で示すようにストリート２１に沿って破断線２３１が形成される。また、パルスレーザー光線が照射されたテスト用の金属パターン２３は、その機能が破壊される。
【００１９】
上記金属パターン破断工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
レーザー光線の光源  ：ＹＶＯ４レーザーまたはＹＡＧレーザー
波長                ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数      ：２０〜８０kHz
平均出力            ：０．０５〜０．２W
集光スポット径      ：φ１μｍ
加工送り速度        ：３００〜５００ｍｍ／秒
【００２０】
上述した金属パターン破断工程を半導体ウエーハ２の所定方向に形成された全てのストリート２１に沿って実施したならば、チャックテーブル５１従って半導体ウエーハ２を９０度回動する。そして、半導体ウエーハ２に上記所定方向と直交する方向に形成された全てのストリート２１に沿って上述した金属パターン破断工程を実施する。この結果、半導体ウエーハ２の全てのストリート２１に配設された全てのテスト用の金属パターン２３には、ストリート２１に沿って破断線２３１が形成される。
【００２１】
なお、本発明者等の実験によると、上記金属パターン破断工程において照射するパルスレーザー光線は、繰り返し周波数が２０kHz未満で、平均出力が０．０５W未満であると、金属パターン２３を破断することができなかった。また、繰り返し周波数が８０kHzより高く、平均出力が０．２Wより高いと、金属パターン２３が破壊され綺麗な破断線２３１を形成することができなかった。従って、金属パターン破断工程において照射するパルスレーザー光線は、繰り返し周波数が２０〜８０kHz、平均出力が０．０５〜０．２Wに設定することが望ましい。
【００２２】
上述した金属パターン破断工程を実施したならば、半導体ウエーハ２に対して透過性を有するパルスレーザー光線を半導体ウエーハ２の裏面２bから半導体ウエーハ２の内部における破断線２３１の上側に集光点を位置付けてストリート２１に沿って照射し、半導体ウエーハ２の内部における破断線２３１の上側にストリート２１に沿って変質層を形成する変質層形成工程を実施する。
即ち、図５の(a)で示すようにチャックテーブル５１をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２の集光器５２２が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定のストリート２１の一端(図５の(a)において左端)を集光器５２２の直下に位置付ける。このとき、、図５の（b）に示すようにパルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ２の厚さ方向中間部におけるテスト用の金属パターン２３に形成された破断線２３１の上側に合わせる。次に、集光器５２２から半導体ウエーハ２に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル５１即ち半導体ウエーハ２を図５の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図５の（ａ）で示すように集光器５２２の照射位置が半導体ウエーハ２の他端（図５の（ａ）において右端）の位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル５１即ち半導体ウエーハ２の移動を停止する。この結果、図５の（b）および図５の(c)に示すように半導体ウエーハ２の内部にはテスト用の金属パターン２３に形成された破断線２３１の上側にストリート２１に沿って分割起点となる変質層２４が形成される。この変質層２４は、溶融再固化層、クラック層として形成される。
【００２３】
上記変質層形成工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
レーザー光線の光源  ：ＹＶＯ４レーザーまたはＹＡＧレーザー
波長                ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数      ：３００〜５００kHz
平均出力            ：０．５〜３W
集光スポット径      ：φ１μｍ
加工送り速度        ：4００〜8００ｍｍ／秒
【００２４】
上述した変質層形成工程を半導体ウエーハ２に所定方向に形成された全てのストリート２１に沿って実施したならば、チャックテーブル５１従って半導体ウエーハ２を９０度回動する。そして、半導体ウエーハ２に上記所定方向と直交する方向に形成された全てのストリート２１に沿って上述した変質層形成工程を実施する。この結果、半導体ウエーハ２の内部には、全てのストリート２１におけるテスト用の金属パターン２３に形成された破断線２３１の上側にストリート２１に沿って変質層２４が形成される。
【００２５】
上述した変質層形成工程を実施したならば、半導体ウエーハ２に外力を作用せしめ、半導体ウエーハ２を分割起点となる変質層２４に沿って破断する分割工程を実施する。この分割工程は、図示の実施形態においては図6に示す分割装置６を用いて実施する。図6に示す分割装置６は、上記環状のフレーム３を保持するフレーム保持手段６１と、該フレーム保持手段６１に保持された環状のフレーム３に装着された保持テープ４を拡張するテープ拡張手段６２を具備している。フレーム保持手段６１は、環状のフレーム保持部材６１１と、該フレーム保持部材６１１の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ機構６１２とからなっている。フレーム保持部材６１１の上面は環状のフレーム３を載置する載置面６１１ａを形成しており、この載置面６１１ａ上に環状のフレーム３が載置される。そして、載置面６１１ａ上に載置された環状のフレーム３は、クランプ機構６１２によってフレーム保持部材６１１に固定される。このように構成されたフレーム保持手段６１は、テープ拡張手段６２によって上下方向に進退可能に支持されている。
【００２６】
テープ拡張手段６２は、上記環状のフレーム保持部材６１１の内側に配設される拡張ドラム６２１を具備している。この拡張ドラム６２１は、環状のフレーム３の内径より小さく該環状のフレーム３に装着された保持テープ４に貼着される半導体ウエーハ２の外径より大きい内径および外径を有している。また、拡張ドラム６２１は、下端に支持フランジ６２２を備えている。図示の実施形態におけるテープ拡張手段６２は、上記環状のフレーム保持部材６１１を上下方向に進退可能な支持手段６３を具備している。この支持手段６３は、上記支持フランジ６２２上に配設された複数のエアシリンダ６３１からなっており、そのピストンロッド６３２が上記環状のフレーム保持部材６１１の下面に連結される。このように複数のエアシリンダ６３１からなる支持手段６３は、環状のフレーム保持部材６１１を載置面６１１ａが拡張ドラム６２１の上端と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム６２１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せしめる。従って、複数のエアシリンダ６３１からなる支持手段６３は、拡張ドラム６２１とフレーム保持部材６１１とを上下方向に相対移動する拡張移動手段として機能する。
【００２７】
以上のように構成された分割装置６を用いて実施する分割工程について図7を参照して説明する。即ち、半導体ウエーハ２（ストリート２１に沿って変質層２４が形成されている）を保持テープ４を介して支持した環状のフレーム３を、図7の（ａ）に示すようにフレーム保持手段６１を構成するフレーム保持部材６１１の載置面６１１ａ上に載置し、クランプ機構６１２によってフレーム保持部材６１１に固定する。このとき、フレーム保持部材６１１は図7の（ａ）に示す基準位置に位置付けられている。次に、テープ拡張手段６２を構成する支持手段６３としての複数のエアシリンダ６３１を作動して、環状のフレーム保持部材６１１を図7の（ｂ）に示す拡張位置に下降せしめる。従って、フレーム保持部材６１１の載置面６１１ａ上に固定されている環状のフレーム３０も下降するため、図7の（ｂ）に示すように環状のフレーム４に装着された保持テープ４は拡張ドラム６２１の上端縁に当接して拡張せしめられる（テープ拡張工程）。この結果、保持テープ４に貼着されている半導体ウエーハ２は放射状に引張力が作用する。このように半導体ウエーハ２に放射状に引張力が作用すると、ストリート２１に沿って形成された変質層２４は強度が低下せしめられているので、この変質層２４が分割起点となって半導体ウエーハ２は変質層２４に沿って破断され個々の半導体チップ２０に分割される。このとき、ストリート２１に沿って配設された複数のテスト用の金属パターン２３は、上記金属パターン破断工程においてストリート２１に沿って破断さて破断線２３１が形成されているので、鋸刃状に破断されることはない。また、テスト用の金属パターン２３は、破断されているとともにレーザー光線の照射によって機能が破壊されるので、残留したテスト用の金属パターン２３を用いてデバイス２２の構成を検出することはできない。
【００２８】
なお、分割工程は上述した分割方法の外に、次のような分割方法を用いることができる。
即ち、保持テープ４に貼着された半導体ウエーハ２（ストリート２１に沿って変質層２４が形成されている）を柔軟なゴムシート上に載置し、その上面をローラーによって押圧することによって、半導体ウエーハ２を変質層２４、２４が形成され強度が低下したストリート２１に沿って割断する方法を用いることができる。また、変質層が形成され強度が低下したストリート２１に沿って例えば周波数が２８ｋＨｚ程度の縦波（疎密波）からなる超音波を作用せしめる方法や、変質層２４が形成され強度が低下したストリート２１に沿って押圧部材を作用せしめる方法、或いは変質層２４が形成され強度が低下したストリート２１に沿ってレーザー光線を照射してヒートショックを与える方法等を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明によるウエーハの分割方法によって分割される半導体ウエーハの斜視図。
【図２】図１に示す半導体ウエーハを環状のフレームに装着された保護テープの表面に貼着した状態を示す斜視図。
【図３】本発明によるウエーハの分割方法における金属パターン破断工程および変質層形成工程を実施するためのレーザー加工装置の要部を示す斜視図。
【図４】本発明によるウエーハの分割方法における金属パターン破断工程を示す説明図。
【図５】本発明によるウエーハの分割方法における変質層形成工程を示す説明図。
【図６】本発明によるウエーハの分割方法における分割工程を実施する分割装置の一実施形態を示す斜視図。
【図７】本発明によるウエーハの分割方法における分割工程の説明図。
【符号の説明】
【００３０】
２：半導体ウエーハ
２１：ストリート
２２：デバイス
２３：テスト用の金属パターン
２４：変質層
２５：レーザー加工溝
３：環状のフレーム
４：保持テープ
５：レーザー加工装置
５１：チャックテーブル
５２：レーザー光線照射手段
５２２：集光器
５３：撮像手段
６：分割装置
６１：フレーム保持手段
６２：テープ拡張手段
６３：支持手段
【図１】
2007012878.tif 000003
【図２】
2007012878.tif 000004
【図３】
2007012878.tif 000005
【図４】
2007012878.tif 000006
【図５】
2007012878.tif 000007
【図６】
2007012878.tif 000008
【図７】
2007012878.tif 000009