(57)【要約】      （修正有）【課題】ウエーハを確実に個々のデバイスに分割することのできるウエーハの分割方法を提供する。【解決手段】ウエーハ１１を個々のデバイスに分割するウエーハの分割方法であって、パルスレーザービームの集光点を該第１の分割予定ラインの内部に位置付けて照射し、ウエーハ内部に二層以上の改質層１９を積層して形成する第１の改質層形成工程と、レーザービームの集光点を該第２の分割予定ラインの内部に位置付けて照射し、ウエーハ内部に二層以上の改質層２１を積層して形成する第２の改質層形成工程と、積層して形成された互いに隣接する改質層１９と改質層２１との間にウエーハ１１に対して、該第１の分割予定ラインに沿ってクラックを助長させるクラック助長層２３を形成するクラック助長層形成工程と、ウエーハ１１に外力を付与して該第１及び該第２の分割予定ラインに沿ってウエーハ１１を割断し個々のデバイスに分割する分割工程と、を具備する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のデバイスが第１の分割予定ラインと該第１の分割予定ラインと直交する第２の分割予定ラインとによって区画されて表面に形成されたウエーハを個々のデバイスに分割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パルスレーザービームの集光点を該第１の分割予定ラインの内部に位置付けて照射し、該第１の分割予定ラインに沿ってウエーハ内部に二層以上の改質層を積層して形成する第１の改質層形成工程と、
ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザービームの集光点を該第２の分割予定ラインの内部に位置付けて照射し、該第２の分割予定ラインに沿ってウエーハ内部に二層以上の改質層を積層して形成する第２の改質層形成工程と、
該第１の改質層形成工程において積層して形成された互いに隣接する改質層と改質層との間にウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザービームの集光点を位置付けて、パルスレーザービームを該第１の分割予定ラインに沿って照射してウエーハ内部にクラックを助長させるクラック助長層を形成するクラック助長層形成工程と、
該クラック助長層形成工程を実施した後、ウエーハに外力を付与して該第１の分割予定ライン及び該第２の分割予定ラインに沿ってウエーハを割断し個々のデバイスに分割する分割工程と、
を具備したことを特徴とするウエーハの分割方法。
【請求項２】
前記ウエーハはシリコンウエーハから構成される請求項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、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザービームを照射してウエーハ内部に改質層を形成した後、ウエーハに外力を付与して改質層を起点にウエーハを複数のデバイスに分割するウエーハの分割方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたシリコンウエーハ等のウエーハは、加工装置によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。
【０００３】
ウエーハの分割には、ダイシングソーと呼ばれる切削装置を用いたダイシング方法が広く採用されている。ダイシング方法では、ダイアモンド等の砥粒を金属や樹脂で固めて厚さ３０μｍ程度とした切削ブレードを、３００００ｒｐｍ程度の高速で回転させつつウエーハへと切り込ませることでウエーハを切削し、個々のデバイスチップへと分割する。
【０００４】
一方、近年では、ウエーハに対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザービームの集光点を分割予定ラインに対応するウエーハの内部に位置付けて、レーザービームを分割予定ラインに沿って照射してウエーハ内部に二層以上の改質層を積層して形成し、その後外力を付与してウエーハを個々のデバイスチップに分割する方法が提案されている（例えば、特許第４４０２７０８号公報参照）。
【０００５】
改質層とは密度、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のことであり、溶融再硬化領域、屈折率変化領域、絶縁破壊領域の他、クラック領域やこれらが混在した領域も含まれる。
【０００６】
レーザ加工装置による改質層の形成は、ダイシングソーによるダイシング方法に比べて加工速度を早くすることができるとともに、サファイアやＳｉＣ等の硬度の高い素材からなるウエーハであっても比較的容易に加工することができる。また、改質層を例えば１０μｍ以下等の狭い幅とすることができるので、ダイシング方法で加工する場合に対してウエーハ１枚当たりのデバイス取り量を増やすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４４０２７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、デバイスの大きさが１ｍｍ角以下のウエーハでは、第１の方向に伸長する分割予定ラインに沿ってウエーハ内部に二層以上の第１の改質層を積層して形成し、次いで第１の方向に直交する第２の方向に伸長する分割予定ラインに沿ってウエーハ内部に二層以上の第２の改質層を積層して形成した後、外力を付与してウエーハを個々のデバイスに分割する分割工程を実施しても、第１の方向に伸長する分割予定ラインにおいて分割されない領域が点在し、ウエーハを完全に個々のデバイスに分割できないという問題がある。
【０００９】
即ち、第２の方向に伸長する分割予定ラインに沿ってウエーハ内部に第２の改質層を形成する際に、第１の方向に伸長する分割予定ラインとの交差点において既に形成されている第１の改質層を癒着させてしまい、ウエーハに外力を付与しても第１の方向に伸長する分割予定ラインにおいて分割されない領域が生じることがある。この問題はシリコンウエーハにおいて特に発生し易い。
【００１０】
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、ウエーハを確実に個々のデバイスに分割することのできる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】
【００１１】
本発明によると、複数のデバイスが第１の分割予定ラインと該第１の分割予定ラインと直交する第２の分割予定ラインとによって区画されて表面に形成されたウエーハを個々のデバイスに分割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パルスレーザービームの集光点を該第１の分割予定ラインの内部に位置付けて照射し、該第１の分割予定ラインに沿ってウエーハ内部に二層以上の改質層を積層して形成する第１の改質層形成工程と、ウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザービームの集光点を該第２の分割予定ラインの内部に位置付けて照射し、該第２の分割予定ラインに沿ってウエーハ内部に二層以上の改質層を積層して形成する第２の改質層形成工程と、該第１の改質層形成工程において積層して形成された互いに隣接する改質層と改質層との間にウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザービームの集光点を位置付けて、パルスレーザービームを該第１の分割予定ラインに沿って照射してウエーハ内部にクラックを助長させるクラック助長層を形成するクラック助長層形成工程と、該クラック助長層形成工程を実施した後、ウエーハに外力を付与して該第１の分割予定ライン及び該第２の分割予定ラインに沿ってウエーハを割断し個々のデバイスに分割する分割工程と、を具備したことを特徴とするウエーハの分割方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のウエーハの分割方法によると、第１の改質層形成工程において積層して形成された隣接する改質層と改質層との間にウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザービームの集光点を位置付けて、第１の分割予定ラインに沿ってパルスレーザービームを照射してウエーハ内部にクラックを助長させるクラック助長層を形成するクラック助長層形成工程を実施するので、第２の分割予定ラインに沿ってウエーハ内部に改質層を形成する際に、第１の分割予定ラインとの交差点において第１の分割予定ラインに沿ってウエーハ内部に既に形成されている改質層を癒着させてしまっても、分割工程を実施する際にクラック助長層によって癒着を破断することができ、確実にウエーハを個々のデバイスに分割できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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ー加工装置の斜視図である。
【図２】レーザービーム発生ユニットのブロック図である。
【図３】半導体ウエーハの表面側斜視図である。
【図４】半導体ウエーハの表面側を外周部が環状フレームに装着された粘着テープに貼着する様子を示す分解斜視図である。
【図５】粘着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裏面側斜視図である。
【図６】第１の改質層形成工程を説明する斜視図である。
【図７】第１の改質層形成工程及び第２の改質層形成工程が実施された半導体ウエーハの一部破断裏面側斜視図である。
【図８】クラック助長層形成工程が実施された半導体ウエーハの一部破断裏面側斜視図である。
【図９】分割装置の斜視図である。
【図１０】分割工程を説明する縦断面図である。
【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ー加工装置２の概略斜視図が示されている。
【００１５】
レーザー加工装置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。
【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に吸引保持されたウエーハを支持する環状フレームをクランプするクランプ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にはレーザービーム照射ユニット３４が取り付けられている。レーザービーム照射ユニット３４は、ケーシング３３内に収容された図２に示すレーザービーム発生ユニット３５と、ケーシング３３の先端に取り付けられた集光器３７とから構成される。
【００１９】
レーザービーム発生ユニット３５は、図２に示すように、ＹＡＧレーザー又はＹＶＯ４レーザーを発振するレーザー発振器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。
【００２０】
ケーシング３５の先端部には、集光器３７とＸ軸方向に整列してレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像ユニット３９が配設されている。撮像ユニット３９は、可視光によって光デバイスウエーハ１１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】
撮像ユニット３９は更に、被加工物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ユニットであり、加工送り量検出ユニット５６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。
【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ユニットであり、割り出し送り量検出ユニット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】
撮像ユニット３９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、レーザービーム発生ユニット３５等に制御信号が出力される。
【００２６】
図３を参照すると、本発明の分割方法の加工対象となる半導体ウエーハ１１の表面側斜視図が示されている。図３に示す半導体ウエーハ１１は、例えば厚さが１００μｍのシリコンウエーハから構成されている。
【００２７】
半導体ウエーハ１１は、表面１１ａに第１の方向に伸長する複数の第１の分割予定ライン（ストリート）１３ａと、第１の方向と直交する第２の方向に伸長する複数の第２の分割予定ライン１３ｂが形成されているとともに、第１の分割予定ライン１３ａと第２の分割予定ライン１３ｂとによって区画された各領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。また、半導体ウエーハ１１の外周には、シリコンウエーハの結晶方位を示すマークとしてのノッチ１７が形成されている。
【００２８】
本発明実施形態のウエーハの分割方法では、半導体ウエーハ（以下ウエーハと略称する）１１は、図４に示すように、外周が環状フレームＦに貼着された粘着テープＴにその表面１１ａ側が貼着され、図５に示すように、ウエーハ１１の裏面１１ｂが露出した形態として分割が遂行される。
【００２９】
次いで、レーザー加工装置２のチャックテーブル２８でウエーハ１１を粘着テープＴを介して吸引保持し、ウエーハ１１の裏面１１ｂを露出させる。そして、撮像ユニット３９の赤外線撮像素子でウエーハ１１をその裏面１１ｂ側から撮像し、第１の分割予定ライン１３ａに対応する領域を集光器３７とＸ軸方向に整列させるアライメントを実施する。このアライメントには、よく知られたパターンマッチング等の画像処理を利用する。
【００３０】
第１の分割予定ライン１３ａのアライメントを実施後、チャックテーブル２８を９０度回転してから、第１の分割予定ライン１３ａに直交する方向に伸長する第２の分割予定ライン１３ｂについても同様なアライメントを実施する。
【００３１】
アライメント実施後、図６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パルスレーザービームの集光点を第１の分割予定ライン１３ａに対応するウエーハ内部に位置付け、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の内部に第１の改質層１９を形成する第１の改質層形成工程を実施する。
【００３２】
この第１の改質層形成工程は、パルスレーザービームの集光点の高さ位置を変更して複数回実施し、例えば図７に示すように、ウエーハ１１の裏面１１ｂから深さｔ１〜ｔ５の位置に複数回（本実施形態では５回）実施して第１の改質層１９を積層して形成する。
【００３３】
本実施形態ではウエーハ１１の厚さｔ０を１００μｍにすると、ｔ１は例えば８６μｍ、ｔ２は６７μｍ、ｔ３は４８μｍ、ｔ４は２３μｍ、ｔ５は１１μｍとなるように第１の改質層１９を積層して形成する。第１の改質層１９の積層順序は、裏面１１ｂから深いほうから先に、即ちｔ１からｔ５の順に形成する。
【００３４】
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、全ての第１の分割予定ライン１３ａに対応するウエーハ１１の内部に複数の第１の改質層１９を積層して形成する。
【００３５】
次いで、チャックテーブル２８を９０度回転してから、第１の分割予定ライン１３ａに直交する全ての第２の分割予定ライン１３ｂに沿って第２の改質層２１を複数層積層して形成する第２の改質層形成工程を実施する。この第２の改質層形成工程では、第１の改質層形成工程で形成した第１の改質層１９と同じ深さに複数の（本実施形態では５層）改質層２１を積層して形成する。
【００３６】
第１の改質層１９及び第２の改質層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う。例えば、溶融再硬化領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域等を含み、これらの領域が混在した領域も含むものである。
【００３７】
この第１及び第２の改質層形成工程の加工条件は、例えば次のように設定されている。
【００３８】
光源                    ：ＹＡＧパルスレーザー
波長                    ：１３００ｎｍ
平均出力                ：１．０Ｗ
繰り返し周波数          ：９０ｋＨｚ
パルス幅                ：１０ｐｓ
スポット径              ：１μｍ
【００３９】
第１及び第２の改質層形成工程実施後、第１の改質層形成工程において積層して形成された隣接する二つの第１の改質層１９の間にウエーハ１１に対して透過性を有する波長のパルスレーザービームの集光点を位置付けて、第１の分割予定ライン１３ａに沿ってパルスレーザービームを照射して、クラックを助長させる複数のクラック助長層２３を形成するクラック助長層形成工程を実施する。
【００４０】
このクラック助長層形成工程では、第１及び第２の改質層形成工程と同様な加工条件で実施しても、既に第１の分割予定ライン１３ａに沿って複数の第１の改質層１９が積層されて形成されているため、レーザービームの集光点の位置に改質層を形成することはできず、後の分割工程におけるクラックを助長するクラック助長層２３となる。
【００４１】
クラック助長層の形成は、図８に示すように、ウエーハ１１の裏面１１ｂから深さｔ６〜ｔ８の位置について実施すれば十分であり、全ての隣接する第１の改質層１９の間に形成する必要はない。本実施形態では、ｔ６は７７μｍ、ｔ７は５８μｍ、ｔ８は３５μｍである位置にクラック助長層２３を形成した。
【００４２】
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、全ての第１の分割予定ライン１３ａに対応するウエーハ１１の内部にクラック助長層２３を積層して形成する。このクラック助長層の加工条件は、上述した第１及び第２の改質層形成工程の加工条件と同様である。尚、このクラック助長層形成工程は、第２の分割予定ライン１３ｂに沿っては実施する必要がない。
【００４３】
クラック助長層形成工程実施後、図９に示すような分割装置７０を使用してウエーハ１１に外力を付与し、ウエーハ１１を個々のデバイス１５へと割断する分割工程を実施する。
【００４４】
図９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に装着された粘着テープＴを拡張するテープ拡張手段７４を具備している。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。拡張ドラム８０の上端は蓋８２で閉鎖されている。この拡張ドラム８０は、環状フレームＦの内径より小さく、環状フレームＦに装着された粘着テープＴに貼着されるウエーハ１１の外径より大きい内径を有している。
【００４８】
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８４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８６を具備している。この駆動手段８６は支持フランジ８４上に配設された複数のエアシリンダ８８から構成されており、そのピストンロッド９０はフレーム保持部材７６の下面に連結されている。
【００４９】
複数のエアシリンダ８８から構成される駆動手段８６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の上端である蓋８２の表面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との間で上下方向に移動する。
【００５０】
以上のように構成された分割装置７０を用いて実施するウエーハ１１の分割工程について図１０を参照して説明する。図１０（Ａ）に示すように、ウエーハ１１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に固定する。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付けられる。
【００５１】
次いで、エアシリンダ８８を駆動してフレーム保持部材７６を図１０（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を下降するため、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８０の上端縁に当接して主に半径方向に拡張される。
【００５２】
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、第１の分割予定ライン１３ａに沿って形成された第１の改質層１９及び第２の分割予定ライン１３ｂに沿って形成された第２の改質層２１が分割起点となってウエーハ１１が改質層１９，２１に沿って割断され、個々のデバイスチップ１５に分割される。
【００５３】
本実施形態のウエーハの分割方法によると、第２の改質層形成工程終了後に第１の改質層形成工程において積層して形成された隣接する二つの第１の改質層１９の間にウエーハ１１に対して透過性を有する波長のパルスレーザービームの集光点を位置付けて、第１の分割予定ライン１３ｂに沿ってパルスレーザービームを照射して、分割工程でクラックを助長させるクラック助長層２３を形成するクラック助長層形成工程を実施するので、第２の分割予定ライン１３ｂに沿ってウエーハ内部に第２の改質層２１を形成する際に、第１の分割予定ライン１３ａとの交差点において第１の改質層形成工程で既に形成されている第１の改質層１９を癒着させてしまっても、分割工程においてクラック助長層２３によって癒着を破断することができ、確実にウエーハ１１を個々のデバイス１５に分割できる。
【符号の説明】
【００５４】
２    レーザー加工装置
１１    半導体ウエーハ
１３ａ    第１の分割予定ライン
１３ｂ    第２の分割予定ライン
１５    デバイス
１９    第１の改質層
２１    第２の改質層
２３    クラック助長層
２８    チャックテーブル
３４    レーザービーム照射ユニット
３５    レーザービーム発生ユニット
３７    集光器
３９    撮像ユニット
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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【図９】
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【図１０】
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