JP2009158889A - ウェーハの分割方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短冊状に分割した後にデバイスに個片化されるウェーハであっても、分割予定ラインに沿ってウェーハを確実に分割できる方法を提供する。
【解決手段】ダイシング装置１０によって第２分割予定ライン３の交差領域３ａに改質層を形成する。次いで、ウェーハ１を第１分割予定ラインに沿って分割し、短冊状のウェーハ１を得る。短冊状のウェーハ１を得たら、交差領域３ａ以外の第２分割予定ライン３に、ダイシング装置１０によってレーザ光線を照射し、第２分割予定ライン３に沿って改質層を形成する。次いで、第２分割予定ライン３に沿って改質層が形成された短冊状のウェーハ１に外力を加え、短冊状のウェーハ１を分割し、デバイス８を得る。
【選択図】図２

Description

本発明は、分割予定ラインによって区画されたデバイス形成領域が形成された半導体ウェーハを分割する方法に係り、特に、短冊状に形成されるウェーハの分割方法に関する。

半導体ウェーハ（以下、ウェーハに略称）は、分割予定ラインによってデバイスが形成されるデバイス領域が区画される。このデバイス領域にデバイスが形成された後、研磨などの処理が施され、分割予定ラインに沿って切断することでデバイス（半導体チップ）が得られる。ウェーハを切断する方法としては、切断ブレードを用いた方法や、レーザ光線を分割予定ラインに沿って照射し、アブレーションと呼ばれる熱蒸散現象によりウェーハにスリットを形成して切断する方法など多様な方法が採用されている。

上記のウェーハを切断する方法の１つとして、ウェーハの内部に、脆弱な領域である改質層を形成してからウェーハに外力を加えることでウェーハを分割する方法がある（特許文献１参照）。この方法によれば、透過性のレーザ光線の焦点をウェーハの内部に合わせ、分割予定ラインに沿ってレーザ光線を照射して、ウェーハの内部に改質層を形成した後に、ウェーハに外力を加えることで、レーザ光線により脆くなった部分からウェーハが割断され、分割予定ラインに沿ってウェーハが多数のデバイスに個片化される。

特開２００５−９５９５２号公報

ところで、ウェーハは、デバイスに個片化される前に、短冊状に分割される場合がある。この短冊状に分割されたウェーハは、残りの分割予定ラインに沿って分割され、デバイスに個片化される。図３（ａ）は、短冊状に分割されるウェーハの一例を示している。また、図３（ｂ）は、短冊状に分割されたウェーハ１の一例を示している。ウェーハ１には、第1分割予定ライン２と、第１分割予定ライン２と交差する第２分割予定ライン３とによってデバイス形成領域４が区画されている。このウェーハ１は、前述のように第１分割予定ライン２に沿って切断され、短冊状に分割される。次いで、第２分割予定ライン３に沿ってレーザ光線を照射して改質層５が形成され、外力が加えられてデバイスに個片化される。図４は、第２分割予定ライン３に沿ってレーザ光線を照射して、改質層５が形成された短冊状のウェーハ１を示したものである。短冊状のウェーハ１の端部１ｂまでレーザ光線を照射すると、図４（ｂ）に示すように、アブレーションによってウェーハ１の内部が除去されてしまうといった問題が発生するおそれがある。ウェーハ１の内部が除去されると加工屑６が発生し、デバイスの品質上好ましくない。

上記問題を解決するために、レーザ光線の照射をウェーハ１の端部１ｂの直前で止める方策が考えられる。図５は、レーザ光線の照射を端部１ｂの直前で止めたウェーハ１を示したものである。しかしながら、ウェーハ１の端部１ｂの直前でレーザ光線を止めるには制御が難しい上に、ウェーハ１の第２分割予定ライン３中の端部１ｂ付近に改質層５が形成されない領域７が生じるといった問題が発生するおそれがある（図５（ｂ）参照）。このような短冊状のウェーハ１に外力を加えて個片化すると、得られたデバイス８には、図５（ｃ）に示すように、ばりや欠けであるチッピング９が発生するおそれがある。

よって本発明は、分割予定ラインによって区画された複数のデバイス形成領域が形成されたウェーハを分割予定ラインに沿って分割してデバイスを得るにあたり、短冊状に分割した後にデバイスに個片化されるウェーハであっても、分割予定ラインに沿ってウェーハを確実に分割できる方法を提供することを目的としている。

本発明は、第１の方向の第１分割予定ラインと、第１分割予定ラインと交差する第２の方向の第２分割予定ラインとによって区画された複数のデバイス形成領域が形成されたウェーハを、第１分割予定ラインに沿って分割して短冊状のウェーハを得た後に、第２分割予定ラインに沿って分割する方法であって、第１分割予定ラインに沿ってウェーハを分割する前に、少なくとも、第２分割予定ライン中の、第１分割予定ラインに沿って分割したときに断面になると予定される領域を超えた両側の箇所に、ウェーハを透過する波長のパルスレーザ光線を照射することによって第２分割予定ラインの内部に改質層を形成する改質層形成工程と、第１分割予定ラインに沿ってウェーハを分割し、短冊状のウェーハを得る第１分割工程と、短冊状のウェーハの、少なくとも改質層形成工程で改質層が形成されていない第２分割予定ラインに沿ってレーザ光線を照射することにより、第２分割予定ラインに沿って改質層を形成し、次いで短冊状のウェーハに外力を加えることによって第２分割予定ラインに沿って分割してデバイスを得る第２分割工程とを備えることを特徴としている。

本発明のウェーハの分割方法では、短冊状のウェーハを得る第１分割工程の前に、予め、改質層形成工程で第２分割予定ライン中の、ウェーハが短冊状に形成されたときに端部となる領域に改質層を形成する。これにより、第２分割工程で、短冊状のウェーハの第２分割予定ラインの端部までレーザ光線を照射させる必要はなく、ウェーハ端部からの加工屑の発生を抑えることができる。また、改質層形成工程と、第２分割工程のレーザ光線の照射とにより、全ての第２分割予定ラインに沿って改質層が形成される。この結果、チッピングの発生が防止され、第２分割予定ラインに沿って確実にウェーハが分割される。

本発明の第１分割工程としては、第１分割予定ラインに沿ってウェーハを透過する波長のパルスレーザ光線を照射することによって改質層を形成し、改質層が形成されたウェーハに外力を加えることにより、ウェーハを第１分割予定ラインに沿って短冊状に分割する形態が挙げられる。この形態では、改質層形成工程と第１分割工程とで同一の加工装置を使用することができるため、ウェーハを効率良く分割することができる。

本発明によれば、第１分割工程の前に改質層形成工程を行うことで、第１分割工程で短冊状に形成されたウェーハの第２分割予定ライン中の端部に改質層が形成される。これにより、第２分割予定ラインの端部にレーザ光線を照射させる必要はなく、アブレーションによる加工屑の発生を抑えられるといった効果を奏する。また、全ての第２分割予定ラインに沿って改質層が確実に形成されるため、チッピング発生の防止や分割ラインに沿って分割できるといった効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
［１］半導体ウェーハ
本実施形態は、図３に示したウェーハ１を好適に分割する方法である。このウェーハ１はシリコンウェーハ等であって、前述のように、ウェーハ１の表面１ａには第１分割予定ライン２と、第１分割予定ライン２と交差する第２分割予定ライン３とによって複数の矩形状のデバイス領域４が区画されている。これらデバイス領域３には、ＴＥＧやエレメント等が積層される。ウェーハ１は、最終的には各分割予定ライン２、３に沿って分割され、複数のデバイスに個片化される。

一実施形態の分割方法では、レーザ光線の焦点をウェーハ１の内部に合わせ、ウェーハ１の各分割予定ライン２、３に沿ってレーザ光線を照射することで、各分割予定ライン２、３に沿ってウェーハ１の内部に改質層を形成し、次いでウェーハ１に外力を加えることでデバイスに個片化する。ウェーハ１に改質層を形成する装置としては、図１に示すレーザ式のダイシング装置１０が好適に用いられる。以下、ダイシング装置１０の構成および動作を説明する。

［２］ダイシング装置
ウェーハ１は、ダイシング装置１０が備える水平なチャックテーブル２０上に保持される。チャックテーブル２０の上方には、レーザ光線を垂直下向きに照射するレーザヘッド５０が配設されている。チャックテーブル２０は、装置１０の基台１１上において水平なＸ軸方向およびＹ軸方向に移動自在に設けられたＸＹ移動テーブル１２に設置されており、このＸＹ移動テーブル１２がＸ軸方向やＹ軸方向に移動することにより、レーザヘッド５０から各分割予定ライン２、３にレーザ光線が照射される。

ＸＹ移動テーブル１２は、基台１１上にＸ軸方向に移動自在に設けられたＸ軸ベース３０と、このＸ軸ベース３０上にＹ軸方向に移動自在に設けられたＹ軸ベース４０との組み合わせで構成されている。Ｘ軸ベース３０は、基台１１上に固定されたＸ軸方向に延びる一対の平行なガイドレール３１に摺動自在に取り付けられており、モータ３２でボールねじ３３を作動させるＸ軸駆動機構３４によってＸ軸方向に移動させられる。一方、Ｙ軸ベース４０は、Ｘ軸ベース３０上に固定されたＹ軸方向に延びる一対の平行なガイドレール４１に摺動自在に取り付けられており、モータ４２でボールねじ４３を作動させるＹ軸駆動機構４４によってＹ軸方向に移動させられる。

チャックテーブル２０は、一般周知の真空チャック式であり、上面に載置されるウェーハ１を吸着、保持する。チャックテーブル２０は、上面に多孔質のセラミックからなる円形の吸着エリア２１を有しており、この吸着エリア２１の上面２１ａにウェーハ１は吸着して保持されるようになっている。吸着エリア２１の周囲には環状の枠体２２が形成されており、この枠体２２の上面２２ａは、吸着エリア２１の上面２１ａと連続して同一平面をなしている。チャックテーブル２０は、円筒状の支持台４５を介してＹ軸ベース４０上に回転自在に支持されており、図示せぬ回転駆動機構によって一方向または両方向に回転させられる。そしてチャックテーブル２０は、Ｘ軸ベース３０およびＹ軸ベース４０の移動に伴って、Ｘ軸方向やＹ軸方向に移動させられる。

チャックテーブル２０上に保持されたウェーハ１は、チャックテーブル２０を回転させることにより、各分割予定ライン２、３のいずれか一方がＸ軸方向と平行とされ、これに直交する分割予定ラインがＹ軸方向と平行とされ、その状態が、チャックテーブル２０が停止することで固定される。そして、この状態を保持して、ＸＹ移動テーブル１２のＸ軸ベース３０とＹ軸ベース４０とを適宜に移動させながら、レーザ光線がレーザヘッド５０からウェーハ１の各分割予定ライン２、３に沿って照射される。一実施形態では、各分割予定ライン２、３の直下にレーザ光線の焦点位置を設定し、その焦点位置に改質層を形成する。

レーザヘッド５０はチャックテーブル２０上に向かってＹ軸方向に延びるケーシング５１のチャックテーブル側の端面５１ａに設けられている。このケーシング５１は、基台１１の上面に立設されたコラム１３に、鉛直方向（Ｚ軸方向）に沿って上下動自在に設けられており、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。

レーザヘッド５０には、ＹＡＧレーザ発振器、あるいはＹＶＯ４レーザ発振器からなるパルス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が、レーザヘッド５０から鉛直下向きにレーザ光線として照射されるようになっている。

ウェーハ１へ照射するレーザ光線の照射条件は、例えば、次のように設定される。
・光源…ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４
・波長…１０６４ｎｍのパルスレーザ
・繰り返し周波数…１００ｋＨｚ
・パルス幅…４０ｎｓ
・平均出力…１Ｗ
・集光スポット径…φ１μｍ
・加工送り速度…１００ｍｍ／ｓｅｃ

レーザヘッド５０からのレーザ光線の照射位置は、ケーシング５１の端面５１ａにレーザヘッド５０と並んで取り付けられた顕微鏡５２の撮像に基づいて制御される。この顕微鏡５２は、ケーシング５１の上下動に伴いレーザヘッド５０とともに上下動して焦点調整がなされる。チャックテーブル２０に保持されたウェーハ１は、レーザ光線照射に先立ち、顕微鏡５２の下方に移動させられて顕微鏡５２により表面１ａのパターン画像が撮像される。そして撮像されたウェーハ１の表面１ａのパターン画像は、図示せぬ画像処理手段に取り込まれ、この画像処理手段によって切断すべき各分割予定ライン２、３が検出されるとともに、前述のチャックテーブル２０の回転を制御し、各分割予定ライン２、３とＸＹ軸を平行に調整する基準となる。さらに、この画像処理手段により検出された各分割予定ライン２、３のデータに基づき、チャックテーブル２０およびＸＹ移動テーブル１２の移動動作や、レーザヘッド５０からのレーザ光線照射といった動作が制御される。

上記ダイシング装置１０では、Ｘ軸ベース３０をＸ軸方向に移動させながら、レーザヘッド５０から、各分割予定ライン２、３中のＸ軸方向と平行に位置付けられた分割予定ラインにレーザ光線を照射することにより、Ｘ軸方向と平行に位置付けられた分割予定ラインに沿って改質層が形成される。また、Ｙ軸ベース４０をＹ軸方向に移動させながらレーザヘッド５０から、各分割予定ライン２、３中のＹ軸方向と平行に位置付けられた分割予定ラインにレーザ光線を照射することにより、Ｙ軸方向と平行に位置付けられた分割予定ラインに沿って改質層が形成される。あるいは、各分割予定ライン２、３中のＸ軸方向と平行に位置付けられた分割予定ラインを加工した後に、チャックテーブル２０を９０度回転させ、各分割予定ライン２、３中の加工されていない分割予定ラインをＸ軸方向と平行に位置付け、再度Ｘ軸ベース３０を移動させて加工してもよい。レーザ光線を照射する際には、ケーシング５１を上下動させてレーザヘッド５０の上下位置を調整し、レーザ光線の焦点位置が各分割予定ライン２、３の直下に設定される。

所望の分割予定ラインに沿ってレーザ光線が照射され、改質層が形成されたら、ウェーハ１は、チャックテーブル２０から取り外される。この後、ウェーハ１は、ブレーキング装置等に運搬される。レーザ光線が照射されて改質層が形成されたウェーハ１は、ブレーキング装置によって外力が加えられ、改質層に沿って分割される。

［３］分割方法
次に、図２を参照して、一実施形態の分割方法について説明する。
まず最初に、ダイシング装置１０によってウェーハ１の第２分割予定ライン３中の、第１分割予定ライン２と交差する領域（以下、交差領域３ａと称する。）のみにレーザ光線を照射する（改質層形成工程）。これによって、図２（ａ）に示すように交差領域３ａのみに改質層が形成される。次いで、ウェーハ１が第１分割予定ライン２に沿って分割され、図２（ｂ）に示す短冊状のウェーハ１を得る（第１分割工程）。第１分割工程では、ダイシング装置１０によってウェーハ１の第１分割予定ライン２に沿ってレーザ光線が照射され、第１分割予定ライン２に沿って改質層が形成される。ところで、ウェーハ１は、改質層が形成された分割予定ラインの長さに比例して強度が低下する。すなわち、改質層が形成される分割予定ラインが短くなるほど、改質層形成後のウェーハ１の強度を保つことができる。一実施形態の分割方法の改質層形成工程では、加工屑の発生を抑えるために必要最小限の領域である交差領域３ａのみに改質層を形成する。この結果、改質層形成工程後のウェーハ１は、全ての第２分割予定ライン３に改質層を形成する場合に比べ、強度低下が抑えられる。

次いで、この第１分割予定ライン２に沿って改質層が形成されたウェーハ１に外力が加えられ、ウェーハ１が短冊状に分割される。このとき、ウェーハ１に外力を加える方法としては、例えば、ウェーハ１を、粘着テープを介してリング状のフレームに保持してからウェーハ１を拡張するブレーキング装置を用いた方法がある。一実施形態では、ダイシング装置１０によって改質層を形成し、外力を加えることでウェーハ１を短冊状に分割するが、第１分割予定ライン２に沿って分割できるものであれば、切断ブレードを使用したダイサー等を使用しても構わない。

短冊状のウェーハ１が得られたら、デバイスの仕様によってウェーハ１のデバイス形成領域４に積層物等が積層される。次いで、改質層形成工程で改質層が形成されていない第２分割予定ライン３に沿ってレーザ光線を照射する。このとき、レーザ光線は、ウェーハ１が第２分割予定ライン３に沿って確実に割断される最小限の第２分割予定ライン３に沿って照射させればよい。これにより、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように第２分割予定ライン３に沿って改質層５が形成される。次いで、第１分割工程と同様に短冊状のウェーハ１に外力を加える。これにより、ウェーハ１が第２分割予定ライン３に沿って分割され、図２（ｅ）に示すデバイス８が得られる（第２分割工程）。

一実施形態の分割方法では、短冊状のウェーハ１を得る第１分割工程の前に、予め、改質層形成工程で第２分割予定ライン３の交差領域３ａに改質層を形成する。これにより、第２分割工程で、短冊状のウェーハ１の第２分割予定ライン３の端部１ｂまでレーザ光線を照射させる必要がなくなる。このため、第２分割工程の改質層形成時には、ウェーハ１の端部１ｂから加工屑が発生しない。また、改質層形成工程と、第２分割工程のレーザ光線の照射とにより、図２（ｄ）に示すように、全ての第２分割予定ライン３に沿って改質層５が形成される。この結果、第２分割予定ライン３に沿って確実にウェーハ１が分割され、得られたデバイス８には、チッピングが発生しない。

また、一実施形態の第１分割工程では、第１分割予定ライン２に沿ってレーザ光線を照射して第１分割予定ライン２に沿って改質層を形成し、改質層が形成されたウェーハ１に外力を加えることにより、ウェーハ１を第１分割予定ライン２に沿って短冊状に分割している。このため、一実施形態の分割方法は、改質層形成工程と、第１分割工程の改質層の形成とで同一のダイシング装置１０を使用することができる。その結果、ウェーハ１を効率良く分割することができる。

本発明の一実施形態の分割方法で、ウェーハの各分割予定ラインに沿って改質層を形成するために用いられるダイシング装置を示す斜視図である。 一実施形態の分割方法を示す平面図である。 （ａ）は、一実施形態の分割方法で分割されるウェーハを示す斜視図、（ｂ）は、一実施形態の分割方法の第１分割工程で分割された短冊状のウェーハを示す平面図である。 （ａ）は、第２分割予定ラインの端部までレーザ光線を照射した短冊状のウェーハを示す平面図、（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は、第２分割予定ラインの端部の直前までレーザ光線を照射したウェーハを示す平面図、（ｂ）は、図５（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は、図５（ａ）に示した短冊状のウェーハに外力を加えて得られたデバイスを示す平面図である。

符号の説明

１…ウェーハ
２…第１分割予定ライン
３…第２分割予定ライン
４…デバイス領域
５…改質層
８…デバイス

Claims (2)

1. 第１の方向の第１分割予定ラインと、該第１分割予定ラインと交差する第２の方向の第２分割予定ラインとによって区画された複数のデバイス形成領域が形成されたウェーハを、第１分割予定ラインに沿って分割して短冊状のウェーハを得た後に、第２分割予定ラインに沿って分割する方法であって、
   前記第１分割予定ラインに沿って前記ウェーハを分割する前に、少なくとも、前記第２分割予定ライン中の、第１分割予定ラインに沿って分割したときに断面になると予定される領域を超えた両側の箇所に、ウェーハを透過する波長のパルスレーザ光線を照射することによって第２分割予定ラインの内部に改質層を形成する改質層形成工程と、
   前記第１分割予定ラインに沿ってウェーハを分割し、短冊状のウェーハを得る第１分割工程と、
   前記短冊状のウェーハの、少なくとも前記改質層形成工程で改質層が形成されていない前記第２分割予定ラインに沿ってレーザ光線を照射することにより、第２分割予定ラインに沿って改質層を形成し、次いで短冊状のウェーハに外力を加えることによって第２分割予定ラインに沿って分割してデバイスを得る第２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。
2. 前記第１分割工程は、前記第１分割予定ラインに沿って前記ウェーハを透過する波長のパルスレーザ光線を照射することによって改質層を形成し、該改質層が形成されたウェーハに外力を加えることにより、ウェーハを第１分割予定ラインに沿って短冊状に分割す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。

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