JP2023026825A - ウエーハの加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ウエーハのデバイス領域からの外周領域の分割とデバイス領域の表面側からの裏面側の分割とを同時に行う際のデバイスの破損を抑制するとともに、ウエーハから製造可能なチップの数の減少を抑制できるウエーハの加工方法を提供する。【解決手段】第一の底面がウエーハの表面側に位置し、かつ、この第一の底面よりも直径が短い第二の底面がウエーハの内部に位置する円錐台の側面に沿うような第一の剥離層と、この円錐台の上底面に沿うような第二の剥離層とをウエーハの内部に形成する。そして、ウエーハの厚さ方向に沿ってウエーハに外力を付与することによって第一の剥離層及び第二の剥離層を分割起点としてウエーハを分割する。【選択図】図２

Description

本発明は、ウエーハの加工方法に関する。
半導体デバイス（以下、単に「デバイス」ともいう。）のチップは、一般的に、シリコン（Ｓｉ）等の半導体材料からなる円盤状のウエーハを利用して製造される。具体的には、このウエーハは格子状に設定された分割予定ラインによって区画されており、複数の領域のそれぞれの表面側にはデバイスが形成されている。そして、このウエーハを分割予定ラインに沿って分割することによってチップが製造される。
さらに、ウエーハには、複数のチップを含むパッケージの高集積化等を目的として、シリコン貫通電極（ＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ－Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ））が設けられることがある。このパッケージにおいては、例えば、ＴＳＶを介して異なるチップに含まれる電極を電気的に接続することができる。
ＴＳＶは、例えば、以下の順序でウエーハに設けられる。まず、ウエーハの表面側に溝を形成する。次いで、この溝にＴＳＶを設ける。次いで、ウエーハの表面側を支持ウエーハに貼り合わせる。次いで、ＴＳＶがウエーハの裏面において露出するまで、ウエーハの裏面側を研削する。
ここで、ウエーハにおいては、割れの防止等を目的として、その外周領域が面取りされていることが多い。そして、外周領域が面取りされたウエーハの裏面側をウエーハの厚さが半分以下になるまで研削すると、この外周領域の裏面側がナイフエッジのような形状になる。
この場合、ウエーハを研削中に外周領域の裏面側に応力が集中してウエーハが割れやすくなり、ウエーハから得られるチップの歩留まりが低下するおそれがある。そこで、このようなウエーハの裏面側の研削に先立って、外周領域の表面側の一部の除去（所謂エッジトリミング）を行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
これにより、外周領域の裏面側の残部が研削によって除去された時点でウエーハの側面が表面及び裏面に概ね垂直になる。そのため、ウエーハの研削中に外周領域の裏面側において応力集中が生じることがなく、ウエーハが割れにくくなる。その結果、チップの歩留まりの低下を抑制することができる。
ただし、エッジトリミング後に、ウエーハの裏面においてＴＳＶが露出するまでウエーハの裏面側を研削する場合、ウエーハの研削量が多くなり、このウエーハを研削するために必要な砥石の摩耗量が多くなる。この場合、このウエーハを用いて製造されるチップ又はパッケージのコストが増加し、また、その加工が長期化するおそれがある。
この点に鑑み、ウエーハを透過する波長のレーザービームを利用してウエーハを分割する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この方法においては、まず、レーザービームを照射した時に乱反射が生じないウエーハの領域（端的には、面取りされている外周領域よりも内側の領域）に対して、ウエーハの表面側に集光点を位置付けた状態で円環状にレーザービームを照射する。
これにより、底面がウエーハの表面側に位置し、かつ、上面がウエーハの内部に位置する円柱の側面に沿うような剥離層（円筒状の剥離層）が形成される。次いで、この円筒状の剥離層よりも内側の領域に対して、上記の円柱の上面に集光点を位置付けた状態でレーザービームを照射する。これにより、上記の円柱の上面に沿うような剥離層（円盤状の剥離層）が形成される。
次いで、このウエーハに外力を付与することによって、円筒状の剥離層及び円盤状の剥離層においてウエーハを分割する。すなわち、ウエーハのデバイスが形成されている領域（デバイス領域）から外周領域が分割され、また、このデバイス領域の表面側から裏面側が分割される。
このようにウエーハが分割される場合、ウエーハの裏面においてＴＳＶが露出するまでに必要なウエーハの研削量を低減し、このウエーハを研削するために必要な砥石の摩耗量を少なくすることができる。その結果、このウエーハを用いて製造されるチップ又はパッケージのコストの増加及び加工の長期化を抑制することができる。
特開２００７－１５８２３９号公報 特開２０２０－１３６４４２号公報
上述のように円筒状の剥離層及び円盤状の剥離層においてウエーハを分割する場合、ウエーハの外周領域をウエーハの径方向に沿ってデバイス領域から離隔させ、また、このデバイス領域の裏面側をウエーハの厚さ方向に沿って表面側から離隔させることが必要になる。
すなわち、ウエーハの外周領域をデバイス領域から離隔させるために必要な外力の方向とデバイス領域の裏面側を表面側から離隔させるために必要な外力の方向とは直交する。そのため、ウエーハに対して特定の方向に沿った外力を付与することによって、円筒状の剥離層及び円盤状の剥離層においてウエーハを同時に分割することは必ずしも容易ではない。
例えば、ウエーハの厚さ方向に沿った外力をウエーハに付与することによってウエーハを分割する場合には、円筒状の剥離層においてウエーハを分割することによって新たに露出するデバイス領域の側面と外周領域の内側面とが互いに接触するおそれがある。そして、この場合には、デバイス領域の表面側に形成されているデバイスに向かって亀裂が伸展して、デバイスが破損するおそれがある。
また、円筒状の剥離層は、上述のとおり、レーザービームを照射した時に乱反射が生じないウエーハの領域（端的には、面取りされている外周領域よりも内側の領域）に形成される。そのため、この円筒状の剥離層においてウエーハが分割される場合には、ウエーハの外周領域の内側近傍の領域をデバイスのチップの製造に利用できない。この場合、このウエーハから製造可能なチップの数が減少するおそれがある。
以上の点に鑑み、本発明の目的は、ウエーハのデバイス領域からの外周領域の分割とデバイス領域の表面側からの裏面側の分割とを同時に行う際のデバイスの破損を抑制するとともに、ウエーハから製造可能なチップの数の減少を抑制できるウエーハの加工方法を提供することである。
本発明によれば、表面側に複数のデバイスが形成され、かつ、外周領域が面取りされている第一のウエーハに対して該第一のウエーハを透過する波長のレーザービームを照射することによって該第一のウエーハの内部に剥離層を形成した後、該剥離層を分割起点として該第一のウエーハを分割するウエーハの加工方法であって、該第一のウエーハの該表面側を第二のウエーハの表面側に貼り合わせる貼り合わせステップと、該第一のウエーハの該外周領域よりも内側の領域に対して、集光点が該外周領域に近くなるほど該第一のウエーハの該表面に近くなるように該レーザービームを照射することによって、第一の底面が該第一のウエーハの該表面側に位置し、かつ、該第一の底面よりも直径が短い第二の底面が該第一のウエーハの内部に位置する円錐台の側面に沿うような第一の剥離層を形成する第一の剥離層形成ステップと、該第一のウエーハの該第一の剥離層よりも内側の領域に対して、該集光点が該円錐台の該第二の底面に位置付けられるように該レーザービームを照射することによって、該円錐台の該第二の底面に沿うような第二の剥離層を形成する第二の剥離層形成ステップと、該貼り合わせステップ、該第一の剥離層形成ステップ及び該第二の剥離層形成ステップを実施した後、該第一のウエーハの厚さ方向に沿って該第一のウエーハに外力を付与することによって該第一の剥離層及び該第二の剥離層を該分割起点として該第一のウエーハを分割する分割ステップと、を備えるウエーハの加工方法が提供される。
好ましくは、該第一の剥離層形成ステップは、該第二の剥離層形成ステップを実施する前に実施される。
さらに好ましくは、該第一の剥離層形成ステップでは、平面視において該第一のウエーハの径方向に沿って並ぶ複数の集光点が生じるように該レーザービームを分岐する。
本発明においては、第一の底面がウエーハの表面側に位置し、かつ、該第一の底面よりも直径が短い第二の底面がウエーハの内部に位置する円錐台の側面に沿うような第一の剥離層と、この円錐台の第二の底面に沿うような第二の剥離層とをウエーハの内部に形成する。そして、本発明においては、ウエーハの厚さ方向に沿ってウエーハに外力を付与することによって第一の剥離層及び第二の剥離層を分割起点としてウエーハを分割する。
ここで、このウエーハにおいては第一の剥離層が円錐台の側面に沿うように形成されている。この場合、ウエーハを分割する際に、第一の剥離層においてウエーハを分割することによって新たに露出するデバイスが形成されている領域（デバイス領域）の側面と外周領域の内側面とが互いに接触する蓋然性が低い。そのため、本発明においては、デバイス領域の表面側に形成されているデバイスに向かって亀裂が伸展する蓋然性も低くなり、デバイスの破損を抑制できる。
さらに、このウエーハにおいては、第一の剥離層から円錐台の側面に沿った方向に亀裂が伸展しやすくなる。この場合、デバイス領域の表面側に形成されているデバイスに向かって亀裂が伸展する蓋然性が低くなる。そのため、本発明においては、ウエーハから製造可能なチップの数の減少を抑制できる。
図１（Ａ）は、ウエーハの一例を模式的に示す上面図であり、図１（Ｂ）は、ウエーハの一例を模式的に示す断面図である。 図２は、ウエーハの加工方法の一例を模式的に示すフローチャートである。 図３は、ウエーハの表面側を支持ウエーハの表面側に貼り合わせる様子を模式的に示す断面図である。 図４は、第一の剥離層形成ステップにおいて用いられるレーザー加工装置の一例を模式的に示す斜視図である。 図５は、レーザービーム照射ユニットにおいてレーザービームが進行する様子を模式的に示す図である。 図６は、ウエーハの外周領域よりも内側の領域に対して、レーザービームを照射する様子を模式的に示す断面図である。 図７は、ウエーハの第一の剥離層よりも内側の領域に対して、レーザービームを照射する様子を模式的に示す断面図である。 図８は、ウエーハを分割する様子を模式的に示す一部断面側面図である。
添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１（Ａ）は、ウエーハの一例を模式的に示す上面図であり、図１（Ｂ）は、ウエーハの一例を模式的に示す断面図である。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示されるウエーハ１１は、例えば、シリコンからなり、概ね平行な表面１１ａ及び裏面１１ｂを有する。
このウエーハ１１は、互いに交差する複数の分割予定ラインで複数の領域に区画されており、各領域の表面１１ａ側には、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）及びＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、半導体メモリ又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等のデバイス１３が形成されている。
さらに、ウエーハ１１の表面１１ａ側には、ＴＳＶが設けられる溝が形成されていてもよい。また、ウエーハ１１の外周領域は、面取りされている。すなわち、ウエーハ１１の側面１１ｃは、外側に凸になるように湾曲している。なお、ウエーハ１１の外周領域には、デバイス１３が形成されていない。すなわち、ウエーハ１１のデバイス１３が形成されている領域（デバイス領域）は、その外周領域に囲まれている。
なお、ウエーハ１１の材質、形状、構造及び大きさ等に制限はない。ウエーハ１１は、例えば、シリコン以外の半導体材料（例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）又は窒化ガリウム（ＧａＮ）等）からなっていてもよい。同様に、デバイス１３の種類、数量、形状、構造、大きさ及び配置等にも制限はない。
図２は、ウエーハの加工方法の一例を模式的に示すフローチャートである。端的には、この方法においては、ウエーハ１１に対してウエーハ１１を透過する波長のレーザービームを照射することによってウエーハ１１の内部に剥離層を形成した後、この剥離層を分割起点としてウエーハ１１を分割する。
具体的には、この方法においては、まず、ウエーハ（第一のウエーハ）１１の表面１１ａ側を支持ウエーハ（第二のウエーハ）の表面側に貼り合わせる（貼り合わせステップ：Ｓ１）。図３は、ウエーハ１１の表面１１ａ側を支持ウエーハの表面側に貼り合わせる様子を模式的に示す断面図である。
なお、ウエーハ１１と貼り合わせられる支持ウエーハ１５は、例えば、ウエーハ１１と同様の形状を有する。また、ウエーハ１１と同様に、支持ウエーハ１５の表面１５ａ側には複数のデバイスが形成されていてもよい。また、支持ウエーハ１５の表面１５ａには、例えば、アクリル系接着剤又はエポキシ系接着剤等の接着剤１７が設けられている。
そして、貼り合わせステップ（Ｓ１）においては、支持ウエーハ１５の裏面１５ｂ側を支持した状態で、接着剤１７を介して、ウエーハ１１の表面１１ａを支持ウエーハ１５の表面１５ａに押し当てる。これにより、ウエーハ１１の表面１１ａ側が支持ウエーハ１５の表面１５ａ側に貼り合わせられた貼り合わせウエーハが形成される。
次いで、第一の底面（下底面）がウエーハ（第一のウエーハ）１１の表面１１ａ側に位置し、かつ、この第一の底面よりも直径が短い第二の底面（上底面）がウエーハ１１の内部に位置する円錐台の側面に沿うような剥離層（第一の剥離層）を形成し（第一の剥離層形成ステップ：Ｓ２）、また、この円錐台の上底面に沿うような剥離層（第二の剥離層）を形成する（第二の剥離層形成ステップ：Ｓ３）。
図４は、第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）及び第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）において用いられるレーザー加工装置の一例を模式的に示す斜視図である。なお、図４に示されるＸ軸方向（左右方向）及びＹ軸方向（前後方向）は、水平面上において互いに直交する方向であり、また、Ｚ軸方向（上下方向）は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（鉛直方向）である。
図４に示されるレーザー加工装置２は、各構成要素を支持する基台４を有する。この基台４の上面には、水平移動機構６が配置されている。そして、水平移動機構６は、基台４の上面に固定され、かつ、Ｙ軸方向に沿って延在する一対のＹ軸ガイドレール８を有する。
一対のＹ軸ガイドレール８の上面側には、一対のＹ軸ガイドレール８に沿ってスライド可能な態様でＹ軸移動プレート１０が連結されている。また、一対のＹ軸ガイドレール８の間には、Ｙ軸方向に沿って延在するねじ軸１２が配置されている。このねじ軸１２の前端部（一端部）には、ねじ軸１２を回転させるためのモータ１４が連結されている。
また、ねじ軸１２の螺旋状の溝が形成された表面には、回転するねじ軸１２の表面を転がるボールを収容するナット部（不図示）が設けられ、ボールねじが構成されている。すなわち、ねじ軸１２が回転するとボールがナット部内を循環してナット部がＹ軸方向に沿って移動する。
さらに、このナット部は、Ｙ軸移動プレート１０の下面側に固定されている。そのため、モータ１４でねじ軸１２を回転させれば、ナット部とともにＹ軸移動プレート１０がＹ軸方向に沿って移動する。また、Ｙ軸移動プレート１０の上面には、Ｘ軸方向に沿って延在する一対のＸ軸ガイドレール１６が固定されている。
一対のＸ軸ガイドレール１６の上面側には、一対のＸ軸ガイドレール１６に沿ってスライド可能な態様でＸ軸移動プレート１８が連結されている。また、一対のＸ軸ガイドレール１６の間には、Ｘ軸方向に沿って延在するねじ軸２０が配置されている。このねじ軸２０の一端部には、ねじ軸２０を回転させるためのモータ２２が連結されている。
また、ねじ軸２０の螺旋状の溝が形成された表面には、回転するねじ軸２０の表面を転がるボールを収容するナット部（不図示）が設けられ、ボールねじが構成されている。すなわち、ねじ軸２０が回転するとボールがナット部内を循環してナット部がＸ軸方向に沿って移動する。
さらに、このナット部は、Ｘ軸移動プレート１８の下面側に固定されている。そのため、モータ２２でねじ軸２０を回転させれば、ナット部とともにＸ軸移動プレート１８がＸ軸方向に沿って移動する。
Ｘ軸移動プレート１８の上面側には、円柱状のテーブル基台２４が配置されている。このテーブル基台２４の上部には、上述した貼り合わせウエーハを保持する保持テーブル２６が配置されている。この保持テーブル２６は、例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して平行な円状の上面（保持面）を有し、この保持面においてはポーラス板２６ａが露出している。
また、テーブル基台２４の下部には、モータ等の回転駆動源（不図示）が連結されている。そして、この回転駆動源が動作すると、保持テーブル２６は、保持面の中心を通り、かつ、Ｚ軸方向に平行な直線を回転軸として回転する。また、上述した水平移動機構６が動作すると、保持テーブル２６は、Ｘ軸方向及び／又はＹ軸方向に沿って移動する。
さらに、ポーラス板２６ａは、保持テーブル２６の内部に設けられた流路等を介して真空ポンプ等の吸引源（不図示）と連通している。そして、この吸引源が動作すると、保持テーブル２６の保持面近傍の空間に負圧が生じる。
また、基台４の後方の領域上には、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に対して概ね平行な側面を有する支持構造３０が設けられている。この支持構造３０の側面には、鉛直移動機構３２が配置されている。そして、鉛直移動機構３２は、支持構造３０の側面に固定され、かつ、Ｚ軸方向に沿って延在する一対のＺ軸ガイドレール３４を有する。
一対のＺ軸ガイドレール３４の表面側には、一対のＺ軸ガイドレール３４に沿ってスライド可能な態様でＺ軸移動プレート３６が連結されている。また、一対のＺ軸ガイドレール３４の間には、Ｚ軸方向に沿って延在するねじ軸（不図示）が配置されている。このねじ軸の上端部（一端部）には、ねじ軸を回転させるためのモータ３８が連結されている。
また、ねじ軸の螺旋状の溝が形成された表面には、回転するねじ軸の表面を転がるボールを収容するナット部（不図示）が設けられ、ボールねじが構成されている。すなわち、このねじ軸が回転するとボールがナット部内を循環してナット部がＺ軸方向に沿って移動する。
さらに、このナット部は、Ｚ軸移動プレート３６の裏面側に固定されている。そのため、モータ３８で一対のＺ軸ガイドレール３４の間に配置されているねじ軸を回転させれば、ナット部とともにＺ軸移動プレート３６がＺ軸方向に沿って移動する。
Ｚ軸移動プレート３６の表面側には、支持具４０が固定されている。この支持具４０は、レーザービーム照射ユニット４２の一部を支持する。図５は、レーザービーム照射ユニット４２においてレーザービームＬＢが進行する様子を模式的に示す図である。なお、図５においては、レーザービーム照射ユニット４２の構成要素の一部が機能ブロックで示されている。
レーザービーム照射ユニット４２は、基台４に固定されたレーザー発振器４４を有する。このレーザー発振器４４は、例えば、レーザー媒質としてＮｄ：ＹＡＧ等を有し、ウエーハ１１を透過する波長（例えば、１３４２ｎｍ）のレーザービームＬＢを出射する。このレーザービームＬＢは、例えば、周波数が６０ｋＨｚのパルスレーザービームである。
そして、レーザービームＬＢは、その出力が減衰器４６において調整された後、空間光変調器４８に供給される。この空間光変調器４８においては、レーザービームＬＢが分岐される。例えば、空間光変調器４８は、後述する照射ヘッド５２から出射されるレーザービームＬＢがＸ軸方向及びＹ軸方向に平行な平面（ＸＹ座標平面）における位置（座標）とＺ軸方向における位置（高さ）との双方が互いに異なる複数の集光点を形成するように、減衰器４６において調整されたレーザービームＬＢを分岐する。
また、空間光変調器４８において分岐されたレーザービームＬＢは、ミラー５０によって反射されて照射ヘッド５２へと導かれる。この照射ヘッド５２には、レーザービームＬＢを集光する集光レンズ（不図示）等が収容されている。そして、この集光レンズで集光されたレーザービームＬＢは、保持テーブル２６の保持面側に出射される。
なお、図４に示されるように、照射ヘッド５２は、円柱状のハウジング５４の前端部に設けられている。そして、このハウジング５４の後側の側面には、支持具４０が固定されている。さらに、このハウジング５４の前側の側面には、撮像ユニット５６が固定されている。
この撮像ユニット５６は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の光源と、対物レンズと、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等の撮像素子とを有する。
そして、上述した鉛直移動機構３２が動作すると、レーザービーム照射ユニット４２及び撮像ユニット５６は、Ｚ軸方向に沿って移動する。さらに、基台４上には、上述した構成要素を覆うカバー（不図示）が設けられている。このカバーの前面には、タッチパネル５８が配置されている。
このタッチパネル５８は、例えば、静電容量方式又は抵抗膜方式のタッチセンサ等の入力装置と、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等の表示装置とによって構成され、ユーザインターフェースとして機能する。
レーザー加工装置２においては、例えば、以下の順序で第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）及び第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）が実施される。具体的には、まず、上述した貼り合わせウエーハの支持ウエーハ１５の裏面１５ｂの中心と保持テーブル２６の保持面の中心とを一致させるように、貼り合わせウエーハを保持テーブル２６に載置する。
次いで、貼り合わせウエーハが保持テーブル２６によって保持されるように、ポーラス板２６ａと連通する吸引源を動作させる。次いで、撮像ユニット５６が貼り合わせウエーハのウエーハ１１の裏面１１ｂ側を撮像して画像を形成する。
次いで、この画像を参照して、レーザービーム照射ユニット４２の照射ヘッド５２がウエーハ１１の外周領域よりも僅かに内側の領域の真上に位置付けられるように水平移動機構６を動作させる。
次いで、集光点が外周領域に近くなるほどウエーハ１１の表面１１ａに近くなるように分岐されたレーザービームＬＢをウエーハ１１に照射するようにレーザービーム照射ユニット４２を動作させる。
図６は、ウエーハ１１の外周領域よりも内側の領域に対して、レーザービームＬＢを照射する様子を模式的に示す断面図である。このレーザービームＬＢは、例えば、ウエーハ１１の径方向（Ｚ軸方向に垂直な方向）及び厚さ方向（Ｚ軸方向）のそれぞれにおいて、隣接する集光点の位置がウエーハ１１の内部で１０μｍだけずれる複数（例えば、８個）の集光点を形成する。
この場合、複数の集光点のそれぞれを中心として、ウエーハ１１の内部にウエーハ１１を構成する材料の結晶構造が乱れた改質領域１９が形成される。すなわち、平面視においてウエーハ１１の径方向に沿って直線状に並び、かつ、この直線とウエーハ１１の表面１１ａとがなす鋭角の角度が４５°となるような複数の改質領域１９が形成される。
なお、直線状に並ぶ複数の改質領域１９とウエーハ１１の表面１１ａとがなす鋭角の角度は、４５°に限定されない。すなわち、隣接する集光点のウエーハ１１の径方向における間隔がその厚さ方向における間隔と異なる複数の集光点が形成されるように、レーザービームＬＢをウエーハ１１に照射してもよい。
さらに、複数の改質領域１９のそれぞれからは、隣接する一対の改質領域１９を接続させるように亀裂２１が伸展する。これにより、複数の改質領域１９と、複数の改質領域１９のそれぞれから進展する亀裂２１とを含む剥離層がウエーハ１１の内部に形成される。
次いで、レーザービーム照射ユニット４２を動作させたまま、貼り合わせウエーハを保持する保持テーブル２６を少なくとも一回転させるように、テーブル基台２４の下部に連結されている回転駆動源を動作させる。
その結果、下底面がウエーハ１１の表面１１ａ側に位置し、かつ、上底面がウエーハ１１の内部に位置する円錐台の側面に沿うような剥離層（第一の剥離層）がウエーハ１１の外周領域よりも内側の領域に形成される。
次いで、レーザービーム照射ユニット４２の照射ヘッド５２がウエーハ１１の第一の剥離層よりも僅かに内側の領域の真上に位置付けられるように水平移動機構６を動作させる。次いで、全ての集光点が上記の円錐台の上底面に位置付けられるように分岐されたレーザービームＬＢを照射するようにレーザービーム照射ユニット４２を動作させる。
図７は、ウエーハ１１の第一の剥離層よりも内側の領域に対して、レーザービームＬＢを照射する様子を模式的に示す断面図である。このレーザービームＬＢは、例えば、Ｚ軸方向に垂直な方向（図７の紙面の奥行方向）において等間隔（例えば、５μｍ～１５μｍ）に配列する複数（例えば、２～１０個）の集光点を形成するように分岐される。
次いで、レーザービーム照射ユニット４２を動作させたまま、貼り合わせウエーハを保持する保持テーブル２６を移動させるように水平移動機構６を動作させる。例えば、Ｘ軸方向において等間隔に配列する複数の集光点を形成するようにレーザービームＬＢが分岐される場合には、保持テーブル２６をＹ軸方向に沿って移動させるように水平移動機構６を動作させる。
これにより、ウエーハ１１の第一の剥離層よりも内側の直線状の領域に、複数の改質領域１９と、複数の改質領域１９のそれぞれから進展する亀裂２１とを含む剥離層が形成される。次いで、レーザービーム照射ユニット４２の動作を停止させる。
次いで、既に剥離層が形成されている直線状の領域に垂直な方向に沿って保持テーブル２６を移動させるように水平移動機構６を動作させる。すなわち、Ｘ軸方向において等間隔に配列する複数の集光点を形成するようにレーザービームＬＢが分岐される場合には、保持テーブル２６をＸ軸方向に沿って移動させるように水平移動機構６を動作させる。
次いで、既に剥離層が形成されている直線状の領域に平行な直線状の領域に剥離層が形成されるようにレーザービーム照射ユニット４２及び水平移動機構６を動作させる。さらに、ウエーハ１１の第一の剥離層よりも内側の一端側の領域から他端側の領域までに剥離層が形成されるまで、同様の操作を繰り返す。
その結果、上記の円錐台の上底面に沿うような剥離層（第二の剥離層）がウエーハ１１の第一の剥離層よりも内側の領域に形成される。以上によって、第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）及び第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）が完了する。
図３に示される方法においては、第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）及び第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）を実施した後、ウエーハ１１の厚さ方向に沿ってウエーハ１１に外力を付与することによって第一の剥離層及び第二の剥離層を分割起点としてウエーハ１１を分割する（分割ステップ：Ｓ３）。
図８は、ウエーハ１１を分割する様子を模式的に示す一部断面側面図である。分割ステップ（Ｓ３）は、例えば、図８に示される分割装置６０において実施される。この分割装置６０は、第一の剥離層及び第二の剥離層が形成されたウエーハ１１を含む貼り合わせウエーハを保持する保持テーブル６２を有する。
この保持テーブル６２は、円状の上面（保持面）を有し、この保持面においてはポーラス板（不図示）が露出している。さらに、このポーラス板は、保持テーブル６２の内部に設けられた流路等を介して真空ポンプ等の吸引源（不図示）と連通している。そして、この吸引源が動作すると、保持テーブル６２の保持面近傍の空間に負圧が生じる。
また、保持テーブル６２の上方には、分割ユニット６４が設けられている。この分割ユニット６４は、円柱状の支持部材６６を有する。この支持部材６６の上部には、例えば、ボールねじ式の昇降機構（不図示）が連結されており、この昇降機構を動作させることによって分割ユニット６４が昇降する。
また、支持部材６６の下端部には、円盤状の把持爪基台６８の上部の中央に固定されている。この把持爪基台６８の外周領域の下側には、把持爪基台６８の周方向に沿って概ね等間隔に複数の把持爪７０が設けられている。この把持爪７０は、下方に向かって延在する板状の立設部７０ａが設けられている。
この立設部７０ａの上端部は把持爪基台６８に内蔵されたエアシリンダ等のアクチュエータに連結されており、このアクチュエータを動作させることによって把持爪７０が把持爪基台６８の径方向に沿って移動する。また、この立設部７０ａの下端部の内側面には、把持爪基台６８の中心に向かって延在し、かつ、把持爪基台６８の中心に近付くほど厚さが薄くなる板状の爪部７０ｂが設けられている。
分割装置６０においては、例えば、以下の順序で分割ステップ（Ｓ３）が実施される。具体的には、まず、第一の剥離層及び第二の剥離層が形成されたウエーハ１１を含む貼り合わせウエーハの支持ウエーハ１５の裏面１５ｂの中心と保持テーブル２６の保持面の中心とを一致させるように、貼り合わせウエーハを保持テーブル２６に載置する。
次いで、貼り合わせウエーハが保持テーブル６２によって保持されるように、この保持面において露出するポーラス板と連通する吸引源を動作させる。次いで、複数の把持爪７０のそれぞれを把持爪基台６８の径方向外側に位置付けるようにアクチュエータを動作させる。
次いで、複数の把持爪７０のそれぞれの爪部７０ｂの先端を貼り合わせウエーハの接着剤１７と同様の高さに位置付けるように昇降機構を動作させる。次いで、爪部７０ｂを貼り合わせウエーハに接触させるようにアクチュエータを動作させる。次いで、爪部７０ｂを上昇させるように昇降機構を動作させる。
これにより、ウエーハ１１の外周領域に上向きの外力、すなわち、ウエーハ１１の厚さ方向に沿った外力が付与される。これにより、第一の剥離層及び／又は第二の剥離層に含まれる亀裂２１がさらに伸展してウエーハ１１が表面１１ａ側（下面側）と裏面１１ｂ側（上面側）とに分割される。
図２に示される方法においては、下底面がウエーハ１１の表面１１ａ側に位置し、かつ、上底面がウエーハ１１の内部に位置する円錐台の側面に沿うような第一の剥離層と、この円錐台の上底面に沿うような第二の剥離層とをウエーハ１１の内部に形成する。そして、この方法においては、ウエーハ１１の厚さ方向に沿ってウエーハ１１に外力を付与することによって第一の剥離層及び第二の剥離層を分割起点としてウエーハ１１を分割する。
ここで、このウエーハ１１においては第一の剥離層が円錐台の側面に沿うように形成されている。この場合、ウエーハ１１を分割する際に、第一の剥離層においてウエーハを分割することによって新たに露出するデバイスが形成されている領域（デバイス領域）の側面と外周領域の内側面とが互いに接触する蓋然性が低い。そのため、図２に示される方法においては、デバイス領域の表面側に形成されているデバイス１３に向かって亀裂が伸展する蓋然性も低くなり、デバイス１３の破損を抑制できる。
さらに、このウエーハ１１においては、第一の剥離層から円錐台の側面に沿った方向に亀裂が伸展しやすくなる。この場合、デバイス領域の表面側に形成されているデバイス１３に向かって亀裂が伸展する蓋然性が低くなる。そのため、図２に示される方法においては、ウエーハ１１から製造可能なチップの数の減少を抑制できる。
なお、上述したウエーハの加工方法は本発明の一態様であって、本発明は上述した方法に限定されない。例えば、本発明においては、第一の剥離層及び第二の剥離層がウエーハ１１に形成された後に、ウエーハ１１の表面１１ａ側を支持ウエーハ１５の表面１５ａ側に貼り合わせてもよい。すなわち、本発明においては、第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）及び第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）を実施した後に貼り合わせステップ（Ｓ１）を実施してもよい。
また、本発明においては、第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）及び第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）の前後は限定されない。すなわち、本発明においては、第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）を実施した後に第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）を実施してもよい。
また、本発明の第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）においては、下底面がウエーハ１１の表面１１ａ側に位置し、かつ、上底面がウエーハ１１の内部に位置する円錐台の側面に沿うような剥離層を形成できればよく、そのための方法は上述した方法に限定されない。
例えば、本発明の第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）においては、テーブル基台２４の下部に連結されている回転駆動源に加えて又は代えて、水平移動機構６及び鉛直移動機構３２を動作させながらレーザービームＬＢをウエーハ１１に照射してもよい。すなわち、ウエーハ１１を回転させるのみならず、集光点のＸＹ座標平面における座標と高さとを変更しながらレーザービームＬＢをウエーハ１１に照射してもよい。
また、この場合には、分岐されていないレーザービームＬＢが利用されてもよい。換言すると、集光点が１つしか存在しないレーザービームＬＢが用いられる場合であっても、ウエーハ１１を回転させ、かつ、集光点のＸＹ座標平面における座標と高さと変更しながらレーザービームＬＢをウエーハ１１に照射することによって、円錐台の側面に沿うような剥離層をウエーハ１１に形成することができる。
また、本発明の第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）においては、互いの集光点の位置が同じ又は近接する複数回のレーザービームＬＢの照射が実施されてもよい。この場合、剥離層に含まれる改質領域１９のサイズが大きくなり、かつ、剥離層に含まれる亀裂２１がさらに伸展する。そのため、この場合には、分割ステップ（Ｓ４）におけるウエーハ１１の分割がさらに容易になる。
また、本発明の第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）においては、隣接する改質領域１９が亀裂２１を介して接続されるのではなく互いに直接接続されるように、レーザービームＬＢがウエーハ１１に照射されてもよい。この場合、改質領域１９から進展する亀裂２１の形状に依存せずに剥離層の形状を決定できるため、ウエーハ１１の安定的な加工が可能になる。
また、本発明の第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）においては、上記の円錐台の上底面に沿うような剥離層を形成できればよく、そのための方法は上述した方法に限定されない。例えば、本発明の第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）においては、分岐されていないレーザービームＬＢが利用されてもよい。
また、本発明の第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）においては、水平移動機構６に加えて又は代えて、テーブル基台２４の下部に連結されている回転駆動源を動作させながらレーザービームＬＢをウエーハ１１に照射してもよい。すなわち、レーザービームＬＢをウエーハ１１の第一の剥離層よりも内側の領域に環状に照射してもよい。
また、本発明の第二の剥離層形成ステップ（Ｓ３）においては、本発明の第一の剥離層形成ステップ（Ｓ２）と同様に、互いの集光点の位置が同じ又は近接する複数回のレーザービームＬＢの照射が実施されてもよく、また、隣接する改質領域１９が亀裂２１を介して接続されるのではなく互いに直接接続されるように、レーザービームＬＢがウエーハ１１に照射されてもよい。
また、本発明の分割ステップ（Ｓ４）においては、第一の剥離層及び第二の剥離層が形成されているウエーハ１１の分割に先立って、このウエーハ１１に超音波を付与してもよい。この場合、第一の剥離層及び第二の剥離層に含まれる亀裂２１が伸展するため、ウエーハ１１の分割がさらに容易になる。
また、分割ステップ（Ｓ４）において亀裂２１を伸展させることが可能な場合には、第一の剥離層と第二の剥離層とが接続されていなくてもよい。例えば、第二の剥離層は、上記の円錐台の上底面よりも僅かにウエーハ１１の表面１１ａから遠い位置又は近い位置に形成されてもよい。同様に、第二の剥離層は、上記の円錐台の上底面よりも直径が短い円状に形成されてもよい。
その他、上述した実施形態にかかる構造及び方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。
１１ ：ウエーハ（第一のウエーハ）（１１ａ：表面、１１ｂ：裏面、１１ｃ：側面）
１３ ：デバイス
１５ ：支持ウエーハ（第二のウエーハ）（１５ａ：表面、１５ｂ：裏面）
１７ ：接着剤
１９ ：改質領域
２１ ：亀裂
２ ：レーザー加工装置
４ ：基台
６ ：水平移動機構
８ ：Ｙ軸ガイドレール
１０ ：Ｙ軸移動プレート
１２ ：ねじ軸
１４ ：モータ
１６ ：Ｘ軸ガイドレール
１８ ：Ｘ軸移動プレート
２０ ：ねじ軸
２２ ：モータ
２４ ：テーブル基台
２６ ：チャックテーブル（保持ユニット）（２６ａ：保持面）
３０ ：支持構造
３２ ：鉛直移動機構
３４ ：Ｚ軸ガイドレール
３６ ：Ｚ軸移動プレート
３８ ：モータ
４０ ：支持具
４２ ：レーザービーム照射ユニット
４４ ：レーザー発振器
４６ ：減衰器
４８ ：空間光変調器
５０ ：ミラー
５２ ：照射ヘッド
５４ ：ハウジング
５６ ：撮像ユニット
５８ ：タッチパネル
６０ ：分割装置
６２ ：保持テーブル
６４ ：分割ユニット
６６ ：支持部材
６８ ：把持爪基台
７０ ：把持爪（７０ａ：立設部、７０ｂ：爪部）

Claims (3)

  1. 表面側に複数のデバイスが形成され、かつ、外周領域が面取りされている第一のウエーハに対して該第一のウエーハを透過する波長のレーザービームを照射することによって該第一のウエーハの内部に剥離層を形成した後、該剥離層を分割起点として該第一のウエーハを分割するウエーハの加工方法であって、
    該第一のウエーハの該表面側を第二のウエーハの表面側に貼り合わせる貼り合わせステップと、
    該第一のウエーハの該外周領域よりも内側の領域に対して、集光点が該外周領域に近くなるほど該第一のウエーハの該表面に近くなるように該レーザービームを照射することによって、第一の底面が該第一のウエーハの該表面側に位置し、かつ、該第一の底面よりも直径が短い第二の底面が該第一のウエーハの内部に位置する円錐台の側面に沿うような第一の剥離層を形成する第一の剥離層形成ステップと、
    該第一のウエーハの該第一の剥離層よりも内側の領域に対して、該集光点が該円錐台の該第二の底面に位置付けられるように該レーザービームを照射することによって、該円錐台の該第二の底面に沿うような第二の剥離層を形成する第二の剥離層形成ステップと、
    該貼り合わせステップ、該第一の剥離層形成ステップ及び該第二の剥離層形成ステップを実施した後、該第一のウエーハの厚さ方向に沿って該第一のウエーハに外力を付与することによって該第一の剥離層及び該第二の剥離層を該分割起点として該第一のウエーハを分割する分割ステップと、
    を備えることを特徴とする、ウエーハの加工方法。
  2. 該第一の剥離層形成ステップは、該第二の剥離層形成ステップを実施する前に実施される、請求項１に記載のウエーハの加工方法。
  3. 該第一の剥離層形成ステップでは、平面視において該第一のウエーハの径方向に沿って並ぶ複数の集光点が生じるように該レーザービームを分岐する、請求項１又は２に記載のウエーハの加工方法。
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