JP4630689B2 - ウエーハの分割方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面に複数の分割予定ラインが格子状に形成されているとともに該複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域に機能素子が形成されたウエーハを、該分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するウエーハの分割方法に関する。

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ウエーハ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等の回路を形成する。そして、半導体ウエーハを分割予定ラインに沿って切断することにより回路が形成された領域を分割して個々の半導体チップを製造している。また、サファイヤ基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された光デバイスウエーハも所定の分割予定ラインに沿って切断することにより個々の発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、電気機器に広く利用されている。

上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の分割予定ラインに沿った切断は、通常、ダイサーと称されている切削装置によって行われている。この切削装置は、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の被加工物を保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された被加工物を切削するための切削手段と、チャックテーブルと切削手段とを相対的に移動せしめる切削送り手段とを具備している。切削手段は、回転スピンドルと該スピンドルに装着された切削ブレードおよび回転スピンドルを回転駆動する駆動機構を含んでいる。切削ブレードは円盤状の基台と該基台の側面外周部に装着された環状の切れ刃からなっており、切れ刃は例えば粒径３μｍ程度のダイヤモンド砥粒を電鋳によって基台に固定し厚さ２０μｍ程度に形成されている。

しかるに、サファイヤ基板、炭化珪素基板等はモース硬度が高いため、上記切削ブレードによる切断は必ずしも容易ではない。更に、切削ブレードは２０μｍ程度の厚さを有するため、デバイスを区画する分割予定ラインとしては幅が５０μｍ程度必要となる。このため、例えば大きさが３００μｍ×３００μｍ程度のデバイスの場合には、ストリートの占める面積比率が１４％にもなり、生産性が悪いという問題がある。

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、被加工物の内部に分割予定ライン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分割予定ライン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。）
特許第３４０８８０５号公報

上述したように分割予定ラインに沿って変質層が連続的に形成されたウエーハの分割予定ラインに沿って外力を付与し、ウエーハを個々のチップに分割する方法として、本出願人はウエーハが貼着された拡張シートを拡張してウエーハに引張力を付与することにより、ウエーハを変質層が形成された分割予定ラインに沿って個々のチップに分割する技術を特願２００３−３６１４７１号として提案した。

しかしながら、ウエーハが貼着された保護テープを拡張してウエーハに引張力を付与する方法は、ウエーハが貼着された保護テープを拡張するとウエーハには放射状に引っ張り力が作用するため、格子状に形成された分割予定ラインに対してランダムな方向に引張力が作用することになるので、ウエーハは不規則に分割され、分割されない未分割領域が残存するという問題がある。また、分割予定ライン上に回路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配設されているウエーハを上述したように保護テープを拡張して分割予定ラインに沿って分割すると、上記金属パターンに不規則な力が作用することに起因して、金属パターンが鋸刃状に破断され、デバイスの品質を低下させるという問題がある。

上記問題を解消するために本出願人は、ウエーハが貼着された保護テープをウエーハに形成された複数の第１の分割予定ラインと直交する方向に拡張してウエーハを変質層が形成された複数の第１の分割予定ラインに沿って複数の帯状片に分割し、その後、拡張シートを第２の分割予定ラインと直交する方向に拡張して複数の帯状片に分割されたウエーハを変質層が形成された複数の第２の分割予定ラインに沿って分割するウエーハの分割装置を特願２００４−１０６２７９号として提案した。

而して、上述した分割装置を用いたウエーハの分割方法においては、ウエーハを複数の第１の分割予定ラインに沿って複数の帯状片に分割した後に、保護テープに第１の分割予定ラインと直交する方向に作用せしめた引張力を解除すると、複数の帯状片間の隙間が必ずしも一定とはならず、複数の帯状片が不規則な状態となる。この状態から保護テープを第２の分割予定ラインと直交する方向に拡張すると、ウエーハには全ての第２の分割予定ラインと直交する方向に正確に引張力を作用することができないため、ウエーハを全ての第２の分割予定ラインに沿って必ずしも正確に分割することができないとともに、分割予定ライン上に配設されたテスト 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も鋸刃状に破断される個所が発生する。

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、分割予定ラインに沿って強度が低下せしめられたウエーハを、分割予定ラインに沿って効率良く且つ確実に分割することができるウエーハの分割方法を提供することである。

上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、表面に複数の第１の分割予定ラインと該複数の第１の分割予定ラインと直交する複数の第２の分割予定ラインが形成されているとともに該複数の第１の分割予定ラインと該第２の分割予定ラインによって区画された複数の領域に機能素子が形成されたウエーハを、該複数の第１の分割予定ラインおよび該複数の第２の分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するウエーハの分割方法であって、
該ウエーハに対して透過性を有するレーザー光線を該複数の第１の分割予定ラインおよび該複数の第２の分割予定ラインに沿って照射し、該ウエーハの内部に該複数の第１の分割予定ラインおよび該複数の第２の分割予定ラインに沿って変質層を形成する変質層形成工程と、
該変質層形成工程を実施する前または後に、紫外線を照射することにより硬化する粘着剤が表面に敷設された伸張可能な拡張シートの表面に該ウエーハを貼着する拡張シート貼着工程と、
該ウエーハの外側において該拡張シートにおける第１の分割予定ラインと略平行になる部分の表面および表面を一対の挟持部材によって挟持し、該挟持部材を左右方向に作動して該拡張シートを該複数の第１の分割予定ラインと直交する方向に拡張して該ウエーハを該変質層が形成された該複数の第１の分割予定ラインに沿って複数の帯状片に分割するとともに、該帯状片間に隙間を形成する第１のシート拡張工程と、
第１のシート拡張工程を実施した状態でウエーハ側から該帯状片間の隙間を通して該拡張シートに敷設された該粘着剤に紫外線を照射することにより該粘着剤を硬化せしめて該帯状片間に隙間が形成された状態を維持する粘着剤硬化工程と、
該粘着剤硬化工程を実施した後に、該拡張シートを該複数の第２の分割予定ラインと直交する方向に拡張して該複数の帯状片に分割された該ウエーハを該変質層が形成された該複数の第２の分割予定ラインに沿って分割する第２のシート拡張工程と、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。

すなわち、上記拡張シートの表面に敷設された粘着層は紫外線によって硬化する粘着剤によって形成されており、上記粘着剤硬化工程はウエーハから紫外線を照射する。

本発明によるウエーハの分割方法によれば、拡張シートを複数の第１の分割予定ラインと直交する方向に拡張してウエーハを変質層が形成された複数の第１の分割予定ラインに沿って複数の帯状片に分割するとともに該帯状片間に隙間を形成する第１のシート拡張工程を実施した後に、拡張シートに敷設された粘着剤に紫外線照射を照射することにより粘着剤を硬化せしめる粘着剤硬化工程を実施するので、複数の第１の分割予定ラインに沿って分割された各帯状片が所定の隙間を維持した状態で規制される。従って、拡張シートを複数の第２の分割予定ラインと直交する方向に拡張して複数の帯状片に分割されたウエーハを変質層が形成された複数の第２の分割予定ラインに沿って分割する第２のシート拡張工程においては、ウエーハには複数の第２の分割予定ラインと直交する方向に正確に引張力が作用する。この結果、ウエーハは複数の第２の分割予定ラインに沿って正確に分割されるとともに、分割予定ライン上に配設されたテスト
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も第２の分割予定ラインに沿って正確に破断される。

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詳細に説明する。

図１には、本発明に従って個々のチップに分離されるウエーハとしての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１０はシリコンウエーハからなっており、表面１０ａには複数の第１の分割予定ライン１０１と該複数の第１の分割予定ライン１０１と直交する複数の第２の分割予定ライン１０２が形成されている。そして、半導体ウエーハ１０の表面１０aには、複数の第１の分割予定ライン１０１と複数の第２の分割予定ライン１０２によって区画された複数の領域に機能素子としての回路１０３が形成されている。以下、この半導体ウエーハ１０を個々の半導体チップに分離する分割方法について説明する。

半導体ウエーハ１０を個々の半導体チップに分離するには、半導体ウエーハ１０に対して透過性を有するパルスレーザー光線を複数の第１の分割予定ライン１０１および複数の第２の分割予定ライン１０２に沿って照射し、半導体ウエーハ１０の内部に複数の第１の分割予定ライン１０１および複数の第２の分割予定ライン１０２に沿って変質層を形成することにより分割予定ラインに沿って強度を低下せしめる変質層形成工程を実施する。
この変質層形成工程は、図２に示すレーザー加工装置１を用いて実施する。図２に示すレーザー加工装置２は、被加工物を保持するチャックテーブル２１と、該チャックテーブル２１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２２と、チャックテーブル２１上に保持された被加工物を撮像する撮像手段２３を具備している。チャックテーブル２１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない移動機構によって図２において矢印Ｘで示す加工送り方向および矢印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。

上記レーザー光線照射手段２２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング２２１の先端に装着された集光器２２４からパルスレーザー光線を照射する。また、上記レーザー光線照射手段１２を構成するケーシング２２１の先端部に装着された撮像手段２３は、図示の実施形態において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後述する制御手段に送る。

上述したレーザー加工装置１を用いて実施する変質層形成工程について、図２および図３を参照して説明する。
この変質層形成行程は、先ず上述した図２に示すレーザー加工装置２のチャックテーブル２１上に半導体ウエーハ１０を裏面１０ｂを上にして載置し、該チャックテーブル２１上に半導体ウエーハ１０を吸着保持する。半導体ウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル２１は、図示しない移動機構によって撮像手段２３の直下に位置付けられる。

チャックテーブル２１が撮像手段２３の直下に位置付けられると、撮像手段２３および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ１０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２３および図示しない制御手段は、半導体ウエーハ１０の所定方向に形成されている第１の分割予定ライン１０１と、該第１の分割予定ライン１０１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２２の集光器２２４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。また、半導体ウエーハ１０に形成されている複数の第１の分割予定ライン１０１と直交する方向に形成されている複数の第２の分割予定ライン１０２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。このとき、半導体ウエーハ１０の複数の第１の分割予定ライン１０１および複数の第２の分割予定ライン１０２が形成されている表面１０ａは下側に位置しているが、撮像手段１３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１０ｂから透かして第１の分割予定ライン１０１および第２の分割予定ライン１０２を撮像することができる。

以上のようにしてチャックテーブル２１上に保持された半導体ウエーハ１０に形成されている第１の分割予定ライン１０１および第２の分割予定ライン１０２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３の（ａ）で示すようにチャックテーブル２１をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段２２の集光器２２４が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の第１の分割予定ライン１０１の一端（図３の（ａ）において左端）をレーザー光線照射手段１２の集光器２２４の直下に位置付ける。そして、集光器２２４から半導体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照射しつつチャックテーブル２１即ち半導体ウエーハ１０を図３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３の（ｂ）で示すようにレーザー光線照射手段２２の集光器２２４の照射位置が第１の分割予定ライン１０１の他端（図３の（b）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２１即ち半導体ウエーハ１０の移動を停止する。この変質層形成工程においては、パルスレーザー光線の集光点Ｐを半導体ウエーハ１０の表面１０ａ（下面）付近に合わせる。この結果、半導体ウエーハ１０の表面１０ａ（下面）に露出するとともに表面１０ａから内部に向けて変質層１１０が形成される。この変質層１１０は、溶融再固化層として形成される。

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。
光源 ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４スレーザー
波長 ：１０６４ｎｍのパルスレーザー
パルス出力 ：１０μＪ
集光スポット径 ：φ１μｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒

上記変質層１１０は、表面１０ａおよび裏面１０ｂに露出しないように内部だけに形成してもよく、また、上記集光点Ｐを段階的に変えて上述したレーザー加工工程を複数回実行することにより、複数の変質層１１０を形成してもよい。

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第１の分割予定ライン１０１に沿って実施したならば、第２の分割予定ライン１０２に沿っても上記変質層形成工程を実施する。

上述した変質層形成工程によって半導体ウエーハ１０の内部に複数の第１の分割予定ライン１０１および複数の第２の分割予定ライン１０２に沿って変質層１１０を形成したならば、外的刺激を与えることにより硬化する粘着剤が表面に敷設された伸張可能な拡張シートの表面にウエーハを貼着する拡張シート貼着工程を実施する。即ち、図４に示すように環状のフレーム３の内側開口部を覆うように外周部が装着された伸張可能な拡張シート４の表面に半導体ウエーハ１０の表面１０aを貼着する。なお、上記拡張シート４は、図示の実施形態においては厚さが１００μｍのポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）からなるシート基材の表面にアクリル樹脂系の粘着剤が厚さが５μｍ程度塗布されている。この粘着財は紫外線等の外的刺激によって硬化する性質を有するものが用いられている。
なお、粘着シート貼着工程は上記変質層形成工程の前に実施してもよく、この場合、拡張シート４の表面に半導体ウエーハ１０の表面１０ａを貼着した状態で上述した変質層形成工程を実施する。

上述した変質層形成工程および粘着シート貼着工程を実施したならば、拡張シート３を第１の分割予定ライン１０１と直交する方向に拡張して半導体ウエーハ１０を変質層１１０が形成された複数の第１の分割予定ライン１０１に沿って複数の帯状片に分割するとともに、該帯状片間に隙間を形成する第１のシート拡張工程を実施する。第１のシート拡張工程について、図５および図６を参照して説明する。第１のシート拡張工程は、先ず上述したように複数の第１の分割予定ライン１０１および複数の第２の分割予定ライン１０２に沿って変質層１１０が形成された半導体ウエーハ１０を拡張シート４を介して支持した環状のフレーム３をシート拡張装置５のフレーム保持部材５１上に載置し、クランプ５２によって環状のフレーム３をフレーム保持部材５１上に固定する。次に、半導体ウエーハ１０の外側において拡張シート４における第１の分割予定ライン１０１と略平行になる部分の表面および裏面を挟持部材５３、５３によって挟持する。そして、この挟持部材５３、５３を図５および図６に示すように矢印Vで示すように図において左右方向に作動すると、拡張シート４は第１の分割予定ライン１０１と直交する方向に拡張せしめられる。この結果、拡張シート４の表面に貼着されている半導体ウエーハ１０には第１の分割予定ライン１０１と直交する方向に引張力が作用するため、拡張シート４の表面に貼着されている半導体ウエーハ１０は変質層１１０が形成されていることによって強度が低下せしめられた複数の第１の分割予定ライン１０１に沿って複数の帯状片１２０に分割されるとともに、各帯状片１２０間に隙間Sが形成される。この第１のシート拡張工程においては、半導体ウエーハ１０には第１の分割予定ライン１０１と直交する方向に引張力が作用するため、半導体ウエーハ１０は複数の第１の分割予定ライン１０１に沿って正確に分割されるとともに、分割予定ライン上に配設されたテスト 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も複数の第１の分割予定ライン１０１に沿って正確に破断される。なお、上記第１のシート拡張工程においては、本発明者等の実験によると拡張シート４を５ｍｍ程度引き伸ばしたときに半導体ウエーハ１０を変質層１１０が形成されている複数の第１の分割予定ライン１０１に沿って破断することができた。このとき、個々に分割された各帯状片１２０間の間隙Sは、０．５mm程度となった。

上記第１のシート拡張工程を実施したならば、第１のシート拡張工程を実施した状態で各帯状片１２０間に隙間Sを通して拡張シート４の表面に敷設された粘着剤に外的刺激を付与することにより粘着剤を硬化せしめる粘着剤硬化工程を実施する。この粘着剤硬化工程は、図７に示すようにシート拡張装置５の上方に配設された紫外線照射器６によってウエーハ１０側から紫外線を照射する。この結果、拡張シート４の表面に敷設された粘着剤は各帯状片１２０間で硬化し、半導体ウエーハ１０の各帯状片１２０は隙間Sが形成された状態に維持される。

次に、拡張シート４を第２の分割予定ラインと直交する方向に拡張して複数の帯状片１２０に分割された半導体ウエーハ１０を変質層１１０が形成された複数の第２の分割予定ライン１０２に沿って分割する第２のシート拡張工程を実施する。第２のシート拡張工程について、図８および図９を参照して説明する。第２のシート拡張工程は、上述したように半導体ウエーハ１０を拡張シート４を介して支持した環状のフレーム３がシート拡張装置５のフレーム保持部材５１上に固定された状態で９０度回動し、半導体ウエーハ１０の外側において拡張シート４における第２の分割予定ライン１０２と略平行になる部分の表面および裏面を挟持部材５３、５３によって挟持する。そして、挟持部材５３、５３を図８および図９に示すように矢印Vで示すように図において左右方向に作動すると、拡張シート４は第２の分割予定ライン１０２と直交する方向に拡張せしめられる。この結果、拡張シート４の表面に貼着されている半導体ウエーハ１０には第２の分割予定ライン１０２と直交する方向に引張力が作用するため、拡張シート４の表面に貼着されている半導体ウエーハ１０（複数の帯状片１２０に分割される）は変質層１１０が形成されることによって強度が低下せしめられた複数の第２の分割予定ライン１０２に沿って分割され、個々の半導体チップ１３０に分離される。このとき、半導体ウエーハ１０は上述した第１のシート拡張工程および粘着剤硬化工程を実施することにより、複数の第１の分割予定ライン１０１に沿って分割された各帯状片１２０が所定の隙間Sを維持した状態で規制されているので、半導体ウエーハ１０には第２の分割予定ライン１０２と直交する方向に正確に引張力が作用する。従って、半導体ウエーハ１０は複数の第２の分割予定ライン１０２に沿って正確に分割されるとともに、分割予定ライン上に配設されたテスト 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も第２の分割予定ライン１０２に沿って正確に破断される。

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。 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実施するためのレーザー加工装置の要部斜視図。 本発明によるウエーハの分割方法における変質層形成行程の説明図。 本発明によるウエーハの分割方法における拡張シート貼着工程を実施したウエーハの斜視図。 本発明によるウエーハの分割方法における第１のシート拡張工程を示す平面図。 本発明によるウエーハの分割方法における第１のシート拡張工程を示す断面図。 本発明によるウエーハの分割方法における粘着剤硬化工程の説明図。 本発明によるウエーハの分割方法における第２のシート拡張工程を示す平面図。 本発明によるウエーハの分割方法における第２のシート拡張工程を示す断面図。

符号の説明

２：レーザー加工装置
２１：レーザー加工装置のチャックテーブル
２２：レーザー光線照射手段
２３：撮像手段
３：環状のフレーム
４：拡張シート
５：シート拡張装置
５１：フレーム保持部材
５２：クランプ
５３：挟持部材
６：紫外線照射器
１０：半導体ウエーハ
１０１：分割予定ライン
１０２：回路
１１０：変質層
１３０：半導体チップ

Claims (1)

1. 表面に複数の第１の分割予定ラインと該複数の第１の分割予定ラインと直交する複数の第２の分割予定ラインが形成されているとともに該複数の第１の分割予定ラインと該第２の分割予定ラインによって区画された複数の領域に機能素子が形成されたウエーハを、該複数の第１の分割予定ラインおよび該複数の第２の分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するウエーハの分割方法であって、
   該ウエーハに対して透過性を有するレーザー光線を該複数の第１の分割予定ラインおよび該複数の第２の分割予定ラインに沿って照射し、該ウエーハの内部に該複数の第１の分割予定ラインおよび該複数の第２の分割予定ラインに沿って変質層を形成する変質層形成工程と、
   該変質層形成工程を実施する前または後に、紫外線を照射することにより硬化する粘着剤が表面に敷設された伸張可能な拡張シートの表面に該ウエーハを貼着する拡張シート貼着工程と、
   該ウエーハの外側において該拡張シートにおける第１の分割予定ラインと略平行になる部分の表面および裏面を一対の挟持部材によって挟持し、該挟持部材を左右方向に作動して該拡張シートを該複数の第１の分割予定ラインと直交する方向に拡張して該ウエーハを該変質層が形成された該複数の第１の分割予定ラインに沿って複数の帯状片に分割するとともに、該帯状片間に隙間を形成する第１のシート拡張工程と、
   第１のシート拡張工程を実施した状態でウエーハ側から該帯状片間の隙間を通して該拡張シートに敷設された該粘着剤に紫外線を照射することにより該粘着剤を硬化せしめて該帯状片間に隙間が形成された状態を維持する粘着剤硬化工程と、
   該粘着剤硬化工程を実施した後に、該拡張シートを該複数の第２の分割予定ラインと直交する方向に拡張して該複数の帯状片に分割された該ウエーハを該変質層が形成された該複数の第２の分割予定ラインに沿って分割する第２のシート拡張工程と、を含む、
   ことを特徴とするウエーハの分割方法。

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