JP2012109357A - 半導体基板の切断方法及び半導体基板の切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した品質のチップを効率よく得ることができる。
【解決手段】レーザー光をウェハＷ内部に照射して、ウェハＷの表面から略６０μｍ〜略８０μｍの深さに切断ラインＬに沿って改質領域を形成し（ステップＳ１０）、ウェハＷの表面から略５０μｍの基準面までウェハＷを裏面から研削する（ステップＳ１２）。このとき、改質領域内のクラックが、基準面とウェハＷ表面との間に進展される。その後、研削によりウェハＷの裏面に形成された加工変質層が除去され、ウェハＷ裏面が鏡面加工され（ステップＳ１４）、ウェハＷ裏面にエキスパンドテープが貼付され（ステップＳ１６）、エキスパンドテープが外側へ拡張されると、ウェハＷが切断ラインで破断されてチップＴに分割される（ステップＳ１８）。
【選択図】図９

Description

本発明は、半導体基板をチップに切断する半導体基板の切断方法及び半導体基板の切断装置に関するものである。

特許文献１には、裏面を上向きにして載置された半導体基板にレーザーを照射して基板内部に改質領域を形成し、半導体基板の裏面にエキスパンドテープを装着し、エキスパンドテープの上からナイフエッジを当てて改質領域を基点として基板を割ることで、半導体基板をチップに切断することが記載されている。

また、特許文献１には、裏面を上向きにして載置された半導体基板にレーザーを照射して基板内部に改質領域を形成した後で基板を研削して薄くし、半導体基板の裏面にエキスパンドテープを装着し、エキスパンドテープを伸張させることで改質領域を基点として基板を割ることが記載されている。

特許文献２には、裏面を上向きにして載置された半導体基板にレーザーを照射して基板内部に改質領域を形成することで半導体基板の厚さ方向に割れを発生させ、基板の裏面を研削及びケミカルエッチングすることで割れを裏面に露出させることで、半導体基板をチップに切断することが記載されている。そして、特許文献２には、自然に或いは比較的小さな力、例えば人為的な力や基板に温度差を与えることにより熱応力を発生させたりすることにより、改質領域から厚さ方向に割れが発生することが記載されている。

特許３６２４９０９号公報 特許３７６２４０９号公報

特許文献１に記載の発明では、ナイフエッジにより局所的に外力を印加することで基板を割るが、この局所的に外力を印加するために曲げ応力やせん断応力を基板に付与させることになる。しかし、曲げ応力やせん断応力は基板全面に一様に分布させることは難しい。例えば、曲げ応力やせん断応力を基板にかける場合、どこか弱い点に応力が集中することになり、効率的に所望の部分に対して必要最低限の応力を一様に付与できない。

したがって、基板の割れにばらつきが生じ、割れが緩やかに進行しなかった場合には基板がチップ内においても破壊するという問題がある。また、基板を切断する部分に対して、局所的に順番に応力を与えて切断していく場合、例えば一枚の基板から多数のチップを収集する場合などでは、多数の切断ラインが存在するため、生産性が非常に低下するという問題がある。

また、外力を印加して基盤を割る場合に、基板を薄く加工していない場合には、ウェハを割る際に非常に大きい応力を必要とするという問題がある。

特にレーザー加工の改質深さ幅に対して、基板厚みが充分厚い場合は、外力を印加しても、急激な外力の影響によって、基板に対してきれいに垂直に割断できるとは限らない。そのため、いくつかレーザーパルスを基板の厚み方向に多段に照射するなどが必要な場合がある。

また、特許文献１、２に記載の発明では、レーザーの照射により基板内部に形成された改質領域は、最終的にチップ断面に残ることとなる。そのため、チップ断面の改質領域の部分から発塵する場合がある。また、チップ断面部分が局所的に破砕した結果、その破砕した断面がきっかけとなって、チップが破断する場合もある。その結果、チップの抗折強度は小さくなるという問題点がある。

特許文献２に記載の発明では、自然に改質領域から厚さ方向に割れが発生すると記載されているが、他方自然に割れる場合は必ずしも自然に割れない場合も存在する。割るという安定した効果を必然的に得るためには、時として恣意的な手段をとる必要があり、自然に割れる場合は恣意的な手段に該当しない。

また、比較的小さな力として、温度差を与えることにより熱応力を発生させて、改質領域から厚さ方向に割れを発生させることも考えられる。この場合においては、基板の面内に一様な熱勾配をどのように与えるかという点が非常に難しいという問題がある。すなわち、人為的に熱勾配を与えたとしても熱伝導によって、一部熱勾配を緩和するように基板内に熱が分散していく。したがって、一定の基板を切断する程度の安定した熱勾配(安定した温度差)をどのように絶えずに形成するか、という点で極めて難しい問題がある。

また、特許文献２に記載の発明では、半導体基板を研削後、裏面にケミカルエッチングするが、研削した後には、研削後の表面は固定砥粒による研削条痕が残り、付随して微小なクラックが形成され、加工変質層が残存している。その表面をケミカルエッチングした場合には、微小クラックなどの格子歪が大きい部分が選択的にエッチングされることになる。そのため、微小クラックはかえって助長され大きいクラックになる。そのため、切断起点領域だけではなく、時として、研削とエッチングによって形成された微小クラックから破断する場合もあり、安定した切断加工が難しいという問題がある。

また、エッチングにより基板表面の凹凸が助長されるため、基板表面は鏡面化されていない。そのため、分割されたチップにも凹凸が残るため、凹凸の大きい部分、すなわち微小クラックから破壊することが十分に考えられ、チップの抗折強度は低くなるという問題がある。

また、さらに、レーザー加工し、改質した部分にエッチング液が作用した場合、改質した部分は一度溶融して再結晶化して固まっているため、大きな粒界が形成されている。

こうした粒界部分にエッチング液が作用すると、粒界からシリコン粒が剥げ落ちるようにエッチングが進行するため、さらに凹凸が助長されるようにエッチングされることになる。

研磨工程としては、具体的には引用文献p.12_1行目において、研削工程と裏面にケミカルエッチングを施すことであると記載されている。ケミカルエッチングの場合、そのまま放置していても、クラック内にケミカルエッチング液が浸透し、クラック部分を溶かす作用がある。

特に、クラックが基板の表面上にまで先走っている場合、エッチング液がチップとチップを接着しているフィルムの間に浸透し、チップをフィルムから剥離するという問題が発生する。

また、クラックが基板の表面上にまで走っていなくても、クラックに沿ってエッチングは進行する。特に研削後に、薄くなった状態でエッチングを行う場合、クラックにエッチング液が毛細管現象によって浸透し、クラック先端を溶かしながら微小クラックをさらに深くするとともに、さらにそこへ新たなエッチング液が入り込むといった形となる。この場合、デバイス面の近傍にエッチング液が作用すると、デバイス面付近を溶かしてしまい、素子内部にまでエッチングが進行する場合がある。また、そのときに問題なくても、ウェハの壁面に残されたエッチング液がデバイス内部に入り込み、その後不良を起こすこともある。よって、ウェハ表面の加工歪を除去する一方で、それ以上にクラックを助長し、それに伴う副次的な問題を誘発することになりかねない。

また、こうした場合、結果的にクラックが表面上にまで先走って、一部チップとフィルムの間にエッチング液が入り込み、処理中にチップが剥がれる問題が発生することもある。特に、研削後が進行して基板が薄くなった場合、少しの外力でクラックが進行しやすく、クラックが表面に達することでチップ剥離が発生するため、基板が薄くなった場合には、クラックをそれ以上進行させないように処理をしなければならない。

特許文献２には、基板の裏面を研削することにより改質領域から割れが発生することが記載されているが、特許文献２には基板を研削する時の基板の固定方法が記載されていない。図１７に示すように基板をリテーナ等に嵌め込むことで基板の外周を支持する場合や、図１８に示すように基板の一部のみを吸着する場合には、基板が全面的に一様に拘束されないため、このような場合には基板の裏面を研削したとしても改質領域から割れが発生しない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、安定した品質のチップを効率よく得ることができる半導体基板の切断方法及び半導体基板の切断装置を提供することを目的とする。

本発明は前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、切断ラインに沿ってウェハの裏面からレーザー光を入射して前記ウェハの内部に改質領域を形成することで前記改質領域内に微小空孔を形成する改質領域形成工程と、前記改質領域形成工程で改質領域が形成されたウェハの表面の略全面を各領域独立して一様にテーブルに吸着させる吸着工程と、前記吸着工程で表面の略全面がテーブルに吸着されたウェハを裏面から研削して前記改質領域を除去するとともに、前記微小空孔を前記ウェハの厚み方向に進展させる研削工程と、前記研削工程で前記微小空孔が前記ウェハの厚み方向に進展されたウェハを化学機械的に研磨する工程と、前記基板内に残された微小空孔を基に、切断ラインに沿って割断する工程と、割断後複数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。

請求項１に記載された発明によれば、切断ラインに沿ってウェハの裏面からレーザー光を入射してウェハの内部に改質領域を形成することで改質領域内に微小空孔を形成し、改質領域が形成されたウェハの表面の略全面をテーブルに基板の各位値を独立して一様に吸着させた状態でウェハを裏面から研削して改質領域を除去する。

このときに、研削によって生じた研削熱により、研削しているウェハ表面と共に半径方向に熱膨張して広がろうとする。しかし、一方でウェハは熱容量の大きいウェハ真空チャックによって、その膨張による広がりを阻止しようとする。

その結果、ウェハ表面は熱膨張で拡大する一方、チャックされているウェハ裏面は真空チャックにより膨張せず、そのままの状態を維持しようとする。その結果、ウェハ内部に形成された改質領域は、そのウェハ表面と裏面の膨張の違いに応じて、改質領域がさらに拡大するように作用し、さらに亀裂が進展するようになる。改質領域は、レーザー光が照射され、一度溶融状態になって再結晶した部分もあるため、結晶粒が大きくもろい。こうした改質領域が将来的なチップの側面に現れた場合、チップ側面から発塵するほか、チップ側面から大きな結晶粒が欠けたりすることもある。しかし、改質領域から進展した微小亀裂部分は、純粋な結晶面であるため、将来的なチップ側面にこの面が現れたとしても、チップ側面から発塵したり、大きな結晶粒となって欠けたりということは無い。

こうして、研削工程によってウェハを削りながら除去するとともに、微小空孔をウェハの厚み方向に進展させ改質領域を除去する。次に、研削により形成された加工変質層と、進展した微小空孔とを、際立たせるために、ウェハ全面に対して化学機械研磨を施して(後に詳細記載)、加工変質層を完全に除去する。その結果、微小空孔のみが表面に残り、その残りの領域は加工歪も残らない完全な鏡面となる。

その後、まだ割れていないウェハに対して、ウェハを割断する機構に載せて、ウェハに曲げ応力を加えてウェハを割断して、その後、エキスパンドフィルムを引っ張ってチップ同士を離間する。これにより、チップの断面にレーザー光により形成された改質領域が残らないようにすることができる。そのため、チップが割れたり、チップ断面から発塵したりとするという不具合を防ぎ、安定した品質のチップを効率よく得ることができる。

また、研削されたウェハの裏面を化学機械研磨してからウェハを分割するので、チップの抗折強度を高くすることができる。ここで、化学機械研磨においては、引用文献２に示す研磨工程におけるエッチング処理とは大きく区別される。

まず、本願における化学液は、引用文献２のエッチング液は異なる。引用文献２におけるエッチング液は、基板表面に液が作用することで基板を自然に溶かす、すなわちエッチングする作用を有する。それにより、クラックが発生した部分においても、エッチング液が浸透して周囲を自然とエッチングするため、レーザーによって形成された改質層をさらに大きくするという作用がある。また、従来のエッチング液の場合、先にも述べた通り、エッチング液がクラック内を浸透しすぎてクラックを進展させ、最終的にチップとフィルムの間の部分にまで浸透する。それにより、チップ表面までエッチング液が回り込み、チップ表面がエッチング液により浸食されて、それぞれのチップデバイスが機能しなくなる場合もある。

これに対して本願の化学機械研磨において使用する研磨剤(スラリー)は、静的な状況下ではエッチング作用は無い。すなわち、ウェハに対して研磨剤のみを供給したとしても、全くエッチングが進行せず、単にウェハ表面を改質するだけである。そのため、たとえ、研磨剤がウェハの切断予定ラインにあるクラック内に入り込んだとしても、周りのシリコンを溶かすことは無いため、それ以上クラックが進展することは無い。

結果的に、引用文献２における研磨工程すなわちエッチング工程ではクラックが進展するかもしれないが、本願の研磨工程では、研磨剤を入れて放置しても全くウェハはエッチングされないため、クラックはほとんど進展しない。その結果、研磨剤が浸透して勝手にチップをフィルムから剥離するようなことやチップ表面の方に研磨剤が回り込んでチップを侵食し、チップデバイスが機能しなくなるという従来の問題が起こることは無い。

ここで、化学機械研磨のメカニズムは次に示す通りである。すなわち、研磨において、まず研磨剤がウェハに供給されるが、これによりウェハ表面は化学的に改質されるだけである。次に改質された表面は柔らかくなっているため、この状態でスラリーの中に含まれる砥粒がウェハ表面に作用することで、ごく小さい応力であってもウェハ表面を効率的に除去できるのである。

例えば、シリコンを除去するプロセスの場合、シリカ系のスラリーを使用する。シリカ系のスラリーを使用する場合、ウェハ表面で次の反応が起こる。

すなわち、通常研磨直後のウェハ表面はSi原子がある。このSi原子は水中における表面では水和されており、Si原子表面には-OHが存在することになる。このSi基板表面に付着したOH基と、液中に存在するシリカゾルのSiOHやシリカ粒子表面に存在するSiOHが結びつく。

しかし、これだけでは、エッチングが進行しない。結果的に、この状態でシリカ粒子を多量に含んだ研磨パッドを基板に対して相対的に運動させて、ある一定の運動量の下でシリカ粒子を基板表面に作用することによって、ある一定の温度環境と圧力環境の下で、化学反応が進行しながら、機械的に除去されるのである。

このとき、クラックに浸透したシリカゾルやシリカ粒子によって、クラックをさらに進展させる効果は働かない。クラック内へは研磨パッドが入り込むこともないため機械的な作用が働かず、結果的に化学的な除去作用も発生しないからである。

こうしたことにより、研削時に発生した基板表面の加工変質層は、シリカゾルとシリカ粒子を有する化学性をもつスラリーが供給されるとともに、研磨パッドが基板に接触することで機械的な摩擦作用が働くこととあいまって、基板表面のみが化学機械的に研磨が進行して、除去される(土肥俊郎編著：詳説半導体CMP技術(工業調査会)(2001)p.40〜42)。

その結果、ウェハ表面の加工変質層はほとんどが除去される。また、形成されたウェハ表面は鏡面になる。この鏡面になる原理は、引用文献２にある化学エッチングと比較すると次の通りである。

化学エッチングの場合は、先にも述べた通り、シリコンなどの結晶において格子歪や結晶欠陥部分が選択的にエッチングされる。そのため、エッチピットが形成されたり、結晶粒界に沿って大きくえぐれたりということが起こり、こうしたことは原理的に免れることはできない。

それに対して、化学機械的な研磨の場合、先にも述べた通り、機械的な作用が働かない限り、化学的な除去作用が働かない。機械的な作用、ここではすなわち研磨パッドによってウェハ表面を擦ることであるが、この機械的な作用は、基板表面の結晶状態とは全く関係無く、すべての基板表面において等確率に起こるものである。そのため、結晶状態に関係無くすべての表面が一様に除去される中で、化学的に作用が働くため、表面は一様な表面で結晶欠陥も無く、鏡面になるのである。ここで、鏡面といっても相対的な観点から曖昧であるため、本願では、化学機械研磨によって得られた鏡面というように定義する。

このような化学機械研磨を行うことによって、引用文献２とは大きく異なり、理想的な鏡面状態を得ることができるとともに、チップとフィルム間にエッチング液が浸透することによる侵食を防ぐことができる。

尚、化学機械研磨を行った後において、チップはまだ完全に割れてはいない。一部化学機械研磨後における表面部分に改質層から進展した微小空孔を残すだけである。尚、改質層は前の研削加工処理で既に除去されている。

この改質層から進展した微小空孔を残した状態が、例えば引用文献2に示すような研削とエッチングを施した表面状態に形成されていた場合、改質層から進展した微小空孔と、研削後のエッチング処理により助長された凹凸とを明確に区別することはできなくなる。よって、チップを割断する際に、必ずしも微小空孔から破断するのではなく、場合によっては、研削した研削条痕をエッチングにてさらに助長した凹凸部分から破断する場合も考えられる。

本願のように、表面に化学機械研磨を施した場合、処理後のウェハ表面には凹凸はほとんどなく、唯一改質層から進展した微小空孔だけが残されることになる。よって、この状態で割断処理する場合、微小空孔からさらに亀裂が進展して割断することになる。

請求項２に記載の発明は、切断ラインに沿って、ウェハの裏面からレーザー光を入射して前記ウェハの内部に改質領域を形成することで、前記改質領域内に微小空孔を形成する改質領域形成工程と、前記改質領域形成工程で改質領域が形成されたウェハの表面の略全面を一様かつ各領域内で独立してテーブルに吸着させる工程と、前記ウェハを吸着した状態で、前記レーザー光を入射してウェハ内部に形成した改質領域より手前の部分まで研削除去し、該改質領域から延びる微小亀裂を基板の深さ方向に進展させる第1の研削工程と、前記ウェハ内部に形成した改質領域を研削除去する第２の研削工程と、ウェハ表面を改質する化学スラリーと研磨パッドを用いて化学機械研磨を行いながら、前記改質領域から延びる微小亀裂を残しながら、前記第1及び第2の研削工程で導入された加工変質層を除去して表面を鏡面化する工程とウェハ厚み方向に進展した微小亀裂を基に、ウェハに割断する工程と、割断した後に、割断されたチップを離間する工程と、を有することを特徴とする。

請求項２に記載された発明によれば、初期に改質領域をウェハ内部の深い位置に形成し、初期に第1の研削工程で研削熱を発生させながら除去加工していくことで、改質領域に形成された亀裂をウェハのさらに深い位置にまで進展させることが可能となる。

しかし、第1研削工程で、改質していない領域と同じ容量で、レーザーで改質した領域も研削除去加工すると、改質領域は結晶粒界が大きいため、大きな結晶粒が欠け落ちたり、またこうした結晶粒に伴って、さらに致命的な亀裂が進展することもある。よって、第1の研削工程は、結晶性が一定である改質領域手前の部分まで研削を行うとよい。

第2の研削工程では、主としてレーザーで改質された領域を研削する。この際、研削砥石も番手が高い、すなわち第1の研削工程と比べて細かい粒度の研削砥石を使用し、第1の研削工程と比較して、改質領域から派生した致命的なクラックや欠陥を誘発することのないように、穏やかな研削加工を行う。第２研削工程は改質領域だけであり、第1の研削工程と比較しても研削レートは小さい条件とし、細かく削り落とす。

そして、レーザー改質領域が除去された後に、最終的に化学機械研磨を行う。化学機械研磨では、ウェハを改質する化学液を供給しつつ、高分子や不織布などの研磨パッドをウェハに押しつけて、化学的かつ機械的に研磨を行う。

仮に、先ほどの改質領域に、化学機械研磨を行う場合、改質領域は大きい結晶粒が欠け落ちる場合がある。化学機械研磨では不織布や発泡ポリウレタンなどの研磨パッドを使用するため、こうしたパッド表面に欠け落ちた結晶粒が入り込むと研磨中絶えず欠け落ちた結晶粒によってスクラッチを発生させてしまう。このような場合、研削加工での加工変質層を除去しつつ、鏡面化するという目的を果たすまでもなく、研磨面をスクラッチだらけにしてしまうことになる。

そうしたことから、化学機械研磨工程に導入される状態では、先の第2の研削工程においてレーザーによって導入された改質層は完全に除去されていなければならない。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記改質領域形成工程は、前記ウェハの表面から略６０μｍ〜略８０μｍの深さに前記改質領域を形成し、前記第１の研削工程は、前記微小空孔を前記ウェハの表面から略５０μｍの深さと前記ウェハの表面との間まで進展させることを特徴とする。

これにより、ウェハの表面から略６０μｍ〜略８０μｍの深さに改質領域が形成され、微小空孔がウェハの表面から略５０μｍの深さとウェハの表面との間まで進展される。そのため、チップの断面にレーザー光により形成された改質領域が残らないようにワークを研削しても、微小空孔をワークに残すことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記研削工程は、研削中のウェハの温度が７０℃以上になるまで、研削中に砥石に水を供給することを中断する工程を含むことを特徴とする。

請求項４に記載された発明によれば、研削中のウェハの温度を制御することができる。これにより、微小空孔をウェハの厚み方向に進展させることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、前記第１の研削工程は、研削中のウェハの温度が７０℃以上になるまで、研削中に砥石に水を供給することを中断する工程を含むことを特徴とする。

請求項５に記載された発明によれば、研削中のウェハの温度を制御することができる。これにより、微小空孔をウェハの厚み方向に進展させることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１又は４に記載の発明において、前記分割工程は、前記ウェハの表面に弾性テープを貼付する工程と、前記弾性テープを拡張する工程と、を含むことを特徴とする。

請求項６に記載された発明によれば、ウェハの表面に弾性テープを貼付して拡張することで、ウェハを複数のチップに分割することができる。

請求項７に記載の発明は、切断ラインに沿ってウェハの裏面からレーザー光を入射して前記ウェハの内部に改質領域を形成するレーザーダイシング手段と、前記ウェハを裏面から研削して前記改質領域を除去する研削手段と、前記レーザーダイシング手段から前記研削手段へ前記ウェハを搬送する搬送手段と、前記ウェハを切断ラインに沿って分割する分割手段と、を備えた半導体基板の切断装置であって、前記レーザーダイシング手段は、前記ウェハの表面が下向きに載置されるテーブルと、前記ウェハに向けてレーザー光を照射して前記改質領域を形成する照射手段と、前記レーザー光が照射される位置が変わるように前記照射手段を制御する第１の制御手段と、を備え、前記研削手段は、前記ウェハの表面が下向きに載置され、前記ウェハの略全面を吸着する吸着テーブルと、前記ウェハを研削する砥石と、前記砥石の高さ及び回転数を制御する第２の制御手段と、を備えたことを特徴とする。

これにより、チップの断面にレーザー光により形成された改質領域が残らないようにすることができる。そのため、チップが割れたり、チップ断面から発塵したりとするという不具合を防き、安定した品質のチップを効率よく得ることができる。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記第１の制御手段は、前記ウェハの表面から略６０μｍ〜略８０μｍの深さに前記改質領域を形成させるように前記照射手段を制御し、前記第２の制御手段は、前記ウェハの表面から略５０μｍの深さと前記ウェハの表面との間まで前記改質領域内の微小空孔を進展させるように前記砥石の高さ及び回転数を制御することを特徴とする。

これにより、チップの断面にレーザー光により形成された改質領域が残らないようにワークを研削しても、微小空孔をワークに残すことができる。

請求項９に記載の発明は、請求項７又は８に記載の発明において、研削中のウェハの温度測定する手段と、研削中に砥石又はウェハへの給水をＯＮ、ＯＦＦする手段と、研削開始から所定の時間経過後にウェハ温度が所定の値になるまでウェハへの給水をＯＦＦするように制御する手段とをさらに備えたことを特徴とする。

これにより、微小空孔をウェハの厚み方向に進展させることができる。

本発明によれば、安定した品質のチップを効率よく得ることができる。

レーザーダイシング装置１の概観構成を示す図。 レーザーダイシング装置１の駆動手段の構成を表わす概念構成図。 レーザーダイシング装置１の駆動手段の構成を表わす平面図。 研削装置２の概観構成を示す図。 研削装置２の部分拡大図。 研削装置２の部分拡大図。 研削装置２の研磨ステージの概略図。 研削装置２のチャックの詳細を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は部分拡大図。 半導体基板の切断方法の処理の流れを示すフローチャート。 レーザー改質工程を説明する図。 切断ラインを説明する図。 研削除去工程を説明する図。 研削除去工程における亀裂進展を説明する図であり、（ａ）は研削時の概略図、（ｂ）はウェハＷ裏面の状態、（ｃ）はウェハＷ表面の状態、（ｄ）はウェハＷの断面図。 研削除去工程後のウェハＷ裏面の表面状態を説明する図 分割・離間工程を説明する図 分割・離間工程を説明する図 従来の基板研削時の固定状態を示す図 従来の基板研削時の固定状態を示す図 亀裂進展評価の条件について示した図 亀裂進展評価の評価結果を示した図 分割装置３００の概略を示す図 チャック撓ませ手段の他の実施形態を示す説明図

以下、添付図面に従って本発明に係る半導体基板の切断方法及び半導体基板の切断装置の好ましい実施の形態について詳説する。

本発明は、レーザーダイシング装置１と、研削装置２と、レーザーダイシング装置１により加工されたウェハを研削装置２へ搬送する搬送装置（図示せず）と、研削装置２により研削されたウェハをチップへ分割する分割装置とで構成された切断装置により行われる。

＜装置構成について＞
（１）レーザーダイシング装置１について
図１は、レーザーダイシング装置１の概観構成を示す図である。同図に示すように、本実施の形態のレーザーダイシング装置１は、主として、ウェハ移動部１１、レーザー光学部２０と観察光学部３０とからなるレーザーヘッド４０、制御部５０等から構成されている。

ウェハ移動部１１は、ウェハＷを吸着保持する吸着ステージ１３と、レーザーダイシング装置１の本体ベース１６に設けられ、吸着ステージ１３をＸＹＺθ方向に精密に移動させるＸＹＺθテーブル１２等からなる。このウェハ移動部１１によって、ウェハＷが図のＸＹＺθ方向に精密に移動される。

ウェハＷは、表面の一方の面に粘着材を有するＢＧテープＢが貼付され、裏面が上向きとなるように吸着ステージ１３に載置される。

なお、ウェハＷは、一方の面に粘着材を有するダイシングシートが貼付され、このダイシングシートを介してフレームと一体化された状態で吸着ステージ１３に載置されるようにしてもよい。この場合には、表面が上向きとなるように吸着ステージ１３に載置される。

レーザー光学部２０は、レーザー発振器２１、コリメートレンズ２２、ハーフミラー２３、コンデンスレンズ（集光レンズ）２４、レーザー光をウェハＷに対して平行に微小移動させる駆動手段２５等で構成されている。レーザー発振器２１から発振されたレーザー光は、コリメートレンズ２２、ハーフミラー２３、コンデンスレンズ２４等の光学系を経てウェハＷの内部に集光される。集光点のＺ方向位置は、後出のＺ微動手段２７によるコンデンスレンズ２４のＺ方向微動によって調整される。

なお、レーザー光の条件は、光源が半導体レーザー励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザー、波長が１０６４ｎｍ、レーザー光スポット断面積が３．１４×１０−８ｃｍ２、発振形態がＱスイッチパルス、繰り返し周波数が１００ｋＨｚ、パルス幅が３０ｎｓ、出力が２０μＪ／パルス、レーザー光品質がＴＥＭ００、偏光特性が直線偏光である。また、コンデンスレンズ２４の条件は、倍率が５０倍、Ｎ．Ａ．が０．５５、レーザー光波長に対する透過率が６０パーセントである。

観察光学部３０は、観察用光源３１、コリメートレンズ３２、ハーフミラー３３、コンデンスレンズ３４、観察手段としてのＣＣＤカメラ３５、画像処理部３８、テレビモニタ３６等で構成されている。

観察光学部３０では、観察用光源３１から出射された照明光がコリメートレンズ３２、ハーフミラー３３、コンデンスレンズ２４等の光学系を経てウェハＷの表面を照射する。ウェハＷの表面からの反射光はコンデンスレンズ２４、ハーフミラー２３及び３３、コンデンスレンズ３４を経由して観察手段としてのＣＣＤカメラ３５に入射し、ウェハＷの表面画像が撮像される。

この撮像データは画像処理部３８に入力され、ウェハＷのアライメントに用いられるとともに、制御部５０を経てテレビモニタ３６に写し出される。

制御部５０は、ＣＰＵ、メモリ、入出力回路部等からなり、レーザーダイシング装置１の各部の動作を制御する。

なお、レーザーダイシング装置１は、図示しないウェハカセットエレベータ、ウェハ搬送手段、操作板、及び表示灯等から構成されている。

ウェハカセットエレベータは、ウェハが格納されたカセットを上下移動して搬送位置に位置決めする。搬送手段はカセットと吸着ステージ１３との間でウェハを搬送する。

操作板には、ダイシング装置１０の各部を操作するスイッチ類や表示装置が取付けられている。表示灯は、ダイシング装置１０の加工中、加工終了、非常停止等の稼動状況を表示する。

図２は、駆動手段２５の細部を説明する概念図である。駆動手段２５は、コンデンスレンズ２４を保持するレンズフレーム２６、レンズフレーム２６の上面に取り付けられレンズフレーム２６を図のＺ方向に微小移動させるＺ微動手段２７、Ｚ微動手段２７を保持する保持フレーム２８、保持フレーム２８をウェハＷと平行に微小移動させるリニア微動手段であるＰＺ１、ＰＺ２等から構成される。

Ｚ微動手段２７には電圧印加によって伸縮する圧電素子が用いられている。この圧電素子の伸縮によってコンデンスレンズ２４がＺ方向に微小送りされて、レーザー光の集光点のＺ方向位置が精密に位置決めされるようになっている。

保持フレーム２８は、図示しない４本のピアノ線からなる２対の平行バネで支持され、ＸＹ方向には移動自在で、Ｚ方向の移動が拘束されている。なお、保持フレーム２８の支持方法はこれに限らず、例えば複数のボールで上下に挟み込み、Ｚ方向の移動を拘束するとともにＸＹ方向に移動自在に支持してもよい。

リニア微動手段ＰＺ１、ＰＺ２には、Ｚ微動手段２７と同じく圧電素子が用いられており、一端がレーザーヘッド４０のケース本体に固定され、他端が保持フレーム２８の側面に当接している。

図３は、駆動手段２５の平面図である。図３に示すように、リニア微動手段ＰＺ１、ＰＺ２はＸ方向に２個配置されており、夫々一端がレーザーヘッド４０のケース本体に固定され、他端が保持フレーム２８の側面に当接している。したがって、印加電圧を制御することによってコンデンスレンズ２４をＸ方向に往復微動送りすることができ、レーザー光をＸ方向に往復微動送りさせたり振動させたりすることができる。

なお、リニア微動手段ＰＺ１、ＰＺ２のうちどちらか一方に圧電素子を用い、他方をバネ材等の弾性部材にしてもよい。また、リニア微動手段を円周上に３個配置するようにしてもよい。

レーザー発振器２１からレーザー光Ｌが出射され、レーザー光Ｌはコリメートレンズ２２、ハーフミラー２３、コンデンスレンズ２４等の光学系を経由してウェハＷの内部に照射される。照射されるレーザー光Ｌの集光点のＺ方向位置は、ＸＹＺθテーブル１２によるウェハＷのＺ方向位置調整、及びＺ微動手段２７によるコンデンスレンズ２４の位置制御によって、ウェハ内部の所定位置に正確に設定される。

この状態でＸＹＺθテーブル１２がダイシング方向であるＸ方向に加工送りされるとともに、レーザーヘッド４０に設けられたリニア微動手段ＰＺ１、ＰＺ２によってコンデンスレンズ２４が往復微小移動され、レーザー光ＬがウェハＷと平行にＸ方向、又は任意のＸＹ方向に振動され、レーザー光Ｌの集光点がウェハ内部で微小振動しながら改質領域Ｐを形成してゆく。これにより、ウェハＷの切断ラインに沿って、ウェハＷ内部に多光子吸収による改質領域Ｐが１ライン形成される。

なお、必要に応じ、Ｚ微動手段２７によるＺ方向の振動を加えてもよい。また、レーザー光Ｌを加工方向であるＸ方向にゆっくり往復微動送りさせながらウェハＷをＸ方向に送ることにより、レーザー光Ｌをミシン目のように行きつ戻りつの状態で繰返し照射するようにしてもよい。

切断ラインに沿って改質領域が１ライン形成されると、ＸＹＺθテーブル１２がＹ方向に１ピッチ割り出し送りされ、次のラインも同様に改質領域が形成される。

全てのＸ方向と平行な切断ラインに沿って改質領域が形成されると、ＸＹＺθテーブル１２が９０°回転され、先程のラインと直交するラインも同様にして全て改質領域が形成される。

（２）研削装置２について
図４は、研削装置２の概観構成を示す斜視図である。研削装置２の本体１１２には、アライメントステージ１１６、粗研削ステージ１１８、精研削ステージ１２０、研磨ステージ１２２、研磨布洗浄ステージ１２３、研磨布ドレッシングステージ１２７、及びウェハ洗浄ステージ１２４が設けられている。

粗研削ステージ１１８、精研削ステージ１２０、研磨ステージ１２２は、図５に示すように仕切板１２５（図４では省略）によって仕切られ、各々のステージ１１８、１２０、１２２で使用する加工液が隣接するステージに飛散するのが防止されている。

仕切板１２５は、図５に示すように、インデックステーブル１３４に固定されるとともに、インデックステーブル１３４に設置された４台のチャック１３２、１３６、１３８、１４０を仕切るように十字形状に形成されている。

粗研削ステージ１１８は、粗研磨を行うステージであり、図５に示すように、本体１１２の側面、天板１２８、及び仕切板１２５によって囲まれている。精研削ステージ１２０は、精研磨を行うステージであり、粗研磨ステージ１１８と同様に、本体１１２の側面、天板１２９、及び仕切板１２５によって囲まれている。仕切板１２５の上面及び側面にはブラシ（図示せず）が配設され、粗研削ステージ１１８、精研削ステージ１２０を外部から隔離している。また、天板１２８、１２９には、各ステージのヘッドが挿通される貫通孔１２８Ａ、１２９Ａが形成されている。

研磨ステージ１２２は、化学機械研磨を行うものであり、他のステージから隔離するために、図５に示すように、天板１２６Ａを有するケーシング１２６によって覆われている。なお、天板１２６Ａには、各ステージのヘッドが挿通される貫通孔１２６Ｃが形成されている。

ケーシング１２６の仕切板１２５が通過する側面には、図６に示すように、ブラシ１２６Ｂが取り付けられており、このブラシ１２６Ｂは、チャック１４０が加工位置に位置した時に、仕切板１２５の上面１２５Ａ及び側面１２５Ｂに接触される。これにより、チャック１４０が加工位置に位置すると、ケーシング１２６、仕切板１２５、及びブラシ１２６Ｂによってが略気密状態に保持される。

研磨ステージ１２２は、化学機械研磨を行うものであるため、研磨加工液に化学研磨剤が含有されている。このような研磨加工液に研削加工液が混入すると、化学研磨剤の濃度が低下し、加工時間が長くなるという不具合が生じる。研磨ステージ１２２を略機密状態に保つことにより、精研削ステージ１２０で使用される研削加工液や加工屑が研磨ステージ１２２に浸入するのを防止でき、また、研磨ステージ１２２で使用される研磨加工液が研磨ステージ１２２から飛散するのを防止できる。したがって、双方の加工液が混入することに起因する加工不具合を防止できる。

図７は、研磨ステージ１２２の構造図である。研磨ステージ１２２では、研磨布５１６と、研磨布１５６から供給されるスラリとによって研磨され、粗研磨、精研磨によりウェハＷの裏面に生じている加工変質層が除去される。加工変質層とは、研削によって生じた条痕や加工歪（結晶が変質している）等の総称である。

研磨ステージ１２２の研磨布１５６は、モータ１５８の出力軸１６０に連結された研磨ヘッド１６１に取り付けられている。モータ１５８の側面には、直動ガイドを構成するガイドブロック１６２、１６２が設けられており、ガイドブロック１６２、１６２が、サポートプレート１６４の側面に設けられたガイドレール１６６に上下移動自在に係合されている。したがって、研磨布１５６はモータ１５８とともに、サポートプレート１６４に対して上下移動自在に取り付けられている。

サポートプレート１６４は、水平に配置されたアーム１６８の先端に設けられている。アーム１６８の基端部は、ケーシング１７０内に配置されたモータ１７２の出力軸１７４に接続されている。したがって、モータ１７２が駆動されると、アーム１６８は出力軸１７４を中心に回動することができる。これにより、研磨布５６を研磨位置（図３の実線参照）と、研磨布洗浄ステージ１２３による研磨布洗浄位置（図３の２点鎖線参照）と、研磨布ドレッシングステージ１２７によるドレス位置との範囲内で移動させることができる。研磨布１５６は、研磨布洗浄位置に移動された際に、研磨布洗浄ステージ１２３によって、その表面が洗浄されて表面に付着している研磨屑等が除去される。なお、研磨布１５６としては、発泡ポリウレタン、研磨布等を例示することができ、研磨布洗浄ステージ１２３には、研磨屑を除去するブラシ等の除去部材が設けられている。この除去部材は、研磨布１５６の洗浄時に回転駆動され、研磨布１５６も同様にモータ１５８によって回転駆動される。研磨布ドレッシングステージ１２７には、研磨布１５６と同じ材料、例えば発泡ポリウレタンが採用されている。

ケーシング１７０の側面には、直動ガイドを構成するガイドブロック１７６、１７６が設けられ、このガイドブロック１７６、１７６が、ねじ送り装置用のハウジング１７８の側面に設けられたガイドレール１８０に上下移動自在に係合されている。また、ケーシング１７０の側面には、ナット部材１７９が突設されている。ナット部材１７９は、ハウジング１７８に形成された開口部（図示せず）を介してハウジング１７８内に配設されたねじ送り装置のねじ棒１８１に螺合されている。ねじ棒１８１の上端には、モータ１８２の出力軸１８４が連結されている。したがって、モータ８２が駆動されて、ねじ棒１８１が回転されると、ねじ送り装置の送り作用と、ガイドブロック１７６とガイドレール１８０の直進作用とによって、ケーシング７０が上下移動される。これによって、研磨布１５６が上下方向に大きく移動され、研磨ヘッド１６１とウェハＷとの間隔が所定の間隔に設定される。

モータ１５８の上面には、エアシリンダ装置１８６のピストン１８８がアーム１６８の貫通孔１６９を介して連結されている。また、エアシリンダ装置１８６には、シリンダの内圧Ｐを制御するレギュレータ１９０が接続されている。したがって、このレギュレータ１９０によって内圧Ｐが制御されると、ウェハＷに対する研磨布１５６の押圧力（圧接力）を制御することができる。

なお、本実施の形態では、研磨体として研磨布１５６を適用したが、これに限定されるものではなく、加工変質層の除去が可能であれば、例えば研磨砥石や砥粒の電気泳動等を適用してもよい。研磨砥石や砥粒の電気泳動等を適用した場合には、定量研磨を行うことが好ましい。

図４の説明に戻る。アライメントステージ１１６は、図示しない搬送装置によりレーザーダイシング装置１から搬送されたウェハＷを所定の位置に位置合わせするステージである。このアライメントステージ１１６で位置合わせされたウェハＷは、図示しない搬送用ロボットに吸着保持された後、空のチャック１３２に向けて搬送され、このチャック１３２の吸着面に吸着保持される。

チャック１３２は、インデックステーブル１３４に設置され、また、同機能を備えたチャック１３６、１３８、１４０が、インデックステーブル１３４の回転軸１３５を中心とする円周上に９０度の間隔をもって設置されている。回転軸１３５には、モータ（図示せず）のスピンドル（図示せず）が連結されている。

チャック１３６は、図４においては粗研削ステージ１１８に位置されており、吸着したウェハＷがここで粗研削される。チャック１３８は、図４においては精研削ステージ１２０に位置され、吸着したウェハＷがここで仕上げ研削（精研削、スパークアウト）される。チャック１４０は、図４においては研磨ステージ１２２に位置され、吸着したウェハＷがここで研磨され、研削で生じた加工変質層、及びウェハＷの厚みのバラツキ分が除去される。

ここで、チャック１３２、１３６、１３８、１４０について説明する。チャック１３６、１３８、１４０はチャック１３２と同様の構成を有するため、チャック１３２について説明し、チャック１３６、１３８、１４０については説明を省略する。

図８は、チャック１３２の詳細を示す図であり、（ａ）はチャック１３２の平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＢ部拡大図である。

チャック１３２は、緻密体で形成されたチャック本体１３２ｂに、多孔質材（例えば、ポーラスセラミックス）で形成された載置台１３２ａが嵌めこまれることにより構成される。チャック本体１３２ｂの載置台１３２ａが嵌めこまれる下側には、真空吸着のために吸着孔１３２ｃが形成されている。なお、チャック１３２は、熱伝導率の低い材質で形成されることが望ましい。

載置台１３２ａには、図８（ｃ）に示すように、ウェハＷがＢＧテープＢを介して載置される。載置台１３２ａは、図８（ｃ）に示すように、ウェハＷを載置台１３２ａに載置した時に、ウェハＷの外周の一部が載置台１３２ａからはみ出すよう形成されているが、その幅ｘは約１．５ｍｍ程度である。なお、本実施の形態で用いられるウェハＷは、直径が約１２インチ、厚さｔは約７７５μｍである。

吸着孔１３２ｃは、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、載置台１３２ａの略全域を覆うように配置されている。吸着孔１３２ｃには、図示しない流体継手が連結され、この流体継手に連結された図示しないサクションポンプが空気を吸引する。したがって、ウェハＷの略全面が載置台１３２ａの表面にしっかりと真空吸着される。これにより、位置ずれを起こすことなく、ウェハＷと載置台１３２ａとを面で密着させることができる。

チャック１３２、１３６、１３８、１４０は、図７に示すように、その下面にスピンドル１９４とモータ１９２が各々連結され、これらのモータ１９２の駆動力によって回転される。モータ１９２は、支持部材１９３を介してインデックステーブル１３４に支持されている。これにより、チャック１３２、１３６、１３８、１４０をモータ１３７で移動させる毎に、スピンドル１９４をチャック１３２、１３６、１３８、１４０から切り離したり、次の移動位置に設置されたスピンドル１９４にチャック１３２、１３６、１３８、１４０を連結したりする手間を省くことができる。

モータ１９２の下部には、シリンダ装置１１７のピストン１１９が連結されている。このピストン１１９が伸長されると、チャック１３２、１３６、１３８、１４０の下部に形成された凹部（図示せず）に嵌入されて連結される。そして、チャック１３２、１３６、１３８、１４０は、ピストン１１９の継続する伸長動作によって、インデックステーブル１３４から上昇移動され、砥石１４６、１５４による研削位置に位置される。

制御部１００は、ＣＰＵ、メモリ、入出力回路部等からなり、研削装置２の各部の動作を制御する。

チャック１３２に吸着保持されたウェハＷは、制御部１００に接続された一対の測定ゲージ（図示せず）によってその厚みが測定される。これらの測定ゲージは、それぞれ接触子を有し、接触子はウェハＷの上面（裏面）に、他の接触子はチャック１３２の上面に接触されている。これらの測定ゲージは、チャック１３２の上面を基準点としてウェハＷの厚みをインプロセスゲージ読取値の差として検出することができる。なお、測定ゲージによる厚み測定はインラインで実施してもよい。また、ウェハＷの厚み測定の方法はこれに限られない。

制御部１００によりインデックステーブル１３４が図４の矢印Ｒ方向に９０度回転されることで、厚みが測定されたウェハＷが粗研削ステージ１１８に位置され、粗研削ステージ１１８のカップ型砥石１４６によってウェハＷの裏面が粗研削される。このカップ型砥石１４６は、図４に示すように、モータ１４８の図示しない出力軸に連結され、また、モータ１４８のサポート用ケーシング１５０を介して砥石送り装置１５２に取り付けられている。砥石送り装置１５２は、カップ型砥石１４６をモータ１４８とともに昇降移動させるもので、この下降移動によりカップ型砥石１４６がウェハＷの裏面に押し付けられる。これにより、ウェハＷの裏面の粗研削が行われる。制御部１００は、カップ型砥石１４６の下降移動量を設定し、モータ１４８を制御する。なお、カップ型砥石４６の下降移動量、即ちカップ型砥石１４６による研削量は、予め登録されているカップ型砥石１４６の基準位置と、測定ゲージで検出されたウェハＷの厚みとに基づいて設定される。また、制御部１００は、モータ１４８の回転数を制御することで、カップ型砥石１４６の回転数を制御する。

粗研削ステージ１１８で裏面が粗研削されたウェハＷは、ウェハＷからカップ型砥石１４６が退避移動した後、制御部１００に接続された測定ゲージ（図示せず）によってその厚みが測定される。制御部１００によりインデックステーブル１３４が図４の矢印Ｒ方向に９０度回転されることで、厚みが測定されたウェハＷが精研削ステージ１２０に位置され、精研削ステージ１２０のカップ型砥石１５４によって精研削、スパークアウトされる。この精研削ステージ１２０の構造は、粗研削ステージ１１８の構造と同一なので、ここではその説明を省略する。また、カップ型砥石１５４による研削量は制御部１００により設定され、カップ型砥石１５４の加工移動量及び回転数は制御部１００により制御される。

精研削ステージ１２０で裏面が精研削されたウェハＷは、ウェハＷからカップ型砥石１５４が退避移動した後、制御部１００に接続された測定ゲージ（図示せず）によってその厚みが測定される。制御部１００によりインデックステーブル１３４が図４の矢印Ｒ方向に９０度回転されると、厚みが測定されたウェハＷが研磨ステージ１２２に位置され、研磨ステージ１２２の研磨布１５６によって化学機械研磨が行われ、ウェハＷの裏面が鏡面加工される。研磨布１５６の上下移動距離は、制御部１００により設定され、制御部１００によりモータ１８２が制御されることで研磨布１５６の位置が制御される。また、制御部１００によりモータ１５８の回転数、すなわち研磨布１５６の回転数が制御される。

研磨ステージ１２２で研磨されたウェハＷは、制御部１００によりアーム１６８が回動され、研磨布１５６がウェハＷの上方位置から退避移動した後に、ロボット（図示せず）のハンド（図示せず）で吸着保持されてウェハ洗浄ステージ１２４に搬送される。ウェハ洗浄ステージ１２４としては、リンス洗浄機能、及びスピン乾燥機能を有するステージが適用されている。研磨終了したウェハＷは、加工変質層が除去されているので、容易に破損することはなく、よって、ロボットによる搬送時、及びウェハ洗浄ステージ１２４における洗浄時において破損しない。

ウェハ洗浄ステージ１２４で洗浄乾燥終了したウェハＷは、ロボット（図示せず）のハンド（図示せず）に吸着保持されて、カセット（図示せず）の所定の棚に収納される。

（３）分割装置について
次に分割装置（不図示）について説明する。分割装置は、従来の通常の分割装置を使用することができる。例えば、再表２００４−１００２４０に開示されている、以下のような構成の分割装置を使用することができる。

即ち、ダイシングテープの周縁部は枠状のフレームに固定されている。ダイシングテープ周縁部の内側部分の下面にはリング部材が当接している。このリング部材の上面外周縁部は滑らかにＲ面取りがされている。ダイシングテープの下方には、ＵＶ光源（ＵＶ光照射手段）が配されている。

ＵＶ光源よりＵＶ光をダイシングテープに向けて照射するとともに、フレームを下の方向に押し下げる。ＵＶ光の照射により、ダイシングテープの粘着剤を硬化させたり、テープの粘着力を変化させたりできる。

同時に、フレームに下方向に力が付与され、下方に押し下げられる。これによりダイシングテープはエキスパンドされ、チップ同士の間隔が広げられる。この時、リング部材の上面外周縁部が滑らかにＲ面取りされているので、ダイシングテープＳはスムーズにエキスパンドされる。

フレームＦを押し下げるための機構としては、公知の各種直動装置が採用できる。たとえば、シリンダ部材（油圧、空圧等による）、モータとねじ（シャフトとしての雄ねじと軸受としての雌ねじとの組み合わせ）よりなる直動装置が採用できる。

ＵＶ光の照射強度（電力）、波長領域、照射時間等の照射条件は、ダイシングテープＳの粘着剤の材質、ウエーハのサイズ、割断後のチップのサイズ等に応じて適宜の値が選択できる。

ここでＵＶ光源については、必ずしも有する必要はなくダイシングテープの粘着力を調整することにより、適切にチップを割断することが可能である。

（４）分割装置の他の実施形態について
図２１は、分割装置３００の概略を示す図である。図２１において、（Ａ）は、分割装置３００の平面図であり、（Ｂ）は、分割装置３００の側面図である。分割装置３００は、ウェハ３０２を吸着固定するためのウエハチャック３０４と、ウエハチャック３０４を撓ませるための撓ませ手段３０６と、真空ポンプ３０８とを主に含んで構成される。

ウエハチャック３０４は、独立吸着孔を有する独立吸着チャック３１０と、前記独立吸着孔に連通する螺旋溝を有する連通溝チャック３１２と、を主に含んで構成され、独立吸着チャック３１０と、独立吸着チャック３１０とは重ね合わさっている。

連通溝チャック３１２と、独立吸着チャック３１０の厚みは、それぞれ約１ｍｍであり、二つ重なることによって約２ｍｍ程度になる。それぞれアクリル等の樹脂素材を部材として作製されることが好ましい。しかしながら、樹脂素材に限定するものではなく、セラミック等その他の素材でも良く、ウエアを真空吸着した後に、ウエハチャックを撓ませることができるものならば、どんな素材を選択しても良い。また、ウエハチャック３０４の素材そのものが必ずしも撓む必要はなく、ウエハチャック３０４全体として撓む構成、構造であればよい。

撓ませ手段３０６は、先端が丸まった棒状体であり、ウエハチャック３０４裏面の中心部を下方から上方に突き上げることによりウエハチャック３０４を半球状に撓ませることができる。

ウェハ３０２は、外周を例えば金属などのフレームで固定されたエキスパンドフィルム３１４上に貼り付けられたままでウエハチャック３０４に載せられて、真空吸着される。エキスパンドフィルム３１４は、多少通気性がある方が好ましく、通気性があることにより、ウェハ３０２自身が真空力により直接ウエハチャック３０４に吸着される。

ウエハチャック３０４は、ウェハ３０２を吸着したまま撓ませ手段により、半球状に撓ませられる。これにより、ウェハ３０２は、切断ラインに沿って分割される。

次に、チャック撓ませ手段の他の実施形態について図２２を参照して説明する。図２２は、チャック撓ませ手段の他の実施形態を示す説明図である。この図において、チャック撓ませ手段３２０以外は、図２１と同じなので説明を省略する。

図２２に示すように、チャック撓ませ手段３２は、かまぼこ形状を成している。また、この分割装置３００は、チャック撓ませ手段３２０をウェハ３０２に対して相対的に回転させる手段（図示せず）も備えている。

ウェハ３０２に形成されている分割ラインは、ウェハ表面内で違いに垂直であるＸ軸、Ｙ軸を考えたとき、このＸ軸方向、Ｙ軸方向にある場合が多い。そこで、次のようにしてウェハ３０２を分割する。即ち、チャック撓ませ手段３２０の一側面が、Ｘ軸に平行になるようにチャック撓ませ手段３２０の位置を合わせる。次に、分割ラインがＸ軸に平行になるようにウェハ３０２を位置合わせウエハチャック３０４に載せて真空吸着させる。

チャック撓ませ手段３２０をウエハチャック３０４の下面に押しつけることによってウエハチャック３０４と共にウェハ３０２を撓ませてＸ方向に分割する。次に、チャック撓ませ手段３２０をウエハチャック３０４から離して、９０度回転させ、前記一側面がＹ軸に平行になるようにして、再度ウエハチャック３０４の下面に押しつけることにより、ウェハ３０２をＹ方向に分割する。これにより、ウェハ３０２は、Ｘ方向、Ｙ方向ともに分割ラインに沿って割ることができる。

ここで、ウェハ３０２を真空吸着せず、弾性フィルムであるダイシングフィルムを介してチャック撓ませ手段３２０に押せてウェハ３０２を撓ませた場合は、ある一部でウェハが先に割れると、その割れた部分でウェハが急峻に曲がり、そこでチャック撓ませ手段３２０の曲率が吸収されるため、部分的にウェハが曲がらず、分割されないままでチャック撓ませ手段３２０に倣うことがある。

そこで、ウェハ３０２をまずウエハチャック３０４に真空吸着させて、ウエハチャック３０４でウェハ３０２を平面に矯正した後、そのウエハチャック３０４ごと撓ませると、ウェハ３０２内の各部分は、ウエハチャック３０４の撓みに対応して、ウェハ３０２は吸着されたまま倣うので、ウェハ３０２の面内に、一様に一定の曲げ応力が印加されるため、分割残りがなく、ウェハ３０２を分割することができる。

＜半導体基板の切断方法＞
次に、半導体基板の切断方法について説明する。図９は、半導体基板の切断方法の処理の流れを示すフローチャートである。

（１）レーザー改質工程（ステップＳ１０）
表面にＢＧテープＢが貼付されたウェハＷが、裏面が上向きとなるようにレーザーダイシング装置１の吸着ステージ１３に載置される。以下の処理はレーザーダイシング装置１で行われ、制御部５０により制御される。

レーザー発振器２１からレーザー光Ｌが出射されると、レーザー光Ｌはコリメートレンズ２２、ハーフミラー２３、コンデンスレンズ２４等の光学系を経由してウェハＷの内部に照射され、ウェハＷの内部に改質領域Ｐが形成される。

本実施の形態では、最終的に生成されるチップの厚さが略５０μｍであるため、図１０に示すように、ウェハＷの表面から略６０μｍ〜略８０μｍの深さにレーザー光を照射する。ウェハＷの表面（デバイス面）を効率的に破断するためには、ウェハＷ表面からチップＴの厚み分だけ裏面側に位置する面である基準面に近い比較的深い位置にレーザ改質領域を形成する必要があるからである。

制御部５０は、パルス状の加工用のレーザー光ＬをウェハＷの表面に平行に走査して、ウェハＷ内部に複数の不連続な改質領域Ｐ、Ｐ、…を並べて形成する。改質領域Ｐの内部には、微小空孔（以下、クラックという）Ｋが形成される。以下、複数の不連続な改質領域Ｐ、Ｐ、…が並べて形成された領域を改質層という。

図１１に示す切断ラインＬのすべてに沿って改質層が形成されたら、ステップＳ１０の処理を終了する。

（２）研削除去工程（ステップＳ１２）
レーザー改質工程（ステップＳ１０）により切断ラインＬに沿って改質領域が形成されたら、 搬送装置（図示せず）によりウェハＷをレーザーダイシング装置１から研削装置２へ搬送する。以下の処理は研削装置２で行われ、制御部１００により制御される。

搬送されたウェハＷを裏面を上側、すなわちウェハＷの表面に貼付されたＢＧテープＢを下側にしてチャック１３２（例示、チャック１３６、１４８、１４０でも可）に載置させ、ウェハＷの略全面をチャック１３２に真空吸着させる。

インデックステーブル１３４を回転軸１３５を中心に回転させてチャック１３２を粗研削ステージ１１８に搬入し、ウェハＷを粗研磨する。

粗研磨は、チャック１３２を回転させるとともにカップ型砥石１４６を回転させることにより行う。本実施の形態では、カップ型砥石１４６として例えば、東京精密製ビトリファイド♯３２５を用い、カップ型砥石１４６の回転数は略３０００ｒｐｍである。

粗研磨後、インデックステーブル１３４を回転軸１３５を中心に回転させてチャック１３２を精研削ステージ１２０に搬入し、チャック１３２を回転させるとともにカップ型砥石１５４を回転させてウェハＷを精研磨する。本実施の形態では、カップ型砥石１５４として粗例えば、東京精密製レジン♯２０００を用い、カップ型砥石１５４の回転数は略２４００ｒｐｍである。

本実施の形態では、図１２に示すように、粗研磨と精研磨とをあわせて目標面まで、すなわちウェハＷの表面から略５０μｍの深さまで研削を行う。本実施の形態では、粗研磨で略７００μｍの研削を行い、精研磨で略３０〜４０μｍの研削を行うが、厳密に決まっているわけではなく、粗研磨と精研磨との時間が略同一となるように研削量を決定してもよい。

したがって、図１２に示すように、改質層は研削工程で除去され、最終的な製品であるチップＴ断面にはレーザー光による改質領域Ｐは残らない。そのため、チップ断面から改質層が破砕し、破砕した部分からチップＴが割れたり、また破砕した部分から発塵したりということをなくすことができる。

また、本実施の形態においては、この研削除去工程において、改質層内のクラックをウェハＷの厚み方向に進展させる亀裂進展工程が含まれる。図１３は、クラックが進展する仕組みを説明する図であり、（ａ）は研削時の概略図、（ｂ）はウェハＷ裏面の様子、（ｃ）はウェハＷ表面の様子、（ｄ）は研削時のウェハＷの断面図である。

研削によって、図１３（ａ）に示す研削面、すなわちウェハＷ裏面は、図１３（ｂ）に示すように研削熱によって膨張する。それに対し、研削面の反対側の面、すなわちウェハＷ表面は、図１３（ｃ）に示すように真空チャックにより略全面が減圧吸着されており、熱膨張による位置ずれが生じないように横方向への変位に対して物理的に拘束されている。

すなわち、図１３（ｄ）に示すように、ウェハＷの裏面（研削面）は熱膨張によって円盤状の場合外周方向に広がろうとする（熱膨張による変位）のに対し、ウェハＷの表面（吸着面）はその広がろうとするウェハ面内の各点各点を物理的に位置ずれしないように拘束されている。そのため、ウェハ内部に歪が生じ、この内部歪によりクラックがウェハＷの厚み方向に進展する。この内部歪は、熱膨張により膨張する部分と、物理拘束されるウェハ面内各点との間に均等に働く。内部歪による亀裂進展は、最も研削量が大きく、摩擦力も大きくなる、すなわち摩擦熱も大きくできる研削初期、すなわち粗研磨時が最も効率良い。

レーザ改質領域は、チップの厚みに近い比較的深い位置に形成される。したがって、研削初期では研削表面からレーザ改質層までの距離は比較的遠くなるが、改質層から目標面は、亀裂進展させる程度に比較的近い位置にある。そのため、亀裂進展のためには、粗研磨の初期に研削熱によってウェハＷの熱膨張を促すとよい。

ウェハＷを熱膨張させる条件、すなわち摩擦熱をよい多く発生させるための条件(例えば、研削液を少なくする等)で研削を行ったとしても、研削のせん断応力がすぐに改質層におよぼされるものでもない。本実施の形態では、研削によるせん断応力によって亀裂が進展するのではなく、研削熱による熱膨張が亀裂進展の支配的要素である。

内部歪によりクラックを進展させる場合には、ウェハＷ面内の剛性ばらつきなどに起因することなく、どのようなウェハＷであってもウェハＷ面内各点一様にクラックを進展させることができる。したがって、人為的な応力を付与する場合のように、ウェハＷ面内の欠陥の存在などに起因する剛性の弱い部分に応力が集中する事を防ぐことができる。

また、人為的に外力を与えた場合においては、材料の弱い部分に応力が集中するため、クラックを一様に緩やかに進展させるという制御は困難であり、完全にウェハが割断される。それに対し、本実施の形態における内部歪によるクラックの進展の場合、熱膨張の度合いよる内部歪であることから、クラックを微妙に進展させることが可能となる。すなわち、目標面とウェハＷの表面との間にまでクラックを進展させることができる。したがって、後に説明する分割・離間工程（ステップＳ１８）で効率よく分割することが可能となる。

なお、ウェハＷの熱膨張による内部歪は、温度差に起因するいわゆる熱応力とは区別される。熱応力は温度勾配に比例して発生するが、本実施の形態では発生した熱はチャック１３２、１３６、１３８、１４０へ逃げていくため、熱応力は発生しない。

（３）化学機械研磨工程（ステップＳ１４）
この工程は研削装置２で行われ、制御部１００により制御される。

精研磨後、インデックステーブル１３４を回転軸１３５を中心に回転させてチャック１３２を研磨ステージ１２２に搬入し、研磨ステージ１２２の研磨布１５６によって化学機械研磨が行われ、研削除去工程（ステップＳ１２）においてウェハＷの裏面に形成された加工変質層が除去され、ウェハＷ裏面が鏡面加工される。

本実施の形態では、研磨布１５６としてポリウレタン含浸不繊布（例えば、東京精密製ＴＳ２００Ｌ）を用い、スラリーとしてコロイダルシリカを用い、研磨布１５６の回転数は略３００ｒｐｍである。

研削除去工程（ステップＳ１２）により、ウェハＷの裏面は、図１４に示すような凹凸が多数形成されている。化学エッチングにより研磨を行う場合には、表面形状がそのまま保たれるため、凹部から割れが発生する恐れがあるし、表面が鏡面化されない。それに対し、本実施の形態では、化学機械研磨であるため、加工により生じた加工歪を除去され、表面の凹凸が除去されて鏡面化される。

すなわち、最終製品であるチップＴの品質向上のためには、砥石を用いた研削除去工程と、研磨布を使用した化学液を含んだ遊離砥粒による化学機械研磨工程の二つが必要不可欠となる。

（４）エキスパンドテープ貼付工程（ステップＳ１６）
化学機械研磨工程（ステップＳ１４）が行われたウェハＷの裏面にエキスパンドテープＦを貼り付ける。エキスパンドテープは弾性テープの一種であり、伸縮自在である。

本実施の形態では、化学機械研磨工程（ステップＳ１４）においてウェハＷの裏面が鏡面化されているため、エキスパンドテープＦとウェハとの密着性も格段に向上する。また、最終的に生成されるチップＴの抗折強度をあげることもできる。

（５）分割・離間工程（ステップＳ１８）
エキスパンドテープ貼付工程（ステップＳ１６）でエキスパンドテープＦが裏面に貼付されたウェハＷを、図１５に示すように分割装置にウェハＷの表面を上に載置する。研削除去工程（ステップＳ１２）においてクラックが目標面より表面側へ進展しているため、図１５に示すように、ウェハＷのエキスパンドテープＦが貼付されている側には進展したクラックが形成されている。

その後、図１６に示すように、エキスパンドテープＦを外側へ拡張する（エキスパンド）と、進展したクラックをもとにウェハＷが破断される。すなわち、ウェハＷが切断ラインで破断され、複数のチップＴに分割される。その後、エキスパンドテープＦをさらに拡張すると個々のチップＴが離間する。

本実施の形態では、研削除去工程（ステップＳ１２）において、クラックを目標面より下側に進展させることによって、この分割・離間工程においてエキスパンドテープＦを引っ張るだけで、効率よくウェハＷをチップＴに分割することが可能となる。また、クラックを進展させるときに完全にウェハを割断しないため、作業効率がよい。

また、本実施の形態では、化学機械研磨工程（ステップＳ１４）でウェハＷ裏面が鏡面加工されているため、エキスパンドする際にエキスパンドテープＦとチップＴとがずれを起こして部分的に剥離することがない。

<<研磨による亀裂進展評価>>
次に、上記研削除去工程（ステップＳ１２）における研磨による亀裂進展評価について図１９、図２０を参照して説明する。研磨方法、分割離間方法、それらの条件等は基本的に上記ステップＳ１０からＳ１８の通りである。図１９は、亀裂進展評価の条件について示した図であり、図２０は、亀裂進展評価の評価結果を示した図である。

図１９の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において、横軸は共通し、各位置が互いに対応しており、研磨時間（ｓ）を示す。図１９の（Ａ）の縦軸は、切り込み速度（研磨速度）（μｍ／ｓ）を示し、（Ｂ）の縦軸は、研磨中の砥石への給水のＯＮ、ＯＦＦを示し、（Ｃ）の縦軸は、研磨中のウェハＷ裏面の温度（℃）を示す。

図１９の（Ａ）に示すように、研磨速度を変えながら粗研磨を合計７１０μｍ行い、その後、精研磨を１３μｍ（図示せず）行い、さらに化学機械研磨（図示せず）を２μｍ行った。ウェハの際、図１９の（Ｂ）に示すように、粗研磨の途中に砥石又はウェハへの給水の中断期間を設けた。研磨開始後ｔ_１秒経過後に給水を中止し、研磨開始後ｔ_２秒経過後に給水を再開した。給水は、１０Ｌ／minの流量で行った。その後、上記ステップＳ１６、Ｓ１８工程を行って、ウェハを割断し、その割断状態を観察して評価した。チップが割れたり、発塵したりせず良好に割れた場合を○とし、チップが割れたり発塵したものは×として、図２０に結果をまとめた。

図１９の（Ｃ）に示すように、ウェハＷの裏面温度は、給水が中止された研磨開始後ｔ_１秒経過後に急に上昇を初め、給水が再開された研磨開始後ｔ_２秒経過直後に下降し始めた。

図２０に示すように、研磨によりウェハＷの裏面温度が７０℃以上になった場合、良好にウェハの割断が行われた。これは、研磨の熱によりレーザーによって形成されたクラックが進展したためと考えられる。

よって、本発明に係る研削装置は、ウェハの温度測定する手段と、研削中に砥石又はウェハへの給水をＯＮ、ＯＦＦする手段と、研削開始から所定の時間経過後にウェハ温度が所定の値になるまでウェハへの給水をＯＦＦするように制御する手段とを備えることができる。これにより、レーザーによって形成されたクラックを進展させ、ウェハの割断を良好に行うことができる。

以上、説明したように、本実施の形態によれば、研削によりレーザー光により形成された改質領域内のクラックを進展させることができるため、チップＴの断面にレーザー光により形成された改質領域が残らないようにすることができる。そのため、チップＴが割れたり、チップＴ断面から発塵したりとするという不具合を防ぐことができる。したがって、安定した品質のチップを効率よく得ることができる。

１…レーザーダイシング装置，２…研削装置，Ｗ…ワーク，Ｂ…ＢＧテープ，Ｆ…エキスパンドテープ，１１…ウェハ移動部，１３…吸着ステージ，２０…レーザー光学部，３０…観察光学部，４０…レーザーヘッド，５０…制御部，１１８…粗研削ステージ，１２０…精研削ステージ，１２２…研磨ステージ，１３２、１３６、１３８、１４０…チャック，１４６、１５４…カップ型砥石，１５６…研磨布，３００…分割装置

Claims (9)

1. 切断ラインに沿ってウェハの裏面からレーザー光を入射して前記ウェハの内部に改質領域を形成することで前記改質領域内に微小空孔を形成する改質領域形成工程と、
   前記改質領域形成工程で改質領域が形成されたウェハの表面の略全面を各領域独立して一様にテーブルに吸着させる吸着工程と、
   前記吸着工程で表面の略全面がテーブルに吸着されたウェハを裏面から研削して前記改質領域を除去するとともに、前記微小空孔を前記ウェハの厚み方向に進展させる研削工程と、
   前記研削工程で前記微小空孔が前記ウェハの厚み方向に進展されたウェハを化学機械的に研磨する工程と、
   前記基板内に残された微小空孔を基に、切断ラインに沿って割断する工程と、
   割断後複数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
   半導体基板の切断方法。
2. 切断ラインに沿って、ウェハの裏面からレーザー光を入射して前記ウェハの内部に改質領域を形成することで、前記改質領域内に微小空孔を形成する改質領域形成工程と、
   前記改質領域形成工程で改質領域が形成されたウェハの表面の略全面を一様かつ各領域内で独立してテーブルに吸着させる工程と、
   前記ウェハを吸着した状態で、前記レーザー光を入射してウェハ内部に形成した改質領域より手前の部分まで研削除去し、該改質領域から延びる微小亀裂を基板の深さ方向に進展させる第1の研削工程と、
   前記ウェハ内部に形成した改質領域を研削除去する第２の研削工程と、
   ウェハ表面を改質する化学スラリーと研磨パッドを用いて化学機械研磨を行いながら、前記改質領域から延びる微小亀裂を残しながら、前記第1及び第2の研削工程で導入された加工変質層を除去して表面を鏡面化する工程と
   ウェハ厚み方向に進展した微小亀裂を基に、ウェハに割断する工程と、
   割断した後に、割断されたチップを離間する工程と、
   を有することを特徴とする
   半導体基板の切断方法。
3. 前記改質領域形成工程は、前記ウェハの表面から略６０μｍ〜略８０μｍの深さに前記改質領域を形成し、
   前記第１の研削工程は、前記微小空孔を前記ウェハの表面から略５０μｍの深さと前記ウェハの表面との間まで進展させることを特徴とする請求項２に記載の半導体基板の切断方法。
4. 前記研削工程は、研削中のウェハの温度が７０℃以上になるまで、研削中に砥石に水を供給することを中断する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の切断方法。
5. 前記第１の研削工程は、研削中のウェハの温度が７０℃以上になるまで、研削中に砥石に水を供給することを中断する工程を含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体基板の切断方法。
6. 前記分割工程は、
   前記ウェハの表面に弾性テープを貼付する工程と、
   前記弾性テープを拡張する工程と、
   を含むことを特徴とする請求項１又は４に記載の半導体基板の切断方法。
7. 切断ラインに沿ってウェハの裏面からレーザー光を入射して前記ウェハの内部に改質領域を形成するレーザーダイシング手段と、
   前記ウェハを裏面から研削して前記改質領域を除去する研削手段と、
   前記レーザーダイシング手段から前記研削手段へ前記ウェハを搬送する搬送手段と、
   前記ウェハを切断ラインに沿って分割する分割手段と、
   を備えた半導体基板の切断装置であって、
   前記レーザーダイシング手段は、
   前記ウェハの表面が下向きに載置されるテーブルと、
   前記ウェハに向けてレーザー光を照射して前記改質領域を形成する照射手段と、
   前記レーザー光が照射される位置が変わるように前記照射手段を制御する第１の制御手段と、を備え、
   前記研削手段は、
   前記ウェハの表面が下向きに載置され、前記ウェハの略全面を吸着する吸着テーブルと、
   前記ウェハを研削する砥石と、
   前記砥石の高さ及び回転数を制御する第２の制御手段と、
   を備えたことを特徴とする半導体基板の切断装置。
8. 前記第１の制御手段は、前記ウェハの表面から略６０μｍ〜略８０μｍの深さに前記改質領域を形成させるように前記照射手段を制御し、
   前記第２の制御手段は、前記ウェハの表面から略５０μｍの深さと前記ウェハの表面との間まで前記改質領域内の微小空孔を進展させるように前記砥石の高さ及び回転数を制御することを特徴とする請求項７に記載の半導体基板の切断装置。
9. 研削中のウェハの温度測定する手段と、
   研削中に砥石又はウェハへの給水をＯＮ、ＯＦＦする手段と、
   研削開始から所定の時間経過後にウェハ温度が所定の値になるまでウェハへの給水をＯＦＦするように制御する手段とを更に備えたことを特徴とする請求項７又は８に記載の半導体基板の切断装置。

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