JP2013239563A - ウェーハの分割方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チップ間隔が狭くなることをより確実に抑制し、かつ、より短時間で実施可能とする技術を提供する。
【解決手段】ウェーハとフレームとの間のエキスパンドテープに裏面側から環状押さえ部材に向かって加熱部材を押圧し、回転移動ステップで発生したエキスパンドテープの皺を熱圧着によって固定し、チップ間隔形成ステップで発生したエキスパンドテープの弛みを解消せしめるテープ熱圧着ステップと、を含むウェーハの分割方法とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、環状のフレームに装着されたエキスパンドテープに貼着されたウェーハを、所定のストリートに沿って複数個のチップに分割するウェーハの分割方法に関する。

導体デバイス製造工程では、略円板形状である半導体ウェーハの表面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区画された複数の領域に、ＩＣやＬＳＩ等のデバイスを形成することが行われる。

そして、半導体ウェーハをストリートに沿って切断することによってデバイスが形成された領域毎にウェーハを分割加工し、個々のデバイスチップを製造することが行われている。また、サファイヤ基板等で形成される光デバイスウェーハも同様の分割加工がなされることが知られている。

このような半導体ウェーハや光デバイスウェーハ等を分割予定ラインに沿って分割する方法として、特許文献１に開示されるように、ウェーハに対して透過性を有する波長のパルス状の加工用レーザービーム（パルスレーザー光線）を照射してウェーハ内部に改質層を形成し、その後外力を与えて分割する方法が知られている。

この方法によれば、外力を付与する際にウェーハを貼着したエキスパンドテープ（ウェーハシート）を拡張させてチップ間距離が形成され、後の工程へと搬送される際や、チップをピックアップする際にチップ同士が当たってエッジ部が欠けたりすることが防がれる。

また、特許文献２に開示されるように、エキスパンドテープ（熱吸収性粘着テープ）のウェーハ貼着領域と環状のフレームとの間の収縮領域について、拡張後に加熱、収縮させ、拡張前と変わらない状態にエキスパンドテープの弛みを無くし、チップ同士が当たることや次工程以降で問題なくハンドリングできることを可能とする技術が知られている。

特許第３４０８８０５号明細書 特開２００７−１２３６５８号公報

しかしながら、特許文献２に開示されるように、エキスパンドテープを拡張後、収縮領域（延びた領域）を局所的に加熱して収縮したとしても、ウェーハ貼着領域のテープも多少縮んでしまうため、チップ間隔が狭くなりやすい。

また、収縮させるため発熱体を近づけたり熱風等で収縮領域のテープを加熱したりするのに時間が掛かってしまうという課題もあった。

本発明は、以上の問題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、チップ間隔が狭くなることをより確実に抑制し、かつ、より短時間で実施可能とする技術を提供することである。

請求項１に記載の発明によると、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デバイスが形成されたウェーハを、分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するウェーハの分割方法であって、ウェーハに対して透過性を有する波長のレーザービームを分割予定ラインに沿って照射し、ウェーハの内部に分割予定ラインに沿って改質層を形成する改質層形成ステップと、改質層形成ステップの前、又は、後に、環状のフレームに貼着されたエキスパンドテープの粘着面にウェーハの裏面が貼着されたウェーハユニットを形成するウェーハユニット形成ステップと、ウェーハの直径より大きくフレームの内径より小さい直径の保持面を有するチャックテーブルにエキスパンドテープを介してウェーハを載置するウェーハ載置ステップと、フレームとチャックテーブルを保持面に対して垂直方向に相対移動させてエキスパンドテープを拡張し、エキスパンドテープに貼着されたウェーハに外力を付与し、改質層が形成された分割予定ラインに沿ってウェーハを個々のチップに破断し、さらにチップ間の間隔を広げるチップ間隔形成ステップと、チップ間隔形成ステップの後に、外径がチャックテーブルの直径より大きく、内径がウェーハの直径より大きくチャックテーブルの直径より小さい環状押さえ部材をエキスパンドテープの粘着面側からチャックテーブルに向かって押圧し、エキスパンドテープのウェーハとフレームとの間の領域を固定するテープ固定ステップと、テープ固定ステップの後に、フレームとチャックテーブルとを相対的に円周方向に回転させる前、或いは、回転させながら、フレームとチャックテーブルを保持面に対して垂直方向に相対移動させてフレームとチャックテーブルの保持面を略同等の高さに位置付ける回転移動ステップと、回転移動ステップの後に、ウェーハとフレームとの間のエキスパンドテープに裏面側から環状押さえ部材に向かって加熱部材を押圧し、回転移動ステップで発生したエキスパンドテープの皺を熱圧着によって固定し、チップ間隔形成ステップで発生したエキスパンドテープの弛みを解消せしめるテープ熱圧着ステップと、を含むウェーハの分割方法が提供される。

本発明によると、テープ固定ステップによってその後の工程中にチップ間隔が狭くなることを確実に抑制することができる。また、発熱体を近づけたり熱風等で加熱することで延びたテープを熱収縮させるのではなく、テープを捻ることで皺を形成し、皺の部分を熱圧着させることで熱収縮の場合と同様の状況とするため、熱収縮の場合と比較して、チップ間隔が狭くなることをより短時間で抑制できる。

被加工物であるウェーハについて示す斜視図である。 改質層形成ステップについて説明する断面図である。 ウェーハユニットについて示す斜視図である。 ウェーハ載置ステップについて説明する断面図である。 チップ間隔形成ステップについて説明する断面図である。 テープ固定ステップについて説明する断面図である。 回転移動ステップについて説明する断面図である。 回転移動前の状態について示す平面図である。 回転移動後の状態について示す平面図である。 テープ熱圧着ステップについて説明する断面図である。

本発明は、複数の交差する分割予定ラインが設定されたウェーハを分割予定ラインに沿って分割するウェーハの分割方法であり、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は、被加工物となる半導体ウェーハ１１（以下、単に「ウェーハ１１」とも記載される）について示す図である。ウェーハ１１は、例えば厚さが２００μｍのシリコンウェーハからなっており、表面１１ａに複数の交差する分割予定ライン（ストリート）１３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１３によって区画された複数の領域にそれぞれデバイス１５が形成されている。

このように構成されたウェーハ１１は、デバイス１５が形成されているデバイス領域１７と、デバイス領域１７を囲繞する外周余剰領域１９を備えている。ウェーハ１１の外周にはシリコンウェーハの結晶方位を示すマークとしてのノッチ１２が形成されている。

なお、被加工物となるウェーハ１１の形状については、図１に示すような円盤形状のものに限定されるものではなく、四角形状（正四角形、長方形）などの矩形のものも想定される。また、半導体ウェーハのほか、光デバイスウェーハなども被加工物とされることが想定される。

以上のようなウェーハ１１について、本発明にかかるウェーハの分割方法が実施される。まず、図２に示すように、ウェーハ１１に対して透過性を有する波長のレーザービーム６を分割予定ライン１３に沿って照射し、ウェーハ１１の内部に分割予定ライン１３に沿って改質層１４を形成する改質層形成ステップが実施される。

図２には、ウェーハ１１の内部に分割予定ライン１３に沿って改質層１４を形成するレーザー加工装置１の要部が示されている。レーザー加工装置１は、ウェーハ１１を保持するチャックテーブル１０と、チャックテーブル１０に保持されたウェーハ１１にレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニット２と、を具備して構成できる。

チャックテーブル１０は、ウェーハ１１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り図２において矢印Ｘで示す加工送り方向、及び、図２の紙面に垂直な方向となる割り出し送り方向（図１の矢印Ｙ方向）に移動される。

レーザービーム照射ユニット２は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器等のパルスレーザー発振器及び繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー発振手段を備え、パルスレーザー発振手段から発振されたパルスレーザービームを集光するための集光器８からレーザービーム６がウェーハ１１に対して照射されるようになっている。

以上の構成とするレーザー加工装置を用い、集光器８からウェーハ１１に対して透過性を有するレーザービーム６を照射しつつ、チャックテーブル１０を矢印Ｘ方向に所定の送り速度で移動させることで、ウェーハ１１の内部に分割予定ライン１３に沿った改質層（溶融再硬化層）が形成される。

改質層は、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。改質層形成の際の加工条件は、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パルスレーザー
波長 ：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
パルス出力 ：１０μＪ
集光スポット径 ：φ１μｍ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒

この改質層の形成は、第１の方向（図２におけるＸ軸方向）に伸長する全ての分割予定ライン１３に沿って実施した後、チャックテーブル１０を９０度回転してから、第１の方向と直角の第２の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３に沿って実施される。

以上のようにして、改質層形成ステップが実施される。そして、この改質層形成ステップの前、又は、後に、図３に示すように、環状のフレームＦに貼着されたエキスパンドテープＴの粘着面Ｔａにウェーハ１１の裏面１１ｂが貼着されたウェーハユニットＵを形成するウェーハユニット形成ステップが実施される。

なお、本実施形態では、図２に示す改質層形成ステップの前に、図１に示すようにウェーハ１１をフレームＦに貼着して図３のウェーハユニットＵを構成した上で、図２に示すようにエキスパンドテープＴに貼着されたウェーハ１１に対して改質層の形成が行われることとしている。

エキスパンドテープＴは、後述する分割ステップを実施する際に、分割予定ラインにウェーハ１１を分離させる外力を付与するためのものである。エキスパンドテープＴは、フレームＦで囲まれた領域を塞ぐように設けられ、ウェーハ１１をエキスパンドテープＴに貼着すると、ウェーハ１１がエキスパンドテープＴを介してフレームＦに固定される。

次いで、図４に示すように、ウェーハ１１の直径より大きくフレームＦの内径より小さい直径の保持面Ｈを有するチャックテーブル３１にエキスパンドテープＴを介してウェーハ１１を載置するウェーハ載置ステップが実施される。

この図４は、本実施形態で用いる分割装置３０の概要を示すものであり、チャックテーブル３１と、ウェーハユニットＵのフレームＦを保持するクランプ３２と、を有して構成される。

円盤状に構成されるチャックテーブル３１は、垂直方向Ｚに移動可能、かつ、回転方向Ｋに角度変更可能な支持軸３１ａの上端部に設けられている。チャックテーブル３１の上部には、図示せぬ吸引源に接続される多孔質体からなる吸着チャック３１ｂが設けられており、吸着チャック３１ｂの上面に負圧が生じるように構成される。

この負圧によって、吸着チャック３１ｂの上面において吸引力を発揮する保持面Ｈが構成され、ウェーハユニットＵのウェーハ１１の部位がエキスパンドテープＴを介して保持面Ｈに吸着保持される。

ウェーハユニットＵの環状のフレームＦは、複数箇所においてクランプ３２にて挟持される。ここで、保持面Ｈを有するチャックテーブル３１は、環状のフレームＦの内径よりも小さく構成されており、チャックテーブル３１の半径方向の外側となる位置にフレームＦとクランプ３２が位置付けられることで、チャックテーブル３１の垂直方向Ｚの移動が許容されることになる。

次に、図５に示すように、フレームＦとチャックテーブル３１を保持面Ｈに対して垂直方向Ｚに相対移動させてエキスパンドテープＴを拡張し、エキスパンドテープＴに貼着されたウェーハ１１に外力を付与し、改質層１４が形成された分割予定ライン１３に沿ってウェーハ１１を個々のチップＣ，Ｃに破断し、さらにチップＣ，Ｃ間の間隔を広げるチップ間隔形成ステップが実施される。

このチップ間隔形成ステップにより、ウェーハ１１が個々のチップＣ，Ｃに分割されるとともに、チップＣ，Ｃの間に間隔が形成される。

本実施形態では、チャックテーブル３１を上方に移動させることにより、保持面Ｈの高さ位置がフレームＦに対して上昇し、これにより、エキスパンドテープＴが拡張される（伸ばされる）とともに、このエキスパンドテープＴの拡張にともなってウェーハ１１が改質層１４を起点として破断して個々のチップＣ，Ｃが形成される。なお、チャックテーブル３１を上方に移動させる代わりに、クランプ３２を下方に移動させる、あるいは、チャックテーブル３１を上方へ、クランプ３２を下方へ移動させることとしてもよい。

次に、図６に示すように、チップ間隔形成ステップの後に、外径がチャックテーブル３１の直径より大きく、内径がウェーハ１１の直径より大きくチャックテーブルの直径より小さい環状押さえ部材３６をエキスパンドテープＴの粘着面（表面）Ｔａ側からチャックテーブル３１に向かって押圧し、エキスパンドテープＴのウェーハ１１とフレームＦとの間の部位Ｍを固定するテープ固定ステップを実施する。

このテープ固定ステップにより、以降の工程中において、チップ間隔（隣り合うチップＣ，Ｃ同士の間隔）が狭くなることを確実に抑制することができる。

本実施形態では、リング状の環状押さえ部材３６を用い、この環状押さえ部材３６とチャックテーブル３１の間にエキスパンドテープＴを挟みこむ。この状態で、環状押さえ部材３６の内壁３６ａに囲まれる空間３６ｂに分割された状態のチップＣ，Ｃが配設された状態となる。

そして、環状押さえ部材３６は、図示せぬ押圧手段によってチャックテーブル３１に向けて上側から押圧されるように構成されており、これにより、ウェーハ１１を取り囲む部位、つまり、エキスパンドテープＴのウェーハ１１とフレームＦとの間の部位Ｍが、環状押さえ部材３６にチャックテーブル３１に対して固定される。

このようにエキスパンドテープＴが固定されることで、エキスパンドテープＴにおいて、環状押さえ部材３６の内側に囲まれる領域Ｎに発生しているテンションが維持される。

次に、図７乃至図９に示すように、テープ固定ステップの後に、フレームＦとチャックテーブル３１とを相対的に円周方向に回転させながら、Ｆフレームとチャックテーブル３１を保持面Ｈに対して垂直方向に相対移動させてフレームＦとチャックテーブル３１の保持面Ｈを略同等の高さに位置付ける回転移動ステップが実施される。

この回転移動ステップにより、チャックテーブル３１と環状押さえ部材３６が、図８に示す状態から図９に示す状態になるように角度変更することで、環状押さえ部材３６とフレームＦの間の円環状領域ＱのエキスパンドテープＴが捻られ、皺５１，５１が発生することになる。

本実施形態では、クランプ３２にてフレームＦを保持することで、フレームＦの回転を規制する一方、環状押さえ部材３６をチャックテーブル３１に押さえ付けたままの状態で、環状押さえ部材３６とチャックテーブル３１を一体的に矢印Ｋ１方向へと略３０度回転させる。この際、環状押さえ部材３６とフレームＦの間の円環状領域Ｑのみにおいて、エキスパンドテープＴが捻られることになる。

また、図７に示すように、環状押さえ部材３６とチャックテーブル３１を回転させる前、或は、回転させながら、クランプ３２の位置を上昇させることで、クランプ３２に保持されたフレームＦをチャックテーブル３１の保持面Ｈと略同等の高さに位置付ける。なお、クランプ３２の位置を上昇させる代わりに、或いは、クランプ３２の位置を上昇させることに加え、既に上昇させた環状押さえ部材３６とチャックテーブル３１を、下降させた後に回転させる、或いは、回転させながら下降させることで、クランプ３２に保持されたフレームＦをチャックテーブル３１の保持面Ｈと略同等の高さに位置付けることとしてもよい。

以上のようにして、クランプ３２の位置が上昇することにより、フレームＦと保持面Ｈの相対位置が元の位置に戻されるため、伸ばされていた円環状領域ＱのエキスパンドテープＴが弛んだ状態となる。また、弛んだエキスパンドテープＴが捩られることにより、円環状領域Ｑにおいて皺５１，５１が発生することになる。この皺５１，５１は、例えば、平面視において環状押さえ部材３６の半径方向外側に向かう線状の皺を構成することが考えられる。

一方で、環状押さえ部材３６に取り囲まれた領域Ｎについては、環状押さえ部材３６がチャックテーブル３１に対して押さえ付けられているため、チャックテーブル３１の回転などによる影響を受けることがなく、回転移動ステップの前後において、領域Ｎにかかるテンションの変化がなく、チップ間隔形成ステップにおいてチップＣ，Ｃ間に形成された間隔を維持することができる。

次に、図１０に示すように、回転移動ステップの後に、ウェーハ１１とフレームＦとの間のエキスパンドテープＴに裏面側から環状押さえ部材３６に向かって加熱部材６０を押圧し、回転移動ステップで発生したエキスパンドテープＴの皺５１，５１を熱圧着によって固定し、チップ間隔形成ステップで発生したエキスパンドテープＴの弛みを解消せしめるテープ熱圧着ステップが実施される。

このテープ熱圧着ステップにより、ウェーハ１１がフレームＦに対して回転（角度変更）され、エキスパンドテープＴの円環状領域Ｑのみが捻られた状態のままにおいて熱圧着される。つまりは、円環状領域Ｑが弛んでいない状態になり、円環状領域Ｑを熱収縮させた状況と同様の状況を作りだすことができる。

本実施形態では、円環状の加熱部材６０を、エキスパンドテープＴの裏面側に当着させ、環状押さえ部材３６と加熱部材６０の間でエキスパンドテープＴを挟持しつつ、加熱部材６０にてエキスパンドテープＴの温度を上昇させることで、軟化したエキスパンドテープＴを熱圧着させる。

より具体的には、熱軟化性樹脂からなるエキスパンドテープＴを加温することで、エキスパンドテープＴ自体を軟化させるとともに、皺５１，５１が形成されることによって重なった部位同士を軟化した状態で押圧する。これにより、押圧が解除された後にエキスパンドシートＴが冷える（常温に戻る）と、エキスパンドシートＴの押圧されていた部位同士が接着された状態となる。つまり、発生させたエキスパンドシートＴの皺５１，５１を畳み込ませた状態としつつ熱をかけ押圧して接着し（熱圧着）、弛んでいたエキスパンドシートＴの部位を固定するものである。

円環状の加熱部材６０は、特に限定されるものではないが、例えば、内径がチャックテーブル３１よりも大きく、外径がフレームＦよりも小さいリング状の部材で構成することが考えられる。また、加熱を行うための構成としては、例えば、電熱線を内装させた金属部材といった簡易な構成にて実現することができる。

なお、環状押さえ部材３６側に電熱線を内装し、環状押さえ部材についても加熱部材として機能させることとしてもよい。この場合、加熱部材６０を単なる押さえ部材として機能させることとしてもよい。

そして、このような加熱部材６０を用いた熱圧着の実施形態によれば、数秒〜１０秒程度で、円環状領域Ｑの熱圧着（接着）を完了することができることになる。仮に、従来のような発熱体を近づけたり熱風等で熱収縮させる場合と比較すると、半分以下の時間で、円環状領域Ｑの熱圧着を完了できることになる。

仮に、前述の熱収縮の場合では、発熱体などとエキスパンドテープＴが非接触であるため、エキスパンドテープＴが吸熱するまでに時間を要することになる。一方で、本発明のように加熱部材６０を直接当接させることによれば、直ちにエキスパンドテープＴに熱が伝達されてエキスパンドテープＴの熱圧着を開始できることになる。このように、本発明の形態は、円環状領域Ｑの熱圧着を短時間で完了させるために、極めて適した構成となる。

以上に説明したテープ熱圧着ステップを実施した後は、エキスパンドテープＴが環状押さえ部材３６と加熱部材６０による挟持状態から開放される。具体的な方法の一つとしては、環状押さえ部材３６によるエキスパンドシートＴのチャックテーブル３１への押さえ付けを維持したまま、加熱部材６０のみを開放し、エキスパンドシートＴを冷やす（常温に戻す）。冷やされた後において、挟持されていた部位同士は接着された状態（固定されたままとなるため）、つまりは、熱圧着が完了した状態となっているため、エキスパンドシートＴの弛みが解消した状態が形成される。これにより、熱圧着の完了後に環状押さえ部材３６が開放されたとしても、円環状領域Ｑよりも内側のチップＣ，Ｃが配置される領域Ｎのテンションは維持されることになり、チップＣ，Ｃの間隔は維持されたままとなる。

以上のように、本実施形態によれば、円環状領域Ｑを短時間で完了することができ、ウェーハ１１の加工時間を短縮することが可能となる。また、チップＣ，Ｃの間隔を維持することができるため、例えば、後に実施されるピックアップ工程においてチップＣ，Ｃの間隔が狭いことによるピックアップ不良の発生などを抑制することができ、生産効率を高めることが可能となる。

１ レーザー加工装置
２ レーザービーム照射ユニット
１１ ウェーハ
１３ 分割予定ライン
１４ 改質層
１５ デバイス
３０ 分割装置
３１ チャックテーブル
３２ クランプ
３６ 環状押さえ部材
５１ 皺
６０ 加熱部材
Ｃ チップ
Ｆ フレーム
Ｈ 保持面
Ｑ 円環状領域
Ｔ エキスパンドテープ
Ｕ ウェーハユニット

Claims (1)

1. 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デバイスが形成されたウェーハを、該分割予定ラインに沿って個々のチップに分割するウェーハの分割方法であって、
   ウェーハに対して透過性を有する波長のレーザービームを該分割予定ラインに沿って照射し、該ウェーハの内部に該分割予定ラインに沿って改質層を形成する改質層形成ステップと、
   該改質層形成ステップの前、又は、後に、環状のフレームに貼着されたエキスパンドテープの粘着面に該ウェーハの裏面が貼着されたウェーハユニットを形成するウェーハユニット形成ステップと、
   該ウェーハの直径より大きく該フレームの内径より小さい直径の保持面を有するチャックテーブルに該エキスパンドテープを介して該ウェーハを載置するウェーハ載置ステップと、
   該フレームと該チャックテーブルを該保持面に対して垂直方向に相対移動させて該エキスパンドテープを拡張し、該エキスパンドテープに貼着されたウェーハに外力を付与し、該改質層が形成された該分割予定ラインに沿って該ウェーハを個々のチップに破断し、さらに該チップ間の間隔を広げるチップ間隔形成ステップと、
   該チップ間隔形成ステップの後に、外径が該チャックテーブルの直径より大きく、内径が該ウェーハの直径より大きくチャックテーブルの直径より小さい環状押さえ部材をエキスパンドテープの該粘着面側から該チャックテーブルに向かって押圧し、該エキスパンドテープの該ウェーハと該フレームとの間の領域を固定するテープ固定ステップと、
   該テープ固定ステップの後に、該フレームと該チャックテーブルとを相対的に円周方向に回転させる前、或いは、回転させながら、該フレームと該チャックテーブルを該保持面に対して垂直方向に相対移動させて該フレームと該チャックテーブルの該保持面を略同等の高さに位置付ける回転移動ステップと、
   該回転移動ステップの後に、該ウェーハと該フレームとの間の該エキスパンドテープに裏面側から該環状押さえ部材に向かって加熱部材を押圧し、該回転移動ステップで発生した該エキスパンドテープの皺を熱圧着によって固定し、該チップ間隔形成ステップで発生した該エキスパンドテープの弛みを解消せしめるテープ熱圧着ステップと、
   を含むウェーハの分割方法。
   
   
   

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