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JP2024042769A - チップの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】チップの品質低下を抑制することが可能なチップの製造方法を提供する。【解決手段】被加工物を分割予定ラインに沿って複数のチップに分割するチップの製造方法であって、被加工物に対して透過性を有し、且つ、第1の集光点及び第2の集光点で集光するレーザービームを、分割予定ラインに沿って第1の集光点及び第2の集光点を被加工物の内部に位置付けた状態で、分割予定ラインに沿って照射することにより、被加工物の内部に複数の改質領域を形成する改質領域形成ステップと、被加工物に外力を付与することにより、改質領域を分割起点として被加工物を分割予定ラインに沿って個々のチップに分割する分割ステップと、を含み、改質領域形成ステップでは、第1の集光点が位置付けられた領域に改質領域を形成するとともに、第2の集光点を被加工物に形成されている他の改質領域と重なるように位置付けた状態でレーザービームを照射する。【選択図】図2

Description

本発明は、被加工物を複数のチップに分割するチップの製造方法に関する。
デバイスチップの製造プロセスでは、互いに交差する複数の分割予定ライン(ストリート)によって区画された複数の領域にそれぞれデバイスが形成されたウェーハが用いられる。このウェーハを分割予定ラインに沿って分割することにより、デバイスを備えるチップ(デバイスチップ)が得られる。デバイスチップは、携帯電話、パーソナルコンピュータ等の様々な電子機器に組み込まれる。
ウェーハの分割には、環状の切削ブレードでウェーハを切削する切削装置が用いられる。また、近年では、レーザー加工によってウェーハを分割するプロセスの開発も進められている。例えば、ウェーハに対して透過性を有するレーザービームをウェーハの内部で集光させつつ分割予定ラインに沿って走査することにより、ウェーハの内部に改質層(変質層)を分割予定ラインに沿って形成する手法が提案されている(特許文献1参照)。
改質層の形成工程では、ウェーハの内部に複数の改質領域が分割予定ラインに沿って所定の間隔で形成されるとともに、各改質領域から亀裂(クラック)が伸展する。そして、ウェーハの改質領域又はクラックが形成された領域は、他の領域よりも脆くなる。そのため、ウェーハに外力を付与すると、改質領域及び亀裂が分割起点として機能し、ウェーハが分割予定ラインに沿って分割される。
しかしながら、改質領域で発生する亀裂は不規則に伸展し、必ずしも分割予定ラインに沿って形成されるとは限らない。そのため、改質層が形成されたウェーハに外力を付与した際、ランダムに形成された亀裂によってウェーハの破断が意図しない方向に誘導されてしまうことがある。これにより、ウェーハが分割予定ラインに沿って適切に分割されず、チップの品質が低下するおそれがある。
そこで、レーザービームを分岐させてウェーハに照射することにより、2つの改質領域を同時に形成しつつ、各改質領域から伸展する亀裂を互いに連結させるように改質層を形成する手法が提案されている(特許文献2参照)。この手法を用いると、改質領域で発生した亀裂が分割予定ラインに沿って伸展するように誘導される。これにより、ウェーハが分割予定ラインに沿って分割されやすくなり、チップの品質低下が抑制される。
特開2004-179302号公報 特開2021-136253号公報
上記のように、ウェーハ等の被加工物に改質層を形成する際、改質領域で発生する亀裂を分割予定ラインに沿って伸展させることにより、被加工物が分割予定ラインに沿って分割されやすくなる。しかしながら、被加工物の厚さ方向における破断の誘導が不完全であると、被加工物が分割予定ラインに沿って分割されたとしても、分割面(破断面、劈開面)が被加工物の厚さ方向に対して傾斜したり、分割面に不規則な凹凸が形成されたりすることがある。その結果、被加工物の分割によって得られるチップの形状崩れや寸法の誤差等が生じ、チップの品質低下の原因となる。
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、チップの品質低下を抑制することが可能なチップの製造方法の提供を目的とする。
本発明の一態様によれば、被加工物を分割予定ラインに沿って複数のチップに分割するチップの製造方法であって、該被加工物に対して透過性を有し、且つ、第1の集光点及び第2の集光点で集光するレーザービームを、該分割予定ラインに沿って該第1の集光点及び該第2の集光点を該被加工物の内部に位置付けた状態で、該分割予定ラインに沿って照射することにより、該被加工物の内部に複数の改質領域を形成する改質領域形成ステップと、該被加工物に外力を付与することにより、該改質領域を分割起点として該被加工物を該分割予定ラインに沿って個々の該チップに分割する分割ステップと、を含み、該改質領域形成ステップでは、該第1の集光点が位置付けられた領域に該改質領域を形成するとともに、該第2の集光点を該被加工物に形成されている他の該改質領域と重なるように位置付けた状態で該レーザービームを照射するチップの製造方法が提供される。
本発明の一態様に係るチップの製造方法では、レーザービームの照射によって被加工物の内部に複数の改質領域を形成するに際して、第1の集光点が位置付けられた領域に改質領域を形成するとともに、第2の集光点を被加工物に形成されている他の改質領域と重なるように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、改質領域で発生する亀裂が、被加工物の厚さ方向に沿って伸展する。
上記のように改質領域及び亀裂が形成された被加工物に外力を付与すると、被加工物の厚さ方向に沿って伸展した亀裂によって、被加工物の破断が被加工物の厚さ方向にも誘導される。これにより、分割面(破断面、劈開面)が被加工物の厚さ方向に沿ってフラットに形成されやすくなる。その結果、チップの形状崩れや寸法の誤差等が生じにくくなり、チップの品質低下が抑制される。
図1(A)は被加工物を示す斜視図であり、図1(B)は保護部材が固定された被加工物を示す斜視図である。 チップの製造方法を示すフローチャートである。 レーザー加工装置を示す一部断面正面図である。 レーザー照射ユニットを示す模式図である。 図5(A)は1パルス目のレーザービームが照射される被加工物の一部を示す断面図であり、図5(B)は2パルス目のレーザービームが照射される被加工物の一部を示す断面図であり、図5(C)は3パルス目のレーザービームが照射される被加工物の一部を示す断面図である。 改質層が形成された被加工物の一部を示す断面図である。 エキスパンドシートが固定された被加工物を示す斜視図である。 拡張装置を示す斜視図である。 図9(A)は被加工物を保持する拡張装置を示す断面図であり、図9(B)はエキスパンドシートを拡張する拡張装置を示す断面図である。 4つの集光点で集光するレーザービームを照射するレーザー加工装置を示す一部断面正面図である。 図11(A)及び図11(B)は、4つの集光点で集光するレーザービームが照射される被加工物の一部を示す断面図である。 図12(A)は比較例1に係るウェーハの一部を示す断面図であり、図12(B)は比較例2に係るウェーハの一部を示す断面図であり、図12(C)は実施例に係るウェーハの一部を示す断面図である。 図13(A)は比較例1に係るチップの側面を示す画像図であり、図13(B)は比較例2に係るチップの側面を示す画像図であり、図13(C)は実施例に係るチップの側面を示す画像図である。
以下、添付図面を参照して本発明の一態様に係る実施形態を説明する。まず、本実施形態に係るチップの製造方法に用いることが可能な被加工物の構成例について説明する。図1(A)は、被加工物11を示す斜視図である。
例えば被加工物11は、単結晶シリコン等の半導体材料でなる円盤状のウェーハであり、互いに概ね平行な表面(第1面)11a及び裏面(第2面)11bを備える。被加工物11は、互いに交差するように格子状に配列された複数の分割予定ライン(ストリート)13によって、複数の矩形状の領域に区画されている。
分割予定ライン13によって区画された複数の領域の表面11a側にはそれぞれ、IC(Integrated Circuit)、LSI(Large Scale Integration)、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイス等のデバイス15が形成されている。被加工物11を分割予定ライン13に沿って分割すると、デバイス15をそれぞれ備える複数のチップ(デバイスチップ)が得られる。
なお、被加工物11の材質、形状、構造、大きさ等に制限はない。例えば被加工物11は、シリコン以外の半導体(GaAs、SiC、InP、GaN等)、サファイア、ガラス、セラミックス、樹脂、金属等でなる基板であってもよい。また、デバイス15の種類、数、形状、構造、大きさ、配置等にも制限はなく、被加工物11にはデバイス15が形成されていなくてもよい。
本実施形態では、被加工物11にレーザー加工を施して被加工物11を分割する。具体的には、被加工物11にレーザービームを照射することにより、被加工物11の内部に改質層(変質層)を分割予定ライン13に沿って形成する。被加工物11の改質層が形成された領域は、他の領域よりも脆くなる。そのため、被加工物11に外力を付与すると、改質層を分割起点(分割のきっかけ)として被加工物11が分割予定ライン13に沿って分割される。
図1(B)は、保護部材17が固定された被加工物11を示す斜視図である。被加工物11にレーザー加工を施す際には、被加工物11に保護部材17が固定される。例えば、被加工物11の裏面11b側からレーザービームを照射する場合には、被加工物11の表面11a側に保護部材17が固定される。これにより、複数のデバイス15が保護部材17によって覆われて保護される。
例えば保護部材17は、可撓性を有するシートである。具体的には、円形に形成されたフィルム状の基材と、基材上に設けられた粘着層(糊層)とを有するテープを、保護部材17として用いることができる。基材は、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタラート等の樹脂でなり、粘着層は、エポキシ系、アクリル系、又はゴム系の接着剤等でなる。また、粘着層は、紫外線の照射によって硬化する紫外線硬化型の樹脂であってもよい。
次に、本実施形態に係るチップの製造方法の具体例について説明する。図2は、チップの製造方法を示すフローチャートである。本実施形態に係るチップの製造方法では、被加工物11の内部に複数の改質領域を形成し(改質領域形成ステップS1)、その後、被加工物11に外力を付与することによって被加工物11を個々のチップに分割する(分割ステップS2)。
図3は、レーザー加工装置2を示す一部断面正面図である。改質領域形成ステップS1では、被加工物11にレーザー加工を施すレーザー加工装置2が用いられる。なお、図3において、X軸方向(加工送り方向、第1水平方向)とY軸方向(割り出し送り方向、第2水平方向)とは、互いに垂直な方向である。また、Z軸方向(高さ方向、鉛直方向、上下方向)は、X軸方向及びY軸方向と垂直な方向である。
レーザー加工装置2は、被加工物11を保持するチャックテーブル(保持テーブル)4を備える。チャックテーブル4の上面は、水平面(XY平面)と概ね平行な平坦面であり、被加工物11を保持する保持面4aを構成している。保持面4aは、チャックテーブル4の内部に形成された流路(不図示)、バルブ(不図示)等を介して、エジェクタ等の吸引源(不図示)に接続されている。
チャックテーブル4には、移動ユニット(不図示)及び回転駆動源(不図示)が連結されている。移動ユニットは、例えばボールねじ式の移動機構によって構成され、チャックテーブルをX軸方向及びY軸方向に沿って移動させる。回転駆動源は、モータ等によって構成され、チャックテーブル4をZ軸方向と概ね平行な回転軸の周りで回転させる。
また、レーザー加工装置2は、レーザー照射ユニット6を備える。レーザー照射ユニット6は、チャックテーブル4の上方に配置されたレーザー加工ヘッド8を備える。レーザー加工ヘッド8からチャックテーブル4に向かって照射されるレーザービーム10によって、被加工物11が加工される。
レーザー照射ユニット6は、レーザービーム10が少なくとも2以上の集光点(集光位置)で集光するように構成される。図3には一例として、2つの集光点(集光位置)10a,10bで集光するレーザービーム10を示している。なお、図3では説明の便宜上、レーザービーム10が点状の集光点10a,10bで集光している様子を模式的に図示しているが、集光点10a,10bはそれぞれ所定のスポット径を有する微細な円形の領域であってもよい。
図4は、レーザー照射ユニット6を示す模式図である。レーザー照射ユニット6は、YAGレーザー、YVOレーザー、YLFレーザー等のレーザー発振器12と、レーザー発振器12から出射したパルス発振のレーザービーム10を被加工物11へと導く光学系14とを備える。例えば光学系14は、レーザービーム10を反射させるミラー16と、レーザービーム10を分岐させるレーザー分岐部18と、レーザービーム10を所定の位置で集光させる集光レンズ20とを備える。
レーザー分岐部18の構成は、レーザービーム10を分岐させることが可能であれば制限はない。例えばレーザー分岐部18として、LCOS-SLM(Liquid Crystal On Silicon - Spatial Light Modulator)、回折光学素子(DOE:Diffractive Optical Element)等が用いられる。また、レーザー分岐部18は、レーザービーム10をP偏光のレーザービームとS偏光のパルスレーザービームとに分岐する偏光ビームスプリッタを備えていてもよい。
レーザー発振器12から出射したレーザービーム10は、ミラー16で反射してレーザー分岐部18に入射し、レーザー分岐部18によって2本のレーザービームに分岐される。その後、分岐されたレーザービーム10は、集光レンズ20によって集光点10a,10bで集光される。
また、図3に示すように、レーザー加工装置2は、レーザー加工装置2を制御するコントローラ(制御ユニット、制御部、制御装置)22を備える。コントローラ22は、レーザー加工装置2を構成する構成要素(チャックテーブル4、レーザー照射ユニット6等)に接続されており、各構成要素に制御信号を出力することによってレーザー加工装置2の稼働を制御する。例えば、チャックテーブル4の位置やレーザービーム10の照射条件は、コントローラ22によって制御される。
コントローラ22は、コンピュータによって構成され、レーザー加工装置2の稼働に必要な演算を行う演算部と、レーザー加工装置2の稼働に用いられる各種の情報(データ、プログラム等)を記憶する記憶部とを含む。演算部は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサを含んで構成される。また、記憶部は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等のメモリを含んで構成される。
改質領域形成ステップS1では、まず、被加工物11をチャックテーブル4で保持する。具体的には、被加工物11は、表面11a側(保護部材17側)が保持面4aに対向し裏面11b側(レーザービーム10が照射される面側)が上方に露出するように、チャックテーブル4上に配置される。この状態で、保持面4aに吸引源の吸引力(負圧)を作用させると、被加工物11が保護部材17を介してチャックテーブル4によって吸引保持される。
次に、レーザービーム10を被加工物11に照射し、被加工物11の内部に改質層を形成する。具体的には、まず、チャックテーブル4を回転させ、所定の分割予定ライン13(図1(A)及び図1(B)参照)の長さ方向をX軸方向に合わせる。また、レーザービーム10の集光点10a,10bと所定の分割予定ライン13とのY軸方向における位置が一致するように、チャックテーブル4のY軸方向における位置を調整する。
そして、レーザー照射ユニット6からレーザービーム10を照射しつつ、チャックテーブル4をX軸方向に沿って移動させる(加工送り)。これにより、チャックテーブル4とレーザー加工ヘッド8とがX軸方向に沿って相対的に移動する。その結果、被加工物11の内部に集光点10a,10bが分割予定ライン13に沿って位置付けられた状態で、レーザービーム10が分割予定ライン13に沿って照射される。
なお、レーザービーム10の照射条件は、被加工物11のレーザービーム10が照射された領域が多光子吸収によって改質(変質)されるように設定される。具体的には、レーザービーム10の波長は、レーザービーム10の少なくとも一部が被加工物11を透過するように設定される。すなわち、レーザービーム10は、被加工物11に対して透過性を有し、且つ、集光点10a,10bで集光するレーザービームである。また、レーザービーム10の他の照射条件(平均出力、パルス幅、繰り返し周波数、スポット径等)も、被加工物11に改質領域が形成されるように適宜設定される。
被加工物11にレーザービーム10が照射される様子を、図5(A)~図5(C)に示す。レーザービーム10が上記の照射条件で被加工物11に照射されると、被加工物11の内部が多光子吸収によって改質(変質)され、改質領域(変質領域)19が形成される。
図5(A)は、1パルス目のレーザービーム10が照射される被加工物11の一部を示す断面図である。被加工物11の加工送りが開始すると、まず、レーザービーム10の集光点10aが被加工物11の内部に位置付けられる。そして、集光点10aが位置付けられた領域から広がる改質領域19が形成される。また、改質領域19で亀裂(クラック)21が発生し、亀裂21は改質領域19から放射状に伸展する。
なお、レーザービーム10が被加工物11の裏面11b側から照射される場合(図3参照)、レーザービーム10は、被加工物11の裏面11bと集光点10aとの間の領域にも照射され、この領域における改質が促進される。そのため、集光点10aで発生した改質領域19は、被加工物11の裏面11b側(図5(A)における上側)に向かって成長しやすい。
その結果、改質領域19は、被加工物11の厚さ方向(Z軸方向)における長さが被加工物11の表面11a及び裏面11bと平行な方向(XY平面方向)における長さよりも大きい縦長の形状に形成される。図5(A)には、長軸が被加工物11の厚さ方向に沿い短軸が被加工物11の表面11a及び裏面11bと平行な方向に沿うように形成された、長球状の改質領域19を模式的に図示している。
図5(B)は、2パルス目のレーザービーム10が照射される被加工物11の一部を示す断面図である。被加工物11の加工送りが進行すると、レーザービーム10の集光点10a,10bが被加工物11の内部に位置付けられる。そして、被加工物11のうち改質領域19が形成されていない領域に集光点10aが位置付けられ、且つ、直前のパルスで被加工物11に形成された改質領域19(図5(B)の左の改質領域19)に集光点10bが位置付けられた状態で、集光点10a,10bにレーザービーム10が同時に照射される。
集光点10aが位置付けられた領域及びその近傍には、1パルス目と同様に改質領域19が形成される。また、直前に形成された改質領域19の内部に位置付けられた集光点10bにレーザービーム10が照射されると、先細りの形状を有する改質領域19の上端部及び下端部に応力が集中する。その結果、改質領域19の上端部及び下端部から亀裂21が被加工物11の厚さ方向(図5(B)の上下方向)に沿って伸展する。
上記のように、集光点10bは、既に被加工物11に形成されている改質領域19と重なるように位置付けられる。より好ましくは、改質領域19が形成される際における集光点10aの被加工物11に対する位置と、その改質領域19から亀裂21を被加工物11の厚さ方向に沿って伸展させる際の集光点10bの被加工物11に対する位置とが、互いに重なるように位置付けられる。
図5(C)は、3パルス目のレーザービーム10が照射される被加工物11の一部を示す断面図である。被加工物11の加工送りがさらに進行すると、被加工物11のうち改質領域19が形成されていない領域に集光点10aが位置付けられ、且つ、直前のパルスで被加工物11に形成された改質領域19(図5(C)の中央の改質領域19)に集光点10bが位置付けられた状態で、集光点10a,10bにレーザービーム10が同時に照射される。
集光点10aが位置付けられた領域及びその近傍には、1パルス目及び2パルス目と同様に改質領域19が形成される。また、直前に形成された改質領域19の内部に位置付けられた集光点10bにレーザービーム10が照射され、改質領域19の上端部及び下端部から亀裂21が被加工物11の厚さ方向に沿って伸展する。
図6は、改質層(変質層)23が形成された被加工物11の一部を示す断面図である。4パルス目以降のレーザービーム10も、同様に被加工物11に照射される。これにより、被加工物11の内部には、複数の改質領域19が分割予定ライン13(図1(A)及び図1(B)参照)に沿って所定のピッチで形成される。その結果、被加工物11の内部の所定の深さ位置に、複数の改質領域19によって構成される改質層23が分割予定ライン13に沿って形成される。
上記のように、改質領域形成ステップS1では、集光点10aが位置付けられた領域に改質領域19を形成するとともに、集光点10bを被加工物11に形成されている他の改質領域19と重なるように位置付けた状態でレーザービーム10を照射する。これにより、改質領域19で発生する亀裂21が被加工物11の厚さ方向に沿って伸展しやすくなる。
改質領域19のピッチは、集光点10a,10bの間隔、加工送り速度、レーザービーム10の繰り返し周波数等を調節することによって制御できる。なお、改質領域19のピッチは、隣接する2つの改質領域19から伸展する亀裂21が互いに連結されるように設定されることが好ましい。例えば、改質領域19のピッチ(集光点10a,10bの間隔)は、3μm以上16μm以下、好ましくは4μm以上8μm以下に設定される。これにより、複数の改質領域19が亀裂21を介して連結され、被加工物11の内部に改質層23が分割予定ライン13に沿って連続的に形成されやすくなる。
なお、集光点10aに照射されるレーザービーム10(第1レーザービーム)の照射条件と、集光点10bに照射されるレーザービーム10(第2レーザービーム)の照射条件とは、同一であっても異なっていてもよい。特に、第2レーザービームは、既に形成されている改質領域19から亀裂21を被加工物11の厚さ方向に沿って伸展させるトリガーとして機能すればよく、必ずしも新たな改質領域19を形成可能な条件で照射される必要はない。
そのため、第2レーザービームのエネルギー密度は、第1レーザービームのエネルギー密度より低くてもよい。より具体的には、第2レーザービームの平均出力は、第1レーザービームの平均出力より低くてもよい。また、第2レーザービームの集光点10bにおけるスポット径は、第1レーザービームの集光点10aにおけるスポット径より大きくてもよい。第1レーザービームの及び第2レーザービームのスポット径は、デフォーカス量や集光条件(収差等)を調節することによって制御できる。
その後、同様の手順を繰り返し、他の分割予定ライン13に沿って改質層23を形成する。これにより、全ての分割予定ライン13に沿って改質層23が格子状に形成された被加工物11が得られる。
被加工物11の改質領域19又は亀裂21が形成された領域は、被加工物11の他の領域よりも脆い。そのため、改質層23が形成された被加工物11に外力を付与すると、被加工物11が改質領域19及び亀裂21を起点として、分割予定ライン13に沿って破断される。すなわち、改質領域19及び亀裂21は、被加工物11を分割する際の分割起点(分割のきっかけ)として機能する。
なお、被加工物11の厚さ、材質等によっては、被加工物11の厚さ方向に複数の改質層23を形成してもよい。例えば、被加工物11が厚さ200μm以上の単結晶シリコンウェーハである場合には、2層以上の改質層23を形成することが好ましい。
複数層の改質層23を形成する場合には、集光点10a,10bの高さ位置を変更しつつ、各分割予定ライン13に沿ってそれぞれ複数回ずつレーザービーム10を照射する。例えば、被加工物11の表面11a側(下面側)から裏面11b側(上面側、レーザービーム10の照射面側)に向かって複数の改質層23が順に形成される。
被加工物11に複数の改質層23を形成することにより、被加工物11が厚い場合や被加工物11の靱性が高い場合であっても、被加工物11が分割予定ライン13に沿って適切に分割されやすくなる。なお、被加工物11に形成される改質層23の層数に制限はなく、被加工物11の厚さ、材質等に応じて適宜設定される。
次に、被加工物11に外力を付与することにより、改質領域19を分割起点として被加工物11を分割予定ライン13に沿って個々のチップに分割する(分割ステップS2)。被加工物11に外力を付与する方法は自由に選択できる。また、被加工物11への外力の付与は、作業者が手作業で行ってもよいし、専用の装置で実施してもよい。
例えば分割ステップS2では、被加工物11にエキスパンドテープが固定され、エキスパンドテープを拡張することによって被加工物11に外力が付与される。図7は、エキスパンドシート25が固定された被加工物11を示す斜視図である。
エキスパンドシート25は、外力の付与によって拡張可能なシート(エキスパンド性を有するシート)である。例えばエキスパンドシート25として、円形に形成されたフィルム状の基材と、基材上に設けられた粘着層(糊層)とを有するテープを用いることができる。基材及び粘着層の材料の例は、保護部材17(図1(B)参照)と同様である。ただし、エキスパンドシート25がエキスパンド性を有し、且つ、被加工物11に固定可能であれば、エキスパンドシート25の構造や材質に制限はない。
例えば、被加工物11よりも直径が大きい円形のエキスパンドシート25が、被加工物11の裏面11b側に貼付される。また、エキスパンドシート25の外周部が、環状のフレーム27に貼付される。フレーム27は、SUS(ステンレス鋼)等の金属でなる環状の部材であり、フレーム27の中央部にはフレーム27を厚さ方向に貫通する円形の開口27aが設けられている。
フレーム27の開口27aの直径は、被加工物11の直径よりも大きい。そして、被加工物11がフレーム27の開口27aの内側に配置された状態で、被加工物11及びフレーム27にエキスパンドシート25が貼付される。これにより、被加工物11がエキスパンドシート25を介してフレーム27によって支持される。
次に、被加工物11の表面11a側から保護部材17を剥離する。これにより、被加工物11の表面11a側(デバイス15側)が露出する。その後、エキスパンドシート25を引っ張って拡張すると、エキスパンドシート25に固定されている被加工物11に外力が付与される。
エキスパンドシート25の拡張には、例えば専用の拡張装置が用いられる。図8は、拡張装置(分割装置)30を示す斜視図である。拡張装置30は、エキスパンドシート25を引っ張って拡張し、改質層23が形成された被加工物11を分割する。
拡張装置30は、被加工物11よりも直径が大きい円筒状のドラム32と、被加工物11を支持しているフレーム27(図7参照)を保持するフレーム保持ユニット34とを備える。フレーム保持ユニット34は、フレーム27を支持する環状の支持台36を備える。支持台36の中央部には、支持台36を厚さ方向に貫通する円形の開口36aが設けられている。
ドラム32は、支持台36の開口36aと重なるように配置されており、ドラム32の上端部は支持台36によって囲まれている。また、支持台36は、支持台36の上面の高さ位置とドラム32の上端の高さ位置とが概ね一致するように配置されている。
支持台36の外周部には、複数のクランプ38が固定されている。複数のクランプ38は、支持台36の周方向に沿って概ね等間隔に配置されており、被加工物11を支持しているフレーム27(図7参照)を把持して固定する。支持台36の上にフレーム27を配置し、複数のクランプ38でフレーム27を固定することにより、フレーム27がフレーム保持ユニット34によって保持される。
支持台36は、鉛直方向(高さ方向、上下方向)に沿って移動(昇降)する複数のロッド40によって支持されている。ロッド40の下端部には、ロッド40を昇降させるエアシリンダ42が接続されている。複数のエアシリンダ42は、環状のベース44に支持されている。エアシリンダ42でロッド40を昇降させることにより、支持台36の高さ位置を制御することができる。
図9(A)は、被加工物11を保持する拡張装置30を示す断面図である。分割ステップS2では、まず、エアシリンダ42を作動させ、ドラム32の上端の高さと支持台36の上面の高さとが一致するように支持台36の高さを調節する。
次に、被加工物11を支持した状態のフレーム27を支持台36上に配置する。このとき被加工物11は、ドラム32と同心円状に配置され、平面視でドラム32の外周の内側に位置付けられる。また、支持台36上に配置されたフレーム27を複数のクランプ38で固定する。これにより、被加工物11がエキスパンドシート25及びフレーム27を介してフレーム保持ユニット34によって保持される。
図9(B)は、エキスパンドシート25を拡張する拡張装置30を示す断面図である。フレーム27がフレーム保持ユニット34に固定されると、エアシリンダ42が作動し、支持台36が引き下げられる。これにより、フレーム27が下側に移動し、ドラム32の上端によって支持されたエキスパンドシート25が半径方向外側に引っ張られて拡張される。その結果、エキスパンドシート25に固定されている被加工物11に対し、被加工物11の半径方向外側に向かう外力が付与される。
エキスパンドシート25の拡張によって被加工物11に外力が付与されると、被加工物11は改質領域19及び亀裂21(図5(A)~図5(C)参照)を分割起点として分割予定ライン13に沿って破断する。その結果、デバイス15(図7参照)をそれぞれ備える複数のチップ(デバイスチップ)29が製造される。
このようにして、被加工物11が分割され、チップ29が製造される。その後、各チップ29は、例えばコレット(不図示)によってピックアップされ、所定の基板(配線基板等)に実装される。なお、エキスパンドシート25の拡張によって隣接するチップ29間に隙間が形成されるため(図9(B)参照)、特定のチップ29のみを容易にピックアップできる。
以上の通り、本実施形態に係るチップの製造方法では、レーザービーム10の照射によって被加工物11の内部に複数の改質領域19を形成するに際して、集光点10aが位置付けられた領域に改質領域19を形成するとともに、集光点10bを被加工物11に形成されている他の改質領域19と重なるように位置付けた状態でレーザービーム10を照射する。これにより、改質領域19で発生する亀裂21が、被加工物11の厚さ方向に沿って伸展する。
上記のように改質領域19及び亀裂21が形成された被加工物11に外力を付与すると、被加工物11の厚さ方向に沿って伸展した亀裂21によって、被加工物11の破断が被加工物11の厚さ方向にも誘導される。これにより、分割面(破断面、劈開面)が被加工物11の厚さ方向に沿ってフラットに形成されやすくなる。その結果、チップ29の形状崩れや寸法の誤差等が生じにくくなり、チップ29の品質低下が抑制される。
なお、上記実施形態では、改質領域形成ステップS1において、2つの集光点10a,10bで集光するレーザービーム10を用いて改質層23を形成する例を説明した。ただし、改質層23の形成に用いられるレーザービームの集光点の数は3以上であってもよい。
例えば、4つの集光点で集光するレーザービームを用いることもできる。この場合には、被加工物11の内部の異なる深さ位置にそれぞれ2つの集光点を位置付けた状態で、レーザービームを被加工物11に照射してもよい。これにより、2層の改質層23を同時進行で形成できる。
図10は、4つの集光点(集光位置)50a,50b,50c,50dで集光するレーザービーム50を照射するレーザー加工装置2を示す一部断面正面図である。図10に示すように、レーザー照射ユニット6は、レーザービーム50を集光点50a,50b,50c,50dで集光させてもよい。この場合には、レーザー照射ユニット6のレーザー分岐部18(図4参照)に、レーザービーム50を4つに分岐する光学素子(LCOS-SLM等)が備えられる。
図10に示すように、レーザー照射ユニット6は、集光点50a,50bと集光点50c,50dとを被加工物11の内部の異なる深さ位置に位置付けた状態で、レーザービーム50を照射する。具体的には、集光点50a,50bは被加工物11の内部の第1領域に位置付けられ、集光点50c,50dは第1領域よりも被加工物11の裏面11b側に位置する第2領域に位置付けられる。この状態で、レーザービーム50を被加工物11の裏面11b側からに照射しつつ、被加工物11とレーザービーム50とをX軸方向に沿って相対的に移動させると(加工送り)、被加工物11に2層の改質層23が同時進行で形成される。
図11(A)及び図11(B)は、4つの集光点50a,50b,50c,50dで集光するレーザービーム50が照射される被加工物11の一部を示す断面図である。例えば、集光点50a,50b,50c,50dは、分割予定ライン13(図1(A)参照)に沿って所定の間隔で配列される。そして、集光点50a,50bは、被加工物11の内部のうち、1層目の改質層23(最下層の改質層23)を形成すべき第1領域に位置付けられる。また、集光点50c,50dは、被加工物11の内部のうち、2層目の改質層23を形成すべき第2領域に位置付けられる。
集光点50a,50bに照射されるレーザービーム50の照射条件は、例えば図5(A)~図5(C)に示す集光点10a,10bに照射されるレーザービーム10の照射条件と同様に設定できる。そして、集光点50aで集光するレーザービーム50は、第1領域に改質領域19を形成する。また、集光点50bで集光するレーザービーム50は、既に第1領域に形成されている改質領域19の内部に照射され、その改質領域19から亀裂21を被加工物11の厚さ方向に沿って伸展させる。
集光点50c,50dに照射されるレーザービーム50の照射条件も、例えば図5(A)~図5(C)に示す集光点10a,10bに照射されるレーザービーム10の照射条件と同様に設定できる。そして、集光点50cで集光するレーザービーム50は、第2領域に改質領域19を形成する。また、集光点50dで集光するレーザービーム50は、既に第2領域に形成されている改質領域19の内部に照射され、その改質領域19から亀裂21を被加工物11の厚さ方向に沿って伸展させる。
なお、改質領域19のピッチは、隣接する2つの改質領域19から伸展する亀裂21が互いに連結されるように設定されることが好ましい。例えば、改質領域19のピッチ(、集光点50a,50bの間隔及び集光点50c,50dの間隔)は、3μm以上16μm以下、好ましくは4μm以上8μm以下に設定される。
上記のように、集光点50a,50bと集光点50c,50dとを被加工物11の内部の異なる深さ位置に位置付けることにより、2層の改質層23を同時進行で形成できる。これにより、被加工物11に複数層の改質層23を形成する場合において、工程の簡略化及び加工時間の短縮を図ることができる。
ただし、集光点50a,50b,50c,50dは、被加工物11の内部の同一の深さ位置に所定の間隔で位置付けられてもよい。この場合には、加工送り速度が通常(同一の深さ位置に2つの集光点が位置付けられる場合)の2倍に設定される。これにより、2つの改質領域19を同時に形成するとともに、既に形成されている他の2つの改質領域19から亀裂21を被加工物11の厚さ方向に沿って同時に伸展させることができる。
また、改質層23の形成には、6つ以上の集光点で集光するレーザービームを用いてもよい。この場合には、被加工物11の内部の異なる深さ位置にそれぞれ2つの集光点を位置付けることにより、3層以上の改質層23を同時に形成できる。
さらに、6つ以上の集光点を、被加工物11の内部の同一の深さ位置に所定の間隔で位置付けてもよい。この場合には、加工送り速度が通常(同一の深さ位置に2つの集光点が位置付けられる場合)の3倍以上に設定される。これにより、3つの改質領域19を同時に形成するとともに、既に形成されている他の3つの改質領域19から亀裂21を被加工物11の厚さ方向に沿って同時に伸展させることができる。
その他、上記実施形態に係る構造、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。
(実施例)
次に、本発明に係るチップの製造方法によって製造したチップを評価した結果について説明する。本評価では、被加工物を従来の方法で分割することによって得られたチップ(比較例1及び比較例2)と、被加工物を本発明に係る方法で分割することによって得られたチップ(実施例)とを比較した。
まず、被加工物として、直径8インチ(200mm)、厚さ250μmの単結晶シリコンでなるウェーハW,W,Wを準備した。そして、ウェーハW,W,Wにそれぞれレーザービームを異なる条件で照射して改質層を形成した後、ウェーハW,W,Wに外力を付与し、ウェーハW,W,Wを個々のチップに分割した。
図12(A)は、比較例1に係るウェーハWの一部を示す断面図である。比較例1においては、2つの集光点La,Lbで集光するレーザービームLをウェーハWに照射することにより、ウェーハWに改質層23を分割予定ラインに沿って形成した。
具体的には、レーザービームLを高さ方向に2分岐し、集光点La,LbをウェーハWの内部の異なる深さ位置に位置付けた。この状態で、レーザービームLをウェーハWに照射しつつ加工送りを行い、2層の改質層23を同時進行で形成した。
比較例1におけるレーザービームLの照射条件は、以下のように設定した。
波長 :1080nm
繰り返し周波数 :100kHz
平均出力(分岐後):0.65W
加工送り速度 :500mm/s
その後、ウェーハWの厚さ方向における集光点La,Lbの位置を変更し、同様の手順でウェーハWに2層の改質層23を同時進行で形成する作業を、さらに2回繰り返した。これにより、ウェーハWの内部に計6層の改質層23を、ウェーハWの下面側から上面側に向かって順に形成した。
なお、1層目から4層目の改質層23の形成時には、ウェーハWの厚さ方向における集光点La,Lbの距離を6μmに設定した。また、5層目及び6層目の改質層23の形成時には、ウェーハWの厚さ方向における集光点La,Lbの距離を5μmに設定した。
図12(B)は、比較例2に係るウェーハWの一部を示す断面図である。比較例2においては、4つの集光点La,Lb,Lc,Ldで集光するレーザービームLをウェーハWに照射することにより、ウェーハWに改質層23を分割予定ラインに沿って形成した。
具体的には、レーザービームLを4つに分岐し、集光点La,Lb,Lc,Ldを分割予定ラインに沿って5μm間隔で配列するとともに、集光点La,Lbと集光点Lc,LdとをウェーハWの内部の異なる深さ位置に位置付けた。この状態で、レーザービームLをウェーハWに照射しつつ加工送りを行い、2層の改質層23を形成した。
なお、比較例2においては、集光点La,Lb,Lc,LdがそれぞれウェーハWの改質領域19が形成されていない領域に位置付けられるように、レーザービームLの繰り返し周波数及び加工送り速度を調節した。すなわち、集光点La,Lb,Lc,Ldが位置付けられた領域に4つの改質領域19を同時に形成することにより、2層の改質層23を同時進行で形成した。
比較例2におけるレーザービームLの照射条件は、以下のように設定した。
波長 :1080nm
繰り返し周波数 :100kHz
平均出力(分岐後):0.7W
加工送り速度 :1000mm/s
その後、ウェーハWの厚さ方向における集光点La,Lb,Lc,Ldの位置を変更し、同様の手順でウェーハWに2層の改質層23を同時進行で形成する作業を、さらに2回繰り返した。これにより、ウェーハWの内部に計6層の改質層23を、ウェーハWの下面側から上面側に向かって順に形成した。
なお、1層目から4層目の改質層23の形成時には、ウェーハWの厚さ方向における集光点La,Lbと集光点Lc,Ldとの距離を6μmに設定した。また、5層目及び6層目の改質層23の形成時には、ウェーハWの厚さ方向における集光点La,Lbと集光点Lc,Ldとの距離を5μmに設定した。
図12(C)は、実施例に係るウェーハWの一部を示す断面図である。実施例においては、4つの集光点La,Lb,Lc,Ldで集光するレーザービームLをウェーハWに照射することにより、ウェーハWに改質層23を分割予定ラインに沿って形成した。
具体的には、レーザービームLを4つに分岐し、集光点La,Lb,Lc,Ldを分割予定ラインに沿って5μm間隔で配列するとともに、集光点La,Lb,Lc,LdをウェーハWの厚さ方向において異なる位置(深さ)に位置付けた。この状態で、レーザービームLをウェーハWに照射しつつ加工送りを行い、2層の改質層23を形成した。
なお、実施例においては、集光点La,Lcが位置付けられた領域で2つの改質領域19が同時に形成され、且つ、集光点Lb,Ldが既にウェーハWに形成されている他の改質領域19の内部に位置付けられるように、レーザービームLの繰り返し周波数及び加工送り速度を調節した。具体的には、加工送り速度を比較例2の1/2に設定した。すなわち、実施例における改質層23の形成は、図11(A)及び図11(B)に示す改質層23の形成方法と同様である。
実施例におけるレーザービームLの照射条件は、以下のように設定した。
波長 :1080nm
繰り返し周波数 :100kHz
平均出力(分岐後):0.7W
加工送り速度 :500mm/s
その後、ウェーハWの厚さ方向における集光点La,Lb,Lc,Ldの位置を変更し、同様の手順でウェーハWに2層の改質層23を同時進行で形成する作業を、さらに2回繰り返した。これにより、ウェーハWの内部に計6層の改質層23を、ウェーハWの下面側から上面側に向かって順に形成した。
なお、1層目から4層目の改質層23の形成時には、ウェーハWの厚さ方向における集光点La,Lbと集光点Lc,Ldとの距離を6μmに設定した。また、5層目及び6層目の改質層23の形成時には、ウェーハWの厚さ方向における集光点La,Lbと集光点Lc,Ldとの距離を5μmに設定した。
その後、6層の改質層23が形成されたウェーハW,W,Wに外力を付与することにより(図9(A)及び図9(B)参照)、ウェーハW,W,Wをそれぞれ、改質層23を分割起点として分割予定ラインに沿って分割した。これにより、比較例1に係るチップC(ウェーハWの分割によって得られたチップ)、比較例2に係るチップC(ウェーハWの分割によって得られたチップ)、実施例に係るチップC(ウェーハWの分割によって得られたチップ)を得た。そして、チップC,C,Cの側面(分割面、破断面、劈開面)を顕微鏡で観察した。
図13(A)は比較例1に係るチップCの側面を示す画像図であり、図13(B)は比較例2に係るチップCの側面を示す画像図であり、図13(C)は実施例に係るチップCの側面を示す画像図である。なお、チップC,C,Cの画像中の黒く表示された部分は、チップC,C,Cの厚さ方向(画像の上下方向)に対して非平行であり、測定光が不規則に反射して明確に撮像されなかった領域に相当する。具体的には、チップC,C,Cに残存した改質領域及び亀裂や、ウェーハW,W,Wの破断時に形成されチップC,C,Cに残存した凹凸等が、画像中に黒く表示された。
図13(A)に示すチップCの側面では、複数の改質層と、改質層から伸展する亀裂とが観察された。また、チップCの側面の広範囲にわたって不規則な凹凸が形成されていることが確認された。これは、改質層から亀裂が不規則に伸展し、ウェーハWの分割が改質層に沿って適切に誘導されなかったことに起因すると推察される。
図13(B)に示すチップCの側面では、改質層が形成された領域に目立った凹凸が観察されなかった。これは、2つの改質領域を同時に形成することにより(図12(B)参照)、隣接する改質領域を連結させる亀裂が形成されやすくなり、ウェーハWの分割が改質層に沿って適切に誘導されたことに起因すると推察される。
しかしながら、改質層が形成されていない領域(改質層の間)には、太い帯状の凹凸が観察された。これは、改質層の形成方向(画像の左右方向)における亀裂の伸展は促進されるものの、チップCの厚さ方向(画像の上下方向)においては亀裂の伸展が制御されておらず、改質層が形成されていない領域で不規則な破断が生じたことに起因していると推察される。
図13(C)に示すチップCの側面では、改質領域が形成された領域のみでなく、改質層が形成されていない領域にも目立った凹凸が観察されなかった。これは、本実施例に係る方法で改質層を形成すると、改質層からウェーハWの厚さ方向に沿って伸展する亀裂の形成が促進され(図11(A)及び図11(B)参照)、ウェーハWの厚さ方向における破断が適切にアシストされることに起因していると推察される。
上記の評価結果より、本発明に係るチップの製造方法を用いると、ウェーハWが厚さ方向に沿って破断しやすくなり、チップCの側面の凹凸が低減されるため、チップCの品質低下の抑制に効果的であることが確認された。
11 被加工物
11a 表面(第1面)
11b 裏面(第2面)
13 分割予定ライン(ストリート)
15 デバイス
17 保護部材
19 改質領域(変質領域)
21 亀裂(クラック)
23 改質層(変質層)
25 エキスパンドシート
27 フレーム
27a 開口
29 チップ(デバイスチップ)
2 レーザー加工装置
4 チャックテーブル(保持テーブル)
4a 保持面
6 レーザー照射ユニット
8 レーザー加工ヘッド
10 レーザービーム
10a,10b 集光点(集光位置)
12 レーザー発振器
14 光学系
16 ミラー
18 レーザー分岐部
20 集光レンズ
22 コントローラ(制御ユニット、制御部、制御装置)
30 拡張装置(分割装置)
32 ドラム
34 フレーム保持ユニット
36 支持台
36a 開口
38 クランプ
40 ロッド
42 エアシリンダ
44 ベース
50 レーザービーム
50a,50b,50c,50d 集光点(集光位置)

Claims (1)

  1. 被加工物を分割予定ラインに沿って複数のチップに分割するチップの製造方法であって、
    該被加工物に対して透過性を有し、且つ、第1の集光点及び第2の集光点で集光するレーザービームを、該分割予定ラインに沿って該第1の集光点及び該第2の集光点を該被加工物の内部に位置付けた状態で、該分割予定ラインに沿って照射することにより、該被加工物の内部に複数の改質領域を形成する改質領域形成ステップと、
    該被加工物に外力を付与することにより、該改質領域を分割起点として該被加工物を該分割予定ラインに沿って個々の該チップに分割する分割ステップと、を含み、
    該改質領域形成ステップでは、該第1の集光点が位置付けられた領域に該改質領域を形成するとともに、該第2の集光点を該被加工物に形成されている他の該改質領域と重なるように位置付けた状態で該レーザービームを照射することを特徴とするチップの製造方法。
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