JP5231167B2 - 貼り合わせウエーハの分割方法及び該分割方法により製造されるデバイス - Google Patents

Description

本発明は、デバイスウエーハの表面に該デバイスを保護する保護ウエーハが貼り合わされた貼り合わせウエーハを、個々のチップに分割する貼り合わせウエーハの分割方法に関する。

表面にＩＣ、ＬＳＩ、固体撮像素子等のデバイスが複数形成され、それぞれのデバイスが格子状に形成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半導体ウエーハは、切削装置によってストリートに沿って切削されることで個々のデバイスへと分割され、分割されたデバイスは携帯電話等の各種電子機器に広く利用されている。

半導体ウエーハの切削には、切削ブレードを含む切削手段を備えたダイサーと呼ばれる切削装置が広く使用されている。切削ブレードはダイヤモンドやＣＢＮ等の超砥粒を金属や樹脂で固めた厚み１５〜３００μｍ程度の環状の切刃を有し、この切削ブレードが３００００ｒｐｍ程度の高速で回転しつつ被加工物へと切り込み、被加工物の一部を切削除去することで被加工物を分割する。

また、近年は被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザビームを用いて被加工物を分割する方法も試みられている。具体的には、被加工物内部に集光点を合わせ、ストリートに沿ってパルスレーザビームを照射して被加工物内部に変質層を連続的に形成し、変質層が形成されることによって強度が低下した被加工物に外力を加えることでストリートに沿って分割する方法である。

一方、例えば固体撮像素子が形成された半導体ウエーハの分割においては、雰囲気中の塵やごみ等が素子の表面に付着することでデバイス不良が発生する。そのため、予め半導体ウエーハの表面に保護部材をつけて貼り合わせウエーハを形成し、貼り合わせウエーハを分割することで各デバイスを製造する方法が広く採用されている。

例えば、シリコン基板上に固体撮像素子が形成された半導体ウエーハ（デバイスウエーハ）の場合には、半導体ウエーハ表面が受光面となるため、保護部材としてガラスウエーハが用いられる。

ところが、固体撮像素子が形成された半導体ウエーハにおいては、デバイスを作動させるための電極を形成する必要があり、一般には素子の外周を囲繞する形で電極が形成されている。このような形状のデバイスの場合、保護部材としてのガラスウエーハが貼り合わされた状態で各デバイスへと分割した上に、電極上面部分のガラスウエーハを除去する必要がある。
特許第３４０８８０５号公報

そこで、デバイスウエーハを各デバイスへと分割した後に、個々のデバイスの電極上面部分のガラスウエーハを除去する方法では作業効率が悪いため、切削ブレードで電極上面部分のガラスウエーハを切削除去した後、デバイスウエーハを切削して各デバイスへと分割する方法が考えられる。

しかし、この場合には、ガラスウエーハを切削することで発生するガラスの切削屑が電極に当たり、電極を傷つけてしまう恐れがある。電極が傷つけられると、後のボンディング工程においてボンディング不良が生じ、その結果、デバイスに不良が生じてしまうという問題がある。

本発明はこのような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、デバイスウエーハの表面に保護ウエーハが貼り合わされた貼り合わせウエーハをデバイスに損傷を与えることなく個々のチップに容易に分割可能な貼り合わせウエーハの分割方法を提供することである。

本発明によると、表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された各領域にそれぞれデバイスが形成されたデバイスウエーハの表面に、該デバイスを保護する保護ウエーハが貼り合わされた貼り合わせウエーハを、個々のデバイスに分割する貼り合わせウエーハの分割方法であって、前記各デバイスは、素子と、該素子の外周の直交する２辺の外側に電極が形成された電極形成領域と、該電極形成領域に対向する該素子外周の直交する２辺の外側の電極非形成領域とを含み、該保護ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザビームを該素子と該電極との間に位置付けて該分割予定ラインに平行に照射し、該保護ウエーハの内部に該分割予定ラインに平行な第１変質層を形成する第１変質層形成工程と、該デバイスウエーハに対して透過性を有する波長のレーザビームを該分割予定ラインに沿って照射し、該デバイスウエーハの内部に該分割予定ラインに沿って該電極形成領域と隣接するデバイスの該電極非形成領域との間に第２変質層を形成する第２変質層形成工程と、該保護ウエーハに前記第１変質層が形成され、該デバイスウエーハに前記第２変質層が形成された該貼り合わせウエーハに、外力を付与して該第１及び第２変質層に沿って該貼り合わせウエーハを個々のチップに分割する分割工程と、を具備したことを特徴とする貼り合わせウエーハの分割方法が提供される。

好ましくは、前記レーザビームの波長は１０６４ｎｍである。好ましくは、貼り合わせウエーハの分割方法は、第１変質層形成工程と第２変質層形成工程とを実施する前又は後に、貼り合わせウエーハより広い面積を有する粘着テープに該貼り合わせウエーハを貼着する粘着テープ貼着工程を更に具備している。

分割工程では、貼り合わせウエーハが貼着された粘着テープを拡張して貼り合わせウエーハを第１及び第２変質層に沿って個々のチップに分割するとともに、各チップ間に間隔を形成する。

好ましくは、デバイスは半導体イメージセンサから構成され、保護ウエーハはガラスウエーハから構成される。

本発明によると、切削ブレードを用いることなく、保護ウエーハとデバイスウエーハとにそれぞれ変質層を形成することで、デバイスウエーハ表面に保護ウエーハを貼り合わせた貼り合わせウエーハを容易に個々のチップに分割することができる。

また、電極が素子の２側面にのみ形成されているため、保護ウエーハとデバイスウエーハの分割位置を電極分ずつずらして分割することで、貼り合わせウエーハを各チップへと分割すると同時に容易に電極を露出させることが可能となる。

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を参照すると、デバイスウエーハ（半導体ウエーハ）２の表面側斜視図が示されている。デバイスウエーハ２の表面においては、格子状に形成された複数のストリート（分割予定ライン）４によって区画された領域に多数のデバイス６が形成されている。

各デバイス６は、素子８と、素子８の外周の直交する２辺の外側に複数の電極１０が形成された電極形成領域１１と、電極形成領域１１に対向する素子８の外周の直交する２辺の外側の電極非形成領域１３とを含んでいる。素子８は、例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子から構成される。

図２を参照すると、ガラス等の透明物質から形成された保護ウエーハ１２の斜視図が示されている。好ましい実施形態においては、保護ウエーハ１２はガラスから形成されているため、ガラスウエーハと言うことがある。

図３に示すように、保護ウエーハ１２が反転されてデバイスウエーハ２に貼り合わされ、貼り合わせウエーハ１４が得られる。保護ウエーハ１２は透明であるため、保護ウエーハ１２の上からストリート４及びデバイス６を視認することができる。

保護ウエーハ１２をデバイスウエーハ２に貼り合わせるために、図４に示すように各デバイス６の素子８の周囲のみに接着剤層１６をプリント印刷する。よって、デバイスウエーハ２と保護ウエーハ１２は各素子８の周囲の接着剤層１６のみで貼り合わされ、他の界面には接着剤は存在しない。図５を参照すると、貼り合わせウエーハ１４の拡大縦断面図が示されている。

図６はレーザ加工装置２０の要部斜視図を示している。レーザ加工装置２０のチャックテーブル２２上にはデバイスウエーハ２に保護ウエーハ１２を貼り合わせた貼り合わせウエーハ１４が吸引保持されている。

２４はレーザビーム照射ユニットであり、ハウジング２６中に従来よく知られたレーザビーム発振器、繰り返し周波数設定手段等が収容されている。レーザビーム照射ユニット２４のレーザビーム発振器から発振されたレーザビームは、集光器（レーザ照射ヘッド）２８により保護ウエーハ１２又はデバイスウエーハ２内部に集光されて変質層を形成する。

３０は集光器２８でレーザビームを集光するためのアライメントを実施するＣＣＤカメラ等の撮像手段であり、集光器２８とＸ軸方向に整列するようにレーザビーム照射ユニット２４に一体的に取り付けられている。レーザビーム照射ユニット２４は、図示しない移動機構によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。

本発明における変質層形成工程における加工条件は、例えば以下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
波長：１０６４ｎｍ
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
パルス幅：４０ｎｓ
平均出力：１Ｗ
集光スポット径：φ１μｍ
加工送り速度：１００ｍｍ／秒
次に、図７を参照して本発明による変質層形成工程について説明する。本発明の変質層形成工程は、保護ウエーハ１２内部に変質層を形成する第１変質層形成工程と、デバイスウエーハ２の内部に変質層を形成する第２変質層形成工程とから構成される。

まず、図７（Ａ）を参照して、第１変質層形成工程について詳細に説明する。この第１変質層形成工程では、保護ウエーハ１２に対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザビームを素子８と電極１０との間に位置付けて分割予定ライン４に平行に照射し、レーザビームを集光器２８で保護ウエーハ１２内部に集光して保護ウエーハ１２の内部に分割予定ライン４に平行な第１変質層３２を形成する。

次いで、図７（Ｂ）に示すように、デバイスウエーハ２の内部に第２変質層３４を形成する第２変質層形成工程を実施する。この第２変質層形成工程では、デバイスウエーハ２に対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザビームを分割予定ライン４に沿って照射し、集光器２８によりデバイスウエーハ２の内部にレーザビームを集光する。これにより、デバイスウエーハ２の内部に分割予定ライン４に沿って電極形成領域１１と隣接するデバイス６の電極非形成領域１３との間に第２変質層３４を形成する。

図７（Ｂ）に示す第２変質層形成工程が終了すると、貼り合わせウエーハ１４を保護部材付きの個々のチップ（デバイス）に分割する分割工程を実施する。この分割工程では、まず図８（Ａ）に示すように、保護ウエーハ１２側を下にして貼り合わせウエーハ１４を粘着テープ３６に貼着する。

そして、図８（Ｂ）に示すように、粘着テープ３６の４辺に粘着テープ３６を上下から挟むように引張部材３８を固着する。各引張部材３８を矢印Ａ〜Ｄ方向にそれぞれ引っ張ることにより、粘着テープ３６は拡張される。

その結果、図９（Ａ）に示すように、保護ウエーハ１２は第１変質層３２に沿って分割され、デバイスウエーハ２は第２変質層３４に沿って分割される。これにより、図９（Ｂ）に示すように、貼り合わせウエーハ１４を個々の保護部材付きチップ（保護部材付きデバイス）６Ａに容易に分割することができる。

粘着テープ３６として紫外線硬化型テープを使用すれば、図９（Ａ）に示すように貼り合わせウエーハ１４を保護部材付きチップ６Ａに分割した後、粘着テープ３６に紫外線を照射すれば粘着テープ３６の粘着力を低下させることができ、保護部材付きチップ６Ａを容易にピックアップすることができる。

次に、図１０乃至図１２を参照して、分割工程の他の実施形態について説明する。この分割工程の実施形態を実施するには、まず図１０に示すように貼り合わせウエーハ１４を粘着テープＴに貼着し、粘着テープＴの外周を環状フレームＦに貼着する。粘着テープＴとしては、例えば加熱により粘着力が低下するテープを使用する。

本実施形態のピックアップ工程では、図１１に示すようなテープ拡張装置４２により粘着テープＴを半径方向に拡張し、ピックアップしようとするデバイス間の間隔を広げてから保護部材付きデバイス６Ａをピックアップする。

図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すように、テープ拡張装置４２は固定円筒４４と、固定円筒４４の外周に配置された駆動手段により上下方向に移動される移動円筒４６とから構成される。固定円筒４４の内側には粘着テープＴを加熱するヒータ５０が配設されている。

図１１（Ａ）に示すように、貼り合わせウエーハ１４を支持した環状フレームＦを移動円筒４６上に搭載し、クランプ４８で固定する。この時、固定円筒４４の上面と移動円筒４６の上面とは概略同一平面上に保持されている。

図１１（Ａ）で矢印Ａ方向に移動円筒４６を移動すると、移動円筒４６は図１１（Ｂ）に示すように固定円筒４４に対して降下し、それに伴い粘着テープＴは半径方向に拡張され、その結果図１２に示すようにデバイス間の間隔も拡張される。

次いで、ヒータ５０で粘着テープＴを約１００℃程度に加熱すると、粘着テープＴの粘着力は著しく低下する。よって、ピックアップ装置５２による個々の保護部材付きデバイス６Ａのピックアップ作業を容易に且つ円滑に行うことができる。

粘着テープＴとして、加熱により粘着力が低下するテープに換えて紫外線照射により粘着力が低下する紫外線硬化型テープを使用するようにしてもよい。この場合には、図１１のヒータ５０に換えて紫外線照射器を設置する。

第１変質層形成工程及び第２変質層形成工程を実施する前に図８に示すように保護ウエーハ１２を粘着テープ３６に貼着した場合には、デバイスウエーハ２はその裏面が上を向きストリート４は下を向くため、アライメントはＩＲカメラで実施する。

デバイスウエーハ（半導体ウエーハ）の表面側斜視図である。 保護ウエーハの斜視図である。 デバイスウエーハに保護ウエーハが貼り合わされた貼り合わせウエーハの斜視図である。 プリントされた接着剤層の配置を示すデバイスウエーハの拡大平面図である。 貼り合わせウエーハの拡大縦断面図である。 レーザ加工装置の要部を示す斜視図である。 図７（Ａ）は第１変質層形成工程を説明する断面図、図７（Ｂ）は第２変質層形成工程を説明する断面図である。 図８（Ａ）は粘着テープに貼り合わせウエーハを貼着した状態の斜視図、図８（Ｂ）は分割工程を説明する斜視図である。 図９（Ａ）は分割工程を実施して貼り合わせウエーハが個々の保護部材付きチップに分割された状態の断面図、図９（Ｂ）は保護部材付きチップの正面図である。 貼り合わせウエーハが粘着テープを介して環状フレームに支持された状態の斜視図である。 貼り合わせウエーハの分割工程及び保護部材付きチップのピックアップ工程を説明する説明図である。 粘着テープが拡張されて貼り合わせウエーハが個々の保護部材付きチップに分割された状態の断面図である。

符号の説明

２ デバイスウエーハ（半導体ウエーハ）
４ ストリート（分割予定ライン）
６ デバイス（チップ）
６Ａ 保護部材付きデバイス（保護部材付きチップ）
８ 素子
１０ 電極
１２ 保護ウエーハ
１４ 貼り合わせウエーハ
１６ 接着剤層
２０ レーザ加工装置
２４ レーザ照射ユニット
２８ 集光器（レーザ照射ヘッド）
３０ 撮像手段
３２ 第１変質層
３４ 第２変質層
３６ 粘着テープ
４２ ピックアップ装置
４４ 固定円筒
４６ 移動円筒

Claims (5)

1. 表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインによって区画された各領域にそれぞれデバイスが形成されたデバイスウエーハの表面に、該デバイスを保護する保護ウエーハが貼り合わされた貼り合わせウエーハを、個々のデバイスに分割する貼り合わせウエーハの分割方法であって、
   前記各デバイスは、素子と、該素子の外周の直交する２辺の外側に電極が形成された電極形成領域と、該電極形成領域に対向する該素子外周の直交する２辺の外側の電極非形成領域とを含み、
   該保護ウエーハに対して透過性を有する波長のレーザビームを該素子と該電極との間に位置付けて該分割予定ラインに平行に照射し、該保護ウエーハの内部に該分割予定ラインに平行な第１変質層を形成する第１変質層形成工程と、
   該デバイスウエーハに対して透過性を有する波長のレーザビームを該分割予定ラインに沿って照射し、該デバイスウエーハの内部に該分割予定ラインに沿って該電極形成領域と隣接するデバイスの該電極非形成領域との間に第２変質層を形成する第２変質層形成工程と、
   該保護ウエーハに前記第１変質層が形成され、該デバイスウエーハに前記第２変質層が形成された該貼り合わせウエーハに、外力を付与して該第１及び第２変質層に沿って該貼り合わせウエーハを個々のチップに分割する分割工程と、
   を具備したことを特徴とする貼り合わせウエーハの分割方法。
2. 前記レーザビームの波長は１０６４ｎｍである請求項１記載の貼り合わせウエーハの分割方法。
3. 前記第１変質層形成工程と前記第２変質層形成工程とを実施する前又は後に、前記貼り合わせウエーハより広い面積を有する粘着テープに該貼り合わせウエーハを貼着する粘着テープ貼着工程を更に具備し、
   前記分割工程では、該貼り合わせウエーハが貼着された該粘着テープを拡張して該貼り合わせウエーハを前記第１及び第２変質層に沿って個々のチップに分割するとともに、各チップ間に間隔を形成する請求項１又は２記載の貼り合わせウエーハの分割方法。
4. 前記デバイスは半導体イメージセンサから構成され、前記保護ウエーハはガラスウエーハから構成される請求項１〜３の何れかに記載の貼り合わせウエーハの分割方法。
5. 請求項１〜４の何れかに記載の貼り合わせウエーハの分割方法により製造されるデバイス。

Images