JP2005142303A - シリコンウエーハの分割方法および分割装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコンウエーハに熱影響を与えることなく確実に分割することができるシリコンウエーハの分割方法を提供する。
【解決手段】シリコンウエーハ１０を所定の分割予定ラインに沿って分割するシリコンウエーハの分割方法であって、シリコンウエーハ１０に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を該分割予定ラインに沿って照射してシリコンウエーハ１０の内部から少なくともレーザー光線が照射される面１０ｂに露出する変質層１１０を形成する変質層形成行程と、変質層１１０が形成された該分割予定ラインに沿って該変質層１１０が露出された側からシリコンウエーハ１０に対して吸収性を有するレーザー光線を照射して分割予定ラインに沿って熱応力を発生せしめることによりシリコンウエーハ１０を分割予定ラインに沿って分割する分割行程とを含む。
【選択図】図１１

Description

本発明は、シリコンウエーハを所定の分割予定ラインに沿って分割するシリコンウエーハの分割方法および分割装置に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状であるシリコン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切断予定ラインによって多数の矩形領域を区画し、該矩形領域の各々にＩＣ、ＬＳＩ等の回路を形成する。このように多数の回路が形成されたシリコンウエーハを切断予定ラインに沿って分離することにより、個々の半導体チップを形成する。この半導体チップは、携帯電話やパソコン等の電気機器に広く利用されている。この切断予定ラインに沿った分割は、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、シリコン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移動手段とを具備している。切削手段は、高速回転せしめられる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。

一方、近年シリコン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改質層を連続的に形成し、この改質層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。）
特開平２００２−１９２３６７号公報

また、上述したように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て被加工物の内部に分割予定ラインに沿って改質層を連続的に形成し、被加工物に対して吸収性を有するレーザー光線を分割予定ラインに沿って照射することによりストレスを生じさせて破断する方法も提案されている。（例えば、特許文献２参照。）
特開平２００３−８８９７５号公報

而して、上述した特開平２００２−１９２３６７号公報に開示された分割方法によると、被加工物の内部に形成された改質層に沿って外力を加える際に、改質層が内部に隠れているために改質層に沿って大きな外力を加える必要があり、チップを破壊するという問題がある。
また、上述した特開平２００３−８８９７５号公報に開示された分割方法によると、被加工物の内部に改質層が形成されているので分割するためには大きな熱応力が必要となり、被加工物に対して吸収性を有する強いレーザー光線を照射することによりその熱応力によってチップが破損する。

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、シリコンウエーハに対して透過性を有するレーザー光線を照射することによりシリコンウエーハの内部に変質層を形成し、この変質層に沿って表面から裏面に垂直に割断面を形成することができるとともに、シリコンウエーハに熱影響を与えることなく確実に分割することができるシリコンウエーハの分割方法および分割装置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、シリコンウエーハを所定の分割予定ラインに沿って分割するシリコンウエーハの分割方法であって、
該シリコンウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を該分割予定ラインに沿って照射し、該シリコンウエーハの内部から少なくともレーザー光線が照射される面に露出する変質層を形成する変質層形成行程と、
該変質層が形成された該分割予定ラインに沿って該変質層が露出された側からシリコンウエーハに対して吸収性を有するレーザー光線を照射し、該分割予定ラインに沿って熱応力を発生せしめることにより該シリコンウエーハを該分割予定ラインに沿って分割する分割行程と、を含む、
ことを特徴とするシリコンウエーハの分割方法が提供される。

上記変質層形成行程において形成される変質層は、溶融再固化層であるとが望ましく、またシリコンウエーハの一方の面から他方の面に渡って形成されることが望ましい。

また、本発明によれば、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に該被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射する第１のレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物に該被加工物に対して吸収性を有するレーザー光線を照射する第２のレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該第１のレーザー光線照射手段および該第２のレーザー光線照射手段を加工送り方向に相対移動せしめる加工送り手段と、該チャックテーブルと該第１のレーザー光線照射手段および該第２のレーザー光線照射手段を該加工送り方向と直角な割り出し送り方向に相対移動せしめる割り出し送り手段と、を具備している、
ことを特徴とする分割装置が提供される。

本発明においては、変質層形成行程においてシリコンウエーハの内部から少なくともレーザー光線が照射される面に露出する変質層が形成された分割予定ラインに、分割行程において変質層が露出された側からシリコンウエーハに対して吸収性を有するレーザー光線を照射して熱応力を発生せしめることにより分割予定ラインに沿って割断部を形成して分割する。この割断部の割断面は板状物の表面から裏面に垂直に形成されるので、割断面が板状物の表面から裏面に垂直に形成されないことにより斜めに破断して分割されたチップに損傷を与えることを防止することができる。また、本発明によれば、変質層形成行程においてシリコンウエーハの内部に形成される変質層は少なくともレーザー光線が照射される面に露出して形成されるので、割断するのに必要な応力値を低減することができ、分割工程において照射するレーザー光線の出力を小さくすることが可能となり、シリコンウエーハに過大な熱応力を与えずに熱影響を少なく分割することができる。
更に本発明による分割装置においては、チャックテーブルに保持された被加工物にパルスレーザー光線を照射する第１のレーザー光線照射手段と、チャックテーブルに保持された被加工物に連続波レーザー光線を照射する第２のレーザー光線照射手段とを具備しているので、上述した変質層形成行程と分割工程をチャックテーブルにシリコンウエーハを保持し直すことなく実施することができる。

以下、本発明によるシリコンウエーハの分割方法および分割装置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、本発明に従って構成された分割装置の斜視図が示されている。図１に示された分割装置は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２に上記矢印Ｘで示す加工送り方向と直角な矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に配設された第１のレーザー光線照射ユニット支持機構４ａと、該第１のレーザー光線ユニット支持機構４ａに矢印Ｚで示す方向に移動可能に配設された第１のレーザー光線照射ユニット５ａと、第２のレーザー光線照射ユニット支持機構４ｂと、該第２のレーザー光線ユニット支持機構４ｂに矢印Ｚで示す方向に移動可能に配設された第２のレーザー光線照射ユニット５ｂとを具備している。

上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上に矢印Ｘで示す加工送り方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上に矢印Ｘで示す方向に移動可能に配設された第一の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持された支持テーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１の被加工物載置面３６１ａ上に被加工物である例えば円盤状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。また、チャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。

上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に図示しない減速装置を介して伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第一の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿って矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられる。

上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動させるための第１の割り出し送り手段３８を具備している。第１の割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に図示しない減速装置を介して伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。

上記第１のレーザー光線照射ユニット支持機構４ａは、静止基台２上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上に矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一側面に矢印Ｚで示す方向即ち上記チャックテーブル３６の被加工物載置面３６１ａに垂直方向に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態における第１のレーザー光線照射ユニット支持機構４ａは、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿って割り出し送り方向である矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動させるための第２の割り出し送り手段４３を具備している。第２の割り出し送り手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロッド４３１と、該雄ねじロッド４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に図示しない減速装置を介して伝動連結されている。なお、雄ネジロッド４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロッド４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿って矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられる。

図示の実施形態のおける第１のレーザー光線照射ユニット５ａは、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられた第１のレーザー光線照射手段６ａを具備している。ユニットホルダ５１は、上記装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に摺動可能に嵌合する一対の被案内溝５１１、５１１が設けられており、この被案内溝５１１、５１１を上記案内レール４２３、４２３に嵌合することにより、矢印Ｚで示す方向に移動可能に支持される。図示の実施形態における第１のレーザー光線照射ユニット５ａは、ユニットホルダ５１を一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向に移動させるための集光点位置調整手段５３を具備している。集光点位置調整手段５３は、上記一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロッド（図示せず）と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、ユニットホルダ５１および第１のレーザー光線照射ユニット５ａを案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す方向に移動せしめる。なお、第１のレーザー光線照射手段６ａについては、後で詳細に説明する。

上記第１のレーザー光線照射手段６ａを構成するケーシング６０の前端部には、撮像手段７が配設されている。この撮像手段７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。

次に、上記第２のレーザー光線照射ユニット支持機構４ｂおよび第２のレーザー光線照射ユニット５ｂについて説明する。なお、第２のレーザー光線照射ユニット支持機構４ｂおよび第２のレーザー光線照射ユニット５ｂについては、上記第１のレーザー光線照射ユニット支持機構４ａおよび第１のレーザー光線照射ユニット５ａの構成部材と実質的に同一機能を有する各構成部材には同一符号を付して説明する。
第２のレーザー光線照射ユニット支持機構４ｂは上記第１のレーザー光線照射ユニット支持機構４ａと平行に配設され、第２のレーザー光線照射ユニット支持機構４ｂの可動支持基台４２と上記第１のレーザー光線照射ユニット支持機構４ａの可動支持基台４２とが対向して配設されている。従って、上記第１のレーザー光線照射ユニット支持機構４ａの可動支持基台４２を構成する装着部４２２に配設された第１のレーザー光線照射ユニット５ａと、第２のレーザー光線照射ユニット支持機構４ｂの可動支持基台４２を構成する装着部４２２に配設された第２のレーザー光線照射ユニット５ｂとは、近接した位置に線対称に配置される。なお、第２のレーザー光線照射ユニット５ｂのレーザー光線照射手段５２を構成するケーシング６０の前端部には、撮像手段は配設されていない。

ここで、上記第１のレーザー光線照射ユニット５ａの第１のレーザー光線照射手段６ａおよび第２のレーザー光線照射ユニット５ｂの第２のレーザー光線照射手段６ｂについて、図１乃至図３を参照して説明する。
図示の第１のレーザー光線照射手段６ａは、上記ユニットホルダ５１に固定され実質上水平に延出する円筒形状のケーシング６０を含んでいる。ケーシング５２１内には図２に示すようにパルスレーザー光線発振手段６１と伝送光学系６２とが配設されている。パルスレーザー光線発振手段６１は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器６１１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段６１２とから構成されている。伝送光学系６２は、ビームスプリッタの如き適宜の光学要素を含んでいる。上記ケーシング６０の先端部には、それ自体は周知の形態でよい組レンズから構成される集光レンズ（図示せず）を収容した集光器６３が装着されている（図１参照）。上記パルスレーザー光線発振手段６１から発振されたレーザー光線は、伝送光学系６２を介して集光器６３に至り、集光器６３から上記チャックテーブル３６に保持される被加工物に所定の集光スポット径で照射される。

次に、第２のレーザー光線照射手段６ｂについて図３を参照して説明する。なお、図３に示す第２のレーザー光線照射手段６ｂにおいては、上記図２に示す第１のレーザー光線照射手段６ａと同一部材には同一符号を付して、その説明は省略する。図３に示す第２のレーザー光線照射手段６ｂは、Ｎｄ：ＹＡＧ第二高調波レーザー光線発振器等からなる連続波レーザー光線発振手段６４を備えている。この連続波レーザー光線発振手段６４から発振されたレーザー光線は、伝送光学系６２を介して集光器６３に至り、集光器６３から上記チャックテーブル３６に保持される被加工物に所定の集光スポット径で照射される。

ここで、上述した第１のレーザー光線照射手段６ａおよび第２のレーザー光線照射手段６ｂによって照射されるレーザー光線の集光スポット径Ｄについて、図４を参照して説明する。即ち、集光スポット径Ｄは、図４に示すようにガウス分布を示すレーザー光線が集光器６３の対物集光レンズ６３１を通して照射される場合、Ｄ（μｍ）＝４×λ×ｆ／（π×Ｗ）、ここでλはレーザー光線の波長（μｍ）、Ｗは対物集光レンズ６３１に入射されるレーザー光線の直径（ｍｍ）、ｆは対物集光レンズ６３１の焦点距離（ｍｍ）、で規定される。

次に、上述した分割装置を用いてシリコンウエーハを所定の分割予定ラインに沿って分割する方法について説明する。
図５には、本発明に従って分割されるシリコンウエーハ１０の斜視図が示されている。図５に示すシリコンウエーハ１０は、表面１０ａに複数の分割予定ライン１１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１１によって区画された複数の領域に回路１２が形成されている。このシリコンウエーハ１０を個々の半導体チップに分割する分割方法について、図６乃至図１４を参照して説明する。

図示の実施形態においては、先ず上記シリコンウエーハ１０をダイシングテープに貼着するダイシングテープ装着工程を実施する。即ち、図６に示すようにシリコンウエーハ１０を環状のダイシングフレーム８の内側開口部を覆うように外周部が装着されたポリオレフィンシート等からなるダイシングテープ９の上面に表面１０ａ側を貼着する。従って、シリコンウエーハ１０は裏面１０ｂを上側にしてダイシングテープ９に貼着される。

次に、ダイシングフレーム８にダイシングテープ９を介して支持されたシリコンウエーハ１０は、図１に示すように図示しない被加工物搬送手段よって上記チャックテーブル機構３を構成するチャックテーブル３６の吸着チャック３６１上に搬送され、該吸着チャック３６１に吸引保持される。このようにしてシリコンウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７の作動により案内レール３１、３１に沿って移動せしめられ第１のレーザー光線照射ユニット５ａに配設された撮像手段７の直下に位置付けられる。

上述したようにチャックテーブル３６が撮像手段７の直下に位置付けられると、撮像手段７および図示しない制御手段によってシリコンウエーハ１０に形成されている第１の方向のストリートと、ストリートに沿って第１のレーザー光線照射ユニット５ａを構成する第１のレーザー光線照射手段６ａの集光器６３および第２のレーザー光線照射ユニット５ｂを構成する第２のレーザー光線照射手段６ｂの集光器６３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が実行され、レーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。また、シリコンウエーハ１０に形成されている第２の方向のストリートに対しても、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。なお、上記アライメント遂行時においては、シリコンウエーハ１０の分割予定ライン１１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７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から透かして分割予定ライン１１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３６上に保持されているシリコンウエーハ１０に形成されている分割予定ライン１１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、シリコンウエーハ１０に対して透過性を有するレーザー光線を分割予定ライン１１に沿って照射し、シリコンウエーハ１０の内部から少なくともレーザー光線が照射される面に露出する変質層を形成する変質層形成行程を実施する。この変質層形成行程は、図７の（ａ）で示すようにチャックテーブル３６をパルスレーザー光線を照射する第１のレーザー光線照射手段６ａの集光器６３が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分割予定ライン１１の一端（図７の（ａ）において左端）を第１のレーザー光線照射手段６ａの集光器６３の直下に位置付ける。そして、集光器６３からシリコンウエーハ１０に対して透過性を有するパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６即ちシリコンウエーハ１０を図７の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の送り速度で移動せしめる。そして、図７の（ｂ）で示すように第１のレーザー光線照射手段６ａの集光器６３の照射位置が分割予定ライン１１の他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３６即ちシリコンウエーハ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をシリコンウエーハ１０の表面１０ａ（下面）付近に合わせることにより、表面１０ａ（下面）に露出するとともに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。

なお、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
パルス幅 ；４０ｎｓ
集光点のピークパワー密度；３．２×１０^１０Ｗ／ｃｍ^２
繰り返し周波数 ：１００ｋＨｚ
加工送り速度 ；１００ｍｍ／秒

なお、シリコンウエーハ２の厚さが厚い場合には、図８に示すように集光点Ｐを段階的に変えて上述した変質層形成工程を複数回実行することにより、複数の変質層１１０を形成する。なお、上述した加工条件においては１回に形成される変質層の厚さは約５０μｍであるため、図示の実施形態においては厚さが３００μｍのシリコンウエーハ２に対して６層の変質層を形成する。この結果、シリコンウエーハウエーハ２の内部に形成される変質層１１０は、分割予定ライン１１に沿って表面１０ａから裏面１０ｂに渡って形成され、表面１０ａおよび裏面１０ｂに露出される。

上述したようにシリコンウエーハ１０に形成された所定方向の分割予定ライン１１に沿って変質層１１０を形成したならば、チャックテーブル３６を分割予定ライン１１の間隔だけ図１において矢印Ｙで示す方向に割り出し送りし、再度上記のようにパルスレーザー光線を照射しつつ加工送りを遂行する。そして、所定方向に形成された全ての分割予定ライン１１に沿って上記加工送りと割り出し送りを遂行したならば、チャックテーブル３６を９０度回動せしめて、上記所定方向に対して直角に形成された分割予定ライン１１に沿って上記加工送りと割り出し送りを実行することにより、シリコンウエーハ１０の内部に全ての分割予定ライン１１に沿って変質層１１０を形成することができる。

次に、変質層形成工程によってシリコンウエーハ１０の分割予定ライン１１に沿って形成される変質層の他の実施形態について、図９を参照して説明する。
図９に示す実施形態においては、最初の変質層を形成する際にシリコンウエーハ１０の表面１０ａ（下面）から所定量上方の位置に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射して変質層を形成し、集光点を段階的に上方に移動して裏面１０ｂ（上面）に露出する変質層１１０を形成したものである。従って、図９に示す実施形態においては、シリコンウエーハ１０の裏面１０ｂ（上面）にだけ変質層１１０が露出される。

上述したようにシリコンウエーハ１０の内部に形成された変質層１１０は強度が低下せしめられ、非常に小さい応力で割断できる。
ここで、上記変質層形成工程においてシリコンウエーハ１０の分割予定ライン１１に沿って形成される変質層１１０の深さと分割予定ライン１１に沿って分割するに必要な応力の関係についての実験例について説明する。
実験例
直径が６インチで厚さが３００μｍのシリコンウエーハに上述した変質層形成工程によってそれぞれ異なる深さの変質層を形成し、三点曲げ試験法により上記変質層を破断するのに必要な曲げ応力を測定した。図１３はその試験結果を示すもので、縦軸は変質層の深さ（μｍ）、縦軸は分割予定ライン１１を破断するのに必要な曲げ応力（ＭＰａ）である。図１３から判るように変質層の深さが深い程、即ちシリコンウエーハの厚さに対して変質層の割合が大きい程分割予定ライン１１を破断するのに必要な曲げ応力（ＭＰａ）が大きく低減することが判る。特に、変質層の深さが３００μｍ即ち変質層がシリコンウエーハの一方の面から他方の面に渡って形成した場合には、分割予定ライン１１を破断するのに必要な曲げ応力（ＭＰａ）が１０ＭＰａとなり、変質層の深さがシリコンウエーハの厚（３００μｍ）さに対して９０％（２７０μｍ）の場合と比較して３．５分の１（１／３．５）となる。従って、上記変質層形成工程においてシリコンウエーハ１０の分割予定ライン１１に沿って形成される変質層１１０は、シリコンウエーハの一方の面から他方の面に渡って形成することが望ましい。

上述した変質層形成行程を実施したならば、変質層１１０が形成された分割予定ライン１１に沿って変質層１１０が露出された側からレーザー光線を照射し、分割予定ライン１１に沿って熱応力を発生せしめることによりシリコンウエーハ１０を分割予定ライン１１に沿って分割する分割行程を実施する。このとき図８および図９に示す実施形態においては、変質層１１０がシリコンウエーハ１０の裏面１０ｂ（上面）に露出して形成されているので、シリコンウエーハ１０を反転してチャックテーブル３６に保持し直す必要がなく、変質層形成行程を実施した状態で分割工程を実施することができる。

分割工程について図１０および図１１を参照して説明する。なお、図１０および図１１に示す実施形態は、上記変質層形成行程において図８に示すように表面１０ａ（下面）および裏面１０ｂ（下面）に変質層１１０が露出して形成されシリコンウエーハ１０に分割工程を実施する例である。
即ち、図１０に示すようにチャックテーブル３６を連続波レーザー光線を照射する第２のレーザー光線照射手段６ｂの集光器６３が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分割予定ライン１１の一端（図１０において左端）を第２のレーザー光線照射手段６ｂの集光器６３の直下に位置付ける。そして、集光器６３からシリコンウエーハ１０に対して吸収性を有する連続波レーザー光線を照射しつつチャックテーブル３６即ちシリコンウエーハ１０を図１０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、所定の分割予定ライン１１の他端（図１０において右端）が集光器６３の照射位置に達したら、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３６即ちシリコンウエーハ１０の移動を停止する。この分割工程においては、連続波レーザー光線の集光点Ｐをウエーハ１０の裏面１０ｂ（上面）に合わせ、変質層１１０が形成された分割予定ライン１１を加熱することにより熱応力を発生せしめ、ヒートショックを与える。この結果、図１１に示すようにシリコンウエーハ１０は、変質層１１０が形成された分割予定ライン１１に沿って割断部１１１が形成され分割される。なお、分割工程において変質層１１０が形成された分割予定ライン１１に沿って照射するレーザー光線は、シリコンウエーハ１０を加熱して適度な温度勾配（１００〜４００°Ｃ）を与える程度の出力で十分であり、シリコンを溶融させることはない。

図１２は、上記変質層形成行程において図９に示すように裏面１０ｂ（下面）にだけ変質層１１０が露出して形成されシリコンウエーハ１０に上述した分割工程を実施した例である。即ち、図１２に示すようにウエーハ１０も、上述した実施形態と同様に変質層１１０が形成された分割予定ライン１１に沿って割断部１１１が形成され分割される。

なお、上記分割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Ｎｄ：ＹＡＧ第二高調波レーザー（ＣＷ）
波長 ；５３２ｎｍ
出力 ：１０Ｗ
集光スポット径 ：φ０．５ｍｍ（変質層１１０を含む比較的広い領域を加熱する）
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒

上述したよう分割行程を実施したならば、チャックテーブル３６を分割予定ライン１１の間隔だけ図１において矢印Ｙで示す方向に割り出し送りし、再度上記のように連続波レーザー光線を照射しつつ加工送りを遂行する。そして、所定方向に形成された全ての分割予定ライン１１に沿って上記加工送りと割り出し送りを遂行したならば、チャックテーブル３６を９０度回動せしめて、上記所定方向に対して直角に形成された分割予定ライン１１に沿って上記加工送りと割り出し送りを実行することにより、ウエーハ１０に形成された分割予定ライン１１に沿って割断部１１１が形成され分割される。なお、分割予定ライン１１に沿って割断部１１１が形成されることにより、ウエーハ１０は個々の半導体チップに分割されるが、ウエーハ１０の裏面１０ｂがダイシングテープ８に貼着されているので、バラバラにはならずウエーハの形態が維持されている。

上記図１１および図１２に示すように分割された割断部１１１の割断面は、ウエーハ１０の裏面１０ｂ（上面）から表面１０ａに垂直に形成される。即ち、ウエーハ１０の分割予定ライン１１に沿って形成された変質層１１０は上述したように溶融再固化状態（単結晶ではない）で、分割予定ライン１１以外の方向に向いたクラックができにくい。そのため、分割予定ライン１１と異なる方向にクラックが発生して割れることがない。従って、割断部１１１によって回路１２が損傷されることはない。また、ウエーハ１０の分割予定ライン１１に沿って変質層１１０を少なくとも一方の面に露出して形成するとともに、変質層１１０が露出した側からレーザー光線を照射することにより分割に必要な応力が低減するため、上記分割工程において照射する連続波レーザー光線の出力を低減することができ、装置および電力のコストダウンを図ることができるとともに、ウエーハに与える熱の影響を低減することができる。このようにレーザー光線の出力を低減することができるので、シリコンウエーハに熱影響を与えることがない。

ここで、上記分割工程において照射するレーザー光線の波長とシリコンの吸収係数について、図１４を参照して説明する。
図１４において、横軸は光の波長（ｎｍ）、縦軸はシリコンの吸収係数を示している。図１４に示すように光の波長は小さい程シリコンの吸収係数は高い値を示している。上述したようにシリコンウエーハウエーハ２の内部形成された変質層１１０は強度が低下せしめられ、非常に小さい熱応力で割断できるため、低出力のＣＷレーザーで分割することができる。従って、安価で制御が容易な１０Ｗ程度のレーザーダイオードや低出力のＮｄ：ＹＡＧの第二高調波といったレーザー光線を用いることが可能となる。

次に、上述した連続波レーザー光線を照射する第２のレーザー光線照射手段６ｂの集光器の他の実施形態について、図１５を参照して説明する。
図１５に示す第２のレーザー光線照射手段６ｂの集光器６３ｂは、第１の対物集光レンズ６３１ｂと第２の対物集光レンズ６３２ｂを備えている。そして、第１の対物集光レンズ６３１ｂの上流側にハーフミラー６３３ｂが配設され、第２の対物集光レンズ６３２ｂの上流側にミラー６３４ｂが配設されている。このように構成された集光器６３ｂは、上述した図３に示す連続波レーザー光線発振手段６４から発振されたレーザー光線が伝送光学系６２を介して到達すると、ハーフミラー６３３ｂによって半分は反射され他の半分は透過せしめられる。この結果、ハーフミラー６３３ｂを透過したレーザー光線は第１の対物集光レンズ６３１ｂから被加工物に照射され、ハーフミラー６３３ｂによって反射されレーザー光線はミラー６３４ｂで反射されて第２の対物集光レンズ６３２ｂから被加工物に照射される。上述した分割工程において照射するレーザー光線は低出力でよいことから、上記のように構成された集光器６３ｂを用いることにより、上述した分割工程を２本の分割予定ラインに沿って同時に実施することができ、生産性を高めることができる。なお、ハーフミラーと対物集光レンズを更に組み合わせて複数のレーザーを被加工物に照射するように構成することにより、更に生産性を高めることができる。

本発明によって構成された分割装置の斜視図。 図１に示す分割装置に装備されるパルスレーザ光線照射手段の構成を簡略に示すブロック図。 図１に示す分割装置に装備される連続波レーザ光線照射手段の構成を簡略に示すブロック図。 レーザー光線の集光スポット径を説明するための簡略図。 本発明による分割方法によって分割されるシリコンウエーハの斜視図。 本発明によるシリコンウエーハの分割方法のダイシングテープ装着工程を示す説明図。 本発明によるシリコンウエーハの分割方法の変質層形成行程における一実施形態を示す説明図。 図７に示す変質層形成行程によってシリコンウエーハに形成された変質層を示す説明図。 本発明によるシリコンウエーハの分割方法の変質層形成行程における他の実施形態のよってシリコンウエーハに形成された変質層を示す説明図。 本発明によるシリコンウエーハの分割方法の分割行程を示す説明図。 図８に示す変質層が形成されたシリコンウエーハに分割行程を実施し分割予定ラインに沿って割断部が形成された状態を拡大して示す説明図。 図９に示す変質層が形成されたシリコンウエーハに分割行程を実施し分割予定ラインに沿って割断部が形成された状態を拡大して示す説明図。 本発明によるシリコンウエーハの分割方法の変質層形成行程において形成される変質層の深さと破断するのに必要な曲げ応力との関係を示すグラフ。 レーザー光線の波長とシリコンの吸収係数との関係を示すグラフ。 図１に示す分割装置に装備される連続波レーザ光線照射手段を構成する集光器の他の実施形態を示す概略構成図。

符号の説明

２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３１：案内レール
３２：第一の滑動ブロック
３３：第２の滑動ブロック
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３８：第１の割り出し送り手段
４ａ：第１のレーザー光線照射ユニット支持機構
４ｂ：第２のレーザー光線照射ユニット支持機構
４１：案内レール
４２：可動支持基台
４３：第２の割り出し送り手段
５ａ：第１のレーザー光線照射ユニット
５ｂ：第２のレーザー光線照射ユニット
５１：ユニットホルダ
５３：集光点位置調整手段
６ａ：第１のレーザー光線照射手段
６ｂ：第１のレーザー光線照射手段
６１：パルスレーザー光線発振手段
６１１：パルスレーザー光線発振器
６１２：繰り返し周波数設定手段
６２：伝送光学系
６３：集光器
６４：連続波レーザー光線発振手段
７：撮像手段
１０：シリコンウエーハ
１１：分割予定ライン
１２：回路

Claims (4)

1. シリコンウエーハを所定の分割予定ラインに沿って分割するシリコンウエーハの分割方法であって、
   該シリコンウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を該分割予定ラインに沿って照射し、該シリコンウエーハの内部から少なくともレーザー光線が照射される面に露出する変質層を形成する変質層形成行程と、
   該変質層が形成された該分割予定ラインに沿って該変質層が露出された側からシリコンウエーハに対して吸収性を有するレーザー光線を照射し、該分割予定ラインに沿って熱応力を発生せしめることにより該シリコンウエーハを該分割予定ラインに沿って分割する分割行程と、を含む、
   ことを特徴とするシリコンウエーハの分割方法。
2. 該変質層形成行程において形成される該変質層は、溶融再固化層である、請求項１記載のウエーハの分割方法。
3. 該変質層形成工程において形成される該変質層は、該ウエーハの一方の面から他方の面に渡って形成される、請求項１または２記載のウエーハの分割方法。
4. 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に該被加工物に対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射する第１のレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルに保持された被加工物に該被加工物に対して吸収性を有するレーザー光線を照射する第２のレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該第１のレーザー光線照射手段および該第２のレーザー光線照射手段を加工送り方向に相対移動せしめる加工送り手段と、該チャックテーブルと該第１のレーザー光線照射手段および該第２のレーザー光線照射手段を該加工送り方向と直角な割り出し送り方向に相対移動せしめる割り出し送り手段と、を具備している、
   ことを特徴とする分割装置。
   
   

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