JP2006140311A - レーザーダイシング用保護膜剤及び該保護膜剤を用いたウエーハの加工方法 - Google Patents

レーザーダイシング用保護膜剤及び該保護膜剤を用いたウエーハの加工方法 Download PDF

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Abstract

【課題】レーザーダイシングによってウエーハよりチップを製造するに際し、ウエーハ表面との接着性が高く、且つチップの周縁部分も含め、その全面にわたってデブリの付着を有効に防止することが可能な保護膜を形成し得るレーザーダイシング用保護膜剤を提供する。
【解決手段】水溶性樹脂と、水溶性染料、水溶性色素及び水溶性紫外線吸収剤からなる群より選択された少なくとも１種のレーザー光吸収剤とが溶解した溶液を保護膜剤として使用し、この保護膜剤をウエーハ２加工面に塗布、乾燥して保護膜２４を形成し、この保護膜２４を通してのレーザー光の照射により、レーザー加工を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体ウエーハ等のウエーハの所定の領域にレーザー光線を照射して所定の加工を施すレーザーダイシングに用いる保護膜剤及び該保護膜剤を用いてのレーザーダイシングによる加工方法に関する。
当業者には周知の如く、半導体デバイス製造工程において形成されるウエーハは、シリコン等の半導体基板の表面に絶縁膜と機能膜が積層された積層体を、ストリートと呼ばれる格子状の分割予定ラインによって区画したものであり、ストリートで区画されている各領域が、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップとなっている。即ち、このストリートに沿ってウエーハを切断することによって複数の半導体チップが得られる。また、光デバイスウエーハは、サファイヤ基板等の表面に窒化ガリウム系化合物半導体等が積層された積層体をストリートによって複数の領域に区画したものであり、このストリートに沿っての切断により、光デバイスウエーハは、発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスに分割され、これらの光デバイスは、電気機器に広く利用されている。
このようなウエーハのストリートに沿った切断は、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、被加工物であるウエーハ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ウエーハを切削するための切断手段と、チャックテーブルと切断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。切断手段は、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の側面外周部に固定したものであり、厚さ２０μｍ程度に形成されている。
ところで、上記のような積層構造を有するウエーハは高脆性材料であるため、ウエーハを切削ブレード（切れ刃）によって半導体チップ等に裁断分割する際に、傷や欠けなどを発生し、チップ表面に形成されている回路素子として必要な絶縁膜が剥離してしまうという問題があった。
従って、現在では、上記のような問題を回避するために、切削ブレードによる切削に先立って、ストリートに沿ってレーザー光を照射し、切削ブレード（切れ刃）の幅に合わせた溝を作製した後に、該ブレードによる切削を行うという方法が広く採用されている。
しかるに、ウエーハのストリートに沿ってレーザー光を照射していくと、レーザー光が例えばシリコン基板に吸収され、その熱エネルギーによってシリコンの溶融、熱分解などによりシリコン蒸気などが発生し、このようなシリコン蒸気等がチップ表面に凝縮して付着してしまうという新たな問題が生じた。即ち、このようなシリコン蒸気等の凝縮付着物（デブリ）によって半導体チップの品質が大きく低下してしまうのである。
このようなデブリによる問題を解消するために、特許文献１や特許文献２には、ウエーハの加工面に水溶性樹脂からなる保護膜を形成し、該保護膜を介してレーザー光を照射する加工方法が提案されている。
特開昭５３−８６３４号公報 特開平５−２１１３８１号公報
特許文献１，２の方法によれば、チップ表面が保護膜で保護されているため、レーザー照射によって発生した基板の熱分解物であるシリコン蒸気などが飛散して凝縮を生じたとしても、その凝縮物（デブリ）は保護膜表面上に付着し、チップ表面には付着せず、しかも、保護膜は水溶性であるため、水洗によって容易に除去することができる。即ち、保護膜上のデブリは、保護膜の水洗と同時に洗い流され、この結果、チップ表面へのデブリの付着を防止することができるというものである。
しかしながら、上記のような方法においても、デブリの付着を完全に防止することはできず、特にチップの周縁部分にデブリが付着するという問題がある。即ち、レーザー光を照射すると、保護膜の熱分解に先立って基板の熱分解が進行し、その熱分解物であるシリコン蒸気等の圧力によって保護膜とチップ表面の周縁部分（ストリートライン近傍）に空隙が形成され（即ち、保護膜の部分的な剥がれが周縁部分に生じる）、この結果、チップ表面の周縁部分にデブリの付着が生じるものと考えられる。また、保護膜のウエーハ表面に対する接着性が低く、保護膜が剥がれやすいという問題もあり、このような剥がれによってもチップ表面の周縁部分にデブリの付着が生じ易くなっている。
従って、本発明の目的は、レーザーダイシングによってウエーハよりチップを製造するに際し、ウエーハ表面との接着性が高く、且つチップの周縁部分も含め、その全面にわたってデブリの付着を有効に防止することが可能な保護膜を形成し得るレーザーダイシング用保護膜剤及び該保護膜剤を用いたウエーハの加工方法を提供することにある。
本発明によれば、水溶性樹脂と、水溶性染料、水溶性色素及び水溶性紫外線吸収剤からなる群より選択された少なくとも１種のレーザー光吸収剤とが溶解した溶液からなることを特徴とするレーザーダイシング用保護膜剤が提供される。
本発明の保護膜剤においては、
（１）前記溶液の固形分の波長３５５ｎｍのレーザー光に対するｇ吸光係数ｋが３×１０−３乃至２．５×１０−１abs・L/g（abs：吸光度）の範囲にあること、
（２）前記レーザー光吸収剤を、前記水溶性樹脂１００重量部当り、０．０１乃至１０重量部の量で含有していること
が好ましい。
本発明によれば、また、ウエーハの加工面に、上記のレーザーダイシング用保護膜剤を塗布・乾燥して保護膜を形成し、該保護膜を介して加工面にレーザー光を照射して加工を施すことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。
本発明の加工方法においては、一般に、
（３）前記レーザー光の波長が３５５ｎｍであること、
（４）前記ウエーハには、格子状のストリートにより区画された複数の半導体チップが形成されており、前記保護膜を介して該ストリートにレーザー光が照射されて溝が形成されること、
（５）レーザー光照射後、前記保護膜を水洗により除去すること、
という手段が採用される。
本発明のレーザーダイシング用保護膜剤では、水溶性樹脂に加えて水溶性のレーザー光吸収剤を含有しているため、この保護膜剤を塗布・乾燥することによってウエーハ表面に形成される保護膜は、レーザー光に対して高い吸収性を示し、レーザー光照射により迅速に熱分解してストリートラインに沿ってレーザー加工される。従って、レーザー光による基板熱分解物の蒸気などの圧力によって生じる保護膜の剥がれを有効に防止することができる。また、水溶性のレーザー光吸収剤として使用される水溶性染料等は何れもウエーハ表面に対する親和性が高く、従って、保護膜の接着性が高められており、特にストリートライン近傍での保護膜のウエーハ表面からの剥がれも有効に抑制されている。従って、本発明の保護膜剤によって保護膜を形成してレーザー光照射によるレーザーダイシングを行うことにより、ダイシングされたチップ表面の全面にわたってデブリの付着を有効に防止することができる。
また、一般にレーザー光としては、波長が３５５ｎｍのものが使用されるが、このようなレーザー光を用いてのダイシングに際しては、レーザー光吸収剤の使用量を、保護膜（上記溶液の固形分）のｇ吸光係数ｋが３×１０−３乃至２．５×１０−１abs・L/g（abs：吸光度）の範囲となるように調整しておくことにより、微細な線幅のストリートラインに沿って均一に加工することができる。
（保護膜剤）
本発明の保護膜剤は、水溶性樹脂と、水溶性のレーザー光吸収剤とを含有する溶液からなる。
前記水溶性樹脂は、保護膜の基材となるものであり、水等の溶剤に溶解させて塗布・乾燥して膜を形成し得るものであれば、特に制限されず、例えばポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、エチレンオキシ繰り返し単位が５以上のポリエチレングリコール、ポリエチレンオキサイド、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコールポリアクリル酸ブロック共重合体、ポリビニルアルコールポリアクリル酸エステルブロック共重合体、ポリグリセリン等を例示することができ、これらは、１種単独で使用することもできるし、２種以上を組み合わせて使用することもできる。
また、本発明において、ウエーハ表面に形成される保護膜は、レーザー加工後に水洗によって除去されるものであり、保護膜の水洗性を考慮するならば、極性基としてエーテル結合や水酸基のみを有する樹脂、例えばポリビニルアルコールやポリエチレングリコールなどが上記水溶性樹脂として使用することが好ましい。カルボキシル基、三級アミン等の極性基を有する水溶性樹脂は、ウエーハ表面（チップ表面）に強固に接合する傾向があり、水洗後にウエーハ表面に残存するおそれがあるが、エーテル結合や水酸基のみを有する樹脂では、その接着力は比較的弱く、水洗後の残存を有効に回避することができるからである。また、水洗性の点では、用いる水溶性樹脂の重合度または分子量は小さい方が好適であり、例えばポリビニルアルコールに例を取るならば、その重合度は３００程度が好ましい。但し、重合度または分子量が高い水溶性樹脂は、水洗性が低いが、この場合には、後述する可塑剤を併用することにより、水溶性の低下を回避することができる。
上述した水溶性樹脂と併用されるレーザー光吸収剤としては、水溶性染料、水溶性色素及び水溶性紫外線吸収剤が使用されるが、これらは何れも水溶性であり、保護膜中に均一に存在させる上で有利であり、しかも、ウエーハ表面に高い親和性を示し、ウエーハ表面に対して接着性の高い保護膜を形成することができる。さらに液の保存安定性が高く、保存中に、相分離や沈降等の不都合を生じることがなく、良好な塗布性を確保できるという点でも有利となる。例えば、顔料等の水不溶性のレーザー光吸収剤を用いた場合には、保護膜のレーザー吸収能にばらつきが生じたり、或いは保存安定性や塗布性も低く、均一な厚みの保護膜を形成することも困難となってしまう。
本発明において、上記の水溶性染料としては、例えば、アゾ染料（モノアゾおよびポリアゾ染料、金属錯塩アゾ染料、ピラゾロンアゾ染料、スチルベンアゾ染料、チアゾールアゾ染料）、アントラキノン染料（アントラキノン誘導体、アントロン誘導体）、インジゴイド染料（インジゴイド誘導体、チオインジゴイド誘導体）、フタロシアニン染料、カルボニウム染料（ジワェニルメタン染料、トリフェニルメタン染料、キサンテン染料、アクリジン染料）、キノンイミン染料（アジン染料、オキサジン染料、チアジン染料）、メチン染料（シアニン染料、アゾメチン染料）、キノリン染料、ニトロソ染料、ベンゾキノン及びナフトキノン染料、ナフタルイミド染料、ペリノン染料その他の染料等の中より、水溶性のものが選択される。
また、水溶性の色素としては、環境負荷などの点から食品添加用色素、例えば食用赤色２号、食用赤色４０号、食用赤色１０２号、食用赤色１０４号、食用赤色１０５号、食用赤色１０６号、食用黄色ＮＹ、食用黄色４号タートラジン、食用黄色５号、食用黄色５号サンセットエローＦＣＦ、食用オレンジ色ＡＭ、食用朱色Ｎｏ．１、食用朱色Ｎｏ．４、食用朱色Ｎｏ．１０１、食用青色１号、食用青色２号、食用緑色３号、食用メロン色Ｂ、食用タマゴ色Ｎｏ．３等が好適である。
また、水溶性紫外線吸収剤としては、例えば４，４’−ジカルボキシベンゾフェノン、ベンゾフェノン−４−カルボン酸、２−カルボキシアントラキノン、１，２−ナフタリンジカルボン酸、１，８−ナフタリンジカルボン酸、２，３−ナフタリンジカルボン酸、２，６−ナフタリンジカルボン酸、２，７−ナフタリンジカルボン酸等及びこれらのソーダ塩、カリウム塩、アンモニウム塩、第４級アンモニウム塩等、２，６−アントラキノンジスルホン酸ソーダ、２，７−アントラキノンジスルホン酸ソーダ、フェルラ酸などを挙げることができ、中でもフェルラ酸が好適である。
本発明において、上述した水溶性のレーザー光吸収剤は、所望のレーザー光吸収能が確保され得るような量で使用されるが、例えば波長が３５５ｎｍのレーザー光で加工を行う場合には、保護膜（溶液の固形分）のｇ吸光係数ｋが、３×１０−３乃至２．５×１０−１abs・L/g（abs：吸光度）の範囲となる程度の量で使用されるのが好適である。即ち、このｇ吸光係数ｋが上記範囲よりも低い場合には、保護膜のレーザー光吸収能が低いために、レーザー光照射による保護膜の熱分解がシリコン等の基板に対してかなり遅れるようになり、この結果、熱分解物の蒸気の圧力による膜の剥がれ等を生じ易くなり、チップ周縁部分にデブリを生じ易くなる傾向がある。また、ｇ吸光係数ｋが上記範囲よりも高くなると、レーザー光を照射したとき、基板からの反射などによっても保護膜の熱分解が容易に生じてしまうため、レーザー加工幅がレーザースポット径に比して大きくなってしまい、特に微細な線幅のストリートに沿ってのダイシングなどに不適当となるおそれがある。
また、レーザー光吸収剤は、その極大吸収波長領域に用いるレーザー光の波長があるものを選択使用すれば、少量の使用により、上記範囲のｇ吸光係数ｋを確保でき、そうでないものを選択使用すれば、上記範囲のｇ吸光係数ｋを確保するためには、その使用量は多量となる。しかるに、レーザー光吸収剤の使用量が多すぎると、塗布・乾燥して保護膜を形成したときに、レーザー光吸収剤が水溶性樹脂と相分離するおそれがあり、また、レーザー光吸収剤の使用量が少ないと、保護膜中のレーザー光吸収剤の分布にムラを生じるおそれがある。従って、一般的には、前述した水溶性樹脂１００重量部当り０．０１乃至１０重量部程度の使用量で上記範囲のｇ吸光係数ｋを確保できるように、レーザー光吸収剤を選択することが好ましい。
本発明において、保護膜剤として使用する溶液中には、上記の水溶性樹脂及びレーザー光吸収剤以外にも、他の配合剤を溶解させることもでき、例えば可塑剤や界面活性剤を用いることができる。
可塑剤は、レーザー加工後の保護膜の水洗性を高めるために使用されるものであり、特に高分子量の水溶性樹脂を用いた場合に好適に使用される。また、可塑剤の使用により、レーザー光照射による水溶性樹脂の炭化を抑制できるという利点もある。このような可塑剤としては、水溶性の低分子量化合物が好ましく、例えば、エチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、エタノールアミン、グリセリン等を例示することができ、一種もしくは二種以上を組み合わせて使用することができる。このような可塑剤は、塗布乾燥した後に水溶性樹脂と相分離を起さない程度の量で使用され、例えば水溶性樹脂１００重量部当り７５重量部以下、特に２０〜７５重量部の範囲とするのがよい。
また、界面活性剤は、塗布性を高め、さらには溶液の保存安定性を高めるために使用されるものであり、水溶性であれば、ノニオン系、カチオン系、アニオン系、両性系の任意の界面活性剤を使用することができる。
ノニオン系の界面活性剤としてはノニルフェノール系、高級アルコール系、多価アルコール系、ポリオキシアルキレングリコール系、ポリオキシエチレンアルキルエステル系、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系、ポリオキシエチレンアルキルフェノールエーテル系、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル系のものを例示することができ、また、カチオン系の界面活性剤としては、第４級アンモニウム塩、アミン塩があり、アニオン系の界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸及びその塩、アルキル硫酸エステル塩、メチルタウリン酸塩、エーテルスルホン酸塩等々があり、両性系の界面活性剤としてはイミダゾリニウムベタイン系、アミドプロピルベタイン系、アミノジプロピオン酸塩系等があり、これらから一種もしくは二種以上が選択されれば良い。このような界面活性剤の使用量は溶液に対して数十ｐｐｍから数百ｐｐｍの量で良い。
上述した各成分が溶解した溶液からなる本発明のレーザーダイシング用保護膜剤において、溶液中の固形分量は、溶液が適度な塗布性を有するように、用いる水溶性樹脂の種類や重合度もしくは分子量などに応じて設定されるべきである。例えば固形分量が多すぎると、塗布が困難となり、厚みムラや気泡の巻き込みなどを生じ易くなってしまい、固形分量が少ないと、ウエーハ表面に塗布したときに、垂れ等を生じ易くなってしまうばかりか、乾燥後の膜厚（保護膜の厚み）調整も困難となってしまう。従って、溶液中の固形分量（各剤の合計含量）は、用いる水溶性樹脂等によっても異なるが、３乃至３０重量％程度に設定されることが好ましい。また、固形分中の水溶性樹脂量は、一般に、５重量％以上の範囲にあることが、保護膜の強度を適度なものとし、チップ表面へのデブリの付着を防止する上で好適である。
また、本発明の保護膜剤である溶液の調製に用いる溶剤としては、上記水溶性樹脂及び水溶性のレーザー光吸収剤が溶解する溶剤であればよく、例えば、水、アルコール、エステル、アルキレングリコール、アルキレングリコールモノアルキルエーテル、アルキレングリコールモノアルキルエーテルアセテートなどを用いることができる。中でも、水、アルキレングリコールモノアルキルエーテルなどが好ましく、アルキレングリコールモノアルキルエーテルとしては、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥ）が好ましい。尚、作業環境上、最も好ましいものは、水もしくは水を含有する混合溶剤である。
上述した本発明の保護膜剤は、ウエーハ加工面、例えば格子状のストリートにより区画された複数の半導体チップが形成されているウエーハの加工面に塗布され、乾燥することにより保護膜を形成するものであり、この保護膜を介してストリートにレーザー光を照射しての溝の形成（レーザーダイシング）に適用される。このような保護膜の厚み（保護膜剤の乾燥厚み）は、通常、ストリート上で０．１乃至５μｍ程度とするのがよい。即ち、このようなウエーハの加工面は、多数の凹凸を有しており、この凹部にストリートが形成されている。従って、上記厚みがあまり薄いと、凸部の保護膜厚みがかなり薄くなってしまい、保護膜中にデブリが侵入してチップ表面に付着してしまうおそれがあり、必要以上に厚く形成しても、加工後の水洗に時間がかかるなどの不都合を生じるのみで、格別の利点がないからである。
以下に、本発明の保護膜剤を用いてのレーザーダイシングによるウエーハの加工を説明する。
図１には、本発明にしたがって加工される半導体ウエーハの斜視図が示されており、図２には、図１に示す半導体ウエーハの要部拡大断面図が示されている。図１および図２に示す半導体ウエーハ２は、シリコン等の半導体基板２０の表面２０ａに絶縁膜と回路を形成する機能膜が積層された積層体２１によって複数のＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップ２２がマトリックス状に形成されている。そして、各半導体チップ２２は、格子状に形成されたストリート２３によって区画されている。なお、図示の実施形態においては、積層体２１を形成する絶縁膜は、ＳｉＯ２膜または、ＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）からなっている。
上述した半導体ウエーハ２のストリート２３に沿ってレーザー加工を施すには、先ず上記半導体ウエーハ２の加工面である表面２ａに、前述した保護膜剤を用いて保護膜を形成する。
この保護膜形成工程では、図３に示すようにスピンコーター４によって半導体ウエーハ２の表面２ａに保護膜剤を塗布する。スピンコーター４は、吸引保持手段を備えたチャックテーブル４１と、該チャックテーブル４１の中心部上方に配置されたノズル４２を具備している。このチャックテーブル４１上に半導体ウエーハ２を、表面２ａを上側にして載置し、チャックテーブル４１を回転しつつノズル４２から液状の保護膜剤を半導体ウエーハ２の表面中心部に滴下することにより、液状の保護膜剤が遠心力によって外周部まで流動し半導体ウエーハ２の表面を被覆する。この液状の保護膜剤を適度に加熱することにより乾燥させ、これによって、図４に示すように半導体ウエーハ２の表面２ａに厚さ０．１〜５μｍ（ストリート２３上での厚み）程度の保護膜２４が形成される。
このようにして半導体ウエーハ２の表面２ａに保護膜２４が形成されたならば、半導体ウエーハ２の裏面に、図５に示すように環状のフレーム５に装着された保護テープ６を貼着する。
次に、半導体ウエーハ２の表面２ａ（ストリート２３）に、保護膜２４を通してレーザー光を照射する。このレーザー光照射工程は、図６乃至図８に示すレーザー加工装置を用いて実施する。
図６乃至図８に示すレーザー加工装置７は、被加工物を保持するチャックテーブル７１と、該チャックテーブル７１上に保持された被加工物にレーザー光を照射するレーザー光照射手段７２と、チャックテーブル７１上に保持された被加工物を撮像する撮像手段７３を具備している。チャックテーブル７１は、被加工物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って図６において矢印Ｘで示す加工送り方向および矢印Ｙで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。
また、図７に示すように、上記レーザー光照射手段７２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング７２１を含んでいる。ケーシング７２１内には、パルスレーザー光発振手段７２２と伝送光学系７２３とが配設されている。パルスレーザー光発振手段７２２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発振器７２２ａと、これに付設された繰り返し周波数設定手段７２２ｂとから構成されている。伝送光学系７２３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。ケーシング７２１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７２４が装着されている。パルスレーザー光発振手段７２２から発振されたレーザー光は、伝送光学系７２３を介して集光器７２４に至り、集光器７２４から上記チャックテーブル７１に保持される被加工物に所定の集光スポット径Ｄで照射される。
この集光スポット径Ｄは、図８に示すようにガウス分布を示すパルスレーザー光が集光器７２４の対物集光レンズ７２４ａを通して照射される場合、下記式：
Ｄ（μｍ）＝４×λ×ｆ／（π×Ｗ）
式中、λは、パルスレーザー光線の波長（μｍ）、
Ｗは、対物集光レンズ７２４ａに入射されるパルスレーザー光の直径（ｍｍ）、
ｆは、対物集光レンズ７２４ａの焦点距離（ｍｍ）、
で規定される。
上記レーザー光照射手段７２を構成するケーシング７２１の先端部に装着された撮像手段７３は、図示の実施形態において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図示しない制御手段に送る。
上述したレーザー加工装置７を用いて実施するレーザー光照射工程について、図６および図９乃至図１１を参照して説明する。
このレーザー光照射工程では、先ず上述した図６に示すレーザー加工装置７のチャックテーブル７１上に半導体ウエーハ２を、保護膜２４が形成されている側を上にして載置し、該チャックテーブル７１上に半導体ウエーハ２を吸着保持する。なお、図６においては、保護テープ６が装着された環状のフレーム５を省いて示しているが、環状のフレーム５はチャックテーブル７１に配設された適宜のフレーム保持手段に保持されている。
上述したように半導体ウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル７１は、図示しない移動機構によって撮像手段７３の直下に位置付けられる。チャックテーブル７１が撮像手段７３の直下に位置付けられると、撮像手段７３および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ２のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段７３および図示しない制御手段は、半導体ウエーハ２の所定方向に形成されているストリート２３と、ストリート２３に沿ってレーザー光を照射するレーザー光照射手段７２の集光器７２４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を実行し、レーザー光照射位置のアライメントを遂行する。また、半導体ウエーハ２に形成されている上記所定方向に対して直角に延びるストリート２３に対しても、同様にレーザー光照射位置のアライメントが遂行される。このとき、半導体ウエーハ２のストリート２３が形成されている表面２ａには、基本的に不透明な保護膜２４が形成されているが、赤外線で撮像して表面からアライメントすることができる。
以上のようにしてチャックテーブル７１上に保持された半導体ウエーハ２に形成されているストリート２３を検出し、レーザー光照射位置のアライメントが行われたならば、図９の（ａ）で示すようにチャックテーブル７１を、レーザー光照射手段７２の集光器７２４が位置するレーザー光照射領域に移動し、所定のストリート２３の一端（図９において左端）を、レーザー光照射手段７２の集光器７２４の直下に位置付ける。そして、集光器７２４からパルスレーザー光７２５を照射しつつチャックテーブル７１即ち半導体ウエーハ２を、図９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９の（ｂ）で示すようにレーザー光照射手段７の照射位置がストリート２３の他端（図９において右端）の位置に達したら、パルスレーザー光７２５の照射を停止するとともにチャックテーブル７１即ち半導体ウエーハ２の移動を停止する。
次に、チャックテーブル７１即ち半導体ウエーハ２を紙面に垂直な方向（割り出し送り方向）に１０〜２０μｍ程度移動する。そして、レーザー光照射手段７からパルスレーザー光５２５を照射しつつチャックテーブル７１即ち半導体ウエーハ２を図９の（ｂ）において矢印Ｘ２で示す方向に所定の送り速度で移動せしめ、図９の（ａ）に示す位置に達したらパルスレーザー光７２５の照射を停止するとともにチャックテーブル７１即ち半導体ウエーハ２の移動を停止する。
上述したようにチャックテーブル７１即ち半導体ウエーハ２を往復動する間に半導体ウエーハ２には、図１０で示すようにストリート２３に後述する切削ブレードの幅より広い間隔でパルスレーザー光７２５がストリート２３の上面付近に集光点Ｐを合わせて照射される。
なお、上記レーザー光照射工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
レーザー光の光源 ；ＹＶＯ４レーザーまたはＹＡＧレーザー
波長 ；３５５ｎｍ
繰り返し周波数 ：５０〜１００ｋＨｚ
出力 ；０．３〜４．０Ｗ
集光スポット径 ；φ９．２μｍ
加工送り速度 ；１〜８００ｍｍ／秒
上述したレーザー光照射工程を実施することにより、図１１に示すように半導体ウエーハ２のストリート２３を形成する積層体２１には、ストリート２３に沿って後述する切削ブレードの幅より広い幅のレーザー加工溝２５が形成される。このレーザー加工溝２５は、半導体基板２０に達し積層体２１が除去される。このようなレーザー光照射工程において、パルスレーザー光７２５が保護膜２４を通してストリート２３を形成する積層体２１に照射されると、保護膜２４は高いレーザー光吸収能を有しているため、積層体２１及び半導体基板２０の熱分解とほぼ同時に（或いはこれらの熱分解に先立って）保護膜２４の熱分解が生じ、レーザー光照射部分での膜破断が生じる。即ち、保護膜２４が加工起点となる。このように保護膜２４に加工起点が形成された後、或いは加工起点の形成とほぼ同時に積層体２１および半導体基板２０がパルスレーザー光７２５の照射によって加工されるので、積層体２１や半導体基板２０の熱分解物の蒸気などによる圧力によって保護膜２４が剥がれることはなく、このような保護膜２４の剥がれに起因する半導体チップ２２の周縁部分へのデブリの付着を有効に防止することができる。また、保護膜２４にウエーハ表面２０ａ（半導体チップ２２の表面）に対する接着性も高く、加工時等において保護膜２４の剥がれを生じにくい。したがって、このような保護膜２４の剥がれによるデブリの付着という問題も有効に回避される。即ち、図１１に示されているように、上記のような保護膜２４の形成により、デブリ２６は、保護膜２４の表面に付着し、半導体チップ２２に付着することはなく、デブリ２６の付着による半導体チップ２２の品質低下を有効に回避することができる。
上述したように所定のストリートに沿ってレーザー光照射工程を実行したら、チャックテーブル７１、従ってこれに保持されている半導体ウエーハ２を矢印Ｙで示す方向にストリートの間隔だけ割り出し移動し（割り出し工程）、再び上記レーザー光照射工程を遂行する。このようにして所定方向に延在する全てのストリートについてレーザー光照射工程と割り出し工程を遂行したならば、チャックテーブル７１、従ってこれに保持されている半導体ウエーハ２を９０度回動せしめて、上記所定方向に対して直角に延びる各ストリートに沿って、上記と同様にレーザー光照射工程と割り出し工程を実行することにより、半導体ウエーハ２に形成されている全てのストリート２３にレーザー加工溝２５を形成することができる。
次に、環状のフレーム５に装着された保護テープ６に貼着された半導体ウエーハ２の表面２ａに被覆された保護膜２４を除去する。この保護膜除去工程は、上述したように保護膜２４が水溶性の樹脂（他の成分も水溶性である）によって形成されているので、図１２に示すように水（或いは温水）によって保護膜２４を洗い流すことができる。このとき、上述したレーザー光照射工程において発生した保護膜２４上のデブリ２６も、保護膜２４とともに流される。このように、保護膜２４の除去も極めて容易に行われる。
上記のようにして保護膜２４を除去したならば、半導体ウエーハ２のストリート２３に形成されたレーザー加工溝２５に沿って半導体ウエーハ２を切削する切削工程を実施する。この切削工程は、図１３に示すように、ダイシング装置として一般に用いられている切削装置８を用いて実施することができる。即ち、切削装置８は、吸引保持手段を備えたチャックテーブル８１と、切削ブレード８２１を備えた切削手段８２と、チャックテーブル８１上に保持された被加工物を撮像する撮像手段８３を具備している。
上述した切削装置８を用いて実施する切削工程について、図１３乃至図１５を参照して説明する。
即ち、図１３に示すように切削装置６のチャックテーブル８１上に、保護膜２４が除去された半導体ウエーハ２を表面２ａを上側にして載置し、図示しない吸引手段によって半導体ウエーハ２をチャックテーブル８１上に保持する。半導体ウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル８１は、図示しない移動機構によって撮像手段８３の直下に位置付けられる。
チャックテーブル８１が撮像手段８３の直下に位置付けられると、撮像手段８３および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ２の切削すべき領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段８３および図示しない制御手段は、半導体ウエーハ２の所定方向に形成されているストリート２３と、レーザー加工溝２５に沿って切削する切削ブレード８２１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を実行し、切削領域のアライメントを遂行する。また、半導体ウエーハ２に形成されている上記所定方向に対して直角に延びるストリート２３に対しても、同様に切削領域のアライメントが遂行される。
以上のようにしてチャックテーブル８１上に保持されている半導体ウエーハ２に形成されているストリート２３を検出し、切削領域のアライメントが行われたならば、半導体ウエーハ２を保持したチャックテーブル８１を切削領域の切削開始位置に移動する。このとき、図１４の（ａ）で示すように半導体ウエーハ２は切削すべきストリート２３の一端（図１４において左端）が切削ブレード８２１の直下より所定量右側に位置するように位置付けられる。また、半導体ウエーハ２はストリート２３に形成されたレーザー加工溝２５の中央部に切削ブレード８２１が位置するように位置付けられる。
このようにしてチャックテーブル８１即ち半導体ウエーハ２が切削加工領域の切削開始位置に位置付けられたならば、切削ブレード８２１を図１４の（ａ）において２点鎖線で示す待機位置から下方に切り込み送りし、図１４の（ａ）において実線で示すように所定の切り込み送り位置に位置付ける。この切り込み送り位置は、図１４の（ａ）および図１５の（ａ）に示すように切削ブレード８２１の下端が半導体ウエーハ２の裏面に貼着された保護テープ６に達する位置に設定されている。
次に、切削ブレード８２１を所定の回転速度で回転せしめ、チャックテーブル８１即ち半導体ウエーハ２を図１４の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の切削送り速度で移動せしめる。そして、チャックテーブル８１即ち半導体ウエーハ２が図１４の（ｂ）で示すようにストリート２３の他端（図１４において右端）が切削ブレード８２１の直下より所定量左側に位置するまで達したら、チャックテーブル８１即ち半導体ウエーハ２の移動を停止する。このようにチャックテーブル８１即ち半導体ウエーハ２を切削送りすることにより、図１５の（ｂ）で示すように半導体ウエーハ２はストリート２３に形成されたレーザー加工溝２５に沿って裏面に達する切削溝２７が形成され切断される。この切削工程においては切削ブレード８２１によって半導体基板２０だけが切削されることになる。従って、半導体基板２０の表面に形成された積層体２１を切削ブレード８２１により切削することによって発生する積層体２１の剥離を未然に防止することができる。
なお、上記切削工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
切削ブレード ；外径５２ｍｍ、厚さ２０μｍ
切削ブレードの回転速度；３００００ｒｐｍ
切削送り速度 ；５０ｍｍ／秒
次に、切削ブレード８２１を図１４の（ｂ）において２点鎖線で示す待機位置に位置付け、チャックテーブル８１即ち半導体ウエーハ２を図１４の（ｂ）において矢印Ｘ２で示す方向に移動して、図１４の（ａ）に示す位置に戻す。そして、チャックテーブル８１即ち半導体ウエーハ２を紙面に垂直な方向（割り出し送り方向）にストリート２３の間隔に相当する量だけ割り出し送りし、次に切削すべきストリート２３を切削ブレード８２１と対応する位置に位置付ける。このようにして、次に切削すべきストリート２３を切削ブレード８２１と対応する位置に位置付けたならば、上述した切削工程を実施する。
上述した切削工程を半導体ウエーハ２に形成された全てのストリート２３に実施する。この結果、半導体ウエーハ２はストリート２３に形成されたレーザー加工溝２５に沿って切断され、個々の半導体チップ２０に分割される。なお、切削工程においては、切削水（純水）を供給しながら切削が遂行されるため、上述した保護膜除去工程を独立して設けることなく、供給された切削水によって保護膜２４を除去することもでき、切削工程が保護膜除去工程を兼ねて実施してもよい。
以上、本発明のウエーハ加工方法を半導体ウエーハを分割する実施形態に基づいて説明したが、本発明は他のウエーハの種々のレーザー加工に適用することができ、例えば光デバイスウエーハの分割にも適用することができる。
以下の例において用いたレーザー加工機の仕様は、以下の通りである。
レーザー光の光源 ；ＹＶＯ４レーザー
波長 ；３５５ｎｍ
繰り返し周波数 ：５０〜１００ｋＨｚ
出力 ；０．３〜４．０Ｗ
集光スポット径 ；φ９．２μｍ
加工送り速度 ；１〜８００ｍｍ／秒
（実施例１）
下記組成の保護膜剤を調製した。
水溶性樹脂； ２０ｇ
ケン化度８８％、重合度３００のポリビニルアルコール
水溶性レーザー光吸収剤； ０．２ｇ
フェルラ酸
水； ８０ｇ
固形分のｇ吸光係数ｋ＝１．５６×１０−１
上記の保護膜剤をスピンナーにてシリコンウエーハに塗布し、乾燥して、ストリート上での厚みが０．５〜１．５μｍの保護膜を形成した。次いで、この保護膜が形成されたシリコンウエーハを、上記仕様のレーザー加工機に装着して、レーザー加工を行った後、純水にて保護膜を洗い流して、レーザースキャニング周辺を観察したところ、エッジ部の盛り上がりは観察されたものの、周辺へのデブリの付着はなく使用出来るレベルであった。また、加工巾は、塗布膜厚みの影響を受けることなく、レーザースポット径と同等であった。
（実施例２）
水溶性レーザー光吸収剤であるフェルラ酸の量を０．８ｇに変更した以外は、実施例１と全く同様にして、保護膜剤を調製した。この保護膜剤の固形分のｇ吸光係数ｋは５．６１×１０−１であった。
上記の保護膜剤を用いて、実施例１と同様にしてシリコンウエーハ上に厚みが０．２μｍの保護膜を形成し、同様にしてレーザー加工を行い、さらに保護膜の水洗除去を行った。実施例１と同様にしてレーザースキャニング周辺を観察したところ、デブリの付着は観察されなかった。ただ、加工巾はレーザースポット径より少し広がっていたが使用できるレベルであった。
（実施例３）
水溶性樹脂として、ケン化度７５％、重合度５００のポリビニルアルコールを用いた以外は、実施例１と同様にして保護膜剤を調製した。この保護膜剤の固形分のｇ吸光係数ｋは、実施例１と同様、１．５６×１０−１である。
上記の保護膜剤を用いて、実施例１と同様にしてシリコンウエーハ上に厚みが０．５〜１．５μｍの保護膜を形成し、同様にしてレーザー加工を行い、さらに保護膜の水洗除去を行った。実施例１と同様にしてレーザースキャニング周辺を観察したところ、デブリの付着は観察されなかった。また、加工巾は、塗布膜厚みの影響を受けることなく、レーザースポット径と同等であった。
（実施例４）
水溶性レーザー光吸収剤として、フェルラ酸の代わりに水溶性モノアゾ染料（保土ヶ谷化学製ＡＩＺＥＮ ＳＷＴＷ３）を用いた以外は、実施例３と全く同様にして、保護膜剤を調製した。この保護膜剤の固形分のｇ吸光係数ｋは７．９×１０−２であった。
上記の保護膜剤を用いて、実施例１と同様にしてシリコンウエーハ上に厚みが０．５〜１．５μｍの保護膜を形成し、同様にしてレーザー加工を行い、さらに保護膜の水洗除去を行った。実施例１と同様にしてレーザースキャニング周辺を観察したところ、デブリの付着は観察されなかった。また、加工巾は、塗布膜厚みの影響を受けることなく、レーザースポット径と同等であった。
（実施例５）
可塑剤として１５ｇのグリセリンを添加した以外は実施例５と全く同様にして、保護膜剤を調製した。この保護膜剤の固形分のｇ吸光係数ｋは、実施例５と同様、７．９×１０−２であった。
上記の保護膜剤を用いて、実施例１と同様にしてシリコンウエーハ上に厚みが０．５〜１．５μｍの保護膜を形成し、同様にしてレーザー加工を行い、さらに保護膜の水洗除去を行った。実施例１と同様にしてレーザースキャニング周辺を観察したところ、デブリの付着は観察されなかった。また、加工巾は、塗布膜厚みの影響を受けることなく、レーザースポット径と同等であった。
（比較例１）
水溶性レーザー光吸収剤であるフェルラ酸を使用しない以外は、実施例１と同様にして保護膜剤を調製した。この保護膜剤の固形分のｇ吸光係数ｋは、１．９４×１０−３であった。
上記の保護膜剤を用いて、実施例１と同様にしてシリコンウエーハ上に厚みが０．５〜１．５μｍの保護膜を形成し、同様にしてレーザー加工を行い、さらに保護膜の水洗除去を行った。実施例１と同様にしてレーザースキャニング周辺を観察したところ、デブリが酷く、膜剥がれも観察された。
本発明の保護膜剤を用いてのウエーハの加工方法によって加工される半導体ウエーハを示す斜視図。 図１に示す半導体ウエーハの断面拡大図。 本発明によるウエーハの加工方法における保護膜形成工程の一実施形態を示す説明図。 図３に示す保護膜形成工程によって保護膜が形成された半導体ウエーハの要部拡大断面図。 保護膜が形成された半導体ウエーハが環状のフレームに保護テープを介して支持された状態を示す斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法におけるレーザー光線射工程を実施するレーザー加工装置の要部斜視図。 図６に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光照射手段の構成を簡略に示すブロック図。 レーザー光の集光スポット径を説明するための簡略図。 本発明によるウエーハの加工方法におけるレーザー光照射工程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法のレーザー光照射工程におけるレーザー光照射位置を示す説明図。 本発明によるウエーハの加工方法におけるレーザー光照射工程によって半導体ウエーハに形成されたレーザー加工溝を示す半導体ウエーハの要部拡大断面図。 本発明によるウエーハの加工方法における保護膜除去工程によって半導体ウエーハの表面に被覆された保護膜を除去した状態を示す半導体ウエーハの要部拡大断面図。 本発明によるウエーハの加工方法における切削工程を実施するための切削装置の要部斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法における切削工程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法における切削工程によってレーザー加工溝に沿って半導体ウエーハが切削される状態を示す説明図。
符号の説明
２：半導体ウエーハ
２０：基板
２１：積層体
２２：半導体チップ
２３：ストリート
２４：樹脂被膜
２５：レーザー加工溝
２６：切削溝
３：スピンコーター
５：環状のフレーム
６：保護テープ
７：レーザー加工装置
７１：レーザー加工装置のチャックテーブル
７２：レーザー光線照射手段
８：切削装置
８１：切削装置のチャックテーブル
８２：切削手段

Claims (7)

  1. 水溶性樹脂と、水溶性染料、水溶性色素及び水溶性紫外線吸収剤からなる群より選択された少なくとも１種の水溶性のレーザー光吸収剤とが溶解した溶液からなることを特徴とするレーザーダイシング用保護膜剤。
  2. 前記溶液の固形分は、波長３５５ｎｍのレーザー光に対するｇ吸光係数ｋが３×１０−３乃至２．５×１０−１abs・L/g（abs：吸光度）の範囲にある請求項１に記載のレーザーダイシング用保護膜剤。
  3. 前記レーザー光吸収剤を、前記水溶性樹脂１００重量部当り、０．０１乃至１０重量部の量で含有している請求項１または２に記載のレーザーダイシング用保護膜剤。
  4. ウエーハの加工面に、請求項１乃至３の何れかに記載のレーザーダイシング用保護膜剤を塗布・乾燥して保護膜を形成し、該保護膜を介して加工面にレーザー光を照射して加工を施すことを特徴とするウエーハの加工方法。
  5. 前記レーザー光の波長が３５５ｎｍである請求項４に記載の加工方法。
  6. 前記ウエーハには、格子状のストリートにより区画された複数の半導体チップが形成されており、前記保護膜を介して該ストリートにレーザー光が照射されて溝が形成される請求項４または５に記載の加工方法。
  7. レーザー光照射後、前記保護膜を水洗により除去する請求項４乃至６のいずれかに記載の加工方法。
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