JP2011124290A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハ上に形成した保護膜の膜厚のウェハ面内でのばらつきを低減する。
【解決手段】多層配線層上に、複数のスクライブ線１０８に沿ってスクライブ線溝が形成された半導体ウェハ１０２を個片化するのに先立ち半導体ウェハ１０２上に保護膜を形成する。保護膜の形成は、第１の方向に延在して形成された複数のスクライブ線１０８の中で最も長さが長い第１のスクライブ線１０８ａのスクライブ線溝の一端から他端上に保護液１２０ａを塗布する第１の塗布工程と、第２の方向に延在して形成された複数のスクライブ線１０８の中で最も長さが長い第２のスクライブ線１０８ｂのスクライブ線溝の一端から他端上に保護液１２０ｂを塗布する第２の塗布工程と、保護液（１２０ａおよび１２０ｂ）を塗布した半導体ウェハ１０２を回転する工程とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の製造手順において、ウェハ上に多層配線層を形成した後、ウェハをダイシングして個片化することにより、個々の半導体チップが得られる。従来、ウェハは、ブレードを用いたダイシングにより個片化されていた。しかし、近年、多層配線層の層間絶縁膜として低誘電率膜、とくにポーラス膜が用いるようになってきた。ポーラス膜は密着性が低く、機械的強度が低いため、ブレードを用いたダイシングでは剥離等が起こるという問題が生じてきた。そのため、近年、まずレーザ光を用いたレーザダイシングによりポーラス膜とウェハ表面の一部に溝を形成しておき、その後にウェハの残りの部分をブレードを用いてダイシングするという手法が用いられてきている。

一般的に、ウェハ上に形成された多層配線層の最上層には、保護膜の一種であるポリイミド膜が形成されている。しかし、ポリイミド膜の一部には開口部が形成されて、電極パッド等の素子が露出した構成となっている。そのため、スクライブ線に沿ってレーザ光でそのまま切断すると、飛散物が電極等の素子に付着するという問題がある。そのため、ポリイミド膜のさらに上のウェハ全面に、後に洗浄液で除去可能な保護膜を形成して、保護膜上からレーザ光で切断する手法が用いられることがある。

特許文献１（特開２００６−１９８４５０号公報）には、ウェハの加工面に樹脂による保護被膜を被覆する保護被膜の被覆方法であって、ウェハをスピンナーテーブルに加工面を上側にして保持するウェハ保持工程と、スピンナーテーブルに保持されたウェハの加工面の中央領域に所定量の液状樹脂を滴下する樹脂滴下工程と、スピンナーテーブルを回転するとともにウェハの加工面の中央領域を通して外周に向けてエアーを吹き付け、ウェハの加工面の中央領域に滴下された液状樹脂を外周に向けて流動せしめる保護被膜被覆工程とを含む技術が記載されている。

また、特許文献２（特開２００８−００６３７９号公報）には、ウェハの加工面に樹脂による保護被膜を被覆する保護被膜の被覆方法であって、ウェハをスピンナーテーブルに加工面を上側にして保持する工程と、ウェハの加工面の中央領域に所定量の液状樹脂を滴下しスピンナーテーブルを第１の回転速度で回転させて滴下された液状樹脂をウェハの加工面の全面に拡散させ被膜を形成する下塗り工程と、液状樹脂下塗り工程が実施されウェハの加工面に形成された被膜の中央領域に所定量の液状樹脂を滴下しスピンナーテーブルを第１の回転速度より低速の第３の回転速度で回転せしめる上塗り工程と、液状樹脂上塗り工程を実施した後にスピンナーテーブルを第３の回転速度より高速の第２の回転速度で回転させてウェハの加工面に被覆される被膜の厚さを調整する仕上げ工程とを含む技術が記載されている。

また、特許文献３（特開２００５−２３０６５２号公報）には、基材の主表面に同心円状に塗膜成分を含む原料液を塗布する塗布工程と、前記原料液が塗布された前記基材を高速回転させ、前記原料液を前記基材の主表面上において分散させる分散工程とを備える、塗膜形成方法が記載されている。

特開２００６−１９８４５０号公報 特開２００８−００６３７９号公報 特開２００５−２３０６５２号公報

ところで、レーザ光でのレーザダイシング前において、ポリイミド膜には、スクライブ線上で開口したスクライブ線溝が設けられている。本発明者は、このように、ポリイミド膜がスクライブ線上で開口された構成において、上記特許文献１から３に記載されたような塗布方法では、保護膜の膜厚のウェハ面内でのばらつきが生じるという問題があることを見出した。

本発明者は、ポリイミド膜に、スクライブ線上で開口したスクライブ線溝が設けられた構成の半導体装置に従来の方法で保護液を塗布して、半導体ウェハを高速回転させた場合のウェハ面内の保護膜の膜厚ばらつきを検討した。ここでは、ポリイミド膜に、スクライブ線上の全面で開口したスクライブ線溝が設けられた構成の半導体装置を用いた。

結果を図６に示す。図６（ａ）は、半導体ウェハ１０２上の各測定ポイントを示す図である。ここでは、特許文献１および２に記載されたように、半導体ウェハ１０２の中心部に保護液を塗布し、その後に、半導体ウェハ１０２を高速回転（２０００回転／分、９０秒）させた。その結果、本発明者は、図６（ｂ）に示すように、スクライブ線の中で、最も長さが長いスクライブ線、ここでは半導体ウェハ１０２の略中心を通るスクライブ線上の測定ポイント１、２、３、４、５において、他の領域（測定ポイント６、７、８、９）に比べて保護膜の膜厚が薄くなっていることを発見した。

そして、本発明者は、このような保護膜の膜厚のウェハ面内でのばらつきは、原料の保護液を半導体ウェハ１０２上に塗布した後、半導体ウェハ１０２を高速回転させる際に、半導体ウェハ１０２に働く遠心力の影響によることを見出した。

図７を参照して説明する。図７（ａ）は、半導体ウェハ１０２の構成を示す平面図である。ここで、半導体ウェハ１０２の一面には、第１の方向（図中横方向）および第１の方向と垂直な第２の方向（図中縦方向）にそれぞれ延在して形成された複数のスクライブ線１０８が形成されている。半導体ウェハ１０２は、これらのスクライブ線１０８に沿って個片化される。なお、ここでは、スクライブ線１０８を線で示しているが、スクライブ線１０８は、所定の幅を有する構成とすることができる。また、ここで、説明のために、スクライブ線１０８のうち、図中横方向に延在して形成されたスクライブ線１０８の中で最も長さが長いものを第１のスクライブ線１０８ａ、図中縦方向に延在して形成されたスクライブ線１０８の中で最も長さが長いものを第２のスクライブ線１０８ｂとして区別して示している。ここでは、第１のスクライブ線１０８ａの一端には、ノッチ１０４が形成されている。また、第１のスクライブ線１０８ａおよび第２のスクライブ線１０８ｂは、半導体ウェハ１０２の略中心１０６を通るように形成されている。

このような半導体ウェハ１０２を高速回転させると、図７（ｂ）に矢印（実線）で示すように、半導体ウェハ１０２の中心１０６から外周に向かって遠心力が働く。ここで、半導体ウェハ１０２表面に形成されたポリイミド膜にスクライブ線１０８上で開口したスクライブ線溝が設けられた構成となっている場合、つまり、スクライブ線１０８に沿ってスクライブ線溝が形成されたような構成の場合、ポリイミド膜上に保護液を塗布して半導体ウェハ１０２を高速回転させると、保護液はスクライブ線１０８上の溝に沿って移動しやすくなる。そのため、半導体ウェハ１０２の略中心１０６を通る第１のスクライブ線１０８ａおよび第２のスクライブ線１０８ｂ上では、遠心力の影響を大きく受け、ポリイミド膜上に塗布した保護膜の膜厚が薄くなってしまうと考えられる。

本発明によれば、
一面に形成された多層配線層上に、第１の方向および当該第１の方向と垂直な第２の方向にそれぞれ延在して形成された複数のスクライブ線に沿ってスクライブ線溝が形成された半導体ウェハを、前記スクライブ線に沿って個片化する半導体装置の製造方法であって、
前記多層配線層上において、前記第１の方向に延在して形成された複数のスクライブ線の中で最も長さが長い第１のスクライブ線のスクライブ線溝の一端から他端上に保護液を塗布する第１の塗布工程と、
前記多層配線層上において、前記第２の方向に延在して形成された複数のスクライブ線の中で最も長さが長い第２のスクライブ線のスクライブ線溝の一端から他端上に保護液を塗布する第２の塗布工程と、
前記保護液を塗布した前記半導体装置を回転して、前記半導体装置上に前記保護液により構成された保護膜を形成する工程と、
を含む半導体装置の製造方法が提供される。

この構成によれば、半導体ウェハを高速回転させたときに働く遠心力に沿った方向に形成された第１のスクライブ線および第２のスクライブ線上に保護液を滴下しておく。これにより、半導体ウェハを高速回転させたときに遠心力によって第１のスクライブ線および第２のスクライブ線上の保護液が薄くなる傾向に作用しても、もともとこの領域の保護液の膜厚が厚いので、保護液を半導体ウェハの一面上で均一に広げることができる。これにより、個片化前の基板上に形成した保護膜の膜厚のウェハ面内でのばらつきを低減することができる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、半導体ウェハ上に形成した保護膜の膜厚のウェハ面内でのばらつきを低減することができる。

本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順を示す平面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順を示す平面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順を示す工程断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順を示す工程断面図である。 本発明の実施の形態における半導体装置の製造手順の効果を示す図である。 従来の方法での問題点を説明するための図である。 従来の方法での問題点を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様の構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１および図２は、本実施の形態における半導体装置の製造手順を示す平面図である。また、図３および図４は、本実施の形態における半導体装置の製造手順を示す工程断面図である。

図３（ａ）に示すように、個片化前の半導体装置１００は、半導体ウェハ１０２上に多層配線層１１０とポリイミド膜１１２（下地保護膜）とが形成された構成を有する。多層配線層１１０は、層間絶縁膜として、たとえばポーラス膜等の低誘電率膜を含む構成とすることができる。また、ここでは、スクライブ線１０８上の全面でポリイミド膜１１２が開口されてスクライブ線溝１０９が形成された構成を示す。半導体ウェハ１０２には、スクライブ線１０８で区画された複数の素子形成領域が形成されている。ここで、「スクライブ線」とは、素子形成領周囲のスクライブ線領域として規定される領域とすることができる。他の例において、スクライブ線溝１０９は、スクライブ線１０８上の全面ではなく、幅方向の一部（たとえば中央部分）にのみ形成された構成とすることもできる。

本実施の形態において、半導体ウェハ１０２上には、図７（ａ）を参照して説明したのと同様のスクライブ線１０８が形成されている。つまり、半導体ウェハ１０２の一面には、第１の方向（図中横方向）および第１の方向と垂直な第２の方向（図中縦方向）にそれぞれ延在して形成された複数のスクライブ線１０８とが形成されている。第１のスクライブ線１０８ａおよび第２のスクライブ線１０８ｂは、平面視で半導体ウェハ１０２の略中心１０６を通る構成となっている。半導体装置１００（半導体ウェハ１０２）は、スクライブ線１０８に沿って個片化される。

図１および図３に戻り、このような半導体装置１００の全面に、スピンコート法で保護液１２０を塗布する。具体的には、半導体装置１００をダイシングシート（不図示）上に配置し、半導体装置１００の周囲のダイシングシートをリングで固定した状態で、保護膜塗布ステージ(不図示)に載置する。

この状態で、ノズル１５０（図３参照）から保護液１２０を滴下する。保護液１２０は、レーザダイシング用の保護膜とすることができ、たとえば、ポリビニルアルコール膜等、水溶性の膜とすることができる。本実施の形態において、保護液１２０を半導体装置１００上に滴下する手順に特徴がある。

まず、第１のスクライブ線１０８ａに沿ってノズル１５０を移動させ、第１のスクライブ線１０８ａに沿って形成されたスクライブ線溝１０９の一端から他端上に保護液１２０を滴下して塗布する（第１の塗布工程）（図１（ａ）、図３（ａ）、図３（ｂ））。なお、ここでは区別するために、第１の塗布工程で塗布された保護液１２０を保護液１２０ａとして示している。スクライブ線１０８（第１のスクライブ線１０８ａおよび第２のスクライブ線１０８ｂ含む。）の幅は、たとえば１００μｍ程度とすることができる。つまり、ここでは、スクライブ線溝１０９の幅も１００μｍ程度とすることができる。保護液１２０ａの幅は、スクライブ線溝１０９の幅以上とすることができる。

つづいて、保護膜塗布ステージを９０°回転して半導体ウェハ１０２を９０°回転させ、第１のスクライブ線１０８ａと垂直方向の第２のスクライブ線１０８ｂに沿って形成されたスクライブ線溝１０９の一端から他端上にノズル１５０を移動させ、第２のスクライブ線１０８ｂの一端から他端上に保護液１２０を滴下して塗布する（第２の塗布工程）（図１（ｂ）、図３（ｃ）、図３（ｄ））。なお、ここでは区別するために、第２の塗布工程で塗布された保護液１２０を保護液１２０ｂとして示している。保護液１２０ｂの幅も、スクライブ線溝１０９の幅以上とすることができる。

この後、保護膜塗布ステージを高速回転し、半導体ウェハ１０２を高速回転させる（図２（ａ）、図４（ａ））。これにより、保護液１２０ａおよび保護液１２０ｂが半導体装置１００の一面上で広がり、半導体装置１００上に均一に保護膜１２２が形成される（図２（ｂ）、図４（ｂ））。ここで、回転数は、たとえば５００回転／分以上２０００回転／分以下、回転時間は、たとえば３０秒以上９０秒以下とすることができる。

本実施の形態において、半導体ウェハ１０２を高速回転させたときに働く遠心力に沿った方向に形成された第１のスクライブ線１０８ａおよび第２のスクライブ線１０８ｂ上に保護液１２０を滴下しておく。これにより、半導体ウェハ１０２を高速回転させたときに遠心力によって第１のスクライブ線１０８ａおよび第２のスクライブ線１０８ｂ上の保護液１２０が薄くなる傾向に作用しても、もともとこの領域の保護液１２０の膜厚が厚いので、保護液１２０を半導体装置１００の一面上で均一に広げることができる。

この後、保護膜１２２が形成された面から平面視でスクライブ線１０８に沿ってレーザ光を照射し、レーザダイシングにより保護膜１２２および多層配線層１１０の少なくとも所定の深さまで達する切断溝を形成する（グルービング）。また、本実施の形態においては、多層配線層１１０および半導体ウェハ１０２の一部もレーザダイシングで切断することができる。この後、半導体ウェハ１０２の表面から半導体ウェハ１０２をスクライブ線１０８に沿ってダイシングブレードを用いたブレードダイシングで切断し、個片化する。他の例において、レーザダイシングで半導体ウェハ１０２も切断するフルカットダイシングを行うこともできる。

次に、本実施の形態における半導体装置１００の製造手順の効果を説明する。
図６（ａ）に示したのと同様の半導体ウェハ１０２において、以下の条件で保護液１２０塗布を行い、その後に、半導体ウェハ１０２を高速回転（２０００回転／分、９０秒）させた。

（条件ａ）本実施の形態において、図１から図４を参照して説明した手順で半導体ウェハ１０２上に保護液１２０を塗布した。ここで、スクライブ線溝１０９の線幅を約１５０μｍ、保護液１２０ａおよび保護液１２０ｂの幅を約１０ｍｍとした。

（条件ｂ）図６を参照して説明した例に対応する。特許文献１および２に記載されたように、半導体ウェハ１０２（半径３００ｍｍ）の中心部（半径１５０ｍｍの円形の領域）に保護液１２０を塗布した。

（条件ｃ）ウェハを１０回転／分程度回転させながら、保護液１２０を滴下するノズル１５０を半導体ウェハ１０２の中心から半導体ウェハ１０２外周に向けて３０〜６０°円弧上に動作させ、保護液１２０を渦巻状に塗布した。

（条件ｄ）特許文献３に記載されたのと同様に、同心円状に保護液１２０を塗布した。

以上の（条件ａ）および（条件ｂ）について、図６（ａ）に示した半導体ウェハ１０２上の各測定ポイント１〜９における保護液１２０の膜厚を測定した。図５は、結果を示す図である。なお、図５の「ｂ」は、（条件ｂ）の結果を示し、図６（ｂ）に示した結果と同じである。ここで、（条件ａ）との対比のために示している。

図５に示すように、（条件ｂ）では、半導体ウェハ１０２の略中心を通るスクライブ線上の測定ポイント１〜５において、他の領域（測定ポイント６、７、８、９）に比べて保護膜の膜厚が薄くなっている。一方、（条件ａ）では、半導体ウェハ１０２の略中心を通るスクライブ線（第１のスクライブ線１０８ａおよび第２のスクライブ線１０８ｂ）上の測定ポイント１〜５においても、他の領域（測定ポイント６、７、８、９）と比べて膜厚の低下を大幅に抑えることができ、条件ｂに比べて、膜厚のばらつきが大幅に改善した。

また、（条件ａ）、（条件ｂ）、（条件ｃ）、（条件ｄ）について、保護膜塗布後の半導体ウェハ１０２の表面を確認した。その結果、（条件ｂ）、（条件ｃ）、（条件ｄ）では、目視レベルで半導体ウェハ１０２中央部と外周部に塗布ムラが確認された。一方、（条件ａ）では、塗布ムラは見られなかった。

さらに、（条件ｃ）および（条件ｄ）では、たとえばノズルをゆっくり円弧状に動作させる等、ノズルの動きが複雑になり、塗布時間が長くなるという欠点がある。一方、本実施の形態における半導体装置１００の製造手順によれば、保護液１２０の塗布は十字方向に行うだけ、つまりノズル１５０を第１のスクライブ線１０８ａに沿って移動させる工程と、第２のスクライブ線１０８ｂに沿って移動させる工程の２回の処理のみで行うことができ、保護液１２０を効率よく塗布することができる。

また、以上の実施の形態において説明したように、第１のスクライブ線１０８ａまたは第２のスクライブ線１０８ｂがノッチ１０４を通るように形成されていれば、位置合わせも容易にすることができる。本実施の形態における半導体装置１００の製造手順によれば、半導体ウェハ１０２のノッチ１０４を基準にして０、３、６、９時方向の外周のチップ上にも、保護膜１２２を均一性良く形成することができる。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

以上の実施の形態においては、第１のスクライブ線１０８ａおよび第２のスクライブ線１０８ｂが半導体ウェハ１０２の略中心１０６を通る例を示したが、第１のスクライブ線１０８ａおよび第２のスクライブ線１０８ｂが、半導体ウェハ１０２の略中心１０６中心を通らない構成においても、本発明を適用することができる。ウェハ上のスクライブ線およびスクライブ線に囲まれた素子形成領域の配置は、各メーカによって異なる可能性がある。すなわち、いずれのスクライブ線も、ウェハの略中心を通らないような配置とする可能性もある。このような場合でも、ポリイミド膜上に保護液を塗布してウェハを高速回転させると、複数のスクライブ線のうち、第１の方向および当該第１の方向と垂直な第２の方向にそれぞれ延在するスクライブ線の中で、最も長さが長いスクライブ線において、遠心力の影響を最も受け保護液が移動しやすくなる。そのため、第１のスクライブ線１０８ａおよび第２のスクライブ線１０８ｂが半導体ウェハ１０２の中心１０６を通っていない場合でも、第１のスクライブ線１０８ａが、第１の方向に延在して形成された複数のスクライブ線１０８の中で最も長さが長く、第２のスクライブ線１０８ｂが、第２の方向に延在して形成された複数のスクライブ線１０８の中で最も長さが長い場合、これらの上に保護液１２０を塗布しておくことにより、上記の実施の形態で説明したのと同様の効果が得られる。

１００ 半導体装置
１０２ 半導体ウェハ
１０４ ノッチ
１０６ 中心
１０８ スクライブ線
１０８ａ 第１のスクライブ線
１０８ｂ 第２のスクライブ線
１０９ スクライブ線溝
１１０ 多層配線層
１１２ ポリイミド膜
１２０ 保護液
１２０ａ 保護液
１２０ｂ 保護液
１２２ 保護膜
１５０ ノズル

Claims (9)

1. 一面に形成された多層配線層上に、第１の方向および当該第１の方向と垂直な第２の方向にそれぞれ延在して形成された複数のスクライブ線に沿ってスクライブ線溝が形成された半導体ウェハを、前記スクライブ線に沿って個片化する半導体装置の製造方法であって、
   前記多層配線層上において、前記第１の方向に延在して形成された複数のスクライブ線の中で最も長さが長い第１のスクライブ線のスクライブ線溝の一端から他端上に保護液を塗布する第１の塗布工程と、
   前記多層配線層上において、前記第２の方向に延在して形成された複数のスクライブ線の中で最も長さが長い第２のスクライブ線のスクライブ線溝の一端から他端上に保護液を塗布する第２の塗布工程と、
   前記保護液を塗布した前記半導体装置を回転して、前記半導体装置上に前記保護液により構成された保護膜を形成する工程と、
   を含む半導体装置の製造方法。
2. 請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記第１のスクライブ線および前記第２のスクライブ線は、それぞれ、前記半導体ウェハの略中心を通る半導体装置の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記スクライブ線溝は、前記複数のスクライブ線上全面に開口して形成された半導体装置の製造方法。
4. 請求項１から３いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
   前記多層配線層上には下地保護膜が形成されており、前記スクライブ線溝は当該下地保護膜に形成されており、前記第１の塗布工程および前記第２の塗布工程において、前記保護液を前記下地保護膜上に塗布する半導体装置の製造方法。
5. 請求項１から４いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
   前記保護液は、水溶性保護膜である半導体装置の製造方法。
6. 請求項１から５いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
   前記保護膜が形成された面から前記複数のスクライブ線に沿ってレーザダイシングして、前記多層配線層の少なくとも所定の深さまで達する切断溝を形成する工程、
   をさらに含む半導体装置の製造方法。
7. 請求項１から６いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
   前記第１の塗布工程および前記第２の塗布工程において、前記保護液を、それぞれ、前記スクライブ線溝の幅よりも太い幅で塗布する半導体装置の製造方法。
8. 請求項１から７いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
   前記保護膜を形成する工程において、前記半導体ウェハを、５００回転／分以上２０００回転／分以下の回転数で回転する半導体装置の製造方法。
9. 請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記保護膜を形成する工程において、前記半導体ウェハを、３０秒以上９０秒以下の時間回転する半導体装置の製造方法。

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