JP2013058536A

JP2013058536A - デバイスウェーハの分割方法

Info

Publication number: JP2013058536A
Application number: JP2011194836A
Authority: JP
Inventors: Kinen Cho; 金艶趙
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2013-03-28

Abstract

【課題】ウェーハ表面に絶縁膜と機能膜が積層された積層体によってデバイスが形成されたデバイスウェーハを個々のデバイスに分割するにあたり、加工時間を長くすることがないとともに、デバイスを破損させることなくデバイスウェーハを分割する。
【解決手段】分割予定ライン６に沿って、ウェーハ２の表面に形成した積層体５に第一レーザビームＬ１を照射してレーザ加工溝５ａを形成する工程とデバイスウェーハ１の裏面側からウェーハ２内に第二レーザビームＬ２を照射して改質層２ｃを形成する工程とを、同じ箇所に同時に行い（レーザ照射ステップ）、次に、デバイスウェーハ１に外力を付与し改質層２ｃを起点としてデバイスウェーハ１を一度の操作で個々のデバイス７に分割する（分割ステップ）。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ウェーハ等のデバイスウェーハを個々のデバイスに分割するデバイスウェーハの分割方法に係り、特に、ウェーハ表面に絶縁膜と機能膜が積層された積層体によってデバイスが形成されたデバイスウェーハの分割方法に関する。

シリコンやガリウム砒素等の半導体からなるウェーハの表面に、ＳｉＯＦ、ＢＳＧ等の無機物系膜あるいはポリイミド、パリレン系ポリマー等の有機物系膜からなる低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）と、回路を形成する機能膜とが積層された積層体により、半導体デバイスが形成された形態のデバイスウェーハが実用化されている。

この種のデバイスウェーハは、格子状に設定された分割予定ラインに沿って切断されることにより個々のデバイスに分割される。デバイスウェーハの切断は、切削ブレードにより分割予定ラインを切削して切断するダイサーと呼ばれる切削装置が一般に用いられてきた。ところで、上記Ｌｏｗ−ｋ膜は非常に脆く、切削ブレードで切削すると雲母のように剥離し、デバイスを破損させてしまうという問題があった。そこで、積層体にレーザビームを照射して積層体を分断するレーザ加工溝を形成し、この後、レーザ加工溝の底部側に残ったウェーハ部分を切削ブレードで切削して個々のデバイスに分割するといった方法が提案されている（特許文献１）。

特開２００５−１５０５２３号公報

このように、積層体にレーザビームを照射してレーザ加工溝を形成し、次いでウェーハを切削して全体を分割するといったデバイスウェーハの分割方法では、加工時間が長くなるという不満があり、加工時間の短縮が図られる分割方法が求められた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その主な技術的課題は、加工時間を長くすることがないとともに、積層体からなるデバイスを破損させることなくデバイスウェーハの分割を可能とするデバイスウェーハの分割方法を提供することにある。

本発明のデバイスウェーハの分割方法は、ウェーハの表面に絶縁膜と機能膜が積層された積層体によって形成されたデバイスが分割予定ラインによって区画された各領域に配設されたデバイス領域と、該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを備えたデバイスウェーハを前記分割予定ラインに沿って分割するデバイスウェーハの分割方法であって、デバイスウェーハの表面を水溶性樹脂で被覆する表面被覆ステップと、前記水溶性樹脂で表面が被覆されたデバイスウェーハの少なくとも前記デバイス領域に対応するデバイスウェーハの表面側が露出し、かつ、該デバイス領域に対応するデバイスウェーハの裏面側が露出または透明体で支持された状態にデバイスウェーハを保持手段で保持する保持ステップと、該保持ステップを実施した後、デバイスウェーハの表面側から前記積層体に対して吸収性を有する波長の第一レーザビームを前記水溶性樹脂を介して前記分割予定ラインに沿って該積層体に照射し該積層体を分断するレーザ加工溝を該分割予定ラインに沿って形成するとともに、デバイスウェーハの裏面側からウェーハに対して透過性を有する波長の第二レーザビームの集光点をウェーハ内部に位置付けて該分割予定ラインに沿って該第二レーザビームを照射し該分割予定ラインに沿って改質層を形成するレーザ照射ステップと、該レーザ照射ステップを実施した後、デバイスウェーハに外力を付与して前記改質層を起点にデバイスウェーハを分割する分割ステップと、前記レーザ照射ステップを実施した後、前記分割ステップを実施する前または後に、デバイスウェーハの表面に洗浄水を供給して前記水溶性樹脂をデバイスウェーハ上から除去する水溶性樹脂除去ステップとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、デバイスウェーハを分割予定ラインに沿って分割するための加工として、レーザ照射ステップにおいて、ウェーハ表面に形成した積層体に第一レーザビームを照射してレーザ加工溝を形成する工程とデバイスウェーハの裏面側からウェーハに第二レーザビームを照射して改質層を形成する工程とを同時に行い、次の分割ステップでは、デバイスウェーハに外力を付与することにより、改質層を起点としてデバイスウェーハを一度の操作で個々のデバイスに分割することができる。したがって、分割加工に要する時間を従来よりも短縮させることができる。また、積層体を第一レーザビームを照射して分断するため、積層体が脆い材料を含む場合であっても、切削ブレードによる切削加工で分割した場合のようにデバイスを破損させるおそれがない。

本発明では、前記保持ステップを実施する前に、デバイスウェーハの裏面側に粘着シートを貼着して環状フレームに装着する粘着シート貼着ステップを備え、前記保持ステップでは、前記保持手段で前記環状フレームを保持し、前記レーザ照射ステップでは、前記第二レーザビームは前記粘着シートを介してウェーハに照射される形態を含む。この形態によると、環状フレームおよび粘着シートを介してデバイスウェーハを保持することができるハンドリングが容易となり、また、保持ステップで環状フレームを保持することで、デバイスウェーハを損傷させることなく安全に保持することができるといった利点が得られる。

本発明によれば、ウェーハ表面に絶縁膜と機能膜が積層された積層体によってデバイスが形成されたデバイスウェーハを個々のデバイスに分割するにあたり、加工時間を長くすることがないとともに、デバイスを破損させることなくデバイスウェーハを分割することができるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る分割方法で個々のデバイスに分割されるデバイスウェーハ、およびデバイスウェーハを支持する粘着シートが貼着された環状フレームを示す斜視図である。粘着シートを介してデバイスウェーハが環状フレームに貼着されてなる環状フレーム付きデバイスウェーハの断面図である。一実施形態の分割方法の表面被覆ステップを示す断面図である。同分割方法の保持ステップを示す断面図である。同分割方法のレーザ照射ステップを示す断面図である。レーザ照射ステップで積層体に形成されるレーザ加工溝を示す断面図である。同分割方法の水溶性樹脂除去ステップを示す断面図である。同分割方法の分割ステップを示す断面図であって、（ａ）デバイスウェーハの分割前、（ｂ）デバイスウェーハの分割後を示している。同分割方法の保持ステップの別形態であって、デバイスウェーハを保持手段で直接保持する形態を示す断面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１および図２の符号１は、一実施形態で分割される円板状のデバイスウェーハを示している。このデバイスウェーハ１は、シリコンやガリウム砒素等の半導体からなるウェーハ２を基板とするもので、ウェーハ２の表面２ａは、表面２ａの大部分を占める略矩形状のデバイス領域３と、デバイス領域３を囲繞する外周余剰領域４とに分けられる。

図２に示すように、デバイス領域３には、絶縁膜と機能膜とが積層されてなる積層体５が形成されている。積層体５は格子状の分割予定ライン６によって多数の領域に区画されており、これら領域にデバイス７が配設されている。積層体５の絶縁膜は、例えばＳｉＯＦ、ＢＳＧ等の無機物系膜あるいはポリイミド、パリレン系ポリマー等の有機物系膜からなる低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）であり、積層体５の機能膜は電子回路を形成するものである。本実施形態はデバイスウェーハ１を分割予定ライン６に沿って分割し、個々のデバイス７を得る方法であり、以下の工程順で行われる。

はじめに、図１および図２に示すように、デバイスウェーハ１の裏面側（ウェーハ２の裏面２ｂ側）に粘着シート１１を貼着して環状フレーム１２に装着する（粘着シート貼着ステップ）。粘着シート貼着ステップでは、粘着シート１１をウェーハ２の裏面２ｂに貼着する。粘着シート１１は、ポリ塩化ビニルやポリオレフィン等の伸縮性を有する合成樹脂シート等の基材の片面に樹脂製の粘着層が形成されたものであり、環状フレーム１２は、ステンレス板等の剛性を有する金属板からなるものである。粘着シート１１は環状フレーム１２の内側に配設され、粘着層を介して環状フレーム１２の片面に貼着される。デバイスウェーハ１は、粘着シート１１の粘着層にウェーハ２の裏面２ｂを合わせて環状フレーム１２と同心状に貼着される。デバイスウェーハ１は、搬送時等においては環状フレーム１２および粘着シート１１を介してハンドリングされる。

次に、図３に示すように環状フレーム１２付きのデバイスウェーハ１を樹脂供給装置２０にセットして、デバイスウェーハ１の表面を水溶性樹脂Ｐで被覆する（表面被覆ステップ）。樹脂供給装置２０は、装置ケース２１内の円板状のスピンナテーブル２２上に保持したデバイスウェーハ１の表面に樹脂供給ノズル２３から液状の水溶性樹脂Ｐを滴下してスピンコートを施す形式のものである。

装置ケース２１は、上方に開口し、中心に孔２１１ａが形成された円筒状のケース本体２１１と、ケース本体２１１の孔２１１ａを塞ぐカバー２１２とからなり、カバー２１２には、下方からモータ２４の駆動軸２５が貫通している。スピンナテーブル２２は、その中心が装置ケース２１内に突出する駆動軸２５の上端に固定され、モータ２４の駆動により水平回転可能に支持されている。

デバイスウェーハ１は、ウェーハ２が、スピンナテーブル２２の上面である保持面２２１に裏面２ｂ側を合わせて同心状に載置され、保持面２２１に設けられた負圧チャック等の吸着手段により保持面２２１に吸着、保持される。スピンナテーブル２２の周縁部には、スピンナテーブル２２の回転によって遠心力が生じると環状フレーム１２を上方から押さえ付けるように作動する複数の遠心クランプ２６が取り付けられており、環状フレーム１２はこれら遠心クランプ２６によって保持される。

樹脂供給ノズル２３はケース本体２１１の底部に旋回可能に支持されており、旋回により、先端の樹脂供給口２３１が、スピンナテーブル２２の中心の真上に位置付けられることが可能となっている。また、装置ケース２１内には、洗浄水供給ノズル２７が、樹脂供給ノズル２３と同様の構成で旋回可能に具備されており（図７参照）、スピンナテーブル２２の中心の真上に位置付けられる先端の洗浄水供給口２７１から、洗浄水Ｗが下方に向けて供給されるようになっている。

表面被覆ステップでは、環状フレーム１２付きデバイスウェーハ１が上記のように樹脂供給装置２０のスピンナテーブル２２上に保持されてスピンナテーブル２２が回転駆動され、環状フレーム１２が遠心クランプ２６で保持される。そして、樹脂供給ノズル２３の樹脂供給口２３１から、自転状態のデバイスウェーハ１の表面の中心に水溶性樹脂Ｐが滴下される。デバイスウェーハ１の表面中心に滴下された水溶性樹脂Ｐは遠心力の作用で表面全面にスピンコートされ、積層体５の表面に水溶性樹脂Ｐによる樹脂膜Ｐ１が形成される。なお、表面被覆ステップの時には、洗浄水供給ノズル２７はケース本体２１１の内周面近傍に退避している。使用される水溶性樹脂Ｐとしては、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）等の水溶性レジストが好ましく用いられる。

デバイスウェーハ１の表面に所定膜厚（例えば数μｍ程度）の樹脂膜Ｐ１が形成されたら表面被覆ステップを終え、環状フレーム１２付きデバイスウェーハ１を樹脂供給装置２０から搬出する。そして、図４に示すように、デバイスウェーハ１を、保持手段３０によって樹脂膜Ｐ１で表面が被覆された表面側および裏面側が露出する状態に保持する（保持ステップ）。

保持手段３０は、上端面が環状フレーム１２の保持面３１１とされた保持リング３１に複数の可動クランプ３２が取り付けられたもので、デバイスウェーハ１は、表面側を上方に配置した状態とされ、環状フレーム１２が保持リング３１の保持面３１１に載置されて可動クランプ３２で上から押さえ付けられることにより、保持手段３０に水平な状態に保持される。

次いで、上記のようにして保持手段３０に保持したデバイスウェーハ１に対し、図５および図６に示すように、分割予定ライン６に沿って、積層体５にレーザ加工溝５ａを形成するとともにウェーハ２の内部に改質層２ｃを形成する（レーザ照射ステップ）。

図５に示すように、レーザ照射ステップでは、第一レーザビーム照射手段４１により、デバイスウェーハ１の表面側から、吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）の第一レーザビームＬ１を積層体５に対し樹脂膜Ｐ１を介して分割予定ライン６に沿って照射する。これにより積層体５は分割予定ライン６に沿って樹脂膜Ｐ１とともに蒸散し、図６に示すように積層体５を分断するレーザ加工溝５ａが分割予定ライン６に沿って形成される。

レーザ加工溝５ａは、積層体５が完全に除去されてウェーハ２の表面２ａが露出するまで形成され、ウェーハ２の表面２ａに達してウェーハ２が僅かに除去される程度に形成されてもかまわない。第一レーザビームＬ１が積層体５に照射されると、積層体５および樹脂膜Ｐ１の成分が蒸散し、いわゆるデブリとなって落下するが、そのデブリは樹脂膜Ｐ１の表面に付着するため、デバイス７の品質には影響が起こらない。

また、積層体５に対するレーザ加工溝５ａの形成と同時に、第二レーザビーム照射手段４２により、デバイスウェーハ１の裏面側から、透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）の第二レーザビームＬ２を、集光点をウェーハ２の内部に位置付けた状態で分割予定ライン６に沿って照射する。第二レーザビームＬ２は、粘着シート１１を介してウェーハ２の内部に照射される。これによりウェーハ２の内部には。図５に示すように分割予定ライン６に沿った改質層２ｃが形成される。改質層２ｃが形成された分割予定ライン６は、ウェーハ２内の他の部分よりも強度が低下したものとなる。

第一レーザビーム照射手段４１と第二レーザビーム照射手段４２は、デバイスウェーハ１および粘着シート１１を挟んで互いに対向配置される。そして、これらレーザビーム照射手段４１，４２をデバイスウェーハ１と平行に移動させることで、第一レーザビームＬ１と第二レーザビームＬ２は、分割予定ライン６の同じ箇所に照射されながら同じ速度で走査される。すなわち、デバイスウェーハ１の表面側の積層体５へのレーザ加工溝５ａの形成と、裏面側のウェーハ２内への改質層２ｃの形成を、分割予定ライン６に対し同じ箇所に同時に行う。

レーザ照射ステップでは、このような分割予定ライン６に対する二種類のレーザビームＬ１，Ｌ２の照射作業を、全ての分割予定ライン６に対して行う。なお、分割予定ライン６に対するレーザビームＬ１，Ｌ２の走査は、レーザビーム照射手段４１，４２と保持手段３０とを水平方向に相対移動させることにより可能であり、レーザビーム照射手段４１，４２のみを移動させることに限定はされない。

レーザ照射ステップを終えたら、環状フレーム１２付きデバイスウェーハ１を保持手段３０から搬出して図７に示すように再び樹脂供給装置２０にセットし、デバイスウェーハ１の表面に洗浄水Ｗを供給して、デバイスウェーハ１の表面を被覆している樹脂膜Ｐ１をデバイスウェーハ１上から除去する（水溶性樹脂除去ステップ）。

洗浄水Ｗの供給は、洗浄水供給ノズル２７を旋回させて洗浄水供給口２７１をスピンナテーブル２２の中心の真上に位置付け、洗浄水供給口２７１から洗浄水Ｗを吐出しながらスピンナテーブル２２を回転させる。洗浄水Ｗは自転状態のデバイスウェーハ１の中心に供給され、遠心力によりデバイスウェーハ１の表面全面に行き渡って樹脂膜Ｐ１が洗浄水Ｗで溶かされ除去される。あるいは、洗浄水供給ノズル２７を往復旋回させながら洗浄水Ｗを供給してもよく、この場合には洗浄水Ｗがデバイスウェーハ１の表面全面に直接供給されるので効率よく樹脂膜Ｐ１を除去することができる。なお、水溶性樹脂除去ステップの時には、樹脂供給ノズル２３はケース本体２１１の内周面近傍に退避している。

デバイスウェーハ１の表面から樹脂膜Ｐ１が除去されたら水溶性樹脂除去ステップを終え、環状フレーム１２付きデバイスウェーハ１を樹脂供給装置２０から搬出する。そして、図８に示すように、分割装置５０に環状フレーム１２付きデバイスウェーハ１をセットし、分割装置５０によってデバイスウェーハ１に外力を付与して改質層２ｃを起点にデバイスウェーハ１を個々のデバイス７に分割する（分割ステップ）。

分割装置５０は、デバイスウェーハ１が載置される円筒状の載置ドラム５１の周囲に、環状の保持テーブル５２が載置ドラム５１と同心状に配設され、保持テーブル５２には環状フレーム１２を上から押さえて保持する可動クランプ５３が複数設けられたもので、保持テーブル５２は、複数のエアシリンダ５４によって昇降可能に支持されている。

分割ステップでは、図８（ａ）に示すように、分割装置５０の載置ドラム５１上に粘着シート１１を介してデバイスウェーハ１を載置するとともに、上昇させた保持テーブル５２上に環状フレーム１２を載置して可動クランプ５３により環状フレーム１２を上から押さえ保持する。このセット状態で粘着シート１１およびデバイスウェーハ１は水平となり、続いて、図８（ｂ）に示すようにエアシリンダ５４により保持テーブル５２を下降させる。すると保持テーブル５２上の粘着シート１１が放射方向に拡張され、粘着シート１１上に貼着されているデバイスウェーハ１は、ウェーハ２内に形成された改質層２ｃを起点として割断される。これによりデバイスウェーハ１は、チップ状の多数のデバイス７に分割される。分割されたデバイス７間は、粘着シート１１の拡張により隙間が空いた状態となる。

デバイスウェーハ１が個々のデバイス７に分割されたら分割ステップを終え、この後は、粘着シート１１を拡張した状態のまま、デバイス７を１つ１つ粘着シート１１から剥離してピックアップするピックアップステップに移る。

以上が本実施形態の分割方法であり、本実施形態によれば、デバイスウェーハ１を分割予定ライン６に沿って分割するための加工として、レーザ照射ステップにおいて、ウェーハ２の表面２ａに形成した積層体５に第一レーザビームＬ１を照射してレーザ加工溝５ａを形成する工程とデバイスウェーハ１の裏面側からウェーハ２内に第二レーザビームＬ２を照射して改質層２ｃを形成する工程とを同時に行い、次の分割ステップでは、デバイスウェーハ１に外力を付与することにより、改質層２ｃを起点としてデバイスウェーハ１を一度の操作で個々のデバイス７に分割することができる。したがって、積層体５に分割予定ライン６に沿ってレーザ加工溝５ａを形成し、次いでウェーハ２側を分割予定ライン６に沿って切削加工して切断していくといった従来方法よりも、分割加工に要する時間を短縮させることができる。

また、積層体５に第一レーザビームＬ１を照射してレーザ加工溝５ａを形成し分断するため、積層体５が上記低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）といった脆い材質の絶縁膜を含む場合であっても、切削ブレードによる切削加工で分割した場合のようにデバイス７を破損させるおそれがない。

さらに、デバイスウェーハ１を、粘着シート１１を介して環状フレーム１２に支持した状態で表面被覆ステップから分割ステップを行うため、環状フレーム１２を保持することで各ステップ間でのデバイスウェーハ１のハンドリングが容易となる。また、保持ステップや分割ステップで環状フレーム１２を保持することで、デバイスウェーハ１を損傷させることなく安全に保持することができる。

なお、上記実施形態では、レーザ照射ステップを実施した後、水溶性樹脂除去ステップ、分割ステップといった工程順が採られているが、レーザ照射ステップを実施した後、先に分割ステップを行ってから水溶性樹脂除去ステップを行ってもよい。

また、上記実施形態では、デバイスウェーハ１を粘着シート１１を介して環状フレーム１２に支持し、保持ステップでは保持手段３０が環状フレーム１２を保持する形態としているが、環状フレーム１２を用いることなく、保持手段３０でデバイスウェーハ１を直接保持してもよい。その場合には、図９に示すように、デバイスウェーハ１の外周余剰領域４を可動クランプ３２で押さえ付けて保持し、デバイス領域３に対応するデバイスウェーハ１の表面側および裏面側がともに露出する状態として、デバイスウェーハ１の表面側および裏面側から、それぞれ第一レーザビームＬ１および第二レーザビームＬ２が照射可能に設置する。また、デバイスウェーハ１の裏面側をガラス等の透明体で構成された保持テーブル上に載置して保持し、その透明な保持テーブルを透過させて第二レーザビームＬ２をウェーハ１内に照射するといった手法を採用してもよい。

１…デバイスウェーハ、２…ウェーハ、２ａ…ウェーハの表面、２ｂ…ウェーハの裏面、２ｃ…改質層、３…デバイス領域、４…外周余剰領域、５…積層体、５ａ…レーザ加工溝、６…分割予定ライン、７…デバイス、１１…粘着シート、１２…環状フレーム、２０…樹脂供給装置、３０…保持手段、５０…分割装置、Ｌ１…第一レーザビーム、Ｌ２…第二レーザビーム、Ｐ…水溶性樹脂、Ｐ１…樹脂膜、Ｗ…洗浄水。

Claims

ウェーハの表面に絶縁膜と機能膜が積層された積層体によって形成されたデバイスが分割予定ラインによって区画された各領域に配設されたデバイス領域と、該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを備えたデバイスウェーハを前記分割予定ラインに沿って分割するデバイスウェーハの分割方法であって、
デバイスウェーハの表面を水溶性樹脂で被覆する表面被覆ステップと、
前記水溶性樹脂で表面が被覆されたデバイスウェーハの少なくとも前記デバイス領域に対応するデバイスウェーハの表面側が露出し、かつ、該デバイス領域に対応するデバイスウェーハの裏面側が露出または透明体で支持された状態にデバイスウェーハを保持手段で保持する保持ステップと、
該保持ステップを実施した後、デバイスウェーハの表面側から前記積層体に対して吸収性を有する波長の第一レーザビームを前記水溶性樹脂を介して前記分割予定ラインに沿って該積層体に照射し該積層体を分断するレーザ加工溝を該分割予定ラインに沿って形成するとともに、デバイスウェーハの裏面側からウェーハに対して透過性を有する波長の第二レーザビームの集光点をウェーハ内部に位置付けて該分割予定ラインに沿って該第二レーザビームを照射し該分割予定ラインに沿って改質層を形成するレーザ照射ステップと、
該レーザ照射ステップを実施した後、デバイスウェーハに外力を付与して前記改質層を起点にデバイスウェーハを分割する分割ステップと、
前記レーザ照射ステップを実施した後、前記分割ステップを実施する前または後に、デバイスウェーハの表面に洗浄水を供給して前記水溶性樹脂をデバイスウェーハ上から除去する水溶性樹脂除去ステップと、
を備えることを特徴とするデバイスウェーハの分割方法。
前記保持ステップを実施する前に、デバイスウェーハの裏面側に粘着シートを貼着して環状フレームに装着する粘着シート貼着ステップを備え、
前記保持ステップでは、前記保持手段で前記環状フレームを保持し、
前記レーザ照射ステップでは、前記第二レーザビームは前記粘着シートを介してウェーハに照射されることを特徴とする請求項１に記載のデバイスウェーハの分割方法。