JP2015028980A - ウエーハの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエーハによらず、チップへの分割時にデバイスを損傷させてしまう恐れを低減可能なウエーハの加工方法を提供することである。
【解決手段】表面に形成された複数の分割予定ライン１３によって区画されたチップ領域にそれぞれデバイス１５が形成されたデバイスウエーハの表面が封止材２３で封止され、封止材上のチップ領域にそれぞれ複数のバンプ２５が形成され、バンプに基づいて分割予定ライン上の封止材に分割予定ラインの幅よりも広い幅を有しデバイスウエーハの表面に至らない深さの溝２９を形成し、封止材に所定厚みの切残し部３１を残存させる溝形成ステップと、封止材に対して透過性を有する波長に感度を有した撮像手段４０で分割予定ラインを検出する分割予定ライン検出ステップと、検出された分割予定ラインに沿ってウエーハに加工を施し、ウエーハを個々のチップへと分割する分割ステップと、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、ＷＬ−ＣＳＰウエーハの加工方法に関する。

ＷＬ−ＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ−ｌｅｖｅｌ Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ）ウエーハとは、ウエーハの状態で再配線層や電極（金属ポスト）を形成後、表面側を樹脂封止し、切削ブレード等で各パッケージに分割する技術であり、ウエーハを個片化したパッケージの大きさが半導体デバイスチップの大きさになるため、小型化及び軽量化の観点からも広く採用されている。

ＷＬ−ＣＳＰウエーハの製造プロセスでは、複数のデバイスが形成されたデバイスウエーハのデバイス面側に再配線層を形成し、更に再配線層を介してデバイス中の電極に接続する金属ポストを形成した後、金属ポスト及びデバイスを樹脂で封止する。

次いで、封止材を薄化するとともに金属ポストを封止材表面に露出させた後、金属ポストの端面に電極バンプと呼ばれる外部端子を形成する。その後、切削装置等で切削して個々のＣＳＰへと分割する。

半導体デバイスを衝撃や湿気等から保護するために、封止材で封止することが重要である。通常、封止材として、エポキシ樹脂中にＳｉＣからなるフィラーを混入した封止材を使用することで、封止材の熱膨張率を半導体デバイスチップの熱膨張率に近づけ、熱膨張率の差によって生じる加熱時のパッケージの破損を防止している。

ＷＬ−ＣＳＰウエーハは、一般的に切削装置を使用して個々のＣＳＰに分割される。この場合、ＷＬ−ＣＳＰウエーハは、分割予定ラインを検出するために利用するデバイスが樹脂で覆われているため、表面側からデバイスのターゲットパターンを検出することができない。

その為、ＷＬ−ＣＳＰウエーハの樹脂上に形成された電極バンプをターゲットにして分割予定ラインを割り出したり、樹脂の上面にアライメント用のターゲットを印刷する等して分割予定ラインと切削ブレードとのアライメントをおこなっていた。

しかし、電極バンプや樹脂上に印刷されたターゲットはデバイスのように高精度には形成されていないため、アライメント用のターゲットとしては精度が低いという問題がある。従って、電極バンプや印刷されたターゲットに基づいて分割予定ラインを割り出した場合、分割予定ラインから外れてデバイス部分を切削してしまうという恐れがあった。

そこで、例えば特開２０１３−７４０２１号公報では、ウエーハの外周で露出するデバイスウエーハのパターンを基にアライメントする方法が提案されている。

特開２０１３−７４０２１号公報

しかし、一般にウエーハの外周ではデバイス精度が悪く、ウエーハの外周で露出するパターンを基にアライメントを実施すると、分割予定ラインとは外れた位置でウエーハを分割してしまう恐れがある上、ウエーハによってはデバイスウエーハのパターンが外周で露出していないものもある。

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、ウエーハによらず、チップへの分割時にデバイスを損傷させてしまう恐れを低減可能なウエーハの加工方法を提供することである。

本発明によると、表面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チップ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が封止材で封止され、該封止材上の該チップ領域にそれぞれ複数のバンプが形成され、該分割予定ラインは所定の幅を有するウエーハを加工するウエーハの加工方法であって、該バンプに基づいて該分割予定ライン上の該封止材に該分割予定ラインの幅よりも広い幅を有し該デバイスウエーハの表面に至らない深さの溝を形成し、該封止材に所定厚みの切残し部を残存させる溝形成ステップと、該封止材に対して透過性を有する波長に感度を有した撮像手段で該切残し部を介してデバイスウエーハの表面を撮像し、該分割予定ラインを検出する分割予定ライン検出ステップと、該分割予定ライン検出ステップで検出された該分割予定ラインに沿って該ウエーハに加工を施し、該ウエーハを個々のチップへと分割する分割ステップと、を備えたことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。

好ましくは、分割ステップでは、分割予定ラインに沿って溝の底をダイシングして個々のチップへと分割する。或いは、分割予定ラインに沿って分割起点を形成した後、ウエーハに外力を付与して分割予定ラインに沿って個々のチップへと分割する。好ましくは、切残し部は１００μｍ以下の厚みに設定される。

本発明によると、封止材を透過してデバイス表面を撮像して分割予定ラインを検出するため、封止材上に形成されたバンプ精度が悪いウエーハでも、分割時にデバイスを損傷させてしまう恐れが低減される。封止材の厚みを薄化した状態でデバイスウエーハのパターンを検出するので、より鮮明にパターンを検出でき、高精度に分割予定ラインを検出できる。

（Ａ）はＷＬ−ＣＳＰウエーハの分解斜視図、図１（Ｂ）はＷＬ−ＣＳＰウエーハの斜視図である。 ＷＬ−ＣＳＰウエーハの拡大断面図である。 ＷＬ−ＣＳＰウエーハを外周部が環状フレームに装着されたダイシングテープに貼着する様子を示す斜視図である。 切削装置の斜視図である。 溝形成ステップを説明する断面図である。 分割予定ライン検出ステップを説明する断面図である。 ダイシングによる分割ステップを説明する断面図である。 分割起点としての改質層形成ステップを説明する断面図である。 ウエーハに外力を付与して改質層を分割起点としてチップに分割した状態の断面図である。

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（Ａ）を参照すると、ＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７の分解斜視図が示されている。図１（Ｂ）はＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７の斜視図である。

図１（Ａ）に示されているように、デバイスウエーハ１１の表面１１ａには格子状に形成された複数の分割予定ライン（ストリート）１３によって区画された各領域にＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。

デバイスウエーハ、（以下、単にウエーハと略称することがある）１１は予め裏面１１ｂが研削されて所定の厚さ（２００〜３００μｍ程度）に薄化された後、図２に示すように、デバイス１５中の電極１７に電気的に接続された複数の金属ポスト２１を形成した後、ウエーハ１１の表面１１ａ側を金属ポスト２１が埋設するように封止材で封止する。

封止材２３としては、封止材２３の熱膨張率をデバイスウエーハ１１の熱膨張率に近づけるために、ＳｉＣからなるフィラーが混入されたエポキシ樹脂等の樹脂を使用するのが好ましい。

他の実施形態として、デバイスウエーハ１１の表面１１ａ上に再配線層を形成した後、再配線層上にデバイス１５中の電極１７に電気的に接続された金属ポスト２１を形成するようにしても良い。

次いで、単結晶ダイアモンドからなるバイト切削工具を有する平面切削装置（サーフェスプレイナー）やグラインダーと呼ばれる研削装置を使用して樹脂封止材２３を薄化する。樹脂封止材２３を薄化した後、例えばプラズマエッチングにより金属ポスト２１の端面を露出させる。

次いで、露出した金属ポスト２１の端面によく知られた方法によりハンダ等の金属バンプ２５を形成して、ＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７が完成する。本実施形態のＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７では、樹脂封止材２３の厚さは１００μｍ程度である。

ＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７を切削装置で切削するのに当たり、図３に示すように、好ましくは、ＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７を外周部が環状フレームＦに貼着された粘着テープとしてのダイシングテープＴに貼着する。これにより、ＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７はダイシングテープＴを介して環状フレームＦに支持された状態となる。

しかし、ＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７を切削装置で切削するのに当たり、環状フレームＦを使用せずに、ＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７の裏面に粘着テープを貼着する形態でもよい。

図４を参照すると、ＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７を切削するのに適した切削装置２の斜視図が示されている。４は切削装置２のベースであり、ベース４上にはチャックテーブル６は回転可能且つ図示しない切削送り機構によりＸ軸方向に往復動可能に配設されている。チャックテーブル６には、環状フレームＦをクランプする複数のクランプ８が取り付けられている。１０は切削送り機構を保護するための蛇腹である。

ベース４上には門形状のコラム１２が立設されている。コラム１２にはＹ軸方向に伸長する一対のガイドレール１４が固定されている。コラム１２上には、Ｙ軸移動ブロック１６がボールねじ１８と図示しないパルスモーターとからなる割り出し送り機構２０により、ガイドレール１４に沿ってＹ軸方向に移動可能に搭載されている。

Ｙ軸移動ブロック１６にはＺ軸方向に伸長する一対のガイドレール２２が固定されている。Ｙ軸移動ブロック１６上には、Ｚ軸移動ブロック２４がボールねじ２６とパルスモーター２８とからなるＺ軸移動機構３０により、ガイドレール２２に案内されてＺ軸方向に移動可能に搭載されている。

Ｚ軸移動ブロック２４には、切削ユニット３２とアライメントユニット３６が取り付けられている。切削ユニット３２のスピンドルハウジング中には図示しないスピンドルが回転可能に収容されており、スピンドルの先端には切削ブレード３４が装着されている。

アライメントユニット３６には、マクロ顕微鏡及び可視光線で撮像する標準カメラを備えた第１撮像ユニット３８と、ミクロ顕微鏡及び標準カメラと赤外線カメラを備えた第２撮像ユニット４０が搭載されている。

次に、切削装置２を使用したＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７の加工方法について説明する。まず、ダイシングテープＴを介して環状フレームＦに支持されたＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７をチャックテーブル６の保持面上に載置してチャックテーブル６で吸引保持し、クランプ８で環状フレームＦをクランプして固定する。

次いで、第１撮像ユニット３８及び第２撮像ユニット４０を使用してＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７の表面を撮像し、金属バンプ２５に基づいて金属バンプ２５間の切削領域を検出するアライメントを実施する。

そして、このアライメントに基づいて分割予定ライン１３上の樹脂封止材２３に分割予定ライン１３の幅ｔ１よりも広い幅を有しデバイスウエーハ１１の表面１１ａに至らない深さの溝２９を切削ブレード３４で形成し、樹脂封止材２３に所定厚みｔ２の切残し部３１を残存させる溝形成ステップを実施する。

溝２９の幅は、バンプ間距離と分割予定ライン１３の幅に応じて適宜設定される。なるべく幅広の溝２９を形成する方が撮像可能領域が広がるため好ましいが、溝２９を形成する際にブレード３４でバンプ２５を切削してしまうのを防止するためにも、バンプ２５と溝２９との間に例えば１００μｍ以上の余裕幅を持たせるのが好ましい。

分割予定ライン１３の幅ｔ１は８０μｍ程度であり、切残し部３１の厚みｔ２は樹脂封止材２３の種類に応じて適宜設定する。切残し部の厚みｔ２は７０μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下に設定される。

溝形成ステップ実施後、図６に示すように、樹脂封止材２３に対して透過性を有する波長に感度を有する撮像手段として第２撮像ユニット４０の赤外線カメラで切残し部３１を透過してデバイスウエーハ１１の表面１１ａを撮像し、分割予定ライン１３を検出する分割予定ライン検出ステップを実施する。

本実施形態では、撮像手段として赤外線カメラを使用しているが、撮像手段は赤外線カメラに限定されるものではなく、樹脂封止材の種類に応じ封止材に対して透過性を有する波長に感度を有する他の撮像手段も使用することができる。

次いで、分割予定ライン検出ステップで検出された分割予定ライン１３に沿って、図７に示すように、溝２９の底をダイシングしてＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７を個々のチップへと分割する分割ステップを実施する。

このダイシングに使用する切削ブレードは溝形成ステップで使用した切削ブレード３４と比較して、幅の狭い切削ブレードを使用して、ダイシングテープＴに至る切削溝３３を形成し、ＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７を個々のチップへと分割する。この分割ステップは、ダイシングに替えてレーザビームによるアブレーション加工によりＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７をフルカットするようにしても良い。

次に、図８及び図９を参照して、分割ステップの他の実施形態について説明する。この実施形態では、まずデバイスウエーハ１１に分割起点を形成し、次いでＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７に外力を付与して、ＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７を個々のチップへと分割する。

図８を参照して、分割起点形成ステップの一実施形態について説明する。この実施形態では、図８に示すように、溝形成ステップで形成する溝２９Ａを深く形成し、切残し部３１Ａをウエーハに外力を付与した際に分割できる薄さ、例えば１０μｍ程度に形成しておく。

そして、レーザビーム照射ヘッド４２からデバイスウエーハ１１に対して透過性を有する波長（例えば１０６４ｎｍ）のレーザビーム４３を照射して、デバイスウエーハ１１の内部に分割起点としての改質層３５を形成する。この改質層形成時には、レーザビーム４３の集光点をウエーハ１１の内部に設定し、切残し部３１Ａを通してレーザビーム４３をデバイスウエーハ１１に照射する。

ＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７を吸引保持したレーザ加工装置のチャックテーブルを割り出し送りしながら第１の方向に伸長する分割予定ライン１３に沿ってデバイスウエーハ１１の内部に改質層３５を形成する。

第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３に沿った改質層３５を形成した後、チャックテーブルを９０°回転し、第１の方向と直交する第２の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３に沿って同様な改質層３５を形成する。

分割起点の形成はレーザビームの照射による改質層３５の形成に限定されるものではなく、レーザビーム照射によるアブレーション加工に基づくグルービング溝の形成、或いは切削ブレードにより形成される溝を分割起点とするようにしても良い。

分割起点形成後、図９に示すように、ダイシングテープＴを矢印Ａ方向に拡張して、ＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７に外力を付与し、ＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７を改質層３５を分割起点として個々のチップへと分割する。３７は分割溝である。

上述した実施形態では、溝形成ステップで所定厚さｔ２の切残し部３１を残して溝２９を形成し、樹脂封止材２３の厚みを薄化した状態でデバイス１５のターゲットパターンを検出するので、より鮮明にターゲットパターンを検出でき、高精度に分割予定ライン１３を検出できる。従って、バンプ精度が悪いＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７でも、デバイス１５を損傷させることなくＷＬ−ＣＳＰウエーハ２７を個々のチップに分割することができる。

１１ デバイスウエーハ
１３ 分割予定ライン
１５ デバイス
２１ 金属ポスト
２３ 封止樹脂
２５ バンプ
２７ ＷＬ−ＣＳＰウエーハ
２９ 溝
３１ 切残し部
３３ 切削溝
３５ 改質層
４０ 第２撮像ユニット
４２ レーザビーム照射ヘッド

Claims (4)

1. 表面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チップ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が封止材で封止され、該封止材上の該チップ領域にそれぞれ複数のバンプが形成され、該分割予定ラインは所定の幅を有するウエーハを加工するウエーハの加工方法であって、
   該バンプに基づいて該分割予定ライン上の該封止材に該分割予定ラインの幅よりも広い幅を有し該デバイスウエーハの表面に至らない深さの溝を形成し、該封止材に所定厚みの切残し部を残存させる溝形成ステップと、
   該封止材に対して透過性を有する波長に感度を有した撮像手段で該切残し部を介してデバイスウエーハの表面を撮像し、該分割予定ラインを検出する分割予定ライン検出ステップと、
   該分割予定ライン検出ステップで検出された該分割予定ラインに沿って該ウエーハに加工を施し、該ウエーハを個々のチップへと分割する分割ステップと、
   を備えたことを特徴とするウエーハの加工方法。
2. 該分割ステップでは、該分割予定ラインに沿って該溝の底をダイシングして個々のチップへと分割する請求項１記載のウエーハの加工方法。
3. 該分割ステップでは、該分割予定ラインに沿って分割起点を形成した後、ウエーハに外力を付与して該分割予定ラインに沿って個々のチップへと分割する請求項１記載のウエーハの加工方法。
4. 該切残し部は１００μｍ以下の厚みに設定される請求項１〜３の何れかに記載のウエーハの加工方法。

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