JP2015065386A - 保護膜検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザー加工される被加工物の被加工面に保護膜が被覆されたか否かを確認できるようにする。
【解決手段】被加工物の保護膜３３側に赤外線５０を照射する赤外線照射手段５と、保護膜３３側において反射した赤外線の反射光６０を受光する位置に配設された赤外線撮像手段６と、画像処理により保護膜３３が被覆されている領域と保護膜３３が被覆されていない領域３３０との反射光の強度差によって保護膜３３が被覆されていない領域３３０を検出する検出手段とを備え、保護膜３３が被覆されていない領域３３０の有無を検出することにより、保護膜３３が適正に被覆されたか否かを容易に確認することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の被加工物の被加工面に保護膜が適正に被覆されたか否かを検出する保護膜検出装置に関する。

半導体ウェーハや光デバイスウェーハ等のウェーハをストリートに沿って分割する方法として、ウェーハに形成されたストリートに沿ってパルスレーザー光線を照射することによりレーザー加工溝を形成し、そのレーザー加工溝に沿ってメカニカルブレーキング装置によって割断する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この加工方法においては、ウェーハのストリートに沿ってレーザー光線を照射すると、照射された領域に熱エネルギーが集中してデブリが発生し、このデブリがデバイスの表面に付着してデバイスの品質を低下させるという問題がある。

このデブリによる問題を解消するために、ウェーハの加工面にポリ・ビニル・アルコール等の保護膜を被覆し、保護膜を通してウェーハにレーザー光線を照射することによりデブリがデバイスに付着しないようにしたレーザー加工機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１０−３０５４２０号公報 特開２００７−２０１１７８号公報

しかし、保護膜の被覆条件はウェーハの種類やロットごとに調整する必要があるところ、その被覆条件が適切でない場合には、ウェーハの被加工面に部分的に保護膜が被覆されないことがある。そして、被加工面に部分的に保護膜が被覆されない状態でレーザー加工が施されると、その部分にデブリが堆積して製品不良を招くおそれがある。

本発明は、上記事実にかんがみなされたもので、その主たる技術的課題は、被加工物の被加工面に保護膜が被覆されたか否かを確認できるようにすることにある。

本発明は、被加工物の表面に液状樹脂による保護膜が被覆されたか否かを検出する保護膜検出装置であって、表面に保護膜が被覆された被加工物を保持する保持テーブルと、保持テーブル上に保持された被加工物の保護膜側に赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射手段から照射され被加工物の保護膜側で反射した赤外線を受光する位置に配設され被加工物の保護膜側を撮像する赤外線撮像手段と、赤外線撮像手段により撮像された保護膜側の画像情報に対する画像処理によって、保護膜が被覆されているために赤外線を吸収し赤外線反射が少ない領域と、保護膜が被覆されていないために赤外線反射が多い領域との光の強度差に基づき、保護膜が被覆されていない領域を検出する検出手段と、検出手段により保護膜が被覆されていない領域が検出された場合にその検出が行われたことを報知する報知手段とを備えている。

被加工物がシリコンウェーハである場合は、上記保護膜検出装置の赤外線撮像手段は８μｍより長い波長領域を測定する赤外線カメラであることが望ましい。

本発明に係る保護膜検出装置は、被加工物の保護膜側に赤外線を照射する赤外線照射手段と、保護膜側において反射した赤外線の反射光を受光する位置に配設された赤外線撮像手段と、保護膜が被覆されている領域と保護膜が被覆されていない領域との反射光の強度差によって保護膜が被覆されていない領域を検出する検出手段とを備えているため、保護膜が被覆されていない領域の有無を容易に検出することができる。

また、被加工物がシリコンウェーハである場合において、赤外線撮像手段が８μｍより長い波長領域を測定する赤外線カメラであることにより、保護膜が被覆されている領域と保護膜が被覆されていない領域との間で反射光の強度差が明確となるため、保護膜が被覆されていない領域を確実に検出することができる。

保護膜検出装置を示す斜視図。 保護膜検出装置を示す一部破断斜視図。 被加工物に液状樹脂を滴下する状態を示す断面図。 表面に保護膜が被覆された被加工物を示す断面図。 赤外線により保護膜側を撮像する状態を示す斜視図。 赤外線により保護膜側を撮像する状態を示す断面図。 保護膜検出装置の別の例を示す断面図。 レーザー加工装置を示す斜視図 赤外線の波長と水溶性レジスト樹脂及びウェーハにおける透過率との関係の実験結果を示すグラフ。 赤外線の波長と透過率との関係を半導体材料ごとに示したグラフ（「赤外線工学 −基礎と応用− 赤外線技術研究会編 オーム社 」より引用）。

図１及び図２に示す保護膜検出装置１は、保持テーブル２に保持された被加工物Ｗの被加工面である表面Ｗ１に保護膜を被覆するとともに、保護膜が適正に被覆されたか否かを検出する装置である。

保持テーブル２は、被加工物Ｗを吸引保持する吸引部２０と、その外周側において被加工物を固定するためのクランプ部２１を複数備えている。また、保持テーブル２は、回転可能であるとともに昇降可能となっている。保持テーブル２は、下降することにより、保持テーブル２に保持された被加工物Ｗに対して保護膜を被覆する被覆位置（図２に示す位置）に移動可能である。一方、保持テーブル２は、被覆位置から上昇することにより、被覆された保護膜を検出する検出位置（図１に示す位置）に移動可能となっている。

図２に示すように、被覆位置には、保持テーブル２に保持された被加工物Ｗの表面Ｗ１に対して保護膜を被覆する保護膜噴射手段３が配設されている。保護膜被覆手段３は、保持テーブル２の面方向と平行な方向にのびるアーム３０と、アーム３０の基端に連結されアーム３０を保持テーブル２の面方向に移動させる駆動部３１と、アーム３０の先端に連結され下方に向けて液状樹脂を噴出するノズル３２とを備えている。ノズル３２は、駆動部３１による駆動により保持テーブル２の上方と保持テーブル２の上方から退避した位置との間を移動可能となっている。

図２に示すように、被覆位置には、被加工物Ｗの表面Ｗ１を洗浄及び乾燥する洗浄乾燥手段４が配設されている。洗浄乾燥手段４は、保持テーブル２の面方向と平行な方向にのびるアーム４０と、アーム４０の基端に連結されアーム４０を保持テーブル２の面方向に移動させる駆動部４１と、アーム４０の先端に連結され下方に向けて液状樹脂を噴出するノズル４２とを備えている。ノズル４２は、駆動部４１による駆動により保持テーブル２の上方と保持テーブル２の上方から退避した位置との間を移動可能となっている。

検出位置には、保持テーブル２上に保持された被加工物Ｗの表面Ｗ１に被覆された保護膜側に赤外線を照射する赤外線照射手段５と、赤外線照射手段５から照射され被加工物Ｗの保護膜側で反射した赤外線を受光する位置に配設され被加工物の保護膜側を撮像する赤外線撮像手段６とを備えている。赤外線照射手段５及び赤外線撮像手段６は、照射角度及び撮像角度を調節可能となっている。

赤外線照射手段５は、例えば赤外線ヒータであり、例えば少なくとも被加工物Ｗの半径を直径とする領域に赤外線を照射することができ、保持テーブル２を一回転させながら赤外線の照射を行うことにより、被加工物Ｗの保護膜側全面に赤外線を照射することができる。

赤外線撮像手段６は、例えば、波長が８〜１４μｍの赤外領域の光を撮像することができる赤外線カメラ（エリアセンサ）であり、保持テーブル２を一回転させながら撮像を行うことにより、被加工物Ｗの保護膜側の全面を撮像することができる。

赤外線撮像手段６には、ＣＰＵ及び記憶素子を備え撮像により取得した画像情報に対して画像処理を施すことにより保護膜が被覆されていない領域を検出する検出手段７が接続されている。検出手段７は、保護膜が被覆されていない領域を検出手段７が検出した場合にその旨を報知する報知手段８に接続されている。報知手段８は、例えば警報音を鳴らしたり画面表示したりすることにより報知を行う。

以下では、図１及び図２に示した保護膜検出装置１において、保持テーブル２に保持された被加工物Ｗのデバイスが形成された表面Ｗ１に保護膜を被覆し、保護膜が被覆されていない領域を検出する方法について説明する。

図１に示すように、被加工物Ｗの裏面Ｗ２をテープＴに貼着することにより、テープＴの外周部に貼着されたリング状のフレームＦと一体化させ、フレームＦにより被加工物Ｗを支持する。被加工物Ｗの表面Ｗ１には、分割予定ラインＬによって区画されてデバイスＤが形成されている。テープＴ側から保持テーブル２において吸引保持するとともに、クランプ部２１によってフレームＦを固定することにより、表面Ｗ１が上方に露出した状態で被加工物Ｗが保持される。

次に、図２に示した被覆位置に保持テーブル２を下降させ、図３に示すように、保持テーブル２を３００〜１０００ｒｐｍ程度の回転速度で回転させるとともに、保護膜被覆手段３を構成するノズル３２を被加工物Ｗの中心部の上方に移動させ、その状態で液状樹脂３２０を表面Ｗ１に滴下する。液状樹脂３２０としては、ポリ・ビニル・アルコール、ポリ・エチレン・グリコール、ポリ・エチレン・オキサイド等の水溶性レジスト樹脂を使用することができる。また、液状樹脂３２０の滴下量は、保護膜の所望厚さに応じて調整する。表面Ｗ１に滴下された液状樹脂は、保持テーブル２の回転による遠心力によって外周側に行き渡った後、経時的に硬化し、図４に示すように、表面Ｗ１に保護膜３３が被覆される。

このようにして被加工物Ｗの表面Ｗ１に保護膜３２０が被覆されると、保持テーブル２が上昇して図１に示した検出位置に移動する。そして、図５に示すように、保持テーブル２の回転によって保護膜３３が被覆された被加工物Ｗを回転させながら、赤外線照射手段５から被加工物Ｗの表面Ｗ１に対して赤外線５０が照射され、赤外線撮像手段６によって赤外線の反射光が受光され撮像される。撮像より取得された画像情報は、検出手段７に転送される。

保護膜３３は、赤外線の吸収率が高い（反射率が低い）。一方、保護膜３３が被覆されていない部分がある場合は、被加工物Ｗの表面Ｗ１に直接赤外線５０が照射されるが、表面Ｗ１は回路パターンまたは半導体であるため、保護膜３３よりも赤外線の吸収率が低い（反射率が高い）。したがって、保護膜３３が被覆されていない部分がある場合は、検出手段７が取得した画像情報には、保護膜３３が被覆されているために赤外線５０を吸収し赤外線反射が少ない領域と、保護膜３３が被覆されていないために赤外線反射が多い領域との間で光の強度差が生じるため、画像情報に対する画像処理によって、この光の強度差に基づき、保護膜が被覆されていない領域を検出することができる。画像情報における保護膜３３が被覆されている領域と被覆されていない領域とのコントラストをより明確にするため、検出手段７では、二値化処理等の処理を行う。

例えば、図６に示すように、保護膜３３が被覆されていない非被覆部３３０がある場合は、非被覆部３３０以外の領域においては赤外線５０がほとんど吸収されるが、非被覆部３３０では赤外線５０が反射し反射光６０となって赤外線撮像手段６によって撮像されるため、非被覆部３３０の有無を容易に検出することができる。

なお、赤外線撮像手段６によって取得され検出手段７において読み込まれた画像情報かた非被覆部３３０の位置を認識し、その位置情報を検出手段７に備えた記憶素子に記憶しておくことが望ましい。かかる位置情報を記憶しておくことにより、再度保護膜を被覆するときに、その位置に液状樹脂を滴下することができる。

検出手段７によって保護膜３３が被覆されていない領域が検出されると、その旨が報知手段８に通知され、報知手段８は、保護膜３３が被覆されていない領域が検出されたことを、警報音を鳴らしたり画面表示したりすることによってオペレータに報知する。報知を受けたオペレータは、保持テーブル２を被覆位置に下降させ、保護膜を再度被覆する。非被覆部３３０の位置情報が検出手段７に記憶されている場合は、かかる位置情報に基づき、その位置に液状樹脂を滴下することができる。

なお、図１，２，５及び６に示した赤外線照射手段５及び赤外線撮像手段６に代えて、図７に示す赤外線照射手段５ａ及び赤外線撮像手段６ａを用いることもできる。この赤外線照射手段５ａは、被加工物Ｗの表面Ｗ１の面方向と平行な方向に移動可能であるとともに、下方に向けて赤外線を照射可能である。一方、赤外線撮像手段６ａは、保持テーブル２の中心部上方に配設され、広角に赤外線を撮像することができる。かかる構成では、表面Ｗ１の面方向と平行な方向に赤外線照射手段５ａが移動しながら表面Ｗ１に向けて赤外線を照射するとともに、赤外線撮像手段６ａによって撮像を行うことで、保護膜３３の全面を撮像することができる。

保護膜３３が被覆された被加工物Ｗは、例えば図８に示すレーザー加工装置１０によってレーザー加工される。このレーザー加工装置１０は、被加工物Ｗを保持して回転可能な保持手段１１と、保持手段１１をＸ軸方向に移動させるＸ軸方向移動手段１２と、保持手段１１をＹ軸方向に移動させるＹ軸方向移動手段１３と、保持手段１１に保持された被加工物Ｗに対してレーザー光線を照射するレーザー加工手段１４とを備えている。

保持手段１１は、被加工物Ｗを吸引保持する吸引部１１０と、フレームＦを固定するクランプ部１１１とを備えている。

Ｘ軸方向移動手段１２は、Ｘ軸方向にのびるボールネジ１２０と、ボールネジ１２０の一端に接続されたモータ１２１と、ボールネジ１２０と平行にのびる一対のガイドレール１２２と、図示しない内部のナットがボールネジ１２０に螺合するとともに下部がガイドレール１２２に摺接する移動基台１２３とを備えており、モータ１２１によって駆動されてボールネジ１２０が回動することにより、移動基台１２３がガイドレール１２２にガイドされてＸ軸方向に移動し、保持手段１１をＸ軸方向に移動させることができる。

Ｙ軸方向移動手段１３は、Ｙ軸方向にのびるボールネジ１３０と、ボールネジ１３０の一端に接続されたモータ１３１と、ボールネジ１３０と平行に配設された一対のガイドレール１３２と、図示しない内部のナットがボールネジ１３０に螺合するとともに下部がガイドレール１３２に摺接する移動基台１３３とを備えており、モータ１３１によって駆動されてボールネジ１３０が回動することにより、移動基台１３３がガイドレール１３２にガイドされてＹ軸方向に移動し、移動基台１３３の上に配設された保持手段１１及びＸ軸方向移動手段１２をＹ軸方向に移動させることができる。

レーザー加工手段１４は、下方に向けレーザー光線を照射する照射ヘッド１４０を備えている。

保持手段１１においては、テープＴ側が吸引保持されて保護膜３３が上方に露出した状態となり、クランプ部１１１によってフレームＦが固定される。そして、保持手段１１がＸ軸方向及びＹ軸方向に移動し、レーザー加工すべき分割予定ラインＬ（図１参照）と照射ヘッド１４０とのＹ軸方向の位置合わせを行った後、保持手段１１をＸ軸方向に移動させながら、照射ヘッド１４０からレーザー光線を照射し、被加工物Ｗの表面Ｗ１に集光する。そうすると、分割予定ラインＬに沿ってレーザー加工溝が形成される。このような加工を同方向のすべての分割予定ラインＬについて行い、さらに、保持手段１１を９０度回転させてから同様の加工を行うと、すべての分割予定ラインＬに沿って縦横にレーザー加工溝が形成される。このようにして行うレーザー加工においては、集光点付近に熱エネルギーが集中することによりデブリが発生して飛散するが、被加工物Ｗの表面Ｗには保護膜３３が被覆されているため、表面Ｗ１のデバイスＤにデブリが付着するのを防止することができる。特に、保護膜３３が部分的に被覆されていない領域があった場合は、保護膜検出装置１によってそれを検出して再度保護膜３３を被覆する作業を行うことにより、保護膜３３を表面Ｗ１の一面に被覆することができるため、デバイスＤにデブリが付着するのを確実に防止することができる。

レーザー加工の終了後は、レーザー加工溝が形成された被加工物Ｗを、テープＴを介してフレームＦに支持されたままの状態で、図２に示した保護膜被覆装置１の保持テーブル２において保持する。そして、保持テーブル２が被覆位置に位置した状態で、保持テーブル２を例えば２０００〜３０００ｒｐｍの回転速度で回転させるとともに、ノズル４２から洗浄水を噴出し、アーム４１を揺動させることにより、水溶性の保護膜３３を除去する。

このようにして保護膜３３を除去した後、被加工物Ｗに外力を加えることにより、個々のデバイスＤに分割される。

なお、本実施形態では、保護膜検出装置１が保護膜被覆装置としての機能も有している場合について説明したが、保護膜検出装置は、保護膜検出の機能のみを有する装置であってもよい。また、保護膜被覆装置は、レーザー加工装置に搭載されていてもよい。

パーキンエルマー社の赤外分光分析装置「Spectrum One」を使用し、ＡＴＲ（Attenuated Total Reflection）法（全反射測定法）によって、以下の３種類の被加工物（ウェーハ）のそれぞれに対し、波長を２μｍから２０μｍまで変化させながら赤外線を照射し、赤外線の透過率を測定した。なお、ヒータの温度を５０度、ヒータとウェーハとの距離を３０ｍｍとした。
（１）表面に水溶性レジスト樹脂が被覆されたベアシリコンウェーハ（以下、「保護膜付きベアシリコン」という。）
（２）回路パターンが形成された面に水溶性レジスト樹脂が被覆されたシリコンウェーハ（以下、「保護膜付きパターンウェーハ」という。）
（３）回路パターンが形成された面に水溶性レジスト樹脂が被覆されていないシリコンウェーハ（以下、「保護膜なしパターンウェーハ」という。）

測定結果は、図９に示すとおりであり、横軸が波長、縦軸がａｂｓ吸光度を示している。図９のグラフでは、波長が８μｍ〜１０μｍ付近である場合においては、保護膜付きパターンウェーハと保護膜なしパターンウェーハの吸収率の差が大きく、保護膜の有り無しの判断がしやすいことがわかる。したがって、被加工物がシリコンウェーハであり、図１，２，５，６及び７に示した赤外線照射手段５，５ａから照射する赤外線の波長が８μｍ〜１０μｍである場合は、赤外線撮像手段６，６ａにおける保護膜３３が被覆されている部分と被覆されていない部分との受光量の差が大きくなるため、保護膜３３が被覆されていない部分を確実に検出することができる。

図１０に示すグラフは、シリコン（Si）、ゲルマニウム（Ge）、セレン化亜鉛（ZnSe）及びクリアトラン−硫化亜鉛（クリアトラン−ZnS）の赤外線透過率を示したもので、シリコンについては、波長が８μｍより長くなると、透過率が低くなって反射率が高くなることが示されている。このことからも、シリコンウェーハについては、赤外線の波長を８μｍより長くし、赤外線撮像手段６，６ａとして８μｍより長い波長領域を測定する赤外線カメラを使用することで、保護膜３３が被覆されていない部分を確実に検出することができることがわかる。

１：保護膜検出装置
２：保持テーブル ２０：吸引部 ２１：クランプ部
３：保護膜噴射手段
３０：アーム ３１：駆動部 ３２：ノズル ３２０：液状樹脂
４：洗浄乾燥手段
４０：アーム ４１：駆動部 ４２：ノズル
５，５ａ：赤外線照射手段 ５０：赤外線
６，６ａ：赤外線撮像手段 ６０：反射光
７：検出手段 ８：報知手段
Ｗ：被加工物 Ｗ１：表面 Ｗ２：裏面
Ｔ：テープ Ｆ：フレーム
３３：保護膜 ３３０：非被覆部
１０：レーザー加工装置
１１：保持手段 １１０：吸引部 １１１：クランプ部
１２：Ｘ軸方向移動手段
１２０：ボールネジ １２１：モータ １２２：ガイドレール １２３：移動基台
１３：Ｙ軸方向移動手段
１３０：ボールネジ １３１：モータ １３２：ガイドレール １３３：移動基台
１４：レーザー加工手段 １４０：照射ヘッド

Claims (2)

1. 被加工物の表面に液状樹脂による保護膜が被覆されたか否かを検出する保護膜検出装置であって、
   表面に該保護膜が被覆された被加工物を保持する保持テーブルと、
   該保持テーブル上に保持された被加工物の該保護膜側に赤外線を照射する赤外線照射手段と、
   該赤外線照射手段から照射され被加工物の該保護膜側で反射した赤外線を受光する位置に配設され被加工物の該保護膜側を撮像する赤外線撮像手段と、
   該赤外線撮像手段により撮像された該保護膜側の画像情報に対する画像処理によって、該保護膜が被覆されているために赤外線を吸収し赤外線反射が少ない領域と、該保護膜が被覆されていないために赤外線反射が多い領域との光の強度差に基づき、該保護膜が被覆されていない領域を検出する検出手段と、
   該検出手段により該保護膜が被覆されていない領域が検出された場合に該検出が行われたことを報知する報知手段と、
   を備える保護膜検出装置。
2. 被加工物はシリコンウェーハであり、前記赤外線撮像手段は８μｍより長い波長領域を測定する赤外線カメラであること、
   を特徴とする保護膜検出装置。

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