JP2015170675A - 板状物の加工方法 - Google Patents

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雄輝 小川
祐輝 石田
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祐輝 石田
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Tsubasa Obata
翼 小幡
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Abstract

【課題】基板と基板の表面に形成された積層体とからなる板状物における基板にダメージを与えることなく積層体を除去し基板を露出させることができる板状物の加工方法を提供する。【解決手段】基板と基板の表面に形成された積層体とからなる板状物を加工する板状物の加工方法であって、板状物の積層体を除去したい領域に積層体を破壊するが基板を破壊しないエネルギー密度に設定されたレーザー光線を照射し、積層体を除去して基板を露出せしめる基板露出工程を実施する。【選択図】図５

Description

本発明は、シリコン等の基板と該基板の表面に形成された積層体とからなる板状物における積層体を除去して基板を露出させる板状物の加工方法に関する。
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は、シリコン等の基板の表面に絶縁膜と機能膜が積層された機能層によって複数のＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスをマトリックス状に形成した半導体ウエーハが形成される。このように形成された半導体ウエーハは上記デバイスが分割予定ラインによって区画されており、この分割予定ラインに沿って分割することによって個々の半導体デバイスを製造している。
近時においては、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップの処理能力を向上するために、シリコン等の基板の表面に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）が積層された機能層によって半導体デバイスを形成せしめた形態の半導体ウエーハが実用化されている。
このような半導体ウエーハのストリートに沿った分割は、通常、ダイサーと呼ば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、被加工物である半導体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半導体ウエーハを切削するための切削手段と、チャックテーブルと切削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。切削手段は、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固定して形成されている。
しかるに、上述したＬｏｗ−ｋ膜は、切削ブレードによってに切削することが困難である。即ち、Ｌｏｗ−ｋ膜は雲母のように非常に脆いことから、切削ブレードにより分割予定ラインに沿って切削すると、Ｌｏｗ−ｋ膜が剥離し、この剥離がデバイスにまで達しデバイスに致命的な損傷を与えるという問題がある。
上記問題を解消するために、半導体ウエーハに形成された分割予定ラインの幅方向における両側に分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射し、分割予定ラインに沿って積層体を除去して分断し、この２条のレーザー加工溝の外側間に切削ブレードを位置付けて切削ブレードと半導体ウエーハを相対移動することにより、半導体ウエーハを分割予定ラインに沿って切断するウエーハの分割方法が下記特許文献１に開示されている。
特開２００５−１４２３９８号公報
而して、分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射し積層体を除去してシリコン等の基板を露出させると、レーザー光線の漏れ光または直射によって基板の上面にダメージを与え、積層体が除去された分割予定ラインに沿って基板を切削ブレードで切削すると、上面のダメージからクラックが発生してデバイスの抗折強度を低下させるという問題がある。
このような問題は、基板の上面に金属膜(TEG)やパシベーション膜等の積層体が形成されている板状物から積層体を除去する加工において全般的に起こり得る。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、シリコン等の基板と該基板の表面に形成された積層体とからなる板状物における基板にダメージを与えることなく積層体を除去し基板を露出させることができる板状物の加工方法を提供することである。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、基板と該基板の表面に形成された積層体とからなる板状物を加工する板状物の加工方法であって、
板状物の積層体を除去したい領域に積層体を破壊するが基板を破壊しないエネルギー密度に設定されたレーザー光線を照射し、積層体を除去して基板を露出せしめる基板露出工程を実施する、
ことを特徴とする板状物の加工方法が提供される。
上記基板露出工程において照射するレーザー光線は、集光点を板状物を構成する積層体上面より上側に位置付けた集光スポットで積層体の上面に照射する。
上記板状物は基板の上面に複数のデバイスが複数の分割予定ラインによって区画されて形成された積層体を備えたウエーハであり、上記基板露出工程において分割予定ラインに沿って積層体を除去した後、分割予定ラインに沿って露出した基板を切断する切断工程を実施する。
本発明による板状物の加工方法は、板状物の積層体を除去したい領域に積層体を破壊するが基板を破壊しないエネルギー密度に設定されたレーザー光線を照射し、積層体を除去して基板を露出せしめる基板露出工程を実施するので、基板にダメージを与えることなく積層体を除去することができる。このようにして基板にダメージを与えることなく積層体を除去することができるので、分割予定ラインに沿って露出した基板を切削ブレードによって切削しても基板にクラックが発生することがなく、デバイスの抗折強度を低下させることがない。
本発明による板状物の加工方法によって加工される板状物としての半導体ウエーハを示す斜視図および要部拡大断面図。 本発明による板状物の加工方法におけるウエーハ支持工程が実施された半導体ウエーハの裏面が環状のフレームに装着されたダイシングテープの表面に貼着された状態を示す斜視図。 本発明による板状物の加工方法における基板露出工程を実施するためのレーザー加工装置の要部斜視図。 図３に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段の構成図。 本発明による板状物の加工方法における基板露出工程の説明図。 本発明による板状物の加工方法における基板露出工程の他の実施形態を示す説明図。 本発明による板状物の加工方法における切断工程を実施するための切削装置の要部斜視図。 本発明による板状物の加工方法における切断工程の説明図。
以下、本発明による板状物の加工方法について添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
図１の（a）および(b)には、本発明による板状物の加工方法によって加工される板状物としての半導体ウエーハの斜視図および要部拡大断面図が示されている。図１の（a）および(b)に示す半導体ウエーハ２は、厚みが１５０μmのシリコン等の基板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機能層２１（積層体）によって複数のＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス２２がマトリックス状に形成されている。そして、各デバイス２２は、格子状に形成された分割予定ライン２３（図示の実施形態においては幅が１００μmに設定されている）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、機能層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）からなっており、厚みが１０μmに設定されている。
上述した板状物としての半導体ウエーハ２における積層体である機能層２１を分割予定ライン２３に沿って除去する板状物の加工方法について説明する。
先ず、半導体ウエーハ２を構成する基板２０の裏面にダイシングテープを貼着し該ダイシングテープの外周部を環状のフレームによって支持するウエーハ支持工程を実施する。即ち、図２に示すように、環状のフレーム３の内側開口部を覆うように外周部が装着されたダイシングテープ４の表面に半導体ウエーハ２を構成する基板２０の裏面２０bを貼着する。従って、ダイシングテープ４の表面に貼着された半導体ウエーハ２は、積層体である機能層２１の表面２１aが上側となる。
上述したウエーハ支持工程を実施したならば、積層体である機能層２１を除去したい領域に積層体である機能層２１を破壊するが基板２０を破壊しないエネルギー密度に設定されたレーザー光線を照射し、積層体である機能層２１を除去して基板２０を露出せしめる基板露出工程を実施する。この基板露出工程は、図３に示すレーザー加工装置５を用いて実施する。図３に示すレーザー加工装置５は、被加工物を保持するチャックテーブル５１と、該チャックテーブル５１上に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２と、チャックテーブル５１上に保持された被加工物を撮像する撮像手段５３を具備している。チャックテーブル５１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない加工送り手段によって図３において矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられるとともに、図示しない割り出し送り手段によって図３において矢印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。
上記レーザー光線照射手段５２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング５２１を含んでいる。ケーシング５２１内には図４に示すようにパルスレーザー光線発振手段５２２と、該パルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたパルスレーザー光線の出力を調整する出力調整手段５２３と、該出力調整手段５２３によって出力が調整されたパルスレーザー光線を伝送する伝送光学系５２４が配設されている。パルスレーザー光線発振手段５２２は、パルスレーザー光線発振器５２２aと、これに付設された繰り返し周波数設定手段５２２bとから構成されている。このように構成されたパルスレーザー光線発振手段５２２から発振されたパルスレーザー光線は、出力調整手段５２３によって出力が調整され伝送光学系５２４を介してケーシング５２１の先端に装着された集光器５２５に導かれる。
集光器５２５は、図４に示すように方向変換ミラー５２５aと、対物レンズ５２５bを備えている。方向変換ミラー５２５aは、伝送光学系５２４を介して導かれたパルスレーザー光線を対物レンズ５２５bに向けて直角に方向変換する。対物レンズ５２５bは、方向変換ミラー５２５aによって方向変換されたパルスレーザー光線をチャックテーブル５１に保持された被加工物Ｗの上面に集光する。被加工物Ｗの上面に集光されるパルスレーザー光線LBの集光スポットS1は、図示の実施形態においてはφ４０〜５０μｍとなるように構成されている。なお、図４に示す実施形態においてパルスレーザー光線LBは、被加工物Ｗの上面（板状物を構成する積層体の上面）より上側に位置付けた集光点Pから拡径された集光スポットS1で照射される。
上記レーザー光線照射手段５２を構成するケーシング５２１の先端部に装着された撮像手段５３は、被加工物を照明する照明手段と、該照明手段によって照明された領域を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた像を撮像する撮像素子（ＣＣＤ）等を備え、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５を用いて、パルスレーザー光線のスポットを分割予定ライン２３の上面に位置付けて分割予定ライン２３に沿って照射し、分割予定ライン２３に積層された積層体である機能層２１を除去して基板２０を露出せしめる基板露出工程について、図３および図５を参照して説明する。
先ず、上述した図３に示すレーザー加工装置５のチャックテーブル５１上に上記ウエーハ支持工程が実施された半導体ウエーハ２が貼着されたダイシングテープ４側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、ダイシングテープ４を介して半導体ウエーハ２をチャックテーブル５１上に保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル５１に保持された半導体ウエーハ２は、機能層２１が上側となる。なお、図３においてはダイシングテープ４が装着された環状のフレーム３を省いて示しているが、環状のフレーム３はチャックテーブル５１に配設された適宜のフレーム保持手段に保持される。このようにして、半導体ウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル５１は、図示しない加工送り手段によって撮像手段５３の直下に位置付けられる。
チャックテーブル５１が撮像手段５３の直下に位置付けられると、撮像手段５３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５３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分割予定ライン２３と、該分割予定ライン２３に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２の集光器５２５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、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する（アライメント工程）。また、半導体ウエーハ２に上記所定方向と直交する方向に形成された分割予定ライン２３に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。
上述したアライメント工程を実施したならば、図５の（ａ）で示すようにチャックテーブル５１をパルスレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段５２の集光器５２５が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定の分割予定ライン２３を集光器５２５の直下に位置付ける。このとき、図５の（ａ）で示すように半導体ウエーハ２は、分割予定ライン２３の一端(図５の（ａ）において左端)が集光器５２５の直下に位置するように位置付けられる。そして、図５の（ａ）および（c）で示すように集光器５２５から照射されるパルスレーザー光線LBの集光スポットS1を分割予定ライン２３における機能層２１の上面付近に位置付ける。次に、レーザー光線照射手段５２の集光器５２５から半導体ウエーハ２を構成する機能層２１は破壊するが基板２０を破壊しないエネルギー密度に設定されたパルスレーザー光線LBを照射しつつチャックテーブル５１を図５の（ａ）において矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図５の（ｂ）で示すように半導体ウエーハ２に形成された分割予定ライン２３の他端（図５の（ｂ）において右端）が集光器５２５の直下位置に達したら、パルスレーザー光線LBの照射を停止するとともにチャックテーブル５１の移動を停止する。
なお、上記基板露出工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
（加工条件１）
パルスレーザー光線の波長：３５５nm
繰り返し周波数 ：２００〜１０００ｋＨｚ
パルス幅 ：１〜５ns
エネルギー密度 ：０．６〜１．５J／cm2
スポット径 ：φ４０〜５０μｍ
加工送り速度 ：１００〜４００ｍｍ／秒

（加工条件２）
パルスレーザー光線の波長：５３２nm
繰り返し周波数 ：１０MＨｚ
パルス幅 ：１０ps
エネルギー密度 ：０．１３〜０．２J／cm2
スポット径 ：φ４０〜５０μｍ
加工送り速度 ：５００ｍｍ／秒
上述した基板露出工程においてはパルスレーザー光線LBが機能層２１は破壊するが基板２０を破壊しないエネルギー密度に設定されているので、機能層２１はアブレーション加工されるが基板２０にダメージを与えることがない。なお、図示の実施形態においては、パルスレーザー光線LBは、図４に示すように集光点Pを被加工物Ｗの上面（半導体ウエーハ２の機能層２１の上面）より上側に位置付け、円錐形に形成された集光スポットS1の状態で機能層２１の上面に照射されるので、機能層２１が除去されて基板２０の上面に照射される際にはスポットS1は機能層２１に照射された状態より拡径されるため面積が増大する。従って、基板２０に照射されるパルスレーザー光線LBのエネルギー密度が低下せしめられるので、基板２０に与えるダメージを確実に防止される。この結果、半導体ウエーハ２の分割予定ライン２３には図５の（d）に示すように機能層２１が除去された溝２４が形成されるとともに、基板２０にダメージを与えることなく表面２０a（上面）が露出される。
この基板露出工程を半導体ウエーハ２に形成された全ての分割予定ライン２３に沿って実施する。
なお、上述した実施形態においては半導体ウエーハ２の機能層２１の上面にパルスレーザー光線LBの集光スポットS1を照射する例を示したが、図６に示すように対物レンズ５２５bによって集光されるパルスレーザー光線LBの集光点より対物レンズ５２５b側の集光スポットS2の状態で半導体ウエーハ２の機能層２１の上面に照射してもよい。
上述した基板露出工程を実施したならば、半導体ウエーハ２を機能層２１が除去された溝２４に沿って露出した基板２０を切断する基板切断工程を実施する。この基板切断工程は、図示の実施形態においては図７に示す切削装置６を用いて実施する。図７に示す切削装置６は、被加工物を保持するチャックテーブル６１と、該チャックテーブル６１に保持された被加工物を切削する切削手段６２と、該チャックテーブル６１に保持された被加工物を撮像する撮像手段６３を具備している。チャックテーブル６１は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない加工送り手段によって図７において矢印Ｘで示す加工送り方向に移動せしめられるとともに、図示しない割り出し送り手段によって矢印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。
上記切削手段６２は、実質上水平に配置されたスピンドルハウジング６２１と、該スピンドルハウジング６２１に回転自在に支持された回転スピンドル６２２と、該回転スピンドル６２２の先端部に装着された切削ブレード６２３を含んでおり、回転スピンドル６２２がスピンドルハウジング６２１内に配設された図示しないサーボモータによって矢印６２３aで示す方向に回転せしめられるようになっている。切削ブレード６２３は、アルミニウム等の金属材によって形成された円盤状の基台６２４と、該基台６２４の側面外周部に装着された環状の切れ刃６２５とからなっている。環状の切れ刃６２５は、基台６２４の側面外周部に粒径が３〜４μｍのダイヤモンド砥粒をニッケルメッキで固めた電鋳ブレードからなっており、図示の実施形態においては厚みが３０μｍで外径が５０mmに形成されている。
上記撮像手段６３は、スピンドルハウジング６２１の先端部に装着されており、被加工物を照明する照明手段と、該照明手段によって照明された領域を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた像を撮像する撮像素子（ＣＣＤ）等を備え、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
上述した切削装置６を用いて基板切断工程を実施するには、図８に示すようにチャックテーブル６１上に上記基板露出工程が実施された半導体ウエーハ２が貼着されたダイシングテープ４側を載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、ダイシングテープ４を介して半導体ウエーハ２をチャックテーブル６１上に保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル６１に保持された半導体ウエーハ２は、分割予定ライン２３に沿って形成された溝２４が上側となる。なお、図８においてはダイシングテープ４が装着された環状のフレーム３を省いて示しているが、環状のフレーム３はチャックテーブル６１に配設された適宜のフレーム保持手段に保持される。このようにして、半導体ウエーハ２を吸引保持したチャックテーブル６１は、図示しない加工送り手段によって撮像手段６３の直下に位置付けられる。
チャックテーブル６１が撮像手段６３の直下に位置付けられると、撮像手段６３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工程を実行する。このアライメント工程においては、上記基板露出工程によって半導体ウエーハ２の分割予定ライン２３に沿って形成された溝２４を撮像手段６３によって撮像して実行する。即ち、撮像手段６３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分割予定ライン２３に沿って形成された溝２４と、切削ブレード６２３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、切削ブレード６２３によって切削する切削領域のアライメントを遂行する（アライメント工程）。また、半導体ウエーハ２に上記所定方向と直交する方向に形成された溝２４に対しても、同様に切削ブレード６２３によって切削する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６１上に保持されている半導体ウエーハ２の分割予定ライン２３に沿って形成された溝２４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６１を切削領域の切削開始位置に移動する。このとき、図８の（ａ）で示すように半導体ウエーハ２は切削すべき溝２４の一端（図８の（ａ）において左端）が切削ブレード６２３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。このとき、図示の実施形態においては、上述したアライメント工程において分割予定ライン２３に形成されている溝２４を直接撮像して切削領域を検出しているので、分割予定ライン２３に形成されている溝２４の中心位置が切削ブレード６２３と対向する位置に確実に位置付けられる。
このようにして切削装置６のチャックテーブル６１上に保持された半導体ウエーハ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６２３を図８（ａ）において２点鎖線で示す待機位置から矢印Z１で示すように下方に切り込み送りし、図８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８の（ａ）および図８の（ｃ）に示すように切削ブレード６２３の下端が半導体ウエーハ２の裏面に貼着されたダイシングテープ４に達する位置に設定されている。
次に、切削ブレード６２３を図８の（ａ）において矢印６２３aで示す方向に所定の回転速度で回転せしめ、チャックテーブル６１を図８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６１が図８の（ｂ）で示すように溝２４の他端（図８の（ｂ）において右端）が切削ブレード６２３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６１の移動を停止する。このようにチャックテーブル６１を切削送りすることにより、図８の（d）で示すように半導体ウエーハ２の基板２０は分割予定ライン２３に形成された溝２４内に裏面に達する切削溝２５が形成され切断される(基板切断工程)。
次に、切削ブレード６２３を図８の（ｂ）において矢印Z2で示すように上昇させて２点鎖線で示す待機位置に位置付け、チャックテーブル６１を図８の（ｂ）において矢印Ｘ２で示す方向に移動して、図８の（ａ）に示す位置に戻す。そして、チャックテーブル６１を紙面に垂直な方向（割り出し送り方向）に溝２４の間隔に相当する量だけ割り出し送りし、次に切削すべき溝２４を切削ブレード６２３と対応する位置に位置付ける。このようにして、次に切削すべき溝２４を切削ブレード６２３と対応する位置に位置付けたならば、上述した切断工程を実施する。
なお、上記分割工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
切削ブレード ：外径５０ｍｍ、厚み３０μｍ
切削ブレードの回転速度：２００００ｒｐｍ
切削送り速度 ：５０ｍｍ／秒
上述した分割工程を半導体ウエーハ２に形成された全ての分割予定ライン２３に沿って形成された溝２４に実施する。この結果、半導体ウエーハ２の基板２０は溝２４が形成された分割予定ライン２３に沿って切断され、個々のデバイス２２に分割される。このようにして分割されたデバイス２２は、上記基板露出工程においてパルスレーザー光線LBを照射することにより基板２０にダメージが発生していないので抗折強度が低下することはない。
２：半導体ウエーハ
２０：基板
２１：機能層
２２：デバイス
２３：分割予定ライン
５：機能層除去工程を実施するレーザー加工装置
５１：チャックテーブル
５２：レーザー光線照射手段
５２５：集光器
６：切削装置
６１：チャックテーブル
６２：切削手段
６２３：切削ブレード

Claims (3)

  1. 基板と該基板の表面に形成された積層体とからなる板状物を加工する板状物の加工方法であって、
    板状物の積層体を除去したい領域に積層体を破壊するが基板を破壊しないエネルギー密度に設定されたレーザー光線を照射し、積層体を除去して基板を露出せしめる基板露出工程を実施する、
    ことを特徴とする板状物の加工方法。
  2. 該基板露出工程において照射するレーザー光線は、集光点を板状物を構成する積層体上面より上側に位置付けた集光スポットで積層体の上面に照射する、請求項１記載の板状物の加工方法。
  3. 該板状物は基板の上面に複数のデバイスが複数の分割予定ラインによって区画されて形成された積層体を備えたウエーハであり、該基板露出工程において分割予定ラインに沿って積層体を除去した後、分割予定ラインに沿って露出した基板を切断する切断工程を実施する、請求項１又は２記載の板状物の加工方法。
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