JP2016031986A

JP2016031986A - ウェーハの加工方法

Info

Publication number: JP2016031986A
Application number: JP2014153050A
Authority: JP
Inventors: プリワッサカール; Karl Priewasser
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2014-07-28
Filing date: 2014-07-28
Publication date: 2016-03-07

Abstract

【課題】デラミネーションを発生させることなく、低誘電率絶縁膜を含む積層体を除去可能なウェーハの加工方法を提供すること。
【解決手段】先端に向かって幅が狭くなる形状の溝形成用切削ブレード２４の先端部分を用いて、ウェーハ１１の表面側から基板１２に所定の深さ切り込んで分割予定ラインに沿って表面切削溝１９を形成するとともに積層体１３を除去する積層体除去ステップと、分割予定ラインに沿って第一の厚みを有する第一切削ブレードでウェーハの基板に基板を厚み方向に完全切断しない裏面切削溝を形成するとともに、裏面切削溝の下に基板の切残し部を形成する裏面切削溝形成ステップと、切残し部を分割予定ラインに沿って第一の厚みより薄い第二の厚みを有する第二切削ブレードで除去し、表面切削溝と裏面切削溝とを接続させて該基板を分断する分断ステップと、を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、層間絶縁膜として低誘電率絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）を使用したウェーハの加工方法に関する。

半導体デバイス製造プロセスにおいては、略円板形状であるシリコンウェーハ、ガリウム砒素ウェーハ等の半導体ウェーハの表面に格子状に形成されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、区画された各領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。

このような半導体ウェーハは研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、切削装置又はレーザー加工装置によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。

切削装置としては一般にダイシング装置と呼ばれる切削装置が用いられており、この切削装置ではダイアモンドやＣＢＮ等の超砥粒をメタルやレジンで固めて厚さ２０〜３０μｍの切刃を有する切削ブレードが約３００００ｒｐｍ等の高速で回転しつつ半導体ウェーハへ切り込むことで切削が遂行される。

半導体ウェーハの表面に形成された半導体デバイスは、金属配線が何層にも積層されて信号を伝達しており、各金属配線間は主にＳｉＯ_２から形成された層間絶縁膜により絶縁されている。

近年、構造の微細化に伴い、配線間距離が近くなり、近接する配線間の電気容量は大きくなってきている。これに起因して信号の遅延が発生し、消費電力が増加するという問題が顕著になってきている。

各層間の寄生容量を軽減すべく、デバイス（回路）形成時に各層間を絶縁する層間絶縁膜として従来は主にＳｉＯ_２絶縁膜を採用していたが、最近になりＳｉＯ_２絶縁膜よりも誘電率の低い低誘電率絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）が採用されるようになってきている。

低誘電率絶縁膜としては、ＳｉＯ_２膜（誘電率ｋ＝４．１）よりも誘電率が低い（例えばｋ＝２．５乃至３．６程度）材料、例えばＳｉＯＣ，ＳｉＬＫ等の無機物系の膜、ポリイミド系、パリレン系、ポリテトラフルオロエチレン系等のポリマー膜である有機物系の膜、及びメチル含有ポリシロキサン等のポーラスシリカ膜を挙げることができる。

このような低誘電率絶縁膜を含む積層体を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、低誘電率絶縁膜は雲母のように非常に脆いことから積層体が剥離するという問題が生じる。

この問題を解決するために、例えば特開２００５−０６４２３０号公報又は特開２００５−１４２３９８号公報では、切削ブレードでの切削に先立って、予め分割予定ライン上の積層体をレーザービームの照射により除去し、その後切削ブレードでチップへと分割する半導体ウェーハの加工方法が提案されている。

特開２００５−０６４２３０号公報特開２００５−１４２３９８号公報

しかし、上記特許文献１及び特許文献２で提案されているようにＬｏｗ−ｋ膜を含む積層体をレーザービームを用いて加工することでデラミネーションと言われる積層体の剥離は防止されるが、複数パスのレーザー加工が必要となり、生産性が悪いという問題がある。

また、分割予定ライン上にアルミニウム又は銅等の金属からなるＴＥＧ（ＴｅｓｔＥｌｅｍｅｎｔＧｒｏｕｐ）と呼ばれる試験用の回路が形成されている場合には、金属のバリがウェーハの上面に発生する。金属のバリはボンディングパッド間を短絡させたり、脱落して隣接する回路を損傷する等の不具合発生の原因となる。

更に、分割予定ライン上にＴＥＧが形成されている場合には、ＴＥＧとそれ以外の部位とで加工性の差異が大きく、均一に連続したアブレーション加工ができないという課題があった。また、通常半導体ウェーハの切断に用いられてきた切削装置に比較してレーザー加工装置は高価であり、導入コストが課題となる場合もある。

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、デラミネーションを発生させることなく、低誘電率絶縁膜を含む積層体を除去可能なウェーハの加工方法を提供することである。

本発明によると、基板と、該基板上に形成された低誘電率絶縁膜又はＴＥＧを含む積層体とからなり、該積層体によって格子状に交差する複数の分割予定ラインと該分割予定ラインで区画された各領域にデバイスが形成されたウェーハの加工方法であって、先端に向かって幅が狭くなる形状の溝形成用切削ブレードの先端部分を用いて、ウェーハの表面側から該基板に所定の深さ切り込んで該分割予定ラインに沿って表面切削溝を形成するとともに該積層体を除去する積層体除去ステップと、該積層体除去ステップを実施した後、ウェーハの該積層体上に表面保護部材を配設する表面保護部材配設ステップと、該表面保護部材配設ステップを実施した後、該表面保護部材を介してウェーハを保持手段で保持し該基板側を露出させる保持ステップと、該保持ステップを実施した後、該分割予定ラインに沿って第一の厚みを有する第一切削ブレードでウェーハの該基板に該基板を厚み方向に完全切断しない裏面切削溝を形成するとともに、該裏面切削溝の下に該基板の切残し部を形成する裏面切削溝形成ステップと、該裏面切削溝形成ステップを実施した後、該切残し部を該分割予定ラインに沿って該第一の厚みより薄い第二の厚みを有する第二切削ブレードで除去し、該表面切削溝と該裏面切削溝とを接続させて該基板を分断する分断ステップと、を備えたことを特徴とするウェーハの加工方法が提供される。

好ましくは、ウェーハの加工方法は、該分断ステップを実施した後に、ウェーハの該基板を研削して薄化し、該裏面切削溝を除去する研削ステップを更に備えている。

好ましくは、ウェーハの加工方法は、該裏面切削溝形成ステップを実施する前に、ウェーハの該基板を研削して薄化し、所定の厚みに形成する予備研削ステップを更に備えている。

本発明のウェーハの加工方法によると、先端に向かって幅が狭くなる形状の溝形成用切削ブレードの先端部分で積層体に浅く切り込むことで、デラミネーションの発生を抑えつつ、狭い分割予定ラインに対応し切削ブレードで低誘電率絶縁膜を含む積層体を除去することが可能となる。

また、ウェーハの裏面側から太い切削ブレード及び細い切削ブレードで切削して、表面切削溝を裏面から貫通させるため、厚いウェーハで分割予定ラインが狭くても、デラミネーションを発生することなくウェーハを個々のデバイスに分割することができる。

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ウェーハの裏面側を貼着する様子を示す斜視図である。半導体ウェーハの断面図である。積層体除去ステップを示す一部断面側面図である。表面保護部材配設ステップを示す斜視図である。裏面切削溝形成ステップを示す一部断面側面図である。分断ステップを示す一部断面側面図である。図７（Ａ）は分断ステップ実施後の研削ステップを示す一部断面側面図、図７（Ｂ）は研削ステップ終了後の断面図である。図８（Ａ）は裏面切削溝形成ステップを実施する前に実施する予備研削ステップを示す一部断面側面図、図８（Ｂ）は予備研削ステップ実施後の断面図である。

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を参照すると、外周部が環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴに半導体ウェーハ（以下、単にウェーハと略称することがある）１１の裏面を貼着する様子を示す斜視図が示されている。

図２に示すように、半導体ウェーハ１１はＳｉ等の基板１２と、基板１２上に積層された低誘電率絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）を含む積層体１３から構成されている。ウェーハ１１の表面１１ａに形成された積層体１３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）１５によって区画された各領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１７が形成されている。

特に図示しないが、ウェーハ１１の分割予定ライン１５にはデバイス１７テスト用のＴＥＧ（ＴｅｓｔＥｌｅｍｅｎｔＧｒｏｕｐ）が形成されている。ウェーハ１１は例えばシリコンウェーハから形成されており、その厚みは７７０μｍ程度である。

本発明実施形態のウェーハの加工方法では、図１に示すように、外周部が環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴにウェーハ１１の裏面１１ｂを貼着する。これにより、ウェーハ１１は、ダイシングテープＴを介して環状フレームＦに支持されたことになる。

次いで、図３に示すように、切削装置のチャックテーブル１４の吸引保持部１４ａでダイシングテープＴを介してウェーハ１１を吸引保持し、環状フレームＦをチャックテーブル１４のクランプ１６でクランプして固定する。

このように、チャックテーブル１４でウェーハ１１を吸引保持した後、基板１２の表面に形成された積層体１３を分割予定ライン１５に沿って除去する積層体除去ステップを実施する。

図３において、切削ユニット１８はスピンドルハウジング２０中に回転可能に収容されたスピンドル２２と、スピンドル２２の先端部に装着された溝形成用切削ブレード２４とを含んでいる。

溝形成用切削ブレード２４は、外周部先端がＵ形状の切刃を有している。Ｕ形状の切刃に換えて、Ｖ形状でもよい。また、側面にテーパーが形成されているＶ形状や台形状でもよい。切刃先端の角度は鈍角の方が好ましい。即ち、溝形成用切削ブレード２４は、先端に向かって幅が狭くなる形状をしていればよい。

積層体除去ステップでは、先端に向かって幅が狭くなる形状の溝形成用切削ブレード２４の先端部分を用いて、ウェーハ１１の表面１１ａ側から基板１２に所定の深さ切り込んで分割予定ライン１５に沿って表面切削溝１９を形成するとともに、分割予定ライン１５に沿って積層体１３を除去する。

この際、切削ブレード２４は基板１２にできるだけ浅く切り込む。これにより、積層体１３側は浅い角度で切り込まれ、切り込みの縁部分が面取りされた状態になることで、切り込みの縁部分を起点とした積層体１３の膜剥がれが防止される。

この積層体除去ステップは、切削ユニット１８をＹ軸方向に割り出し送りしながら、第一の方向に伸長する全ての分割予定ライン１５に沿って実施する。次いで、チャックテーブル１４を９０°回転してから、第一の方向に直交する第二の方向に伸長する各分割予定ライン１５に沿って切削ユニット１８をＹ軸方向に割り出し送りしながら次々と実施する。

積層体除去ステップを実施した後、ウェーハ１１の積層体１３に表面保護部材を配設する表面保護部材配設ステップを実施する。この表面保護部材配設ステップは、表面切削溝１９の形成されたウェーハ１１を表裏反転し、図４に示すように、外周部が環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴにウェーハ１１の表面１１ａを貼着することにより実施する。ここでは、ダイシングテープＴが表面保護部材として作用する。

表面保護部材配設ステッブを実施した後、図５に示すように、表面保護部材として作用するダイシングテープＴを介してウェーハ１１をチャックテーブル（保持手段）１４で吸引保持し、基板１２側を露出させる保持ステップを実施する。

保持ステップを実施した後、分割予定ライン１５に沿ってウェーハ１１の基板１２に、第一の厚みを有する第一切削ブレード２６で基板１２を厚み方向に完全分断しない裏面切削溝２１を形成するとともに、裏面切削溝２１の下に切残し部２３を形成する裏面切削溝形成ステップを実施する。本実施形態では、切残し部２３の厚みは、１５０μｍ〜２００μｍ、好ましくは１７０μｍ〜１８０μｍである。

この裏面切削溝形成ステップは、切削ユニット１８をＹ軸方向に割り出し送りしながら第一の方向に伸長する全ての分割予定ライン１５に沿って実施する。次いで、チャックテーブル１４を９０°回転してから、第一の方向に直交する第二の方向に伸長する各分割予定ライン１５に沿って切削ユニット１８をＹ軸方向に割り出し送りしながら次々と実施する。

裏面切削溝形成ステップを実施した後、図６に示すように、第一切削ブレード２６の厚み（第一の厚み）より薄い第二の厚みを有する第二切削ブレード２６Ａで分割予定ライン１５に沿って切残し部２３を切削して除去し、表面切削溝１９と裏面切削溝２１を切削溝２５で接続させて基板１２を分断する分断ステップを実施する。

この分断ステップは、切削ユニット１８をＹ軸方向に割り出し送りしながら第一の方向に伸長する全ての分割予定ライン１５に沿って実施する。次いで、チャックテーブル１４を９０°回転した後、第一の方向に直交する第二の方向に伸長する各分割予定ライン１５に沿って切削ユニット１８をＹ軸方向に割り出し送りしながら次々と実施する。これにより、ウェーハ１１は個々のデバイスチップに分割される。

分断ステップを実施した後、ウェーハ１１の裏面１１ｂを研削してウェーハ１１を所定の厚みに薄化する研削ステップを実施する。図７（Ａ）を参照すると、分断ステップ実施後の研削ステップを示す一部断面側面図が示されている。この研削ステップでは、研削装置のチャックテーブル２８の吸引保持部２８ａで分断ステップ実施後のウェーハ１１を吸引保持する。

図７（Ａ）において、研削ユニット３２は、モータにより回転駆動されるスピンドル３４と、スピンドル３４の先端に固定されたホイールマウント３６と、ホイールマウント３６に着脱可能に装着された研削ホイール３８とを含んでいる。研削ホイール３８は、環状のホイール基台４０と、ホイール基台４０の下端部外周に固着された複数の研削砥石４２とから構成される。

研削ステップでは、ウェーハ１１に貼着されたダイシングテープＴ側をチャックテーブル２８で吸引保持し、ウェーハ１１の基板１２側である裏面１１ｂを露出させる。そして、チャックテーブル２８を矢印ａで示す方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール３８を矢印ｂで示す方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させるとともに、図示しない研削ユニット送り機構を作動して、研削砥石４２をウェーハ１１の裏面１１ｂに接触させる。

そして、研削ホイール３８を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りすると、ウェーハ１１の基板１２が研削されて、図７（Ｂ）に示すように、ウェーハ１１が所定の厚み（例えば１８０μｍ）まで研削される。

尚、この研削ステップを実施する前に、ウェーハ１１は分断ステップにより個々のチップに分割されているが、ウェーハ１１の表面１１ａがダイシングテープＴに貼着されているため、個々のチップの集合体はウェーハ形状を保っており、研削ステップを実施することができる。研削ステップ実施後、好ましくは、ドライエッチングを実施して研削歪を除去する。これにより、チップの抗折強度を高めることができる。

好ましくは、裏面切削溝形成ステップを実施する前に、ウェーハ１１の基板１２を研削して薄化し、所定の厚みに形成する予備研削ステップを実施する。この予備研削ステップについて、図８を参照して説明する。

予備研削ステップでは、図８（Ａ）に示すように、ウェーハ１１に貼着されたダイシングテープＴ側をチャックテーブル２８で吸引保持し、ウェーハ１１の基板１２側である裏面１１ｂを露出させる。

そして、図７（Ａ）を参照して説明した研削条件と同様な研削条件でウェーハ１１を所定の厚み（例えば４００μｍ）まで研削する。予備研削ステップ実施後の状態が図８（Ｂ）に示されている。

予備研削ステップを実施することにより、図５を参照して説明した裏面切削溝形成ステップにおいて、切削ブレード２６の刃先出し量を抑えたり、加工速度を上昇できるという効果がある。

１１半導体ウェーハ
１２基板
１３積層体
１４分割予定ライン
１９表面切削溝
２１裏面切削溝
２３切残し部
２４溝形成用切削ブレード
２６第一切削ブレード
２６Ａ第二切削ブレード
３８研削ホイール

Claims

基板と、該基板上に形成された低誘電率絶縁膜又はＴＥＧを含む積層体とからなり、該積層体によって格子状に交差する複数の分割予定ラインと該分割予定ラインで区画された各領域にデバイスが形成されたウェーハの加工方法であって、
先端に向かって幅が狭くなる形状の溝形成用切削ブレードの先端部分を用いて、ウェーハの表面側から該基板に所定の深さ切り込んで該分割予定ラインに沿って表面切削溝を形成するとともに該積層体を除去する積層体除去ステップと、
該積層体除去ステップを実施した後、ウェーハの該積層体上に表面保護部材を配設する表面保護部材配設ステップと、
該表面保護部材配設ステップを実施した後、該表面保護部材を介してウェーハを保持手段で保持し該基板側を露出させる保持ステップと、
該保持ステップを実施した後、該分割予定ラインに沿って第一の厚みを有する第一切削ブレードでウェーハの該基板に該基板を厚み方向に完全切断しない裏面切削溝を形成するとともに、該裏面切削溝の下に該基板の切残し部を形成する裏面切削溝形成ステップと、
該裏面切削溝形成ステップを実施した後、該切残し部を該分割予定ラインに沿って該第一の厚みより薄い第二の厚みを有する第二切削ブレードで除去し、該表面切削溝と該裏面切削溝とを接続させて該基板を分断する分断ステップと、
を備えたことを特徴とするウェーハの加工方法。
該分断ステップを実施した後に、ウェーハの該基板を研削して薄化し、該裏面切削溝を除去する研削ステップを更に備えた請求項１記載のウェーハの加工方法。
該裏面切削溝形成ステップを実施する前に、ウェーハの該基板を研削して薄化し、所定の厚みに形成する予備研削ステップを更に備えた請求項１又は２記載のウェーハの加工方法。