JP2016086089A - ウエーハの加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエーハをアブレーション加工する際に、生産性が良好でデバイスの表面を確実に保護することができるとともに経済的であるウエーハの加工方法を提供する。
【解決手段】表面に複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域にデバイスが形成されたウエーハを、デバイスを区画する複数の分割予定ラインに沿って加工するウエーハの加工方法であって、ウエーハの表面に保護部材を貼着する保護部材貼着工程と、保護部材に対して透過性を有するとともにウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を保護部材側から照射することにより、ウエーハに分割予定ラインに沿ってアブレーション加工を施してレーザー加工溝を形成するレーザー加工工程とを含み、レーザー加工工程においては、アブレーション加工によって生じるデブリのデバイスへの付着が保護部材によって防止される。
【選択図】図７

Description

本発明は、表面に複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域にデバイスが形成されたウエーハを、デバイスを区画する複数の分割予定ラインに沿って加工するウエーハの加工方法に関する。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列された分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。このように形成された半導体ウエーハを分割予定ラインに沿って切断することにより、デバイスが形成された領域を分割して個々のデバイスを製造している。

半導体ウエーハ等のウエーハを分割予定ラインに沿って分割する方法として、ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を分割予定ラインに沿って照射することによりアブレーション加工を施してレーザー加工溝を形成し、この破断起点となるレーザー加工溝が形成された分割予定ラインに沿って外力を付与することにより割断する技術が実用化されている（例えば、特許文献１参照）。

また、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においては、分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射することにより、機能層を除去している（例えば、特許文献２参照）。

しかるに、ウエーハの分割予定ライン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新たな問題が生じる。このデブリによる問題を解消するために、ウエーハの表面にポリビニルアルコール等の保護膜を被覆し、保護膜を通してウエーハにレーザー光線を照射するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平１０―３０５４２０号公報 特開２００５−６４２３１号公報 特開２００７−２０１１７８号公報

而して、ウエーハの表面にポリビニルアルコール等の保護膜を被覆してレーザー加工を実施した後、ウエーハの表面を洗浄して保護膜を除去するとともに、乾燥する作業が必要となり生産性が悪いという問題がある。
また、デバイスの表面にバンプと呼ばれる５０〜１００μｍの突起からなる電極が形成されているウエーハにおいては、バンプの頭が保護膜から突出しデブリがバンプの頭に付着して電気的導通不良が生じるという問題がある。
更に、保護膜はスピンナーテーブルに保持されたウエーハの中央部にポリビニルアルコール等の液状樹脂を滴下し、スピンナーテーブルを回転することによりウエーハに働く遠心力によって液状樹脂を外周に移動して形成するので、ウエーハの表面に付着して保護膜を形成できる液状樹脂は、供給される液状樹脂の５％前後であり、９５％が捨てられることから不経済であるという問題がある。

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、ウエーハをアブレーション加工する際に、生産性が良好でデバイスの表面を確実に保護することができるとともに経済的であるウエーハ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、表面に複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域にデバイスが形成されたウエーハを、該デバイスを区画する複数の分割予定ラインに沿って加工するウエーハの加工方法であって、
ウエーハの表面に保護部材を貼着する保護部材貼着工程と、
保護部材に対して透過性を有するとともにウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を保護部材側から照射することにより、ウエーハに分割予定ラインに沿ってアブレーション加工を施してレーザー加工溝を形成するレーザー加工工程と、を含み、
該レーザー加工工程においては、アブレーション加工によって生じるデブリのデバイスへの付着が保護部材によって防止される、
ことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。

上記保護部材貼着工程を実施した後、上記レーザー加工工程を実施する前に、保護部材側を研削装置の保持手段の保持面に保持し、ウエーハの裏面を研削して所定の厚みに形成する研削工程を実施する。
上記保護部材はアクリル系樹脂シートにアクリル系樹脂粘着層が敷設して構成され、ウエーハはシリコンウエーハからなり、レーザー光線は波長が３５５nmに設定されている。

本発明によるウエーハの加工方法においては、ウエーハの表面に保護部材を貼着する保護部材貼着工程と、保護部材に対して透過性を有するとともにウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を保護部材側から照射することにより、ウエーハに分割予定ラインに沿ってアブレーション加工を施してレーザー加工溝を形成するレーザー加工工程と、を含み、該レーザー加工工程においては、アブレーション加工によって生じるデブリのデバイスへの付着が保護部材によって防止されるので、保護部材をウエーハの表面から剥離する必要はあるが、レーザー加工工程を実施した後にウエーハの表面を洗浄して保護膜を除去するとともに乾燥する作業が不要となり生産性が向上する。
また、本発明によるウエーハの加工方法においては、ウエーハの表面に保護部材を貼着するので、デバイスの表面にバンプと呼ばれる５０〜１００μｍの突起からなる電極が形成されているウエーハであってもバンプの頭を確実に保護することができ、デブリがバンプの頭に付着して電気的導通不良が生じるという問題が解消する。
更に、本発明によるウエーハの加工方法においては、ウエーハの表面に対応する面積を有する保護部材を貼着すればよいので、液状樹脂によってウエーハの表面に保護膜を形成する状来の方法のようにウエーハに供給された液状樹脂の９５％が捨てられることがなく不経済であるという問題が解消する。

本発明によるウエーハの加工方法によって分割される半導体ウエーハを示す斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法における保護部材貼着工程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法における研削工程を実施するための研削装置の要部斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法における研削工程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法におけるウエーハ支持工程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法におけるレーザー加工工程を実施するためのレーザー加工装置の要部斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法におけるレーザー加工工程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法における保護部材剥離工程の説明図。 本発明によるウエーハの加工方法におけるデバイス分離工程を実施するためのデバイス分離装置の斜視図。 本発明によるウエーハの加工方法におけるデバイス分離工程の説明図。

以下、本発明によるウエーハ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には、本発明に従って加工されるウエーハとしての半導体ウエーハの斜視図が示されている。図１に示す半導体ウエーハ２は、厚みが例えば５００μmのシリコンウエーハからなっており、表面２ａに複数の分割予定ライン２１が格子状に形成されているとともに、該複数の分割予定ライン２１によって区画された複数の領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス２２が形成されている。以下、この半導体ウエーハ２をデバイスを区画する複数の分割予定ライン２１に沿って加工するウエーハの加工方法について説明する。

先ず、半導体ウエーハ２の表面２aに形成されたデバイス２２を保護するために、半導体ウエーハ２の表面２aに保護部材を貼着する保護部材貼着工程を実施する。即ち、図２に示すように半導体ウエーハ２の表面２aに保護部材としての保護テープ３を貼着する。なお、保護テープ３は、図示の実施形態においては厚さが１００μｍのアクリル系樹脂シートの表面にアクリル系樹脂粘着層３１が厚さ５μｍ程度敷設されている。

上述した保護部材貼着工程を実施したならば、保護テープ３側を研削装置の保持手段の保持面に保持し、半導体ウエーハ２の裏面を研削して所定の厚みに形成する研削工程を実施する。この研削工程は、図３に示す研削装置４を用いて実施する。図３に示す研削装置４は、被加工物を保持する被加工物保持手段としてのチャックテーブル４１と、該チャックテーブル４１に保持された被加工物を研削する研削手段４２を具備している。チャックテーブル４１は、保持面である上面に被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない回転駆動機構によって図３において矢印４１aで示す方向に回転せしめられる。研削手段４２は、スピンドルハウジング４２１と、該スピンドルハウジング４２１に回転自在に支持され図示しない回転駆動機構によって回転せしめられる回転スピンドル４２２と、該回転スピンドル４２２の下端に装着されたマウンター４２３と、該マウンター４２３の下面に取り付けられた研削ホイール４２４とを具備している。この研削ホイール４２４は、円環状の基台４２５と、該基台４２５の下面に環状に装着された研削砥石４２６とからなっており、基台４２５がマウンター４２３の下面に締結ボルト４２７によって取り付けられている。

上述した研削装置４を用いて上記研削工程を実施するには、図３に示すようにチャックテーブル４１の上面（保持面）に上記半導体ウエーハ２の保護テープ３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ってチャックテーブル４１上に半導体ウエーハ２を保護テープ３を介して吸着保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル４１上に保持された半導体ウエーハ２は、裏面２bが上側となる。このようにチャックテーブル４１上に半導体ウエーハ２を保護テープ３を介して吸引保持したならば、チャックテーブル４１を図３において矢印４１aで示す方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削手段４２の研削ホイール４２４を図３において矢印４２４aで示す方向に例えば６０００ｒｐｍで回転せしめて、図３に示すように研削砥石４２６を被加工面である半導体ウエーハ２の裏面２ｂに接触せしめ、研削ホイール４２４を図３および図４において矢印４２４bで示すように例えば１μm／秒の研削送り速度で下方（チャックテーブル４１の保持面に対し垂直な方向）に所定量研削送りする。この結果、半導体ウエーハ２の裏面２bが研削されて半導体ウエーハ２は所定の厚み（例えば２００μm）に形成される。

上述した研削工程を実施したならば、半導体ウエーハ２の裏面２ｂにダイシングテープを貼着し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５の（ａ）および（ｂ）に示すように上記研削工程が実施された半導体ウエーハ２の裏面２ｂを環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに貼着する。従って、ダイシングテープTに貼着された半導体ウエーハ２の表面に貼着されている保護テープ３が上側となる。なお、図５の（ａ）および（b）に示す実施形態においては、環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに半導体ウエーハ２の裏面２ｂを貼着する例を示したが、半導体ウエーハ２の裏面２ｂにダイシングテープTを貼着するとともにダイシングテープTの外周部を環状のフレームFに同時に装着してもよい。

次に、保護部材としての保護テープ３に対して透過性を有するとともに半導体ウエーハ２に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を保護部材側から照射することにより、半導体ウエーハ２に分割予定ラインに沿ってアブレーション加工を施してレーザー加工溝を形成するレーザー加工工程を実施する。このレーザー加工工程は図６に示すレーザー加工装置５を用いて実施する。図６に示すレーザー加工装置５は、被加工物を保持する被加工物保持手段としてのチャックテーブル５１と、該チャックテーブル５１の上面である保持面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６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６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内には図示しないパルスレーザー光線発振器や繰り返し周波数設定手段を備えたパルスレーザー光線発振手段が配設されている。上記ケーシング５２１の先端部には、パルスレーザー光線発振手段から発振されたパルスレーザー光線を集光するための集光器５２２が装着されている。なお、レーザー光線照射手段５２は、集光器５２２によって集光されるパルスレーザー光線の集光点位置を調整するための集光点位置調整手段（図示せず）を備えている。

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、保護部材に対して透過性を有するとともに半導体ウエーハ２に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を保護部材側から照射することにより、半導体ウエーハ２に分割予定ラインに沿ってアブレーション加工を施してレーザー加工溝を形成するレーザー加工工程を実施するには、先ず、上述したウエーハ支持工程が実施され半導体ウエーハ２のダイシングテープT側をチャックテーブル５１上に載置する。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Tを介して半導体ウエーハ２をチャックテーブル５１上に吸引保持する（ウエーハ保持工程）。従って、半導体ウエーハ２の表面に貼着されている保護部材としての保護テープ３が上側となる。なお、図６においてはダイシングテープTが装着された環状のフレームFを省いて示しているが、環状のフレームF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２１と、該分割予定ライン２１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５２２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２１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。なお、アライメントにおいては分割予定ライン２１が形成されている半導体ウエーハ２の表面には保護テープ３が貼着されているが、撮像手段５３は半透明体である保護テープ３を通して分割予定ライン２１を撮像することができる。

上述したアライメント工程を実施したならば、図７で示すようにチャックテーブル５１を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５２２が位置するレーザー光線照射領域に移動し、図７の（ａ）で示すように半導体ウエーハ２に形成された所定の分割予定ライン２１の一端(図７の（ａ）において左端)が集光器５２２の直下に位置するように位置付ける。次に、レーザー光線照射手段５２の集光器５２２から保護テープ３に対して透過性を有するとともにシリコンウエーハからなる半導体ウエーハ２に対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル５１を図７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（レーザー加工工程）。そして、図７の（ｂ）で示すように分割予定ライン２１の他端（図７の（ｂ）において右端）が集光器５２２の直下位置に達したら、パルスレーザー光線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。このレーザー加工工程においては、パルスレーザー光線の集光点Ｐを分割予定ライン２１の表面付近に合わせる。

上述したレーザー加工工程を実施することにより、半導体ウエーハ２には図７の（c）に示すように分割予定ライン２１に沿ってアブレーション加工が施されレーザー加工溝２３が形成される。このレーザー加工工程を実施する際に半導体ウエーハ２の表面には保護テープ３が貼着されているので、アブレーション加工によって生じるデブリ２４のデバイスへの付着が保護テープ３によって防止される。そして、上述したレーザー加工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２１に沿って実施する。

なお、上記レーザー加工工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
レーザー光線の波長 ：３５５ｎｍ(YAGレーザー)
平均出力 ：３Ｗ
繰り返し周波数 ：２００ｋＨｚ
集光スポット径 ：φ１０μｍ
加工送り速度 ：２００ｍｍ／秒

上述したレーザー加工工程を実施したならば、図８(a)に示すように半導体ウエーハ２の表面に貼着されている保護部材としての保護テープ３を剥離する保護部材剥離工程を実施する。このようにして半導体ウエーハ２の表面から剥離された保護テープ３の粘着層３１には、図８(b)に示すように上記レーザー加工工程においてパルスレーザー光線を照射することにより発生したデブリ２４が付着されている。このように、上記レーザー加工工程においてパルスレーザー光線を照射することにより発生したデブリ２４が保護テープ３の粘着層３１に付着して除去されるので、半導体ウエーハ２の表面に形成されたデバイス２２に付着することはない。

次に、半導体ウエーハ２が貼着されているダイシングテープTを拡張して半導体ウエーハ２を破断起点となるレーザー加工溝２３が形成された分割予定ライン２１に沿って個々のデバイスに分割するデバイス分離工程を実施する。このデバイス分離工程は、図９に示すデバイス分離装置６を用いて実施する。図９に示すデバイス分離装置６は、上記環状のフレームFを保持するフレーム保持手段６１と、該フレーム保持手段６１に保持された環状のフレームFに装着されたダイシングテープTを拡張するテープ拡張手段６２と、ピックアップコレット６３を具備している。フレーム保持手段６１は、環状のフレーム保持部材６１１と、該フレーム保持部材６１１の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ６１２とからなっている。フレーム保持部材６１１の上面は環状のフレームFを載置する載置面６１１ａを形成しており、この載置面６１１ａ上に環状のフレームFが載置される。そして、載置面６１１ａ上に載置された環状のフレームFは、クランプ６１２によってフレーム保持部材６１１に固定される。このように構成されたフレーム保持手段６１は、テープ拡張手段６２によって上下方向に進退可能に支持されている。

テープ拡張手段６２は、上記環状のフレーム保持部材６１１の内側に配設される拡張ドラム６２１を具備している。この拡張ドラム６２１は、環状のフレームFの内径より小さく該環状のフレームFに装着されたダイシングテープTに貼着される半導体ウエーハ２の外径より大きい内径および外径を有している。また、拡張ドラム６２１は、下端に支持フランジ６２２を備えている。図示の実施形態におけるテープ拡張手段６２は、上記環状のフレーム保持部材６１１を上下方向に進退可能な支持手段６２３を具備している。この支持手段６２３は、上記支持フランジ６２２上に配設された複数のエアシリンダ６２３aからなっており、そのピストンロッド６２３bが上記環状のフレーム保持部材６１１の下面に連結される。このように複数のエアシリンダ６２３aからなる支持手段６２３は、図１0の（ａ）に示すように環状のフレーム保持部材６１１を載置面６１１ａが拡張ドラム６２１の上端と略同一高さとなる基準位置と、図１０の（ｂ）に示すように拡張ドラム６２１の上端より所定量下方の拡張位置の間を上下方向に移動せしめる。

以上のように構成されたデバイス分離装置６を用いて実施するデバイス分離工程について図１０を参照して説明する。即ち、半導体ウエーハ２が貼着されているダイシングテープTが装着された環状のフレームFを、図１０の（ａ）に示すようにフレーム保持手段６１を構成するフレーム保持部材６１１の載置面６１１ａ上に載置し、クランプ６１２によってフレーム保持部材６１１に固定する（フレーム保持工程）。このとき、フレーム保持部材６１１は図１０の（ａ）に示す基準位置に位置付けられている。次に、テープ拡張手段６２を構成する支持手段６２３としての複数のエアシリンダ６２３ａを作動して、環状のフレーム保持部材６１１を図１０の（ｂ）に示す拡張位置に下降せしめる。従って、フレーム保持部材６１１の載置面６１１ａ上に固定されている環状のフレームFも下降するため、図１０の（ｂ）に示すように環状のフレームFに装着されたダイシングテープTは拡張ドラム６２１の上端縁に接して拡張せしめられる（テープ拡張工程）。この結果、ダイシングテープTに貼着されている半導体ウエーハ２には放射状に引張力が作用するため、半導体ウエーハ２はレーザー加工溝２３が破断起点となって分割予定ライン２1に沿って個々のデバイス２２に分離されるとともに、デバイス間に間隔Sが形成される。

次に、図１０の（c）に示すようにピックアップコレット６３を作動してデバイス２２を吸着し、ダイシングテープTから剥離してピックアップし、図示しないトレーまたはダイボンディング工程に搬送する。なお、ピックアップ工程においては、上述したようにダイシングテープTに貼着されている個々のデバイス２２間の隙間Sが広げられているので、隣接するデバイス２２と接触することなく容易にピックアップすることができる。

２：半導体ウエーハ
２１：分割予定ライン
２２：デバイス
３：保護テープ
３１：粘着層
４：研削装置
４１：研削装置のチャックテーブル
４２：研削手段
４２４：研削ホイール
５：レーザー加工装置
５１：レーザー加工装置のチャックテーブル
５２：レーザー光線照射手段
５２２：集光器
６：デバイス分離装置
６１：フレーム保持手段
６２：テープ拡張手段
６３：ピックアップコレット
F：環状のフレーム
T：ダイシングテープ

Claims (3)

1. 表面に複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域にデバイスが形成されたウエーハを、該デバイスを区画する複数の分割予定ラインに沿って加工するウエーハの加工方法であって、
   ウエーハの表面に保護部材を貼着する保護部材貼着工程と、
   保護部材に対して透過性を有するとともにウエーハに対して吸収性を有する波長のレーザー光線を保護部材側から照射することにより、ウエーハに分割予定ラインに沿ってアブレーション加工を施してレーザー加工溝を形成するレーザー加工工程と、を含み、
   該レーザー加工工程においては、アブレーション加工によって生じるデブリのデバイスへの付着が保護部材によって防止される、
   ことを特徴とするウエーハの加工方法。
2. 該保護部材貼着工程を実施した後、該レーザー加工工程を実施する前に、保護部材側を研削装置の保持手段の保持面に保持し、ウエーハの裏面を研削して所定の厚みに形成する研削工程を実施する、請求項１記載のウエーハの加工方法。
3. 該保護部材はアクリル系樹脂シートにアクリル系樹脂粘着層が敷設して構成され、ウエーハはシリコンウエーハからなり、レーザー光線は波長が３５５nmに設定されている、請求項１又は２記載のウエーハの加工方法。