JP2016111121A - ウェーハの加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】切削装置でウェーハに切削溝を形成後、レーザー加工装置へ搬送する際、ウェーハの破損を防止する。【解決手段】表面に積層された機能層によって複数のデバイスが形成されたウェーハ11の分割方法であって、ウェーハの表面に保護部材Tを貼着し、ウェーハ保持面を有する吸着ベース12で保護部材を介してウェーハを保持し、ウェーハの裏面側から切削ブレードで機能層に至らない切削溝を形成し、ウェーハを保持したままの吸着ベースを切削装置のチャックテーブル10からレーザー加工装置のチャックテーブルに搬送し、レーザー加工装置でウェーハの裏面側から切削溝に沿ってレーザービームを照射して残存部を破断するか又は破断起点となる改質層を形成する。【選択図】図6
Description
本発明は、基板の表面に積層された機能層によって複数のデバイスが形成されたウェーハを、デバイスを区画する複数のストリートに沿って分割する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、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する。本明細書においては、基板の表面に積層された機能層によって複数のデバイスが形成された状態を半導体ウェーハ(単に、ウェーハと略称されることがある)と称することにする。
各デバイスはストリートと呼ばれる分割予定ラインによって区画されており、このストリートに沿って半導体ウェーハを分割することによって、個々の半導体デバイスが製造される。
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させるために、ポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁膜(Low−k膜)が積層された機能層によって複数の半導体デバイスを形成した形態の半導体ウェーハが実用化されている。
Low−k膜は雲母のように非常に脆く、ウェーハの素材と異なるため、切削ブレードによってウェーハを切削すると、Low−k膜が剥離し、この剥離がデバイスを形成する回路にまで達してデバイスに致命的な損傷を与えるという問題がある。
この問題を解消するために、半導体ウェーハに形成されたストリートの両側にストリートに沿ってレーザービームを照射し、ストリートに沿って2条のレーザー加工溝を形成して機能層を分断し、2条のレーザー加工溝の間に切削ブレードを位置づけて半導体ウェーハをストリートに沿って切削することにより、半導体ウェーハを分割する方法が特開2005−142398号公報に記載されている。
しかし、上述した加工方法では、2条のレーザー加工溝をストリートに沿って形成するため、加工時間が長く掛かったり、レーザー加工の熱歪みが残存しデバイスの抗折強度を低下させたり、デブリの飛散があるためレーザー加工前に保護膜の塗付が必要になったりする。
また、レーザー加工溝による機能層の分断が不十分な場合、ウェーハを切断する切削ブレードは偏摩耗したり、一般的に機能層の表面にはSiO2、SiO、SiN、又はSiON等からなるパシベーション膜が形成されているため、レーザービームを照射するとパシベーション膜を透過して機能層の内部に達する。
その結果、機能層の内部に達したレーザービームの照射によって発生する熱がパシベーション膜によって一時的に閉じ込められるため、回路が形成された密度が低いデバイス側に剥離が発生するという問題がある。
これらの問題を解決したウェーハの加工方法が、特許文献2に開示されており、切削装置で深い切削溝を形成後、切削溝を有するウェーハをレーザー加工装置まで搬送して、切削溝の底部にレーザー加工を行うが、ウェーハ搬送中にウェーハが切削溝に沿って割れたりしてしまうという問題がある。
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、切削装置でウェーハに切削溝を形成後、レーザー加工装置へウェーハを搬送する際、ウェーハの破損を防止するようにした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、表面に積層された機能層によって複数のデバイスが形成されたウェーハを、該デバイスを区画する複数のストリートに沿って分割するウェーハの加工方法であって、ウェーハの表面に保護部材を貼着する貼着ステップと、ウェーハを保持する保持面を有する吸着ベースで該保護部材を介してウェーハを保持する保持ステップと、該保持ステップを実施した後、該吸着ベースを切削装置のチャックテーブル上に載置し、ウェーハの裏面側からストリートと対応する領域に切削ブレードを位置づけて機能層に至らない切削溝を形成し、機能層及びウェーハの一部からなる残存部を形成する切削溝形成ステップと、該切削溝形成ステップを実施した後、ウェーハを保持したままの該吸着ベースを該切削装置の該チャックテーブルから搬出し、レーザー加工装置のチャックテーブル上に載置する搬送ステップと、該搬送ステップを実施した後、レーザー加工装置でウェーハの裏面側から該切削溝に沿ってレーザービームを照射し、該残存部を破断するか又は該残存部に破断起点となる改質層を形成するレーザー加工ステップと、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、搬送ステップでは、吸着ベースがウェーハの吸引を維持したまま搬送する。好ましくは、該レーザー加工ステップは、ウェーハの裏面側から該切削溝に沿ってウェーハ及び機能層に対して吸収性を有する波長のレーザービームを照射し、該残存部にレーザー加工溝を形成する。
好ましくは、該レーザー加工ステップは、ウェーハの裏面側から該切削溝に沿ってウェーハ及び機能層に対して透過性を有する波長のレーザービームを該残存部の中間部に集光点を位置づけて照射し、該残存部に改質層を形成する。
本発明のウェーハの加工方法によると、切削装置でウェーハに切削溝形成後、レーザー加工装置へウェーハを搬送する際、ウェーハを吸着ベースで保持したまま搬送するので、搬送の際ウェーハが破損することを防止することができる。
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、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の表面側斜視図が示されている。図1(B)はその一部拡大断面図である。
半導体ウェーハ11は、シリコン等の基板13の表面13aに絶縁膜と回路を形成する機能膜が積層された機能層15によってIC、LSI等の複数のデバイス19がマトリックス状に形成されている。各デバイス19は、格子状に形成された複数のストリート(分割予定ライン)17によって区画されている。
本実施形態においては、機能層15を形成する絶縁膜は、SiO2膜又は、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膜(Low−k膜)からなっており、厚みが約10μmに設定されている。機能層15の表面には、SiO2、SiO、SiN、又はSiNO等を含むパシベーション膜が形成されている。
本実施形態のウェーハの加工方法では、まず、ウェーハの表面に保護部材を貼着する貼着ステップを実施する。即ち、図2に示すように、環状フレームFの開口部を覆うように外周部が環状フレームFに貼着された粘着テープTの表面にウェーハ11の表面11aを貼着し、フレームユニット21を形成する。粘着テープTは、例えば、厚みが100μmのポリエチレンフィルムの表面に粘着剤が塗布されて形成されている。
貼着ステップ実施後、図3(A)に示すように、表面に静電チャック14が配設された吸着ベース12で粘着テープTを介してウェーハ11を保持する保持ステップを実施する。吸着ベース12の外周部には複数の永久磁石16が配設されており、この保持ステップでは、フレームユニット21の環状フレームFを永久磁石16で磁気的に吸着して環状フレームFを吸着ベース12に固定する。
静電チャック14としては、例えば特許第5112808号に開示された静電チャックを利用できる。この保持ステップを実施することにより、フレームユニット21と吸着ベース12とが一体となり吸着ベースユニット24が構成される。保持ステップでは、静電チャック14が吸着ベース12の保持面として作用する。
この吸着ベースユニット24を、図3(B)に示すように、切削装置のチャックテーブル10上に載置し、吸着ベースユニット24をチャックテーブル10で吸引保持する。
次いで、良く知られているように、撮像ユニットの赤外線撮像素子でウェーハ11を裏面11b側から撮像し、ストリート17に対応する領域を切削ブレード20(図4参照)とX軸方向(加工送り方向)に整列させるアライメントを実施する。このアライメントには、良く知られたパターンマッチング等の画像処理を利用する。
第1の方向に伸長するストリート17のアライメント実施後、チャックテーブル10を90°回転してから、第1の方向に直交する第2の方向に伸長するストリート17のアライメントを実施する。
アライメント実施後、図4に示すように、ウェーハ11の裏面11b側からストリート17と対応する領域に切削ユニット18の切削ブレード20を位置づけて、図5(B)に示すように、機能層15に至らない切削溝23を形成し、機能層15及びウェーハ11の基板13の一部からなる残存部25を形成する切削溝形成ステップを実施する。
図4において、切削ユニット18の切削ブレード20はブレードカバー22により略上半分が覆われている。この切削溝形成ステップでは、切削ブレード20でウェーハ11の裏面11b側からストリート17に対応する領域に切り込み、チャックテーブル10をX方向に加工送りすることにより、第1の方向に伸長するストリート17に沿って残存部25を残しながら切削溝23を形成する。
チャックテーブル10をY軸方向に割り出し送りしながら第1の方向に伸長する全てのストリート17に沿って切削溝23を形成する。次いで、チャックテーブル10を90°回転してから、第1の方向に直交する第2の方向に伸長する全てのストリート17に沿って同様な切削溝23を形成する。尚、この残存部25の厚みは15〜20μm程度が好ましい。
切削溝形成ステップを実施した後、図6に示すように、ウェーハ11を吸引保持したままの吸着ベースユニット24を切削装置のチャックテーブル10から搬出し、レーザー加工装置のチャックテーブルに吸着ベースユニット24を載置する搬送ステップを実施する。
図6において、26は搬送ユニットであり、垂直方向に伸長する支持部材28の先端に十字形状の横方向部材30が取り付けられている。各横方向部材30内にはエアシリンダが内蔵されており、このエアシリンダにより、把持部34を有するヘッド32が吸着ベースユニット24の半径方向に移動される。
従って、切削溝形成ステップを実施した後、搬送ユニット26の把持部材34で吸着ベースユニット24を吸着ベース12の外周側から把持し、切削装置のチャックテーブル10から吸着ベースユニット24を搬出し、図7に示すように、レーザー加工装置のチャックテーブル38に吸着ベースユニット24を載置し、ウェーハ11を吸着ベース12、静電チャック14及び粘着テープTを介してチャックテーブル38で吸引保持する。
尚、この搬送ステップは、搬送ユニット26を機械的な移動手段によりレーザー加工装置のチャックテーブル38まで搬送するように構成しても良いし、オペレータ(作業者)が搬送ユニット26を手で掴んで吸着ベースユニット24をレーザー加工装置のチャックテーブル38まで搬送するようにしても良い。
本実施形態のウェーハの加工方法では、切削溝23の形成されたウェーハ11を吸着ベース12で吸着保持した吸着ベースユニット24の形態で搬送ユニット26により搬送するため、深い切削溝23が形成されたウェーハ11が搬送途中で破損することを防止できる。
搬送ステップを実施した後、図7に示すように、レーザー加工装置の集光器(レーザーヘッド)44を介してウェーハ11の裏面11b側から切削溝23に沿ってレーザービームを照射し、残存部25をアブレーションにより破断するか或いは残存部25に改質層を形成するレーザー加工ステップを実施する。
図7において、レーザービーム照射ユニット40は略円筒形のハウジング42中にレーザー発振器等を有するレーザービーム発生ユニットを内蔵しており、ハウジング42の先端部にはレーザービームをウェーハ11の裏面11bに向かって照射する集光器44が取り付けられている。46は顕微鏡及びカメラを内蔵する撮像ユニットである。
レーザービームのアブレーションにより、残存部25にレーザー加工溝27を形成するレーザー加工ステップの第1実施形態では、図8(A)に示すように、ウェーハ11の基板13に対して吸収性を有する波長(例えば355nm)のレーザービームLBの集光点Pを切削溝23の底部に位置づけ、図7でチャックテーブル38をX軸方向に加工送りすることにより、図8(B)に示すように、残存部25にレーザー加工溝27を形成することにより、残存部25を破断する。
チャックテーブル38をY軸方向に割り出し送りしながら第1の方向に伸長する全ての切削溝23の底部にレーザービームLBを照射して残存部25にレーザー加工溝27を形成する。次いで、チャックテーブル38を90°回転してから、第1の方向に直交する第2の方向に伸長する全ての切削溝23の底部にレーザー加工溝27を形成する。
レーザー加工ステップの第2の実施形態では、図9(A)に示すように、ウェーハ11の基板13に対して透過性を有する波長(例えば1064nm)のレーザービームLBの集光点Pを切削溝23の底部の残存部25内に位置づけ、チャックテーブル38をX軸方向に加工送りすることにより、図9(B)に示すように、残存部25に多光子吸収による改質層29を形成する。
チャックテーブル38をY軸方向に割り出し送りしながら、第1の方向に伸長する全ての切削溝23の底部の残存部25に改質層29を形成する。次いで、チャックテーブル38を90°回転してから、第1の方向に直交する第2の方向に伸長する全ての切削溝23の底部の残存部25に同様な改質層29を形成する。
レーザー加工ステップを実施した後、ウェーハ11に形成されているレーザー加工溝27を拡張する拡張ステップ、又はウェーハ11を改質層29に沿って破断する破断ステップを実施する。この拡張ステップ又は破断ステップを実施する前に、フレームユニット21を吸着ベース12から取り外す取り外しステップを実施する。
ウェーハ11に形成された切削溝23の底部にレーザー加工溝27を有する実施形態では、図10(A)に示すように、ウェーハ11を粘着テープTを介して支持した環状フレームFを、フレーム保持手段50のフレーム保持部材52の載置面52a上に載置し、クランプ54によってフレーム保持部材52を固定する。この時、フレーム保持部材52はその載置面52aが拡張ドラム56の上端を閉鎖する蓋58と略同一高さとなる基準位置に位置づけられる。
図10(A)において、フレーム保持部材52は駆動手段60を構成するエアシリンダ62のピストンロッド64に連結されている。従って、フレーム保持部材52を基準位置に位置づけた後、エアシリンダ62を駆動してフレーム保持部材52を図10(B)に示す拡張位置に下降する。
これにより、フレーム保持部材52の載置面52a上に固定されている環状フレームFも下降するため、環状フレームFに装着された粘着テープTは拡張ドラムの蓋58のエッジ部に当接して主に半径方向に拡張される。
その結果、粘着テープTに貼着されているウェーハ11には放射状に引っ張り力が作用する。このようにウェーハ11に放射状に引っ張り力が作用すると、既に切削溝23及びレーザー加工溝27によりデバイスチップ31に分割されている隣接するデバイスチップ31同士の間隔Sが拡張される。このようにデバイスチップ31間の間隔Sが拡張されると、デバイスチップ31を粘着テープTからピックアップするピックアップステップを容易に実施できるようになる。
切削溝23の底部に改質層29を有する実施形態では、エアシリンダ62を駆動してフレーム保持部材52を図10(B)に示す下降位置に下降すると、粘着テープTに貼着されているウェーハ11には放射状に引っ張り力が作用するため、ウェーハ11が改質層29が分割起点となって改質層29に沿って破断され、個々のデバイスチップ31に分割される。
上述した実施形態の搬送ステップでは、吸着ベースユニット24を搬送ユニット26で搬送するようにしているが、吸着ベース12を使用せずに、チャックテーブル10を基台から分離可能に構成し、チャックテーブル10に保持されたフレームユニット21をレーザー加工装置まで搬送し、チャックテーブル10をレーザー加工装置の基台に装着する構成であっても良い。その場合、好ましくは、基台から分離したチャックテーブル10は、別途吸引配管と接続し、フレームユニット21を吸引しつつ搬送する。
11 半導体ウェーハ
12 吸着ベース
13 基板
14 静電チャック
15 機能層
17 ストリート(分割予定ライン)
19 デバイス
20 切削ブレード
21 フレームユニット
23 切削溝
24 吸着ベースユニット
25 残存部
26 搬送ユニット
27 レーザー加工溝
29 改質層
12 吸着ベース
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23 切削溝
24 吸着ベースユニット
25 残存部
26 搬送ユニット
27 レーザー加工溝
29 改質層
Claims (4)
- 表面に積層された機能層によって複数のデバイスが形成されたウェーハを、該デバイスを区画する複数のストリートに沿って分割するウェーハの加工方法であって、
ウェーハの表面に保護部材を貼着する貼着ステップと、
ウェーハを保持する保持面を有する吸着ベースで該保護部材を介してウェーハを保持する保持ステップと、
該保持ステップを実施した後、該吸着ベースを切削装置のチャックテーブル上に載置し、ウェーハの裏面側からストリートと対応する領域に切削ブレードを位置づけて機能層に至らない切削溝を形成し、機能層及びウェーハの一部からなる残存部を形成する切削溝形成ステップと、
該切削溝形成ステップを実施した後、ウェーハを保持したままの該吸着ベースを該切削装置の該チャックテーブルから搬出し、レーザー加工装置のチャックテーブル上に載置する搬送ステップと、
該搬送ステップを実施した後、レーザー加工装置でウェーハの裏面側から該切削溝に沿ってレーザービームを照射し、該残存部を破断するか又は該残存部に破断起点となる改質層を形成するレーザー加工ステップと、
を備えたことを特徴とするウェーハの加工方法。 - 該搬送ステップでは、該吸着ベースは該ウェーハの吸引を維持することを特徴とする請求項1記載のウェーハの加工方法。
- 該レーザー加工ステップは、ウェーハの裏面側から該切削溝に沿ってウェーハ及び機能層に対して吸収性を有する波長のレーザービームを照射し、該残存部にレーザー加工溝を形成する請求項1又は2記載のウェーハの加工方法。
- 該レーザー加工ステップは、ウェーハの裏面側から該切削溝に沿ってウェーハ及び機能層に対して透過性を有する波長のレーザービームを該残存部に集光点を位置づけて照射し、該残存部に改質層を形成する請求項1又は2記載のウェーハの加工方法。
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