JP2016129194A - ウエーハの加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】アブレーション加工によって形成されたレーザー加工溝の両側に形成されるバリを効果的に除去することができ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の加工方法であって、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分割予定ラインに沿って照射してアブレーション加工を施すことによりレーザー加工溝を形成するアブレーション加工工程と、アブレーション加工工程が実施されたウエーハのレーザー加工溝に沿って圧力気体によって水を加圧しミスト噴射ノズルからミストを噴射することにより、アブレーション加工工程において形成されたレーザー加工溝の両側に起立するバリを除去するバリ除去工程とを含む。【選択図】図６
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、分割予定ラインに沿ってレーザー加工を施す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形成された複数の分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された複数の領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、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。
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ＳｉＯ２、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分割予定ラインに沿った分割は、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、この剥離が回路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に沿って機能層に対して吸収性を有する波長のレーザー光線を照射してアブレーション加工を施すことにより、分割予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成して機能層を分断し、このレーザー加工溝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。
而して、アブレーション加工によって半導体ウエーハを構成する機能層に形成された分割予定ラインに沿ってレーザー加工溝を形成すると、レーザー加工溝の両側に低誘電率絶縁体が溶融し再固化したバリが起立して形成され個々のデバイスの外周に残存してデバイスの品質を低下させ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、その主たる技術課題は、アブレーション加工によって形成されたレーザー加工溝の両側に形成されるバリを効果的に除去することができるウエーハの加工方法を提供することである。
上記主たる技術的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の加工方法であって、
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分割予定ラインに沿って照射してアブレーション加工を施すことによりレーザー加工溝を形成するアブレーション加工工程と、
該アブレーション加工工程が実施されたウエーハのレーザー加工溝に沿って圧力気体によって水を加圧しミスト噴射ノズルからミストを噴射することにより、該アブレーション加工工程において形成されたレーザー加工溝の両側に起立するバリを除去するバリ除去工程と、を含む、
ことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。
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分割予定ラインに沿って照射してアブレーション加工を施すことによりレーザー加工溝を形成するアブレーション加工工程と、
該アブレーション加工工程が実施されたウエーハのレーザー加工溝に沿って圧力気体によって水を加圧しミスト噴射ノズルからミストを噴射することにより、該アブレーション加工工程において形成されたレーザー加工溝の両側に起立するバリを除去するバリ除去工程と、を含む、
ことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。
上記アブレーション加工工程を実施する前に、ウエーハの表面に水溶性樹脂を被覆して保護膜を形成する保護膜形成工程を実施することが望ましい。
本発明によるウエーハの加工方法は、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分割予定ラインに沿って照射してアブレーション加工を施すことによりレーザー加工溝を形成するアブレーション加工工程と、該アブレーション加工工程が実施されたウエーハのレーザー加工溝に沿って圧力気体によって水を加圧しミスト噴射ノズルからミストを噴射することにより、該アブレーション加工工程において形成されたレーザー加工溝の両側に起立するバリを除去するバリ除去工程、とを含んでいるので、デバイスに損傷を与えることなく分割予定ラインに沿って形成されたレーザー加工溝の両側に起立して形成されているバリを効果的に除去することができる。
以下、本発明によるウエーハの加工方法の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１の(a)および(b)には、本発明によるウエーハの加工方法によって加工される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、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が形成されており、この機能層２１に格子状に形成された複数の分割予定ライン２２によって区画された複数の領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス２３が形成されている。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。
上述した半導体ウエーハ２の分割予定ライン２２に沿ってアブレーション加工するためには、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F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T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Tの表面に貼着された半導体ウエーハ２は、機能層２１の表面２１aが上側となる。
次に、ウエーハの表面に水溶性樹脂を被覆して保護膜を形成する保護膜形成工程を実施する。この保護膜形成工程は、図３の(a)に示す保護膜被覆装置３を用いて実施する。即ち、保護膜被覆装置３のスピンナーテーブル３１上に上記半導体ウエーハ２をダイシングテープTを介して載置する。そして、図示しない吸引手段を作動することにより、スピンナーテーブル３１上にダイシングテープTを介して半導体ウエーハ２を吸引保持する。従って、スピンナーテーブル３１上にダイシングテープTを介して保持された半導体ウエーハ２は、機能層２１の表面２１aが上側となる。なお、環状のフレームFは、スピンナーテーブル３１に配設された図示しないクランプによって固定される。そして、スピンナーテーブル３１の上方に配設された樹脂液供給手段３２の樹脂供給ノズル３２１から半導体ウエーハ２を構成する機能層２１の表面２１a(加工面)における中央部に所定量の水溶性液状樹脂３０を滴下する。水溶性液状樹脂としては、例えばPVA(Poly Vinyl Alcohol)、ＰＥＧ（Poly Ethylene Glycol）、PEO(Poly Ethylene Oxide)を用いることができる。なお、水溶性液状樹脂３０の供給量は、例えば直径が２００mmのウエーハの場合、１０〜２０ミリリットル(ml)程度でよい。
このようにして、半導体ウエーハ２を構成する機能層２１の表面２１a(加工面)における中央領域へ所定量の水溶性液状樹脂３０を滴下したならば、図３の(b)に示すようにスピンナーテーブル３１を矢印３１aで示す方向に例えば１００rpmで５秒間程度回転する。この結果、半導体ウエーハ２を構成する機能層２１の表面２１a(加工面)における中央領域に滴下された水溶性液状樹脂３０は、遠心力の作用で外周に向けて流動し機能層２１の表面２１a(加工面)の全面に拡散せしめられ、機能層２１の表面２１a(加工面)には、図３の(b)および(c)に示すように厚さが０．２〜１０μmの水溶性樹脂からなる保護膜３００が形成される（保護膜形成工程）。この水溶性樹脂からなる保護膜３００の厚みは、水溶性液状樹脂３０の供給量、スピンナーテーブル３１の回転速度および回転時間によって調整することができる。
上述した保護膜形成工程を実施したならば、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分割予定ラインに沿って照射してアブレーション加工を施すことによりレーザー加工溝を形成するアブレーション加工工程を実施する。このアブレーション加工工程は、図４の(a)および(b)に示すレーザー加工装置４を用いて実施する。図４の(a)および(b)に示すレーザー加工装置４は、被加工物を保持するチャックテーブル４１と、該チャックテーブル４１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４２と、チャックテーブル４１上に保持された被加工物を撮像する撮像手段４３を具備している。チャックテーブル４１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４の(a)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４の(a)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４２は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング４２１を含んでいる。ケーシング４２１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４２１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４２２が装着されている。なお、レーザー光線照射手段４２は、集光器４２２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４２を構成するケーシング４２１の先端部に装着された撮像手段４３は、図示の実施形態においては可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
図４の(a)および(b)に示すレーザー加工装置４は、ケーシング４２１の先端部に装着されたミスト噴射手段４４を備えている。ミスト噴射手段４４は、図４の(b)に示すようにミスト噴射ノズル４４１と、該ミスト噴射ノズル４４１に圧力気体を供給する圧力気体供給手段４４２と、ミスト噴射ノズル４４１に水を供給する水供給手段４４３とからなっている。レーザー加工装置４を構成するミスト噴射ノズルには、下端部に形成された噴口４４１aと、該噴口４４１aに連通する気体通路４４１bと、噴口４４１aに連通する水通路４４１cが設けられている。このように構成されたミスト噴射ノズル４４１は、気体通路４４１bが圧力気体供給手段４４２に接続され、水通路４４１cが水供給手段４４３にそれぞれ接続される。なお、圧力気体供給手段４４２は０．３MPaのエアーを供給し、水供給手段４４３は０．２MPaの純水を供給する。
上述したレーザー加工装置４を用いて、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分割予定ラインに沿って照射してアブレーション加工を施すことによりレーザー加工溝を形成するアブレーション加工工程を実施するには、先ず、図４の(a)に示すようにレーザー加工装置４のチャックテーブル４１上に半導体ウエーハ２を構成する基板２０の裏面に装着されたダイシングテープT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、チャックテーブル４１上にダイシングテープTを介して半導体ウエーハ２を吸引保持する（ウエーハ保持工程）。従って、チャックテーブル４１上にダイシングテープTを介して保持された半導体ウエーハ２は、機能層２１の表面２１aに被覆されている保護膜３００が上側となる。なお、図４の(a)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４１に配設された図示しないクランプによって固定される。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４１は、図示しない加工送り手段によって撮像手段４３の直下に位置付けられる。
チャックテーブル４１が撮像手段４３の直下に位置付けられると、撮像手段４３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４３および図示しない制御手段は、半導体ウエーハ２を構成する機能層２１の表面２１aに形成された分割予定ライン２２と、該分割予定ライン２２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４２の集光器４２２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２２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。このとき、半導体ウエーハ２の分割予定ライン２２が形成されている機能層２１の表面２１aには水溶性樹脂からなる保護膜３００が形成されているが、保護膜３００が透明でない場合は赤外線で撮像して表面からアライメントすることができる。
上述したアライメント工程を実施したならば、図５の(a)で示すようにチャックテーブル４１をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段４２の集光器４２２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２２を集光器４２２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２２の一端(図５の(a)において左端)が集光器４２２の直下に位置するように位置付けられる。そして、集光器４２２から照射されるパルスレーザー光線の集光点Ｐを分割予定ライン２２の表面付近に位置付ける。次に、レーザー光線照射手段４２の集光器４２２から半導体ウエーハ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４１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)で示すように分割予定ライン２２の他端（図５の(b)において右端）が集光器４２２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４１の移動を停止する。この結果、半導体ウエーハ２には図５の(c)に示すように分割予定ライン２２に沿って機能層２１の厚さより深い、即ち基板２０に至るレーザー加工溝２４が形成され、機能層２１はレーザー加工溝２４によって分断される（アブレーション加工工程）。なお、分割予定ライン２２に沿って形成されたレーザー加工溝２４の両側には、図５の(c)に示すように機能層２１を形成する低誘電率絶縁体が溶融し再固化したバリ２５が起立して形成される。また、アブレーション加工工程を実施することにより飛散するデブリも発生するが、図示の実施形態においては機能層２１の表面に保護膜３００が被覆されているので、飛散するデブリは保護膜３００によって遮断され、デバイスに付着することはない。
上述したアブレーション加工工程を半導体ウエーハ２を構成する機能層２１の表面２１aに所定方向に形成された全ての分割予定ライン２２に沿って実施する。そして、所定方向に形成された全ての分割予定ライン２２に沿ってアブレーション加工工程を実施したならば、チャックテーブル４１を９０度回動して、所定方向と直交する方向に形成された全ての分割予定ライン２２に沿って上記アブレーション加工工程を実施する。
なお、上記アブレーション加工工程は、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
平均出力 ：２Ｗ
繰り返し周波数 ：２００ｋＨｚ
集光スポット径 ：φ６μｍ
加工送り速度 ：５００ｍｍ／秒
レーザー光線の波長 ：３５５ｎｍ
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次に、アブレーション加工工程が実施されたウエーハのレーザー加工溝に沿って圧力気体によって水を加圧しミスト噴射ノズルからミストを噴射することにより、アブレーション加工工程において形成されたレーザー加工溝の両側に起立するバリを除去するバリ除去工程を実施する。このバリ除去工程は、上記ミスト噴射手段４４を装備した図４の(a)および(b)に示すレーザー加工装置４を用いて実施することができる。図４の(a)および(b)に示すレーザー加工装置４を用いてバリ除去工程を実施するには、上述したアブレーション加工工程を実施した状態で、図６の(a)で示すようにチャックテーブル４１をレーザー光線をミスト噴射手段４４のミスト噴射ノズル４４１が位置するミスト噴射領域に移動し、所定の分割予定ライン２２（レーザー加工溝２４が形成されている）をミスト噴射ノズル４４１の直下に位置付ける。このとき、図６の(a)で示すように半導体ウエーハ２は、分割予定ライン２２の一端(図６の(a)において左端)がミスト噴射ノズル４４１の直下に位置するように位置付けられる。そして、ミスト噴射手段４４の圧力気体供給手段４４２および水供給手段４４３（図４の(b)参照）を作動してミスト噴射ノズル４４１から圧力気体によって水を加圧したミストを噴射しつつチャックテーブル４１を図６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６の(b)で示すように分割予定ライン２２の他端（図６の(b)において右端）がノズル４４１の直下位置に達したら、圧力気体供給手段４４２および水供給手段４４３の作動を停止してミスト噴射ノズル４４１からのミストの噴射を停止するするとともにチャックテーブル４１の移動を停止する。この結果、デバイス２３に損傷を与えることなく分割予定ライン２２に沿って形成されたレーザー加工溝２４の両側に起立して形成されている低誘電率絶縁体が溶融再固化した比較的脆いバリ２５（図５の(c)参照）が効果的に除去される。なお、図示の実施形態においては、上記アブレーション加工工程を実施する前に半導体ウエーハ２を構成する機能層２１の表面２１aに水溶性樹脂からなる保護膜３００が被覆されているので、ミスト噴射ノズル４４１から圧力気体によって水を加圧したミストを噴射することにより保護膜３００も容易に除去することができる。
２：半導体ウエーハ
３：保護膜被覆装置
３０：水溶性液状樹脂
３００：保護膜
３１：保護膜被覆装置のスピンナーテーブル
３２：樹脂液供給手段
４：レーザー加工装置
４１：レーザー加工装置のチャックテーブル
４２：レーザー光線照射手段
４２２：集光器
４４：ミスト噴射手段
４４１：ミスト噴射ノズル
４４２：圧力気体供給手段
４４３：水供給手段
F：環状のフレーム
T：ダイシングテープ
３：保護膜被覆装置
３０：水溶性液状樹脂
３００：保護膜
３１：保護膜被覆装置のスピンナーテーブル
３２：樹脂液供給手段
４：レーザー加工装置
４１：レーザー加工装置のチャックテーブル
４２：レーザー光線照射手段
４２２：集光器
４４：ミスト噴射手段
４４１：ミスト噴射ノズル
４４２：圧力気体供給手段
４４３：水供給手段
F：環状のフレーム
T：ダイシングテープ
Claims (2)
- 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の加工方法であって、
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分割予定ラインに沿って照射してアブレーション加工を施すことによりレーザー加工溝を形成するアブレーション加工工程と、
該アブレーション加工工程が実施されたウエーハのレーザー加工溝に沿って圧力気体によって水を加圧しミスト噴射ノズルからミストを噴射することにより、該アブレーション加工工程において形成されたレーザー加工溝の両側に起立するバリを除去するバリ除去工程と、を含む、
ことを特徴とするウエーハの加工方法。 - 該アブレーション加工工程を実施する前に、ウエーハの表面に水溶性樹脂を被覆して保護膜を形成する保護膜形成工程を実施する、請求項１記載のウエーハの加工方法。
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