JP2018078162A - ウェーハの加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 裏面に金属膜が形成されたウェーハを容易に効率よくチップに分割することのできるウェーハの加工方法を提供することである。【解決手段】 交差する複数の分割予定ラインで区画された各領域にそれぞれデバイスが形成された表面を有し、裏面に金属膜が形成されたウェーハの加工方法であって、ウェーハの表面から切削ブレードで該分割予定ラインに沿ってウェーハを切削し、該金属膜に至らない切削溝を形成する切削ステップと、該切削ステップを実施した後、ウェーハの表面側に水溶性の樹脂を供給し、ウェーハの表面と該切削溝を該水溶性の樹脂からなる保護膜で被覆する保護膜形成ステップと、該保護膜形成ステップを実施した後、該金属膜に対して吸収性を有する波長のレーザビームをウェーハの表面側から該切削溝に照射してウェーハと共に該金属膜を分断するレーザ加工ステップと、該レーザ加工ステップを実施した後、ウェーハを洗浄して該保護膜を除去する保護膜除去ステップと、を備えたことを特徴とする。【選択図】図７

Description

本発明は、裏面に金属膜の形成されたウェーハを個々のチップに分割するウェーハの加工方法に関する。
半導体ウェーハ等のウェーハは、交差する複数の分割予定ラインで区画された各領域にそれぞれデバイスが形成された表面を有し、分割予定ラインに沿って切削することにより個々のデバイスチップに分割される。
このようなウェーハの中には、デバイスの電気的特性を良好にするために裏面に金属膜が形成されているものがあり、金属膜を切削ブレードで切削すると切削ブレードに目詰まりが生じ、目詰まりが生じた切削ブレードでウェーハを切削するとウェーハにクラックが発生したり、ブレードが破損してしまうという問題がある。
一方、ウェーハに対して吸収性を有する波長のレーザビームでウェーハをフルカットすると、レーザビームが金属膜に照射されて発生した金属デブリがチップ側面に付着してしまう。
そこで、特開２０１５−１３８８５７号公報には、ウェーハの裏面側からウェーハに対して吸収性を有する波長のレーザビームを照射して、金属膜を分断すると共にウェーハに分断溝を形成し、次いで切削ブレードでウェーハの表面側から分断溝に至るまでウェーハを切削し、ウェーハを個々のデバイスチップに分割する金属膜付きウェーハの加工方法が記載されている。
特開２０１５−１３８８５７号公報
然し、ウェーハの裏面側から金属膜をレーザ加工する場合、ウェーハの裏面に金属膜が形成されているため表面に形成された分割予定ラインが検出できないという問題がある。特許文献１では、ウェーハの裏面側から分割予定ラインを検出する方法について何らの記載もないが、例えば、ウェーハの外周部分の金属膜を予め除去して赤外線カメラでウェーハの裏面側から分割予定ラインを検出する等の工夫が必要となり、分割予定ラインの検出に非常に手間が掛かることになる。
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、裏面に金属膜が形成されたウェーハを容易に効率よくチップに分割することのできる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、交差する複数の分割予定ラインで区画された各領域にそれぞれデバイスが形成された表面を有し、裏面に金属膜が形成されたウェーハの加工方法であって、ウェーハの表面から切削ブレードで該分割予定ラインに沿ってウェーハを切削し、該金属膜に至らない切削溝を形成する切削ステップと、該切削ステップを実施した後、ウェーハの表面側に水溶性の樹脂を供給し、ウェーハの表面と該切削溝を該水溶性の樹脂からなる保護膜で被覆する保護膜形成ステップと、該保護膜形成ステップを実施した後、該金属膜に対して吸収性を有する波長のレーザビームをウェーハの表面側から該切削溝に照射してウェーハと共に該金属膜を分断するレーザ加工ステップと、該レーザ加工ステップを実施した後、ウェーハを洗浄して該保護膜を除去する保護膜除去ステップと、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。
本発明のウェーハの加工方法では、ウェーハの表面側から金属膜に至らない切削溝を形成し、次いでレーザビームを照射してウェーハと共に金属膜を分断する。ウェーハの表面側から切削ステップとレーザ加工ステップを実施するため、分割予定ラインの検出が容易で効率よくウェーハをチップに分割できる。
切削溝を形成した後、ウェーハの表面と切削溝を保護膜で被覆するため、レーザ加工ステップでデブリが生じても発生したデブリは保護膜に付着し、後の保護膜除去ステップでデブリは除去される。よって、チップ側面に金属デブリを付着させることなく、裏面に金属膜が形成されたウェーハを容易に効率よくチップに分割できる。
図１（Ａ）は半導体ウェーハの表面側斜視図、図１（Ｂ）はその断面図である。 ダイシングテープを介してウェーハを環状フレームに支持したウェーハユニットの斜視図である。 図３（Ａ）は切削ステップを示す一部断面側面図、図３（Ｂ）は切削ステップ実施後のウェーハの拡大断面図である。 レーザ加工装置の斜視図である。 保護膜形成ステップを示す断面図である。 保護膜形成ステップ実施後のウェーハの拡大断面図である。 レーザ加工ステップを示す一部断面側面図である。 レーザ加工ステップ実施後のウェーハの拡大断面図である。 保護膜除去ステップを示す断面図である。 保護膜除去ステップ実施後のウェーハの拡大断面図である。
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（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）は半導体ウェーハ１１の断面図である。
ウェーハ１１の表面１１ａには、格子状に形成された複数の分割予定ライン１３が形成されており、交差する分割予定ラインで区画された各領域にＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。図１（Ｂ）に示したように、ウェーハ１１の裏面１１ｂには銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）等から形成された金属膜２１が形成されている。
本発明実施形態のウェーハの加工方法を実施する前に、ウェーハ１１は外周部が環状フレームＦに貼着されたダイシングテープＴに貼着されてなるウェーハユニット１７の形態で加工が実施される。
本発明実施形態のウェーハの加工方法では、まず、ウェーハの表面から切削ブレードで分割予定ラインに沿って切削し、金属膜に至らない切削溝を形成する切削ステップを実施する。
この切削ステップでは、図３（Ａ）に示したように、ウェーハ１１の裏面側を切削装置のチャックテーブル１でダイシングテープＴを介して吸引保持し、クランプ７で環状フレームＦをクランプして固定する。
切削ステップを実施する前に、切削装置に備わっている撮像ユニットでチャックテーブル１に保持されたウェーハ１１の表面１１ａ側を撮像し、スピンドル３の先端部に装着されている切削ブレード５と切削すべき分割予定ライン１３とを位置合わせする従来公知のアライメントを実施する。
アライメント実施後、ウェーハ１１の表面１１ａから高速回転する切削ブレード５で分割予定ライン１３に沿ってウェーハを切削し、ウェーハ１１の裏面１１ｂに形成された金属膜２１に至らない切削溝２３を形成する切削ステップを実施する。
この切削ステップを、分割予定ライン１３のウェーハ１１をピッチずつ割り出し送りしながら、第１の方向に伸長する分割予定ライン１３に沿って次々と実施する。次いで、チャックテーブル１を９０°回転してから、第１の方向に直交する第２の方向に伸長する分割予定ライン１３に沿っても同様な切削ステップを実施する。切削ステップ実施後のウェーハ１１の拡大断面図が図３（Ｂ）に示されている。
切削ステップ実施後の切削溝２３底部の切り残し部の厚みは特に限定はないが、後のステップでのハンドリング性を考慮して３０〜５０μｍ程度の切り残し部を残存させるのが好ましい。
切削ステップを実施した後、ウェーハの表面側に水溶性の樹脂を供給し、ウェーハの表面と切削溝を水溶性の樹脂からなる保護膜で被覆する保護膜形成ステップを実施する。保護膜形成ステップの一例として、図４に示されたレーザ加工装置２に備わっている保護膜形成装置を使用するのが好ましい。勿論、独立した保護膜形成装置を使用するようにしてもよい。
図４を参照すると、保護膜形成装置を具備し、本発明実施形態のレーザ加工ステップを実施するのに適したレーザ加工装置２の斜視図が示されている。レーザ加工装置２の前面側には、オペレータが加工条件等の装置に対する指示を入力するための操作パネル４が設けられている。装置上部には、オペレータに対する案内画面や後述する撮像ユニットによって撮像された画像が表示されるＣＲＴ等の表示モニタ６が設けられている。
カセット８中に図２に示したウェーハユニット１７が複数枚収容され、カセット８は上下動可能なカセットエレベータ９上に載置される。カセットエレベータ９上に載置されたカセット８の後方には、カセット８からレーザ加工前のウェーハユニット１７を搬出すると共に、加工後のウェーハユニット１７をカセット８に搬入する搬出入手段１０が配設されている。
カセット８と搬出入手段１０との間には、搬出入対象のウェーハユニット１７が一時的に載置される領域である仮置き領域１２が設けられており、仮置き領域１２にはウェーハユニット１７を一定の位置に位置合わせする位置合わせ手段１４が配設されている。
３０は保護膜形成装置であり、この保護膜形成装置３０は加工後のウェーハを洗浄する洗浄装置を兼用する。仮置き領域１２の近傍には、ウェーハユニット１７のフレームＦを吸着して搬送する旋回アームを有する搬送手段１６が配設されている。
仮置き領域１２に搬出されたウェーハユニット１７は、搬送手段１６により吸着されて保護膜形成装置３０に搬送される。保護膜形成装置３０は、後で詳細に説明するようにウェーハ１１の加工面に水溶性の液状樹脂を塗布して保護膜を被覆する。
加工面に保護膜が被覆されたウェーハ１１は、搬送手段１６により吸着されてチャックテーブル１８上に搬送され、チャックテーブル１８に吸引されるとともに、複数の固定手段（クランプ）１９によりフレームＦが固定されることでチャックテーブル１８上に保持される。
チャックテーブル１８は、回転可能且つＸ軸方向に往復動可能に構成されており、チャックテーブル１８のＸ軸方向の移動経路の上方には、ウェーハ１１のレーザ加工すべきストリートを検出するアライメントユニット２０が配設されている。
アライメントユニット２０は、ウェーハ１１の表面を撮像する撮像ユニット２２を備えており、撮像により取得した画像に基づき、パターンマッチング等の画像処理によってレーザ加工すべきストリートを検出することができる。撮像ユニット２２によって取得された画像は、表示ユニット６に表示される。
アライメントユニット２０の左側には、チャックテーブル１８に保持されたウェーハ１１に対してレーザビームを照射するレーザビーム照射ユニット２４が配設されている。レーザビーム照射ユニット２４はＹ軸方向に移動可能である。
図５を参照すると、保護膜形成装置３０の一部断面側面図が示されている。保護膜形成装置３０は、スピンナテーブル機構３４と、スピンナテーブル機構３４を包囲して配設された液体受け機構３６を具備している。
スピンナテーブル機構３４は、スピンナテーブル（保持テーブル）３８と、スピンナテーブル３８を支持する支持部材４０と、支持部材４０を介してスピンナテーブル３８を回転駆動する電動モータ４２とから構成される。電動モータ４２を回転駆動すると、スピンナテーブル３８は矢印Ａ方向に回転される。
スピンナテーブル３８は多孔性材料から形成された吸引保持部を有しており、吸引保持部が図示しない負圧吸引手段に連通されている。従って、スピンナテーブル３８は、吸引保持部にウェーハを載置し図示しない負圧吸引手段により負圧を作用させることにより、吸引保持部上にウェーハを吸引保持する。
スピンナテーブル３８には振り子タイプの４個のクランプ４４が配設されている。スピンナテーブル３８が回転されるとこれらのクランプ４４が遠心力で揺動して図２に示す環状フレームＦをクランプする。
液体受け機構３６は、液体受け容器４６と、支持部材４０に装着されたカバー部材４８とから構成される。液体受け容器４６は、円筒状の外側壁４６ａと、底壁４６ｂと、内側壁４６ｃとから構成される。
底壁４６ｂの中央部には、支持部材４０が挿入される穴４７が設けられており、内側壁４６ｃはこの穴４７の周辺から上方に突出するように形成されている。カバー部材４８は円板状に形成されており、その外周縁から下方に突出するカバー部４８ａを備えている。
このように構成されたカバー部材４８は、スピンナテーブル３８が図５に示す作業位置に位置付けられると、カバー部４８ａが液体受け容器４６を構成する内側壁４６ｃの外側に隙間を持って重合するように位置付けられる。
保護膜形成装置３０は、スピンナテーブル３８に保持された加工前のウェーハ１１に水溶性樹脂からなる液状保護膜剤を吐出する保護膜剤吐出手段５０を具備している。保護膜剤吐出手段５０は、概略Ｌ形状のアーム５２と、アーム５２の先端に形成され、スピンナテーブル３８に保持された加工前のウェーハ１１の加工面に向けて液状保護膜剤を吐出する液状保護膜剤供給ノズル５４と、アーム５２を揺動する正転・逆転可能な電動モータ５６とから構成される。保護膜剤供給ノズル５４はアーム５２を介して保護膜剤供給源５８に接続されている。
保護膜形成装置３０は、レーザ加工後のウェーハ１１を洗浄する洗浄装置を兼用する。よって、保護膜形成装置３０は、スピンナテーブル３８に保持された加工後のウェーハ１１を洗浄するための洗浄水供給手段６０を具備している。
洗浄水供給手段６０は、図９に最もよく示されるように、概略Ｌ形状のアーム６２と、アーム６２の先端に形成され、スピンナテーブル３８に保持された加工後のウェーハ１１の加工面に向けて洗浄水を供給する洗浄水ノズル６４と、アーム６２を揺動する正転・逆転可能な電動モータ６６とから構成される。洗浄水ノズル６４はアーム６２を介して洗浄水供給源６８に接続されている。
切削ステップを実施した後、図５に示す保護膜形成装置３０でウェーハ１１の表面１１ａ及び切削溝２３中に水溶性樹脂を供給してウェーハの表面１１ａ及び切削溝２３を保護膜２５で被覆する保護膜形成ステップについて以下に詳細に説明する。
ウェーハ搬送手段１６の旋回動作によって切削ブレード５により切削溝２３を形成したウェーハユニット１７が保護膜形成装置３０のスピンナテーブル３８に搬送され、ウェーハ１１がスピンナテーブル３８に吸引保持される。この時、洗浄水ノズル６４は、図５に示したように、スピンナテーブル３８の上方から隔離した待機位置に位置付けられている。
スピンナテーブル３８を矢印Ａ方向に低速、例えば３０〜５０ｒｐｍで回転させつつ、液状保護膜剤供給ノズル５４を揺動させながら、ウェーハ１１上に水溶性樹脂からなる液状保護膜剤を滴下する。
スピンナテーブル３８が回転されているため、滴下された液状保護膜剤はウェーハ１１の加工面に広がり、液状保護膜剤の表面張力を利用してウェーハ１１の加工面には保護膜２５が形成される。
保護膜形成ステップを実施すると、図６に示したように、ウェーハ１１の表面１１ａ及び切削溝２３中に水溶性樹脂からなる保護膜２５が形成される。保護膜形成ステップを実施した後、スピンナテーブル３８の吸引保持を解除し、ウェーハ搬送手段１６によってウェーハユニット１７をチャックテーブル１８に搬送し、図７に示したように、チャックテーブル１８により切削溝２３の形成されたウェーハ１１を吸引保持し、レーザ加工ステップを実施する。
レーザ加工ステップを実施する前に、チャックテーブル１８に吸引保持されたウェーハ１１の加工領域を撮像ユニット２２の直下に移動し、撮像ユニット２２でウェーハ１１の加工領域を撮像する。
そして、レーザビームを照射するレーザビーム照射ユニット２４の集光器２８と第１の方向に伸長する分割予定ライン１１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、レーザビーム照射位置のアライメントを実施する。
第１の方向に伸長する分割予定ライン１１のアライメントが終了すると、チャックテーブル１８を９０°回転してから、第１の方向に伸長する分割予定ライン１３と直交する方向に伸長する分割予定ライン１３についても同様なアライメントを実施する。
アライメント実施後、チャックテーブル１８を移動して第１の方向に伸長する所定の分割予定ライン１３の加工開始位置を集光器２８の直下に位置付け、レーザビーム照射ユニット２４の集光器２８で保護膜２５を介してウェーハ１１の表面１１ａに形成された切削溝２３の底部に集光する。
このように集光器２８でパルスレーザビームＬＢを保護膜２５を介して切削溝２３の底部に集光しながら、チャックテーブル１８を所定の送り速度（例えば１００ｍｍ／ｓ）で加工送りし、第１の方向に伸長する分割予定ライン１３に沿ってアブレーション加工によりウェーハ１１を分断すると共に、金属膜２１を分断するレーザ加工ステップを実施する。
チャックテーブル１８を分割予定ライン１３のピッチずつ割り出し送りしながら、レーザ加工ステップを実施してウェーハ１１の切り残し部及び金属膜２１を分断する。第１の方向に伸長する分割予定ラインに沿ってのレーザ加工ステップを終了した後、チャックテーブル１８を９０°回転してから、第２の方向に伸長する分割予定ライン１３についても同様なアブレーション加工により、ウェーハ１１の切り残し部及び金属膜２１を分断して、ウェーハ１１を個々のデバイスチップに分割する。
尚、本実施形態のレーザ加工ステップのレーザ加工条件は、例えば以下の通りに設定されている。
光源 ：ＹＡＧパルスレーザ
波長 ：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザの第３高調波）
平均出力 ：３．０Ｗ
繰り返し周波数 ：２０ｋＨｚ
送り速度 ：１００ｍｍ／ｓ
レーザ加工ステップ終了後のウェーハ１１の拡大断面図が図８に示されている。レーザ加工ステップを実施することにより、分割予定ライン１３に沿って切削ブレードで形成された切削溝２３に続いてレーザ加工による分断溝２３が形成され、ウェーハ１１は分割予定ライン１３に沿って分断される。
レーザ加工ステップを実施した後、ウェーハ１１を洗浄して保護膜２３を除去する保護膜除去ステップを実施する。レーザ加工ステップが終了したウェーハユニット１７は、搬送手段３２によって保護膜形成装置３０のスピンナテーブル３８に搬送され、スピンナテーブル３８で吸引保持される。この時、液状保護膜剤供給ノズル５４は、図９に示すように、スピンナテーブル３８の上方から隔離した待機位置に位置付けられている。
保護膜除去ステップでは、洗浄水供給源６８に接続された洗浄水ノズル６４からスピンナテーブル３８に保持されたウェーハ１１の保護膜２５に洗浄水を供給しながら、ウェーハ１１を矢印Ａ方向に低速回転（例えば８００ｒｐｍ）させることにより、ウェーハ１１上及び切削溝２３内の保護膜２５を水に溶かして除去する。洗浄水としては、例えば純水が使用される。
代替実施形態として、保護膜除去ステップでは、保護膜形成装置３０のスピンナテーブル３８で保護膜２５が形成されたウェーハ１１を吸引保持し、洗浄水ノズル６４を洗浄水供給源６０と図示しないエア源に接続して、洗浄水ノズル６４から純水とエアとからなる２流体洗浄水を噴射しながらウェーハ１１をスピン洗浄して、保護膜２５を除去するようにしてもよい。保護膜除去ステップ実施後のウェーハ１１の拡大断面図が図１０に示されている。
上述した実施形態のウェーハの加工方法によると、まずウェーハ１１の表面１１ａから分割予定ライン１３に沿って金属膜２１に至らない切削溝２３を形成し、次いで、ウェーハ１１に対して吸収性を有する波長を有するレーザビームを切削溝２３の底部に照射してウェーハ１１と共に金属膜２１を分断する。ウェーハ１１の表面１１ａ側から切削ステップとレーザ加工ステップを実施するため、分割予定ライン１３の検出が容易で効率よくウェーハを個々のチップに分割できる。
切削溝２３を形成した後、ウェーハ１１の表面と切削溝２３の底部及び側部に保護膜２５を形成するため、レーザ加工ステップでデブリが生じても発生したデブリは保護膜２５に付着し、後の保護膜除去ステップでデブリが除去される。よって、チップ側面に金属を付着させることなく、裏面に金属膜２１が形成されたウェーハ１１を容易に効率よく分割することができる。
１１ 半導体ウェーハ
１３ 分割予定ライン
１５ デバイス
１７ ウェーハユニット
１８ チャックテーブル
２１ 金属膜
２３ 切削溝
２４ レーザビーム照射ユニット
２５ 保護膜
２７ 分断溝
２８ 集光器
３０ 保護膜形成装置
３８ スピンナテーブル
５０ 保護膜剤吐出手段
５４ 保護膜剤供給ノズル
６０ 洗浄水供給手段
６４ 洗浄水ノズル

Claims (1)

  1. 交差する複数の分割予定ラインで区画された各領域にそれぞれデバイスが形成された表面を有し、裏面に金属膜が形成されたウェーハの加工方法であって、
    ウェーハの表面から切削ブレードで該分割予定ラインに沿ってウェーハを切削し、該金属膜に至らない切削溝を形成する切削ステップと、
    該切削ステップを実施した後、ウェーハの表面側に水溶性の樹脂を供給し、ウェーハの表面と該切削溝を該水溶性の樹脂からなる保護膜で被覆する保護膜形成ステップと、
    該保護膜形成ステップを実施した後、該金属膜に対して吸収性を有する波長のレーザビームをウェーハの表面側から該切削溝に照射してウェーハと共に該金属膜を分断するレーザ加工ステップと、
    該レーザ加工ステップを実施した後、ウェーハを洗浄して該保護膜を除去する保護膜除去ステップと、
    を備えたことを特徴とするウェーハの加工方法。
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