JP2023002054A - ウェーハの加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 金属層が配設されるストリートに沿って切削ブレードで切削してウェーハを分割する際に、絶縁層同士の剥離、金属層と絶縁層との層間剥離、金属層のバリの発生を防止可能とする新規な技術を提案する。【解決手段】交差する複数のストリート13で区画された各領域にそれぞれデバイス11が形成されるとともに、少なくとも一部の該ストリート13に絶縁層17a,17bと金属層18が積層されたウェーハの加工方法であって、ストリート13の幅方向(Y軸方向)における金属層18の幅18w以上の刃厚51wを有する切削ブレード51aの先端を金属層18の下端に至る深さに位置づけ、切削ブレード51aでストリート13に沿って切削することで金属層18を除去する除去ステップと、該除去ステップを実施した後、該ウェーハ10を該ストリート13に沿って分割する分割ステップと、を備えたウェーハの加工方法とする。【選択図】図6
Description
本発明は、交差する複数のストリートで区画された各領域にそれぞれデバイスが形成されるとともに、少なくとも一部の該ストリートに絶縁層と金属層が積層されたウェーハの加工方法に関する。
通常半導体デバイスは、半導体材料からなるウェーハの表面に形成された機能層で構成される。この機能層は、金属からなる配線層と、配線層間に配設される絶縁層(層間絶縁膜)とを含む。絶縁層の材料としては、いわゆるLow-k材料といわれる低誘電率材料が用いられている。
Low-k材料としては、SiO2,SiOC,SiLK等の無機物系材料、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である有機物系材料、及びメチル含有ポリシロキサン等のポーラスシリカ材料、が知られている。
配線層が形成されるデバイス部分は、格子状に設定されるストリートによって区画された各領域に形成され、隣り合うデバイス間でストリートを跨ぐように絶縁層が積層して存在する。この絶縁層を切削ブレードで切削すると、絶縁層が雲母状に剥離し、この剥離がデバイス内の絶縁層にまで影響し、デバイス内の配線層と絶縁層との層間剥離を引き起こすことになる。
この層間剥離はデラミネーションとも呼ばれ、特許文献1では、この剥離の問題に鑑み、レーザ加工装置によりレーザ加工溝を形成した後、レーザ加工溝を切削ブレードで切削する方法について開示をしている。
しかし、一般に特許文献1に開示されるようなレーザ加工装置は高価であり、切削装置によってデラミネーションの発生を防ぎながら加工したいという要望がある。
また、ストリートにTEG(Test Element Group)を構成する金属層がある場合には、レーザ加工装置でアブレーション加工を施すと、金属を含むデブリがウェーハの表面に付着し、経時的にこの金属を含むデブリが肥大化する現象が確認されている。
肥大化した金属を含むデブリがデバイスや実装基板の端子と接触すると、チップの配線や電極の短絡を引き起こすリスクがある。従って、特許文献1のようなレーザ加工装置を用いた方法でもこのリスクは存在してしまう。
なお、金属層としては、TEG、デバイス製造時におけるアライメントパターン用マーク、研磨時のディッシング対策として埋め込まれる金属構造体など、様々なものがある。これらの金属層は、ウェーハ表面に露出しているものもあればウェーハ内に埋設されているものもあり、これらあらゆる形態の金属層を考慮する必要がある。
他方、切削装置による切削を想定した場合に、ストリートに金属層がある場合には、金属層と絶縁層との層間剥離や、金属層のバリが生じる現象が現れる。バリが生じると、ストリートにある絶縁層が押し上げられてデバイス内にある絶縁層にまで影響し、デバイス内の配線層と絶縁層との層間剥離を引き起こすことが懸念される。
本発明は、以上の問題に鑑み、金属層が配設されるストリートに沿って切削ブレードで切削してウェーハを分割する際に、絶縁層同士の剥離、金属層と絶縁層との層間剥離、金属層のバリの発生を防止可能とする新規な技術を提案するものである。
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
本発明の一態様によれば、交差する複数のストリートで区画された各領域にそれぞれデバイスが形成されるとともに、少なくとも一部の該ストリートに絶縁層と金属層が積層されたウェーハの加工方法であって、該ストリートの幅方向における該金属層の幅以上の刃厚を有する切削ブレードの先端を該金属層の下端に至る深さに位置づけ、該切削ブレードで該ストリートに沿って切削することで該金属層を除去する除去ステップと、該除去ステップを実施した後、該ウェーハを該ストリートに沿って分割する分割ステップと、を備えたウェーハの加工方法とする。
また、本発明の一態様によれば、複数のウェーハに対して該除去ステップを実施した後、該切削ブレードの先端形状を確認するブレード形状確認ステップを備える、こととする。
また、本発明の一態様によれば、該分割ステップでは、該切削ブレードよりも薄い第2切削ブレードで該ストリートに沿って切削し該ウェーハを分割する、こととする。
また、本発明の一態様によれば、該除去ステップの前に、該金属層が配設されるストリート、該ストリートの幅方向の該金属層の位置と幅、該ストリートの厚み方向の該金属層の位置と厚み、を確認する金属層確認ステップを更に備え、該金属層が配置される箇所のみについて除去ステップを実施する、こととする。
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
即ち、本発明の一態様によれば、金属層を除去する切削ブレードの刃厚は、金属層の幅よりも大きく設定されるため、金属層と絶縁層の境界部分も含め、金属層の全体を余すことなく除去することができる。層間剥離が生じ易い金属層と絶縁層の境界部分が除去されることで、ストリート内の絶縁層の層間剥離が抑えられ、ひいては、デバイス内に存在する絶縁層と配線層の間の層間剥離(デラミネーション)の発生を抑えることができる。さらに、金属層のバリや、金属層による絶縁層の押し上げなどの発生も防ぐことができる。
また、本発明の一態様によれば、除去ステップは、全てのストリートのうちの金属層が配置される箇所のみについて行うこととすることで、全体の加工時間を短縮することができる。
また、本発明の一態様によれば、金属層が完全に除去されずに残存部が形成されることを防ぐことができる。
以下、本発明の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は、本発明に係る加工方法により加工されるウェーハ10の一実施形態について示す図である。
ウェーハ10の表面10aには、交差する複数のストリート13により区画された領域に、それぞれデバイス11,11が形成されている。ストリート13は、互いに直交する第1方向F1、第2方向F2に伸長し、格子状に配置されるように設定されている。
図1は、本発明に係る加工方法により加工されるウェーハ10の一実施形態について示す図である。
ウェーハ10の表面10aには、交差する複数のストリート13により区画された領域に、それぞれデバイス11,11が形成されている。ストリート13は、互いに直交する第1方向F1、第2方向F2に伸長し、格子状に配置されるように設定されている。
ウェーハ10の素材としては、シリコン、ガラス、サファイア、SiC等が考えられ、特に限定されるものではない。
図2は、ウェーハの断面とストリートの部分を拡大して示す図である。
ウェーハ10の表面10aには、機能層14が積層される。ストリート13,13の間には、デバイス11が形成されており、このデバイス11の箇所においては、金属からなる複数の配線層と、配線層の間に配設された絶縁層と、が積層され集積回路が構成される。
ウェーハ10の表面10aには、機能層14が積層される。ストリート13,13の間には、デバイス11が形成されており、このデバイス11の箇所においては、金属からなる複数の配線層と、配線層の間に配設された絶縁層と、が積層され集積回路が構成される。
絶縁層は、Low-k材料(低誘電率材料)から構成され、Low-k膜とも称される。Low-k材料としては、SiO2,SiOC,SiLK等の無機物系材料、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である有機物系材料、及びメチル含有ポリシロキサン等のポーラスシリカ材料である。
ストリート13の箇所において、複数の絶縁層17a,17b・・・が積層される。この絶縁層17a,17・・・bは、デバイス11部分に存在する絶縁層と連続するものである。
ストリート13の箇所において、積層される複数の絶縁層17a,17bの間に金属層18が配設される。この金属層18は、例えば、TEG、デバイス製造時におけるアライメントパターン用マーク、研磨時のディッシング対策として埋め込まれる金属構造体等である。
金属層18は、図2の例のように、積層される複数の絶縁層17a,17bの間の複数箇所に埋設されるものもあれば、ウェーハ表面(ストリート13の表面)に露出するものもある。
金属層18は、一部のストリート13に配設される場合の他、全てのストリート13に配設される場合もある。また、金属層18は、ストリート13が交差する箇所に配設される場合の他、ストリート13を挟んで隣り合うデバイス11,11の間の箇所に配設される場合もある。
図3は、ウェーハ10の切削加工に用いる切削装置の一例について示す図である。
切削装置50は、2つの切削ユニット51,52を有し、デュアルダイサーとして構成される。
切削装置50は、2つの切削ユニット51,52を有し、デュアルダイサーとして構成される。
切削装置50の基台55には保持テーブル60が配設される。保持テーブル60は、図示せぬ移動機構により加工送り方向であるX軸方向に往復移動するように構成される。また、図示せぬ回転機構により、水平面内で回転するように構成される。
保持テーブル60には、ウェーハ10がテープTに貼着されたウェーハユニットUが順次供給され、保持テーブル60の保持面61aにおいて、ウェーハ10がテープTを介して吸引保持される。
基台55上には門型形状のコラム56が立設されており、コラム56には、第1切削ユニット51及び第二切削ユニット52をそれぞれY軸方向及びZ軸方向に移動可能に支持する移動機構57,58が設けられる。各切削ユニット51,52には、図示せぬモータにより回転駆動される切削ブレード51a,52aが設けられる。
保持テーブル60の周囲には、複数のクランプ63や、ウォーターカバー64が配設されている。ウォーターカバー64の上面には、ドレスボード67の上面を露出させて保持するサブチャックテーブル68が設けられている。ウォーターカバー64は保持テーブル60とともにX軸方向に移動し、このウォーターカバー64の移動に伴ってサブチャックテーブル68もX軸方向に移動する。
次に、本発明にかかるウェーハの加工方法の実施例について説明する。
図4は、本発明に係る加工方法の一実施形態のフローを示すフローチャートである。以下順に各ステップについて説明する。
図4は、本発明に係る加工方法の一実施形態のフローを示すフローチャートである。以下順に各ステップについて説明する。
<金属層確認ステップ>
図2に示すように、
金属層が配設されるストリート13、及び、
ストリート13の幅方向(Y軸方向)の金属層18の位置と幅18w、
ストリート13の厚み方向(Z軸方向)の金属層18の位置と厚み18h、
を確認するステップである。
図2に示すように、
金属層が配設されるストリート13、及び、
ストリート13の幅方向(Y軸方向)の金属層18の位置と幅18w、
ストリート13の厚み方向(Z軸方向)の金属層18の位置と厚み18h、
を確認するステップである。
ウェーハにおける金属層18の配置位置や金属層18のサイズ等の情報を含むウェーハ10の設計情報が入手可能な場合は、この設計情報に基づいて金属層18が存在するストリート13、当該ストリート13内における金属層18のストリートの幅方向(Y軸方向)の位置と幅18w(サイズ)、ストリートの厚み方向(Z軸方向)の位置と厚み、が特定される。これらの情報は、コントローラ100(図3)に記憶され、コントローラ100では、これらの情報に基づいて後の除去ステップでの加工箇所、及び、加工条件を決定する。この他、設計情報などに基づいて、オペレータが加工条件(金属層を完全に除去するためのストリート内の切削ブレードのY軸方向の位置や、切込み深さなど)を入力し、コントローラに記憶させることとしてもよい。
ウェーハにおける金属層18の配置位置や金属層18のサイズ等の情報を含むウェーハ10の設計情報が入手できない場合には、例えば、予め同じパターンが形成されるウェーハを切削ブレードで切削し、金属層18が存在するストリート13、当該ストリート13内における金属層18のストリートの幅方向(Y軸方向)の位置と幅18w(サイズ)、ストリートの厚み方向(Z軸方向)の位置と厚み、を特定し、コントローラ100に記憶することとする。コントローラ100では、これらの情報に基づいて後の除去ステップでの加工箇所、及び、加工条件を決定する。この他、特定したこれらの情報に基づいて、オペレータが加工条件(金属層を完全に除去するためのストリート内の切削ブレードのY軸方向の位置や、切込み深さなど)を入力し、コントローラに記憶させることとしてもよい。
<除去ステップ>
図5及び図6に示すように、ストリート13の幅方向(Y軸方向)における金属層18の幅18w以上の刃厚51wを有する切削ブレード51aの先端を金属層18の下端に至る深さに位置づけ、切削ブレード51aでストリート13に沿って切削することで金属層18を除去するステップである。
図5及び図6に示すように、ストリート13の幅方向(Y軸方向)における金属層18の幅18w以上の刃厚51wを有する切削ブレード51aの先端を金属層18の下端に至る深さに位置づけ、切削ブレード51aでストリート13に沿って切削することで金属層18を除去するステップである。
これにより、ストリート13において、切削ブレード51aの刃厚51wに対応する範囲において、絶縁層17a,17bと金属層18が除去される。切削ブレード51aの刃厚51wは、金属層18の幅18wよりも大きく設定されるため、金属層18と絶縁層17a,17bの境界部分も含め、金属層18の全体が余すことなく除去される。
ここで、層間剥離が生じ易い金属層18と絶縁層17a,17bの境界部分が除去されることで、ストリート13内の絶縁層17a,17bの層間剥離が抑えられ、ひいては、デバイス11内に存在する絶縁層と配線層の間の層間剥離(デラミネーション)の発生を抑えることができる。さらに、金属層18のバリや、金属層18による絶縁層の押し上げなどの発生も防ぐことができる。
また、図6に示すように、切削ブレード51aの刃厚51wは、ウェーハ10に存在する全ての金属層18を除去できるように、ウェーハ10内で最も幅の広い金属層18の幅18wよりも、大きく設定することとしてもよい。
あるいは、図3に示す切削装置50の構成のように、刃厚の異なる切削ブレード51a,52aを備えた2つの切削ユニット51,52を有する構成において、除去対象となる金属層18の幅18w(図6)に応じて、2つの切削ユニット51,52を使い分けることで、全ての金属層18を除去することとしてもよい。
また、図6に示すように、切削ブレード51aの先端は、深さ方向(Z軸方向)において、金属層18の下端よりも下側となるように設定されつつも、機能層14の範囲内で切り込むことが好ましい。つまり、ウェーハ10まで切り込まないこととするものである。
これによれば、金属層18を確実に除去することが可能となるとともに、切り込みの際に切削ブレード51aにかかる負荷を小さくすることができる。そして、ウェーハ10の加工送り速度を早くすることが可能となり、ひいては、除去ステップに要する時間を短縮化することができる。
また、この除去ステップは、全てのストリートのうちの金属層18が配置されるストリートのみ、あるいは、各ストリートの中で金属層が配置される個所のみ、について行うこととすることで、全体の加工時間を短縮することができる。なお、全てのストリートについて、切削ブレード51aにより切削を行うことにより、全てのストリートに共通の浅溝19(図7)を形成しておくこととしてもよい。
<分割ステップ>
図7に示すように、除去ステップを実施した後、ウェーハ10をストリート13に沿って分割するステップである。
図7の例は、除去ステップで使用される切削ブレード51a(図6)より刃厚の薄い切削ブレード52aでフルカットする例であり、図3に示すデュアルダイサーにおいて、切削ユニット51にて除去ステップを行って浅溝19を形成した後に、もう一方の切削ユニット52によりフルカットを行う、いわゆるステップカットを行うものである。
図7に示すように、除去ステップを実施した後、ウェーハ10をストリート13に沿って分割するステップである。
図7の例は、除去ステップで使用される切削ブレード51a(図6)より刃厚の薄い切削ブレード52aでフルカットする例であり、図3に示すデュアルダイサーにおいて、切削ユニット51にて除去ステップを行って浅溝19を形成した後に、もう一方の切削ユニット52によりフルカットを行う、いわゆるステップカットを行うものである。
なお、このステップカットにおいては、各ストリート13について、除去ステップと分割ステップが順次行われるものとする他、全てのストリート13について除去ステップを実施した後に、分割ステップが実施されることとしてもよい。
図7に示すように、切削ブレード52aにより切削される際には、金属層18(図6)は完全に除去されているため、切削ブレード52aによる金属層18(図6)の切削を行うことなく、ストリートに沿って残された絶縁層17cや、ウェーハ10を切削することができる。
なお、分割ステップは、図7に示すように切削ブレード52aによるフルカットにて行うこととする他、レーザ加工装置によりストリートに沿って改質層を形成した後にエキスパンドして分割することや、レーザアブレーション加工により分割することとしてもよい。
<ブレード形状確認ステップ>
図8(A)に示すように、所定のタイミングで、切削ブレード51aの先端形状(刃先形状)を確認するステップである。
図8(A)に示すように、所定のタイミングで、切削ブレード51aの先端形状(刃先形状)を確認するステップである。
除去ステップでは、金属層18(図6)を完全に除去する必要があるが、図8(A)に示すように、除去ステップを重ねると切削ブレード51aの刃先が摩耗して先端のエッジがなくなり、U字状の先端断面形状を形成することになる。この場合、図8(B)に示すように、例えば、別のウェーハ10について除去ステップを行った際には溝の底面がU字状となる溝が形成されてしまい、金属層18が完全に除去されずに残存部18aが形成されてしまうことになる。
そこで、例えば、予め設定された枚数のウェーハについて除去ステップを行った後などの所定のタイミングで切削ブレード51aの先端形状を確認し、適宜、必要な対応を取ることとするものである。これにより、金属層18が完全に除去されずに残存部18aが形成されることを防ぐことができる。なお、所定のタイミングとは、予め設定された枚数のウェーハについて除去ステップを行った後の他、一つのウェーハの加工中や、一つのウェーハの加工後、なども考えられる。
必要な対応としては、例えば、金属層18を除去できるように切り込み深さを深くする(Z軸方向の高さ調整)、フラットドレスにより刃先をフラットにする、切削ブレードを交換する、などである。フラットドレスは、図3に示すドレスボード67の上面を切削することで、刃先を平坦化することにより行われる。
切削ブレード51aの先端形状の確認は、例えば、まず、ウェーハの外周縁でウェーハの上方から回転する切削ブレードを下降させてウェーハに切り込むことで、切削ブレードの先端形状が両端に転写された切削痕を形成する。または、所定高さに位置づけた切削ブレードでウェーハの外周縁を切削するとともに、切削途中で切削ブレードを退避させて一端側に切削ブレードの先端形状が転写された切削痕を形成する。形成された切削痕を画像解析することで確認することができる。
または、除去ステップの実施中に、切削ブレードがウェーハのデバイスが形成されていない外周余剰領域に達した際に、切削ブレードをウェーハの上方に退避させ、形成された切削痕を画像解析してもよい。
この他にも、図3に示すサブチャックテーブル68で試験片を保持し、試験片に切削痕を形成して切削痕を画像解析することで確認することや、ウェーハの断面を直接撮像して画像解析することで確認することとしてもよい。
以上のように、本発明によれば、金属層18を除去する切削ブレード51aの刃厚51wは、金属層18の幅18wよりも大きく設定されるため、金属層18と絶縁層17a,17bの境界部分も含め、金属層18の全体を余すことなく除去することができる。層間剥離が生じ易い金属層18と絶縁層17a,17bの境界部分が除去されることで、ストリート13内の絶縁層17a,17bの層間剥離が抑えられ、ひいては、デバイス11内に存在する絶縁層と配線層の間の層間剥離(デラミネーション)の発生を抑えることができる。さらに、金属層18のバリや、金属層18による絶縁層の押し上げなどの発生も防ぐことができる。
10 ウェーハ
10a 表面
11 デバイス
13 ストリート
14 機能層
17a 絶縁層
17b 絶縁層
18 金属層
50 切削装置
51 切削ユニット
51a 切削ブレード
52 切削ユニット
52a 切削ブレード
55 基台
56 コラム
57 移動機構
58 移動機構
60 保持テーブル
61a 保持面
63 クランプ
64 ウォーターカバー
67 ドレスボード
68 サブチャックテーブル
T テープ
U ウェーハユニット
10a 表面
11 デバイス
13 ストリート
14 機能層
17a 絶縁層
17b 絶縁層
18 金属層
50 切削装置
51 切削ユニット
51a 切削ブレード
52 切削ユニット
52a 切削ブレード
55 基台
56 コラム
57 移動機構
58 移動機構
60 保持テーブル
61a 保持面
63 クランプ
64 ウォーターカバー
67 ドレスボード
68 サブチャックテーブル
T テープ
U ウェーハユニット
Claims (4)
- 交差する複数のストリートで区画された各領域にそれぞれデバイスが形成されるとともに、少なくとも一部の該ストリートに絶縁層と金属層が積層されたウェーハの加工方法であって、
該ストリートの幅方向における該金属層の幅以上の刃厚を有する切削ブレードの先端を該金属層の下端に至る深さに位置づけ、該切削ブレードで該ストリートに沿って切削することで該金属層を除去する除去ステップと、
該除去ステップを実施した後、該ウェーハを該ストリートに沿って分割する分割ステップと、を備えたウェーハの加工方法。 - 複数のウェーハに対して該除去ステップを実施した後、該切削ブレードの先端形状を確認するブレード形状確認ステップを備える、
ことを特徴とする請求項1に記載のウェーハの加工方法。 - 該分割ステップでは、
該切削ブレードよりも薄い第2切削ブレードで該ストリートに沿って切削し該ウェーハを分割する、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のウェーハの加工方法。 - 該除去ステップの前に、
該金属層が配設されるストリート、
該ストリートの幅方向の該金属層の位置と幅、
該ストリートの厚み方向の該金属層の位置と厚み、
を確認する金属層確認ステップを更に備え、
該金属層が配置される箇所のみについて除去ステップを実施する、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のウェーハの加工方法。
Priority Applications (4)
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JP2021103055A JP2023002054A (ja) | 2021-06-22 | 2021-06-22 | ウェーハの加工方法 |
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CN202210672008.7A CN115513129A (zh) | 2021-06-22 | 2022-06-15 | 晶片的加工方法 |
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2021
- 2021-06-22 JP JP2021103055A patent/JP2023002054A/ja active Pending
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- 2022-06-09 KR KR1020220070333A patent/KR20220170353A/ko unknown
- 2022-06-15 CN CN202210672008.7A patent/CN115513129A/zh active Pending
- 2022-06-17 TW TW111122629A patent/TW202301448A/zh unknown
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TW202301448A (zh) | 2023-01-01 |
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