JP5946401B2

JP5946401B2 - 保護膜の被覆方法

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Publication number: JP5946401B2
Application number: JP2012268403A
Authority: JP
Inventors: 智章遠藤
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2032-12-07
Also published as: JP2014113527A

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の板状物に保護膜を被覆する保護膜の被覆方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ等の複数のデバイスが分割予定ライン（ストリート）によって区画され表面に形成されたシリコンウエーハ、サファイヤウエーハ等のウエーハは、加工装置によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。

ウエーハの分割には、ダイサーと呼ばれる切削装置を用いたダイシング方法が広く採用されている。ダイシング方法では、ダイアモンド等の砥粒を金属や樹脂で固めて厚さ３０μｍ程度とした切削ブレードを、３００００ｒｐｍ程度の高速で回転させつつウエーハへ切り込ませることでウエーハを切削し、個々のデバイスへと分割する。

一方、近年では、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ビームをウエーハに照射することでレーザー加工溝を形成し、ブレーキング装置でウエーハに外力を付与してレーザー加工溝に沿ってウエーハを割断して個々のデバイスへと分割する方法が提案されている（例えば、特開平１０−３０５４２０号公報参照）。

レーザー加工装置によるレーザー加工溝の形成は、ダイサーによるダイシング方法に比べて加工速度を早くすることができるとともに、サファイアやＳｉＣ等の硬度の高い素材からなるウエーハであっても比較的容易に加工することができる。また、加工溝を例えば１０μｍ以下等の狭い幅とすることができるので、ダイシング方法で加工する場合に対してウエーハ１枚当たりのデバイス取り量を増やすことができる。

ところが、ウエーハにパルスレーザービームを照射すると、パルスレーザービームが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する。このデブリがデバイス表面に付着するとデバイスの品質を低下させるという問題が生じる。

そこで、例えば特開２００４−１８８４７５号公報には、このようなデブリによる問題を解消するために、ウエーハ上に液状樹脂を塗布して保護膜を被覆し、この保護膜を通してウエーハにパルスレーザービームを照射するようにしたレーザー加工方法が開示されている。また、特開２００６−１４０３１１号公報には、保護膜液として水溶性保護膜液が開示されている。

特開２００４−１８８４７５号公報特開２００６−１４０３１１号公報

一般に保護膜液はスピンコート法でウエーハ上に塗付されるが、通常のスピンコート法では供給した保護膜液の９５％以上もが廃棄されるため、非常に非経済的であるという問題がある。

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、従来に比べて廃棄される保護膜液を抑えることが可能な保護膜の被覆方法を提供することである。

本発明によると、板状物に保護膜を被覆する保護膜の被覆方法であって、板状物を回転可能なスピンナテーブルで保持する保持ステップと、該スピンナテーブルに保持された板状物上に液状樹脂からなる保護膜液を供給する保護膜液供給ステップと、該保護膜液供給ステップを実施した後、該スピンナテーブルを回転させて板状物上の保護膜液を所定厚みに均一に形成するとともに乾燥させて所定厚みの保護膜を形成する保護膜形成ステップと、を備え、該保護膜液供給ステップでは、該保護膜液は所定温度に加熱されて粘度が常温時よりも低下した状態で供給されることを特徴とする保護膜の被覆方法が提供される。

好ましくは、本発明の保護膜の被覆方法は、保護膜液供給ステップを実施した後、保護膜形成ステップを実施する前に、板状物上に供給された保護膜液を冷却して常温時の粘度に戻す冷却ステップを更に備えている。

本発明の保護膜の被覆方法によると、保護膜液は加熱された状態で板状物上に供給されるため、粘度が常温時に比べて低下する。よって、板状物上に供給された保護膜液が常温時に比べて広がり易く、少量の保護膜液でも板状物全体を被覆することが可能となるため、板状物に供給する保護膜液の量を従来よりも削減できる。

また、スピン回転させて保護膜液を板状物上に均一に塗付する前に板状物上に形成される保護膜液層を従来に比べて薄くできるため、廃棄される保護膜液の量を抑えることが可能となる。

レーザー加工装置の外観斜視図である。ダイシングテープを介して環状フレームに支持されたウエーハの斜視図である。レーザービーム照射ユニットのブロック図である。保護膜被覆装置の一部破断斜視図である。環状フレーム押さえ手段の側面図である。保持ステップを示す断面図である。保護膜液供給ステップを示す断面図である。冷却ステップを説明する断面図である。保護膜形成ステップを説明する断面図である。温度変化に応じた保護膜液の粘度を示すグラフである。

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を参照すると、本発明の保護膜被覆方法により保護膜が被覆されたウエーハにレーザー加工を施すことのできるレーザー加工装置２の外観が示されている。

レーザー加工装置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手段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手段によって撮像された画像が表示されるＣＲＴ等の表示手段６が設けられている。

図２に示すように、加工対象の半導体ウエーハＷの表面においては、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とが直交して形成されており、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とによって区画された領域に多数のデバイスＤが形成されている。

ウエーハＷは粘着テープであるダイシングテープＴに貼着され、ダイシングテープＴの外周縁部は環状フレームＦに貼着されている。これにより、ウエーハＷはダイシングテープＴを介して環状フレームＦに支持された状態となり、図１に示したウエーハカセット８中にウエーハが複数枚（例えば２５枚）収容される。ウエーハカセット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。

ウエーハカセット８の後方には、ウエーハカセット８からレーザー加工前のウエーハＷを搬出するとともに、加工後のウエーハをウエーハカセット８に搬入する搬出入手段１０が配設されている。

ウエーハカセット８と搬出入手段１０との間には、搬出入対象のウエーハ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にはウエーハＷ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は本発明の保護膜の被覆方法を実施するのに適した保護膜被覆装置であり、この保護膜被覆装置３０は加工後のウエ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、ウエーハＷと一体となったフレーム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に搬出されたウエーハＷは、搬送手段１６により吸着されて保護膜被覆装置３０に搬送される。保護膜被覆装置３０では、後で詳細に説明するようにウエーハＷの加工面に保護膜が被覆される。

加工面に保護膜が被覆されたウエーハＷ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、ウエーハＷのレーザー加工すべきストリートを検出するアライメント手段２０が配設されている。

アライメント手段２０は、ウエーハＷの表面を撮像する撮像手段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ー加工すべきストリートを検出することができる。撮像手段２２によって取得された画像は、表示手段６に表示される。

アライメント手段２０の左側には、チャックテーブル１８に保持されたウエーハＷに対してレーザービームを照射するレーザービーム照射ユニット２４が配設されている。レーザービーム照射ユニット２４のケーシング２６中には後で詳細に説明するレーザービーム発振手段等が収容されており、ケーシング２６の先端にはレーザービームを加工すべきウエーハ上に集光する集光器２８が装着されている。

レーザービーム照射ユニット２４のケーシング２６内には、図３のブロック図に示すように、レーザービーム発振手段３４と、レーザービーム変調手段３６が配設されている。

レーザービーム発振手段３４としては、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器を用いることができる。レーザービーム変調手段３６は、繰り返し周波数設定手段３８と、レーザービームパルス幅設定手段４０と、レーザービーム波長設定手段４２を含んでいる。

レーザービーム変調手段３６を構成する繰り返し周波数設定手段３８、レーザービームパルス幅設定手段４０及びレーザービーム波長設定手段４２は周知の形態のものであり、本明細書においてはその詳細な説明を省略する。

レーザービーム照射ユニット２４によりレーザー加工が終了したウエーハＷは、チャックテーブル１８をＸ軸方向に移動してから、Ｙ軸方向に移動可能な搬送手段３２により保持されて洗浄装置を兼用する保護膜被覆装置３０まで搬送される。保護膜被覆装置３０では、洗浄ノズルから水を噴射しながらウエーハＷを低速回転（例えば８００〜１０００ｒｐｍ）させることによりウエーハを洗浄する。

洗浄後、ウエーハＷを高速回転（例えば１５００〜２０００ｒｐｍ）させながらエアノズルからエアを噴出させてウエーハＷを乾燥させた後、搬送手段１６によりウエーハＷを吸着して仮置き領域１２に戻し、更に搬出入手段１０によりウエーハカセット８の元の収納場所にウエーハＷは戻される。

次に、本発明の保護膜の被覆方法を実施するのに適した保護膜被覆装置３０について図４乃至図６を参照して詳細に説明する。まず図４を参照すると、保護膜被覆装置３０の一部破断斜視図が示されている。

保護膜被覆装置３０は、スピンナテーブル機構４４と、スピンナテーブル機構４４を包囲して配設された洗浄水受け機構４６を具備している。スピンナテーブル機構４４は、スピンナテーブル４８と、スピンナテーブル４８を回転駆動する電動モータ５０と、電動モータ５０を上下方向に移動可能に支持する支持機構５２とから構成される。

スピンナテーブル４８は多孔性材料から形成された吸着チャック４８ａを具備しており、吸着チャック４８ａが図示しない吸引手段に連通されている。従って、スピンナテーブル４８は、吸着チャック４８ａにウエーハを載置し図示しない吸引手段により負圧を作用させることにより、吸着チャック４８ａ上にウエーハを吸引保持する。特に図示しないが、スピンナテーブル４８にはフィルムヒーターのような発熱体とペルチェ素子のような冷却ユニットが内蔵されている。

スピンナテーブル４８は、電動モータ５０の出力軸５０ａに連結されている。支持機構５２は、複数の（本実施形態においては３本）の支持脚５４と、支持脚５４にそれぞれ連結され電動モータ５０に取り付けられた複数（本実施形態においては３本）のエアシリンダ５６とから構成される。

このように構成された支持機構５２は、エアシリンダ５６を作動することにより、電動モータ５０及びスピンナテーブル４８を図６に示す上昇位置であるウエーハ搬入・搬出位置と、図７に示す下降位置である作業位置に位置付け可能である。

洗浄水受け機構４６は、洗浄水受け容器５８と、洗浄水受け容器５８を支持する３本（図４には２本のみ図示）の支持脚６０と、電動モータ５０の出力軸５０ａに装着されたカバー部材６２とから構成される。

洗浄水受け容器５８は、図６に示すように、円筒状の外側壁５８ａと、底壁５８ｂと、内側壁５８ｃとから構成される。底壁５８ｂの中央部には、電動モータ５０の出力軸５０ａが挿入される穴５１が設けられており、内側壁５８ｃはこの穴５１の周辺から上方に突出するように形成されている。

また、図４に示すように、底壁５８ｂには廃液口５９が設けられており、この廃液口５９にドレンホース６４が接続されている。カバー部材６２は円盤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６２ａを備えている。

このように構成されたカバー部材６２は、電動モータ５０及びスピンナテーブル４８が図７に示す作業位置に位置付けられると、カバー部６２ａが洗浄水受け容器５８を構成する内側壁５８ｃの外側に隙間を持って重合するように位置付けられる。

保護膜被覆装置３０は、スピンナテーブル４８に保持された加工前の半導体ウエーハに保護膜液（液状樹脂）を供給する保護膜液供給手段６６を具備している。保護膜液被覆手段６６は、スピンナテーブル４８に保持された加工前のウエーハの加工面に向けて保護膜液を吐出する吐出ノズル６８と、吐出ノズル６８を支持する概略Ｌ形状のアーム７０とを含んでいる。

保護膜液供給手段６６は更に、アーム７０に支持された吐出ノズル６８をスピンナテーブル４８に支持されたウエーハＷの中心部に対応する保護膜液吐出位置と、スピンナテーブル４８から外れた図４に示す退避位置との間で揺動する正転・逆転可能な電動モータ７２とを含んでいる。図６に示すように、吐出ノズル６８は、アーム７０、加熱手段１００及び電磁切替弁１０２を介して保護膜液供給源１０４に接続されている。

保護膜被覆装置３０はレーザー加工後のウエーハを洗浄する洗浄装置を兼用する。よって、保護膜被覆装置３０は、スピンナテーブル４８に保持された加工後のウエーハを洗浄するための洗浄水供給手段７４及びエア供給手段７６を具備している。

洗浄水供給手段７４は、スピンナテーブル４８に保持された加工後のウエーハに向けて洗浄水を噴出する洗浄水ノズル７８と、洗浄水ノズル７８を支持するアーム８０と、アーム８０に支持された洗浄水ノズル７８を揺動する正転・逆転可能な電動モータ８２とから構成される。洗浄水噴射ノズル７８はアーム８０を介して図示しない洗浄水供給源に接続されている。

エア供給手段７６は、スピンナテーブル４８に保持された洗浄後のウエーハに向けてエアを噴出するエアノズル８４と、エアノズル８４を支持するアーム８６と、アーム８６に支持されたエアノズル８４を揺動する正転・逆転可能な電動モータ（図示せず）を備えている。エアノズル８４はアーム８６を介して図示しないエア供給源に接続されている。

スピンナテーブル４８には、環状フレームＦを押さえる４個の振り子式の環状フレーム押さえ手段４９が配設されている。環状フレーム押さえ手段４９は、スピンナテーブル４８に固定された支持部８８と、支持部８８に回動可能に取り付けられた振り子体（クランプ）９０を含んでいる。振り子体９０は振り子軸９５を介して支持部８８に回動可能に取り付けられている。９８は振り子軸９８の抜けを防止するスナップリングである。

振り子体９０は例えば鉄等の強磁性体から形成されており、錘部９２と、錘部９２と一体的に形成された環状フレームＦを押さえる爪部９４とから構成される。支持部８８には永久磁石から構成された錘固定部９６が取り付けられている。

振り子体９０は、スピンナテーブル４８の回転速度が所定速度以下の時には、錘固定部９６の磁力が振り子体９０の遠心力に打ち勝って錘部９２が錘固定部９６に吸着されて固定され、爪部９４は図５に示す解放位置に位置付けられ、スピンナテーブル４８の回転速度が所定速度より速い時には、振り子体９０の遠心力が錘固定部９６の磁力に打ち勝って錘部９０が錘固定部９６から外れて爪部９４が環状フレームＦを押さえる押さえ位置に位置付けられるように、錘固定部９６の磁力と振り子体９０の強磁性体の種類及びその質量が設定されている。

振り子体９０は、その全体が強磁性体から形成される必要はなく、錘固定部９６の磁力により吸着される錘部９２の一部が強磁性体から形成されていればよい。本実施形態では前記所定速度を１０００ｒｐｍに設定した。

以下、このように構成された保護膜被覆装置３０を使用して実施する本発明の保護膜の被覆方法について図６乃至図１０を参照して詳細に説明する。ウエーハ搬送手段１６の旋回動作によって加工前の半導体ウエーハＷは保護膜被覆装置３０のスピンナテーブル４８に搬送され、吸着チャック４８ａにより吸引保持される（保持ステップ）。

この時、スピンナテーブル４８は図６に示すウエーハ搬入・搬出位置に位置付けられており、吐出ノズル６８、洗浄ノズル７８及びエアノズル８４は図４及び図６に示すように、スピンナテーブル４８の上方から隔離した待機位置に位置付けられている。

図６に示されているように、保護膜液供給手段６６のアーム７０は、加熱手段１００、電磁切替弁１０２を介して保護膜液供給源１０４に選択的に接続される。加熱手段１００としては、プラグヒーター又はフランジヒーターとを使用することができる。

保護膜液供給源１０４が供給する保護膜液としては、ＰＶＡ（ポリ・ビニール・アルコール）、ＰＥＧ（ポリ・エチレン・グリコール）、ＰＥＯ（ポリ・エチレン・オキサイド）等の水溶性レジスト樹脂を採用可能である。本実施形態ではＰＶＡを保護膜液として使用した。

図１０を参照すると、本実施形態で使用したＰＶＡ保護膜液の温度に応じた粘度（ｃＰ）が示されている。ＰＶＡ保護膜液は、常温（５〜３５℃）時の粘度が３００〜１５０ｃＰであり、５０℃〜６０℃に加熱することで粘度が常温時の１／３程度である１００〜５０ｃＰに低下する。保護膜液の加熱温度は４５℃以上が好ましいが、加熱しすぎると保護膜液が変質する恐れがあるため、保護膜液の加熱温度は５０℃〜６０℃が好ましい。

保持ステップを実施した後、スピンナテーブル４８に保持されたウエーハＷ上に保護膜液を供給する保護膜液供給ステップを実施する。この保護膜液供給ステップでは、図７に示すように、エアシリンダ５６を駆動してスピンナテーブル４８を下方に移動して作業位置に位置付ける。更に、モータ７２を駆動して保護膜液供給手段６６のアーム７０を回動して、吐出ノズル６８をスピンナテーブル４８に保持されたウエーハＷの中央部分の上方に位置付ける。

次いで、電磁切替弁１０２を接続位置に切り替えて、吐出ノズル６８を保護膜液供給源１０４に接続する。フィルムヒーター又はフランジヒーター等からなる加熱手段１００で保護膜液を５０℃〜６０℃に加熱しながら保護膜液供給手段６６の吐出ノズル６８から加熱された保護膜液１０５を吐出する。

ウエーハＷ上に吐出された保護膜液１０５は５０℃〜６０℃に加熱されているため、その粘度が常温時の約１／３程度になり流動し易いので、ウエーハＷの中心部分に供給された保護膜液１０５は容易にウエーハＷ全面に流動して塗付される。

上述した実施形態では、加熱手段１００により保護膜液を５０℃〜６０℃に加熱しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、保護膜液が加熱により変質を生じない温度、且つ、例えば粘度が１００ｃＰ以下となる所定温度に加熱すれば良い。加熱手段１００で保護膜液を加熱する代わりに、保護膜液供給源１０４で保護膜液を所定温度に加熱しておいても良い。

好ましくは、保護膜液供給ステップでは、スピンナテーブル４８に内蔵されたフィルムヒーターでスピンナテーブル４８を加熱することでウエーハＷを加熱しておくと、供給された保護膜液がウエーハＷ上で薄く広がり易くなり、保護膜液の使用量を抑えることができる。保護膜液供給ステップでは、保護膜液１０５でウエーハＷの全面を被覆し、図７に示すように、保護膜液層１０６を形成する。

好ましくは、保護膜液供給ステップを実施した後、保護膜液を冷却する冷却ステップを実施する。この冷却ステップでは、図８に示すように、スピンナテーブル４８に内蔵されたペルチェ素子でウエーハＷを冷却して、ウエーハＷ上の保護膜液層１０６を常温（室温）に戻してその粘度を上昇させる。これは、図９に示す保護膜形成ステップでウエーハＷを回転させた際に保護膜液１０５が飛散し過ぎることを防止するためである。

この冷却ステップでは、スピンナテーブル４８に内蔵されたペルチェ素子でウエーハＷを冷却する実施形態の他、例えば保護膜被覆装置３０内の被覆領域の雰囲気を冷却するようにしても良い。

冷却ステップ実施後、スピンナテーブル４８を回転させてウエーハＷ上の保護膜液層１０６を所定厚みに均一に形成するとともに乾燥させて所定厚みの保護膜１０６ａを形成する保護膜形成ステップを実施する。

この保護膜形成ステップでは、図９に示すように、電動モータ５０を駆動してスピンナテーブル４８をＲ１方向に２０００ｒｐｍで約１分間回転させて、ウエーハＷ上の保護膜液層１０６を所定厚みに均一に形成するとともに乾燥させて所定厚みの保護膜１０６ａを形成する。

スピンナテーブル４８は２０００ｒｐｍという比較的高速で回転されるので、振り子体９０の遠心力が錘固定部９６の磁力に打ち勝って錘部９２が錘固定部９６から外れて振り子体９０の爪部９４が環状フレームＦをクランプするので、環状フレームＦがスピンナテーブル４８に対して固定され、保護膜液１０５をウエーハＷ表面に万遍なくスピンコーティングして一様な厚さの保護膜１０６ａを形成することができる。

上述した本実施形態の保護膜の被覆方法によると、保護膜液１０５は加熱された状態でウエーハＷ上に供給されるため、粘度が常温時に比べて低下する。よって、ウエーハＷ上に供給された保護膜液１０５は常温時に比べて広がり易く、少量でもウエーハＷ全体を被覆することが可能となるため、ウエーハＷに供給する保護膜液の量を従来よりも削減できる。

また、スピンナテーブル４８を回転させて保護膜液１０５を均一に広げる前にウエーハＷ上に形成される保護膜液層１０６を従来に比べて薄くできるため、廃棄される保護膜液の量を抑えることが可能となる。

上述した実施形態では、半導体ウエーハＷ上に保護膜１０６ａを被覆した例について説明したが、被加工物は半導体ウエーハＷに限定されるものではなく、光デバイスウエーハ等の他の板状物にも本発明の保護膜の被覆方法は同様に適用することができる。

２レーザー加工装置
１８チャックテーブル
２４レーザービーム照射ユニット
３０保護膜被覆装置
４８スピンナテーブル
６６保護膜液供給手段
６８吐出ノズル
１００加熱手段
１０２電磁切替弁
１０４保護膜液供給源
１０５保護膜液
１０６保護膜液層
１０６ａ保護膜

Claims

板状物に保護膜を被覆する保護膜の被覆方法であって、
板状物を回転可能なスピンナテーブルで保持する保持ステップと、
該スピンナテーブルに保持された板状物上に液状樹脂からなる保護膜液を供給する保護膜液供給ステップと、
該保護膜液供給ステップを実施した後、該スピンナテーブルを回転させて板状物上の保護膜液を所定厚みに均一に形成するとともに乾燥させて所定厚みの保護膜を形成する保護膜形成ステップと、を備え、
該保護膜液供給ステップでは、該保護膜液は所定温度に加熱されて粘度が常温時よりも低下した状態で供給されることを特徴とする保護膜の被覆方法。
前記保護膜液供給ステップを実施した後、前記保護膜形成ステップを実施する前に、板状物上に供給された前記保護膜液を冷却して常温時の粘度に戻す冷却ステップを更に備えた請求項１記載の保護膜の被覆方法。