JP6257365B2 - ウェーハの加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ウェーハの加工方法、特に、層間絶縁膜として低誘電率絶縁膜(Low−k
膜)を使用した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、略円板形状であるシリコンウェーハ、ガリウム砒素ウェーハ等の半導体ウェーハの表面に格子状に形成されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、区画された各領域にIC、LSI等のデバイスを形成する。
このような半導体ウェーハは研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、切削装置又はレーザー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。
切削装置としては一般にダイシング装置と呼ばれる切削装置が用いられており、この切削装置ではダイアモンドやCBN等の超砥粒をメタルやレジンで固めて厚さ20〜30μmの切刃を有する切削ブレードが約30000rpm等の高速で回転しつつ半導体ウェーハへ切り込むことで切削が遂行される。
半導体ウェーハの表面に形成された半導体デバイスは、金属配線が何層にも積層されて信号を伝達しており、各金属配線間は主にSiOから形成された層間絶縁膜により絶縁されている。
近年、構造の微細化に伴い、配線間距離が近くなり、近接する配線間の電気容量は大きくなってきている。これに起因して信号の遅延が発生し、消費電力が増加するという問題が顕著になってきている。
各層間の寄生容量を軽減すべく、デバイス(回路)形成時に各層間を絶縁する層間絶縁膜として従来は主にSiO絶縁膜を採用していたが、最近になりSiO絶縁膜よりも誘電率の低い低誘電率絶縁膜(Low−k膜)が採用されるようになってきている。
低誘電率絶縁膜としては、SiO膜(誘電率k=4.1)よりも誘電率が低い(例えばk=2.5乃至3.6程度)材料、例えばSiOC,SiLK等の無機物系の膜、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膜である有機物系の膜、及びメチル含有ポリシロキサン等のポーラスシリカ膜を挙げることができる。
このような低誘電率絶縁膜を含む積層体を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、低誘電率絶縁膜は雲母のように非常に脆いことから積層体が剥離するという問題が生じる。
この問題を解決するために、例えば特開2005−064230号公報又は特開2005−209719号公報では、切削ブレードでの切削に先立って、予め分割予定ライン上の積層体をレーザービームの照射により除去し、その後切削ブレードでチップへと分割する半導体ウェーハの加工方法が提案されている。
予め分割予定ライン上の積層体をレーザービームの照射により除去して加工溝を形成する加工方法の場合、加工溝の形成時に発生するデブリがデバイス部分に付着しないよう、レーザービームの照射に先立ちウェーハの表面に保護膜を塗付しておき、溝形成後に保護膜を洗浄して除去する方法が提案されている(例えば、特許第4471632号公報参照)。
一方、半導体ウェーハの分割にレーザー加工装置を用い、ウェーハに対し透過性を有する波長のパルスレーザービームをウェーハの内部に集光点を合わせて照射して、ウェーハ内部に分割予定ラインに沿った改質層を形成し、この改質層で強度が低下した分割予定ラインに外力を付与することにより、改質層を分割起点にウェーハを個々のデバイスチップに分割する方法も知られている(例えば、特開2009−10105号公報参照)。
特開2005−064230号公報 特開2005−209719号公報 特許第4471632号公報 特開2009−10105号公報
ウェーハ内部に改質層を形成し、ウェーハを改質層を分割起点に個々のデバイスチップに分割する加工方法の場合、ウェーハの表面に積層された積層体がLow−k膜を含む分割されにくい材料から形成されている場合、積層体部分の分割位置がずれたり、積層体がウェーハの基板上面から剥離したりするという問題があった。
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、Low−k膜を含む積層体がウェーハの基板表面に積層されたウェーハであっても、効率よく確実に個々のデバイス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、基板の表面に積層された積層体によって複数のデバイスが形成されたウェーハを、該複数のデバイスを区画する分割予定ライン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テープを配設する保護テープ配設ステップと、該保護テープ配設ステップを実施した後、該保護テープに対して透過性を有し該積層体に対して吸収性を有する波長のレーザービームを該保護テープ越しにウェーハの該積層体に照射し、該積層体を部分的に除去して該分割予定ラインに沿ったレーザー加工溝を形成する溝形成ステップと、該溝形成ステップを実施した後、該保護テープを介してウェーハをレーザー加工装置のチャックテーブルで吸引保持し、ウェーハの裏面からウェーハに対して透過性を有する波長のレーザービームを照射してウェーハの内部に該分割予定ラインに沿った改質層を形成する改質層形成ステップと、該改質層形成ステップを実施した後、該保護テープを介してウェーハを研削装置のチャックテーブルで吸引保持し、ウェーハの裏面を研削してウェーハを所定の厚みに形成するとともに研削圧力により該改質層を破断起点にウェーハを個々のデバイスチップに分割する分割ステップと、該分割ステップを実施した後、該保護テープをウェーハから剥離する剥離ステップと、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、保護テープに対して透過性を有し積層体に対して吸収性を有する波長のレーザービームを保護テープ越しにウェーハの積層体に照射し、積層体を部分的に除去して分割予定ラインに沿ったレーザー加工溝を形成する溝形成ステップを備えているため、デバイス部分にデブリが飛散するのをウェーハの表面に配設された保護テープで防止することができる。
従って、従来方法で必要であったウェーハの表面に保護膜を塗付する工程を省略することができる。また、積層体には予め分割予定ラインに沿ったレーザー加工溝が形成されているため、後の分割ステップでの積層体の分割不良を抑制することができる。
半導体ウェーハの表面に保護部材としての保護テープを貼着する様子を示す斜視図である。 溝形成ステップを示す斜視図である。 レーザービーム照射ユニットのブロック図である。 溝形成ステップを示す断面図である。 改質層形成ステップを示す断面図である。 分割ステップの第1実施形態を示す斜視図である。 剥離ステップを示す斜視図である。 ウェーハの表面を外周部が環状フレームに貼着されたダイシングテープに貼着した状態の斜視図である。 溝形成ステップの第2実施形態を示す断面図である。 研削ステップを斜視図である。 改質層形成ステップの第2実施形態を示す断面図である。 分割ステップの第2実施形態を示す断面図である。
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11aに保護テープ21を貼着する様子を示す斜視図が示されている。
半導体ウェーハ11は、所定厚み(例えば700μm)のシリコン基板13上に複数の半導体デバイス19を形成する積層体15が積層されて構成されている。各デバイス19は格子状に形成された複数の分割予定ライン17で区画された領域に形成されている。本実施形態の半導体ウェーハ11では、デバイス19形成時に層間絶縁膜として低誘電率絶縁膜(Low−k膜)が使用されている。
本発明第1実施形態のウェーハの加工方法では、ウェーハ11の表面11aに保護部材としての保護テープ21を貼着する。保護テープ21に替えて、保護プレートを貼着するようにしても良い。
保護テープ貼着ステップを実施した後、図2に示すように、保護テープ21に対して透過性を有し積層体15に対して吸収性を有する波長(例えば532nm)のレーザービームを保護テープ21越しにウェーハ11の積層体15に照射し、積層体15を部分的に除去して分割予定ライン17に沿ったレーザー加工溝23を形成する溝形成ステップを実施する。図4は溝形成ステップの断面図を示している。
図2及び図3を参照すると、レーザービーム照射ユニット12は、ケーシング14中に収容されたレーザービーム発生ユニット16と、ケーシング14の先端に取り付けられた集光器(レーザーヘッド)18とから構成される。
レーザービーム発生ユニット16は、図3に示すように、YAGパルスレーザー又はYVO4パルスレーザーを発振するレーザー発振器22と、繰り返し周波数設定手段24と、パルス幅調整手段26と、パワー調整手段28とを含んでいる。特に図示しないが、レーザー発振器22はブリュースター窓を有しており、レーザー発振器22から出射するレーザービームは直線偏光のレーザービームである。
レーザービーム発生ユニット16のパワー調整手段28で所定パワーに調整されたパルスレーザービームは、集光器18のミラー30で反射され、更に集光用対物レンズ32で集光されてチャックテーブル10に保持されたウェーハ11に保護テープ21越しに照射される。
溝形成ステップを実施する前に、分割予定ライン17を矢印X1で示される加工送り方向と平行で且つ集光器18と整列させるアライメントステップを実施する。アライメントステップは、ケーシング14に取り付けられた撮像ユニット20の赤外線撮像手段を用いて保護テープ21越しに分割予定ライン17を検出して実施する。このアライメントステップは、第1の方向に伸長する分割予定ライン17と、第1の方向に直交する分割予定ライン17について実施する。
アライメントステップ実施後、集光器18をレーザー加工すべき分割予定ライン17に整列させて、保護テープ21に対して透過性を有しウェーハ11の積層体15に対して吸収性を有する波長のレーザービームを保護テープ21越しにウェーハ11の積層体15に照射し、チャックテーブル10を矢印X1方向に加工送りすることにより、ウェーハ11の積層体15を部分的に除去して分割予定ライン17に沿ったレーザー加工溝23を形成する溝形成ステップを実施する。
チャックテーブル10を加工送り方向X1と直交する方向に分割予定ライン17の間隔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17に沿って積層体15に同様なレーザー加工溝23を次々と形成する。
第1の方向に伸長する全ての分割予定ライン17に沿ってレーザー加工溝23の形成終了後、チャックテーブル10を90°回転して、第1の方向に直交する第2の方向に伸長する全ての分割予定ライン17に沿ってウェーハ11の積層体15に同様なレーザー加工溝23を形成する。
溝形成ステップにおけるレーザー加工条件は、例えば以下のとおりである。
波長 :500nm〜1000nm
平均出力 :0.5W
繰り返し周波数 :100kHz
送り速度 :300mm/s
溝形成ステップ実施後、ウェーハ11の表裏を反転し、図5に示すように、チャックテーブル10で保護テープ21側を吸引保持しウェーハ11の裏面11bを露出させる。そして、ウェーハ11の裏面11bからウェーハ11に対して透過性を有する波長(例えば1064nm)のレーザービームの集光点を分割予定ライン17に対応するウェーハ11の内部に位置付けて、チャックテーブル10を矢印X1方向に加工送りしながら、ウェーハ11の裏面11bからレーザービームを分割予定ライン17に沿って照射して、ウェーハ11の内部に改質層25を形成する改質層形成ステップを実施する。
矢印X1で示される加工送り方向に直交する割り出し送り方向に分割予定ライン17の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17に沿ってウェーハ11の内部に次々と改質層25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の方向に伸長する分割予定ライン17に沿ってウェーハ11の内部に同様な改質層25を形成する。
改質層形成ステップを実施すると、ウェーハ11の内部に改質層25が形成されるとともに、改質層25からウェーハ11の表面11aに向かって伸長する微小クラックが形成される。
改質層形成ステップでのレーザー加工条件は、例えば以下のとおりである。
光源 :LD励起QスイッチNd:YVO4パルスレーザー
波長 :1064nm
平均出力 :1W
パルス幅 :40ns
集光スポット径 :φ1μm
繰り返し周波数 :100kHz
加工送り速度 :100mm/s
改質層形成ステップを実施した後、ウェーハ11の裏面11bを研削してウェーハ11を仕上げ厚みへと薄化するとともに、研削押圧力によりウェーハ11を改質層25を分割起点に個々のデバイスチップへと分割する分割ステップを実施する。
この分割ステップについて図6を参照して説明する。分割ステップでは、図6(A)に示すように、研削装置のチャックテーブル36によりウェーハ11の表面11a側を保護テープ21を介して吸引保持し、ウェーハ11の裏面11b側を露出させる。
研削装置の研削ユニット38は、モータにより回転駆動されるスピンドル40と、スピンドル40の先端に固定されたホイールマウント42と、ホイールマウント42に複数のねじ43で着脱可能に固定された研削ホイール44とを含んでいる。研削ホイール44は環状のホイール基台46と、ホイール基台46の下端外周部に環状に固着された複数の研削砥石48とから構成される。
分割ステップでは、チャックテーブル36を矢印a方向に例えば300rpmで回転しつつ、研削ホイール44をチャックテーブル36と同一方向に、即ち矢印b方向に例えば6000rpmで回転させるとともに、図示しない研削ユニット送り機構を駆動して、研削砥石48をウェーハ11の裏面11bに接触させる。
そして、研削ホイール44を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りして、ウェーハ11を研削して所望の厚さに加工する。ウェーハ11の研削中にはウェーハ11の裏面11bに研削押圧力が掛かるため、ウェーハ11は強度が低下された改質層25及び改質層25からウェーハ11の表面11a方向に伸長する微小クラックを分割起点に、図6(B)に示すように、分割溝27で画成された個々のデバイスチップ29に分割される。
本実施形態のウェーハの加工方法では、溝形成ステップでウェーハ11の積層体15に分割予定ライン17に沿ったレーザー加工溝23が形成されているため、積層体15がLow−k膜等の分離しにくい材料を含んでいる場合にも、積層体15部分の分割位置がずれたり、積層体15がウェーハ11の基板13表面から剥離したりするという問題が発生することはない。
分割ステップ実施後、保護テープ21をウェーハ11から剥離する剥離ステップを実施する。この剥離ステップを実施する前に、図7に示すように、ウェーハ11の裏面11bを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に貼着する。この状態で、保護テープ21をウェーハ11から剥離すると、溝形成ステップを実施したことにより保護テープ31に付着したデブリ31も除去される。
剥離ステップを実施した後、例えばエキスパンド装置で各デバイスチップ29の間隔を拡大した後、ピックアップコレットにより各デバイスチップ29をダイシングテープTからピックアップしてトレー等に収容するピックアップステップを実施する。
次に、本発明第2実施形態のウェーハの加工方法について、図8乃至図12を参照して説明する。本実施形態の加工方法では、まず、図8に示すように、ウェーハ11の表面11aを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に貼着し、ウェーハ11の裏面11bを露出させる。
本実施形態では、ダイシングテープTがウェーハ11の表面11aに形成されたデバイス19を保護する保護部材として作用するために、これを保護部材配設ステップと称することにする。
保護部材配設ステップ実施後、図9に示すように、レーザー加工装置のチャックテーブル10でウェーハ11の裏面11b側を吸引保持し、環状フレームFの上に同一形状の第2の環状フレーム50を重ねてダイシングテープTの外周部をサンドイッチし、この状態でクランプ52により第2の環状フレーム50をクランプして固定する。
そして、集光器18からダイシングテープTに対して透過性を有しウェーハ11の積層体15に対して吸収性を有する波長のレーザービームをダイシングテープT越しにウェーハ11の積層体15に照射し、チャックテーブル10を矢印X1で示される加工送り方向に加工送りすることにより、積層体15を部分的に除去して分割予定ライン17に沿ったレーザー加工溝23を形成する溝形成ステップを実施する。溝形成ステップの加工条件は、図2乃至図4に基づいて説明した第1実施形態の溝形成ステップの加工条件と同様である。
溝形成ステップ実施後、ウェーハ11の裏面11bを研削してウェーハ11を所望の厚さに加工する研削ステップを実施する。この研削ステップの前に第2の環状フレーム50を取り外し、研削ステップでは、図10に示すように、研削装置のチャックテーブル36でダイシングテープTを介してウェーハ11を吸引保持し、ウェーハ11の裏面11bを露出させる。
好ましくは、この時図示しない研削装置のクランプで環状フレームFをクランプして環状フレームFを下方に引き落とし、ウェーハ11の研削ステップで環状フレームFが邪魔にならないようにする。
研削ステップでは、チャックテーブル36を矢印a方向に例えば300rpmで回転しつつ、研削ホイール44をチャックテーブル36と同一方向に、即ち矢印b方向に例えば6000rpmで回転させるとともに、図示しない研削ユニット送り機構を駆動して、研削砥石48をウェーハ11の裏面11bに接触させる。
そして、研削ホイール44を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りして、ウェーハ11の研削を実施する。接触式又は非接触式の厚み測定ゲージでウェーハ11の厚みを測定しながら、ウェーハ11を所望の厚み、例えば100μmに仕上げる。
研削ステップ実施後、ウェーハ11の内部に改質層25を形成する改質層形成ステップを実施する。改質層形成ステップでは、図11に示すように、レーザー加工装置のチャックテーブル10でダイシングテープTを介して研削により薄化されたウェーハ11を吸引保持し、ウェーハ11の裏面11bを露出させる。そして、クランプ52で環状フレームFをクランプして固定する。
そして、ウェーハ11の裏面11bからウェーハ11に対して透過性を有する波長のレーザービームの集光点をウェーハ内部に位置付けて照射し、チャックテーブル矢印X1方向に加工送りすることにより、ウェーハ11の内部に分割予定ライン17に沿った改質層25を形成する。改質層形成ステップの加工条件は、図5を参照して説明した第1実施形態の改質層形成ステップの加工条件と同様である。
改質層形成ステップ実施後、改質層25が形成されたウェーハ11に対して外力を付与し、分割予定ライン17に沿ってウェーハ11を個々のデバイスチップ29に分割する分割ステップを実施する。
この分割ステップには、図12に示すような分割装置60を使用する。図12(A)において、分割装置60は環状フレームFを支持するフレーム保持ユニット62と、フレーム保持ユニット62に保持された環状フレームFに装着されたダイシングテープTを拡張する拡張ドラム64を具備している。
フレーム保持ユニット60は、環状のフレーム保持部材66と、フレーム保持部材66の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ68から構成される。フレーム保持部材66の上面は環状フレームFを載置する載置面66aを形成しており、この載置面66a上に環状フレームFが載置される。
フレーム保持ユニット62は、エアシリンダ72から構成された駆動手段70により、環状のフレーム保持部材66をその載置面66aが拡張ドラム64の上端と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム64の上端より所定量下方の拡張位置の間を上下方向に移動する。エアシリンダ72のピストンロッド74がフレーム保持部材66の下面に連結されている。
分割ステップでは、図12(A)に示すように、ウエーハ11をダイシングテープTを介して支持した環状フレームFを、フレーム保持部材66の載置面66a上に載置し、クランプ68によってフレーム保持部材66を固定する。このとき、フレーム保持部材66はその載置面66aが拡張ドラム64の上端と略同一高さとなる基準位置に位置付けられる。
次いで、エアシリンダ72を駆動してフレーム保持部材66を図12(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66の載置面66a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に装着されたダイシングテープTは拡張ドラム64の上端縁に当接して主に半径方向に拡張される。
その結果、ダイシングテープ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、ウェーハ11の内部に形成された改質層25は強度が低下されているので、改質層25が分割起点となってウェーハ11は分割予定ライン17に沿って個々のデバイスチップ29に分割される。
本実施形態でも、溝形成ステップでウェーハ11の積層体15には分割予定ライン17に沿ったレーザー加工溝23が形成されているため、積層体15がLow−k膜等の分離しにくい材料を含んでいる場合であっても、積層体15部分の分割位置がずれたり、積層体15がウェーハ11の基板13上面から剥離したりするという問題が発生することがない。
また本実施形態では、図8に示した保護部材配設ステップから図12に示した分割ステップまで環状フレームFに貼着したダイシングテープTを張り替える必要がないため、効率的であり、生産性が向上する。
本実施形態の変形例として、図8に示した保護部材配設ステップ、図9に示した溝形成ステップ、図10に示した研削ステップ及び図11に示した改質層形成ステップでは環状フレームFを使用せずに、ウェーハ11の表面11aに保護テープ21を貼着してこれらのステップを実施して、図12に示した分割ステップを実施する前に、ウェーハ11を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に貼着した後、図12に示す分割ステップを実施するようにしてもよい。
11 半導体ウェーハ
12 レーザービーム照射ユニット
13 シリコン基板
15 積層体
16 レーザービーム発生ユニット
17 分割予定ライン
18 集光器
19 デバイス
20 撮像ユニット
21 保護テープ
23 レーザー加工溝
25 改質層
27 分割溝
29 デバイスチップ
31 デブリ
38 研削ユニット
42 フレーム保持ユニット
44 研削ホイール
60 分割装置
64 拡張ドラム

Claims (1)

  1. 基板の表面に積層された積層体によって複数のデバイスが形成されたウェーハを、該複数のデバイスを区画する分割予定ライン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テープを配設する保護テープ配設ステップと、
    該保護テープ配設ステップを実施した後、該保護テープに対して透過性を有し該積層体に対して吸収性を有する波長のレーザービームを該保護テープ越しにウェーハの該積層体に照射し、該積層体を部分的に除去して該分割予定ラインに沿ったレーザー加工溝を形成する溝形成ステップと、
    該溝形成ステップを実施した後、該保護テープを介してウェーハをレーザー加工装置のチャックテーブルで吸引保持し、ウェーハの裏面からウェーハに対して透過性を有する波長のレーザービームを照射してウェーハの内部に該分割予定ラインに沿った改質層を形成する改質層形成ステップと、
    該改質層形成ステップを実施した後、該保護テープを介してウェーハを研削装置のチャックテーブルで吸引保持し、ウェーハの裏面を研削してウェーハを所定の厚みに形成するとともに研削圧力により該改質層を破断起点にウェーハを個々のデバイスチップに分割する分割ステップと、
    該分割ステップを実施した後、該保護テープをウェーハから剥離する剥離ステップと、
    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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