JP6595857B2

JP6595857B2 - ウエーハの加工方法

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Publication number: JP6595857B2
Application number: JP2015177364A
Authority: JP
Inventors: 仙一梁; 幸伸大浦; 卓正金子
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2019-10-23
Anticipated expiration: 2035-09-09
Also published as: JP2017054907A

Description

本発明は、ウエーハのストリートに沿ってレーザ加工するウエーハの加工方法に関する。

デバイスの製造においては、ウエーハの表面に格子状に配列された複数の分割予定ラインによって複数のチップ領域を区画し、これらのチップ領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。デバイス形成後のウエーハのチップへの分割には、レーザ加工が利用されている。レーザ加工の際にはレーザ加工によって生じるデブリ等からウエーハを保護するため、保護膜がレーザ照射面に形成される。

特開２００６−１４０３１１号公報

しかし、複数のデバイスが形成された基板表面に、ストリートに沿ってレーザ光を複数回照射してレーザ加工するときは、従来の保護膜によると、保護膜が剥がれてデバイスを十分に保護することができなかった。かかる問題は、長波長のレーザ光や高出力レーザ光を複数回照射する場合にはより顕著であった。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、デバイスをデブリからより確実に保護してレーザ加工できるようにすることを課題とする。

本発明は、基板の表面に格子状に形成された複数のストリート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ストリートに沿ってレーザ加工するウエーハの加工方法であって、ウエーハの裏面側を保持する保持工程と、ウエーハの表面にシリカ（ＳｉＯ_２）微粒子を含む水溶性保護膜を形成する保護膜形成工程と、保護膜形成工程の後に、複数のストリートに沿って波長が５３２ｎｍまたは１０６４ｎｍのレーザ光をストリート毎に複数回照射するレーザ光照射工程と、レーザ光照射工程後に水溶性保護膜を洗浄除去する除去工程と、を備える。

前記水溶性保護膜は、水溶性樹脂または界面活性剤を含むようにしてもよい。また、シリカ（ＳｉＯ _２）微粒子は、その粒径が１〜２００ｎｍであるとよい。さらに、レーザ光の出力は、２〜２０Ｗ（ワット）とするとよい。

本発明に係るウエーハの加工方法では、ウエーハの表面にシリカ（ＳｉＯ_２）微粒子を含む水溶性保護膜を形成した状態で複数のストリートに沿って波長が５３２ｎｍまたは１０６４ｎｍのレーザ光をストリート毎に複数回照射するため、シリカの高温安定性及び低熱膨張率により、高出力のレーザ光を複数回照射しても、保護膜の変形・剥がれを抑制することができ、高品質にレーザ加工できる。

レーザ加工装置の例を示す斜視図である。保護膜形成手段の例を示す斜視図である。（ａ）は保護膜形成工程を示す断面図であり、（ｂ）は保護膜が被覆されたウエーハを示す断面図である。レーザ光照射工程を示す正面図である。レーザ光照射工程においてアブレーション溝を形成される状態を示す断面図である。波長が１０６４ｎｍのレーザ光を用いて行った実験例の結果を示す表である。波長が５３２ｎｍのレーザ光を用いて行った実験例の結果を示す表である。

図１に示すレーザ加工装置１は、チャックテーブル２に保持されたウエーハＷをレーザ加工手段３によって加工する装置である。ウエーハＷは、裏面がテープＴに貼着され、テープＴにはリング状のフレームＦが貼着されており、ウエーハＷは、テープＴを介してフレームＦに支持される。

レーザ加工装置１の前面側（−Ｙ方向側）には、フレームＦによって支持されたウエーハＷが複数収容されるカセット４０が載置されるカセット載置領域４が設けられている。カセット載置領域４は昇降可能となっている。カセット載置領域４の後方（＋Ｙ方向側）には、フレームＦによって支持されたウエーハＷが一時的に置かれる仮置き領域４１が設けられている。仮置き領域４１には、ウエーハＷを所定の位置に合わせる位置合わせ手段４２を備えている。また、仮置き領域４１の後方（＋Ｙ方向側）には、フレームＦに支持されたウエーハＷのカセット４０からの搬出及びカセット４０への搬入を行う搬出入手段４３が配設されている。

チャックテーブル２には、ウエーハＷを吸引保持する保持部２０を備えている。チャックテーブル２は、フレームＦに支持されたウエーハＷのチャックテーブル２に対する着脱が行われる着脱領域Ａと、レーザ加工が行われる加工領域Ｂとの間をＸ軸方向に移動可能であるとともに、Ｙ軸方向に移動可能となっている。

着脱領域Ａの＋Ｙ方向側には、レーザ加工前のウエーハＷの表面に保護膜を形成する保護膜形成手段６が配設されている。保護膜形成手段６は、図２に示すように、フレームＦに支持されたウエーハＷを吸引保持して回転する保持テーブル６０と、保持テーブル６０に保持されたウエーハＷに水溶性保護膜液を滴下する保護膜液ノズル６１と、ウエーハＷに洗浄液を噴出する洗浄液ノズル６２と、高圧エアを噴出するエアノズル６５とを備えている。保持テーブル６０は、多孔質の保持部材６００を備え、昇降部６３によって駆動されて昇降可能となっているとともに、モータ６４によって駆動されて回転可能となっている。保持テーブル６０の周囲の下方には、水溶性保護膜液又は洗浄液を受け止める樋部６６と、樋部６６の底面に設けられ水溶性保護膜液又は洗浄液を排出する排出部６６０とを備えている。

昇降部６３は、モータ６４の側面側に固定された複数のエアシリンダ６３０とロッド６３１とから構成され、エアシリンダ６３０の昇降によってモータ６４及び保持テーブル６０が昇降する構成となっている。

図１に示すように、仮置き領域４１の近傍には、フレームに支持されたウエーハＷを仮置き領域４１と保護膜形成手段６との間で搬送する第１の搬送手段５が配設されている。

保護膜形成手段６の上方には、フレームＦに支持されたウエーハＷを保護膜形成手段６から着脱領域Ａに位置するチャックテーブル２に搬送する第２の搬送手段７が配設されている。第２の搬送手段７は、ウエーハＷを吸着する吸着部７０と、吸着部７０を昇降させる昇降部７１と、吸着部７０及び昇降部７１をＹ軸方向に移動させるアーム部７２とを備えている。

レーザ加工手段３は、レーザ光を発振する発振手段３０と、レーザ光に繰り返し周波数を設定する周波数設定手段３１と、レーザ光の出力を調整する出力調整手段３２と、レーザ光を集光する集光器８とを備えている。

次に、図１に示したレーザ加工装置１を用いて、ウエーハＷをレーザ加工する方法について説明する。図２に示すように、ウエーハＷは、基板の表面Ｗ１に格子状の複数のストリートＳが形成され、ストリートによって区画された複数の領域にデバイスＤが形成されて構成されている。

（１）保持工程
まず、フレームＦに支持されたウエーハＷは、カセット４０に複数収容される。そして、搬出入手段４３によってフレームＦが挟持されてフレームＦとともにウエーハＷが仮置き領域４１に搬出される。

仮置き領域４１において、位置合わせ手段４２によってウエーハＷが一定の位置に位置合わせされた後、第1の搬送手段５によってフレームＦに支持されたウエーハＷが保護膜形成手段６の保持テーブル６０に搬送され、図２に示したように、表面Ｗ１が上方に露出した状態で、裏面Ｗ２側が保持テーブル６０に載置される。そして、保持部材６００に吸引力を作用させて。裏面Ｗ２側を吸引保持する。

（２）保護膜形成工程
保持工程終了後、図３（ａ）に示すように、保持テーブル６０を回転させるとともに、保護膜液ノズル６１からウエーハＷの表面Ｗ１の上に水溶性の保護膜液６１０を滴下する。保護膜液には、水溶性樹脂又は界面活性剤を含む。保護膜液６１０は、例えば、粒子サイズが４０ｎｍ、ＳｉＯ_２濃度が２０％のＳｉＯ_２ナノ粒子水分散液４ｍｌを、純水１６ｍｌで希釈し、この液にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）又はポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）４ｍｌを加えて混合して調整したものを使用する。ＰＶＡは、ＰＶＡと水とを合計した体積に対してＰＶＡの体積が２５％となるように、水に混合される。また、ＰＶＰは、ＰＶＰと水とを合計した体積に対してＰＶＰの体積が２０％となるように、水に混合される。なお、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）又はポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）のほか、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンイミン、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等を用いるとよい。ポリビニルアルコール又はポリビニルピロリドンは、その粘度が２０〜４００ｃｐのものを用いることができる。

表面Ｗ１の全面に保護膜液６１０が塗布されていき、保護膜液６１０が所定量塗布されると、保護膜液６１０の滴下を終了する。ウエーハＷの表面Ｗ１の上に所定量の保護膜液６１０を塗布した後、例えば図３（ｂ）に示すように保持テーブル６０を回転させることによって保護膜液６１０を乾燥させて固化させて保護膜９を形成する。保護膜９の膜厚は、例えば２００ｎｍ〜２０μｍとする。

なお、保護膜液６１０は、ランプ（例えばキセノンフラッシュランプ）からの光の照射によって乾燥させてもよい。その場合は、温度上昇を避けるために、パルス光を照射するとよい。また、ホットプレートによるベーキングを行ってもよい。なお、保護膜液６１０は、本実施形態のようにスピンコート法により塗布してもよいし、スリット状のノズルから噴出させることによりを塗布してもよい。保護膜液６１０に界面活性剤が含まれる場合は、保護膜液６１０を乾燥させなくてもよい。

図３（ｂ）に示したようにウエーハＷの表面Ｗ１にＳｉＯ_２ナノ粒子入りの保護膜９が被覆された後、図１に示す第２の搬送手段７の昇降部７１が降下し、吸着部７０によってウエーハＷが吸着される。そして、昇降部７１が上昇し、アーム部７２が−Ｙ方向に移動することにより、着脱領域Ａに位置するチャックテーブル２の上方にウエーハ２が移動し、昇降部７１が降下してウエーハＷの吸着を解除することにより、ウエーハＷの裏面Ｗ２側がチャックテーブル２に載置され、吸引保持される。

次に、チャックテーブル２が−Ｘ方向に移動し、加工すべきストリートＳが検出され集光器８とストリートＳとのＹ軸方向の位置合わせがなされる。さらに、図４に示すように、チャックテーブル２がＸ軸方向に加工送りされるとともに、集光器８が保護膜９を透過させてウエーハＷの表面Ｗ１の保護膜が形成された領域にレーザ光８０を複数回照射することにより、ストリートＳに沿ってアブレーション加工が行われる。加工送り速度は、例えば１０〜３００ｍｍ／秒とすることができる。また、レーザ光は、波長を５３２ｎｍ又は１０６４ｎｍ、出力を２〜２０Ｗ、繰返し周波数を５〜１５ｋＨｚとすることができる。例えば、波長を１０６４ｎｍとした場合のレーザスポット径は、長軸が３００μｍ、短軸が２０μｍであり、長軸をストリートＳの方向に向けてレーザ加工する。波長を長波長とすることにより高出力が得られやすくなり、高出力が得られるとスポット形状を楕円形状に広くして加工することができる。そして、スポット形状を楕円形状とすることにより、１パルスあたりの加工面積を大幅に増大することができ、加工の生産性を高めることができる。一方。波長を５３２ｎｍとした場合のレーザスポット径は、７μｍであり、スポット形状は円形である。

図５に示すように、レーザ光８０の照射によりアブレーション溝８１が形成され、デブリ８２が発生するが、そのデブリ８２は保護膜９の上に堆積する。また、保護膜９に含まれるＳｉＯ_２ナノ粒子は、熱伝導率が１．４〜１．５Ｗ／ｍ・ｋと、水溶性高分子より高い。したがって、高温に対して安定性を有する。また、ＳｉＯ_２ナノ粒子は、熱膨張率も低いため、レーザ光の照射によって生成されるプルーム（プラズマ）による損傷が小さく、照射領域の周辺についても熱による影響を抑制することができる。さらに、ＳｉＯ_２ナノ粒子の熱膨張率が低いことにより、高出力のレーザ光を照射した場合でも、保護膜９が剥がれたり溶融したりすることを抑制することができる。したがって、１パルスあたりの出力を高く設定して加工しても保護膜の剥がれを抑制できるため、高品質な加工ができる。

また、保護膜９に界面活性剤が含まれていると、乾燥させずに液膜の状態でレーザ加工することができる。したがって、保護膜９を構成する保護膜液６１０がアブレーション溝８１に入り込んでいくため、アブレーション溝８１の側壁が常に保護膜液６１０によって被覆された状態となり、レーザ照射後の温度上昇を抑制することができる。

ＳｉＯ_２の濃度が高すぎるとＳｉＯ_２粒子を均一に分散することが困難になる。また、ＳｉＯ_２の粒子が大きすぎてもレーザ光が散乱する。かかる観点から、ＳｉＯ_２の濃度を０．１〜１０％、ＳｉＯ_２ナノ粒子の粒径を１〜２００ｎｍの範囲とするとよい。

このようにしてすべてのストリートＳに沿ってレーザ加工を行って分断することにより、ウエーハＷが個々のデバイスＤに分割される。

（４）除去工程
次に、テープＴに貼着され全体としてウエーハＷの外径を保った多数のデバイスＤは、第二の搬送手段７によって保護膜形成手段６の保持テーブル６０に搬送され、テープＴ側が吸引保持される。そして、図２に示した洗浄液ノズル６２から洗浄液を噴出することにより、保護膜９を除去するとともに洗浄する。そして、エアノズル６５から高圧エアを噴出することにより洗浄液を除去し乾燥させる。保護膜９が液膜である場合は、保護膜９の除去が容易となる。

図６に示す実験結果は、シリコンウエーハの表面に比較例及び実施例の保護膜を形成し、波長が１０６４ｎｍ、出力が７．０Ｗ、繰返し周波数が１０ｋＨｚのレーザ光を用い、図１に示したチャックテーブル２のＸ軸方向の送り速度を５０ｍｍ／ｓｅｃ，１５０ｍｍ／ｓｅｃ，３００ｍｍ／ｓｅｃとして、それぞれの条件にてシリコンウエーハを加工し、保護膜を除去した後、形成されたアブレーション溝をウエーハの表面側から撮影した写真である。図６の表における左側の２列は、比較例の実験結果を示し、右側の２列は、本発明の実施例の実験結果を示している。

比較例では、ＰＶＡのみからなる保護膜、ＰＶＰのみからなる保護膜を、それぞれシリコンウエーハの表面に形成してレーザ加工を行った。一方、本発明の実施例では、ＰＶＡにシリカを混合した保護膜、ＰＶＰに保護膜を混合した保護膜を、それぞれシリコンウエーハの表面に形成してレーザ加工を行った。実施例では、４ｍｌのＳｉＯ_２ナノ粒子水分散液（粒子サイズ：４０ｎｍ、ＳｉＯ_２濃度：２０％）を１６ｍｌの純水で希釈した液に、２５％ポリビニルアルコールまたは２０％ポリビニルピロリドン４ｍｌを加えて混合した保護膜液を使用した。

送り速度を５０ｍｍ／ｓｅｃとした場合、比較例では、ＰＶＡ、ＰＶＰのいずれについても、アブレーション溝の両側、つまり、加工溝周辺に、洗浄することによって除去できない付着物（残渣）が溝に沿って不均一な幅に広がっており、良好な加工品質を得ることができなかった。一方、実施例では、アブレーション溝の両側の残渣の広がりは抑制されており、比較例に比べて良好な加工品質を得ることができた。

送り速度を１５０ｍｍ／ｓｅｃとした場合、比較例では、ＰＶＡ、ＰＶＰのいずれについても、アブレーション溝の両側に残渣が確認されたが、特にＰＶＡを使用した場合には溝に沿って広範囲に広がる残渣が確認された。一方、実施例では、残渣はほとんど発生しなかった。

送り速度を３００ｍｍ／ｓｅｃとした場合、ＰＶＡ、ＰＶＰのいずれについても、アブレーション溝の両側に残渣が確認されたが、特にＰＶＡを使用した場合には溝に沿って広範囲に広がる残渣が確認された。一方、実施例では、残渣はほとんど発生しなかった。

以上より、波長が１０６４ｎｍ、出力が７．０Ｗ、繰返し周波数が１０ｋＨｚのレーザ光を用いてシリコンウエーハを加工する場合においては、ＰＶＡ又はＰＶＰにＳｉＯ_２ナノ粒子を混合することにより、優れた加工をすることができた。これは、ＳｉＯ_２の高温安定性や低熱膨張率によるものである。また、被加工物の送り速度を上げても良好な加工品質を得ることができることから、加工効率を高めることができる。

図７に示す実験結果は、ガリウム砒素ウエーハの表面に比較例及び実施例の保護膜を形成し、波長が５３２ｎｍ、出力が４．７５Ｗのレーザ光を用い、繰返し周波数を１５ｋＨｚ又は５ｋＨｚ、図１に示したチャックテーブル２のＸ軸方向の送り速度を５０ｍｍ／ｓｅｃ，１００ｍｍ／ｓｅｃ，３００ｍｍ／ｓｅｃ、６００ｍｍ／ｓｅｃとして、それぞれの条件にてガリウム砒素ウエーハを加工し、保護膜を除去した後、アブレーション溝をウエーハの表面側から撮影した写真である。図７の表における左側の２列は、比較例の実験結果を示し、右側の２列は、本発明の実施例の実験結果を示している。

比較例では、ＰＶＡのみからなる保護膜、ＰＶＡに光吸収剤を混合した保護膜（ＰＶＡ＋５３２ｎｍのレーザ光に対する吸収剤）を、それぞれガリウム砒素ウエーハの表面に形成してレーザ加工を行った。一方、本発明の実施例では、ＰＶＡにシリカを混合した保護膜をガリウム砒素ウエーハの表面に形成してレーザ加工を行った。実施例では、４ｍｌのＳｉＯ_２ナノ粒子水分散液（粒子サイズ：４０ｎｍ、ＳｉＯ_２濃度：２０％）を１６ｍｌの純水で希釈した液に、２５％ポリビニルアルコールまたは２０％ポリビニルピロリドン４ｍｌを加えて混合した保護膜液を使用した。

繰返し周波数を１５ｋＨｚ、送り速度を５０ｍｍ／ｓｅｃとした場合、比較例では、ＰＶＡ、ＰＶＡ＋光吸収剤のいずれについても、アブレーション溝の両側に溝の伸びる方向に沿って残渣が不均一な幅に広がっており、良好な加工品質を得ることができなかった。一方、実施例では、アブレーション溝の両側の残渣の広がりは抑制されており、比較例に比べて良好な加工品質を得ることができた。

繰返し周波数を１５ｋＨｚ、送り速度を１００ｍｍ／ｓｅｃとした場合も、ＰＶＡ、ＰＶＡ＋光吸収剤のいずれについても、アブレーション溝両側に溝の伸びる方向に沿って残渣が不均一な幅に広がっており、良好な加工品質を得ることができなかった。一方、実施例では、アブレーション溝の両側の残渣の広がりは抑制されており、比較例に比べて良好な加工品質を得ることができた。

繰返し周波数を５ｋＨｚ、送り速度を３００ｍｍ／ｓｅｃとした場合、ＰＶＡ、ＰＶＡ＋光吸収剤のいずれについても、アブレーション溝の両側に残渣が溝に沿って蛇行して広がっており、良好な加工品質を得ることができず、溝に沿った残渣の広がりも大きくなった。一方、実施例では、アブレーション溝の両側の残渣の広がりは抑制されており、比較例に比べて良好な加工品質を得ることができた。

繰返し周波数を５ｋＨｚ、送り速度を６００ｍｍ／ｓｅｃとした場合、ＰＶＡ、ＰＶＡ＋光吸収剤のいずれについても、アブレーション溝両側に溝の伸びる方向に沿って残渣が不均一な幅に広がっており、良好な加工品質を得ることができなかった。一方、実施例では、アブレーション溝の両側の残渣の広がりは抑制されており、比較例に比べて良好な加工品質を得ることができた。

以上より、波長が５３２ｎｍ、出力が４．７５Ｗ、レーザ光を用いてガリウム砒素ウエーハを加工する場合においては、比較例では、アブレーション溝両側に溝の伸びる方向に沿って残渣が不均一な幅に広がっており、良好な加工品質を得ることができなかった。一方、実施例では、アブレーション溝の両側の残渣の広がりは抑制されており、比較例に比べて良好な加工品質を得ることができた。

Ｗ：ウエーハ
Ｗ１：表面Ｗ２：裏面Ｄ：デバイスＳ：ストリートＴ：テープＦ：フレーム
１：レーザ加工装置
２：チャックテーブル２０：保持部
３：レーザ加工手段
３０：発振手段３１：周波数設定手段３２：出力調整手段
４：カセット載置領域４０：カセット
４１：仮置き領域４２：位置合わせ手段４３：搬出入手段
５：第１の搬送手段
６：保護膜形成手段
６０：保持テーブル６００：保持部材
６１：保護膜液ノズル６１０：保護膜液６２：洗浄液ノズル
６３：昇降部６３０：エアシリンダ６３１：ロッド
６４：モータ６５：エアノズル
６６：樋部６６０：排出部
７：第２の搬送手段７０：吸着部７１：昇降部７２：アーム部
８：集光器８０：レーザ光８１：アブレーション溝８２：デブリ
９：保護膜

Claims

基板の表面に格子状に形成された複数のストリート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前記ストリートに沿ってレーザ加工するウエーハの加工方法であって、
前記ウエーハの裏面側を保持する保持工程と、
前記ウエーハの表面にシリカ（ＳｉＯ_２）微粒子を含む水溶性保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記保護膜形成工程の後に、前記複数のストリートに沿って波長が５３２ｎｍまたは１０６４ｎｍのレーザ光をストリート毎に複数回照射するレーザ光照射工程と、
前記レーザ光照射工程後に前記水溶性保護膜を洗浄除去する除去工程と、
を備えるウエーハの加工方法。
前記水溶性保護膜は、水溶性樹脂または界面活性剤を含む請求項１に記載のウエーハの加工方法。
前記シリカ（ＳｉＯ _２）微粒子は、その粒径が１〜２００ｎｍである請求項１または２に記載のウエーハの加工方法。
前記レーザ光の出力は、２〜２０ワットである請求項１〜３のいずれか一項に記載のウエーハの加工方法。