JP6685592B2 - ウェーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、交差する複数の分割予定ラインで区画された表面の各領域にそれぞれデバイスが形成されたウェーハの加工方法に関する。

表面にＩＣ、ＬＳＩ等の複数の半導体デバイスが形成された半導体ウェーハやＬＥＤ、ＬＤ等の複数の光デバイスが形成された光デバイスウェーハ等のウェーハは、裏面が研削されて所定の厚みへと薄化された後、切削装置又はレーザー加工装置等の加工装置により個々のチップへと分割され、分割されたチップは各種電子機器に広く採用されている。

ウェーハの裏面を研削するのにあたり、ウェーハの表面に形成されたデバイスを保護するために、ウェーハの表面に表面保護テープが貼着された状態でウェーハを表面保護テープを介して研削装置のチャックテーブルで吸引保持し、ウェーハの裏面研削が実施される（例えば、特開２０１４−０８２２３０号公報参照）。

この表面保護テープは、ウェーハの裏面研削を実施した後、切削装置によりウェーハを個々のチップに分割する前に、例えば、特開２０１１−０２３６０６号公報に開示されている剥離装置等でウェーハの表面から剥離されて廃棄されている。

そして、ウェーハの切削時には、切削後のチップのハンドリングを容易にするためにもウェーハの裏面にダイシングテープが貼着され、ダイシングテープの外周部が環状フレームに貼着される（例えば、特開平８−０８８２０２号公報参照）。ウェーハの切削後、形成された個々のチップはダイシングテープ上からピックアップされ、ダイシングテープが廃棄される。

特開２０１４−０８２３８０号公報 特開２０１１−０２３６０６号公報 特開平８−０８８２０２号公報

しかし、ウェーハを裏面研削してから分割予定ラインに沿って切削して、ウェーハを所定厚みのチップへと分割するために、ウェーハ毎に表面保護テープとダイシングテープを貼着し、その後剥離するのは作業性が悪く手間であるという問題がある。

また、ウェーハ毎に表面保護テープとダイシングテープを使用し、使用後に廃棄するのは非常に非経済的である。更に、例えば５０μｍ以下と非常に薄く研削されたウェーハでは、表面保護テープの剥離時及びダイシングテープの貼着時にウェーハを破損させてしまう恐れが高く問題となっていた。

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、従来に比べて作業性を向上し得ると共に経済的であり、且つ表面保護テープの剥離及びダイシングテープの貼着に伴うウェーハが破損する恐れを低減可能な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表面の各領域にそれぞれデバイスが形成されたウェーハの加工方法であって、ウェーハの表面を外的刺激で硬化する樹脂で被覆して保護膜を形成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、該保護膜を半硬化させる半硬化ステップと、該半硬化ステップを実施した後、ウェーハの裏面側をチャックテーブルで保持し、該保護膜を切削バイトで切削して平坦化する保護膜平坦化ステップと、該保護膜平坦化ステップを実施した後、ウェーハの該保護膜側をチャックテーブルで保持し、ウェーハの裏面を研削手段で研削してウェーハを所定厚みへと薄化する研削ステップと、該研削ステップを実施した後、ウェーハの該保護膜側をチャックテーブルで保持し、ウェーハの裏面側から該分割予定ラインを検出する分割予定ライン検出ステップと、該分割予定ライン検出ステップを実施した後、該分割予定ラインに沿ってウェーハの裏面側からウェーハを加工してウェーハを複数のチップへと分割する分割ステップと、該分割ステップを実施した後、該保護膜を完全硬化させる完全硬化ステップと、該完全硬化ステップを実施した後、該保護膜から該複数のチップをピックアップするピックアップステップと、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。

本発明によると、外的刺激で硬化する樹脂を用いてウェーハの表面側に形成されたデバイスを保護する保護膜を形成し、切削時には保護膜をダイシングテープとして利用してウェーハを裏面側から切削してチップへと分割する。

よって、従来のようにウェーハ毎に表面保護テープ及びダイシングテープを貼着し、その後剥離する必要がなく、一度の保護膜形成で研削ステップ及び分割ステップを実施してウェーハをチップに分割するため、従来に比べて作業性を向上し得る。

また、保護膜を形成する時にはウェーハは研削前の元厚であるため、保護膜形成に伴うウェーハの破損の恐れはない。保護テープの剥離及びダイシングテープの貼着を加工ステップに応じて実施しないため、表面保護テープの剥離及びダイシングテープの貼着に伴うウェーハ破損の恐れがない。

半導体ウェーハの表面側斜視図である。 保護膜形成ステップ後のウェーハの断面図である。 保護膜平坦化ステップを示す一部断面側面図である。 研削ステップを示す一部断面側面図である。 分割予定ライン検出ステップを示す断面図である。 分割ステップの第１実施形態を示す断面図である。 図７（Ａ）は分割ステップの第２実施形態を示す断面図であり、図７（Ｂ）は分割ステップの第３実施形態を示す断面図である。 図７（Ｂ）に示した第３実施形態の分割ステップでウェーハ内部に改質層を形成した後、ウェーハに外力を付与してウェーハを個々のチップに分割する様子を示す断面図である。 ピックアップステップを示す一部断面側面図である。

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１１の表面側斜視図が示されている。図１に示す半導体ウェーハ（以下、単にウェーハと略称することがある）１１は厚さが約７００μｍのシリコンウェーハからなっており、表面１１ａに複数の分割予定ライン（ストリート）１３が格子状に形成されていると共に、複数の分割予定ライン１３によって区画された各領域にそれぞれＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。１１ｂはウェーハ１１の裏面である。

本発明のウェーハの加工方法では、まず、ウェーハ１１の表面１１ａを外的刺激で硬化する樹脂で被覆して保護膜を形成する保護膜形成ステップを実施する。図２は保護膜形成ステップ実施後の断面図であり、ウェーハ１１の表面１１ａが保護膜１７により被覆されている。外的刺激で硬化する樹脂としては、本実施形態では紫外線硬化樹脂を採用したが、加熱により硬化する熱硬化樹脂を利用するようにしてもよい。

紫外線硬化樹脂をウェーハ１１の表面１１ａにスピンコート法、プレス法等により塗布した後、紫外線を照射して紫外線硬化樹脂を半硬化させる。保護膜１７の厚みは、５０μｍ〜２００μｍの範囲が好ましい。

保護膜形成ステップを実施した後、図３に示すように、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側をバイト切削装置のチャックテーブル２で保持し、保護膜１７を切削バイト２０で旋回切削して平坦化する保護膜平坦化ステップを実施する。

図３において、チャックテーブル２は、枠体４と、枠体４に囲繞された複数のピンから構成される保持部（ピンチャック）６と、枠体４に形成された吸引路８とを含んでいる。吸引路８を吸引源に選択的に接続することにより、ピンチャック６に選択的に負圧を付与することができる。

バイト切削ユニット１０は、モータにより回転駆動されるスピンドル１２と、スピンドル１２の下端に固定されたホイールマウント１４と、ホイールマウント１４に着脱可能に装着されるバイトホイール１６とを含んでいる。バイトホイール１６は、基台１８と、基台１８の下端外周に着脱可能に装着された切削バイト２０とから構成される。

切削バイト２０による保護膜平坦化ステップでは、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側をチャックテーブル２で吸引保持し、保護膜１７を露出させる。そして、切削バイト２０が保護膜１７に所定深さ切り込むようにバイト切削ユニット１０を位置付け、バイトホイール１６を矢印ａ方向に回転させると共に、チャックテーブル２を矢印Ｙ方向に直線的に加工送りする。これにより、保護膜１７は切削バイト２０により旋回切削されて平坦化される。

保護膜平坦化ステップを実施した後、図４に示すように、ウェーハ１１の保護膜１７側を研削装置のチャックテーブル２４で保持し、ウェーハ１１の裏面１１ｂを研削手段（研削ユニット）３２で研削し、ウェーハ１１を所定厚みへと薄化する研削ステップを実施する。

図４において、研削装置のチャックテーブル２４は、枠体２６と、枠体２６により囲繞されたポーラスセラミックス等から形成された吸引保持部２８と、枠体２６に形成された吸引路３０とを含んでいる。吸引路３６を吸引源に選択的に接続することにより、吸引保持部２８に選択的に負圧が付与される。

研削ユニット３２は、モータにより回転駆動されるスピンドル３４と、スピンドル３４の下端に固定されたホイールマウント３６と、ホイールマウント３６に着脱可能に装着された研削ホイール３８とを含んでいる。研削ホイール３８は、環状のホイール基台４０と、ホイール基台４０の下端外周部に固着された複数の研削砥石４２とから構成される。

研削ステップでは、チャックテーブル２４でウェーハ１１の表面に貼着された保護膜１７側を吸引保持し、ウェーハ１１の裏面１１ｂを露出させる。ウェーハ１１を保持したチャックテーブル２４を例えば３００ｒｐｍで矢印ａ方向に回転しつつ、研削ホイール３８を矢印ｂで示す方向に例えば６０００ｒｐｍで回転させると共に、図示しない研削ユニット送り機構を駆動して研削砥石４２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３８を所定の研削送り速度で下方に研削送りしながらウェーハ１１の裏面１１ｂを研削する。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を所定厚みへと薄化する。

研削ステップを実施した後、図５に示すように、切削装置のチャックテーブル４６でウェーハ１１の保護膜１７側を吸引保持し、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側から撮像ユニット５４でウェーハ１１を撮像し、分割予定ライン１３を検出する分割予定ライン検出ステップを実施する。

図５において、切削装置のチャックテーブル４６は、枠体４８と、枠体４８に囲繞されたポーラスセラミックス等から形成された吸引保持部５０と、枠体４８に形成された吸引路５２とを含んでいる。吸引路５２は、吸引源に選択的に接続される。撮像ユニット５４は、通常の撮像素子の他に赤外線撮像素子を含んでいる。

分割予定ライン検出ステップでは、チャックテーブル４６の吸引路５２を吸引源に接続して、吸引保持部５０で保護膜１７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、撮像ユニット５４の赤外線撮像素子でウェーハ１１を透過して、ウェーハ１１の表面１１ａに形成されている第１の方向に伸長する分割予定ライン１３及び第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をそれぞれ検出する。

分割予定ライン検出ステップを実施した後、分割予定ライン１３に沿ってウェーハ１１の裏面１１ｂ側からウェーハ１１を加工して、ウェーハ１１を複数のチップへと分割する分割ステップを実施する。図６を参照すると、分割ステップの第１実施形態の断面図が示されている。

分割ステップの第１実施形態では、切削装置の切削ブレード５４により分割ステップを実施する。即ち、切削装置のチャックテーブル４６で保護膜１７を介してウェーハ１１を吸引保持し、高速回転する切削ブレード５４をウェーハ１１の裏面１１ｂ側からウェーハ１１を通して保護膜１７に所定深さまで切り込ませ、検出した分割予定ライン１３に沿って矢印Ｘ１方向にウェーハ１１を切削する。

５４ａは切削時の切削ブレード５４の刃先位置であり、ｔ１は保護膜１７の切り残し部をそれぞれ表している。即ち、本実施形態では、保護膜１７を従来方法によるダイシングテープと同様に使用して、ウェーハ１１をフルカットする。

隣接する分割予定ライン１３の間隔ずつ切削ブレード５４を割り出し送りして、第１の方向に伸長する分割予定ライン１３を次々と切削する。次いで、チャックテーブル４６を９０°回転してから、第２の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３を切削して、ウェーハ１１を個々のチップに分割する。

図７（Ａ）を参照すると、レーザー加工装置を使用した分割ステップの第２実施形態の断面図が示されている。レーザー加工装置のチャックテーブル５８は、枠体６０と、枠体６０に囲繞されたポーラスセラミックス等から形成された吸引保持部６２と、枠体６０に形成された吸引路６４とを含んでいる。吸引路６４は、吸引源に選択的に接続される。

第２実施形態の分割ステップでは、チャックテーブル５８の吸引保持部６２で保護膜１７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。そして、集光器６６からウェーハ１１に対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）のレーザービームＬＢ１をウェーハ１１の裏面１１ｂ側から検出した分割予定ライン１３に沿って照射し、チャックテーブル５８を矢印Ｘ２方向に加工送りすることにより、アブレーションにより分割予定ライン１３に沿ったレーザー加工溝を形成する。

例えば、同一の分割予定ライン１３に沿ってレーザービームＬＢ１を複数パス照射し、アブレーションによりウェーハ１１をフルカットする。代替実施形態として、ウェーハ１１をアブレーションによりハーフカットし、図８に示すようなブレーキング装置６８でウェーハ１１を個々のチップへと分割するようにしてもよい。

本実施形態のように、レーザー加工装置による分割の場合には、図５を参照して説明した分割予定ライン検出ステップは、ウェーハ１１がレーザー加工装置のチャックテーブル５８で保持されて、分割予定ライン１３が検出される。

図７（Ｂ）を参照すると、分割ステップの第３実施形態が示されている。第３実施形態の分割ステップでは、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ＬＢ２をウェーハ１１に照射する。

即ち、第３実施形態の分割ステップでは、チャックテーブル５８で保護膜１７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、集光器６６からレーザービームＬＢ２の集光点をウェーハ１１の内部に合わせながら、レーザービームＬＢ２をウェーハ１１の裏面１１ｂ側から照射し、チャックテーブル５８を矢印Ｘ２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１３に沿った改質層１９を形成する。

隣接する分割予定ライン１３の間隔ずつチャックテーブル５８を割り出し送りしながら、第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３に沿って同様な改質層１９を形成する。次いで、チャックテーブル５８を９０°回転してから、第１の方向に直交する第２の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３に沿って同様な改質層１９を形成する。

全ての分割予定ライン１３に沿ってウェーハ１１の内部に改質層１９を形成した後、図８に示すようなブレーキング装置７０を利用して、ウェーハ１１を個々のチップ２３に分割する。

図８に示すブレーキング装置７０は、エアー供給路７４が形成された支持台７２と、支持台７２に装着された複数のクランプ７６と、支持台７２上に搭載され、外周部が支持台７２に貼着された弾性シート７８とを含んでいる。

外力付与ステップでは、まず、図８（Ａ）に示すように、分割予定ライン１３に沿ってウェーハ１１の内部に改質層１９が形成されたウェーハ１１を、保護膜１７を介して支持台７０上に載置された弾性シート７８上に搭載する。

そして、ウェーハ１１の最外周の外周余剰領域２１をクランプ７６でクランプして固定する。ここで、弾性シート７８はその外周部が支持台７２に貼着されているため、外周部の気密が保たれている。

次いで、図８（Ｂ）に示すように、エアー供給路７４を介してエアー供給源８０から弾性シート７８の下側に圧縮エアーを供給し、弾性シート７８に圧縮エアーにより外力を付与し、弾性シート７８を凸形状に変形させる。

これにより、ウェーハ１１には曲げ応力が作用するため、ウェーハ１１は内部に形成された改質層１９を破断起点に分割予定ライン１３に沿って個々のチップ２３に分割される。

分割ステップ実施後、図９に示すように、保護膜１７に貼着されている個々のチップ２３を保護膜１７からピックアップするピックアップステップを実施する。このピックアップステップでは、保護膜１７に紫外線を照射して保護膜１７を完全硬化させ、保護膜１７の粘着力を低下させた後、ピックアップ装置８２のコレット８４でチップ２３をピックアップする。

保護膜１７が熱硬化性樹脂から形成されている場合には、保護膜１７を加熱して熱硬化性樹脂からなる保護膜１７を完全硬化させその粘着力を低下させた後、ピックアップ装置８２によるピックアップステップを実施する。

１０ バイト切削ユニット
１１ 半導体ウェーハ
１３ 分割予定ライン
１５ デバイス
１７ 保護膜
１９ 改質層
２０ 切削バイト
２１ ウェーハの外周余剰領域
２３ チップ
３２ 研削ユニット
３８ 研削ホイール
４４ 撮像ユニット
５４ 切削ブレード
６６ 集光器
７０ ブレーキング装置
７６ クランプ
７８ 弾性シート
８２ ピックアップ装置
８４ コレット

Claims (1)

1. 交差する複数の分割予定ラインで区画された表面の各領域にそれぞれデバイスが形成されたウェーハの加工方法であって、
   ウェーハの表面を外的刺激で硬化する樹脂で被覆して保護膜を形成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、該保護膜を半硬化させる半硬化ステップと、
   該半硬化ステップを実施した後、ウェーハの裏面側をチャックテーブルで保持し、該保護膜を切削バイトで切削して平坦化する保護膜平坦化ステップと、
   該保護膜平坦化ステップを実施した後、ウェーハの該保護膜側をチャックテーブルで保持し、ウェーハの裏面を研削手段で研削してウェーハを所定厚みへと薄化する研削ステップと、
   該研削ステップを実施した後、ウェーハの該保護膜側をチャックテーブルで保持し、ウェーハの裏面側から該分割予定ラインを検出する分割予定ライン検出ステップと、
   該分割予定ライン検出ステップを実施した後、該分割予定ラインに沿ってウェーハの裏面側からウェーハを加工してウェーハを複数のチップへと分割する分割ステップと、
   該分割ステップを実施した後、該保護膜を完全硬化させる完全硬化ステップと、
   該完全硬化ステップを実施した後、該保護膜から該複数のチップをピックアップするピックアップステップと、
   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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