JP6861526B2 - ウエーハの加工方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ウエーハの表面に保護膜を被覆してレーザー光線を照射して個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法に関する。
ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたウエーハは、切削ブレードを回転可能に備えたダイシング装置によって個々のデバイスに分割され、携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。
また、近時においては、ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスの処理能力を向上させるため、シリコン等の半導体基板の表面にＳｉＯＦ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）と回路を形成する機能膜が積層された積層体によって半導体チップを形成した半導体ウエーハが実用化されている。このＬｏｗ−ｋ膜が被覆されてデバイスが形成されたウエーハをダイシング装置によって個々のデバイスに分割すると、Ｌｏｗ−ｋ膜が雲母のように剥離してデバイスの品質を著しく低下させることから、ウエーハの表面に保護膜を被覆してレーザー光線を照射しウエーハを個々のデバイスに分割する技術が本出願人から提案されている（特許文献１を参照。）。
上記した特許文献１に記載した発明によれば、Ｌｏｗ−ｋ膜が剥離してデバイスの品質を低下させることは抑制されるものの、該保護膜を形成する液状樹脂には二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウム等のレーザー光線を吸収してレーザー加工を促進して加工品質を向上させる微粉末が混入されており、この微粉末がレーザー光線の照射によって形成された溝に進入しデバイスの品質を低下させるという新たな問題が生じることが判明した。
本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、その主たる技術課題は、ウエーハの表面にレーザー加工を促進させる保護膜を被覆してレーザー光線を照射して個々のデバイスに分割する場合であっても、デバイスの品質を低下させることがないウエーハの加工方法を提供することにある。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたウエーハを個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法であって、ウエーハの表面に水溶性樹脂からなり光を吸収する微粉末を含まない第１の液状樹脂を被覆して第１の保護膜を形成する第１の保護膜形成工程と、該第１の保護膜の上面に水溶性樹脂に光を吸収する微粉末が混入した第２の液状樹脂を被覆して第２の保護膜を形成する第２の保護膜形成工程と、分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射して溝を形成しウエーハを個々のデバイスに分割する分割加工工程と、第２の保護膜及び第１の保護膜を水で溶解し除去する洗浄工程と、から、少なくとも構成されるウエーハの加工方法が提供される。
好ましくは、該第２の保護膜の溶解速度は、該第１の保護膜の溶解速度より早く設定される。また、該微粉末は、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウム、カーボンブラックのいずれかを含むことが好ましい。
本発明は、ウエーハの表面に水溶性樹脂からなり光を吸収する微粉末を含まない第１の液状樹脂を被覆して第１の保護膜を形成する第１の保護膜形成工程と、該第１の保護膜の上面に水溶性樹脂に光を吸収する微粉末が混入した第２の液状樹脂を被覆して第２の保護膜を形成する第２の保護膜形成工程と、分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射して溝を形成しウエーハを個々のデバイスに分割する分割加工工程と、第２の保護膜及び第１の保護膜を水で溶解し除去する洗浄工程と、から、少なくとも構成されていることにより、第２の保護膜に含まれる光を吸収する微粉末の作用により、レーザー加工による溝加工が促進されると共に、第１の保護膜によって溝への微粉末の進入が妨げられ、微粉末がレーザー光線の照射によって形成された溝に進入してデバイスの品質を低下させるという問題が解消する。
以下、本発明により構成されるウエーハの加工方法の一実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態によるウエーハの加工方法では、レーザー光線を照射して該ウエーハを分割する分割加工工程を実施する前に、第１の保護膜形成工程、及び第２の保護膜形成工程を実施する。図１（ａ）には、ウエーハ１０上に保護膜を形成するためのスピンコーター２０（全体図は省略する。）の保持テーブル２２に保持された被加工物としてのウエーハ１０の斜視図が示されている。該ウエーハ１０の表面１０ａ側には、シリコン等の半導体基板に機能層が形成されて分割予定ライン１２によって格子状に区画された領域にデバイス１４が形成されており、デバイス１４が形成された表面１０ａを上側にし、裏面１０ｂが環状のフレームＦに装着された保護テープＴに貼着されている。なお、図示の実施形態においては、ウエーハ１０の機能層を形成する絶縁膜は、ＳｉＯ２膜又はＳｉＯＦ、ＢＳＣ（ＳｉＯＢ）等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）から構成されている。
スピンコーター２０は、上述したように、ウエーハ１０を吸引保持する保持テーブル２２を備え、該保持テーブル２２の中心部上方に配置されたノズル２１を備えている。該保持テーブル２２にウエーハ１０を載置し、図示しない吸引手段を作動して吸引保持したならば、保持テーブル２２を矢印２２ａで示す方向に、例えば、１００ｒｐｍで回転しつつノズル２１から液状の水溶性樹脂Ｌ１（第１の液状樹脂）をウエーハ１０の表面中心に滴下する。滴下された第１の液状樹脂Ｌ１は、遠心力によって外周部まで流動し、ウエーハ１０の表面１０ａを被覆する。この第１の液状樹脂Ｌ１は経時的に硬化するものであり、図１（ｂ）に要部拡大断面図として示すように、厚さ２００μｍのウエーハ１０に対し、５μｍ程度の樹脂被膜Ｍ１（第１の保護膜）を形成する。以上により、第１の保護膜形成工程が完了する。
上記した第１の液状樹脂Ｌ１は、水溶性の樹脂から選択されるものであり、合成ポリマー（例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリルアミド等）、天然ポリマー（例えば、デンプン、寒天等）、半合成ポリマー（例えば、カルボキシメチルセルロース等）等の中から適宜選択することができ、本実施形態では、ＰＶＡが選択されている。
上記した第１の保護膜形成工程を実施することによって、ウエーハ１０の表面１０ａ側に第１の保護膜Ｍ１を形成したならば、次いで、第２の保護膜形成工程を実施する。第２の保護膜形成工程について、図２を参照しながら説明する。より具体的には、図２（ａ）に示すように、第１の保護膜Ｍ１が形成されたウエーハ１０の表面１０ａ側を上方に向け、裏面１０ｂ側を、スピンコーター２０と同様の装置であるスピンコーター２０’（全体図は省略する。）の保持テーブル２２’に載置し、図示しない吸引手段を作動して吸引保持する。該保持テーブル２２’上にウエーハ１０を保持したならば、保持テーブル２２’を矢印２２ａ’で示す方向に、例えば、１００ｒｐｍで回転しつつノズル２１’から光を吸収する微粉末（好ましくは粒径が１μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以下の微粉末）、例えば、二酸化チタンの微粉末６０が混入された液状の水溶性樹脂Ｌ２（第２の液状樹脂）をウエーハ１０の表面中心に滴下する。滴下された第２の液状樹脂Ｌ２は、遠心力によって外周部まで流動し、ウエーハ１０に形成された第１の保護膜Ｍ１上を被覆する。この第２の液状樹脂Ｌ２も第１の液状樹脂Ｌ１と同様に、経時的に硬化するものであり、図２（ｂ）に要部拡大断面図として示すように、第１の保護膜Ｍ１上に、二酸化チタンの微粉末６０が混入された５μｍ程度の樹脂被膜Ｍ２（第２の保護膜）を形成する。以上により、第２の保護膜形成工程が完了する。なお、本実施形態では、第１の液体樹脂Ｌ１が硬化する時間を考慮して、第１の保護膜Ｍ１を形成したスピンコーター２０とは別のスピンコーター２０’を用いて第２の保護膜形成工程を実施したが、特にこれに限定されるわけではなく、同じスピンコーター２０を用いて、ノズル２１から噴射される第１の液状樹脂Ｌ１を第２の液状樹脂Ｌ２に切り替えることで実施することでもよい。
ここで、上記した第２の保護膜Ｍ２を形成する第２の液状樹脂Ｌ２について説明する。第２の液状樹脂Ｌ２も、第１の液状樹脂Ｌ１と同様に、水溶性の樹脂から選択されるものであり、合成ポリマー（例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリルアミド）、天然ポリマー（例えば、デンプン、寒天）、半合成ポリマー（例えば、カルボキシメチルセルロース等）等の中から適宜選択することができる。本実施形態では、第２の液体樹脂Ｌ２のベース樹脂としてデンプンが選択され、さらに、上記微粉末６０が混入されている。これにより、第２の液体樹脂Ｌ２により形成される第２の保護膜Ｍ２は、水で溶解される際に該微粉末６０が離脱することで表面に凹凸面を形成し、第１の液体樹脂Ｌ１より水に溶けやすい、すなわち、溶解速度が第１の液体樹脂Ｌ１よりも溶解速度が速い状態となる。当該デンプンに混入される二酸化チタンの微粉末６０は、レーザー加工を促進させるために、レーザー光線を吸収する膜を形成するものであり、同様の機能を奏する微粉末としては、この他に、酸化亜鉛、酸化セリウム、カーボンブラック、シリコン粉末、黄色酸化鉄等、種々の微粉末を選択することができ、使用されるレーザー光線の波長等の加工条件を考慮して光と吸収可能な微粉末の中から適宜選択することができる。以上のようにして、光吸収用の微粉末が混入されていない第１の保護膜Ｍ１上に、光吸収用の微粉末６０が混入された第２の保護膜Ｍ２が形成される。
上記した第１の保護膜形成工程、第２の保護膜形成工程が実施されたならば、図３に示すレーザー加工装置２を用いて、ウエーハの分割加工工程を実施する。以下に、本実施形態において使用されるレーザー加工装置２について説明する。
図３には、本発明のウエーハの加工方法の一部を構成する分割加工工程を実施するレーザー加工装置２、及び被加工物であるウエーハ１０の斜視図が示されている。レーザー加工装置２は、ウエーハ１０を保持する保持手段６と、静止基台２ａ上に配設され該保持手段６を移動させる移動手段８と、該保持手段６に保持されるウエーハ１０にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段２４と、該静止基台２ａ上の移動手段８の側方に立設される垂直壁部５１、及び該垂直壁部５１の上端部から水平方向に延びる水平壁部５２からなる枠体５０とを備えている。枠体５０の水平壁部５２内部には、レーザー光線照射手段２４の光学系が内蔵されている（図示しない）。なお、保持手段６は、図中左上方に拡大して示す粘着テープＴを介して環状のフレームＦに保持されたウエーハ１０を保持する。
該保持手段６は、図中に矢印Ｘで示すＸ方向において移動自在に基台２ａに搭載された矩形状のＸ方向可動板３０と、図中に矢印Ｙで示すＹ方向において移動自在にＸ方向可動板３０に搭載された矩形状のＹ方向可動板３１と、Ｙ方向可動板３１の上面に固定された円筒状の支柱３２と、支柱３２の上端に固定された矩形状のカバー板３３とを含む。カバー板３３には該カバー板３３上に形成された長穴を通って上方に延びる円形状の被加工物を保持し、図示しない回転駆動手段により周方向に回転可能に構成されたチャックテーブル３４が配設されている。チャックテーブル３４の上面には、多孔質材料から形成され実質上水平に延在する円形状の吸着チャック３５が配置されている。吸着チャック３５は、支柱３２を通る流路によって図示しない吸引手段に接続されている。なお、Ｘ方向は図３に矢印Ｘで示す方向であり、Ｙ方向は矢印Ｙで示す方向であってＸ方向に直交する方向である。Ｘ方向、Ｙ方向で規定される平面は実質上水平である。
移動手段８は、Ｘ方向移動手段４０と、Ｙ方向移動手段４１と、を含む。Ｘ方向移動手段４０は、ボールねじ４０ａを介してモータ４０ｂの回転運動を直線運動に変換してＸ方向可動板３０に伝達し、基台２ａ上の案内レールに沿ってＸ方向可動板３０をＸ方向において進退させる。Ｙ方向移動手段４１は、ボールねじ４１ａを介してモータ４１ｂの回転運動を直線運動に変換し、Ｙ方向可動板３１に伝達し、Ｘ方向可動板３０上の案内レールに沿ってＹ方向可動板３１をＹ方向において進退させる。なお、図示は省略するが、Ｘ方向移動手段４０、Ｙ方向移動手段４１、該回転駆動手段には、それぞれ位置検出手段が配設されており、チャックテーブル３４のＸ方向の位置、Ｙ方向の位置、周方向の回転位置が正確に検出され、図示しない制御手段から指示される信号に基づいてＸ方向移動手段４０、Ｙ方向移動手段４１、及び該回転駆動手段が駆動され、任意の位置および角度にチャックテーブル３４を正確に位置付けることが可能になっている。
分割加工工程を実施するレーザー加工装置２は、概ね以上のような構成を備えており、レーザー加工装置２によって実施される分割加工工程について以下に説明する。上述したように、被加工物となるウエーハ１０に対して、複数のデバイス１４が形成された表面１０ａ側に第１の保護膜Ｍ１と、第２の保護膜Ｍ２とが積層されており、第２の保護膜Ｍ２が上方に露出している。このウエーハ１０に対して上述した第２の保護膜形成工程を実施した後、ウエーハ１０が保護テープＴを介して環状のフレームＦに支持された状態でチャックテーブル３４に載置し、吸引保持する。そして、集光器２４ａに対しＸ方向に隣接した位置に配設される撮像手段２６を用いて該集光器２４ａとウエーハ１０上の加工位置との位置合わせを実施（アライメント工程）した後、図４（ａ）に示すように、集光器２４ａから照射されるレーザー光線ＬＢの集光点位置を第２の保護膜Ｍ２の近傍に合わせ、レーザー光線照射手段２４を作動し、集光器２４ａからウエーハ１０に対して吸収性を有する波長のレーザー光線ＬＢを照射する。次いでレーザー光線ＬＢを照射しながら、上記したＸ方向移動手段４０を作動させることにより、図４（ｂ）に要部拡大断面図として示すように、該第２の保護膜Ｍ２、第１の保護膜Ｍ１を介して該分割予定ライン１２に沿って所謂アブレーション加工を実施し、分割溝１００を形成する。さらに、Ｘ方向移動手段４０、及びＹ方向移動手段４１を作動することによってレーザー加工位置を移動することによってウエーハ１０の全ての分割予定ライン１２に沿って表面１０ａ側から裏面１０ｂ側に至る分割溝１００を形成する。以上により分割加工工程が完了する。
上述した分割加工工程におけるレーザー加工は、例えば、以下のような加工条件で実行される。
レーザー光線光源 ：ＹＡＧレーザー
波長 ：３５５ｎｍ
繰り返し周波数 ：５０ｋＨｚ
平均出力 ：３Ｗ
スポット径 ：φ１０μｍ
送り速度 ：１００ｎｍ／秒
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図４に示されているように、本実施形態におけるレーザー加工装置２によって実施される分割加工工程では、レーザー光線ＬＢを吸収する性質を有する微粉末６０が混入された第２の保護膜Ｍ２を介してウエーハ１０に対してレーザー光線ＬＢを照射するため、第２の保護膜Ｍ２が加工起点となり、表面１０ａに形成されているＬｏｗ−ｋ膜が雲母のように剥離することなく、分割溝１００が良好に形成される。
上記した分割加工工程が実施されたならば、次いで、第２の保護膜Ｍ２、第１の保護膜Ｍ１を水Ｗで溶解して除去する洗浄工程を実施する。該洗浄工程を実施するためには、図５に示す洗浄手段７０（全体については省略する。）に、該分割加工工程が実施されたウエーハ１０を搬送し、図示しない回転駆動手段により矢印７０ａで示す方向に回転可能に構成されたスピンナーテーブル（図示は省略する。）上に、表面１０ａ側、すなわち、第２の保護膜Ｍ２が形成された側を上方にして載置して吸引保持させる。なお、該洗浄手段７０は、レーザー加工装置２に付帯して備えるように構成してもよいし、別の装置として備えるようにしてもよい。
洗浄手段７０に搬送され保持されたウエーハ１０は、矢印７０ａで示す方向に例えば３００ｒｐｍの回転速度で回転させられつつ、ウエーハ１０に対して上方に配設されたノズル７１から洗浄用の水が噴射される。ここで、該ウエーハ１０の表面側には、図４（ｂ）に示されているように、第１の保護膜Ｍ１上に第２の保護膜Ｍ２が積層されており、該ノズル７１から噴射された洗浄用の水は、先ず第２の保護膜Ｍ２を溶解し、スピンナーテーブルの回転によって外方に洗い流される。また、この際、第２の保護膜Ｍ２に混入されている光吸収用の微粉末も第２の保護膜の溶解と共に表出し流されるが、ウエーハ１０の表面１０ａには、第１の保護膜Ｍ１が形成されていることにより、分割された各デバイス１４に直接付着することが抑制される。
洗浄手段７０のノズル７１から洗浄用の水が吐出されて第２の保護膜Ｍ２が洗い流されると、第１の保護膜Ｍ１が表出し、続けてノズル７１から噴射される洗浄用の水によって、第１の保護膜Ｍ１も溶解し洗い流される。上述したように、第１の保護膜Ｍ１には光吸収用の微粉末が混入されておらず、また、レーザー加工時に発生しウエーハ１０の表面側に付着していたデブリ等も第２の保護膜Ｍ２と共に既に洗い流されているため、第１の保護膜Ｍ１を洗い流す際には、分割されたデバイス１４が微粉末６０によって汚損されることがない。なお、本発明の水は、水溶性の樹脂からなる保護膜を溶解させるための水であればよく、例えば、構成する樹脂が溶解しやすいようにｐｈ調整剤が混入された水でもよい。
上記実施形態では、第１の液状樹脂Ｌ１としてＰＶＡを選択し、第２の液状樹脂Ｌ２としてデンプンを選択したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述した種々の水溶性樹脂から選択することができる。また、必ずしも第２の保護膜Ｍ２が第１の保護膜Ｍ１よりも溶解速度が速くなるように設定することに限定されず、両者の溶解速度が同一であってもよく、さらには、第２の保護膜Ｍ２が溶解した後に、第１の保護膜Ｍ１が溶解される構成であれば、第２の保護膜Ｍ２が、第１の保護膜Ｍ１よりも溶解速度が遅くなるような樹脂を選択することも除外されない。
２：レーザー加工装置
６：保持手段
８：移動手段
１０：ウエーハ
１２：分割予定ライン
１４：デバイス
２０：スピンコーター
２１：ノズル
２２：保持テーブル
２４：レーザー光線照射手段
２６：撮像手段
３４：チャックテーブル
５０：枠体
６０：微粉末
７０：洗浄手段
７１：ノズル
１００：分割溝
Ｌ１：第１の液状樹脂
Ｌ２：第２の液状樹脂
Ｍ１：第１の保護膜
Ｍ２：第２の保護膜
６：保持手段
８：移動手段
１０：ウエーハ
１２：分割予定ライン
１４：デバイス
２０：スピンコーター
２１：ノズル
２２：保持テーブル
２４：レーザー光線照射手段
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３４：チャックテーブル
５０：枠体
６０：微粉末
７０：洗浄手段
７１：ノズル
１００：分割溝
Ｌ１：第１の液状樹脂
Ｌ２：第２の液状樹脂
Ｍ１：第１の保護膜
Ｍ２：第２の保護膜
Claims (3)
- 複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたウエーハを個々のデバイスに分割するウエーハの加工方法であって、
ウエーハの表面に水溶性樹脂からなり光を吸収する微粉末を含まない第１の液状樹脂を被覆して第１の保護膜を形成する第１の保護膜形成工程と、
該第１の保護膜の上面に水溶性樹脂に光を吸収する微粉末が混入した第２の液状樹脂を被覆して第２の保護膜を形成する第２の保護膜形成工程と、
分割予定ラインに沿ってレーザー光線を照射して溝を形成しウエーハを個々のデバイスに分割する分割加工工程と、
第２の保護膜及び第１の保護膜を水で溶解し除去する洗浄工程と、から、少なくとも構成されるウエーハの加工方法。 - 該第２の保護膜の溶解速度は、該第１の保護膜の溶解速度より早く設定される請求項１に記載のウエーハの加工方法。
- 該微粉末は、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウム、カーボンブラックのいずれかを含む、請求項１、又は２に記載のウエーハの加工方法。
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