JP6918419B2 - ウェーハの加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ウェーハを加工して５Ｓモールドパッケージを形成するウェーハの加工方法に関する。
ＬＳＩやＮＡＮＤ型フラッシュメモリ等の各種デバイスの小型化及び高密度実装化を実現する構造として、例えばデバイスチップをチップサイズでパッケージ化したチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）が実用に供され、携帯電話やスマートフォン等に広く使用されている。更に、近年はこのＣＳＰの中で、チップの表面のみならず全側面を封止材で封止したＣＳＰ、所謂５Ｓモールドパッケージが開発され実用化されている。
従来の５Ｓモールドパッケージは、以下の工程によって製作されている。
（１）半導体ウェーハ（以下、ウェーハと略称することがある）の表面にデバイス（回路）及びバンプと呼ばれる外部接続端子を形成する。
（２）ウェーハの表面側から分割予定ラインに沿ってウェーハを切削し、デバイスチップの仕上がり厚さに相当する深さの切削溝を形成する。
（３）ウェーハの表面をカーボンブラック入りの封止材で封止する。
（４）ウェーハの裏面側をデバイスチップの仕上がり厚さまで研削して切削溝中の封止材を露出させる。
（５）ウェーハの表面はカーボンブラック入りの封止材で封止されているため、ウェーハ表面の外周部分の封止材を除去してターゲットパターン等のアライメントマークを露出させ、このアライメントマークに基づいて切削すべき分割予定ラインを検出するアライメントを実施する。
（６）アライメントに基づいて、ウェーハの表面側から分割予定ラインに沿ってウェーハを切削して、表面及び全側面が封止材で封止された５Ｓモールドパッケージに分割する。
上述したように、ウェーハの表面はカーボンブラックを含む封止材で封止されているため、ウェーハ表面に形成されているデバイス等は肉眼では全く見ることはできない。この問題を解決してアライメントを可能とするため、上記（５）で記載したように、ウェーハ表面の封止材の外周部分を除去してターゲットパターン等のアライメントマークを露出させ、このアライメントマークに基づいて切削すべき分割予定ラインを検出してアライメントを実行する技術を本出願人は開発した（特開２０１３−０７４０２１号公報及び特開２０１６−０１５４３８号公報参照）。
特開２０１３−０７４０２１号公報 特開２０１６−０１５４３８号公報
しかし、上記公開公報に記載されたアライメント方法では、ダイシング用の切削ブレードに替えてエッジトリミング用の幅の広い切削ブレードをスピンドルに装着してウェーハの外周部分の封止材を除去する工程が必要であり、切削ブレードの交換及びエッジトリミングにより外周部分の封止材を除去する手間が掛かり、生産性が悪いという問題がある。
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、ウェーハ表面に被覆されたカーボンブラックを含む封止材を通してアライメント工程を実施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、交差して形成された複数の分割予定ラインによって区画された表面の各領域にそれぞれ複数のバンプを有するデバイスが形成されたウェーハの加工方法であって、該ウェーハの表面側から該分割予定ラインに沿って切削ブレードによってデバイスチップの仕上がり厚さに相当する深さの切削溝を形成する切削溝形成工程と、該切削溝形成工程を実施した後、該切削溝を含む該ウェーハの表面を封止材で封止する封止工程と、該封止工程を実施した後、該ウェーハの表面側から赤外線撮像手段によって該封止材を透過してウェーハの表面側を撮像してアライメントマークを検出し、該アライメントマークに基づいてレーザー加工すべき該分割予定ラインを検出するアライメント工程と、該アライメント工程を実施した後、該封止材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該切削溝中の該封止材の内部に位置付けて、該ウェーハの表面側から該分割予定ラインに沿ってレーザービームを照射して、該切削溝中の該封止材の内部に改質層を形成する改質層形成工程と、該改質層形成工程を実施した後、該ウェーハの裏面側から該デバイスチップの仕上がり厚さまで該ウェーハを研削して該切削溝中の該封止材を露出させる研削工程と、該研削工程を実施した後、該切削溝中の該封止材に外力を付与して該改質層を分割起点として該封止材によって表面及び４側面が囲繞された個々のデバイスチップに分割する分割工程と、を備え、該封止工程では、該赤外線撮像手段が受光する赤外線が透過するような透過性を有する封止材によって該ウェーハの表面が封止されることを特徴とするウェーハの加工方法が提供される。
好ましくは、アライメント工程で用いる赤外線撮像手段はＩｎＧａＡｓ撮像素子を含む。
本発明のウェーハの加工方法によると、赤外線撮像手段が受光する赤外線が透過するような封止材でウェーハの表面を封止し、赤外線撮像手段によって封止材を透過してウェーハに形成されたアライメントマークを検出し、アライメントマークに基づいてアライメントを実施できるようにしたので、従来のようにウェーハの表面の外周部分の封止材を除去することなく、簡単にアライメント工程を実施できる。
よって、封止材に対して透過性を有する波長のレーザービームを切削溝中の封止材の内部に位置付けて、ウェーハの表面側からレーザービームを照射して、封止材の内部に改質層を形成することができ、その後ウェーハの裏面側からデバイスチップの仕上がり厚さまでウェーハを研削して切削溝中の封止材を露出させ、該封止材に外力を付与することにより該改質層を分割起点としてウェーハを該封止材によって表面及び４側面が囲繞された個々のデバイスチップに分割することができる。
半導体ウェーハの斜視図である。 切削溝形成工程を示す斜視図である。 封止工程を示す斜視図である。 アライメント工程を示す断面図である。 図５（Ａ）は改質層形成工程を示す断面図、図５（Ｂ）は改質層形成工程実施後のウェーハの一部拡大断面図である。 研削工程を示す断面図である。 分割装置の斜視図である。 分割ステップを示す断面図である。 分割ステップ実施後のウェーハの一部拡大断面図である。
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、本発明の加工方法で加工するのに適した半導体ウェーハ（以下、単にウェーハと略称することがある）１１の表面側斜視図が示されている。
半導体ウェーハ１１の表面１１ａにおいては、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おり、直交する分割予定ライン１３によって区画された各領域にはＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。
各デバイス１５の表面には複数の電極バンプ（以下、単にバンプと略称することがある）１７を有しており、ウェーハ１１はそれぞれ複数のバンプ１７を備えた複数のデバイス１５が形成されたデバイス領域１９と、デバイス領域１９を囲繞する外周余剰領域２１とをその表面に備えている。
本発明実施形態のウェーハの加工方法では、まず、第１の工程として、ウェーハ１１の表面側から分割予定ライン１３に沿って切削ブレードによってデバイスチップの仕上がり厚さに相当する深さの切削溝を形成する切削溝形成工程を実施する。この切削溝形成工程を図２を参照して説明する。
切削ユニット１０は、スピンドル１２の先端部に着脱可能に装着された切削ブレード１４と、撮像手段（撮像ユニット）１８を有するアライメントユニット１６とを備えている。撮像ユニット１８は、可視光で撮像する顕微鏡及びカメラを有するほか、赤外線画像を撮像する赤外線撮像素子を備えている。本実施形態では、赤外線撮像素子としてＩｎＧａＡｓ撮像素子を採用した。
切削溝形成工程を実施する前に、まず撮像ユニット１８でウェーハ１１の表面を可視光で撮像し、各デバイス１５に形成されているターゲットパターン等のアライメントマークを検出し、このアライメントマークに基づいて切削すべき分割予定ライン１３を検出するアライメントを実施する。
アライメント実施後、矢印Ｒ１方向に高速回転する切削ブレード１４をウェーハ１１の表面１１ａ側から分割予定ライン１３に沿ってデバイスチップの仕上がり厚さに相当する深さに切り込ませ、ウェーハ１１を吸引保持した図示しないチャックテーブルを矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、分割予定ライン１３に沿って切削溝２３を形成する切削溝形成工程を実施する。
この切削溝形成工程を、切削ユニット１０を分割予定ライン１３のピッチずつ加工送り方向Ｘ１と直交する方向に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１３に沿って次々と実施する。
次いで、図示しないチャックテーブルを９０°回転した後、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に沿って同様な切削溝形成工程を次々と実施する。
切削溝形成工程を実施した後、図３に示すように、ウェーハ１１の表面１１ａに封止材２０を塗布して、切削溝２３を含むウェーハ１１の表面１１ａを封止材で封止する封止工程を実施する。封止材２０は流動性があるため、封止工程を実施すると、切削溝２３中に封止材２０が充填される。
封止材２０としては、質量％でエポキシ樹脂又はエポキシ樹脂＋フェノール樹脂１０．３％、シリカフィラー８５．３％、カーボンブラック０．１〜０．２％、その他の成分４．２〜４．３％を含む組成とした。その他の成分としては、例えば、金属水酸化物、三酸化アンチモン、二酸化ケイ素等を含む。
このような組成の封止材２０でウェーハ１１の表面１１ａを被覆してウェーハ１１の表面１１ａを封止すると、封止材２０中にごく少量含まれているカーボンブラックにより封止材２０が黒色となるため、封止材２０を通してウェーハ１１の表面１１ａを見ることは通常困難である。
ここで、封止材２０中にカーボンブラックを混入させるのは、主にデバイス１５の静電破壊を防止するためであり、現在のところカーボンブラックを含有しない封止材は市販されていない。
封止材２０の塗布方法は特に限定されないが、バンプ１７の高さまで封止材２０を塗布するのが望ましく、次いでエッチングにより封止材２０をエッチングして、バンプ１７の頭出しをする。
封止工程を実施した後、ウェーハ１１の表面１１ａ側から赤外線撮像手段によって封止材２０を通してウェーハ１１の表面１１ａを撮像し、ウェーハ１１の表面に形成されている少なくとも２つのターゲットパターン等のアライメントマークを検出し、これらのアライメントマークに基づいてレーザー加工すべき分割予定ライン１３を検出するアライメント工程を実施する。
このアライメント工程について、図４を参照して詳細に説明する。アライメント工程を実施する前に、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側を外周部が環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴに貼着する。
アライメント工程では、図４に示すように、ダイシングテープＴを介してレーザー加工装置のチャックテーブル４０でウェーハ１１を吸引保持し、ウェーハ１１の表面１１ａを封止している封止材２０を上方に露出させる。そして、クランプ４２で環状フレームＦをクランプして固定する。
アライメント工程では、図２に示した切削装置の撮像ユニット１８と同様なレーザー加工装置の撮像ユニット１８Ａの赤外線撮像素子でウェーハ１１の表面１１ａを撮像する。封止材２０は、撮像ユニット１８Ａの赤外線撮像素子が受光する赤外線が透過する封止材から構成されているため、赤外線撮像素子によってウェーハ１１の表面１１ａに形成された少なくとも２つのターゲットパターン等のアライメントマークを検出することができる。
好ましくは、赤外線撮像素子として感度の高いＩｎＧａＡｓ撮像素子を採用する。好ましくは、撮像ユニット１８Ａは、露光時間等を調整できるエクスポージャーを備えている。
次いで、これらのアライメントマークを結んだ直線が加工送り方向と平行となるようにチャックテーブル４０をθ回転し、更にアライメントマークと分割予定ライン１３の中心との距離だけチャックテーブル４０を加工送り方向Ｘ１（図５（Ａ）参照）と直交する方向に移動することにより、レーザー加工すべき分割予定ライン１３を検出する。
アライメント工程を実施した後、図５（Ａ）に示したように、ウェーハ１１の表面１１ａ側から分割予定ライン１３に沿ってレーザー加工装置のレーザーヘッド（集光器）４６から封止材２０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ＬＢをその集光点を切削溝２３中の封止材２０の内部に位置付けて照射し、チャックテーブル４０を矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、切削溝２３中の封止材２０の内部に図５（Ｂ）に示すような改質層２５を形成する改質層形成工程を実施する。
この改質層形成工程を、第１の方向に伸長する分割予定ライン１３に沿って次々と実施した後、チャックテーブル４０を９０°回転し、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に沿って次々と実施する。
改質層形成工程を実施した後、ウェーハ１１の裏面１１ｂ側からデバイスチップの仕上がり厚さまでウェーハ１１を研削して、切削溝２３中の封止材２０を露出させる研削工程を実施する。
この研削工程を図６を参照して説明する。ウェーハ１１の表面１１ａに表面保護テープ等の保護部材２２を貼着し、研削装置のチャックテーブル２４で保護部材２２を介してウェーハ１１を吸引保持する。
研削ユニット２６は、スピンドルハウジング２８中に回転可能に収容され図示しないモーターにより回転駆動されるスピンドル３０と、スピンドル３０の先端に固定されたホイールマウント３２と、ホイールマウント３２に着脱可能に装着された研削ホイール３４とを含んでいる。研削ホイール３４は、環状のホイール基台３６と、ホイール基台３６の下端外周に固着された複数の研削砥石３８とから構成される。
研削工程では、チャックテーブル２４を矢印ａで示す方向に例えば３００ｒｐｍで回転しつつ、研削ホイール３４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ホイール３４の研削砥石３８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３４を所定の研削送り速度で下方に所定量研削送りしながらウェー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の厚さを測定しながら、ウェーハ１１を所定の厚さ、例えば１００μｍに研削して、切削溝２３中に埋設された封止材２０を露出させる。
研削工程実施後、図７に示す分割装置５０を使用してウェーハ１１に外力を付与し、ウェーハ１１を個々のデバイスチップ２７へと分割する分割ステップを実施する。図７に示す分割装置５０は、環状フレームＦを保持するフレーム保持手段５２と、フレーム保持手段５２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を拡張するテープ拡張手段５４を具備している。
フレーム保持手段５２は、環状のフレーム保持部材５６と、フレーム保持部材５６の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ５８から構成される。フレーム保持部材５６の上面は環状フレームＦを載置する載置面５６ａを形成しており、この載置面５６ａ上に環状フレームＦが載置される。
そして、載置面５６ａ上に載置された環状フレームＦは、クランプ５８によってフレーム保持手段５６に固定される。このように構成されたフレーム保持手段５２はテープ拡張手段５４によって上下方向に移動可能に支持されている。
テープ拡張手段５４は、環状のフレーム保持部材５６の内側に配設された拡張ドラム６０を具備している。拡張ドラム６０の上端は蓋６２で閉鎖されている。この拡張ドラム６０は、環状フレームＦの内径より小さく、環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴに貼着されるウェーハ１１の外径より大きい内径を有している。
拡張ドラム６０はその下端に一体的に形成された支持フランジ６４を有している。テープ拡張手段５４は更に、環状のフレーム保持部材５６を上下方向に移動する駆動手段６６を具備している。この駆動手段６６は支持フランジ６４上に配設された複数のエアシリンダ６８から構成されており、そのピストンロッド７０はフレーム保持部材５６の下面に連結されている。
複数のエアシリンダ６８から構成される駆動手段６６は、環状のフレーム保持部材５６を、その載置面５６ａが拡張ドラム６０の上端である蓋６２の表面と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム６０の上端より所定量下方の拡張位置との間で上下方向に移動する。
以上のように構成された分割装置５０を用いて実施するウェーハ１１の分割工程について図８を参照して説明する。図８（Ａ）に示すように、ウェーハ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５６の載置面５６ａ上に載置し、クランプ５８によってフレーム保持部材５６に固定する。この時、フレーム保持部材５６はその載置面５６ａが拡張ドラム６０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６８を駆動してフレーム保持部材５６を図８（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５６の載置面５６ａ上に固定されている環状フレームＦを下降するため、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６０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、分割予定ライン１３に沿って切削溝２３中の封止材２０中に形成された改質層２５が分割起点となってウェーハ１１が改質層２５に沿って図９の拡大図に示すように割断され、封止材２０によって表面及び４側面が囲繞された個々のデバイスチップ２７に分割される。
１０ 切削ユニット
１１ 半導体ウェーハ
１３ 分割予定ライン
１４ 切削ブレード
１５ デバイス
１６ アライメントユニット
１７ 電極バンプ
１８，１８Ａ 撮像ユニット
２０ 封止材
２３ 切削溝
２５ 改質層
２６ 研削ユニット
２７ デバイスチップ
３４ 研削ホイール
３８ 研削砥石
４６ レーザーヘッド（集光器）
５０ 分割装置

Claims (2)

  1. 交差して形成された複数の分割予定ラインによって区画された表面の各領域にそれぞれ複数のバンプを有するデバイスが形成されたウェーハの加工方法であって、
    該ウェーハの表面側から該分割予定ラインに沿って切削ブレードによってデバイスチップの仕上がり厚さに相当する深さの切削溝を形成する切削溝形成工程と、
    該切削溝形成工程を実施した後、該切削溝を含む該ウェーハの表面を封止材で封止する封止工程と、
    該封止工程を実施した後、該ウェーハの表面側から赤外線撮像手段によって該封止材を透過してウェーハの表面側を撮像してアライメントマークを検出し、該アライメントマークに基づいてレーザー加工すべき該分割予定ラインを検出するアライメント工程と、
    該アライメント工程を実施した後、該封止材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該切削溝中の該封止材の内部に位置付けて、該ウェーハの表面側から該分割予定ラインに沿ってレーザービームを照射して、該切削溝中の該封止材の内部に改質層を形成する改質層形成工程と、
    該改質層形成工程を実施した後、該ウェーハの裏面側から該デバイスチップの仕上がり厚さまで該ウェーハを研削して該切削溝中の該封止材を露出させる研削工程と、
    該研削工程を実施した後、該切削溝中の該封止材に外力を付与して該改質層を分割起点として該封止材によって表面及び４側面が囲繞された個々のデバイスチップに分割する分割工程と、を備え、
    該封止工程では、該赤外線撮像手段が受光する赤外線が透過するような透過性を有する封止材によって該ウェーハの表面が封止されることを特徴とするウェーハの加工方法。
  2. 前記アライメント工程で用いる前記赤外線撮像手段はＩｎＧａＡｓ撮像素子を含む請求項１記載のウェーハの加工方法。
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