JP7051615B2 - ウエーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面に絶縁膜が積層され分割予定ラインによって区画された領域に複数のデバイスが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。

電気機器に利用されるデバイスの高速化を図るためにシリコンウエーハ等の半導体基板の表面にＬｏｗ－ｋ膜と称される低誘電率の絶縁膜が複数積層されてＩＣ、ＬＳＩ等の回路が形成される。

上記した絶縁膜は、分割予定ラインにも積層されており、分割予定ラインを切削ブレードによって切断すると、切断部から絶縁膜が雲母のように剥離し、デバイスの品質を低下させるという問題があることから、レーザー光線を分割予定ラインに沿って照射してグルービングによって絶縁膜を除去し、絶縁膜が除去されたレーザー加工溝に切削ブレードを位置付けてダイシングし、ウエーハを個々のデバイスに分割する技術が提案されて実用に供されている（たとえば、特許文献１を参照。）。

特開２００５－０６４２３１号公報

上記した特許文献１に記載された技術によれば、レーザー光線によって先に絶縁膜が除去されることから、ダイシングによって絶縁膜が剥離することによる分割後のデバイスの品質の低下が抑制される。しかし、ダイシングに先立って実施されるレーザー加工によって形成される加工溝の側面に、レーザー加工時に発生する溶融物（デブリ）が付着している場合があり、ダイシングの際に高速で回転する切削ブレードがこの溶融物に接触することによって該溶融物が弾かれ、突発的にデバイスの外周に欠け等を生じさせるという問題がある。さらに、レーザー加工によるグルービングによって絶縁膜の除去が不十分であった場合は、ダイシング時に切削ブレードのズレや倒れが発生して、デバイスに積層されている絶縁膜の品質を低下させる剥離が生じるという問題がある。

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、表面に絶縁膜が積層され分割予定ラインによって区画された領域に複数のデバイスが形成されたウエーハを個々のデバイスに分割する際に、デバイスの品質を低下させることの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、シリコン基板の表面に絶縁膜が積層され分割予定ラインによって区画された領域に複数のデバイスが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、ウエーハの表面に保護部材を配設する保護部材配設工程と、ウエーハの保護部材側をチャックテーブルに保持しウエーハの裏面から分割予定ラインに対応する領域に切削ブレードを位置付けて、表面に積層された絶縁膜には至らない深さの切削溝をウエーハの裏面に形成する切削溝形成工程と、ウエーハの裏面に対しシリコンをエッチングするエッチング液を塗布し、切削溝の底に残存するシリコンを除去するエッチング工程と、ウエーハの裏面側からレーザー光線の集光点を切削溝の底に位置付けて照射し絶縁膜を切断して個々のデバイスに分割する分割工程と、ウエーハを収容する開口部を有するフレームの該開口部にウエーハを収容してウエーハの裏面とフレームとにダイシングテープを貼着すると共にウエーハの表面から保護部材を剥離するダイシングテープ貼着工程と、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、ダイシングテープ貼着工程の後、ダイシングテープを拡張しデバイスの間隔を広げる拡張工程と、ダイシングテープからデバイスをピックアップするピックアップ工程と、を含む。

本発明のウエーハの加工方法は、ウエーハの表面に保護部材を配設する保護部材配設工程と、ウエーハの保護部材側をチャックテーブルに保持しウエーハの裏面から分割予定ラインに対応する領域に切削ブレードを位置付けて、表面に積層された絶縁膜には至らない深さの切削溝をウエーハの裏面に形成する切削溝形成工程と、ウエーハの裏面に対しシリコンをエッチングするエッチング液を塗布し、切削溝の底に残存するシリコンを除去するエッチング工程と、ウエーハの裏面側からレーザー光線の集光点を切削溝の底に位置付けて照射し絶縁膜を切断して個々のデバイスに分割する分割工程と、ウエーハを収容する開口部を有するフレームの開口部にウエーハを収容してウエーハの裏面とフレームとにダイシングテープを貼着すると共にウエーハの表面から保護部材を剥離するダイシングテープ貼着工程と、から少なくとも構成されることにより、レーザー加工溝に付着した溶融物が切削ブレードに接触して飛散し、突発的にデバイスの外周を損傷する等の問題が生じない。さらに、切削溝の底に残存するシリコンをエッチング工程により除去し、ウエーハの裏面側からレーザー光線の集光点を切削溝の底に位置付けて照射し絶縁膜を切断して個々のデバイスに分割するため、シリコンの溶融物（デブリ）が発生することがなく、デバイスの側面を汚染しない。また、デバイスの裏面、及び側面がエッチングされる結果、切削溝形成工程が実施された際に生じた加工歪も除去され、個々に分割されるデバイスの抗折強度も向上する。そして、レーザー加工溝を形成した後に分割予定ラインに沿って切削して分割する場合の切削ブレードのズレや倒れが生じて絶縁膜が剥離する等の問題も生じない。

本実施形態の保護部材配設工程を実施する態様を示す斜視図である。 本実施形態の切削溝形成工程における（ａ）ウエーハの保護部材側をチャックテーブルに保持する態様を示す斜視図、（ｂ）切削溝を形成する態様を示す斜視図、及び（ｃ）ウエーハの一部拡大断面図である。 本実施形態のエッチング工程において、（ａ）ウエーハの裏面にエッチング液を塗布してエッチングを実施する態様を示す斜視図、及び（ｂ）ウエーハの一部拡大断面図である。 本実施形態の分割工程において、（ａ）ウエーハの裏面からレーザー光線を照射する分割工程の実施態様を示す斜視図、及び（ｂ）ウエーハの一部拡大断面図である。 本実施形態のダイシングテープ貼着工程の実施態様を示す斜視図である。 本実施形態のピックアップ工程の実施態様を説明するための側面図である。

以下、本発明に係る実施形態のウエーハの加工方法について、添付図面を参照しながら、詳細に説明する。

本実施形態のウエーハの加工方法を実施するに際し、図１に示すように、被加工物となるウエーハ１０を用意する。ウエーハ１０は、シリコン（Ｓｉ）基板１１の表面全体に低誘電率の絶縁膜（Ｌｏｗ－ｋ膜）１２が積層され分割予定ライン１４によって区画された領域に複数のデバイス１６が形成されている。ウエーハ１０において、絶縁膜１２、デバイス１６等が形成された側が表面１０ａであり、反対側が裏面１０ｂである。絶縁膜１２は分割予定ライン１４にも積層されており、個々のデバイス１６に分割する際には、シリコン基板１１と共に絶縁膜１２も切断する。

（保護部材配設工程）
上記したウエーハ１０を用意したならば、図１に示すように、ウエーハ１０の表面１０ａに、保護部材２０を配設する。保護部材２０は、ウエーハ１０と略同形状のシート状の合成樹脂からなり、例えば、塩化ビニル（ＰＶＣ）からなる。保護部材２０をウエーハ１０に配設する際には、保護部材２０側に粘着層を形成し、ウエーハ１０の表面１０ａに保護部材２０を貼着することで、図中下段に示すように、ウエーハ１０の表面１０ａが保護部材２０によって保護された状態となる。以上により、保護部材配設工程が完了する。

（切削溝形成工程）
上記した保護部材配設工程が完了したならば、図２（ａ）に示すように、保護部材２０側をダイシング装置３０（一部のみを示す。）のチャックテーブル４０の吸着チャック４２上に載置する。これにより、チャックテーブル４０に載置されるウエーハ１０は、裏面１０ｂ側が上方になる。チャックテーブル４０にウエーハ１０を載置したならば、チャックテーブル４０に接続された図示しない吸引手段を作動して、ウエーハ１０を吸引保持する。

チャックテーブル４０にウエーハ１０を保持したならば、ダイシング装置３０を用いて、ウエーハ１０の裏面１０ｂ側から分割予定ライン１４に沿って絶縁膜には至らない切削溝をウエーハの裏面に形成する切削溝形成工程を実施する。以下に、より具体的に説明する。

図２（ｂ）に示すように、ダイシング装置３０は、スピンドルユニット３１を備えている。スピンドルユニット３１は、回転スピンドル３２の先端部に固定された切削ブレード３３を保持するスピンドルハウジング３４を備えている。スピンドルハウジング３４には、切削ブレード３３に隣接する位置に切削水供給手段３５が配設されており、切削水を切削ブレード３３によるウエーハ１０の切削位置に向けて供給する。切削ブレード３３によって切削を実施する前に、図示しないアライメント手段を用いて、切削ブレード３３と、ウエーハ１０の表面１０ａ側に形成された分割予定ライン１４との位置合わせ（アライメント）を行う。該アライメント手段には、少なくとも図示しない赤外線照射手段、及び赤外線撮像手段が備えられ、裏面１０ｂ側から表面１０ａ側の分割予定ライン１４を撮像、検出することが可能に構成されている。

該アライメント手段によるアライメントを実施したならば、高速回転させられる切削ブレード３３を、チャックテーブル４０に保持したウエーハ１０の裏面１０ｂから分割予定ライン１４に対応する領域に位置付けて下降させて切り込ませ、ウエーハ１０を切削ブレード３に対して矢印Ｘで示すＸ方向（加工送り方向）に移動させる。これにより、シリコン基板１１を切削して切削溝１００を形成する。この切削溝１００は、ウエーハ１０の一部拡大断面図として示す図２（ｃ）から理解されるように、ウエーハ１０の表面１０ａ側に積層された絶縁膜１２には至らない深さの切削溝１００であり、所定の溝幅（例えば、５０μｍ）に形成される。切削溝１００の底には、シリコン基板１１の一部が所定の厚み（例えば、５～１０μｍ）の底部１１０が残存し、絶縁膜１２は露出されない。ウエーハ１０を保持するチャックテーブル４０を、図示しない移動手段を作動させることで、Ｘ方向に加え、矢印Ｙで示すＹ方向、及び回転方向にも適宜移動させながら、上記した切削ブレード３３による切削加工を実施し、ウエーハ１０の全ての分割予定ライン１４に沿って、裏面１０ｂ側から、絶縁膜１２には至らない切削溝１００を形成する。以上により、切削溝形成工程が完了する。

（エッチング工程）
上記した切削溝形成工程を実施したならば、切削溝１００の底にシリコン基板１１の一部として残存する底部１１０をウエットエッチングにより除去するエッチング工程を実施する。以下に、図３を参照しながら、該エッチング工程について説明する。

エッチング工程を実施するに当たり、図３（ａ）に示すように、切削溝形成工程が施されたウエーハ１０を、切削溝１００が形成された裏面１０ｂを上にして、エッチング用の保持テーブル５２に載置し、図示しない吸引手段を作動させることにより吸引保持する。保持テーブル５２にウエーハ１０を吸引保持したならば、ウエーハ１０の中央の上方に位置付けられたエッチング液供給ノズル５０から、シリコンをエッチングするエッチング液Ｅを塗布する。シリコンをエッチング可能なエッチング液としては、周知のものを選択可能であるが、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化テトラメチンアンモニウムから選択することができる。エッチング液Ｅをウエーハ１０の裏面１０ｂに塗布する方法は、上記したエッチング液供給ノズル５０によらず、作業者が刷毛で塗布する等の手作業によってもよい。そして、ウエーハ１０の裏面１０ｂ全体に塗布されたエッチング液Ｅは、切削溝１００内に流れ込み、図３（ｂ）にウエーハ１０の一部拡大断面図として示されているように、切削溝１００の底に残存していた底部１１０を除去する。所定時間、エッチング工程を実施することにより、厚みが５～１０μｍで形成された底部１１０が除去され、絶縁膜１２が露出して、エッチング工程が完了する。なお、切削溝１００の底に残存したシリコンからなる底部１１０と共に、ウエーハ１０の裏面１０ｂ、及び切削溝１００の側壁も同様に５～１０μｍ程度エッチングされることが見込まれる。よって、このウエーハ１０の裏面１０ｂ、及び切削溝１００の側壁のエッチング量を見込んで、ウエーハ１０を構成するシリコン基板１１の厚み、及び切削溝１００を形成する切削ブレード３３の厚みを予め設定しておくことで、エッチング工程時のマスクを不要とし、且つエッチング工程を終えた時のデバイスの寸法を所望の寸法にすることができる。さらに、切削溝形成工程において切削溝１００の底に残存させる底部１１０の厚みは、上記した５～１０μｍに限定されず、切削溝形成工程時に加工ばらつきがあったとしても切削溝１００の底が表面１０ａ側の絶縁膜１２に達することがなく、且つこのエッチング工程に要する時間が過剰に長くならない厚みに設定されるとよい。なお、ウエーハ１０の裏面１０ｂ、及びデバイス１６の側面（＝切削溝１００の側壁）がエッチングされることから、切削溝形成工程において生じた加工歪が除去されてデバイスの抗折強度が向上する。

（分割工程）
上記したエッチング工程を実施したならば、ウエーハ１０を洗浄してエッチング液Ｅを除去して乾燥させた後、分割工程を実施する。以下に、図４を参照しながら分割工程について説明する。

分割工程は、図４（ａ）に示すレーザー加工装置６０（一部のみを示す。）を用いて実施する。レーザー加工装置６０は、少なくとも、ウエーハ１０を保持するチャックテーブル６２と、レーザー光線照射手段６４とを備えている。エッチング工程が施されたウエーハ１０をレーザー加工装置６０に搬送したならば、ウエーハ１０の裏面１０ｂ側を上にしてチャックテーブル６２に載置し、図示しない吸引手段を作動して吸引保持する。チャックテーブル６２にウエーハ１０を吸引保持したならば、図示しない撮像手段等を含むアライメント手段を用いて、ウエーハ１０に形成された切削溝１００と、レーザー光線照射手段６４との位置合わせ（アライメント）を実施する。該アライメントを実施したならば、レーザー光線照射手段６４に配設された集光レンズ６６によって集光されるレーザー光線ＬＢの集光点を、加工開始位置となる切削溝１００の底に位置付ける。切削溝１００の底には、上記したようにエッチング工程が施されたことにより絶縁膜１２が露出しており、レーザー光線ＬＢの集光点は、絶縁膜１２上に直接位置付けられる。

レーザー光線ＬＢの集光点を切削溝１００の底に位置付けて照射しながら、図示しない移動手段によりチェックテーブル６２を矢印Ｘで示すＸ方向に移動させることで、図４（ｂ）にウエーハ１０の一部拡大断面図として示すように、切削溝１００に沿って絶縁膜１２が切断され、切断溝１２０が形成される。上記したように、レーザー光線ＬＢの集光点を、切削溝１００の底、すなわち、絶縁膜１２上に位置付けて照射しながら、図示しない移動手段によってチャックテーブル６２を該Ｘ方向に加え、矢印Ｙで示すＹ方向、さらには、チャックテーブル６２を回転させる回転方向に適宜移動させることにより、ウエーハ１０に形成された全ての切削溝１００に沿って絶縁膜１２が切断され、ウエーハ１０が個々のデバイス１６に分割される。以上のようにして、分割工程が完了する。なお、レーザー光線ＬＢを照射して切断溝１２０を形成する際、切削溝１００の底に露出する絶縁膜１２上からエッチング工程によってシリコンが除去されており、レーザー光線ＬＢを照射してもデバイス１６を汚染する溶融物（デブリ）が発生せず、デバイス１６の品質を低下させることがない。

なお、上記した分割工程のレーザー加工によって実施されるレーザー加工条件は、例えば以下のように設定される。
光源 ：ＹＡＧレーザー
波長 ：３５５ｎｍ
出力 ：２Ｗ
繰り返し周波数 ：２００ｋＨｚ
集光スポット径 ：φ６μｍ
加工送り速度 ：５００ｍｍ／秒

（ダイシングテープ貼着工程）
上記した分割工程を実施したならば、ウエーハ１０にダイシングテープを貼着するダイシングテープ貼着工程を実施する。ダイシングテープ貼着工程について、図５を参照しながら、以下に説明する。

ダイシングテープ貼着工程を実施するに際し、まず、図５に示すように、ウエーハ１０を収容する開口部を有するフレームＦの開口部にウエーハ１０を収容し、ウエーハ１０の裏面１０ｂとフレームＦとにダイシングテープＴを貼着し一体化する。さらに、フレームＦにダイシングテープＴを介して支持されたウエーハ１０の表面１０ａから、保護部材２０を剥離する。なお、保護部材２０を剥離する際には、図示しない剥離用の保持テーブルにダイシングテープＴを介してウエーハ１０を吸引保持することが好ましい。以上により、ダイシングテープ貼着工程が完了する。

（拡張工程・ピックアップ工程）
上記したダイシングテープ貼着工程が完了したならば、ウエーハ１０を支持するダイシングテープＴを拡張し、デバイス１６の間隔を広げる拡張工程、及びダイシングテープＴからデバイス１６をピックアップするピックアップ工程を実施する。図６を参照しながら、以下により具体的に説明する。

上記したダイシングテープ貼着工程を実施したならば、まず、図６に示すピックアップ装置８０に搬送する。ピックアップ装置８０は、昇降可能に構成されたフレーム保持部材８１と、その上面部にフレームＦを載置してフレームＦを保持するクランプ８２と、クランプ８２により保持されたフレームＦに装着されたウエーハ１０を拡張するための少なくとも上方が開口した円筒形状からなる拡張ドラム８３と、拡張ドラム８３を囲むように設置された複数のエアシリンダ８４ａ及びエアシリンダ８４ａから延びるピストンロッド８４ｂから構成される支持手段８４と、ピックアップコレット８５と、を備えている。ピックアップコレット８５には図示しない吸引手段が接続され、図示しないピックアップコレット移動手段によって、その作動位置が制御されて、先端部にデバイス１６を吸着し、ピックアップしたデバイスを別の位置に搬送できるように構成されている。

拡張ドラム８３は、フレームＦの内径よりも小さく、フレームＦに装着されたダイシングテープＴに貼着されるウエーハ１０の外径よりも大きく設定されている。ここで、図６に示すように、ピックアップ装置８０は、フレーム保持部材８１と、拡張ドラム８３の上面部が略同一の高さになる位置（点線で示す）と、支持手段８４の作用によりフレーム保持部材８１が下降させられ、拡張ドラム８３の上端部が、フレーム保持部材８１の上端部よりも相対的に高くなる位置（実線で示す）と、にすることができる。

フレーム保持部材８１を下降させて、拡張ドラム８３の上端を、点線で示す位置から、実線で示す高い位置になるように相対的に変化させると、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８３の上端縁によって拡張させられる（拡張工程）。ここで、ウエーハ１０は、前記分割工程によって既に個々のデバイス１６に分割されていることから、前記拡張工程が施されることで、ウエーハ１０に放射状に引張力が作用され、ウエーハ１０に形成された複数のデバイス１６どうしの間隔が広げられる。

前記拡張工程により、隣接するデバイス１６どうしの間隔が広げられたならば、ピックアップコレット８５を作動させて、間隔が広げられた状態のデバイス１６を先端部で吸着して、ダイシングテープＴ上からピックアップする（ピックアップ工程）。ダイシングテープＴからピックアップされたデバイス１６は、次工程に搬送されるか、又は、図示しない収容ケースに収容される。以上により、本実施形態における拡張工程、及びピックアップ工程が完了し、本実施形態のウエーハの加工が完了する。

１０：ウエーハ
１１：シリコン基板
１２：絶縁膜
１４：分割予定ライン
１６：デバイス
２０：保護部材
３０：ダイシング装置
３１：スピンドルユニット
３２：回転スピンドル
３３：切削ブレード
３４：スピンドルハウジング
４０：チャックテーブル
５０：エッチング液供給ノズル
５２：保持テーブル
６０：レーザー加工装置
６４：レーザー光線照射手段
８０：ピックアップ装置
８５：ピックアップコレット
１００：切削溝
１１０：底部
１２０：切断溝
Ｅ：エッチング液
Ｔ：ダイシングテープ
Ｆ：フレーム

Claims (2)

1. シリコン基板の表面に絶縁膜が積層され分割予定ラインによって区画された領域に複数のデバイスが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、
   ウエーハの表面に保護部材を配設する保護部材配設工程と、
   ウエーハの保護部材側をチャックテーブルに保持しウエーハの裏面から分割予定ラインに対応する領域に切削ブレードを位置付けて、表面に積層された絶縁膜には至らない深さの切削溝をウエーハの裏面に形成する切削溝形成工程と、
   ウエーハの裏面に対しシリコンをエッチングするエッチング液を塗布し、切削溝の底に残存するシリコンを除去するエッチング工程と、
   ウエーハの裏面側からレーザー光線の集光点を切削溝の底に位置付けて照射し絶縁膜を切断して個々のデバイスに分割する分割工程と、
   ウエーハを収容する開口部を有するフレームの該開口部にウエーハを収容してウエーハの裏面とフレームとにダイシングテープを貼着すると共にウエーハの表面から保護部材を剥離するダイシングテープ貼着工程と、
   から少なくとも構成されるウエーハの加工方法。
2. ダイシングテープ貼着工程の後、ダイシングテープを拡張しデバイスの間隔を広げる拡張工程と、
   ダイシングテープからデバイスをピックアップするピックアップ工程と、を含む請求項１に記載のウエーハの加工方法。

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