JP7098224B2 - ウェーハの加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、WL-CSPウェーハの加工方法に関する。
WL-CSP（Wafer-level Chip Size Package）ウェーハとは、ウェーハの状態で再配線層や電極（金属ポスト）を形成後、表面側を樹脂封止し、切削ブレード等で各パッケージに分割する技術であり、ウェーハを個片化したパッケージの大きさが半導体デバイスチップの大きさになるため、小型化及び軽量化の観点からも広く採用されている。
WL-CSPウェーハの製造プロセスでは、複数のデバイスが形成されたデバイスウェーハのデバイス面側に再配線層を形成し、更に再配線層を介してデバイス中の電極に接続する金属ポストを形成した後、金属ポスト及びデバイスを樹脂で封止する。
次いで、封止材を薄化するとともに金属ポストを封止材表面に露出させた後、金属ポストの端面に電極バンプと呼ばれる外部端子を形成する。その後、切削装置等でWL-CSPウェーハを切削して個々のCSPへと分割する。
半導体デバイスを衝撃や湿気等から保護するために、封止材で封止することが重要である。通常、封止材として、エポキシ樹脂中にSiCからなるフィラーを混入した封止材を使用することで、封止材の熱膨張率を半導体デバイスチップの熱膨張率に近づけ、熱膨張率の差によって生じる加熱時のパッケージの破損を防止している。
WL-CSPウェーハは、一般的に切削装置を使用して個々のCSPに分割される。この場合、WL-CSPウェーハは、分割予定ラインを検出するために利用するデバイスが樹脂で覆われているため、表面側からデバイスのターゲットパターンを検出することができない。
その為、WL-CSPウェーハの樹脂上に形成された電極バンプをターゲットにして分割予定ラインを割り出したり、樹脂の上面にアライメント用のターゲットを印刷する等して分割予定ラインと切削ブレードとのアライメントをおこなっていた。
しかし、電極バンプや樹脂上に印刷されたターゲットはデバイスのように高精度には形成されていないため、アライメント用のターゲットとしては精度が低いという問題がある。従って、電極バンプや印刷されたターゲットに基づいて分割予定ラインを割り出した場合、分割予定ラインから外れてデバイス部分を切削してしまうという恐れがあった。
そこで、例えば特開２０１３－７４０２１号公報では、ウェーハの外周で露出するデバイスウェーハのパターンを基にアライメントする方法が提案されている。
特開２０１３－０７４０２１号公報 特開２０１６－０１５４３８号公報
しかし、一般にウェーハの外周ではデバイス精度が悪く、ウェーハの外周で露出するパターンを基にアライメントを実施すると、分割予定ラインとは外れた位置でウェーハを分割してしまう恐れがある上、ウェーハによってはデバイスウェーハのパターンが外周で露出していないものもある。
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、表面に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チップ領域にそれぞれデバイスが形成されたデバイスウェーハの表面が封止材で封止され、該封止材の該チップ領域にそれぞれ複数のバンプが形成されたウェーハの加工方法であって、該デバイスウェーハの表面側から露光時間を調整可能なエキスポジャーを備える赤外線撮像手段によって該封止材を透過して該デバイス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、該デバイスウェーハ及び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デバイスウェーハ又は該封止材の内部に位置付けて、該デバイス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、該デバイスウェーハ及び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、該デバイスウェーハ及び該封止材に外力を付与して該改質層を分割起点として表面が該封止材によって封止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、該封止材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し、該封止材はカーボンブラックを含み、該カーボンブラックの含有率は０．１質量％以上０．２質量％以下であ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デバイス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デバイス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、デバイスウェーハ及び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デバイスウェーハ又は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、デバイスウェーハ及び封止材の内部に改質層を形成し、該改質層を分割起点としてウェーハを表面が封止材によって封止された個々のデバイスチップに分割することができる。
図１（Ａ）はWL-CSPウェーハの分解斜視図、図１（Ｂ）はWL-CSPウェーハの斜視図である。 WL-CSPウェーハの拡大断面図である。 WL-CSPウェーハを外周部が環状フレームに装着されたダイシングテープに貼着する様子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）はデバイスウェーハの内部に集光点を位置付けた状態のWL-CSPウェーハの一部拡大断面図、図５（Ｃ）は封止材の内部に集光点を位置付けた状態のWL-CSPウェーハの一部拡大断面図である。 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WL-CSP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（Ａ）を参照すると、WL-CSPウェーハ２７の分解斜視図が示されている。図１（Ｂ）はWL-CSPウェーハ２７の斜視図である。
図１（Ａ）に示されているように、デバイスウェーハ１１の表面１１ａには格子状に形成された複数の分割予定ライン（ストリート）１３によって区画された各領域にＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。
デバイスウェーハ、（以下、単にウェーハと略称することがある）１１は予め裏面１１ｂが研削されて所定の厚さ（１００～２００μｍ程度）に薄化された後、図２に示すように、デバイス１５中の電極１７に電気的に接続された複数の金属ポスト２１を形成した後、ウェーハ１１の表面１１ａ側を金属ポスト２１が埋設するように封止材２３で封止する。
封止材２３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８．５３％、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２３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２３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２３が黒色となるため、封止材２３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２３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。
他の実施形態として、デバイスウェーハ１１の表面１１ａ上に再配線層を形成した後、再配線層上にデバイス１５中の電極１７に電気的に接続された金属ポスト２１を形成するようにしても良い。
次いで、単結晶ダイアモンドからなるバイト切削工具を有する平面切削装置（サーフェスプレイナー）やグラインダーと呼ばれる研削装置を使用して封止材２３を薄化する。封止材２３を薄化した後、例えばプラズマエッチングにより金属ポスト２１の端面を露出させる。
次いで、露出した金属ポスト２１の端面によく知られた方法によりハンダ等の金属バンプ２５を形成して、WL-CSPウェーハ２７が完成する。本実施形態のWL-CSPウェーハ２７では、封止材２３の厚さは１００μｍ程度である。
WL-CSPウェーハ２７をレーザー加工装置で加工するのに当たり、図３に示すように、好ましくは、WL-CSPウェーハ２７を外周部が環状フレームＦに貼着された粘着テープとしてのダイシングテープＴに貼着する。これにより、WL-CSPウェーハ２７はダイシングテープＴを介して環状フレームＦに支持された状態となる。
しかし、WL-CSPウェーハ２７をレーザー加工装置で加工するのに当たり、環状フレームＦを使用せずに、WL-CSPウェーハ２７の裏面に粘着テープを貼着する形態でもよい。
本発明のウェーハの加工方法では、まず、WL-CSPウェーハ２７の表面側から赤外線撮像手段によって封止材２３を通してデバイスウェーハ１１の表面１１ａを撮像し、デバイスウェーハ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切削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１０でWL-CSPウェーハ２７を吸引保持し、デバイスウェーハ１１の表面１１ａを封止している封止材２３を上方に露出させる。そして、クランプ１２で環状フレームＦをクランプして固定する。
次いで、図示しないレーザー加工装置の撮像ユニット１４の赤外線撮像素子でWL-CSPウェーハ２７の封止材２３を通してデバイスウェーハ１１の表面１１ａを撮像する。封止材２３は、撮像ユニット１４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デバイスウェーハ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は感度の高いＩｎＧａＡｓ撮像素子を採用する。好ましくは、撮像ユニット１４は、露光時間等を調整できるエキスポ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１０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レーザー加工装置のレーザーヘッドを加工送り方向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）に示すように、WL-CSPウェーハ２７の表面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）１６からデバイスウェーハ１１及び封止材２３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をその集光点をデバイスウェーハ１１の内部又は封止材２３の内部に位置付けて、チャックテーブル１０を矢印Ｘ１方向又は矢印Ｘ２方向に加工送りすることにより、デバイスウェーハの内部及び封止材２３の内部に改質層２９（２９ａ，２９ｂ）を形成する改質層形成工程を実施する。
改質層形成工程では、まず、図５（Ｂ）に示すように、レーザービームＬＢの集光点をデバイスウェーハ１１の内部に位置付けてチャックテーブル１０を矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、デバイスウェーハ１１の内部に集光点２９ａを形成する。
次いで、図５（Ｃ）に示すように、レーザービームＬＢの集光点を封止材２３の内部に位置付けて、チャックテーブル１０を矢印Ｘ２方向に加工送りすることにより、封止材２３の内部に改質層２９ｂを形成する。
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に沿って往路及び復路で次々と実施した後、チャックテーブル１０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に沿って往路及び復路で次々と実施する。
改質層形成工程実施後、図６に示す分割装置５０を使用してWL-CSPウェーハ２７に外力を付与し、WL-CSPウェーハ２７を個々のデバイスチップ３１へと分割する分割工程を実施する。
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WL-CSPウェーハ２７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WL-CSPウェーハ２７の分割工程について図７を参照して説明する。図７（Ａ）に示すように、WL-CSPウェーハ２７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７（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WL-CSPウェーハ２７には放射状に引っ張り力が作用する。このようにWL-CSPウェーハ２７に放射状に引っ張り力が作用すると、分割予定ライン１３に沿ってデバイスウェーハ１１中に形成された改質層２９ａ及び封止材２３中に形成された改質層２９ｂが分割起点となってWL-CSPウェーハ２７が分割予定ライン１３に沿って図８の拡大断面図に示すように割断され、表面が封止材２３によって封止された個々のデバイスチップ３１に分割される。
１１ デバイスウェーハ
１３ 分割予定ライン
１４ 撮像ユニット
１５ デバイス
１６ レーザーヘッド（集光器）
２１ 金属ポスト
２３ 封止材
２５ バンプ
２７ WL-CSPウェーハ
２９，２９ａ，２９ｂ 改質層
３１ デバイスチップ
５０ 分割装置

Claims (2)

  1. 表面に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チップ領域にそれぞれデバイスが形成されたデバイスウェーハの表面が封止材で封止され、該封止材の該チップ領域にそれぞれ複数のバンプが形成されたウェーハの加工方法であって、
    該デバイスウェーハの表面側から露光時間を調整可能なエキスポジャーを備える赤外線撮像手段によって該封止材を透過して該デバイス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、該デバイスウェーハ及び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デバイスウェーハ又は該封止材の内部に位置付けて、該デバイス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、該デバイスウェーハ及び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、該デバイスウェーハ及び該封止材に外力を付与して該改質層を分割起点として表面が該封止材によって封止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、
    該封止材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し、
    該封止材はカーボンブラックを含み、
    該カーボンブラックの含有率は０．１質量％以上０．２質量％以下であ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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