KR102569623B1 - 웨이퍼의 가공 방법 - Google Patents

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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

(과제) 웨이퍼 표면에 피복된 카본 블랙을 함유하는 봉지재를 통하여 얼라인먼트 공정을 실시 가능한 웨이퍼의 가공 방법을 제공하는 것이다.
(해결 수단) 표면에 교차하여 형성된 복수의 분할 예정 라인에 의해 구획된 칩 영역에 각각 디바이스가 형성된 디바이스 웨이퍼의 표면이 봉지재로 봉지되고, 그 봉지재의 그 칩 영역에 각각 복수의 범프가 형성된 웨이퍼의 가공 방법으로서, 그 웨이퍼의 표면측으로부터 가시광 촬상 수단에 의해 그 봉지재를 투과하여 그 디바이스 웨이퍼의 표면측을 촬상하여 얼라인먼트 마크를 검출하고, 그 얼라인먼트 마크에 기초하여 레이저 가공해야 할 그 분할 예정 라인을 검출하는 얼라인먼트 공정과, 그 얼라인먼트 공정을 실시한 후, 그 웨이퍼의 표면측으로부터 그 분할 예정 라인을 따라 그 봉지재 및 그 디바이스 웨이퍼에 대해 흡수성을 갖는 파장의 레이저 빔을 조사하고, 어블레이션 가공에 의해 표면이 그 봉지재에 의해 봉지된 개개의 디바이스 칩으로 분할하는 분할 공정을 구비하고, 그 얼라인먼트 공정은, 그 가시광 촬상 수단에 의해 촬상하는 영역에 사광 수단에 의해 경사지게 광을 조사하면서 실시하는 것을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼의 가공 방법{WAFER PROCESSING METHOD}
본 발명은 WL-CSP 웨이퍼의 가공 방법에 관한 것이다.
WL-CSP (Wafer-level Chip Size Package) 웨이퍼란, 웨이퍼의 상태로 재배선층이나 전극 (금속 포스트) 을 형성 후, 표면측을 수지 봉지 (封止) 하고, 절삭 블레이드 등으로 각 패키지로 분할하는 기술로, 웨이퍼를 개편화한 패키지의 크기가 반도체 디바이스 칩의 크기가 되기 때문에, 소형화 및 경량화의 관점에서도 널리 채용되고 있다.
WL-CSP 웨이퍼의 제조 프로세스에서는, 복수의 디바이스가 형성된 디바이스 웨이퍼의 디바이스면측에 재배선층을 형성하고, 또한 재배선층을 통하여 디바이스 중의 전극에 접속하는 금속 포스트를 형성한 후, 금속 포스트 및 디바이스를 수지로 봉지한다.
이어서, 봉지재를 박화 (薄化) 함과 함께 금속 포스트를 봉지재 표면에 노출시킨 후, 금속 포스트의 단면에 전극 범프라고 불리는 외부 단자를 형성한다. 그 후, 절삭 장치 등으로 WL-CSP 웨이퍼를 절삭하여 개개의 CSP 로 분할한다.
반도체 디바이스를 충격이나 습기 등으로부터 보호하기 위해, 봉지재로 봉지하는 것이 중요하다. 통상, 봉지재로서, 에폭시 수지 중에 SiC 로 이루어지는 필러를 혼입한 봉지재를 사용함으로써, 봉지재의 열팽창률을 반도체 디바이스 칩의 열팽창률에 가깝게 하여, 열팽창률의 차에 의해 생기는 가열시의 패키지의 파손을 방지하고 있다.
WL-CSP 웨이퍼는, 일반적으로 절삭 장치를 사용하여 개개의 CSP 로 분할된다. 이 경우, WL-CSP 웨이퍼는, 분할 예정 라인을 검출하기 위해서 이용하는 디바이스가 수지로 덮여 있기 때문에, 표면측으로부터 디바이스의 타깃 패턴을 검출할 수 없다.
그 때문에, WL-CSP 웨이퍼의 수지 상에 형성된 전극 범프를 타깃으로 하여 분할 예정 라인을 산출하거나, 수지의 상면에 얼라인먼트용의 타깃을 인쇄하는 등을 하여 분할 예정 라인과 절삭 블레이드의 얼라인먼트를 실시하고 있었다.
그러나, 전극 범프나 수지 상에 인쇄된 타깃은 디바이스와 같이 고정밀도로는 형성되어 있지 않기 때문에, 얼라인먼트용의 타깃으로는 정밀도가 낮다는 문제가 있다. 따라서, 전극 범프나 인쇄된 타깃에 기초하여 분할 예정 라인을 산출했을 경우, 분할 예정 라인으로부터 벗어나 디바이스 부분을 절삭해 버릴 우려가 있었다.
그래서, 예를 들어 일본 공개특허공보 2013-74021호에서는, 웨이퍼의 외주에서 노출되는 디바이스 웨이퍼의 패턴을 기초로 얼라인먼트하는 방법이 제안되어 있다.
일본 공개특허공보 2013-074021호 일본 공개특허공보 2016-015438호
그러나, 일반적으로 웨이퍼의 외주에서는 디바이스 정밀도가 나빠, 웨이퍼의 외주에서 노출되는 패턴을 기초로 얼라인먼트를 실시하면, 분할 예정 라인과는 벗어난 위치에서 웨이퍼를 분할해 버릴 우려가 있는 데다가, 웨이퍼에 따라서는 디바이스 웨이퍼의 패턴이 외주에서 노출되어 있지 않은 것도 있다.
본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 점은, 웨이퍼 표면에 피복된 카본 블랙을 함유하는 봉지재를 통하여 얼라인먼트 공정을 실시 가능한 웨이퍼의 가공 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 표면에 교차하여 형성된 복수의 분할 예정 라인에 의해 구획된 칩 영역에 각각 디바이스가 형성된 디바이스 웨이퍼의 표면이 봉지재로 봉지되고, 그 봉지재의 그 칩 영역에 각각 복수의 범프가 형성된 웨이퍼의 가공 방법으로서, 그 웨이퍼의 표면측으로부터 가시광 촬상 수단에 의해 그 봉지재를 투과하여 그 디바이스 웨이퍼의 표면측을 촬상하여 얼라인먼트 마크를 검출하고, 그 얼라인먼트 마크에 기초하여 레이저 가공해야 할 그 분할 예정 라인을 검출하는 얼라인먼트 공정과, 그 얼라인먼트 공정을 실시한 후, 그 웨이퍼의 표면측으로부터 그 분할 예정 라인을 따라 그 봉지재 및 그 디바이스 웨이퍼에 대해 흡수성을 갖는 파장의 레이저 빔을 조사하고, 어블레이션 가공에 의해 표면이 그 봉지재에 의해 봉지된 개개의 디바이스 칩으로 분할하는 분할 공정을 구비하고, 그 얼라인먼트 공정은, 그 가시광 촬상 수단에 의해 촬상하는 영역에 사광 수단에 의해 경사지게 광을 조사하면서 실시하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 가공 방법이 제공된다.
본 발명의 웨이퍼의 가공 방법에 의하면, 사광 수단으로 경사지게 광을 조사하면서 가시광 촬상 수단에 의해 봉지재를 투과하여 디바이스 웨이퍼에 형성된 얼라인먼트 마크를 검출하고, 얼라인먼트 마크에 기초하여 얼라인먼트를 실시할 수 있도록 했으므로, 종래와 같이 웨이퍼의 표면의 외주 부분의 봉지재를 제거하는 일 없이 간단하게 얼라인먼트 공정을 실시할 수 있다.
따라서, 웨이퍼의 표면측으로부터 봉지재 및 디바이스 웨이퍼에 대해 흡수성을 갖는 파장의 레이저 빔을 분할 예정 라인을 따라 조사하고, 어블레이션 가공에 의해 웨이퍼를 개개의 디바이스 칩으로 분할할 수 있다.
도 1(A) 는 WL-CSP 웨이퍼의 분해 사시도, 도 1(B) 는 WL-CSP 웨이퍼의 사시도이다.
도 2 는, WL-CSP 웨이퍼의 확대 단면도이다.
도 3 은, WL-CSP 웨이퍼를 외주부가 환상 (環狀) 프레임에 장착된 다이싱 테이프에 첩착 (貼着) 하는 모습을 나타내는 사시도이다.
도 4 는, 얼라인먼트 공정을 나타내는 단면도이다.
도 5(A) 는 분할 공정을 나타내는 단면도, 도 5(B) 는 분할 공정을 나타내는 확대 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1(A) 를 참조하면, WL-CSP 웨이퍼 (27) 의 분해 사시도가 나타나 있다. 도 1(B) 는 WL-CSP 웨이퍼 (27) 의 사시도이다.
도 1(A) 에 나타낸 바와 같이, 디바이스 웨이퍼 (11) 의 표면 (11a) 에는 격자상으로 형성된 복수의 분할 예정 라인 (스트리트) (13) 에 의해 구획된 각 영역에 LSI 등의 디바이스 (15) 가 형성되어 있다.
디바이스 웨이퍼 (이하, 간단히 웨이퍼라고 약칭하는 경우가 있다) (11) 는 미리 이면 (11b) 이 연삭되어 소정의 두께 (100 ∼ 200 ㎛ 정도) 로 박화된 후, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 디바이스 (15) 중의 전극 (17) 에 전기적으로 접속된 복수의 금속 포스트 (21) 를 형성한 후, 웨이퍼 (11) 의 표면 (11a) 측을 금속 포스트 (21) 가 매설하도록 봉지재 (23) 로 봉지한다.
봉지재 (23) 로는, 질량％ 로 에폭시 수지 또는 에폭시 수지 + 페놀 수지 10.3 ％, 실리카 필러 8.53 ％, 카본 블랙 0.1 ∼ 0.2 ％, 그 밖의 성분 4.2 ∼ 4.3 ％ 를 함유하는 조성으로 하였다. 그 밖의 성분으로는, 예를 들어, 금속 수산화물, 삼산화안티몬, 이산화규소 등을 함유한다.
이와 같은 조성의 봉지재 (23) 로 웨이퍼 (11) 의 표면 (11a) 을 피복하여 웨이퍼 (11) 의 표면 (11a) 을 봉지하면, 봉지재 (23) 중에 매우 소량 함유되어 있는 카본 블랙에 의해 봉지재 (23) 가 흑색이 되기 때문에, 봉지재 (23) 를 통하여 웨이퍼 (11) 의 표면 (11a) 을 보는 것은 통상 곤란하다.
여기서 봉지재 (23) 중에 카본 블랙을 혼입시키는 것은, 주로 디바이스 (15) 의 정전 파괴를 방지하기 위해서이고, 현재로는 카본 블랙을 함유하지 않는 봉지재는 시판되어 있지 않다.
다른 실시형태로서, 디바이스 웨이퍼 (11) 의 표면 (11a) 상에 재배선층을 형성한 후, 재배선층 상에 디바이스 (15) 중의 전극 (17) 에 전기적으로 접속된 금속 포스트 (21) 를 형성하도록 해도 된다.
이어서, 단결정 다이아몬드로 이루어지는 바이트 절삭 공구를 갖는 평면 절삭 장치 (서피스 플레이너) 나 그라인더라고 불리는 연삭 장치를 사용하여 봉지재 (23) 를 박화한다. 봉지재 (23) 를 박화한 후, 예를 들어 플라즈마 에칭에 의해 금속 포스트 (21) 의 단면을 노출시킨다.
이어서, 노출된 금속 포스트 (21) 의 단면에 잘 알려진 방법에 의해 솔더 등의 금속 범프 (25) 를 형성하여, WL-CSP 웨이퍼 (27) 가 완성된다. 본 실시형태의 WL-CSP 웨이퍼 (27) 에서는, 봉지재 (23) 의 두께는 100 ㎛ 정도이다.
WL-CSP 웨이퍼 (27) 를 레이저 가공 장치로 가공함에 있어서, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 바람직하게는, WL-CSP 웨이퍼 (27) 를 외주부가 환상 프레임 (F) 에 첩착된 점착 테이프로서의 다이싱 테이프 (T) 에 첩착한다. 이로써, WL-CSP 웨이퍼 (27) 는 다이싱 테이프 (T) 를 개재하여 환상 프레임 (F) 에 지지된 상태가 된다.
그러나, WL-CSP 웨이퍼 (27) 를 레이저 가공 장치로 가공함에 있어서, 환상 프레임 (F) 을 사용하지 않고, WL-CSP 웨이퍼 (27) 의 이면에 점착 테이프를 첩착하는 형태이어도 된다.
본 발명의 웨이퍼의 가공 방법에서는, 먼저, WL-CSP 웨이퍼 (27) 의 표면측으로부터 가시광 촬상 수단에 의해 봉지재 (23) 를 통하여 디바이스 웨이퍼 (11) 의 표면 (11a) 을 촬상하여, 디바이스 웨이퍼 (11) 의 표면에 형성되어 있는 적어도 2 개의 타깃 패턴 등의 얼라인먼트 마크를 검출하고, 이들 얼라인먼트 마크에 기초하여 레이저 가공해야 할 분할 예정 라인 (13) 을 검출하는 얼라인먼트 공정을 실시한다.
이 얼라인먼트 공정에 대해, 도 4 를 참조하여 상세하게 설명한다. 얼라인먼트 공정을 실시하기 전에, 웨이퍼 (11) 의 이면 (11b) 측을 외주부가 환상 프레임 (F) 에 장착된 다이싱 테이프 (T) 에 첩착한다.
얼라인먼트 공정에서는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 다이싱 테이프 (T) 를 개재하여 레이저 가공 장치의 척 테이블 (10) 로 WL-CSP 웨이퍼 (27) 를 흡인 유지하고, 디바이스 웨이퍼 (11) 의 표면 (11a) 을 봉지하고 있는 봉지재 (23) 를 상방으로 노출시킨다. 그리고, 클램프 (12) 로 환상 프레임 (F) 을 클램프하여 고정시킨다.
얼라인먼트 공정에서는, 가시광 촬상 유닛 (26) 의 CCD 등의 촬상 소자로 WL-CSP 웨이퍼 (27) 의 표면을 촬상한다. 그러나, 봉지재 (23) 중에는 실리카 필러, 카본 블랙 등의 성분이 함유되어 있고, 또한 봉지재 (23) 의 표면에는 요철이 있기 때문에, 가시광 촬상 유닛 (26) 의 수직 조명에서는 봉지재 (23) 를 투과하여 디바이스 웨이퍼 (11) 의 표면 (11a) 을 촬상해도, 촬상 화상이 초점이 맞지 않아 흐려져, 타깃 패턴 등의 얼라인먼트 마크를 검출하는 것이 곤란하다.
그래서, 본 실시형태의 얼라인먼트 공정에서는, 가시광 촬상 유닛 (26) 의 수직 조명에 더하여 사광 수단 (28) 으로부터 촬상 영역에 경사지게 광을 조사하여, 촬상 화상의 초점이 맞지 않아 흐려지는 것을 개선하여, 얼라인먼트 마크의 검출을 가능하게 하고 있다.
사광 수단 (28) 으로부터 조사하는 광은 백색광이 바람직하고, WL-CSP 웨이퍼 (27) 의 표면에 대한 입사각은 30°∼ 60°의 범위 내가 바람직하다. 바람직하게는, 가시광 촬상 유닛 (26) 은, 노광 시간 등을 조정할 수 있는 익스포저를 구비하고 있다.
이어서, 이들 얼라인먼트 마크를 연결한 직선이 가공 이송 방향과 평행이 되도록 척 테이블 (10) 을 θ 회전하고, 또한 얼라인먼트 마크와 분할 예정 라인 (13) 의 중심의 거리만큼 도 5 에 나타내는 척 테이블 (10) 을 가공 이송 방향 X1 과 직교하는 방향으로 이동함으로써, 레이저 가공해야 할 분할 예정 라인 (13) 을 검출한다.
얼라인먼트 공정을 실시한 후, 도 5(A) 에 나타내는 바와 같이, WL-CSP 웨이퍼 (27) 의 표면측으로부터 분할 예정 라인 (13) 을 따라 레이저 가공 장치의 레이저 헤드 (집광기) (16) 로부터 봉지재 (23) 및 디바이스 웨이퍼 (11) 에 대해 흡수성을 갖는 파장 (예를 들어, 355 ㎚) 의 레이저 빔 (LB) 을 조사하고, 어블레이션 가공에 의해, 도 5(B) 에 나타내는 바와 같은 레이저 가공 홈 (29) 을 형성하고, WL-CSP 웨이퍼 (27) 를 표면이 봉지재 (23) 로 봉지된 개개의 디바이스 칩 (CSP) (31) 으로 분할한다.
이 분할 공정을, 제 1 방향으로 신장하는 분할 예정 라인 (13) 을 따라 차례차례로 실시한 후, 척 테이블 (10) 을 90°회전하고, 제 1 방향에 직교하는 제 2 방향으로 신장하는 분할 예정 라인 (13) 을 따라 차례차례로 실시함으로써, 도 5(B) 에 나타낸 바와 같이, WL-CSP 웨이퍼 (27) 를 표면이 봉지재 (23) 에 의해 봉지된 개개의 CSP (31) 로 분할할 수 있다.
이와 같이 하여 제조한 디바이스 칩 (CSP) (31) 은, CSP (31) 의 표리를 반전하여 범프 (25) 를 마더보드의 도전 패드에 접속하는 플립 칩 본딩에 의해, 마더보드에 실장할 수 있다.
11 디바이스 웨이퍼
13 분할 예정 라인
15 디바이스
16 레이저 헤드 (집광기)
21 금속 포스트
23 봉지재
25 범프
26 가시광 촬상 수단 (가시광 촬상 유닛)
27 WL-CSP 웨이퍼
28 사광 수단
31 디바이스 칩 (CSP)

Claims (1)

  1. 표면에 교차하여 형성된 복수의 분할 예정 라인에 의해 구획된 칩 영역에 각각 디바이스가 형성된 디바이스 웨이퍼의 표면이 봉지재로 봉지되고, 상기 봉지재의 상기 칩 영역에 각각 복수의 범프가 형성된 웨이퍼의 가공 방법으로서,
    상기 디바이스 웨이퍼의 표면측으로부터 가시광 촬상 수단에 의해 상기 봉지재를 투과하여 상기 디바이스 웨이퍼의 표면측을 촬상하여 얼라인먼트 마크를 검출하고, 상기 얼라인먼트 마크에 기초하여 레이저 가공해야 할 상기 분할 예정 라인을 검출하는 얼라인먼트 공정과,
    상기 얼라인먼트 공정을 실시한 후, 상기 디바이스 웨이퍼의 표면측으로부터 상기 분할 예정 라인을 따라 상기 봉지재 및 상기 디바이스 웨이퍼에 대해 흡수성을 갖는 파장의 레이저 빔을 조사하고, 어블레이션 가공에 의해 표면이 상기 봉지재에 의해 봉지된 개개의 디바이스 칩으로 분할하는 분할 공정을 구비하고,
    상기 얼라인먼트 공정은, 상기 가시광 촬상 수단에 의해 촬상하는 영역에 사광 수단에 의해 경사지게 광을 조사하면서 실시하고,
    상기 봉지재는, 카본 블랙을 함유하고,
    상기 카본 블랙의 함유율은, 0.1 질량％ 이상 0.2 질량％ 이하이고,
    상기 얼라인먼트 공정에서는, 상기 가시광 촬상 수단의 수직 조명과 상기 사광 수단으로부터의 상기 광을, 상기 가시광 촬상 수단에 의해 촬상하는 영역에 조사하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 가공 방법.
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