JP6837709B2 - デバイスウェーハのレーザ加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハや光デバイスウェーハ等のウェーハの表面に水溶性の保護膜を被覆してから、レーザビームによりアブレーション加工を施すウェーハの加工方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ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シリコンウェーハ、サファイアウェーハ等のウェーハは、加工装置によって個々のデバイスチップに分割され、分割されたデバイスチップは携帯電話、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。

ウェーハの分割には、ダイサーと呼ばれる切削装置を用いたダイシング方法が広く採用されている。ダイシング方法では、ダイヤモンド等の砥粒を金属や樹脂で固めて厚さ３０μｍ程度とした切削ブレードを、３００００ｒｐｍ程度の高速で回転させつつウェーハへと切り込ませることでウェーハを切削し、個々のデバイスチップへと分割する。

一方、近年では、ウェーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームをウェーハに照射することでレーザ加工溝を形成し、このレーザ加工溝に沿ってブレーキング装置でウェーハを割断して個々のデバイスチップへと分割する方法が提案されている。

レーザ加工装置によるレーザ加工溝の形成は、ダイサーによるダイシング方法に比べて加工速度を早くすることができるとともに、サファイアやＳｉＣ等の硬度の高い素材からなるウェーハであっても比較的容易に加工することができる。

また、加工溝を例えば１０μｍ以下等の狭い幅とすることができるので、ダイシング方法で加工する場合に対してウェーハ１枚当たりのデバイスチップ取り量を増やすことができる。

ところが、ウェーハにパルスレーザビームを照射すると、パルスレーザビームが照射された領域に熱エネルギーが集中してデブリが発生する。このデブリがデバイス表面に付着するとデバイスの品質を低下させるという問題が生じる。

そこで、例えば特開２００６−１４０３１１号公報には、このようなデブリによる問題を解消するために、ウェーハの加工面にＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）等の水溶性樹脂を塗布して保護膜を被覆し、この保護膜を通してウェーハにパルスレーザビームを照射するようにしたレーザ加工装置が提案されている。

特開２００８−１２６３０２号公報 特開２００６−１４０３１１号公報

ところが、ＰＶＡの水溶液、ＰＥＧの水溶液等の液状樹脂の水溶液は、かさばるため、持ち運びや輸送、管理にコストがかかり、製造されるデバイスチップのコストもかさむという問題がある。

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、従来に比べて製造コストを抑制することが可能なデバイスウェーハのレーザ加工方法を提供することである。

本発明によると、交差する複数の加工予定ラインと該加工予定ラインで区画された各領域にそれぞれデバイスが形成された表面を有するデバイスウェーハにレーザビームを照射して加工するデバイスウェーハのレーザ加工方法であって、デバイスウェーハの表面に水と粉末状の保護膜剤とを供給し、粉末状の保護膜剤が溶解した保護膜剤水溶液で該表面を覆う被覆ステップと、該被覆ステップを実施した後、該保護膜剤水溶液の水分を蒸発させて該表面に保護膜を形成する保護膜形成ステップと、該保護膜形成ステップを実施した後、該加工予定ラインに沿ってデバイスウェーハに対して吸収性を有する波長のレーザビームを照射して、該加工予定ラインに沿ったレーザ加工溝を形成するレーザ加工ステップと、を備えたことを特徴とするデバイスウェーハのレーザ加工方法が提供される。

本発明のデバイスウェーハのレーザ加工方法では、デバイスウェーハの表面に水と粉末状の保護膜剤を供給して保護膜剤水溶液でデバイスウェーハ表面を被覆した後、保護膜剤水溶液の水分を蒸発させて保護膜を形成する。

粉末状の保護膜剤と水とを保護膜剤水溶液形成時に混合して保護膜剤水溶液でウェーハの表面を被覆するため、粉末状の保護膜剤は従来の液状樹脂からなる保護膜剤に比べてかさばらず、持ち運びや輸送、管理が容易となり、従来に比べて製造コストを抑えることができる。

デバイスウェーハの表面側斜視図である。 デバイスウェーハの表面に粉末状の保護膜剤と水を供給して保護膜剤水溶液でデバイスウェーハの表面を覆う被覆ステップを示す斜視図である。 デバイスウェーハの表面を保護膜剤水溶液で覆った状態を示す断面図である。 保護膜剤水溶液の水分を蒸発させてデバイスウェーハの表面に保護膜を形成した状態の断面図である。 レーザ加工ステップを示す一部断面側面図である。 切削ステップを示す一部断面側面図である。

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、半導体ウェーハ、光デバイスウェーハ等のデバイスウェーハ１１の表面側斜視図が示されている。デバイスウェーハ１１の表面１１ａには格子状に複数の加工予定ライン１３が形成されており、加工予定ライン１３で区画された各領域にそれぞれ半導体デバイス、光デバイス等のデバイス１５が形成されている。１１ｂはデバイスウェーハ１１の裏面である。

本発明のデバイスウェーハのレーザ加工方法では、まず図２に示すように、デバイスウェーハ１１の表面１１ａに粉末状の保護膜剤１４を矢印Ａに示すように供給して表面１１ａを粉末状の保護膜剤１４で一様に被覆する。

これと同時に、或いは粉末状の保護膜剤１４の供給と相前後して、ノズル１２から純水、市水等の水１６をデバイスウェーハ１１の表面１１ａに供給して、図３に示すように、デバイスウェーハ１１の表面１１ａを粉末状の保護膜剤１４が溶解された保護膜剤水溶液１８で被覆する。ここで、粉末状の保護膜剤１４の供給は水１６の供給と同時でもよいし、保護膜剤１４を供給してから水１６を供給してもよいし、その逆の順序でもよい。

粉末状の保護膜剤１４としては、水に溶解させて塗付・乾燥して保護膜を形成し得るものであれば特に限定されず、例えば、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキサイド、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリアクリル酸、ポリグリセリン等を例示することができ、これらの樹脂を粉末状にしたものを利用可能である。

本実施形態では、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の粉末タイプを使用した。ポリビニルアルコールは、酢酸ビニルモノマーを重合し、得られたポリ酢酸ビニル樹脂をケン化することにより製造することができる。ポリビニルアルコールは水によく溶解する水溶性樹脂であり、油にはほとんど溶解しない。

粉末状の保護膜剤が溶解された保護膜剤水溶液１８でデバイスウェーハ１１の表面１１ａを覆う被覆ステップを実施した後、保護膜剤水溶液１８の水分を蒸発させて、図４に示すようなデバイスウェーハ１１の表面１１ａに保護膜２０を形成する保護膜形成ステップを実施する。

この保護膜形成ステップでは、例えば、保護膜剤水溶液１８を６０℃〜７０℃で加熱して粉末状保護膜剤１４を水中に溶解させると共に、保護膜剤水溶液１８中の水分を蒸発させて保護膜２０を形成する。

加熱温度としては、１００℃に達しない温度が好ましい。多少時間はかかるが、保護膜剤水溶液１８でデバイスウェーハ１１の表面１１ａを覆う被覆ステップを実施した後、自然乾燥させて保護膜２０を形成するようにしてもよい。

保護膜形成ステップを実施した後、加工予定ライン１３に沿ってデバイスウェーハ１１に対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍの波長）のパルスレーザビームを照射して、加工予定ライン１３に沿ってアブレーション加工によりレーザ加工溝を形成するレーザ加工ステップを実施する。

このレーザ加工ステップでは、図５に示すように、表面１１ａに保護膜２０の形成されたデバイスウェーハ１１をレーザ加工装置のチャックテーブル２２で吸引保持し、レーザビームを照射するレーザビーム照射ユニットの集光器２４と第１の方向に伸長する加工予定ライン１３との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、従来公知のレーザビーム照射位置のアライメントを遂行する。第１の方向に伸長する加工予定ライン１３に直交する第２の方向に伸長する加工予定ライン１３についても同様なアライメントを遂行する。

アライメント実施後、チャックテーブル２２を移動して第１の方向に伸長する所定の加工予定ライン１３の加工開始位置を集光器２４の直下に位置付け、集光器２４でパルスレーザビームＬＢを水溶性保護膜２０を介してウェーハ１１の表面１１ａに集光する。

このように集光器２４でパルスレーザビームＬＢを水溶性保護膜２０を介してウェーハ１１の表面に集光しながら、チャックテーブル２２を所定の送り速度（例えば１００ｍｍ／ｓ）で矢印Ｘ１方向に移動しながら、加工予定ライン１３に沿ってレーザ加工溝を形成する。

チャックテーブル２２を矢印Ｘ１方向に直交する方向に加工予定ライン１３のピッチずつ割り出し送りしながら、第１の方向に伸長する全ての加工予定ラインに沿って同様なレーザ加工溝を形成する。次いで、チャックテーブル２２を９０°回転してから、第２の方向に伸長する加工予定ライン１３についてもアブレーション加工により同様なレーザ加工溝を形成する。

レーザ加工ステップを実施すると、レーザビームの照射によってデブリが発生するが、このデブリは水溶性保護膜２０によって遮断され、デバイス１５の電子回路及びバンプ等に付着することはない。

ここで、半導体ウェーハの表面に形成された半導体デバイスは、金属配線が何層にも積層されて信号を伝達しており、各金属配線管は主にＳｉＯ_２から形成された層間絶縁膜により絶縁されている。

近年、構造の微細化に伴い、配線間距離が近くなり、近接する配線間の電気容量は大きくなってきている。これに起因して信号の遅延が発生し、消費電力が増加するという問題が顕著になってきている。

デバイス（回路）形成時に各層間を絶縁する層間絶縁膜として従来は主にＳｉＯ_２絶縁膜を採用していたが、各層間の寄生容量を軽減すべく、最近になりＳｉＯ_２絶縁膜より誘電率の低い低誘電率絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）が採用されるようになってきている。

Ｌｏｗ−ｋ膜としては、ＳｉＯ_２膜（誘電率ｋ＝４．１）よりも誘電率が低い（例えば、ｋ＝２．５乃至３．６程度）材料、例えばＳｉＯＣ，ＳｉＬＫ等の無機物系の膜、ポリイミド系、パリレン系、ポリテトラフルオロエチレン系等のポリマー膜である有機物系の膜、及びメチル含有ポリシロキサン等のポーラスシリカ膜を挙げることができる。

このようなＬｏｗ−ｋ膜を層間絶縁膜とを使用したデバイスウェーハ１１の加工予定ライン１３に沿っての加工では、切削ブレードにより加工予定ラインに沿って切削すると、Ｌｏｗ−ｋ膜は雲母のように非常に脆いことから層間絶縁膜を含む積層体が剥離するという問題が生じる。

この問題を解決するために、本発明実施形態のレーザ加工ステップのように、加工予定ライン１３に沿ってデバイスウェーハ１１に対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームＬＢを照射して、加工予定ライン１３に沿ってアブレーション加工によりレーザ加工溝を形成する実施形態が好ましい。

レーザ加工ステップ実施後、通常レーザ加工装置に装備されているスピンナー洗浄装置までデバイスウェーハ１１を搬送し、スピンナー洗浄装置の洗浄水ノズルから純水を噴射しながらウェーハ１１を低速回転させてウェーハ１１を洗浄し、水溶性保護膜２０を除去する。洗浄後のデバイスウェーハ１１はスピン乾燥する。

レーザ加工ステップ実施後、デバイスウェーハ１１を外周部が環状フレームＦに貼着されたダイシングテープＴに貼着してフレームユニットを形成する。そして、このフレームユニットを図６に示すように、切削装置のチャックテーブル２６上に載置し、デバイスウェーハ１１をダイシングテープＴを介してチャックテーブル２６で吸引保持すると共に、環状フレームＦをクランプ２８でクランプして固定する。

そして、矢印Ｒ１方向に高速回転する切削ブレード３０をダイシングテープＴに達するまでデバイスウェーハ１１に切り込ませ、チャックテーブル２６を矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、レーザ加工溝に沿ってデバイスウェーハ１１を切削して、デバイスウェーハ１１を個々のデバイスチップに分割する。

デバイスウェーハ１１の分割ステップは、切削ブレード３０による切削に限られるものではなく、レーザ加工溝の形成されたデバイスウェーハをブレーキング装置に装着して、デバイスウェーハ１１に外力を付与することにより、デバイスウェーハ１１を個々のデバイスチップに分割するようにしてもよい。

上述した本発明実施形態のデバイスウェーハのレーザ加工方法によると、デバイスウェーハ１１の表面１１ａに水と粉末状の保護膜剤１４を供給して保護膜剤水溶液１８でデバイスウェーハ１１の表面１１ａを被覆した後、保護膜剤水溶液１８の水分を蒸発させて保護膜２０を形成する。

ＰＶＡ等の水溶性保護膜剤を粉末状にして保護膜を形成する現場まで輸送し、現場で粉末状保護膜剤１４と水１６とを混合して保護膜剤水溶液１８をデバイスウェーハ１１の表面１１ａに塗布するため、粉末状保護膜剤１４は従来の液状樹脂に比べてかさばらず、輸送、管理が容易となり、従来に比べて製造コストを抑制することができる。

１１ デバイスウェーハ
１２ ノズル
１３ 加工予定ライン
１４ 粉末状保護膜剤
１５ デバイス
１６ 水
１８ 保護膜剤水溶液
２０ 保護膜
２４ 集光器
３０ 切削ブレード

Claims (1)

1. 交差する複数の加工予定ラインと該加工予定ラインで区画された各領域にそれぞれデバイスが形成された表面を有するデバイスウェーハにレーザビームを照射して加工するデバイスウェーハのレーザ加工方法であって、
   デバイスウェーハの表面に水と粉末状の保護膜剤とを供給し、粉末状の保護膜剤が溶解した保護膜剤水溶液で該表面を覆う被覆ステップと、
   該被覆ステップを実施した後、該保護膜剤水溶液の水分を蒸発させて該表面に保護膜を形成する保護膜形成ステップと、
   該保護膜形成ステップを実施した後、該加工予定ラインに沿ってデバイスウェーハに対して吸収性を有する波長のレーザビームを照射して、該加工予定ラインに沿ったレーザ加工溝を形成するレーザ加工ステップと、
   を備えたことを特徴とするデバイスウェーハのレーザ加工方法。