JP2021068778A - 被加工物の加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チップの切削溝の内壁面と表面を保護膜層で保護する技術を提供する。【解決手段】保護膜形成装置５０において、表面１ａに分割予定ラインが設定され、裏面に金属膜が積層されたウェーハ１の加工方法であって、ウェーハの表面に分割予定ラインに沿って金属膜に至らない溝を形成する溝形成ステップと、溝に浸入する粘度の第一保護剤でウェーハの表面と溝の内壁面を被覆する第一保護膜を形成する第一保護膜形成ステップと、第二保護剤でウェーハの少なくとも表面を被覆する第二保護膜を形成する第二保護膜形成ステップと、第二保護膜形成ステップを実施した後、被加工物に対して吸収性を有する波長のレーザービームをウェーハの表面側から溝に沿って照射して金属膜を分断するレーザー加工ステップと、を含む。【選択図】図５

Description

本発明は、表面に分割予定ラインが設定され、裏面に金属膜が積層される半導体ウェーハの加工方法に関する。

従来、例えば特許文献１に開示されるように、裏面に金属膜が形成された半導体ウェーハについて、表面について切削ブレードにより切削溝を形成する切削ステップと、表面及び切削溝を保護膜で被覆する保護膜形成ステップと、金属膜に対してレーザービームを照射してウェーハ及び金属膜を分断するレーザー加工ステップと、洗浄により保護膜を除去する保護膜除去ステップを有する加工方法が知られている。

この加工方法によれば、レーザービームが金属膜に照射されて発生した金属デブリは、保護膜に付着して保護膜とともに除去することができ、デバイス側に残存させないようにすることができる。

特開２０１８−７８１６２号公報

しかしながら、切削溝の溝幅が狭いことなどが原因で、保護剤が切削溝に十分に浸入し難いこともあり、切削溝の内壁面に保護膜が形成され難いということが確認された。

ここで、粘度の低い保護剤を使用することによれば、切削溝に保護剤が浸入されやすくなることが考えられる。

しかしながら、粘度の低い保護剤の場合には、十分な厚みの保護膜層をウェーハの表面に形成することが難しく、また、切削溝の縁部分において保護膜が溶解や剥離してウェーハ表面が露出し、露出した部分に金属デブリが付着してしまう恐れがある。

そして、このように金属デブリが露出箇所に付着すると、チップの側面（切削溝の内壁面）や、表面のデバイスを損傷させてしまう恐れがある。

本発明は以上の問題に鑑み、チップの側面（切削溝の内壁面）と表面を保護膜層で保護する技術について、新規な方法を提案するものである。

本発明の一態様によれば、
表面に分割予定ラインが設定され、裏面に金属膜が積層された被加工物の加工方法であって、
該被加工物の該表面に該分割予定ラインに沿って該金属膜に至らない溝を形成する溝形成ステップと、
該溝形成ステップを実施した後、該溝に浸入する粘度の第一保護剤で被加工物の該表面と該溝の内壁面を被覆する第一保護膜を形成する第一保護膜形成ステップと、
該第一保護膜形成ステップを実施した後、第二保護剤で被加工物の少なくとも該表面を被覆する第二保護膜を形成する第二保護膜形成ステップと、
該第二保護膜形成ステップを実施した後、被加工物に対して吸収性を有する波長のレーザービームを被加工物の該表面側から該溝に沿って照射して該金属膜を分断するレーザー加工ステップと、を含む被加工物の加工方法とする。

また、本発明の一態様によれば、
該第二保護剤の粘度は、該第一保護剤の粘度よりも高い、こととする。

本発明の一態様によれば、
該第一保護剤と、該第二保護剤は同一のものである、こととする。

本発明の一態様によれば、
該レーザ加工ステップを実施した後、該第一保護膜と該第二保護膜とを除去する除去ステップを更に含む、こととする。

本発明の構成によれば、被加工物の表面や溝の内壁面を二重の保護膜で確実に保護することができ、レーザー加工により生じる金属デブリが被加工物の表面や溝の内壁面に付着することを防止することができる。

本発明により加工される被加工物の一例としての半導体ウェーハを示す図である。 表面側溝形成ステップを実施するための加工装置の例について説明する図である。 （Ａ）は溝が形成された後の被加工物の断面図である。（Ｂ）は表面親水化ステップについて説明する図である。 第一の保護膜にて被覆した状態の被加工物の断面図である。 保護膜形成装置の一部側面断面図である。 （Ａ）は第二の保護膜にて被覆した状態の被加工物の断面図である。（Ｂ）はレーザー加工ステップによりレーザー加工溝が形成された状態について説明する図である。 レーザー加工ステップについて説明する図である。 保護膜除去ステップ後の被加工物の断面図である。 （Ａ）は同一の保護剤で二重の保護膜を形成する例について示す図である。（Ｂ）は（Ａ）においてレーザー加工溝を形成した例について示す図である。

以下本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明により加工される被加工物の一例としての半導体ウェーハを示す図である。

ウェーハ１の表面１ａは、互いに交差する複数の分割予定ライン３（ストリート）にて区画され、各領域にはＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ−Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）等のデバイス５が形成されている。この分割予定ライン３に沿ってウェーハ１を分割することで、個々のデバイスチップに個片化されることが予定されている。

ウェーハ１の裏面１ｂには、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等から形成された金属膜２１が形成されている。金属膜２１は、例えば、電極やヒートシンク等として利用されるものである。

ウェーハ１の裏面１ｂは、テープ７の上側の粘着層に貼着される。また、テープ７の粘着層には、ウェーハ１を取り囲むように環状のフレーム９が貼着され、ウェーハ１とフレーム９が一体化されることで、ウェーハユニット１１が形成される。

なお、本発明は、ウェーハの表面にデバイスが形成されないものについても、適用することが可能である。

以上のウェーハ１を被加工物として、以下のステップが実行される。
＜表面側溝形成ステップ＞
図２、及び、図３（Ａ）に示すように、ウェーハ１の表面１ａに対し、分割予定ライン３に沿って金属膜２１に到達しない深さの溝３０を形成する。

本実施例では、図２に示すように、高速回転する切削ブレード６６により分割予定ライン３に沿って切削加工することで、溝３０が形成されることとしている。なお、切削ブレード６６による切削加工により溝３０（切削溝）を形成することとする他、レーザービームを照射することで溝が形成されることとしてもよい。

図３（Ａ）に示すように、ウェーハ１の基板１ｋの表面１ａには、デバイス５が形成されており、ウェーハ１の基板１ｋの裏面１ｂには、金属膜２１が形成され、金属膜２１がテープ７に貼着されている。

図３（Ａ）に示すように、溝３０は、ウェーハ１の基板１ｋの厚み方向に形成され、分割予定ライン３に沿って形成されるものであり、各溝３０の間にデバイス５が配置されるようになっている。

なお、溝３０の底面３０ｂにおける基板１ｋの切り残し部の厚みは特に限定はないが、後のステップでのハンドリング性を考慮して３０〜５０μｍ程度の切り残し部を残存させるのが好ましい。

＜表面親水化ステップ＞
表面側溝形成ステップに続き、図３（Ｂ）に示すように、表面の親水化処理を実施することが好ましい。
具体的には、ウェーハ１の表面１ａに対し、紫外線照射体４６から、波長１８４ｎｍ、２５４ｎｍの紫外線を同時に、あるいは、順番に照射する。波長１８４ｎｍの紫外線により待機中の酸素が分解されてオゾン層を生成させる。生成されたオゾンは波長２５４ｎｍの紫外線によって分解されて活性酸素を生成させる。生成された活性酸素がワーク１の表面１ａに作用して親水性が向上する。また、これと同時に、表面１ａに付着していた油分等の有機化合物も、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２、ＮＯ等になり、ウェーハ１の表面１ａから揮発して除去される。

紫外線照射体４６としては、例えば、波長１８４ｎｍ、２５４ｎｍに二つのピークを有する低圧水銀ランプや、それぞれ波長１８４ｎｍ、２５４ｎｍを有するＬＥＤランプを利用することができる。また、紫外線照射に変えて、プラズマ照射により親水化処理を行うこととしてもよい。プラズマ生成用ガスとしてはアルゴンと水ガスの混合気体を用いることができる。

＜第一保護膜形成ステップ＞
次に、図４、及び、図５に示すように、ウェーハ１の表面１ａに対し、一層目の保護膜４１を形成するための、第一保護膜形成ステップを実施する。

図４では、ウェーハ１の表面１ａ、及び、デバイス５の表面が、第一保護膜４１で被覆されるとともに、溝３０の内壁面３０ａ、及び、底面３０ｂが、第一保護膜４１にて被覆されることが示されている。

図５は、第一保護膜４１を形成するための保護膜形成装置５０の一部側面断面図である。
保護膜形成装置５０は、スピンナテーブル機構５４と、スピンナテーブル機構５４を包囲するように配設される液体受け機構５６を具備している。

スピンナテーブル機構５４は、ウェーハ１を吸引保持するスピンナテーブル（保持テーブル）５８と、スピンナテーブル５８を支持する支持部材６０と、支持部材６０を介してスピンナテーブル５８を回転駆動する電動モータ６２と、を有して構成される。

スピンナテーブル５８にはクランプ４４が設けられ、スピンナテーブル５８が回転されるとこれらのクランプ４４が遠心力で揺動し、図１に示す環状のフレーム９をクランプして保持する。

液体受け機構５６は、液体受け容器５６ａと、支持部材６０に装着されたカバー部材５６ｂとを有して構成され、保護膜は、洗浄液などの液体を受けるとともに、図示せぬ排出経路を通じて排液が排出されるように構成される。

液体受け容器５６ａで囲まれる空間内には、第一保護剤４０を吐出するための第一保護剤吐出ノズル７０が設けられている。第一保護剤吐出ノズル７０は、略Ｌ字形状のアーム７１の先端に形成されており、アーム７１の他端は電動モータ７２によって揺動されるようになっている。アーム７１は、保護膜供給路７３、及び、開閉制御弁７４を通じて保護膜供給源７５に接続されている。

以上のように構成する保護膜形成装置５０を用い、ウェーハ１を所定の速度で回転させるとともに、ウェーハ１の中心箇所に向けて第一保護剤４０を吐出すると、遠心力によって半径方向に第一保護剤４０が拡がって、ウェーハ１の表面１ａの全面が第一保護剤４０によって被覆される（スピンコート）。

また、第一保護剤４０が拡がる過程において、第一保護剤４０が溝３０に浸入し、図４に示すように、溝３０の内壁面３０ａ、及び、底面３０ｂが、第一保護膜４１にて被覆される。

第一保護膜４１を形成するための第一保護剤４０は、例えばＰＶＰ（ポリビニルピロリドン）やＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などの水溶性の液状樹脂である。

ここで、第一保護剤４０の粘度は、溝３０内に確実に浸入することが可能な値に設定されることが好ましく、例えば、１ｃＰから２０ｃＰの間の値を選定することができ、一例としては８ｃＰである。

＜第二保護膜形成ステップ＞
次に、図６（Ａ）に示すように、ウェーハの表面に形成された第一保護剤４１の上に、二層目となる第二保護膜４２を形成するための、第二保護膜形成ステップを実施する。

図５に示すように、上述した保護膜形成装置５０には、第一保護剤吐出ノズル７０の他に、第二保護膜４２（図６（Ａ））を形成するための第二保護剤を吐出するための、第二保護剤吐出ノズル８０が設けられている。

第二保護剤吐出ノズル８０は、略Ｌ字形状のアーム８１の先端に形成されており、アーム８１の他端は電動モータ８２によって揺動されるようになっている。アーム８１は、保護膜供給路８３、及び、開閉制御弁８４を通じて保護膜供給源８５に接続されている。

上述の第一保護膜形成ステップを完了後、第一保護剤吐出ノズル７０は、電動モータ７２によりアーム７１を回転させることで待機位置に退避されるとともに、電動モータ８２によりアーム８１を回転させることで、第二保護剤吐出ノズル８０がウェーハ１の上方に位置付けられる。

そして、ウェーハ１を所定の速度で回転させるとともに、ウェーハ１の中心箇所に向けて第二保護剤を吐出すると、遠心力によって半径方向に第二保護剤が拡がり、図６（Ａ）に示すように、第一保護膜４１の表面が第二保護膜４２によって被覆される。

第二保護膜４２を形成するための第二保護剤は、例えばＰＶＰ（ポリビニルピロリドン）やＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などの水溶性の液状樹脂である。

ここで、第二保護膜４２を形成するための第二保護剤の粘度は、第一保護膜４１を形成するための第一保護剤の粘度よりも高く設定することが好ましく、例えば、４０ｃＰから８０ｃＰの間の値を選定することができ、一例としては６０ｃＰである。

このように、第二保護膜４２の形成に際し、高い粘度の第二保護剤を利用することで、デバイス５の表面に十分な厚みの保護膜を形成することができる。

また、第二保護剤の粘度が高くなることで、図６（Ａ）に示すように、溝３０に第二保護剤が浸入しないことになるが、溝３０の内壁面３０ａ、及び、底面３０ｂについては、第一保護膜４１にて既に被覆されており、保護された状態となっている。

＜レーザー加工ステップ＞
図７は、レーザー加工ステップを実施するためのレーザー加工ユニット９０について示すものであり、溝３０に沿うように集光器９２からレーザービームを照射させるものである。

図６（Ａ）に示すように、溝３０内に向けてレーザービーム９４が照射され、溝３０の底面３０ｂの下方に残るウェーハ１の基板１ｋ、及び、金属膜２１にレーザービーム９４を吸収させて破壊することで、レーザー加工溝３２が形成される。レーザービーム９４の焦点位置は、溝３０の底面３０ｂの下方に残るウェーハ１の基板１ｋ、及び、金属膜２１に対応する位置に設定される。

図６（Ｂ）に示すように、レーザービーム９４の照射により、溝３０を覆っていた第二保護膜４２も除去されて、溝３０が開放され、開口部３０ｍが形成される。この際、開口部３０ｍの周囲の縁部分３０ｎにおいて保護膜が溶解や剥離してしまうことが懸念されるが、第二保護膜４２が十分な厚み有するため、ウェーハ表面やデバイスが露出し、露出した部分に金属デブリが付着してしまうことを防止できる。

さらに、仮に、第二保護膜４２が溶解や剥離をした場合においても、その内側の第一保護膜４１によりウェーハ表面やデバイスを保護することが可能となる。このようにして、ウェーハ表面やデバイスを二重に保護することが可能となる。

＜保護膜除去ステップ＞
上述した図５に示す保護膜形成装置５０には、第一、第二保護剤吐出ノズル７０，８０に加え、図示せぬ洗浄液ノズルが設けられており、この洗浄液ノズルからウェーハ１に向けて洗浄液を吐出するとともに、ウェーハ１を回転することで、ウェーハ１やデバイス５を覆っていた第一、第二保護膜４１，４２を除去する。

以上のようにして、図８に示すように、保護膜が除去されてデバイス５が露出された状態のウェーハ１を形成することができる。そして、基板１ｋ、及び、金属膜２１に形成されたレーザー加工溝３２が分割起点とし、後のエキスパンド工程などによりチップに個片化することが可能となる。

なお、以上の実施例では、図６（Ａ）に示すように、粘度の異なる種類の保護剤を用い、第一、第二保護膜４１，４２によりウェーハ１の表面を被覆することとしたが、図９（Ａ）（Ｂ）に示すように、同一種類の保護膜４３，４３にて二重に被覆した後に、レーザー加工溝３２を形成することとしてもよい。

この場合、同一の保護剤がウェーハの表面に二回供給され、一回目の保護剤、及び、二回目の保護剤が、ともに溝３０に浸入する。これにより、溝３０の内壁面３０ａ、及び、底面３０ｂを二重に被覆することが可能となる。

以上のようにして本発明を実現することができる。
即ち、図１乃至図８に示すように、
表面１ａに分割予定ライン３が設定され、裏面１ｂに金属膜２１が積層された被加工物（ウェーハ１）の加工方法であって、
被加工物の表面１ａに分割予定ライン３に沿って金属膜２１に至らない溝３０を形成する溝形成ステップと、
溝形成ステップを実施した後、溝３０に浸入する粘度の第一保護剤で被加工物の表面１ａと溝３０の内壁面を被覆する第一保護膜４１を形成する第一保護膜形成ステップと、
第一保護膜形成ステップを実施した後、第二保護剤で被加工物の少なくとも表面１ａを被覆する第二保護膜４２を形成する第二保護膜形成ステップと、
第二保護膜形成ステップを実施した後、被加工物に対して吸収性を有する波長のレーザービーム９４を被加工物の表面１ａ側から溝３０に沿って照射して金属膜２１を分断するレーザー加工ステップと、を含む被加工物の加工方法とするものである。

以上の加工方法によれば、被加工物の表面や溝の内壁面を二重の保護膜で確実に保護することができ、レーザー加工により生じる金属デブリが被加工物の表面や溝の内壁面に付着することを防止することができる。

また、第二保護剤の粘度は、第一保護剤の粘度よりも高い、こととするものである。

これにより、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、粘度の高い第二保護剤により、厚みの厚い第二保護膜４２を形成することができ、被加工物であるウェーハ１の表面１ａやデバイス５を確実に保護することができる。

また、第一保護剤と、第二保護剤は同一とするものである。

これにより、図９（Ａ）（Ｂ）に示すように、同一種類の保護膜４３，４３にて二重に被覆することができる。ここで、使用する保護膜の粘度を溝３０に浸入しやすいものに設定することによれば、溝３０内においても二重の保護膜を確実に形成することができ、溝３０の内壁面３０ａを確実に保護することができる。

また、レーザー加工ステップを実施した後、第一保護膜４１と第二保護膜４２とを除去する除去ステップを更に含む、こととするものである。

これにより、保護膜を除去し、後の分割工程などを実施することが可能となる。

１ ウェーハ
１ａ 表面
１ｂ 裏面
１ｋ 基板
３ 分割予定ライン
５ デバイス
２１ 金属膜
３０ 溝
３０ａ 内壁面
３０ｂ 底面
３０ｍ 開口部
３０ｎ 縁部分
３２ レーザー加工溝
４１ 第一保護膜
４２ 第二保護膜
５０ 保護膜形成装置
５４ スピンナテーブル機構
７０ 第一保護剤吐出ノズル
８０ 第二保護剤吐出ノズル
９０ レーザー加工ユニット
９２ 集光器
９４ レーザービーム

Claims (4)

1. 表面に分割予定ラインが設定され、裏面に金属膜が積層された被加工物の加工方法であって、
   該被加工物の該表面に該分割予定ラインに沿って該金属膜に至らない溝を形成する溝形成ステップと、
   該溝形成ステップを実施した後、該溝に浸入する粘度の第一保護剤で被加工物の該表面と該溝の内壁面を被覆する第一保護膜を形成する第一保護膜形成ステップと、
   該第一保護膜形成ステップを実施した後、第二保護剤で被加工物の少なくとも該表面を被覆する第二保護膜を形成する第二保護膜形成ステップと、
   該第二保護膜形成ステップを実施した後、被加工物に対して吸収性を有する波長のレーザービームを被加工物の該表面側から該溝に沿って照射して該金属膜を分断するレーザー加工ステップと、を含む被加工物の加工方法。
2. 該第二保護剤の粘度は、該第一保護剤の粘度よりも高い、
   ことを特徴とする請求項１に記載の被加工物の加工方法。
3. 該第一保護剤と、該第二保護剤は同一のものである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の被加工物の加工方法。
4. 該レーザ加工ステップを実施した後、該第一保護膜と該第二保護膜とを除去する除去ステップを更に含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の被加工物の加工方法。
   
   

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