(57)【要約】【課題】基板の表面に機能層が積層されたウェーハをデバイスごとのチップに分割する際に、機能層が剥離するのを防ぐ。【解決手段】マスク形成ステップにおいて、ウェーハ１０の機能層１２が形成されていない裏面にデバイス１３に対応した領域を被覆するマスク５０を形成し、溝形成ステップにおいて、ウェーハ１０を裏面側からドライエッチングすることによりストリート１４に対応する領域に機能層１２に至らない溝１６を形成し、分断ステップにおいて、裏面側からストリート１４に沿って溝１６の底１６１にレーザビーム７１を照射してウェーハ１０をストリート１４に沿って分断する。機能層１２が剥離してデバイス１３が損傷するのを防ぐことができるとともに、１本のストリート１４につきレーザ加工溝も１本で済むため、生産性が向上し、ウェーハ１０に熱歪みが残留せずデバイスチップの抗折強度の低下を防ぐことができるなどの効果がある。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に積層された機能層によって複数のデバイスが形成されたウェーハを該複数のデバイスを区画する複数のストリートに沿って分割するウェーハの加工方法であって、
該基板の裏面上に、該複数のデバイスに対応した領域を被覆するマスクを形成するマスク形成ステップと、
該マスク形成ステップを実施した後、該基板の裏面からドライエッチングを施して該複数のストリートに対応した領域に該機能層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、該基板の裏面から該複数のストリートに沿って該溝の底にレーザビームを照射してウェーハを該複数のストリートに沿って分断する分断ステップと、
を備えたウェーハの加工方法。
【請求項２】
前記分断ステップを実施した後、分断された前記基板の裏面上から前記マスクを除去するマスク除去ステップを更に備えた、請求項１記載のウェーハの加工方法。
【請求項３】
前記マスク形成ステップを実施する前に、前記ウェーハの表面に表面保護部材を配設する表面保護部材配設ステップと、
該表面保護部材配設ステップを実施した後、該マスク形成ステップを実施する前に、基板の裏面を研削して所定の厚みへと薄化する薄化ステップと、
を備えた、請求項１または２記載のウェーハの加工方法。
【請求項４】
前記分断ステップでは、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ウェーハを前記ストリートに沿って分断する分断溝を形成する、請求項１、２又は３に記載のウェーハの加工方法。
【請求項５】
前記分断ステップでは、ウェーハに対して透過性を有する波長のレーザビームを照射して前記ストリートに沿って改質層を形成した後、ウェーハに外力を付与してウェーハを該ストリートに沿って分断する、請求項１、２又は３に記載のウェーハの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に機能層を積層してデバイスを形成したウェーハを分割するウェーハの加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハには、シリコンなどで形成された基板の表面に低誘電率絶縁体被膜（low-k膜）などを積層して機能層を形成し、デバイスを形成したものがある。low-k膜には、例えば、SiO2やSiOFなどの無機膜、ポリイミド系高分子やパリレン系高分子などの高分子膜、SiOCなどの有機膜などがある。
【０００３】
low-k膜は、雲母のように非常に脆いため、low-k膜を有するウェーハを切削ブレードで切削すると、low-k膜が剥離して、デバイスが損傷する場合がある。そこで、レーザビームの照射によりストリートに沿って切削ブレードの幅よりも広い間隔で２条のレーザ加工溝を形成してlow-k膜を分断し、その後、２条のレーザ加工溝の間を切削ブレードで切削することにより、low-kの剥離をレーザ加工溝までで止め、デバイスに影響を及ぼすのを防ぐ加工方法が記載されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１４２３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された加工方法には、以下に挙げる問題がある。
（１）機能層を分断するために、１本のストリートにつき２条のレーザ加工溝を形成する必要があり、生産性が低い。
（２）レーザ加工溝による機能層の分断が不十分であると、切削ブレードにずれや倒れが生じたり、切削ブレードが偏磨耗したりする場合がある。
（３）機能層が形成されているウェーハの表面側からレーザビームを照射するので、加工により飛散するデブリがウェーハの表面に付着するのを防ぐために、ウェーハの表面を保護膜で被覆する必要がある。
（４）１本のストリートにつき２条のレーザ加工溝を形成するには、レーザビームを少なくとも２度照射する必要があるため、ウェーハに熱歪みが残留してデバイスチップの抗折強度が低下する。
（５）切削ブレードの幅よりも広い間隔で２条のレーザ加工溝を形成するため、ストリートの幅を広くする必要があり、１枚のウェーハに形成できるデバイスの数が減少する。
（６）機能層の表面にはSiO2、SiO、SiN、SiONなどを含むパシベーション膜が形成されているため、レーザビームがパシベーション膜を透過して機能層の内部に達する。この結果、機能層にレーザビームが吸収されることにより発生した熱がパシベーション膜の内側に一時的に閉じ込められて横方向に広がり、回路が形成され密度が低いデバイス側に剥離が生じる場合がある。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決して、ウェーハをデバイスごとのチップに分割する際に、機能層が剥離してデバイスが損傷するのを防ぐことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るウェーハの加工方法は、基板の表面に積層された機能層によって複数のデバイスが形成されたウェーハを該複数のデバイスを区画する複数のストリートに沿って分割するウェーハの加工方法であって、該基板の裏面上に、該複数のデバイスに対応した領域を被覆するマスクを形成するマスク形成ステップと、該マスク形成ステップを実施した後、該基板の裏面からドライエッチングを施して該複数のストリートに対応した領域に該機能層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、該基板の裏面から該複数のストリートに沿って該溝の底にレーザビームを照射してウェーハを該複数のストリートに沿って分断する分断ステップと、を備えている。
【０００８】
上記ウェーハの加工方法では、前記分断ステップを実施した後、分断された前記基板の裏面上から前記マスクを除去するマスク除去ステップを更に備えることが好ましい。
前記マスク形成ステップを実施する前に、前記ウェーハの表面に表面保護部材を配設する表面保護部材配設ステップと、該表面保護部材配設ステップを実施した後、該マスク形成ステップを実施する前に、基板の裏面を研削して所定の厚みへと薄化する薄化ステップと、を備えることが好ましい。
前記分断ステップでは、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ウェーハを前記ストリートに沿って分断する分断溝を形成してもよいし、ウェーハに対して透過性を有する波長のレーザビームを照射して前記ストリートに沿って改質層を形成した後、ウェーハに外力を付与してウェーハを該ストリートに沿って分断してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るウェーハの加工方法は、ウェーハを構成する基板の裏面側からストリートに沿ってドライエッチングを施して機能層に至らない溝を形成した後、溝が形成された基板の裏面側からレーザビームを照射して個々のデバイスに分割するため、以下に挙げる作用効果を奏する。
（１）ストリート１本につき複数のレーザ加工溝を形成する必要がないため、生産性が向上する。
（２）機能層の分断に切削ブレードを使用しないため、切削ブレードがずれたり倒れたりすることがなく、切削ブレードが偏磨耗することもない。
（３）機能層が形成されている表面側とは反対のウェーハの裏面側からレーザビームを照射するため、ウェーハの表面を保護膜で被覆する必要がなく、工程数を減らすことができる。
（４）ストリート１本につき２条のレーザ加工溝を形成する必要がないため、レーザビームの照射回数が少なくて済み、照射エネルギーが小さいため、ウェーハに熱歪みが残留せず、デバイスチップの抗折強度の低下を防ぐことができる。
（５）ウェーハの裏面側からレーザビームを照射してウェーハを分断することにより、ストリートの幅を広くする必要がないため、１枚のウェーハに形成できるデバイスの数を増やすことができる。
（６）溝形成ステップで形成した溝を介してウェーハの裏面側からレーザビームを照射するため、レーザビームが吸収されて発生した熱がウェーハの裏面側から逃げ、デバイス側に剥離が生じるのを防ぐことができる。
【００１０】
分断ステップでウェーハを分断した後に、マスク除去ステップでマスクを除去すれば、分断ステップで発生したデブリがマスク上に付着するので、マスクとともにデブリを除去することができる。
【００１１】
表面保護部材配設ステップ及び薄化ステップを実施した後、マスク形成ステップでマスクを形成し、溝形成ステップで溝を形成すれば、溝形成ステップの実施時には基盤が薄化されているため、エッチングにより形成される溝の深さが浅くて済む。エッチングにかかる時間は、ストリートの数にかかわらず、エッチングにより形成される溝の深さに比例するため、特にストリートの数が多い場合は、切削により溝を形成するよりも生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ウェーハを示す斜視図。
【図２】ウェーハを示す側面視拡大断面図。
【図３】表面保護部材配設ステップを示す斜視図。
【図４】薄化ステップを示す側面図。
【図５】マスク形成ステップでマスクが形成されたウェーハを示す側面図。
【図６】溝形成ステップで溝が形成されたウェーハを示す側面図。
【図７】分断ステップを示す側面視拡大断面図。
【図８】マスク除去ステップでマスクが除去されたデバイスチップを示す側面視拡大断面図。
【図９】改質層形成ステップを示す側面視拡大断面図。
【図１０】分割装置を示す側面視断面図。
【図１１】外力付与ステップを示す側面視断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に示すウェーハ１０は、その表面１０２側に、複数のデバイス１３が形成されている。各デバイス１３は、±Ｘ方向及び±Ｙ方向に形成された複数のストリート１４によって区画された領域に形成されている。
【００１４】
図２に示すように、デバイス１３は、low-k膜やパシベーション膜などを積層した機能層１２により形成されている。機能層１２は、シリコン等で形成された円板状の基板１１の表面１１２上に積層されており、その厚さは、例えば１０μｍである。low-k膜には、例えば、SiO2やSiOFなどの無機膜、ポリイミド系高分子やパリレン系高分子などの高分子膜、SiOCなどの有機膜などがある。
【００１５】
パシベーション膜は、図２に示す機能層１２の最も上（＋Ｚ）側に形成され、SiO2、SiO、SiN、SiONなどを含んでいる。機能層１２は表面１０２側において露出している。一方、機能層１２の裏側においては基板１１の裏面１０１が露出している。表面１０２においては、デバイス１３が形成されている領域とストリート１４とで高さが異なっている。なお、デバイス１３が形成されている領域と、ストリート１４とは、高さが同じであってもよい。
【００１６】
このようなウェーハ１０をストリート１４に沿って分断することにより、デバイス１３ごとに分割し、複数のデバイスチップを製造する。具体的な手順は、以下に示すとおりである。
【００１７】
（１）表面保護部材配設ステップ
図３に示すように、基板１１の裏面１０１を上にして、表面１０２に表面保護シートなどの表面保護部材３１を貼着し配設する。表面保護部材３１は、ガラスやシリコンなどのハードプレートであってもよい。
【００１８】
（２）薄化ステップ
表面保護部材配設ステップを実施した後、例えば図４に示す研削装置４０を用いて、基板１１の裏面１０１を研削して所定の厚みへと薄化する。この研削装置４０は、被加工物を保持し回転軸４１９を中心として回転する保持手段４１と、保持手段４１に保持された被加工物を研削する研削手段４２とを備えている。研削手段４２は、回転軸４２９を中心として回転するスピンドル４２１と、スピンドル４２１の下端に連結されたマウント４２２とを備えている。マウント４２２には、下面に研削砥石４３１が固着されたホイール４３が装着される。
【００１９】
まず、表面保護部材３１側を下にしてウェーハ１０を保持手段４１で保持する。次に、保持手段４１を回転させるとともに、スピンドル４２１を回転させながら研削手段４２を下降させていき、保持手段４１によって保持され露出した裏面１０１に回転する研削砥石４３１を接触させることで、裏面１０１を研削する。ウェーハ１０の厚さが、製造すべきデバイスチップの仕上がり厚さ（例えば１００μｍ）になるまで薄化された時点で、研削を終了する。
【００２０】
（３）マスク形成ステップ
薄化ステップを実施した後、図５に示すように、薄化ステップで研削されたウェーハ１０を構成する基板１１の裏面１０１ａのうち表面側にデバイス１３が形成されている領域（複数のデバイス１３に対応する領域）にマスク５０を形成する。表面１０２側がストリート１４である領域にはマスク５０を形成せず、基板１１を露出させる。例えば、研削された裏面１０１ａにフォトレジストを塗布し、所定のパターンでフォトマスクした状態で露光して現像することにより、ストリート１４に対応する領域に塗布されたフォトレジストを除去し、デバイス１３に対応する領域にレジスト膜を残してマスク５０とし、デバイス１３に対応する領域を被覆する。
【００２１】
（４）溝形成ステップ
マスク形成ステップを実施した後、基板１１を裏面１０１ａ側からドライエッチングすることにより、図６に示すように、マスク５０で被覆されていない領域、すなわち複数のストリートに対応した領域に、溝１６を形成する。かかるドライエッチングには、例えば、特開２００４−２４７４５４号に記載のプラズマエッチング装置を用いることができる。
【００２２】
エッチングガスは、基板１１の材質に応じて適宜選択される。例えば、基板１１がシリコンの場合は、SF6、NF3、XeF2などを用いる。例えば、条件Ａとして、SF6ガスを１分間につき１５００ｃｃ供給し、プラズマ発生部に３０００Ｗの高周波電力を印加し、基板側に３００Ｗの高周波電力を印加する。また、条件Ｂとして、C4F8ガスを１分間につき１０００ｃｃ供給し、プラズマ発生部に３０００Ｗの高周波電力を印加し、基板側に０Ｗの高周波電力を印加する。処理圧力を１０Ｐａとし、条件Ａを０．６秒間、条件Ｂを０．４秒間、交互に繰り返してシリコン基板をエッチングする。条件Ａのときにシリコンが高速にエッチングされ、条件Ｂのときにエッチングされた部分の側壁に保護膜が形成されるので、高いアスペクト比でシリコンを高速にエッチングすることができる。これを４分間続けると、シリコン基板を１００μｍエッチングすることができる。
【００２３】
このようにしてエッチングを行うことにより、ストリート１４に沿って溝１６が形成される。溝１６は、基板１１のみに形成し、機能層１２には形成しない。例えば、溝１６の底と機能層１２との間に、基板１１がエッチングされない部分である残し部１６２（図７参照）をわずかに残す。あるいは、基板１１と機能層１２との境界まで溝１６を形成し、溝１６の底に機能層１２が露出するようにしてもよい。機能層１２はエッチングされないので、基板１１がエッチングされた後に、溝１６の底に機能層１２が露出し、溝１６が機能層１２には至らない状態とすることができる。薄化ステップのあとで溝１６を形成するため、基板１１のもともとの厚さではなく、薄化された後の基板１１の厚さとほぼ等しい深さの溝１６を形成すればよい。このため、エッチングにかかる時間が短くなる。
【００２４】
（５）分断ステップ
溝形成ステップを実施した後、図７に示すように、マスク５０が被覆された基板１１の裏面１０１側から複数のストリート１４に沿って、溝形成ステップで形成した溝１６の底１６１にレーザビーム７１を照射することにより、分断溝１７を形成する。レーザビーム７１は、ウェーハ１０に対して吸収性を有する波長のものを用い、溝１６の底１６１に集光させる。例えば、波長３５５ｎｍのＹＡＧ／ＹＶＯ４レーザを使い、繰返し周波数を２００ｋＨｚ、出力を１．５Ｗ、集光スポット径をφ１０μｍ、ウェーハ１０の±Ｘ方向の加工送り速度を３００ｍｍ／ｓとして加工する。このレーザ加工により、基板１１の残し部１６２だけでなく、機能層１２にも分断溝１７が形成される。そして、すべての溝１６の底１６１に対して同様のレーザ加工を施すことにより、ストリート１４に沿ってウェーハ１０がデバイス１３ごとに分割され、複数のデバイスチップが形成される。
【００２５】
分断ステップにおけるレーザ加工により発生した熱は、溝１６の底１６１から基板１１の裏面１０１側に放熱されるため、機能層１２の表面にパシベーション層が形成されている場合でも、機能層１２の内部に熱が閉じ込められることがない。また、レーザ加工により発生したデブリは、マスク５０に付着し、デバイスチップの裏面（−Ｚ）側には付着しない。
【００２６】
（６）マスク除去ステップ
分断ステップを実施した後、図８に示すように、分割された基板１１の裏面側からマスク５０を除去する。例えば、フォトレジスト膜リムーバーを用いてマスク５０を除去する。分断ステップのあとでマスク５０を除去するため、分断ステップで発生したデブリは、デバイスチップ１９に付着せず、マスク５０とともに除去される。
【００２７】
以上のように、ウェーハ１０に対して、ストリート１４に沿って機能層１２に至らない溝１６をドライエッチングにより形成した後、溝１６にレーザビームを照射して個々のデバイスチップ１９に分割するため、切削を行う必要がなく、low-k膜が剥離してデバイス１３が損傷するのを防ぐことができる。また、切削ブレードを使用しないことにより、切削ブレードがずれたり倒れたりすることがなく、切削ブレードが偏磨耗することもない。ウェーハ１０が大口径（例えばφ４５０ｍｍ以上）でデバイスチップ１９が小チップ（例えば１ｍｍ角以下）である場合のようにストリート１４の数が多い場合には、切削にかかる時間よりもエッチングにかかる時間のほうが短くなるので、生産性が向上する。
【００２８】
従来のようにlow-k膜の剥離を防ぐために１本のストリート１４につき２条のレーザ加工溝を形成する必要がないため、レーザビームを照射する回数が少なくて済み、生産性が向上する。また、レーザビームの照射回数を少なくできることで、ウェーハ１０に残留する熱歪みを少なくすることができ、デバイスチップ１９の抗折強度の低下を防ぐことができる。
【００２９】
レーザビームをウェーハの表面側から照射する場合には、デバイスにレーザビームが当たるのを回避するためにストリートの幅を広くする必要があるが、レーザビームの照射をウェーハの裏面側から行うことにより、ストリート１４の幅を広げる必要がないため、１枚のウェーハ１０から製造できるデバイスチップ１９の数を増やすことができる。また、レーザビームの照射をウェーハの裏面側から行うことで、表面１０２側にデブリが付着するのを防止することができる。さらに、レーザビームの照射により発生した熱をウェーハ１０の裏面１０１側から逃がすことができるので、デバイス１３側に剥離が生じるのを防ぐことができる。
【００３０】
（５Ａ）分断ステップの変形例
分断ステップは、レーザ加工のみによりウェーハ１０に分断溝１７を形成して分断するのではなく、レーザ加工によりウェーハ１０に改質層を形成する改質層形成ステップと、改質層形成ステップの後にウェーハ１０に外力を付与して改質層を起点に分断する外力付与ステップとを備える構成であってもよい。
【００３１】
（５Ａ−１）改質層形成ステップ
図９に示すように、ストリート１４に沿って裏面１０１側からレーザビーム７１を照射する。レーザビーム７１は、ウェーハ１０に対して透過性を有する波長のものを用い、基板１１と機能層１２との界面に集光させる。例えば、波長１０６４ｎｍのレーザを使い、繰返し周波数を８０ｋＨｚ、出力を０．２Ｗ、集光スポット径をφ１μｍ、ウェーハ１０の±Ｘ方向の加工送り速度を１８０ｍｍ／ｓとして加工する。そうすると、溝形成ステップで形成した溝１６の下のウェーハ１０の内部に改質層１８が形成される。すべてのストリート１４に沿って同様のレーザ加工を施すことにより、すべてのストリート１４に沿って改質層１７が形成される。
【００３２】
（５Ａ−２）外力付与ステップ
改質層形成ステップを実施した後に、例えば図１０に示す外力付与装置９０を用いてウェーハ１０に外力を付与して改質層１７を起点にウェーハ１０を分断する。この外力付与装置９０は、ウェーハ１０に貼着された表面保護部材３１を支持する円筒状の支持手段９１と、表面保護部材３１の外周部に貼着された円環状のフレーム３２が載置される円環状の載置手段９２と、載置手段９２に載置されたフレーム３２を把持する把持手段９３と、載置手段９２を上下方向に移動させる移動手段９４とを備える。
【００３３】
外力付与ステップにおいてウェーハ１０に外力を付与するための準備として、表面保護部材配設ステップでは、ウェーハ１０よりも大きいサイズの表面保護部材３１をウェーハ１０に貼着し、表面保護部材３１の外周をフレーム３２に貼着しておく。この状態で、薄化ステップ、マスク形成ステップ、溝形成ステップを実行し、改質層形成ステップで改質層を形成する。その後、フレーム３２を載置手段９２に載置し、把持手段９３でフレーム３２を把持する。
【００３４】
図１１に示すように、移動手段９４が載置手段９２を下方向に移動させると、フレーム３２が下方向に引っ張られ、表面保護部材３１が外側に伸張する。これにより、各デバイスチップ１９の間を引き離す力がウェーハ１０に加わり、ウェーハ１０がストリート１４の沿って分断されて、複数のデバイスチップ１９が形成される。
【００３５】
分割により発生した分割屑は、マスク５０に付着し、デバイスチップ１９には付着しない。分断ステップのあとでマスク５０を除去するので、分断ステップで発生した分割屑は、デバイスチップ１９に付着せず、マスク５０とともに除去される。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ウェーハ、
１０１  裏面、１０２  表面、
１１  基板、１２  機能層、１３  デバイス、
１４  ストリート、１６  溝、１６１  底、１６２  残し部、
１７  分断溝、１８  改質層、１９  デバイスチップ、
３１  表面保護部材、３２  フレーム、
４０  研削装置、４１  保持手段、４１９  回転軸、
４２  研削手段、４２１  スピンドル、４２２  マウント、４２９  回転軸、
４３  ホイール、４３１  研削砥石、
５０  マスク、７１  レーザビーム、
９０  外力付与装置、
９１  支持手段、９２  載置手段、９３  把持手段、９４  移動手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015095508.tif 000009
【図８】
2015095508.tif 000010
【図９】
2015095508.tif 000011
【図１０】
2015095508.tif 000012
【図１１】
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