JP6387244B2

JP6387244B2 - ウェーハの加工方法

Info

Publication number: JP6387244B2
Application number: JP2014099385A
Authority: JP
Inventors: 栄松崎; 荒見　淳一; 淳一荒見
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2018-09-05
Anticipated expiration: 2034-05-13
Also published as: JP2015216298A

Description

本発明は、ウェーハを加工する加工方法に関する。

ストリートによって区画されて表面に複数のデバイスが形成されたウェーハをストリートに沿って分断するにあたっては、切削ブレードやレーザビームが用いられている。

特開２００９−２９５７２７号公報特開２００８−２９００８６号公報

しかし、切削ブレードを用いてウェーハを切削すると、切削縁にチッピングと呼ばれる微小な欠けが生じるとともに切断面に切削歪みが生成され、切削したウェーハや切り出されたチップの抗折強度を低下させるという問題がある。レーザビームを利用してウェーハを分断する場合においても、ウェーハには熱歪み等が生じ、同様にウェーハやチップの抗折強度を低下させる。

本発明は、上記の問題にかんがみなされたもので、ウェーハやチップの抗折強度を低下させることなく、ウェーハを加工することを目的とする。

本発明に係る加工方法は、導体または半導体からなる基板の表面の複数のストリートで区画され各領域にそれぞれデバイスが形成されたウェーハの加工方法であって、該ウェーハを保持手段で保持する保持ステップと、該保持手段で保持されたウェーハの該ストリートにワイヤを位置付ける位置付けステップと、該位置付けステップを実施した後、ウェーハと該ワイヤとの間に電圧を印加するとともに、少なくとも該ウェーハと該ワイヤとに電解液を供給することにより、該ストリートに沿って電気化学反応で該ウェーハを切断するウェーハ切断ステップと、を備え、該ウェーハは、該基板の表面側に、該基板と材質の異なる積層体を備え、該位置付けステップを実施した後、該ウェーハ切断ステップを実施する前に、該ワイヤと該ウェーハとにスラリーを供給しつつ該ワイヤをウェーハに対して切断送りすることにより該積層体を分断する積層体分断ステップを備える。

前記ウェーハ切断ステップにおいては、前記保持手段を介して前記ウェーハに正電圧を帯電させ、前記ワイヤに負電圧を印加することが好ましい。
前記位置付けステップでは、複数の前記ワイヤを複数の前記ストリートに位置付け、前記ウェーハ切断ステップでは、複数の該ワイヤとウェーハ間に電圧を印加して複数の該ストリートに沿ってウェーハを切断することが好ましい。
前記ウェーハ切断ステップで切断したウェーハの切断面にデバイスの金属汚染を防止する防御層を形成する防御層形成ステップを備えることが好ましい。

本発明に係る加工方法では、電気化学反応によりウェーハを切断するため、加工歪みや熱歪みの発生を防ぐことができ、チップの抗折強度の低下を防止することができる。また、物理的な加工や熱的な加工よりも加工エネルギーを小さくすることができる。
また、電気化学反応では切断できない積層体が表面に設けられているウェーハに対し、スラリーによる機械的な加工によって積層体を分断し、基板は電気化学反応によって分断することで、一台の加工装置で積層体と基板とを切断することができる。

電気化学反応によるウェーハの切断時に、ウェーハに正電圧、ワイヤに負電圧を印加すれば、ワイヤの相対移動方向にウェーハを切断することができる。
複数のストリートに複数のワイヤを位置付けて切断すれば、複数のストリートを一度に分断可能であるため、特に、大径のウェーハやストリートの数が多いウェーハの加工において加工時間を短縮することができる。
切断面に防御層を形成すれば、デバイスが金属汚染されるのを防ぐことができる。

保持ステップ及び位置付けステップを示す断面図。積層体分断ステップを示す断面図。洗浄ステップを示す断面図。ウェーハ切断ステップ及び防御層形成ステップを示す断面図。積層体分断ステップの別の例を示す断面図。

図１に示す加工装置１０は、電解液を貯める電解液槽１１を備えている。電解液槽１１の側面には電解液が流入する供給口１１１が設けられ、供給口１１１は、電磁弁１２２を介して電解液供給源１２１に連結されている。電解液槽１１の底面には電解液を排出するための排出口１１２が設けられ、排出口１１２には排出弁１２３が連結されている。

電解液槽１１の中には、被加工物を保持する保持手段１３が配設されている。保持手段１３は、移動手段１４によって駆動されて回転可能であるとともに±Ｚ方向に昇降可能となっている。

電解液槽１１の中には、±Ｘ方向に平行な軸を中心として回転可能な円柱形状の従動ローラ１６２，１６３が配設されている。２つの従動ローラ１６２，１６３の間には、ワイヤ１５が螺旋状に巻き架け渡されている。ワイヤ１５は、±Ｘ方向に複数平行に並んで配置されている。

ワイヤ１５は、±Ｘ方向に平行な軸を中心として回転可能な円柱形状の転動ローラ１６１にも巻かれており、転動ローラ１６１の回転によって従動ローラ１６２を回転させることができる。また、電解液槽１１の外側には、ワイヤ１５と保持手段１３との間に電圧を印加する直流電圧源１６４が設けられている。

保持手段１３に保持されたウェーハ２０は、導体やシリコンなどの半導体で形成された基板２１の表面に、基板２１とは材質の異なる評価用要素群（ＴＥＧ）や低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ）などの積層体２２が形成され、複数のデバイスが形成されている。それぞれのデバイスが形成されている領域は、複数のストリートによって区画され、このストリートに沿ってウェーハ２０を分割することにより、個々のチップが形成される。以下では、加工装置１０を用いてストリートに沿ってウェーハ２０を切断する方法について説明する。なお、ここでいう「切断」は、ウェーハ２０を完全に切断して複数のチップに分割する「完全切断」だけでなく、例えば基板２１の途中まで切断する「ハーフカット」も含む意味で用いる。ハーフカットの場合は、その後、ハーフカットされたウェーハ２０に外力を付与することによりブレーキングして複数のチップに分割する構成であってもよいし、ハーフカットされたウェーハ２０の裏面側を研削してウェーハ２０を薄化することにより複数のチップに分割する構成であってもよい。

（１）保持ステップ
保持ステップでは、図１に示すように、ウェーハ２０の裏面側に導電性テープ３０を貼着し、導電性テープ３０が貼着された裏面側を下にして、ウェーハ２０を保持手段１３に載置する。保持手段１３は、例えば金属などの導体で形成されており、載置されたウェーハ２０を導電性テープ３０を介して吸引などにより保持する。これにより、ウェーハ２０は、デバイスや積層体２２が形成された表面側が露出した状態で、保持手段１３に保持される。

（２）位置付けステップ
次に、位置付けステップでは、図２に示すように、保持手段１３に保持されたウェーハ２０のストリートにワイヤ１５を位置付ける。ウェーハ２０のストリートは、例えば互いに平行な複数の第１のストリートと、第１のストリートと直交する複数の第２のストリートとからなる。複数の第１のストリートの間隔は等間隔であり、複数の第２のストリートの間隔も等間隔である。これに対応し、ワイヤ１５も、ストリートの間隔と同じ間隔で±Ｙ方向に平行な平行線を形成している。移動手段１４が保持手段１３を回動させて、複数の第１のストリート（あるいは第２のストリート）の向きを±Ｙ方向に平行にすることにより、複数のワイヤ１５を複数のストリートに位置付ける。

（３）積層体分断ステップ
位置付けステップを実施した後、積層体分断ステップでは、図２に示すように、移動手段１４が保持手段１３を＋Ｚ方向に上昇させて、ウェーハ２０のストリートにワイヤ１５を接触させる。ウェーハ２０の上方には、スラリーを吐出するスラリー供給手段１７が配置され、排出弁１２３を開放し、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）などの砥材を含むスラリー４１をスラリー供給手段１７がワイヤ１５及びウェーハ２０に供給しながら、転動ローラ１６１が従動ローラ１６２を回転させて、ワイヤ１５をウェーハ２０に対して切断送りする。そうすると、ワイヤ１５とウェーハ２０との間にスラリー４１が入り込み、ウェーハ２０の上側に露出した積層体２２が削り取られる。これにより、ストリートに沿って積層体２２が分断されてその部分から基板２１が露出する。使用済みのスラリー４１は、排出口１１２から電解液槽１１の外へ排出される。

（４）洗浄ステップ
次に、洗浄ステップでは、図３に示すように、移動手段１４が保持手段１３を−Ｚ方向へ下降させて、ウェーハ２０のストリートからワイヤ１５を離間させる。そして、ウェーハ２０の上方に、洗浄水を噴出する洗浄水供給手段１８を配置し、洗浄水供給手段１８が洗浄水４２をワイヤ１５及びウェーハ２０に供給して、削り取られた積層体２２などの加工屑を洗い流す。使用済の洗浄水４２は、排出口１１２から電解液槽１１の外へ排出される。

（５）ウェーハ切断ステップ
次に、ウェーハ切断ステップでは、図４に示すように、移動手段１４が保持手段１３を＋Ｚ方向へ上昇させて、ウェーハ２０のストリートにワイヤ１５を接近させる。そして、排出弁１２３を閉じ、電磁弁１２２を開放することにより、電解液供給源１２１から供給される電解液４３を電解液槽１１の中に貯め、ウェーハ２０を電解液４３に浸漬させる。

電解液４３は、例えば基板２１を切断するための電解液と、ウェーハ２０の切断面に防御層を形成するための電解液とを混合した混合液である。基板２１を切断するための電解液は、例えば、フッ化水素と、硫酸と、硝酸との混合液である。一方、防御層を形成するための電解液は、例えば、五塩化タンタルと、アルキルイミダゾリウムクロライドと、フッ化リチウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属のフッ化物とからなる溶解塩である。

転動ローラ１６１が従動ローラ１６２を回転させてワイヤ１５を移動させながら、直流電圧源１６４がワイヤ１５に負電圧を印加し保持手段１３に正電圧を印加すると、ワイヤ１５はマイナスに帯電し、導電性テープ３０を介して保持手段１３と導通しているウェーハ２０はプラスに帯電する。ワイヤ１５がウェーハ２０に接触しないようにしながら、移動手段１４が保持手段１３を＋Ｚ方向へ上昇させ、ウェーハ２０に対してワイヤ１５を相対的に下降させると、ウェーハ２０に帯電した電荷がワイヤ１５に引き寄せられて、ワイヤ１５に近い領域に集まる。基板２１は、電荷が集まった部分だけが、電気化学反応により腐食する。これにより、ウェーハ２０がストリートに沿って切断される。

なお、電解液槽１１の中に電解液を貯めてウェーハ２０を浸漬させるのではなく、ノズルから電解液を噴き付けるなどしてウェーハ２０やワイヤ１５に電解液を供給しながら、基板２１の切断や防御層の形成をする構成であってもよい。すなわち、少なくとも、ウェーハ２０とワイヤ１５とに電解液が供給されればよい。また、防御層形成ステップでは、ウェーハ２０に対してワイヤ１５を相対的に上昇させるのではなく、ウェーハ２０に対してワイヤ１５を相対的に下降させる構成であってもよい。

（６）防御層形成ステップ
次に、防御層形成ステップでは、直流電圧源１６４が印加する電圧や転動ローラ１６１がワイヤ１５を移動させる速度などの加工条件を防御層の形成に適したものに変更する。移動手段１４が保持手段１３をゆっくりと−Ｚ方向へ下降させ、ウェーハ２０に対してワイヤ１５を相対的に上昇させる。これにより、ワイヤ１５に沿ってタンタルメッキ層などのバリア層（防御層）が電解によって形成される。バリア層をウェーハ２０の切断面に形成することにより、金属不純物が切断面から侵入してデバイスに到達するのを防ぎ、デバイスの金属汚染を防止することができる。その後、電磁弁１２２を閉じ、排出弁１２３を開放して、電解液槽１１のなかの電解液４３を排出する。

なお、基板２１を切断するための電解液と、防御層を形成するための電解液とを混合した混合液を用いるのではなく、ウェーハ切断ステップで、基板２１を切断するための電解液を使って基板２１を切断した後、基板２１を切断するための電解液を排出し、防御層形成ステップで、防御層を形成するための電解液を使って防御層を形成する構成であってもよい。

また、防御層形成ステップにおいては、タンタルメッキなどによって切断面にバリア層を形成して防御層とするのではなく、切断面にゲッタリング層を形成して、チップ内部の金属不純物を捕獲することによりデバイスの金属汚染を防止する防御層とすることもできる。その場合は、ワイヤ１５として、例えばダイヤモンドなどの砥粒をニッケル電着した固定砥粒ワイヤを用いる。防御層形成ステップでは、直流電圧源１６４のスイッチを切るなどして、ワイヤ１５と保持手段１３との間に電圧を印加するのを停止する。そして、超音波振動手段などを用いてワイヤ１５を超音波振動させることにより、ワイヤ１５をウェーハ２０の切断面に接触させ、転動ローラ１６１がワイヤ１５を移動させることにより、切断面に微小な歪みを形成する。微小な歪みは、ワイヤ１５の走行方向である±Ｙ方向に発生するので、チップの抗折強度を低下させることなくゲッタリング層を形成することができる。なお、ウェーハ切断ステップで用いるワイヤは、防御層形成ステップで用いるワイヤと同じであってもよいし、防御層形成ステップで用いるワイヤと異なるワイヤであってもよい。

このように、電気化学反応によってウェーハを切断するので、機械的にウェーハを切断する場合と比べて加工エネルギーが小さくて済む。また、ウェーハに加工歪みが発生するのを防ぐことができるので、抗折強度の低下を防ぐことができる。また、レーザビームや放電により切断する場合と比べても、加工エネルギーが小さくて済み、ウェーハに熱歪みが発生するのを防ぐことができるので、抗折強度の低下を防ぐことができる。

さらに、ウェーハの表面に電気化学反応では切断できない積層体が形成されている場合でも、機械的に積層体を分断して基板を露出させることにより、ウェーハを切断することができる。なお、ウェーハに積層体が形成されていない場合には、積層体分断ステップは実施しなくてもよい。

従動ローラ１６２，１６３に１本のワイヤ１５を螺旋状に巻き架け渡すことにより、平行な複数のストリートに同時に位置付けることができる。これにより、複数のストリートを並行して同時に切断したり防御層を形成したりすることができるので、ウェーハの径が大きい場合やチップの大きさが小さい場合など、切断すべきストリートの数が多い場合であっても、加工時間を短縮することができる。

なお、ワイヤ１５は、螺旋状巻き架け渡すのではなく、複数本に分かれていてもよい。この場合も、複数本のワイヤは、それぞれが±Ｙ方向に平行な向きに配置される。また、平行なすべてのストリートにワイヤを同時に位置付けて、平行なすべてのストリートを同時に切断する構成であってもよいし、１本または複数のストリートにワイヤを位置付けて切断した後、位置付けステップに戻って別のストリートにワイヤを位置付け、分断ステップから防御層形成ステップまでを繰り返すことにより、平行なすべてのストリートを切断する構成であってもよい。

平行なすべてのストリートの切断が終わったら、位置付けステップに戻り、移動手段１４が保持手段１３を９０度回転させて、切断されたストリートと直交するストリートの向きを±Ｙ方向に平行にすることにより、まだ切断されていないストリートにワイヤ１５を位置付ける。そして、分断ステップから防御層形成ステップまでを繰り返すことにより、すべてのストリートを切断する。

図５に示す加工装置１０Ａは、図１〜４に示した加工装置１０に加えて、ワイヤ１５をウェーハ２０に押圧する加圧ローラ１９を備えている。加圧ローラ１９は、±Ｘ方向に平行な軸を中心とする円柱形状に形成され、この軸を中心として回転可能である。

この加工装置１０Ａを用いる場合は、積層体分断ステップにおいて、加圧ローラ１９をウェーハ２０の表面側に押し付けて、±Ｙ方向に移動させることにより、加圧ローラ１９が転動し、ワイヤ１５を積層体２２に押圧する。これにより、積層体２２を容易に分断することができる。

なお、ウェーハ２０をハーフカットする場合は、保持ステップにおいて、導電性テープ３０を裏面に貼着したウェーハ２０を保持手段１３で保持するのではなく、導電性テープ３０を貼らずにウェーハ２０を保持手段１３で直接保持する構成であってもよい。
ウェーハ切断ステップや防御層形成ステップ以外のステップでは、直流電圧源１６４のスイッチを切るなどして、ワイヤ１５と保持手段１３との間に電圧を印加するのを停止する構成であってもよい。

１０，１０Ａ：加工装置
１１：電解液槽１１１：供給口１１２：排出口
１２１：電解液供給源１２２：電磁弁１２３：排出弁
１３：保持手段１４：移動手段１５：ワイヤ
１６１：転動ローラ１６２，１６３：従動ローラ１６４：直流電圧源
１７：スラリー供給手段１８：洗浄水供給手段１９：加圧ローラ
２０：ウェーハ２１：基板２２：積層体
３０：導電性テープ
４１：スラリー４２：洗浄水４３：電解液

Claims

導体または半導体からなる基板の表面の複数のストリートで区画され各領域にそれぞれデバイスが形成されたウェーハの加工方法であって、
該ウェーハを保持手段で保持する保持ステップと、
該保持手段で保持されたウェーハの該ストリートにワイヤを位置付ける位置付けステップと、
該位置付けステップを実施した後、ウェーハと該ワイヤとの間に電圧を印加するとともに、少なくとも該ウェーハと該ワイヤとに電解液を供給することにより、該ストリートに沿って電気化学反応で該ウェーハを切断するウェーハ切断ステップと、
を備え、
該ウェーハは、該基板の表面側に、該基板と材質の異なる積層体を備え、
該位置付けステップを実施した後、該ウェーハ切断ステップを実施する前に、該ワイヤと該ウェーハとにスラリーを供給しつつ該ワイヤをウェーハに対して切断送りすることにより該積層体を分断する積層体分断ステップを備えた、
加工方法。
前記ウェーハ切断ステップにおいて、前記保持手段を介して前記ウェーハに正電圧を帯電させ、前記ワイヤに負電圧を印加する、請求項１に記載の加工方法。
前記位置付けステップでは、複数の前記ワイヤを複数の前記ストリートに位置付け、
前記ウェーハ切断ステップでは、複数の該ワイヤとウェーハ間に電圧を印加して複数の該ストリートに沿ってウェーハを切断する、
請求項１又は２のいずれかに記載の加工方法。
前記ウェーハ切断ステップで切断したウェーハの切断面にデバイスの金属汚染を防止する防御層を形成する防御層形成ステップを備えた、
請求項１〜３のいずれかに記載の加工方法。