JP2006190779A - ウエーハの分割方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 レーザー加工装置によってウエーハのストリートの幅方向両側に形成し、このレーザー加工溝間の中央位置に切削装置の切削ブレードを正確に位置付けて、ウエーハをストリートに沿って切断することができるウエーハの分割方法を提供する。
【解決手段】 基板の表面に積層された積層体によってデバイスが形成されたウエーハを、該デバイスを区画する複数のストリートに沿って切削ブレードにより切断するウエーハの分割方法であって、ウエーハに形成されたストリートに沿ってレーザー光線を照射し、切削ブレードの厚さより大きい間隔で積層体の厚さより深い2条のレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成工程と、ウエーハのストリートに形成された2条のレーザー加工溝を撮像し、撮像された画像に基づいて2条のレーザー加工溝間の中央位置に切削ブレードを位置合わせするアライメント工程と、アライメント工程を実施した後2条のレーザー加工溝が形成されたストリートに沿って切削ブレードによりウエーハを切断する切断工程とを含む。
【選択図】 図10

Description

本発明は、半導体ウエーハ等のウエーハの表面に形成されたストリートに沿ってウエーハを分割するウエーハの分割方法に関する。
当業者には周知の如く、半導体デバイス製造工程においては、シリコン等の半導体基板の表面に絶縁膜と機能膜が積層された積層体によって複数のIC、LSI等の半導体チップをマトリックス状に形成した半導体ウエーハが形成される。このように形成された半導体ウエーハは上記半導体チップがストリートと呼ばれる分割予定ラインによって区画されており、このストリートに沿って分割することによって個々の半導体チップを製造している。
このような半導体ウエーハのストリートに沿った分割は、通常、ダイサーと称されている切削装置によって行われている。この切削装置は、被加工物である半導体ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された半導体ウエーハを切削するための切削手段と、チャックテーブルと切削手段とを相対的に移動せしめる移動手段とを具備している。切削手段は、高速回転せしめられる回転スピンドルと該スピンドルに装着された切削ブレードを含んでいる。切削ブレードは円盤状の基台と該基台の側面外周部に装着された環状の切れ刃からなっており、切れ刃は例えば粒径3μm程度のダイヤモンド砥粒を電鋳によって固定して形成されている。
近時においては、IC、LSI等の半導体チップの処理能力を向上するために、シリコン等の半導体基板の表面にSiOF、BSG(SiOB)等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜(Low−k膜)と回路を形成する機能膜が積層された積層体によって半導体チップを形成せしめた形態の半導体ウエーハが実用化されている。
また、半導体ウエーハのストリートにテスト エレメント グループ(TEG)と称する金属パターを部分的に配設し、半導体ウエーハを分割する前に金属パターンを通して回路の機能をテストするように構成した半導体ウエーハも実用化されている。
上述したLow−k膜やテスト エレメント グループ(TEG)はウエーハの素材と異なるため、切削ブレードによって同時に切削することが困難である。即ち、Low−k膜は雲母のように非常に脆いことから、切削ブレードによりストリートに沿って切削すると、Low−k膜が剥離し、この剥離が回路にまで達し半導体チップに致命的な損傷を与えるという問題がある。また、テスト エレメント グループ(TEG)は金属によって形成されているため、切削ブレードによって切削するとバリが発生する。
上記問題を解消するために本出願人は、半導体ウエーハに形成されたストリートに沿って2条のレーザー加工溝を形成して積層体を分断し、この2条のレーザー加工溝の外側間に切削ブレードを位置付けて切削ブレードと半導体ウエーハを相対移動することにより、半導体ウエーハをストリートに沿って切断するウエーハの分割方法を特願2003−292189として提案した。
而して、レーザー加工装置によって半導体ウエーハに形成されたストリートにレーザー加工溝を形成する際には、ストリートを検出し加工領域のアライメント作業を実施するが、ストリートには特徴点がないため、ストリートを直接検出することが困難である。従って、半導体ウエーハに形成された回路(半導体チップ)の特徴点をキーパターンとしてストリートとの位置関係を予め制御手段のメモリに記憶させておき、このキーパターを撮像しパターンマッチング法によってストリートを間接的に検出している。また、切削装置も切削すべきストリートを検出する際には、上述したパターンマッチング法によってストリートを間接的に検出している。しかるに、レーザー加工装置のパターンマッチングによるストリートの検出と、切削装置のパターンマッチングによるストリートの検出には多少の誤差が生ずる。この結果、図14に示すようにレーザー加工装置によって半導体ウエーハWをストリートSに沿って切削する際に、切削ブレードBをレーザー加工溝G、G間の中央位置に正確に位置付けられない場合がある。このため、切削ブレードBは切削抵抗が小さい側に曲がり回路(半導体チップ)Cを損傷させるという問題がある。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、レーザー加工装置によってウエーハのストリートの幅方向両側に形成し、このレーザー加工溝間の中央位置に切削装置の切削ブレードを正確に位置付けて、ウエーハをストリートに沿って切断することができるウエーハの分割方法を提供することである。
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、基板の表面に積層された積層体によってデバイスが形成されたウエーハを、該デバイスを区画する複数のストリートに沿って切削ブレードにより切断するウエーハの分割方法であって、
ウエーハに形成されたストリートに沿ってレーザー光線を照射し、該切削ブレードの厚さより大きい間隔で該積層体の厚さより深い2条のレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成工程と、
該レーザー加工溝形成工程によってウエーハのストリートに形成された該2条のレーザー加工溝を撮像し、該撮像された画像に基づいて該2条のレーザー加工溝間の中央位置に該切削ブレードを位置合わせするアライメント工程と、
該アライメント工程を実施した後、該切削ブレードを回転しつつ該切削ブレードとウエーハを相対移動し、該2条のレーザー加工溝が形成されたストリートに沿ってウエーハを切断する切断工程と、を含む、
ことを特徴とするウエーハの分割方法が提供される。
本発明によるウエーハの分割方法においては、レーザー加工溝形成工程によってウエーハのストリートに形成された2条のレーザー加工溝を撮像し、撮像された画像に基づいて2条のレーザー加工溝間の中央位置に切削ブレードを位置合わせするアライメント工程を実施するので、切断工程においては2条のレーザー加工溝間の中央位置に切削ブレードを正確に位置付けて切削することができる。従って、切断工程における切削ブレードの曲がりが防止され、切削ブレードが曲がることによるチップの損傷を未然に防止することができる。
以下、本発明によるウエーハの分割方法について添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
図1には、本発明によるウエーハの分割方法によって個々のチップに分割される半導体ウエーハの斜視図が示されており、図2には図1に示す半導体ウエーハの要部拡大断面図が示されている。図1および図2に示す半導体ウエーハ2は、シリコン等の半導体基板20の表面に絶縁膜と回路を形成する機能膜が積層された積層体21によって複数のIC、LSI等の半導体チップ22(デバイス)がマトリックス状に形成されている。そして、各半導体チップ22は、格子状に形成されたストリート23によって区画されている。なお、図示の実施形態においては、積層体21を形成する絶縁膜は、SiO膜または、SiOF、BSG(SiOB)等の無機物系の膜やポリイミド系、パリレン系等のポリマー膜である有機物系の膜からなる低誘電率絶縁体被膜(Low−k膜)からなっている。
上述した半導体ウエーハ2をストリート23に沿って分割するには、半導体ウエーハ2を図3に示すように環状のフレーム3に装着された保護テープ4に貼着する。このとき、半導体ウエーハ2は、表面2aを上にして裏面側を保護テープ4に貼着する。
次に、半導体ウエーハ2のストリート23に沿ってレーザー光線を照射し、後述する切削ブレードの厚さより大きい間隔で積層体21の厚さより深い2条のレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成工程を実施する。このレーザー加工溝形成工程は、図4乃至図6に示すレーザー加工装置5を用いて実施する。図4乃至図6に示すレーザー加工装置5は、被加工物を保持するチャックテーブル51と、該チャックテーブル51上に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段52を具備している。チャックテーブル51は、被加工物を吸引保持するように構成されており、図示しない加工送り機構によって図4において矢印Xで示す加工送り方向に移動せしめられるとともに、図示しない割り出し送り機構によって矢印Yで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。
上記レーザー光線照射手段52は、実質上水平に配置された円筒形状のケーシング521を含んでいる。ケーシング521内には図5に示すようにパルスレーザー光線発振手段522と伝送光学系523とが配設されている。パルスレーザー光線発振手段522は、YAGレーザー発振器或いはYVO4レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器522aと、これに付設された繰り返し周波数設定手段522bとから構成されている。伝送光学系523は、ビームスプリッタの如き適宜の光学要素を含んでいる。上記ケーシング521の先端部には、それ自体は周知の形態でよい組レンズから構成される集光レンズ(図示せず)を収容した集光器524が装着されている。上記パルスレーザー光線発振手段522から発振されたレーザー光線は、伝送光学系523を介して集光器524に至り、集光器524から上記チャックテーブル51に保持される被加工物に所定の集光スポット径Dで照射される。この集光スポット径Dは、図6に示すようにガウス分布を示すパルスレーザー光線が集光器424の対物集光レンズ524aを通して照射される場合、D(μm)=4×λ×f/(π×W)、ここでλはパルスレーザー光線の波長(μm)、Wは対物集光レンズ524aに入射されるパルスレーザー光線の直径(mm)、fは対物集光レンズ524aの焦点距離(mm)、で規定される。
図示のレーザー加工装置5は、図4に示すように上記レーザー光線照射手段52を構成するケーシング521の先端部に装着された撮像手段53を備えている。この撮像手段53は、チャックテーブル51上に保持された被加工物を撮像する。撮像手段53は、光学系および撮像素子(CCD)等で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
上述したレーザー加工装置5を用いて実施するレーザー加工溝形成工程について、図4、図7および図8を参照して説明する。
このレーザー加工溝形成工程は、先ず上述した図4に示すレーザー加工装置5のチャックテーブル51上に半導体ウエーハ2を載置し、該チャックテーブル51上に半導体ウエーハ2を吸着保持する。このとき、半導体ウエーハ2は、表面2aを上側にして保持される。なお、図4においては、保護テープ4が装着された環状のフレーム3を省いて示しているが、環状のフレーム3はチャックテーブル51に配設された適宜のフレーム保持手段に保持されている。
上述したように半導体ウエーハ2を吸引保持したチャックテーブル51は、図示しない加工送り機構によって撮像手段53の直下に位置付けられる。チャックテーブル51が撮像手段53の直下に位置付けられると、撮像手段53および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ2のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段53および図示しない制御手段は、半導体ウエーハ2の所定方向に形成されているストリート23と、ストリート23に沿ってレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段52の集光器524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、レーザー光線照射位置のアライメントを遂行する。また、半導体ウエーハ2に形成されている上記所定方向に対して直角に延びるストリート23に対しても、同様にレーザー光線照射位置のアライメントが遂行される。なお、上述したアライメントは、ストリート23に特徴点がないため、従来と同様に半導体チップ22(デバイス)の特徴点をキーパターンとしてストリート23との位置関係を予め制御手段のメモリに記憶させておき、パターンマッチング法によってストリート23を間接的に検出している。
以上のようにしてチャックテーブル51上に保持された半導体ウエーハ2に形成されているストリート23を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、図7で示すようにチャックテーブル51をレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段52の集光器524が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定のストリート23を集光器524の直下に位置付ける。このとき、図7の(a)で示すように半導体ウエーハ2は、ストリート23の一端(図7の(a)において左端)が集光器524の直下に位置するように位置付けられる。次に、レーザー光線照射手段52の集光器524からパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル51即ち半導体ウエーハ2を図7の(a)において矢印X1で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。そして、図7の(b)で示すように分割予定ライン21の他端(図7の(b)において右端)が集光器524の直下位置に達したら、パルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル51即ち半導体ウエーハ2の移動を停止する。このレーザー加工溝形成工程においては、パルスレーザー光線の集光点Pをストリート23の表面付近に合わせる。
次に、チャックテーブル51即ち半導体ウエーハ2を紙面に垂直な方向(割り出し送り方向)に30〜40μm程度移動する。そして、レーザー光線照射手段52の集光器524からパルスレーザー光線を照射しつつチャックテーブル51即ち半導体ウエーハ2を図7の(b)において矢印X2で示す方向に所定の加工送り速度で移動せしめ、図7の(a)に示す位置に達したらパルスレーザー光線の照射を停止するとともにチャックテーブル51即ち半導体ウエーハ2の移動を停止する。
上述したレーザー加工溝形成工程を実施することにより、半導体ウエーハ2のストリート23には図8に示すように積層体21の厚さより深い2条のレーザー加工溝24、24が形成される。この結果、積層体21は、2条のレーザー加工溝24、24によって分断される。なお、ストリート23に形成される2条のレーザー加工溝24、24の両外側間の間隔(B)は、後述する切削ブレードの厚さより大きく設定されている。そして、上述したレーザー加工溝形成工程を半導体ウエーハ2に形成された全てのストリート23に実施する。
なお、上記レーザー加工溝形成工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
レーザー光線の光源 :YVO4レーザーまたはYAGレーザー
波長 :355nm
出力 :2.0W
繰り返し周波数 :200kHz
パルス幅 :300ns
集光スポット径 :φ10μm
加工送り速度 :600mm/秒
半導体ウエーハ2に形成された全てのストリート23に上述したレーザー加工溝形成工程を実施したならば、ストリート23に沿って切断する切断工程を実施する。この切断工程は、図9に示すようにダイシング装置として一般に用いられている切削装置6を用いることができる。即ち、切削装置6は、吸引保持手段を備えたチャックテーブル61と、切削ブレード621を備えた切削手段62と、チャックテーブル61上に保持された被加工物を撮像する撮像手段63を具備している。チャックテーブル61は、図示しない切削送り機構によって図9において矢印Xで示す切削送り方向に移動せしめられるとともに、図示しない割り出し送り機構によって矢印Yで示す割り出し送り方向に移動せしめられるようになっている。また、チャックテーブル61は、図示しない回転機構によって回転せしめられるようになっている。上記切削ブレード621は、電気メッキ液中において基台の表面にニッケル等の金属メッキ層を形成しつつこのメッキ層内にダイヤモンド等の超砥粒を分散させて砥石層からなる切刃を形成し、次いで上記砥石層のメッキ成長側の表面に超砥粒を含まない金属メッキのみを施した後、ドレッシングして切刃の両側面に超砥粒を均一に露出させたものを用いることが望ましい。即ち、このように形成された切削ブレード621は、切刃の両側における切削抵抗が均一となり、切削時に曲がることがない。上記撮像手段63は、切削ブレード621と矢印Xで示す切削送り方向において同一線上に配設されている。この撮像手段63は、光学系および撮像素子(CCD)等で構成されており、撮像した画像信号を図示しない制御手段に送る。
上述した切削装置6を用いて実施する切断工程について、図9乃至図13を参照して説明する。
即ち、図9に示すように切削装置6のチャックテーブル61上に上述したレーザー加工溝形成工程が実施された半導体ウエーハ2を表面2aを上側にして載置し、図示しない吸引手段によって半導体ウエーハ2をチャックテーブル61上に保持する。半導体ウエーハ2を吸引保持したチャックテーブル61は、図示しない切削送り機構によって撮像手段63の直下に位置付けられる。
チャックテーブル61が撮像手段63の直下に位置付けられると、撮像手段63および図示しない制御手段によって半導体ウエーハ2の切削すべき領域を検出するアライメント工程を実行する。このアライメント工程においては、上記レーザー加工溝形成工程によって半導体ウエーハ2のストリート23に沿って形成されたレーザー加工溝24、24を撮像手段63によって撮像して実行することが重要である。即ち、撮像手段63は、半導体ウエーハ2の所定方向に形成されているストリート23を撮像し、その画像信号を図示しない制御手段に送る。このとき、ストリート23には上記レーザー加工溝形成工程によってレーザー加工溝24、24が形成されているので、図10に示すようにレーザー加工溝24、24が黒色に撮像される。そして、図示しない制御手段は、撮像手段63から送られた図10に示す画像信号に基づいて、撮像手段63に設けられたヘアーライン(L)にレーザー加工溝24、24間の中間点が位置するように、半導体ウエーハ2を保持しているチャックテーブル61を作動する(アライメント工程)。この結果、撮像手段63と矢印Xで示す切削送り方向において同一線上に配設されている切削ブレード621は、レーザー加工溝24、24間の中央位置に位置付けられることになる。このようにして、半導体ウエーハ2の所定方向に形成されているストリート23に対して切削領域のアライメント工程を実施したならば、半導体ウエーハ2に形成されている上記所定方向に対して直角に延びるストリート23に対しても、同様に切削領域のアライメント工程を実施する。
以上のようにしてチャックテーブル61上に保持されている半導体ウエーハ2に形成されているストリート23を検出し、切削領域のアライメントが行われたならば、半導体ウエーハ2を保持したチャックテーブル61を切削領域の切削開始位置に移動する。このとき、図11で示すように半導体ウエーハ2は切削すべきストリート23の一端(図11において左端)が切削ブレード621の直下より所定量右側に位置するように位置付けられる。このとき、本発明においては、上述したアライメント工程においてストリート23に形成されている2条のレーザー加工溝24、24を直接撮像して切削領域を検出しているので、図12に示すように、ストリート23に形成されている2条のレーザー加工溝24、24間の中央位置が切削ブレード621と対向する位置に確実に位置付けられる。
このようにしてチャックテーブル61即ち半導体ウエーハ2が切削加工領域の切削開始位置に位置付けられたならば、切削ブレード621を図11の(a)において2点鎖線で示す待機位置から下方に切り込み送りし、図11の(a)において実線で示すように所定の切り込み送り位置に位置付ける。この切り込み送り位置は、図13の(a)に示すように切削ブレード621の下端が半導体ウエーハ2の裏面に貼着された保護テープ4に達する位置に設定されている。
次に、切削ブレード621を図11の(a)において矢印621aで示す方向に所定の回転速度で回転せしめ、チャックテーブル61即ち半導体ウエーハ2を図11の(a)において矢印X1で示す方向に所定の切削送り速度で移動せしめる。そして、チャックテーブル61即ち半導体ウエーハ2が図11の(b)で示すようにストリート23の他端(図11の(b)において右端)が切削ブレード621の直下より所定量左側に位置するまで達したら、チャックテーブル61即ち半導体ウエーハ2の移動を停止する。このようにチャックテーブル61即ち半導体ウエーハ2を切削送りすることにより、図13の(b)で示すように半導体ウエーハ2はストリート23に形成されたレーザー加工溝24、24の両側間に裏面に達する切削溝25が形成され切断される(切断工程)。このとき、切削ブレード621はストリート23に形成されている2条のレーザー加工溝24、24間の中央位置に位置付けられているので、曲がることがなく2条のレーザー加工溝23a、23aに沿って半導体ウエーハ2を切断することができる。
次に、切削ブレード621を図12の(b)において2点鎖線で示す待機位置に位置付け、チャックテーブル61即ち半導体ウエーハ2を図11の(b)において矢印X2で示す方向に移動して、図12の(a)に示す位置に戻す。そして、チャックテーブル61即ち半導体ウエーハ2を紙面に垂直な方向(割り出し送り方向)にストリート23の間隔に相当する量だけ割り出し送りし、次に切削すべきストリート23を切削ブレード621と対応する位置に位置付ける。このようにして、次に切削すべきストリート23を切削ブレード621と対応する位置に位置付けたならば、上述した切断工程を実施する。
なお、上記切削工程は、例えば以下の加工条件で行われる。
切削ブレード :外径52mm、厚さ40μm
切削ブレードの回転速度:40000rpm
切削送り速度 :50mm/秒
上述した切断工程を半導体ウエーハ2に形成された全てのストリート23に実施する。この結果、半導体ウエーハ2はストリート23に沿って切断され、個々の半導体チップ(デバイス)に分割される。
本発明によるウエーハの分割方法によって分割される半導体ウエーハを示す斜視図。 図1に示す半導体ウエーハの断面拡大図。 図1に示す半導体ウエーハが環状のフレームに保護テープを介して支持された状態を示す斜視図。 本発明によるウエーハの分割方法においてレーザー加工溝形成工程を実施するレーザー加工装置の要部斜視図。 図4に示すレーザー加工装置に装備されるレーザー光線照射手段の構成を簡略に示すブロック図。 レーザー光線の集光スポット径を説明するための簡略図。 本発明によるウエーハの分割方法におけるレーザー加工溝形成工程を示す説明図。 図7に示すレーザー加工溝形成工程によって半導体ウエーハのストリートに形成されたレーザー加工溝を示す半導体ウエーハの要部拡大断面図。 本発明によるウエーハの分割方法において切断工程を実施する切削装置の要部斜視図。 図9に示す切削装置に装備された撮像手段によって撮像された画像の拡大図。 本発明によるウエーハの分割方法における切断工程を示す説明図。 図11に示す切削工程において、半導体ウエーハを切削開始位置に位置付けた状態を示す説明図。 本発明による半導体ウエーハの分割加工の切削工程によってレーザー加工溝に沿って半導体ウエーハが切削される状態を示す説明図。 従来ウエーハの分割方法における切断工程において切削ブレードが曲がる状態を示す説明図。
符号の説明
2:半導体ウエーハ
20:基板
21:積層体
22:半導体チップ
23:ストリート
24:レーザー加工溝
25:切削溝
3:環状のフレーム
4:保護テープ
5:レーザー加工装置
51:レーザー加工装置のチャックテーブル
52:レーザー光線照射手段
524:集光器
53:撮像手段
6:切削装置
61:切削装置のチャックテーブル
62:切削手段
621:切削ブレード
63:撮像手段

Claims (1)

  1. 基板の表面に積層された積層体によってデバイスが形成されたウエーハを、該デバイスを区画する複数のストリートに沿って切削ブレードにより切断するウエーハの分割方法であって、
    ウエーハに形成されたストリートに沿ってレーザー光線を照射し、該切削ブレードの厚さより大きい間隔で該積層体の厚さより深い2条のレーザー加工溝を形成するレーザー加工溝形成工程と、
    該レーザー加工溝形成工程によってウエーハのストリートに形成された該2条のレーザー加工溝を撮像し、該撮像された画像に基づいて該2条のレーザー加工溝間の中央位置に該切削ブレードを位置合わせするアライメント工程と、
    該アライメント工程を実施した後、該切削ブレードを回転しつつ該切削ブレードとウエーハを相対移動し、該2条のレーザー加工溝が形成されたストリートに沿ってウエーハを切断する切断工程と、を含む、
    ことを特徴とするウエーハの分割方法。
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