JP2013161999A

JP2013161999A - 切削装置

Info

Publication number: JP2013161999A
Application number: JP2012023757A
Authority: JP
Inventors: Akira Yamaguchi; 晶山口; Akiji Daii; 暁治台井; Shigeyuki Ikeda; 茂行池田
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2013-08-19

Abstract

【課題】切削中に切削屑を被加工物上から除去し、後の洗浄工程を短縮化するか又は不要とできる切削装置を提供することである。
【解決手段】被加工物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被加工物を切削する切削ブレードを回転可能に支持する切削手段と、切削中の被加工物に切削液を供給する切削液供給手段と、を備えた切削装置であって、被加工物にプラズマを照射して親水性を付与するプラズマ照射手段を具備したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を切削する切削装置に関する。

半導体デバイスの製造プロセスでは、表面に格子状の分割予定ラインが形成され、分割予定ラインに区画された各領域にデバイスが形成された半導体ウエーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みへ薄化される。その後、薄化された半導体ウエーハは、切削装置によって分割予定ラインが切削されて個々のチップへと分割されることで半導体デバイスを製造している。

切削装置としては、ダイアモンドやＣＢＮ（ＣｕｂｉｃＢｏｒｏｎＮｉｔｒｉｄｅ）等の超砥粒を金属や樹脂等で固めた切削ブレードを含む切削ユニットを備えたダイサーと称される切削装置が広く使用されている。切削装置では、切削ブレードが例えば３００００ｒｐｍ等の高速で回転しつつ分割予定ラインに沿って被加工物へ切り込むことで切削が遂行される。

半導体ウエーハ等のデバイスウエーハ上に不純物が付着するとデバイスの品質に重要な影響を及ぼすため、デバイスウエーハの切削や研削には、例えば比抵抗値が約１〜１０ＭΩ・ｃｍ以上の純水や超純水が加工水として用いられる。

しかし、純水は比抵抗値が高く非常に絶縁性が高いため、流動による摩擦から静電気が発生し、デバイスの静電破壊を引き起こしたり、被加工物に切削屑の付着を生じさせてしまう。そこで、純水に二酸化炭素を混合した混合液を生成し、この混合液を切削液として用いる方法が広く採用されている（例えば、特開２００３−２９１０６５号公報参照）。

特開２００３−２９１０６５号公報特開２０１１−４２００９号公報

半導体ウエーハ等の通常のデバイスウエーハでは、切削液を供給しながら切削を遂行することにより、切削ブレードの加熱が抑制されるとともに切削液で切削屑をデバイスウエーハ上から除去することができる。

ところが、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像デバイスやインクジェットヘッド、フィルターや光ピックアップデバイス等の光デバイスが形成されたデバイスウエーハでは、純水に対する接触角が例えば６０度以上もある撥水性が高いデバイスウエーハがある。

撥水性が高いデバイスウエーハでは、切削液を供給しながら切削を実施しても切削液がウエーハ表面からはじかれるため、切削液で切削屑をデバイスウエーハ上から除去することが難しい。

切削屑がウエーハ表面に付着した状態でデバイスウエーハが乾燥すると、切削屑はウエーハ表面に固着し、後に純水による洗浄を実施しても固着した切削屑を除去できないという問題がある。

一方、一般的に切削装置では、切削装置でウエーハ等の被加工物を切削した後、切削で発生した切削屑を除去するために洗浄装置に被加工物を搬送し、被加工物を洗浄及び乾燥している。被加工物によっては、切削よりも洗浄に時間がかかるものもあり、洗浄時間の短縮化が要望されている。

また、作業者がチャックテーブル上に被加工物を載置する所謂マニュアルダイサーには、洗浄装置が配設されていないものもあり、切削中に切削屑を被加工物上から除去して切削終了後の洗浄を不要とすることが要望されている。

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、切削中に切削屑を被加工物上から除去し、後の洗浄工程を短縮化するか又は不要とできる切削装置を提供することである。

本発明によると、被加工物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被加工物を切削する切削ブレードを回転可能に支持する切削手段と、切削中の被加工物に切削液を供給する切削液供給手段と、を備えた切削装置であって、被加工物にプラズマを照射して親水性を付与するプラズマ照射手段を具備したことを特徴とする切削装置が提供される。

本発明の切削装置は、プラズマ照射手段を備えているため、切削前の被加工物にプラズマを照射して被加工物表面を親水化してから切削を実施するので、切削中に発生した切削屑は切削液とともに被加工物上から除去され易い。従って、切削後の洗浄工程を短縮するか又は不要とできる。

本発明実施形態に係る切削装置の斜視図である。本発明の切削装置により切削するのに適した半導体ウエーハの斜視図である。ダイシングテープを介して環状フレームに支持された半導体ウエーハの斜視図である。プラズマ照射ユニットの一部断面側面図である。切削ステップを示す斜視図である。

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、本発明実施形態に係る切削装置２の斜視図が示されている。切削装置２の前面側には、オペレータが加工条件等の装置に対する指示を入力するための操作パネル４が設けられている。装置上部には、オペレータに対する案内画面や後述する撮像ユニットによって撮像された画像が表示されるＣＲＴ等の表示モニタ６が設けられている。

切削装置２の切削対象である半導体ウエーハ１１は、図２に示すように、例えば厚さが７００μｍのシリコンウエーハからなっており、表面１１ａに複数のストリート（分割予定ライン）１３が格子状に形成されているとともに、複数のストリート１３によって区画された各領域にＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像デバイス１５が形成されている。

このように構成された半導体ウエーハ１１は、撮像デバイス１５が形成されているデバイス領域１７と、デバイス領域１７を囲繞する外周余剰領域１９をその表面の平担部に備えている。半導体ウエーハ１１の外周部には円弧状の面取り部１１ｅが形成されている。２１はシリコンウエーハの結晶方位を示すマークとしてのノッチである。

図２に示した半導体ウエーハ（以下単にウエーハと略称することがある）１１は、図３に示すように、環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴに貼着された後、図１に示したカセット８中に複数枚収容される。カセット８は上下動可能なカセットエレベータ９上に載置される。

カセット８の後方には、カセット８から切削前のウエーハ１１を搬出するとともに、切削後のウエーハをカセット８に搬入する搬出入ユニット１０が配設されている。カセット８と搬出入ユニット１０との間には、搬出入対象のウエーハ１１が一時的に載置される領域である仮置き領域１２が設けられており、仮置き領域１２には、ウエーハ１１を一定の位置に位置合わせする位置合わせ機構１４が配設されている。

仮置き領域１２の近傍には、ウエーハ１１を吸着して搬送する旋回アームを有する搬送ユニット１６が配設されており、仮置き領域１２に搬出されて位置合わせされたウエーハ１１は、搬送ユニット１６により吸着されてチャックテーブル１８上に搬送され、このチャックテーブル１８に吸引保持される。

チャックテーブル１８は、回転可能且つ図示しない加工送り機構によりＸ軸方向に往復動可能に構成されており、チャックテーブル１８のＸ軸方向の移動経路の上方には、ウエーハ１１の切削すべき領域を検出するアライメントユニット２２が配設されている。２０は環状フレームＦをクランプするクランプである。

アライメントユニット２２は、ウエーハ１１の表面を撮像する撮像ユニット２４を備えており、撮像により取得した画像に基づき、パターンマッチング等の処理によって切削すべき領域を検出することができる。撮像ユニット２４によって取得された画像は、表示モニタ６に表示される。

アライメントユニット２２の左側には、チャックテーブル１８に保持されたウエーハ１１に対して切削加工を施す切削ユニット２６が配設されている。切削ユニット２６はアライメントユニット２２と一体的に構成されており、両者が連動してＹ軸方向及びＺ軸方向に移動する。

切削ユニット２６は、回転可能なスピンドル２８の先端に外周に切刃を有する切削ブレード３０が装着されて構成され、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能となっている。切削ブレード３０は撮像ユニット２４のＸ軸方向の延長線上に位置している。切削ユニット２６のＹ軸方向の移動は図示しない割り出し送り機構により達成される。

３４は切削加工の終了したウエーハ１１を洗浄するスピンナ洗浄ユニットであり、切削加工の終了したウエーハ１１は搬送ユニット３２によりスピンナ洗浄ユニット３４まで搬送され、スピンナ洗浄ユニット３４でスピン洗浄及びスピン乾燥される。

ホームポジションに位置付けられたチャックテーブル１８の上方には、プラズマ照射ユニット３６が上下方向に移動可能に配設されている。プラズマ照射ユニット３６には、プラズマ生成用ガス供給源３８からプラズマ生成用のガスが供給される。

次に、図４を参照して、プラズマ照射ユニット３６の詳細構造について説明する。プラズマ照射ユニット３６は、チャックテーブル１８の直径よりも僅かばかり小さい直径を有する大径カバー４２と、大径カバー４２の上方に配設された小径カバー４０とを有している。

小径カバー４０内には反応容器４４が収容されている。反応容器４４の外周には一対の電極４６，４８が全周に渡って接触するように配設されている。一対の電極４６，４８の間に対応する位置において反応容器４内には放電空間５０が形成される。電極４６，４８は図示を省略したインピーダンス整合回路を介して放電空間５０に高圧の交流電圧を発生させる交流電源５２に接続されている。一方の電極４８は接地されている。

反応容器４４は高融点の絶縁材料で略円筒状に形成されている。反応容器４４を構成する絶縁材料の誘電率は放電空間５０におけるプラズマの低温化の重要な要素であって、好ましい絶縁材料としては、石英、アルミナ、イットリア部分安定化ジルコニウムなどのガラス材料やセラミック材料を挙げることができる。

反応容器４４の上面はガス導入口として開放されているとともに、反応容器４４の下面は噴出し口４４ａとして開放されている。吹き出し口４４ａは反応容器４４内の放電空間５０と連通している。

電極４６，４８は、例えば、銅、アルミニウム、真鍮、耐食性の高いステンレス鋼等の金属材料から形成されている。一対の電極４６，４８の間隔はプラズマを安定に生成するために３〜２０ｍｍ程度に設定するのが好ましい。

交流電源５２としては、プラズマを放電空間５０で連続的に生成するのに必要な電圧（例えば、０．５〜５ｋＶ）を発生し、電極４６，４８を介してこの電圧を放電空間５０に印加することのできるものを用いる。放電空間５０に印加される交流電界の周波数は１ｋＨｚ〜２００ＭＨｚに設定するのが好ましい。

プラズマ照射ユニット３６を用いて実施する親水化処理ステップでは、プラズマ生成用ガスとしてアルゴン（Ａｒ）と水素ガス（Ｈ_２）の混合気体を用いるのが好ましい。プラズマ生成用ガスにヘリウム（Ｈｅ）を含有させるようにしてもよい。

以下、プラズマ照射ユニット３６が配設された切削装置２により、ウエーハ１１を切削加工する手順について説明する。まず、環状フレームＦに支持されてカセット８中に収容されているウエーハ１１を、搬出入ユニット１０により仮置き領域１２に引き出す。

仮置き領域１２では、位置合わせ機構１４により中心位置合わせが行われた後、搬送ユニット１６でウエーハ１１を支持する環状フレームＦが吸着されてウエーハ１１がチャックテーブル１８上に載置され、チャックテーブル１８に吸引保持されるとともに、環状フレームＦがクランプ２０によりクランプされて固定される。

次いで、図４に示すように、図示しない駆動手段を作動してプラズマ照射ユニット３６を下降させて、大径カバー４２をチャックテーブル１８に吸引保持されているダイシングテープＴ上に下ろし、大径カバー４２でウエーハ１１を包囲する。次いで、プラズマ生成ガス供給源３８からプラズマ照射ユニット３６の反応容器４内にプラズマ生成用ガスを供給して、放電空間５０内にプラズマ生成用ガスを導入する。

次に、インピーダンス整合回路を介して交流電源５２から電極４６，４８に高圧交流電圧を印加すると、反応容器４４の放電空間５０内にも高圧の交流電圧が印加される。このように放電空間５０内に印加された高圧交流電圧により大気圧近傍の圧力下で放電空間５０にグロー放電が発生し、グロー放電でプラズマ生成用ガスをプラズマ化してプラズマ活性種を含むプラズマ４６が連続的に生成される。

このようにして生成されたプラズマ４６を吹き出し口４４ａから下方に向かってジェット状に連続的に流出させて、チャックテーブル１８に保持されたウエーハ１１の表面１１ａに吹き付ける。

ウエーハ１１はプラズマ照射ユニット３６の大径カバー４２によりその周囲を包囲されているため、プラズマ照射を十分な時間実施することにより、ウエーハ１１の表面１１ａの全面が親水化される。

プラズマ照射ユニット３６による親水化処理ステップが終了すると、プラズマ照射ユニット３６を上方に退避させ、ウエーハ１１を撮像ユニット２４の直下に位置付ける。撮像ユニット２４でウエーハ１１を撮像し、パターンマッチング等の画像処理により第１の方向に伸長する分割予定ライン１８を検出するアライメントを実施する。次いで、チャックテーブル１８を９０度回転してから、第１の方向に直交する第２の方向に伸長する分割予定ライン１３についても同様なアライメントを実施する。

アライメント実施後、チャックテーブル１８をＸ軸方向に加工送りしながら、切削ブレード３０で分割予定ライン１３を切削する切削ステップを実施する。この切削ステップについて図５を参照して詳細に説明する。

図５において、２６は切削装置の切削ユニットであり、切削ユニット２６のスピンドルハウジング２７中には図示しないサーボモータにより回転駆動されるスピンドル２８が回転可能に収容されている。切削ブレード３０は電鋳ブレードであり、ニッケル母材中にダイアモンド砥粒が分散されてなる切刃３０ａをその外周部に有している。

６０は切削ブレード３０をカバーするブレードカバーであり、切削ブレード３０の側面に沿って伸長する図示しない冷却液ノズル及び切削液を切削ブレード３０の切刃３０ａとウエーハ１１との切削領域に供給する切削液ノズル６６が取り付けられている。

切削液供給部６４からの純水と炭酸ガスとの混合液からなる切削液がパイプ６２を介して図示しない冷却液ノズルに供給され、パイプ６８を介して切削液ノズル６６に供給される。切削液は切削液供給部６４で約０．３ＭＰａに加圧されており、切削液ノズル６６からは毎分１．６〜２．０リットルの流量で噴射される。

７０は着脱カバーであり、ねじ７２によりブレードカバー６０に着脱可能に取り付けられている。着脱カバー７０は切削ブレード３０の側面に沿って伸長する冷却液ノズル７４を有しており、冷却液はパイプ７６を介して冷却液ノズル７４に供給される。

８０は切削ブレード３０の切刃３０ａの欠けを検出するブレードセンサを内蔵したブレード検出ブロックであり、ねじ８２によりブレードカバー６０に着脱可能に取り付けられている。ブレード検出ブロック８０は、ブレードセンサの位置を調整する調整ねじ８４を有している。

切削ステップでは、表面１１ａが親水化処理されたウエーハ１１を切削装置のチャックテーブル１８でダイシングテープＴを介して吸引保持し、切削液ノズル６６及び冷却液ノズル７４から切削液を供給しながら切削ブレード３０でウエーハ１１を分割予定ライン１３に沿って切削する。

この切削ステップでは、切削ブレード３０を高速回転（例えば３００００ｒｐｍ）させながらウエーハ１１の表面１１ａに所定深さ切り込み、チャックテーブル１８を矢印Ｘ方向に加工送りすることにより、ウエーハ１１の分割予定ライン１３を切削する。矢印Ｘに直交するＹ軸方向に切削ブレード３０を割り出し送りしながら、第１の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３を切削する。

次いで、チャックテーブル１８を９０度回転してから、第１の方向に直交する第２の方向に伸長する分割予定ライン１３を切削することにより、ウエーハ１１は個々のチップに分割される。

本発明の切削装置では、切削ステップを遂行する前にウエーハ１１の表面１１ａがプラズマ照射により親水化されているため、切削中に発生した切削屑は切削液とともにウエーハ１１の表面１１ａから除去され、デバイス１５表面に付着する付着物を低減することができる。

上述した実施形態では、プラズマ照射ユニット３６をオームポジションに位置付けられたチャックテーブル１８の上方に配設した例について説明したが、プラズマ照射ユニット３６を搬送経路の上方や仮置き領域１２の上方に配設するようにしてもよい。

２切削装置
１１半導体ウエーハ
１８チャックテーブル
３０切削ブレード
３６プラズマ照射ユニット
３８プラズマ生成用ガス供給源
４２大径カバー
４４反応容器
４６，４８電極
５０放電空間
５２交流電源
４６プラズマ
６６切削液ノズル
７４冷却液ノズル

Claims

被加工物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被加工物を切削する切削ブレードを回転可能に支持する切削手段と、切削中の被加工物に切削液を供給する切削液供給手段と、を備えた切削装置であって、
被加工物にプラズマを照射して親水性を付与するプラズマ照射手段を具備したことを特徴とする切削装置。