JP2017143095A - 積層ウェーハの分割方法 - Google Patents

Abstract

【課題】積層ウェーハをストリートに沿って適切に分割すること。【解決手段】第１のウェーハ（Ｗ１）の下面側に第２のウェーハ（Ｗ２）が積層された積層ウェーハ（Ｗ）をストリートに沿って分割する積層ウェーハの分割方法が、チャックテーブル（１１）に保持された積層ウェーハのストリートを撮像手段によって検出するステップと、第１の切削ブレード（２２）によって積層ウェーハの第１のウェーハをストリートに沿って切削して第１の切削溝（３１）を形成するステップと、第１の切削ブレードの幅よりも細い第２の切削ブレード（２７）を径方向に超音波振動させながら、第１の切削溝に沿って表出した第２のウェーハを切削して第２の切削溝（３５）を形成するステップとを有する構成にした。【選択図】図５

Description

本発明は、複数枚のウェーハを積層した積層ウェーハの分割方法に関する。

ウェーハの表面は格子状のストリートによって複数に区画されており、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成されている。デバイス製造工程においては、ウェーハをストリートに沿って切削ブレードで切断することで個々のデバイスチップが形成される。ウェーハの分割方法としては、ブレード幅の異なる一対の切削ブレードを用いたステップカットが知られている。ステップカットでは、幅広の切削ブレードでストリートに沿って１段目の浅溝が形成され、幅狭の切削ブレードで浅溝の底面に２段目の深溝が形成されてウェーハが完全切断される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−０１８９６５号公報

近年、複数のデバイスチップを厚み方向に積層した積層型のデバイスチップが実用化されている。積層型のデバイスチップは、例えば、複数の材質のウェーハを積層した積層ウェーハを切削ブレードで分割することで製造される。しかしながら、積層ウェーハを切削ブレードで分割すると、分割後のデバイスチップの加工品質が悪化するという問題があった。このような積層ウェーハは、上記したステップカットで幅の異なる２種類の切削ブレードで２段階に分けて切削したとしても、積層されたウェーハの材質によってはウェーハを適切に分割することができなかった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、積層ウェーハをストリートに沿って適切に分割することができる積層ウェーハの分割方法を提供することを目的とする。

本発明の積層ウェーハの分割方法は、積層ウェ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積層ウェーハに切削加工を施す第１の切削ブレードを備えた第１の切削手段と、該第１の切削手段によって切削された領域に更に切削加工を施す第２の切削ブレードを備えた第２の切削手段と、ストリートを検出する基準線を備えた撮像手段とを具備する切削装置を用い、第１のウェーハの下面側に第２のウェーハが積層された積層ウェーハをストリートに沿って分割する積層ウェーハの分割方法であって、チャックテーブルに保持された積層ウェーハのストリートを該撮像手段によって検出する検出ステップと、該検出ステップで検出されたストリートに沿って、ストリート毎に積層ウェーハを分割する分割ステップと、から構成され、該分割ステップは、該第１の切削手段によって積層ウェーハの該第１のウェーハのみをストリートに沿って切削し該第２のウェーハを表出させるとともに第１の切削溝を形成する第１の切削ステップと、該第１の切削ステップを実施した後に、該第１の切削ブレードの幅よりも細い第２の切削ブレードを径方向に超音波振動させて該第２の切削手段によって該第１の切削溝に沿って表出した該第２のウェーハを切削し第２の切削溝を形成する第２の切削ステップと、から構成される。

この構成によれば、ブレード幅の異なる第１、第２の切削ブレードによって積層ウェーハの第１、第２のウェーハが２段階に分けて切削される。第１の切削ブレードで第１のウェーハにストリートに沿った第１の分割溝が形成され、第１の分割溝を通じて第２のウェーハが部分的に表出される。また、第１の切削ブレードよりも細い第２の切削ブレードが超音波振動され、超音波振動した切削ブレードで第２のウェーハの表出部分に第１の分割溝に沿った第２の分割溝が形成される。このため、第２のウェーハが第１のウェーハよりも切削し難い材質で形成されていても、第１、第２の切削ブレードによる切削を組み合わせることで積層ウェーハを適切に分割することができる。

本発明の積層ウェーハの分割方法において、該分割ステップ実施中の新たなストリートを切削する前の任意のタイミングで、積層ウェーハに形成された該第１の切削溝を該撮像手段で撮像して基準線との位置関係を計測する第１の切削溝位置計測ステップと、該第１の切削溝が形成されていない該第１のウェーハの表面に、超音波を付与しない状態で該第２の切削手段によって計測溝を形成し、該計測溝を該撮像手段により撮像して基準線との位置関係を計測する第２の切削溝位置計測ステップと、を実施する。

本発明によれば、第１の切削ブレードで第１のウェーハを切削して第２のウェーハをストリートに沿って表出させた後、超音波振動させた第２の切削ブレードで第２のウェーハの表出部分を切削する。よって、第２のウェーハが第１のウェーハよりも切削し難い材質で形成された積層ウェーハであっても、積層ウェーハをストリートに沿って適切に分割することができる。

本実施の形態の積層ウェーハの斜視図及び断面図である。 本実施の形態の切削装置の模式図である。 比較例の積層ウェーハに対するカーフチェックの説明図である。 本実施の形態の検出ステップの一例を示す図である。 本実施の形態の分割ステップの一例を示す図である。 本実施の形態の第１、第２の切削溝位置計測ステップの一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態について説明する。先ず、切削対象となる積層ウェーハについて説明する。図１は、本実施の形態の積層ウェーハの斜視図及び断面図である。図２は、本実施の形態の切削装置の模式図である。図３は、比較例の積層ウェーハに対するカーフチェックの説明図である。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、積層ウェーハＷは、材質の異なる２種類の略円板状の第１、第２のウェーハＷ１、Ｗ２を積層して形成されている。第１のウェーハＷ１は通常のハブブレードで切削容易なシリコンウェーハ、第２のウェーハＷ２は通常のハブブレードで切削困難なガラスウェーハであり、第１のウェーハＷ１の下面側に第２のウェーハＷ２が積層されている。第１のウェーハＷ１の表面には格子状にストリートが形成されており、ストリートに区画された各領域にデバイスＤが形成されている。積層ウェーハＷは、ダイシングテープＴを介してリングフレームＦに支持されている。

なお、第１、第２のウェーハＷ１、Ｗ２の厚みは特に限定されないが、本実施の形態では、例えば第１のウェーハＷ１の厚みが０．４ｍｍ、第２のウェーハＷ２の厚みが０．３ｍｍに形成されている。また、第１のウェーハＷ１は、通常の切削加工で切削容易な材質で形成された基板であればよく、例えばガリウム砒素ウェーハでもよい。第２のウェーハＷ２は、通常の切削加工では切削困難な難切削材で形成された基板であればよく、例えばサファイアウェーハでもよい。難切削材とは、例えば第１のウェーハＷ１よりも硬度や結晶硬度が高く、超音波切削で加工品質が向上する材質をいう。

このような積層ウェーハＷは、第１、第２のウェーハＷ１、Ｗ２を一度に切断するシングルカットでは加工品質が悪化するため、ブレード幅が異なる一対の切削ブレードを用いたステップカットで切削する方法が検討されている。しかしながら、ステップカットによって第１、第２のウェーハＷ１、Ｗ２を個別に切削しても、第２のウェーハＷ２が難切削材であるため、第２のウェーハＷ２の切削時に加工品質が悪化していた。そこで、本実施の形態では、通常切削用の第１の切削ブレード２２（図２参照）と超音波切削用の第２の切削ブレード２７（図２参照）とを用いて、第１、第２のウェーハＷ１、Ｗ２をステップカットしている。

この場合、第１のウェーハＷ１がストリートに沿って第１の切削ブレード２２（図２参照）で通常切削されて、第１のウェーハＷ１から表出した第２のウェーハＷ２が第２の切削ブレード２７（図２参照）で超音波切削される。第１のウェーハＷ１はシリコンウェーハで比較的に切削容易なため、通常切削であっても加工品質が悪化することがなく、第２のウェーハＷ２はガラスウェーハで難切削材であるが、超音波切削されることで加工品質が向上されている。このように、第１、第２のウェーハＷ１、Ｗ２の材質に応じて、第１、第２の切削ブレード２２、２７を使い分けてステップカットすることで、積層ウェーハＷが適切に分割される。

図２に示すように、切削装置１には、第１のウェーハ用の第１の切削手段２１と、第２のウェーハ用の第２の切削手段２６が設けられている。第１の切削手段２１のスピンドル２３にはチャックテーブル１１に保持された積層ウェーハＷに切削加工を施す第１の切削ブレード２２が装着されている。第２の切削手段２６のスピンドル２８には、第１の切削手段２１によって切削された領域に更に切削加工を施す第２の切削ブレード２７が装着されている。第１、第２の切削ブレード２２、２７はブレード幅が異なっており、第１の切削ブレード２２は幅広に形成され、第２の切削ブレード２７は第１の切削ブレード２２よりも細く幅狭に形成されている。

第１の切削ブレード２２は第１のウェーハＷ１の通常切削に使用され、第２の切削ブレード２７は第２のウェーハＷ２の超音波切削に使用される。第２の切削ブレード２７のスピンドル２８には超音波振動付与手段２９が取り付けられている。超音波振動付与手段２９から伝達された超音波振動によって第２の切削ブレード２７の刃先が径方向に瞬間的に伸縮され、刃先の砥粒が繰り返し衝突しながら第２のウェーハＷ２が切削される。なお、本実施の形態では、例えば、第１の切削ブレード２２として＃２０００の粒径でブレード幅０．１ｍｍの電鋳ハブブレードが使用され、第２の切削ブレード２７として＃１０００の粒径のブレード幅０．０８ｍｍのメタルブレードが使用される。

また、切削装置１には、ストリートを検出する基準線を備えた撮像手段１５が設けられている。さらに、切削装置１には、装置各部を統括制御する制御手段１９が設けられている。制御手段１９は各種処理を実行するプロセッサやメモリ等によって構成されている。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。メモリには、例えば、積層ウェーハＷの分割方法の各ステップを実行するためのプログラムや画像処理のプログラム等が記憶されている。

ところで、上記の切削装置１による切削加工においては、スピンドル２３、２８の熱膨張等による加工位置の位置ズレを補正するために、第１、第２の切削ブレード２２、２７で形成された切削溝が定期的にカーフチェックされる。カーフチェックでは、切削溝の状態を観察する他、各切削溝とヘアラインと呼ばれる撮像手段１５の基準線との位置ズレが補正される。ステップカットの場合には、切削溝５０（図３参照）が段状に形成されているため、第１の切削ブレード２２で形成された上段側（第１のウェーハＷ１）の切削溝をカーフチェックすることはできるが、第２の切削ブレード２７で形成された下段側（第２のウェーハＷ２）の切削溝をカーフチェックすることは難しい。

このため、図３に示すように、第２の切削ブレード２７で第１のウェーハＷ１を切削して、この第１のウェーハＷ１に形成された切削溝４１をカーフチェックする必要がある。しかしながら、シリコンウェーハ等の第１のウェーハＷ１が第２の切削ブレード２７によって超音波切削されると、切削溝４１の加工品質が悪化して適切なカーフチェックができない。そこで、本実施の形態では、第２の切削ブレード２７をカーフチェックする際には、超音波を停止させた状態で第２の切削ブレード２７で第１のウェーハＷ１を切削して、加工品質の良い切削溝を形成するようにしている（図６Ａ参照）。

以下、本実施の形態の積層ウェーハの分割方法について説明する。図４は本実施の形態の検出ステップ、図５は本実施の形態の分割ステップ、図６は第１、第２の切削溝位置計測ステップのそれぞれ一例を示す図である。なお、図５Ａは第１の切削ステップ、図５Ｂは第２の切削ステップをそれぞれ示している。また、図６Ａ及び図６Ｂは第２の切削溝位置計測ステップ、図６Ｃ及び図６Ｄは第１の切削溝位置計測ステップをそれぞれ示している。

図４に示すように、積層ウェーハＷが切削装置１（図２参照）に搬入されると、先ず検出ステップが実施される。検出ステップでは、チャックテーブル１１に保持された積層ウェーハＷのストリートが撮像手段１５によって検出される。この場合、撮像手段１５によって積層ウェーハＷの上面が撮像され、撮像画像に対してパターンマッチング等の画像処理が施されて、撮像手段１５の基準線がストリートの中心に位置付けられる。撮像手段１５の基準線がストリートに位置付けられることで、撮像手段１５によって第１のウェーハＷ１のストリートが検出される。

図５Ａに示すように、検出ステップの後には、分割ステップの第１の切削ステップが実施される。第１の切削ステップでは、第１の切削手段２１によって第１のウェーハＷ１のみがストリートに沿って切削されて、第２のウェーハＷ２が表出されるとともに第１の切削溝３１が形成される。この場合、第１の切削ブレード２２が積層ウェーハＷのストリートに位置合わせされ、第１のウェーハＷ１を切断可能な高さまで降ろされた第１の切削ブレード２２に対してチャックテーブル１１が切削送りされる。これにより、チャックテーブル１１上の第１のウェーハＷ１がストリートに沿って切削されて、第１のウェーハＷ１の表面から第２のウェーハＷ２が部分的に表出される。

図５Ｂに示すように、第１の切削ステップの後には、分割ステップの第２の切削ステップが実施される。第２の切削ステップでは、第２の切削ブレード２７を径方向に超音波振動させた第２の切削手段２６によって、第１の切削溝３１に沿って表出した第２のウェーハＷ２が切削されて第２の切削溝３５が形成される。この場合、第２の切削ブレード２７が第１の切削溝３１に位置合わせされ、第２のウェーハＷ２を切断可能な高さまで降ろされた第２の切削ブレード２７に対してチャックテーブル１１が切削送りされる。これにより、チャックテーブル１１上の第２のウェーハＷ２が第１の切削溝３１に沿って切削されて積層ウェーハ１Ｗが完全切断される。

このように、分割ステップでは、第１、第２の切削ステップによって検出ステップで検出されたストリートに沿って切削されることで、ストリート毎に積層ウェーハＷが分割される。このとき、切削容易な材質の第１のウェーハＷ１に対しては第１の切削ブレード２２で通常切削され、難切削材の第２のウェーハＷ２に対しては第２の切削ブレード２７で超音波切削される。第１、第２のウェーハＷ１、Ｗ２の材質毎に、通常切削と超音波切削とを切換えてステップカットがされるため、第１、第２のウェーハＷ１、Ｗ２から成る積層ウェーハＷを適切に分割することが可能になっている。

分割ステップでは、全てのストリートに沿って上記第１、第２の切削ステップを繰り返しているが、スピンドル２３、２８等の熱膨張による第１、第２の切削ブレード２２、２７の位置ズレを補正するために定期的なカーフチェックが必要である。このため、分割ステップ実施中に新たなストリートを切削する前の任意のタイミングで、定期的に第１、第２の切削溝位置計測ステップが実施される。なお、以下の説明では、第２の切削溝位置計測ステップを実施した後に第１の切削溝位置計測ステップを実施しているが、第１の切削溝位置計測ステップを実施した後に第２の切削溝位置計測ステップを実施してもよい。

図６Ａに示すように、第２の切削溝位置計測ステップでは、第１の切削溝３１が形成されていない第１のウェーハＷ１の表面に、超音波を付与しない状態で第２の切削手段２６によって計測用の切削溝３９（計測溝）が形成される。この場合、第２の切削手段２６の超音波振動付与手段２９に対する交流電圧の印加が中断されて、第２の切削ブレード２７の径方向の超音波振動が停止される。また、第２の切削ブレード２７が積層ウェーハＷのストリートに位置合わせされ、第１のウェーハＷ１を切り込み可能な高さまで降ろされた第２の切削ブレード２７に対してチャックテーブル１１が切削送りされる。これにより、チャックテーブル１１上の第１のウェーハＷ１の表面に計測用の切削溝３９が浅く形成される。

図６Ｂに示すように、第１のウェーハＷ１に形成された計測用の切削溝３９が撮像手段１５で撮像され、撮像画像に基づいて計測用の切削溝３９と撮像手段１５の基準線との位置関係が計測される。このとき、第２の切削ブレード２７（図６Ａ参照）で超音波振動させずに計測用の切削溝３９が形成されるため、計測用の切削溝３９の加工品質が悪化することなく、計測用の切削溝３９と撮像手段１５の基準線との位置関係を精度よく計測することができる。そして、撮像手段１５の基準線が計測用の切削溝３９の溝幅の中間位置に位置付けられるように、撮像手段１５と第２の切削ブレード２７との位置関係が補正される（ヘアライン合わせ）。

図６Ｃに示すように、第１の切削溝位置計測ステップでは、上記の第１の切削ステップと同様に、第１の切削手段２１によって第１のウェーハＷ１が計測用の切削溝３９（図６Ｂ参照）の上から切削されて第１の切削溝３１が形成される。この場合、第２の切削ブレード２７よりも幅広の第１の切削ブレード２２によって、計測用の切削溝３９よりも深い第１の切削溝３１が形成される。このため、第１のウェーハＷ１のストリートに沿って計測用の切削溝３９が形成されていても、第１の切削溝３１が形成されることで第１のウェーハＷ１上に計測用の切削溝３９が残ることがない。

図６Ｄに示すように、第１のウェーハＷ１に形成された第１の切削溝３１が撮像手段１５で撮像され、撮像画像に基づいて第１の切削溝３１と撮像手段１５の基準線との位置関係が計測される。そして、撮像手段１５の基準線が第１の切削溝３１の溝幅の中間位置に位置付けられるように、撮像手段１５と第１の切削ブレード２２（図６Ｃ参照）との位置関係が補正される（ヘアライン合わせ）。このようにして、定期的なカーフチェックによって熱膨張等による第１、第２の切削ブレード２２、２７の位置ズレを補正することで、積層ウェーハＷをストリートに沿って精度よく分割することが可能になっている。

以上のように、本実施の形態の積層ウェーハＷの分割方法では、ブレード幅の異なる第１、第２の切削ブレード２２、２７によって積層ウェーハＷの第１、第２のウェーハＷ１、Ｗ２が２段階に分けて切削される。第１の切削ブレード２２で第１のウェーハＷ１にストリートに沿った第１の切削溝３１が形成され、第１の切削溝３１を通じて第２のウェーハＷ２が部分的に表出される。また、第１の切削ブレード２２よりも細い第２の切削ブレード２７が超音波振動され、超音波振動した第２の切削ブレード２７で第２のウェーハＷ２の表出部分に第１の切削溝３１に沿った第２の切削溝３５が形成される。このため、第２のウェーハＷ２が第１のウェーハＷ１よりも切削し難い材質で形成されていても、第１、第２の切削ブレード２２、２７による切削を組み合わせることで積層ウェーハＷを適切に分割することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記した実施の形態において、第２の切削溝位置計測ステップでは、第２の切削ブレード２７で第１のウェーハＷ１のデバイス間のストリートに沿って計測用の切削溝３９が形成される構成にしたが、この構成に限定されない。第２の切削溝位置計測ステップでは、第１の切削溝３１が形成されていない第１のウェーハＷ１の表面に計測用の切削溝３９が形成されていればよく、例えば、第１のウェーハＷ１のデバイスが形成されていない外周領域に計測用の切削溝３９が短く形成される構成でもよい。このようなショートカーフチェックであっても、撮像手段１５と第２の切削ブレード２７との位置関係を補正することが可能である。

また、上記した実施の形態において、第１、第２の切削溝位置計測ステップが同じタイミングで実施される構成にしたが、この構成に限定されない。第１、第２の切削溝位置計測ステップは別々のタイミングで実施されてもよい。

以上説明したように、本発明は、積層ウェーハをストリートに沿って適切に分割することができるという効果を有し、特に、シリコンウェーハとガラスウェーハを積層した積層ウェーハの分割方法に有用である。

１ 切削装置
１１ チャックテーブル
１５ 撮像手段
１９ 制御部
２１ 第１の切削手段
２２ 第１の切削ブレード
２６ 第２の切削手段
２７ 第２の切削ブレード
３１ 第１の切削溝
３５ 第２の切削溝
３９ 計測用の切削溝（計測溝）
Ｗ 積層ウェーハ
Ｗ１ 第１のウェーハ
Ｗ２ 第２のウェーハ

Claims (2)

1. 積層ウェ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積層ウェーハに切削加工を施す第１の切削ブレードを備えた第１の切削手段と、該第１の切削手段によって切削された領域に更に切削加工を施す第２の切削ブレードを備えた第２の切削手段と、ストリートを検出する基準線を備えた撮像手段とを具備する切削装置を用い、
   第１のウェーハの下面側に第２のウェーハが積層された積層ウェーハをストリートに沿って分割する積層ウェーハの分割方法であって、
   チャックテーブルに保持された積層ウェーハのストリートを該撮像手段によって検出する検出ステップと、
   該検出ステップで検出されたストリートに沿って、ストリート毎に積層ウェーハを分割する分割ステップと、から構成され、
   該分割ステップは、
   該第１の切削手段によって積層ウェーハの該第１のウェーハのみをストリートに沿って切削し該第２のウェーハを表出させるとともに第１の切削溝を形成する第１の切削ステップと、
   該第１の切削ステップを実施した後に、該第１の切削ブレードの幅よりも細い第２の切削ブレードを径方向に超音波振動させて該第２の切削手段によって該第１の切削溝に沿って表出した該第２のウェーハを切削し第２の切削溝を形成する第２の切削ステップと、
   から構成される積層ウェーハの分割方法。
2. 該分割ステップ実施中の新たなストリートを切削する前の任意のタイミングで、
   積層ウェーハに形成された該第１の切削溝を該撮像手段で撮像して基準線との位置関係を計測する第１の切削溝位置計測ステップと、
   該第１の切削溝が形成されていない該第１のウェーハの表面に、超音波を付与しない状態で該第２の切削手段によって計測溝を形成し、該計測溝を該撮像手段により撮像して基準線との位置関係を計測する第２の切削溝位置計測ステップと、を実施することを特徴とする請求項１記載の積層ウェーハの分割方法。

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