JP2024006497A - 加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】同種の基板の間に種類の異なる中間層が配置される積層基板を反転させることなく、切削ブレードで切削加工する方法を提供する。【解決手段】第1基板10と、第1基板と同じ材質の第2基板20とが、金属を含む中間層30を介して積層された積層基板Wを分割予定ラインLに沿って分割する加工方法であって、基板用切削ブレード51aと、基板用切削ブレードの刃厚51wよりも厚い刃厚の金属用切削ブレードと、を準備し、積層基板の第1基板を露出させて保持し、積層基板を基板用切削ブレードで分割予定ラインに沿って切削し、第1基板に金属用切削ブレードの刃厚よりも幅広の第1切削溝M1を形成し、金属用切削ブレードで第1切削溝に沿って切削して中間層を分断し、第2切削溝M2を形成し、基板用切削ブレードで第2切削溝に沿って切削し、第2基板を分断することで積層基板を分割する。【選択図】図8

Description

本発明は、第1基板と、該第1基板と同じ材質からなる第2基板と、が金属を含む中間層を介して積層された積層基板を交差する複数の分割予定ラインに沿って分割する加工方法に関する。
従来、例えば特許文献1に開示されるような積層基板(積層ウェーハ)の切削加工において、シリコン基板用の第1切削ブレードと、ガラス基板用の第2切削ブレードの二種類の切削ブレードを用いることが知られており、被加工物の材質毎に最適な切削ブレードが選択されるものである。
特に、異なる材質の基板が積層された積層基板では、1種類の切削ブレードで切削しようとすると、チッピングと呼ばれる切削溝の縁に生じる欠けが大きく発生してしまうことが懸念される。このため、積層された各基板に適した切削ブレードで各基板を段階的に切削する方法が採用されている。
特開2018-041896号公報
積層基板には、例えば,三次元積層デバイスウェーハのように,表面にデバイスが形成されたシリコンウェーハの表面同士を接合することで、同種の基板間に異なる材質の中間層が挟まれたような3層構造の積層基板がある。
このような積層基板を加工するには、表裏面側から基板用切削ブレードで外層の基板をそれぞれ切削した後に、中間層用ブレードで中間層を切削する、もしくは、一方の面から基板用切削ブレードで基板を切削し、次いで中間層用ブレードで中間層を切削した後、反対の面から基板用切削ブレードで基板を切削することが考えられる。
しかし、いずれの場合においても一度切削溝が形成された積層基板を反転して加工する必要があり、反転時にウェーハが破損するおそれがある。
本発明は以上の問題に鑑み、同種の基板の間に種類の異なる中間層が配置される積層基板を切削ブレードで切削加工する加工方法において、新規な加工方法を提案するものである。
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
本発明の一態様によれば、第1基板と、該第1基板と同じ材質からなる第2基板と、が金属を含む中間層を介して積層された積層基板を交差する複数の分割予定ラインに沿って分割する加工方法であって、基板用切削ブレードと、該基板用切削ブレードの刃厚よりも厚い刃厚の金属用切削ブレードと、を準備するブレード準備ステップと、積層基板の該第2基板側に支持部材を配設する支持部材配設ステップと、該支持部材を介して積層基板を保持テーブルで保持するとともに該第1基板を露出させる保持ステップと、該保持テーブルで保持された積層基板を該基板用切削ブレードで該分割予定ラインに沿って切削し、該第1基板に該金属用切削ブレードの刃厚よりも幅広の第1切削溝を形成する第1切削ステップと、該第1切削ステップでは、1の分割予定ラインに対して該基板用切削ブレードをインデックス方向に複数回相対移動させることで1の分割予定ラインを複数回切削し、該第1切削ステップを実施した後、該保持テーブルで保持された積層基板を該金属用切削ブレードで該第1切削溝に沿って切削し、該中間層を分断するとともに該金属用切削ブレードの刃厚に相当する幅を有した第2切削溝を形成する第2切削ステップと、該第2切削ステップを実施した後、該保持テーブルで保持された積層基板を該基板用切削ブレードで該第2切削溝に沿って切削し、該第2基板を分断することで該積層基板を分割する第3切削ステップと、を備えた加工方法とする。
また、本発明の一態様によれば、該金属用切削ブレードは、該基板用切削ブレードの刃厚よりも厚く且つ該基板用切削ブレードの刃厚の2倍よりも薄い厚みに設定され、該第1切削ステップでは、該積層基板を該基板用切削ブレードで1の該分割予定ラインに沿って2度切削して該基板用切削ブレードの刃厚の2倍に相当する幅を有する第1切削溝を形成する、こととする。
また、本発明の一態様によれば、該第1切削ステップでは、該積層基板を該基板用切削ブレードで1の該分割予定ラインに沿って2度切削して2条の切削溝を形成するとともに、2条の切削溝の間に該金属用切削ブレードの刃厚よりも幅の狭い該分割予定ラインに沿った切り残し部が形成された該第1切削溝を形成し、該第2切削ステップでは、該金属用切削ブレードで該切り残し部とともに該中間層を切削する、こととする。
本発明は、以下に示すような効果を奏する。
即ち、本発明の一態様によれば、積層基板を反転させることなく各基板や中間層の切削に適した切削ブレードにて切削することができ、チッピングと呼ばれる切削溝の縁に生じる欠けの発生を防止できる。また、積層基板を反転させることなく、保持テーブルにて積層基板を保持したまま第1~第3切削ステップを実施することができるため、積層基板の反転や、積層基板の保持テーブルへの脱着に起因する積層基板の破損も防止できる。さらに、積層基板の反転や脱着が不要であることから、加工時間の短縮を図ることができる。
また、本発明の一態様によれば、最少の切削回数で、金属用切削ブレードで切削する領域と重なる第1基板(例えば、シリコン)の箇所を除去することができ、金属用切削ブレードで第1基板を切削することに起因する加工品質悪化を防止できる。
本発明に係る加工方法により加工されるウェーハの一実施形態について示す図。 積層基板の断面の部分拡大図。 切削装置の一実施形態について示す図。 加工方法の一実施形態の手順を示すフローチャート。 (A)は、支持部材配設ステップについて説明する図。(B)は、保持ステップについて説明する図。(C)は、第1切削ステップについて説明する図。 第1切削ステップについて説明する図。 第2切削ステップについて説明する図。 第3切削ステップについて説明する図。 第1切削ステップの別実施例について説明する図。 第2切削ステップの別実施例について説明する図。 第3切削ステップの別実施例について説明する図。
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図1及び図2は、本発明に係る加工方法により加工される積層基板Wの一実施形態について示す図である。
図1及び図2に示すように、積層基板Wは、第1基板10と、第1基板10と同じ材質からなる第2基板20と、両基板の間の金属を含む中間層30と、を有する。第1基板10と第2基板20が中間層30を介して積層され、積層基板Wが構成される。
第1基板10と第2基板20は、例えば、シリコンウェーハであって、各基板の表面10a,20aにデバイス11,21が形成され、各基板のデバイス11,21の位置が一致するように基板同士が互いに接合され、全体として積層基板Wが構成される。各基板のデバイス11,21の間には、金属配線、層間絶縁膜、TEG等を含むストリート13,23が構成される。
第1基板10と第2基板20を貼り合わせた状態において、デバイス11,21が形成される箇所以外の箇所は、金属を含む中間層30となる。ストリート13,23の箇所は、金属を含む中間層30の一部を構成する。
第1基板10のストリート13や、第2基板20のストリート23は、それぞれ互いに直交する第1方向F1、第2方向F2に伸長し、格子状に配置される。このストリート13,23に沿って分割予定ラインが設定され、分割予定ラインに沿ってデバイス11,21を含むチップに分割される。
なお、第1基板10と第2基板20の素材としては、シリコンの他にもガラス、サファイア、SiC、GaN等が考えられ、特に限定されるものではない。
図3は、積層基板Wの切削加工に用いる切削装置の一例について示す図である。
切削装置50は、2つの切削ユニット51,52を有し、デュアルダイサーとして構成され、1つの分割予定ラインについて2つの切削ユニット51,52にて順に切削加工を行うことが可能である。
切削装置50の基台55には保持テーブル60が配設される。保持テーブル60は、図示せぬ移動機構により加工送り方向であるX軸方向に往復移動するように構成される。また、図示せぬ回転機構により、水平面内で回転するように構成される。
保持テーブル60には、積層基板WがテープTに貼着されたワークユニットUが順次供給され、保持テーブル60の保持面60aにおいて、積層基板WがテープTを介して吸引保持される。
切削ユニット51の近傍には積層基板Wを撮像する撮像装置53が設けられており、コントローラー100は、撮像画像に基づいて積層基板Wの分割予定ラインを設定するとともに、保持テーブル60の回転を行うことにより、アライメント(加工位置検出)を行う。撮像装置53は、積層基板Wの種別に応じて可視光カメラやIRカメラが用いられ、積層基板W内のパターンを検出可能とし、コントローラー100による分割予定ラインの設定と、アライメントを可能とする。
基台55上には門型形状のコラム56が立設されており、コラム56には、第1切削ユニット51及び第2切削ユニット52をそれぞれY軸方向及びZ軸方向に移動可能に支持する移動機構57,58が設けられる。第1切削ユニット51には、図示せぬモータにより回転駆動される基板用切削ブレード51aが設けられる。第2切削ユニット52には、基板用切削ブレード51aの刃厚よりも厚い刃厚を有し、図示せぬモータにより回転駆動される金属用切削ブレード52aが設けられる。
保持テーブル60の周囲には、ワークユニットUのフレームFを挟持するためのクランプ62が複数配置される。
切削装置50の基台55には洗浄装置59が設けられ、切削加工後の積層基板Wが洗浄される。
次に、本発明にかかるウェーハの加工方法の実施例について説明する。
図4は、本発明に係る加工方法の一実施形態の手順を示すフローチャートである。以下順に各ステップについて説明する。
<ブレード準備ステップ>
図3に示すように、切削装置50において、基板用切削ブレード51aと、基板用切削ブレード51aの刃厚よりも厚い刃厚の金属用切削ブレード52aと、を準備するステップである。
基板用切削ブレード51aは、図2に示す第1基板10と第2基板20を切削するために好適なブレードであり、例えば、厚み40μm、メッシュサイズ#3000(粒径2~4μm)程度の電鋳ブレードである。
金属用切削ブレード52aは、図2に示す中間層30を切削するために好適なブレードであり、例えば厚み50μm、メッシュサイズ#800(粒径10~20μm)程度のレジンブレードである。
また、金属用切削ブレード52aは基板用切削ブレード51aよりも摩耗しやすいブレードからなり、基板用切削ブレード51aよりも低集中度のブレードや軟らかいボンド材のブレードを利用することができる。
また、金属用切削ブレード52aは、例えば、基板用切削ブレード51aの刃厚よりも厚く且つ基板用切削ブレードの刃厚の2倍よりも薄い刃厚を有するものを利用できる。
<支持部材配設ステップ>
図5(A)に示すように、積層基板Wの第2基板20側に支持部材としてのテープTを配設するステップである。テープTは、粘着層を有するものの他、粘着層を有しないものであってもよい。
本実施例では、図2及び図5(B)に示すように、第1基板10と比較して厚みのある第2基板20をテープTに貼着する。これにより、詳しくは後述するように、中間層30と第2基板20を下側に残したまま、厚みの薄い第1基板10について切削(第1切削ステップ)を実施するいわゆるハーフカットを実施することができ、切削の際に割れやすい厚みの薄い第1基板10の割れを防ぐことができる。特に、基板の厚みが40μm以下となると割れる可能性が高くなるので、中間層や厚い基板に切り込まずに、40μm以下の薄い基板のみを先に切削するハーフカットの実施が好ましい。
また、図5(A)に示すように、積層基板Wの周囲を取り囲むように、環状のフレームFがテープTに固定され、積層基板WとフレームFが一体となったワークユニットUが構成される。
<保持ステップ>
図5(B)に示すように、支持部材であるテープTを介して積層基板Wを保持テーブル60で保持するとともに第1基板10を露出させるステップである。
保持テーブル60の保持面60aは図示せぬ吸引源と接続されており、支持部材であるテープTを介して積層基板Wが保持面60aに吸引保持される。また、フレームFがクランプ62によって挟持される。
<第1切削ステップ>
図5(C)に示すように、保持テーブル60で保持された積層基板Wを基板用切削ブレード51aで分割予定ラインに沿って切削し、第1基板10に金属用切削ブレード52aの刃厚よりも幅広の第1切削溝を形成するステップである。
具体的には、まず、図1に示す撮像装置53で積層基板Wを撮像してアライメントを行い、ストリート内に分割予定ラインを設定する。次いで、図5(C)に示すように、基板用切削ブレード51aを切り込み高さに位置づけて高速回転させるとともに、保持テーブル60を加工送り方向(X軸方向)に加工送りすることで、図6(A)(B)に示すように、第1基板10のストリート13内に分割予定ラインLに沿って第1切削溝M1を形成する。
ここで、基板用切削ブレード51aの刃厚51w(図6(A))は金属用切削ブレード52aの刃厚52w(図7(A))よりも幅狭であるため、基板用切削ブレード51aにより複数回の溝加工を行うことで、第1切削溝M1の幅W1(図6(D))を金属用切削ブレード52aの刃厚52w(図7(A))よりも広くする。
即ち、図6(A)~(F)に示すように、1の分割予定ラインLに対して基板用切削ブレード51aをインデックス方向(Y軸方向)に複数回相対移動させることで1の分割予定ラインLを複数回切削するものである。
より具体的には、図6(A)(B)に示すように、まず第1基板10について、分割予定ラインLの位置から刃のセンター位置を一側にずらすようにして基板用切削ブレード51aを位置づけ分割予定ラインLに沿って1度目の溝加工を行う。次いで、図6(C)(D)に示すように、分割予定ラインLの位置から刃のセンター位置を他側にずらすようにして基板用切削ブレード51aを位置づけ分割予定ラインLに沿って2度目の溝加工を行う。これにより、金属用切削ブレード52aの刃厚52w(図7(A))よりも広い幅W1の第1切削溝M1を加工する。図6(E)(F)に示すように、隣の分割予定ラインLについても同様の加工を行う。
図6(A)~(F)の例では、2度の溝加工によりストリート13の幅13w(図6(B))の範囲内において第1切削溝M1を形成することとしたが、例えば3回とするなど、金属用切削ブレード52aの刃厚52w(図7(A))に対応して、溝加工の回数を変更することとしてもよい。なお、この第1切削ステップでは、中間層30と第2基板20が切削されず、積層基板W全体としてはハーフカットが行われるものとなる。
<第2切削ステップ>
図7(A)~(D)に示すように、第1切削ステップを実施した後、保持テーブル60(図5(C))で保持された積層基板Wを、第2切削ユニット52(図3)の金属用切削ブレード52aで第1切削溝M1に沿って切削し、中間層30を分断するとともに金属用切削ブレード52aの刃厚52wに相当する幅を有した第2切削溝M2を形成するステップである。
図7(A)(B)に示すように、第1基板10において、中間層30のストリート13,23に対応する箇所には第1切削溝M1が形成されており、この第1切削溝M1に沿って金属用切削ブレード52aにてストリート13,23に切り込むことで、金属を含む中間層30を溝加工する。
これにより、図7(C)(D)に示すように、第1切削溝M1の底に第2切削溝M2が形成される。
<第3切削ステップ>
図8(A)~(D)に示すように、第2切削ステップを実施した後、保持テーブル60(図5(C))で保持された積層基板Wを基板用切削ブレード51aで第2切削溝M2に沿って切削し、第2基板20を分断することで積層基板Wを分割するステップである。
図8(A)(B)に示すように、中間層30のストリート13,23に対応する箇所には第2切削溝M2が形成されており、この第2切削溝M2に沿って基板用切削ブレード51aにて第2基板20に切り込んで溝加工する。
これにより、図8(C)(D)に示すように、第2切削溝M2の底に第3切削溝M3が形成される。第3切削溝M3は、支持部材であるテープTに到達することで、第2基板20を完全に分断する。
以上の実施例では、一つの分割予定ラインL(図6(A))について、第1切削ステップにおいて第1切削ユニット51(図1)の基板用切削ブレード51aによる2回の溝加工により第1切削溝M1(図6(E))を形成し、次いで、第2切削ステップにおいて第2切削ユニット52(図2)の金属用切削ブレード52aによる溝加工により第2切削溝M2(図7(C))を形成し、次いで、第2切削ステップにおいて第1切削ユニット51(図1)の基板用切削ブレード51aによる溝加工により第3切削溝M3(図8(C))を形成する。このような所謂ステップカットを、すべてのストリート13,23(図1)について実施することで、積層基板Wをチップに分割することができる。
以上に説明した加工方法においては、積層基板Wを反転させることなく各基板や中間層の切削に適した切削ブレードにて切削することができ、チッピングと呼ばれる切削溝の縁に生じる欠けの発生を防止できる。また、積層基板Wを反転させることなく、保持テーブル60にて積層基板Wを保持したまま第1~第3切削ステップを実施することができるため、積層基板Wの反転や、積層基板Wの保持テーブル60への脱着に起因する積層基板Wの破損も防止できる。さらに、積層基板Wの反転や脱着が不要であることから、加工時間の短縮を図ることができる。
また、図6乃至図8を用いて説明した実施例では、金属用切削ブレード52aは、基板用切削ブレード51aの刃厚51wよりも厚く且つ基板用切削ブレード51aの刃厚の2倍よりも薄い厚み52wに設定され、第1切削ステップでは、積層基板Wを基板用切削ブレード51aで1の分割予定ラインLに沿って2度切削して基板用切削ブレード51aの刃厚の2倍に相当する幅を有する第1切削溝M1を形成することとしている。
この例では、第1切削ステップにおいて、1の分割予定ラインLに沿って2度切削することで、金属用切削ブレード52aの刃厚52wよりも幅の広い第1切削溝M1を形成することができる。このように、2つのブレード51a,52aの刃厚の関係により、第1切削ステップにおいて1の分割予定ラインLに沿って切削する回数を設計することができる。また、この例によれば、最小回数(2度)により第1切削溝M1を形成することが可能となり、加工時間の短縮を図ることができる。
また、図9乃至図11は、第1,2切削ステップの別の実施例について説明するものである。
この実施例では、積層基板Wを基板用切削ブレード51aで1の分割予定ラインLに沿って2度切削して2条の切削溝Maを形成するとともに、2条の切削溝Maの間に金属用切削ブレード52aの刃厚52wよりも幅の狭い分割予定ラインLに沿った切り残し部Kが形成された第1切削溝MAを形成し、第2切削ステップでは、金属用切削ブレード52aで切り残し部Kとともに中間層30を切削するものである。
具体的には、図9(A)に示すように、第1基板10について、分割予定ラインLの位置から刃のセンター位置を一側にずらすようにして基板用切削ブレード51aを位置づけ分割予定ラインLに沿って1条目の溝加工を行い切削溝Maを形成する。次いで、図9(C)に示すように、分割予定ラインLの位置から刃のセンター位置を他側にずらすようにして基板用切削ブレード51aを位置づけ分割予定ラインLに沿って2条目の溝加工を行い切削溝Maを形成する。この際、1条目と2条目の間に切り残し部Kが形成されるように、基板用切削ブレード51aのセンター位置を分割予定ラインLからずれた位置に設定する。
このようにして、図9(C)~(F)に示すように、2条の切削溝Maと、その間の切り残し部Kを有する第1切削溝M1が形成される。この第1切削溝M1の幅WAは、ストリート13,23の幅より狭い範囲であって、且つ、後の第2切削ステップによって用いられる金属用切削ブレード52aの刃厚52wよりも広いものとする。また、切り残し部Kの幅は、金属用切削ブレード52aの刃厚52wよりも狭く、後の第2切削ステップにおいて金属用切削ブレード52aによって除去される幅に設定される。
次いで、図10(A)~(D)に示すように、第2切削ステップにおいては、金属用切削ブレード52aにより切り残し部Kに切り込んで切り残し部Kを除去しつつ、中間層30に切り込んで第2切削溝M2を形成する。
ここで、図10(A)(B)に示すように、金属用切削ブレード52aにより切り残し部Kを切削することになるが、切り残し部Kの両側にはそれぞれ切削溝Maが形成されているため、第1基板10と金属用切削ブレード52aの間に隙間Sを確保することができ、第1基板10にチッピングを発生させることが防がれる。即ち、金属用切削ブレード52aで第1基板10を切削することに起因する加工品質悪化を防止できる。
次いで、図11(A)~(D)に示すように、中間層30のストリート13,23に対応する箇所に形成された第2切削溝M2に沿って基板用切削ブレード51aにて第2基板20に切り込んで溝加工をし、第2切削溝M2の底に第3切削溝M3が形成される。
以上の実施例では、第1切削ステップにおいて切り残し部Kを残し、第2ステップにおいて切り残し部Kを除去するものである。この実施例は、金属用切削ブレード52aの刃厚52wが広く、第1切削溝MAの幅WAを広く確保したい場合に、加工時間を短縮できる点で特に有効となる。つまり、例えば、仮に切り残し部Kを残さずに幅WAの第1切削溝MAを形成する場合に、1の分割予定ラインLに沿って3度切削する必要があるところ、2度の切削で終えることができ、加工時間を短縮できる。換言すれば、最少の切削回数で、金属用切削ブレード52aで切削する領域と重なる第1基板10(例えば、シリコン)の箇所を除去できる。
10 第1基板
13 ストリート
20 第2基板
23 ストリート
30 中間層
50 切削装置
51 切削ユニット
51a 基板用切削ブレード
52 切削ユニット
52a 金属用切削ブレード
52w 刃厚
53 撮像装置
60 保持テーブル
60a 保持面
62 クランプ
100 コントローラー
F フレーム
K 切り残し部
L 分割予定ライン
M1 切削溝
M2 切削溝
M3 切削溝
MA 切削溝
Ma 切削溝
S 隙間
T テープ
U ワークユニット
W 積層基板

Claims (3)

  1. 第1基板と、該第1基板と同じ材質からなる第2基板と、が金属を含む中間層を介して積層された積層基板を交差する複数の分割予定ラインに沿って分割する加工方法であって、
    基板用切削ブレードと、該基板用切削ブレードの刃厚よりも厚い刃厚の金属用切削ブレードと、を準備するブレード準備ステップと、
    積層基板の該第2基板側に支持部材を配設する支持部材配設ステップと、
    該支持部材を介して積層基板を保持テーブルで保持するとともに該第1基板を露出させる保持ステップと、
    該保持テーブルで保持された積層基板を該基板用切削ブレードで該分割予定ラインに沿って切削し、該第1基板に該金属用切削ブレードの刃厚よりも幅広の第1切削溝を形成する第1切削ステップと、
    該第1切削ステップでは、1の分割予定ラインに対して該基板用切削ブレードをインデックス方向に複数回相対移動させることで1の分割予定ラインを複数回切削し、
    該第1切削ステップを実施した後、該保持テーブルで保持された積層基板を該金属用切削ブレードで該第1切削溝に沿って切削し、該中間層を分断するとともに該金属用切削ブレードの刃厚に相当する幅を有した第2切削溝を形成する第2切削ステップと、
    該第2切削ステップを実施した後、該保持テーブルで保持された積層基板を該基板用切削ブレードで該第2切削溝に沿って切削し、該第2基板を分断することで該積層基板を分割する第3切削ステップと、を備えた加工方法。
  2. 該金属用切削ブレードは、該基板用切削ブレードの刃厚よりも厚く且つ該基板用切削ブレードの刃厚の2倍よりも薄い厚みに設定され、
    該第1切削ステップでは、該積層基板を該基板用切削ブレードで1の該分割予定ラインに沿って2度切削して該基板用切削ブレードの刃厚の2倍に相当する幅を有する第1切削溝を形成する、ことを特徴とする請求項1に記載の加工方法。
  3. 該第1切削ステップでは、該積層基板を該基板用切削ブレードで1の該分割予定ラインに沿って2度切削して2条の切削溝を形成するとともに、2条の切削溝の間に該金属用切削ブレードの刃厚よりも幅の狭い該分割予定ラインに沿った切り残し部が形成された該第1切削溝を形成し、
    該第2切削ステップでは、該金属用切削ブレードで該切り残し部とともに該中間層を切削する、ことを特徴とする請求項1に記載の加工方法。
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