JP4694845B2 - ウエーハの分割方法 - Google Patents

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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に、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、
チャックテーブルに保持された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が撮像手段によって黒色に撮像され、該撮像された画像に基づいて該撮像手段に設けられたヘアーラインにレーザー加工溝間の中間点が位置するようにウエーハを保持しているチャックテーブルを作動して該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、ＳｉＯ２ 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、
    チャックテーブルに保持された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が撮像手段によって黒色に撮像され、該撮像された画像に基づいて該撮像手段に設けられたヘアーラインにレーザー加工溝間の中間点が位置するようにウエーハを保持しているチャックテーブルを作動して該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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