JP5715370B2

JP5715370B2 - 検出方法

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Publication number: JP5715370B2
Application number: JP2010229102A
Authority: JP
Inventors: 健次古田
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2030-10-08
Also published as: US20120086797A1; JP2012084671A

Description

本発明は、半導体ウェーハ等のワークの内部または非露出面に形成されたパターンなどの被検出対象を検出する検出方法に関するものである。

半導体デバイス製造工程においては、略円板形状であるワークの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣやＬＳＩ等の回路が形成される。そして、分割予定ラインに沿ってワークを切断して回路が形成された領域を分割することにより、個々の半導体チップが製造される。

ストリートに沿ったワークの切断は、例えば、ダイサーと呼ばれる切削装置によって行われている。この切削装置では、ストリートで区画された矩形のチップ領域の特殊なパターン（たとえばチップ領域の中心位置を認識するために付されたパターン）を被検出対象として設定し、分割すべき半導体ウェーハの露出面を撮像手段によって撮像し走査しながら、画像処理によりパターンを検出する。そして、検出したパターンと、予め記憶されている被検出対象のパターンとストリートとの位置関係とに基づいてストリートを認識し、認識したストリートに沿ってワークを切削している。

このようなパターン検出方法は、ワークのパターンが形成されている表面側が露出している場合には有効であるが、ワークの表裏を反転して切削する場合やパターンが内部に形成されているような特殊なワークを切削する場合には、パターンを検出できない。そこで本出願人は、例えばワークがシリコンウェーハの場合はシリコンに対する赤外線の透過性を利用して半導体ウェーハの露出面側から非露出面や内部を撮像可能な撮像手段を開発した（特許文献１参照）。

特開平７−７５９５５号公報

しかしながら、ワークの露出面に凹凸が存在していると、ワークに対して透過性を有する波長に感度がある撮像手段によっても、被検出対象のパターンを撮像できずに検出できない場合があった。すなわち、図１０において、一点鎖線で示すように、レンズを介してパターンに焦点を合わせると、パターンの像がＣＣＤカメラで結像されて撮像できるが、焦点深度が長い低倍レンズを用いて撮像した場合には、ワークの内部や露出面の反対面である非露出面のパターンに焦点を合わせても、ワークの露出面の凹凸も撮像してしまい、パターンの画像がぼやけてしまう。また、焦点深度が短い高倍率レンズを用いて撮像した場合には、ワークの内部や非露出面のパターンに焦点を合わせても、図１０中矢印Ａ３で示すようにワーク非露出面の凹凸で光が散乱してしまい、やはりパターンの画像がぼやけてしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、露出面に凹凸が存在するワークであっても、その露出面側から撮像してワークの内部または非露出面に形成されたパターンなどの被検出対象を検出できる検出方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる検出方法は、露出面に凹凸を有するワークの内部又は非露出面に形成された被検出対象を、ワークの露出面側から撮像手段を用いて検出する検出方法であって、該撮像手段が検出する光の波長を透過し、該ワークの該露出面との界面における光の屈折の度合いが該ワークの該露出面と空気との界面における屈折の度合いよりも小さい水溶性の液状樹脂を、ワークの露出面に塗布して該ワークの露出面を平坦化する平坦化工程と、該平坦化工程の後に、該液状樹脂が塗布されたワークの露出面側から該撮像手段を用いてワークの内部又は非露出面に形成された被検出対象を検出する検出工程と、を含み、該検出工程に続いてワークを切削した後、該液状樹脂は除去されることを特徴とする。

本発明によれば、ワークの凹凸が存在する露出面に、液状樹脂（ワークを透過し撮像手段が検出する波長の光を透過するとともに、その波長に対する屈折率がワークに近いもの）を塗布することでワーク露出面を液状樹脂で平坦化し、ワーク露出面と液状樹脂との界面において光の屈折の度合いを小さくして光を透過することができる。これによれば、ワーク露出面の凹凸による光の散乱を低減させてワーク内部または非露出面に形成されたパターンに焦点を合わせて撮像することができるので、露出面に凹凸が存在するワークの露出面側から撮像してワークの内部または非露出面に形成されたパターンなどの被検出対象を検出した際の画像のぼやけが従来よりも低減される。

図１は、シリコンウェーハの構成およびシリコンウェーハをストリートに沿って切削する切削装置の主要部の構成を説明する概略斜視図である。図２は、図１に示した切削手段周りの構成を抽出して示す斜視図である。図３は、図１に示した塗布手段を構成するチャックテーブルの収納位置を説明する概略斜視図である。図４は、図１に示した撮像手段の構成を示す図である。図５は、検出工程を説明する説明図である。図６は、本発明にかかる検出方法を適用したワークを例示する図である。図７は、本発明にかかる検出方法を適用したワークを例示する図である。図８は、図６に示したワークで撮像されたパターンの画像例を示す図である。図９は、図７に示したワークで撮像されたパターンの画像例を示す図である。図１０は、従来の問題点を説明する説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明にかかる検出方法の実施の形態について説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、ワークの一例であるシリコンウェーハ１１の構成および本発明の検出方法を適用してこのシリコンウェーハ１１をストリートに沿って切削するための切削装置１０の主要部の構成を説明する概略斜視図である。図１に示すように、本実施の形態で検出対象とするシリコンウェーハ１１は、略円板形状を有し、図１中に破線で示すように表面側が互いに直交する分割予定ラインＬ（Ｌ１，Ｌ２）によって格子状に区画されており、これら区画された領域内にデバイス（本実施形態においては、デバイスのパターンが被検出対象となる）が形成された構成となっている。また、裏面側には微小な凹凸が存在している。そして、本実施形態においてはデバイスが形成された表面側に保持テープＴに貼着されるので、表面が非露出面となり、裏面が露出面となる。

なお、ワークの具体例は、シリコンウェーハに限定されるものではなく、例えばガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の半導体ウェーハ、チップ実装用としてウェーハの裏面に設けられるＤＡＦ（ＤｉｅＡｔｔａｃｈＦｉｌｍ）等の粘着部材、あるいは半導体製品のパッケージ、セラミック、ガラス、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）系の無機材料基板、ＬＣＤドライバー等の各種電子部品、さらにはμｍオーダーの加工位置精度が要求される各種加工材料が挙げられる。

切削装置１０は、切削手段２０と、チャックテーブル１２と、塗布手段３０と、撮像手段４０と、図示しない切削送り手段と、図示しない移動手段と、搬出入手段５０と、制御手段Ｃとを含んで構成される。

切削手段２０は、図２に示すように、切削ブレード２２を装着したスピンドルユニット２３を有して構成される。切削ブレード２２は、例えば、リング形状を有する切削砥石である。この切削手段２０は、スピンドルユニット２３の回転駆動力により切削ブレード２２を高速回転させて、切削ブレード２２を被検出物（ワーク）１１に切り込ませながら相対移動させることができ、チャックテーブル１２上のワーク１１を切削する。

チャックテーブル１２は、例えば、ポーラス部材により形成されており、保持テープＴによりフレームＦに支持された状態のワーク１１が搬出入手段５０により図１中矢印Ａ１で示す方向に搬入され、例えば真空吸着されてチャックテーブル１２上に保持される。

塗布手段３０は、例えば、図３に示すように、塗布部材供給手段３１と、チャックテーブル３２とを有して構成される。このチャックテーブル３２は、上述のチャックテーブル１２と同様にワーク１１を吸引保持するもので、円筒状の回転部３３の上端に配設されている。チャックテーブル３２は、この回転部３３により、内部に配設されたパルスモータなどにより鉛直方向（Ｚ軸方向）を回転軸として回転自在に構成されるとともに、回転部３３を介して昇降部（図示せず）により鉛直方向（Ｚ軸方向）に上下動自在に支持されている。これにより、切削装置１０の作業面高さとなる塗布位置と、内部に収納された収納位置とに選択的に位置づけられる。

塗布部材供給手段３１は、切削装置１０の作業面の開口近傍に配設されて鉛直方向を回転軸とする回転を自在に行う支軸１３１と、この支軸１３１の上端側に一端が連結されたアーム１３２と、このアーム１３２の他端側に噴出口が下を向くようにして設けられたノズル１３３とを備える他に、塗布部材供給源やこの塗布部材供給源からの塗布部材をノズル１３３に導くパイプ等を含む。この塗布部材供給手段３１は、後述する塗布工程において支軸１３１の回転によってアーム１３２が回動し、塗布位置に位置付けられたチャックテーブル３２の中心近傍上方にノズル１３３が移動するようになっており、ノズル１３３から塗布部材を噴出してチャックテーブル３２上のワーク１１の凹凸を有する裏面に供給する。

撮像手段４０は、例えば、図４に示すように、シリコンを透過する赤外波長域において感度を有する赤外線カメラ４１と照明装置４２と顕微鏡４３とを有して構成される。撮像手段４０は、例えば、図２に示すように、切削手段２０を構成するスピンドルユニット２３の側部に固定されており、下方（図１におけるＺ軸の下方向）に向けて配設されている。また、撮像手段４０と切削ブレード２２とは、Ｘ軸方向に一直線上に並ぶように配設されている。この撮像手段４０により、チャックテーブル１２に載置されたワーク１１に付されているパターンを撮像する。撮像に際しては、照明装置４２からワーク１１の裏面に照射された赤外線が、ワーク１１の内部まで透過し、ワーク１１の表面で反射した後に顕微鏡４３を介して赤外線カメラによって撮像される。

切削送り手段は、チャックテーブル１２と切削手段２０とを相対的に移動させるためのものである。この切削送り手段により、Ｘ軸移動テーブルを切削方向（すなわちＸ軸方向）に移動させることができる。また、移動手段もまた、切削手段２０とチャックテーブル１２とを相対的に移動させるものである。この移動手段により、切削手段２０をＹ軸方向に移動させることができる。なお、この切削送り手段と移動手段とを用いて、撮像手段４０のＸ軸方向／Ｙ軸方向の移動を自在に行なうことができる。

搬出入手段５０は、ワーク１１をウェーハ収納位置１３から取り出して、チャックテーブル（１２，３２）に載置させたり、加工済みのワーク１１を収納位置に戻したりする際にワーク１１の搬出入を行うものであり、ウェーハ搬出入手段５１、旋回アーム５２、搬送手段５３などを含む。そして、塗布手段３０により塗布部材を塗布される前のワーク１１は、フレームＦが装着されたウェーハ収納位置１３からウェーハ搬出入手段５１により搬出入領域１４に取り出され、旋回アーム５２により塗布手段３０のチャックテーブル３２に位置づけられる。また、塗布手段３０により液状樹脂としての塗布部材が塗布されたワーク１１は、搬送手段５３によりチャックテーブル１２に搬送される。

切削装置１０は、チャックテーブル１２上に載置され真空吸着され保持されたワーク１１を切削する。このとき、切削する前に、まず、切削すべきストリート（分割予定ライン）と切削ブレード２２とのＹ軸方向の位置合わせ（アライメント）を行う。この位置合わせの際に、後述する検出処理によりパターンを検出し、あらかじめ記憶されている被検出対象のパターンと分割予定ラインとの位置関係に基づいて分割予定ラインＬを認識し、切削送り手段により、チャックテーブル１２をＸ軸方向に移動させて行う。そして、１つの分割予定ラインＬについて切削が終了すると、次にＹ軸方向に隣接する切削ラインに切削ブレード２２を位置合わせして切削を行う。このように、切削ブレード２２の位置合わせとワーク１１の切削とを繰り返し行い、ワーク１１の一の方向に対する切削を行う。

以上のように構成される切削装置１０は、切削装置１０を構成する各部の動作を制御して切削装置１０を統括的に制御する制御手段Ｃを備える。制御手段Ｃは、切削装置１０の動作に必要な各種データを保持するメモリを内蔵したマイクロコンピュータ等で構成される。この制御手段Ｃの制御のもとで、切削装置１０は、平坦化工程と検出工程とを実施する。

ここで、本実施の形態に係る平坦化工程について説明する。平坦化工程は、裏面に凹凸が存在するワーク１１の裏面に塗布部材を塗布して平坦化する工程である。平坦化工程は、ワーク１１を塗布手段３０の塗布位置に位置づける保持工程と、ワーク１１の表面に塗布部材を塗布する塗布工程からなる。

（保持工程）
塗布手段３０において不図示の昇降部がチャックテーブル３２を上昇させ塗布位置に位置付けるとともに、搬入出手段５０がワーク１１を塗布面（裏面）を上にした状態でチャックテーブル３２に搬入し載置する。そして、チャックテーブル３２の吸引手段（不図示）が駆動し、ワーク１１を吸引保持する。これにより、ワーク１１は、凹凸が存在する裏面が露出するように保持される。また、この保持工程では、塗布部材供給手段３１が駆動し、支軸１３１を回転させることによってアーム１３２を回動させ、チャックテーブル３２の保持面の中心近傍上方にノズル１３３を移動させる。

（塗布工程）
続く塗布工程では、塗布部材供給手段３１が駆動し、ノズル１３３から所定量の塗布部材の一例としてＰＶＡ（Poly Vinyl Alcohol）を噴出させることでチャックテーブル３２の保持面上のワーク１１の凹凸が存在する裏面に塗布部材を供給する。続いて、不図示の昇降部が駆動してチャックテーブル３２を下降させ、チャックテーブル３２を収納位置に位置付ける。その後、回転部３３が駆動し、チャックテーブル３２を所定の回転速度で所定の時間回転させることで、遠心力によって凹凸が存在する裏面の全面に塗布部材を広げる。チャックテーブル３２の回転速度および回転時間は、塗布部材の膜厚に応じて適宜設定する。

塗布部材の膜厚についても適宜設定できるが、薄すぎると凹凸を吸収しきれないこと、また厚すぎると塗布部材が光を吸収してしまうことから、ワーク１１の裏面の凹凸を平坦化するために必要な最小限の膜厚であることが望ましく、ワーク１１の裏面の面状態にもよるが、例えば０．５μｍから３．０μｍまでの厚みが好ましく、０．８μｍから１．５μｍまでの厚みがより好ましい。この結果、凹凸が存在する裏面の全面に所望の膜厚で塗布部材が塗布され、凹凸が存在する裏面側が平坦化される。なお、ワーク１１の裏面に供給された塗布部材の大半はチャックテーブル３２の回転による遠心力によってワーク１１外に飛散するが、このとき、チャックテーブル３２は切削装置１０の筐体内部の位置である収納位置に位置付けられており、塗布部材が筐体外に飛散することがない。

つぎに、本実施の形態にかかる検出工程について説明する。検出工程では、ワーク１１の表面に形成されたパターンとしてのデバイスを検出する。ワーク１１は、搬出入手段５０によりチャックテーブル１２に搬送され、その保持面上に塗布部材を塗布した裏面が露出するように保持されている。したがって、撮像手段４０を用いて保持面上のワーク１１の裏面側から、ワーク１１を透過させてワーク１１の表面側のデバイスを撮像し、得られた画像データにパターンマッチング等の画像処理を施すことでパターンを検出する。

なお、本実施の形態ではシリコンウェーハに対して赤外線カメラを用いたが、ワーク１１内部または非露出面のパターンを検出できればよく、ワーク１１の種類に応じて例えば可視光のカメラ等を適宜選択して用いることとしてよい。すなわち、シリコンウェーハの場合は赤外線カメラを用いるが、サファイア等、可視光を透過するウェーハに対しては可視光のカメラを用いればよい。

以上の検出工程によりパターンを検出した後、あらかじめメモリに保持された被検出対象のパターンと分割予定ラインとの位置関係に基づいて、分割予定ラインＬを認識し、切削ブレード２２の鉛直下方に加工対象の分割予定ラインを位置付け、分割予定ラインＬに沿って切削する。

以上に説明した方法により、裏面に凹凸が存在するワーク１１の裏面を、液状樹脂（ワーク１１を透過し撮像手段が検出する波長の光を透過するとともに、屈折率がワーク１１に近いもの）で平坦化したことにより、ワーク１１裏面と液状樹脂との界面において光の屈折の度合いをワーク１１の裏面と空気との界面における屈折の度合いよりも小さくして光を透過することができ、図５に示すようにワーク１１の裏面での光の散乱を低減できる。すなわち、図５において、一点鎖線で示すように、レンズを介してパターンに焦点を合わせるとパターンの像がＣＣＤカメラで結像されて撮像できるが、ワーク１１の裏面が塗布部材により平坦化されたことにより、矢印Ａ２で示すようにパターンの結像を妨げることが低減されて赤外線が透過する。したがって、ワーク１１の凹凸が存在する裏面側からワーク１１の内部や裏面に存在する被検出対象としてのパターンを塗布部材を塗布しない場合に比べて鮮明に撮像し、検出することができる。

また、本実施の形態によれば、ワーク１１の凹凸が存在する裏面に塗布された塗布部材が保護膜となり、ワーク１１の凹凸が存在する裏面を切削屑から保護する役割も果たす。

また、ワーク１１の切削後には、塗布部材の材料に応じた洗浄液で洗浄して塗布部材を除去するが、本実施形態においては塗布部材として水溶性であるＰＶＡ（Poly Vinyl Alcohol）を用いているので、切削後に水で洗浄すれば塗布部材および切削屑を同時に除去することができる。

なお、本実施の形態では、切削装置１０としてブレードダイサーを例示しているが、レーザーダイサーにも同様にして本発明の検出方法を適用可能である。

なお、液状樹脂としては、撮像手段４０が検出する波長の光に対しての空気の屈折率とワーク１１の屈折率との差よりも、液状樹脂の屈折率とワーク１１の屈折率との差が小さくなる様な液状樹脂であれば良い。

例えば、実施形態の様に赤外線の波長（例えば７００〜８００ｎｍ付近）を検出する撮像手段４０を使用して露出面側からシリコンウェーハ１１の内部又は非露出面を撮像する場合には、赤外線の波長に対する空気（０℃，１気圧）の屈折率を約１．０と考え、シリコンの屈折率が４．０前後であることを踏まえると、赤外線の波長に対して大体１．０以上７．０未満の屈折率を持つ液状樹脂を採用することで検出精度を向上させることができると考えられる。例えば液状樹脂として、ポリイミド、光学プラスチック、ＰＶＡ（Poly Vinyl Alcohol）等を用いることが出来る。もちろん、液状樹脂の屈折率が４．０に近づくほど検出精度の向上が期待できる。

また、可視光（例えば４００〜７００ｎｍ付近）の波長を検出する撮像手段４０を使用して露出面側からサファイアウェーハの内部又は非露出面を撮像する場合には、可視光の波長に対する空気（０℃，１気圧）の屈折率を約１．０と考え、サファイアの屈折率が１．８前後であることを踏まえると、可視光の波長に対して大体１．０以上２．６未満の屈折率を持つ液状樹脂を採用することで検出精度を向上させることができると考えられる。例えば液状樹脂として、ポリイミド、光学プラスチック、ＰＶＡ（Poly Vinyl Alcohol）等を用いることが出来る。もちろん、液状樹脂の屈折率が１．８に近づくほど検出精度の向上が期待できる。

また、本発明は裏面が梨地状のダイシングテープ等が設けられたワーク１１についてテープ越しにパターンを検出する際にも適用できる。この場合、露出面としてのテープの梨地面に液状樹脂を塗布してパターンを撮像する。なお、テープの梨地面に塗布する膜厚は、薄すぎると凹凸を吸収しきれないこと、また厚すぎると塗布部材が光を吸収してしまうことから、０．５〜１０μｍ、好ましくは０．５〜７μｍ、さらに好ましくは０．５〜５μｍであることが望ましい。

テープ越しにワーク１１のパターンを撮像する場合には、撮像手段４０が検出する波長の光に対しての空気の屈折率とテープの屈折率との差よりも、液状樹脂の屈折率とテープの屈折率との差が小さくなる様な液状樹脂であれば良い。

例えば、可視光（例えば４００〜７００ｎｍ付近）の波長を検出する撮像手段を使用してＰＶＣ（Poly Vinyl Chloride）などからなる可視光を透過するテープ越しにワークのパターンを撮像する場合には、可視光の波長に対する空気（０℃，１気圧）の屈折率を約１．０と考え、テープの屈折率が１.４〜１.７程度であることを踏まえると、大体１．０以上２．０未満の屈折率を持つ液状樹脂を採用することで加工精度を向上させることができると考えられる。例えば液状樹脂として、ポリイミド、光学プラスチック、ＰＶＡ（Poly Vinyl Alcohol）等を用いることが出来る。もちろん、液状樹脂の屈折率が使用しているテープの屈折率に近づくほど検出精度の向上が期待できる。

（実施例）
図６に示すように、サファイアウェーハのパターンを露出面から検出した結果を図８に例示する。なお、サファイアウェーハの厚みは２００μｍであり、凹凸が存在するサファイアウェーハの露出面に、液状樹脂としてＰＶＡ（Poly Vinyl Alcohol）を膜厚約１．０μｍになるように塗布した。図８に示すように、液状樹脂を塗布せずサファイアウェーハの露出面側から撮像した場合には、レンズの倍率に関係なくパターンの画像がぼやけてしまう。一方、サファイアウェーハの露出面に液状樹脂を塗布して表面を平坦化した場合には、低倍レンズ・高倍レンズのいずれによっても、液状樹脂を塗布しない場合に比べてパターンの画像を鮮明に撮像することができる。

図７に示すように、露出面であるテープの梨地面越しにワークのパターンを検出した結果を図９に例示する。なお、テープはＰＶＣ（Poly Vinyl Chloride）からなる厚み９０μｍのテープであり、テープの梨地面に液状樹脂としてＰＶＡ（Poly Vinyl Alcohol）を膜厚約１．０μｍになるように塗布した。この場合にも、図９に示すように、液状樹脂を塗布せずテープの梨地面側から撮像した場合には、レンズの倍率に関係なくパターンの画像がぼやけてしまう。一方、テープの梨地面に液状樹脂を塗布して表面を平坦化した場合には、低倍レンズ・高倍レンズのいずれによっても、液状樹脂を塗布しない場合に比べてパターンの画像を鮮明に撮像することができる。

１０切削装置
１１ワーク
２０切削手段
３０塗布手段
４０撮像手段
Ｃ制御手段

Claims

露出面に凹凸を有するワークの内部又は非露出面に形成された被検出対象を、ワークの露出面側から撮像手段を用いて検出する検出方法であって、
該撮像手段が検出する光の波長を透過し、該ワークの該露出面との界面における光の屈折の度合いが該ワークの該露出面と空気との界面における屈折の度合いよりも小さい水溶性の液状樹脂を、ワークの露出面に塗布して該ワークの露出面を平坦化する平坦化工程と、
該平坦化工程の後に、該液状樹脂が塗布されたワークの露出面側から該撮像手段を用いてワークの内部又は非露出面に形成された被検出対象を検出する検出工程と、を含み、該検出工程に続いてワークを切削した後、該液状樹脂は除去される、検出方法。