JP5888870B2

JP5888870B2 - ウエーハの分割方法

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Publication number: JP5888870B2
Application number: JP2011096951A
Authority: JP
Inventors: 義朗平林; 修河田
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2011-04-25
Filing date: 2011-04-25
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2031-04-25
Also published as: JP2012230955A

Description

本発明は、分割予定ラインによって区画された表面の領域にそれぞれデバイスが形成され裏面に金属層を有するウエーハを個々のデバイスチップに分割するウエーハの分割方法に関する。

表面に格子状に形成された複数の分割予定ラインで区画された各領域にそれぞれＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成された半導体ウエーハは、裏面が研削されて所望の厚さに加工された後、分割予定ラインに沿って個々の半導体デバイスチップに分割され、分割された半導体デバイスチップは携帯電話、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。

半導体ウエーハは、ダイシングテープを介して環状フレームで支持され、この状態で切削装置のチャックテーブルに搭載される。ウエーハの切削には、切削ブレードを回転可能に支持する切削手段を備えたダイサーと呼ばれる切削装置が広く使用されている。

切削ブレードはダイアモンド、ＣＢＮ等の超砥粒を金属や樹脂で固めた厚さ２０〜４０μｍ程度の環状の切刃を有し、この切刃を分割予定ラインに位置付けて切削ブレードを３００００ｒｐｍ程度の高速で回転しつつウエーハへと切り込み、チャックテーブルを加工送りすることでウエーハを切削して分割溝を形成し、ウエーハを個々のデバイスチップへと分割する。

半導体ウエーハには数多くの種類があり、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等のディスクリートデバイスが複数表面に形成されたディスクリートウエーハの裏面には電極としての金属層が形成されている。また、近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）の輝度向上のため、サファイア基板の裏面側に反射膜として金属層が形成された光デバイスウエーハも登場している。

特開２００９−５４９０４号公報特開平１０−１２５９５６号公報

しかし、裏面に金属層を有するウエーハを切削ブレードで切削しようとすると、加工送り速度が低速になる上、切削ブレードには目詰まりが生じて切削不良が発生し、ひいてはウエーハの破損を引き起こす恐れがある。

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、裏面に金属層を有するウエーハでも切削ブレードに目詰まりを発生させずに且つウエーハを破損させることなく、個々のデバイスチップへと分割可能なウエーハの分割方法を提供することである。

請求項１記載の発明によると、表面に形成された交差する複数の分割予定ラインで区画された各領域にそれぞれデバイスが形成されるとともに裏面に金属層が形成されたウエーハを該分割予定ラインに沿って分割するウエーハの分割方法であって、ウエーハの該金属層側を露出させた状態で切削装置のチャックテーブルでウエーハを保持する保持ステップと、該チャックテーブルの保持面に対して平行な軸で回転する切削バイトを有する切削手段で該チャックテーブルに保持されたウエーハの該分割予定ラインに対応した領域の該金属層を切削して除去する金属層除去ステップと、該金属層除去ステップを実施した後、切削ブレードでウエーハを該分割予定ラインに沿って切削して、ウエーハを個々のデバイスチップへと分割する分割ステップと、を備えたことを特徴とするウエーハの分割方法が提供される。

請求項２記載の発明によると、前記切削装置は第１スピンドル及び第２スピンドルを有する二軸タイプの切削装置であり、該第１スピンドルに該切削バイトが装着され、該第２スピンドルに切削ブレードが装着されており、前記分割ステップは、前記金属層除去ステップでウエーハを保持したチャックテーブルと同一のチャックテーブルでウエーハを保持しながら実施する。

請求項１記載の発明によると、金属加工に適する切削バイトで分割予定ラインに対応する領域の金属層を除去した後、切削ブレードでウエーハの分割が遂行されるため、切削ブレードの目詰まりやウエーハを破損させることなく、ウエーハを個々のデバイスチップへと分割できる。

請求項２記載の発明によると、金属層除去ステップと分割ステップとでウエーハを保持するチャックテーブルを切り替えることなく、１台の切削装置で金属層除去ステップと分割ステップとを実施することができる。

本発明の分割方法の加工対象となる裏面に金属層を有する半導体ウエーハの表面側斜視図である。外周部が環状フレームに貼着されたダイシングテープに半導体ウエーハの表面側を貼着して裏面を露出させた状態の斜視図である。保持ステップを示す断面図である。金属層除去ステップを示す断面図である。切削ブレードでの分割ステップを示す一部断面側面図である。改質層形成ステップを示す一部断面側面図である。エキスパンド装置（分割装置）の斜視図である。割断ステップを示す断面図である。

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に示す半導体ウエーハ１１は、例えば厚さが１００μｍのシリコンウエーハからなっており、表面１１ａに複数の分割予定ライン（ストリート）１３が格子状に形成されているとともに、複数の分割予定ライン１３によって区画された各領域にそれぞれＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等のディスクリートデバイス１５が形成されている。半導体ウエーハ１１の裏面１１ｂには図２に示されるように電極としての金属層１７が形成されている。

本発明のウエーハの分割方法を実施する予備ステップとして、図２に示すように、外周部が環状フレームＦに貼着された粘着テープとしてのダイシングテープＴに半導体ウエーハ１１の表面１１ａ側が貼着され、裏面に形成された金属層１７が露出される。これにより、半導体ウエーハ１１はダイシングテープＴを介して環状フレームＦで支持された状態となる。

このように半導体ウエーハ１１を環状フレームで支持した後、図３に示すように、保持面１０ａが透明部材から形成されたチャックテーブル１０でウエーハ１１をダイシングテープＴを介して吸引保持し、クランプ１２で環状フレームＦをクランプして固定する。

本実施形態のウエーハの分割方法では、ウエーハ１１の裏面に形成された金属層１７を切削バイトで切削して分割予定ライン１３に対応する領域の金属層１７を除去するため、チャックテーブル１０の透明部材からなる保持面１０ａの下方に配置されたカメラ１４でダイシングテープＴを介してウエーハ１１の表面１１ａを撮像し、図４に示す切削バイトホイール２２と第１の方向に伸長する分割予定ライン１３とを整列させるアライメントを実施する。

更に、チャックテーブル１０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をカメラ１４で撮像して、切削バイトホイール２２と第２の方向に伸長する分割予定ライン１３とのアライメントを実施する。

アライメント実施後、図４に概略構成を示すようなバイト切削装置１６を使用して、チャックテーブル１０に保持されたウエーハ１１の分割予定ライン１３に対応した領域の金属層１７を切削して除去する金属層除去ステップを実施する。

バイト切削装置１６のスピンドルハウジング１８内にはスピンドル２０が回転可能に収容されており、スピンドル２０の先端部には切削バイトホイール２２が装着されている。切削バイトホイール２２は円板状基台２４と、円板状基台２４の外周に１８０度離間して装着された２個の切削バイト２６とから構成される。切削バイト２６はダイアモンドから形成された切削刃を有している。

スピンドル２０の軸線２０ａはチャックテーブル１０の保持面１０ａに対して平行に伸長している。よって、切削バイトホイール２２はチャックテーブル１０の保持面１０ａに対して平行な軸で回転する。

本実施形態の切削バイトホイール２２は、回転バランスを考慮して互いに１８０度離間した２個の切削バイト２６を有しているが、切削バイトホイール２２は円板状基台２４の外周に１個の切削バイト２６を有する構成でもよい。

切削バイト装置１６を使用した金属層除去ステップでは、切削バイトホイール２２を１００００ｒｐｍ等の高速で回転しながらアライメントされた分割予定ライン１３に対応するウエーハ裏面の金属層１７に位置付けて金属層１７に切り込ませ、チャックテーブル１０を加工送りすることにより分割予定ライン１３に対応する領域の金属層１７に切削溝１９を形成する。チャックテーブル１０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に対応する金属層１７の領域に同様に切削溝１９を形成する。

次いで、チャックテーブル１０を９０度回転してから、第１の方向に直交する第２の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３に対応する金属層１７の領域に同様な切削溝１９を形成する。これにより、第１の方向及び第２の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３に対応する金属層１７の領域に金属層１７が除去された切削溝１９が形成されたことになる。

金属層除去ステップ実施後、本発明の第１実施形態では、図５に示すように、切削ブレード３４でウエーハを分割予定ライン１３（切削溝１９）に沿って切削してウエーハ１１を個々のデバイスチップ１５へと分割する分割ステップを実施する。

図５に示した切削装置２８は二つのスピンドルを有する二軸タイプの切削装置であり、一方のスピンドル２０にバイトホイール２２を装着し、他方のスピンドル３２に切削ブレード３４を装着すると、１台の切削装置２８で金属層除去ステップ及び分割ステップを実施することができる。

切削装置２８の切削ユニット３０はスピンドル３２の先端に切削ブレード３４が装着されて構成されている。本実施形態の分割ステップでは、切削ブレード３４を３００００ｒｐｍ等の高速で回転しつつ切削溝１９を通してウエーハ１１に切り込ませ、チャックテーブル１０を加工送りすることでウエーハ１１を第１の方向に伸長する分割予定ライン１３に沿って切削する。チャックテーブル１０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に沿ってウエーハ１１を切削する。

次いで、チャックテーブル１０を９０度回転してから、第１の方向に直交する第２の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３に沿ってウエーハ１１を切削することにより、ウエーハ１１を個々のデバイスチップ１５へと分割する。

次に、図６乃至図８を参照して、本発明第２実施形態の分割ステップについて説明する。本実施形態の分割ステップは、図６に示すように、レーザ加工装置３６のチャックテーブル１０Ａで金属層除去ステップが実施されたウエーハ１１をダイシングテープＴを介して吸引保持し、ウエーハ１１に対して透過性を有する波長のパルスレーザビームの集光点Ｐを集光器３８でウエーハ内部に位置付けるとともに、分割予定ライン１３に沿ってウエーハ１１の金属層１７側からレーザビームを照射し、チャックテーブル１０Ａを矢印Ｘ１方向に加工送りすることにより、ウエーハ１１の内部に改質層２１を形成する改質層形成ステップを含んでいる。

この改質層形成ステップでは、第１の方向の全ての分割予定ライン１３に沿ってウエーハ内部に改質層２１を形成し、次いで、チャックテーブル１０Ａを９０度回転してから、第１の方向に直交する第２の方向に伸長する全ての分割予定ライン１３に沿ってウエーハ内部に改質層２１を形成する。

改質層形成ステップのレーザ加工条件例は例えば以下の通りである。

光源：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４レーザ
波長：１０６４ｎｍ
平均出力：１Ｗ
パルス幅：４０ｎｓ
集光スポット径：φ１μｍ
繰り返し周波数：１００ｋＨｚ
加工送り速度：１００ｍｍ／ｓ

改質層形成工程実施後、図７に示すエキスパンド装置（分割装置）４０を使用してウエーハ１１に外力を付与し、ウエーハ１１を個々のデバイスチップ１５へと割断する割断ステップを実施する。図７に示すエキスパンド装置４０は、環状フレームＦを保持するフレーム保持手段４２と、フレーム保持手段４２に保持された環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴを拡張するテープ拡張手段４４を具備している。

フレーム保持手段４２は、環状のフレーム保持部材４６と、フレーム保持部材４６の外周に配設された固定手段としての複数のクランプ４８から構成される。フレーム保持部材４６の上面は環状フレームＦを載置する載置面４６ａを形成しており、この載置面４６ａ上に環状フレームＦが載置される。

そして、載置面４６ａ上に載置された環状フレームＦは、クランプ４８によってフレーム保持手段４６に固定される。このように構成されたフレーム保持手段４２はテープ拡張手段４４によって上下方向に移動可能に支持されている。

テープ拡張手段４４は、環状のフレーム保持部材４６の内側に配設された拡張ドラム５０を具備している。拡張ドラム５０の上端は蓋５２で閉鎖されている。この拡張ドラム５０は、環状フレームＦの内径より小さく、環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴに貼着されるウエーハ１１の外径より大きい内径を有している。

拡張ドラム５０はその下端に一体的に形成された支持フランジ５４を有している。テープ拡張手段４４は更に、環状のフレーム保持部材４６を上下方向に移動する駆動手段５６を具備している。この駆動手段５６は支持フランジ５４上に配設された複数のエアシリンダ５８から構成されており、そのピストンロッド６０はフレーム保持部材４６の下面に連結されている。

複数のエアシリンダ５８から構成される駆動手段５６は、環状のフレーム保持部材４６を、その載置面４６ａが拡張ドラム５０の上端である蓋５２の表面と略同一高さとなる基準位置と、拡張ドラム５０の上端より所定量下方の拡張位置との間で上下方向に移動する。

以上のように構成されたエキスパンド装置４０を用いて実施するウエーハ１１の分割工程について図８を参照して説明する。図８（Ａ）に示すように、ウエーハ１１をダイシングテープＴを介して支持した環状フレームＦを、フレーム保持部材４６の載置面４６ａ上に載置し、クランプ４８によってフレーム保持部材４６に固定する。この時、フレーム保持部材４６はその載置面４６ａが拡張ドラム５０の上端と略同一高さとなる基準位置に位置付けられる。

次いで、エアシリンダ５８を駆動してフレーム保持部材４６を図８（Ｂ）に示す拡張位置に下降する。これにより、フレーム保持部材４６の載置面４６ａ上に固定されている環状フレームＦを下降するため、環状フレームＦに装着されたダイシングテープＴは拡張ドラム５０の上端縁に当接して主に半径方向に拡張される。

その結果、ダイシングテープＴに貼着されているウエーハ１１には放射状に引張力が作用する。このようにウエーハ１１に放射状に引張力が作用すると、ストリート１３に沿って形成された改質層２１が分割起点となってウエーハ１１が改質層２１に沿って割断され、個々の半導体デバイスチップ１５に分割される。

上述した実施形態では、本発明の分割方法の加工対象なるウエーハとしてディスクリートウエーハ１１について説明したが、本発明の加工対象となるウエーハはこれに限定されるものではなく、裏面に金属層を有する他のウエーハにも同様に適用可能である。

１１半導体ウエーハ
１３分割予定ライン
１６切削バイト装置
１７金属層
１９切削溝
２１改質層
２２切削バイトホイール
２６切削バイト
３８集光器
４０エキスパンド装置（分割装置）

Claims

表面に形成された交差する複数の分割予定ラインで区画された各領域にそれぞれデバイスが形成されるとともに裏面に金属層が形成されたウエーハを該分割予定ラインに沿って分割するウエーハの分割方法であって、
ウエーハの該金属層側を露出させた状態で切削装置のチャックテーブルでウエーハを保持する保持ステップと、
該チャックテーブルの保持面に対して平行な軸で回転する切削バイトを有する切削手段で該チャックテーブルに保持されたウエーハの該分割予定ラインに対応した領域の該金属層を切削して除去する金属層除去ステップと、
該金属層除去ステップを実施した後、切削ブレードでウエーハを該分割予定ラインに沿って切削して、ウエーハを個々のデバイスチップへと分割する分割ステップと、
を備えたことを特徴とするウエーハの分割方法。
前記切削装置は第１スピンドル及び第２スピンドルを有する二軸タイプの切削装置であり、
該第１スピンドルに該切削バイトが装着され、該第２スピンドルに該切削ブレードが装着されており、
前記分割ステップは、前記金属層除去ステップでウエーハを保持したチャックテーブルと同一のチャックテーブルでウエーハを保持しながら実施することを特徴とする請求項１記載のウエーハの分割方法。