JP5122378B2 - 板状物の分割方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の板状物の分割方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが表面に複数形成された半導体ウエーハ等の板状物は切削装置によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話やパソコン等の電気機器に広く利用されている。

切削装置としては被加工物を保持するチャックテーブルと、チャックテーブルに保持された被加工物を切削する切削ブレードと、切削ブレードが装着されるスピンドルとを備えたダイサーと称される装置が広く使用されている。

切削ブレードは、例えば粒径３μｍ程度のダイアモンド砥粒を電着固定した切刃を外周に有し、この切削ブレードがスピンドルによって２００００〜６００００ｒｐｍ等の高速で回転させられつつ被加工物に切り込むことで切削が行われる。

また、ダイサーによる加工では、ヘアラインと呼ばれる装置に装着されたカメラの基準線と切削予定ラインとを合わせることで加工位置の設定を行っている。加工に際して事前にカメラの基準線と切削ブレードの中心線を合わせる作業（ヘアライン合わせ）を実施するが、加工に伴ってスピンドルには高速回転による熱膨張が生じるため、切削ブレードの位置には軸方向のずれが生じる。

切削ブレードとカメラの基準線がずれた状態で切削を遂行すると、切削予定ラインからずれた領域を切削してデバイスを破損させてしまう恐れがある。そこで通常は、切削加工の途中に所定のタイミングでヘアライン合わせを実施する。具体的には、切削で形成した切削溝をカメラで撮像し、カメラの基準線と切削溝とのずれを検出して補正している。

一方、近年、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した形態の半導体ウエーハが実用化されている。

また、半導体ウエーハの分割予定ライン上にテストエレメントグループ（ＴＥＧ）と呼ばれる金属パターンを部分的に配設し、デバイスへ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。

これらｌｏｗ−ｋ膜やＴＥＧは半導体基板の材料と異なる材料で形成されているため、切削ブレードで半導体基板と同時に切削することは困難である。特にｌｏｗ−ｋ膜は雲母のように非常に脆いことから、切削ブレードで切削すると、切削した点を基点にｌｏｗ−ｋ膜が剥離してデバイスが損傷してしまうという問題がある。また、ＴＥＧは金属で形成されているため、切削ブレードで切削するとバリが発生するとともに、切削ブレードの寿命が短くなるという問題がある。

これらの問題を解決するために、半導体ウエーハの分割予定ラインに沿ってパルスレーザービームを照射することで分割予定ライン上のｌｏｗ−ｋ膜やＴＥＧを除去し、除去した領域に切削ブレードを位置付けて切削するための加工装置が提案されている（特開２００３−３２０４６６号参照）。
特開２００３−３２０４６６号公報

ところが、レーザービームの照射によってｌｏｗ−ｋ膜やＴＥＧが除去されてレーザー加工溝が形成された領域を切削ブレードで切削する際には、ヘアライン合わせを実施しようとしても切削による切削溝はレーザー加工溝の底部に形成されるため、被加工物の上面からはカメラで切削溝が検出しづらいという問題が生じる。

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、レーザービーム照射によって加工溝を形成した領域を切削ブレードで切削する場合であっても、切削溝の検出を確実に容易に行うことができ、レーザー加工溝と切削溝とを合致させることが可能な板状物の分割方法を提供することである。

本発明によると、表面に複数の分割予定ラインが格子状に形成されているとともに、該複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域にそれぞれデバイスが形成されたデバイス領域と該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを有する板状物を個々のデバイスに分割する板状物の分割方法であって、該外周余剰領域の外周部分を除いて、該分割予定ラインに沿ってレーザービームを照射してレーザー加工溝を形成するレーザービーム照射工程と、該レーザービーム照射工程によって形成された該レーザー加工溝に沿って該レーザー加工溝の底部及び該外周余剰領域の前記外周部分を切削ブレードで切削して、該レーザー加工溝より溝幅の狭い切削溝を形成する切削工程と、該レーザービーム照射工程で形成された前記レーザー加工溝と該外周余剰領域の前記外周部分に形成された前記切削溝との位置ずれを検出して、該レーザー加工溝に該切削ブレードを合致させる位置合わせ工程と、を具備したことを特徴とする板状物の分割方法が提供される。
好ましくは、前記位置合わせ工程は、該外周余剰領域の前記外周部分に形成された前記切削溝を切削ブレードの位置合わせ用基準線が形成された光学系を備えた撮像手段で撮像し、該基準線と該切削溝との位置ずれを検出して補正値を算出し、該レーザー加工溝に該基準線を位置合わせするとともに、該切削ブレードの位置データに該補正値を加算して該切削ブレードと該レーザー加工溝とを合致させる、各工程から構成される。

本発明によると、レーザー加工溝の形成時に外周余剰領域の外周部分にレーザー加工溝の未形成領域が残存するため、切削ブレードで切削する際にはこのレーザー加工溝未形成領域でヘアライン合わせを実施することが可能となり、レーザー加工溝に切削溝を合致させることが可能となる。更に、レーザー加工溝未形成領域はデバイスが形成されていない外周余剰領域の外周部分に形成されるため、一枚のウエーハからデバイスの取り量を減らすことがない。

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は、本発明の板状物の分割方法を実施するのに適したレーザー加工装置の概略構成図を示している。

レーザー加工装置２は、静止基台４上にＸ軸方向に移動可能に搭載された第１スライドブロック６を含んでいる。第１スライドブロック６は、ボールねじ８及びパルスモータ１０から構成される加工送り手段１２により一対のガイドレール１４に沿って加工送り方向、すなわちＸ軸方向に移動される。

第１スライドブロック６上には第２スライドブロック１６がＹ軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、第２スライドブロック１６はボールねじ１８及びパルスモータ２０から構成される割り出し送り手段２２により一対のガイドレール２４に沿って割り出し方向、すなわちＹ軸方向に移動される。

第２スライドブロック１０上には円筒支持部材２６を介してチャックテーブル２８が搭載されており、チャックテーブル２８は加工送り手段１２及び割り出し送り手段２２によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。チャックテーブル２８には、チャックテーブル２８に吸引保持されたＬＥＤウエーハ等のワークをクランプするクランパ３０が設けられている。

静止基台４にはコラム３２が立設されており、このコラム３２にはレーザービーム発振手段３４を収容したケーシング３５が取り付けられている。レーザービーム発振手段３４は、後で詳細に説明するように、加工用レーザービーム発振手段とワークのエッジ検出用レーザービーム発振手段を含んでいる。

これらのレーザービーム発振手段から発振された加工用及びエッジ検出用レーザービームは、ケーシング３５の先端に取り付けられた集光器３６の対物レンズによって集光されてチャックテーブル２８に保持されているＬＥＤウエーハ等のワークに照射される。

ケーシング３５の先端部には、集光器３６とＸ軸方向に整列して加工用レーザービーム照射手段によってレーザー加工すべき加工領域を検出する撮像手段３８が配設されている。

撮像手段３８は、可視光によって撮像する通常のＣＣＤ等の撮像素子の他に、ワークに赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、この光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する赤外線ＣＣＤ等の赤外線撮像素子から構成される赤外線撮像手段を含んでおり、撮像した画像信号は後述するコントローラ（制御手段）４０に送信される。

コントローラ４０はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）４２と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）４４と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４６と、カウンタ４８と、入力インターフェイス５０と、出力インターフェイス５２とを備えている。

５６は案内レール１４に沿って配設されたリニアスケール５４と、第１スライドブロック６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出手段であり、加工送り量検出手段５６の検出信号はコントローラ４０の入力エンターフェイス５０に入力される。

６０はガイドレール２４に沿って配設されたリニアスケール５８と第２スライドブロック１６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出手段であり、割り出し送り量検出手段６０の検出信号はコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。

撮像手段３８で撮像した画像信号もコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。一方、コントローラ４０の出力インターフェイス５２からはパルスモータ１０、パルスモータ２０、レーザービーム照射手段３４等に制御信号が出力される。

次に図２を参照すると、本発明の板状物の分割方法を実施するのに適した切削装置（ダイシング装置）６２の外観斜視図が示されている。

切削装置６２の前面側には、オペレータが加工条件等の装置に対する指示を入力するための操作手段６４が設けられている。装置上部には、オペレータに対する案内画面や後述する撮像手段によって撮像された画像が表示されるＣＲＴ等の表示手段６６が設けられている。

本発明の方法を適用するのに適した板状物の一種であるウエーハＷは粘着テープであるダイシングテープＴに貼着され、ダイシングテープＴの外周縁部は環状フレームＦに貼着されている。

これにより、ウエーハＷはダイシングテープＴを介してフレームＦに支持された状態となり、図２に示したウエーハカセット６８中にウエーハが複数枚（例えば２５枚）収容される。ウエーハカセット６８は上下動可能なカセットエレベータ６９上に載置される。

ウエーハカセット６８の後方には、ウエーハカセット６８から切削前のウエーハＷを搬出するとともに、切削後のウエーハをウエーハカセット６８に搬入する搬出入手段７０が配設されている。

ウエーハカセット６８と搬出入手段７０との間には、搬出入対象のウエーハが一時的に載置される領域である仮置き領域７２が設けられており、仮置き領域７２には、ウエーハＷを一定の位置に位置合わせする位置合わせ手段７４が配設されている。

仮置き領域７２の近傍には、ウエーハＷと一体となったフレームＦを吸着して搬送する旋回アームを有する搬送手段７６が配設されており、仮置き領域７２に搬出されたウエーハＷは、搬送手段７６により吸着されてチャックテーブル７８上に搬送され、このチャックテーブル７８に吸引されるとともに、複数の固定手段７９によりフレームＦが固定されることでチャックテーブル７８上に保持される。

チャックテーブル７８は、回転可能且つＸ軸方向に往復動可能に構成されており、チャックテーブル７８のＸ軸方向の移動経路の上方には、ウエーハＷの切削すべきストリートを検出するアライメント手段８０が配設されている。

アライメント手段８０は、ウエーハＷの表面を撮像する撮像手段８２を備えており、撮像により取得した画像に基づき、パターンマッチング等の処理によって切削すべきストリートを検出することができる。撮像手段８２によって取得された画像は、表示手段６に表示される。撮像手段８２は、切削ブレードの位置合わせを基準線が形成された光学系を備えている。

アライメント手段８０の左側には、チャックテーブル７８に保持されたウエーハＷに対して切削加工を施す切削手段８４が配設されている。切削手段８４はアライメント手段８０と一体的に構成されており、両者が連動してＹ軸方向及びＺ軸方向に移動する。

切削手段８４は、回転可能なスピンドル８６の先端に切削ブレード（ハブブレード）８８が装着されて構成され、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能となっている。切削ブレード８８は撮像手段８２のＸ軸方向の延長線上に位置している。

図３に示すように、分割対象の半導体ウエーハＷの表面においては、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とが直交して形成されており、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とによって区画された複数の領域にそれぞれデバイス（半導体チップ）Ｄが形成されている。

本発明の分割方法で分割するのに適した半導体ウエーハＷは、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（デバイス）を形成した半導体ウエーハであるか、或いはウエーハの分割予定ライン（ストリート）上にテストエレメントグループ（ＴＥＧ）と呼ばれる金属パターンを部分的に配設した半導体ウエーハである。

このような種類の半導体ウエーハは、切削ブレードを装着した切削装置で切削すると、背景技術の欄で説明したような問題があるため、レーザー加工装置によるレーザー加工溝の形成と、レーザー加工溝中に切削装置による切削溝の形成との二段階の方法によりウエーハを個々のデバイスに分割するのが好ましい。本発明の分割方法は、この二段階分割方法を採用したものである。

本発明の分割方法による加工に先立って、図４に示すように、半導体ウエーハＷはその外周縁部が環状フレームＦに貼着された粘着テープであるダイシングテープＴに貼着される。これにより、ウエーハＷはダイシングテープＴを介してフレームＦに支持された状態となる。

本発明の分割方法を実施するにはまず、図１に示したレーザー加工装置２のクランパ３０により環状フレームＦをクランプすることにより、チャックテーブル２８上にウエーハＷを支持固定する。ついで、加工送り手段１２及び割り出し送り手段２２を駆動してウエーハＷをアライメント手段を構成する撮像手段３８の直下に位置付ける。

アライメント手段がレーザー加工すべきストリートを検出するアライメントの際のパターンマッチングに用いる画像は、レーザー加工する前に予め取得しておく必要がある。そこで、ウエーハＷが撮像手段３８の直下に位置付けられると、撮像手段３８はウエーハＷの表面を撮像し、撮像した画像を図示しない表示手段に表示させる。

レーザー加工装置２のオペレータはパターンマッチングのターゲットとなるキーパターンを探索し、オペレータがキーパターンを決定すると、このキーパターンを含む画像がレーザー加工装置２のコントローラ４０に備えたメモリ４６に記憶される。また、そのキーパターンとストリートＳ１、Ｓ２の中心線との距離を座標値等によって求め、その値もメモリ４６に記憶させておく。

さらに、撮像手段３８を移動させることにより、隣り合うストリートとストリートとの間隔（ストリートピッチ）を座標軸等によって求め、ストリートピッチの値についてもコントローラ４０のメモリ４６に記憶させておく。

ウエーハＷのストリートに沿ったレーザー加工溝の形成の際には、記憶させたキーパターンの画像と実際に撮像手段３８により撮像されて取得した画像とのパターンマッチングを図示しないアライメント手段にて行う。このパターンマッチングは同一のストリートに沿った少なくとも２箇所で行う。

そして、パターンがマッチングしたときは、チャックテーブル２８をθ回転して角度を補正するとともに、割り出し送り手段２２を駆動して、キーパターンとストリートの中心線との距離分だけチャックテーブル２８をＹ軸方向に移動させることにより、レーザー加工溝を形成しようとするストリートと集光器３６との位置合わせを行う。

レーザー加工溝を形成しようとするストリートと集光器３６との位置合わせが行われた状態で、レーザービーム発振手段３４を駆動してレーザービームを発振し、このレーザービームを集光器３６により位置合わせされたストリートに集光して、加工送り手段１２を駆動してチャックテーブル２８をＸ軸方向に移動させる。

これにより、位置合わせされたストリートにレーザー加工溝が形成される。一般的に、ビームスポットのサイズはストリートの幅に比べて小さいので、ストリートに沿って複数状のレーザー加工溝を形成するのが好ましい。

メモリ４６に記憶されたストリートピッチずつ割り出し送り手段２２によりチャックテーブル２８をインデックス送りしながらレーザービームの照射を行うことにより、図５に示すように同方向の全てのストリートＳ１にレーザー加工溝９４が形成される。更に、チャックテーブル２８を９０度回転させてから、上記と同様な操作を遂行すると、全てのストリートＳ２にもレーザー加工溝９４が形成される。

本発明の分割方法で重要なのは、レーザー加工溝９４をウエーハＷの外周余剰領域９２の外周部分９６を除いた領域に形成することである。よって、外周余剰領域９２の外周部分９６はレーザー加工溝未形成領域となる。このように、レーザービームの照射によってウエーハＷのストリートにレーザー加工溝９４が形成されると、ｌｏｗ−ｋ膜やＴＥＧが除去される。

本発明の分割方法によると、このように全てのストリートにレーザー加工溝９４が形成されたウエーハＷに対して、図２に示したような切削装置６２を使用してレーザー加工溝９４の底部に切削溝を形成し、ウエーハＷを個々のデバイスＤに分割する。

まず、切削装置６２のチャックテーブル７８に図５に示したように全てのストリートにレーザー加工溝９４が形成されたウエーハＷを吸引保持する。ついで、チャックテーブル７８をＸ軸方向に移動してウエーハＷをアライメント手段８０の撮像手段８２の直下に位置付ける。ついで、撮像手段８２でレーザー加工溝９４周辺を撮像して、レーザー加工装置２で説明したのと同様なパターンマッチング等によるアライメントを実施する。

そして、パターンがマッチングしたときは、チャックテーブル７８をθ回転して角度を補正するとともに、キーパターンとレーザー加工溝９４の中心線との距離分だけ切削手段８４をＹ軸方向に移動させることにより、切削しようとするレーザー加工溝９４と切削ブレード８８との位置合わせを行う。

切削しようとするレーザー加工溝９４と切削ブレード８８との位置合わせが行われた状態で、チャックテーブル７８をＸ軸方向に移動させるとともに、切削ブレード８８を高速回転させながら切削手段８４を下降させると、位置合わせされたレーザー加工溝９４が切削される。

メモリに記憶されたストリートピッチずつ切削手段８４をＹ軸方向にインデックス送りしながら切削を行うことにより、所定方向のレーザー加工溝９４が全て切削される。更に、チャックテーブル７８を９０度回転させてから、上記と同様の切削を行うと、所定方向に直交するレーザー加工溝９４も全て切削され、ウエーハＷは個々のデバイスＤに分割される。

切削装置６２によるウエーハＷの切削では、切削加工に伴ってスピンドル８６には高速回転による熱膨張が生じるため、切削ブレード８８の位置にはＹ軸方向のずれが発生する。よって、本発明の分割方法では、切削加工の途中の所定のタイミングでレーザー加工溝９４と切削ブレード８８を合致させる位置合わせを実施する。

レーザー加工溝９４と切削ブレード８８を合致させる位置合わせ工程は、図６に示すようにレーザー加工溝未形成領域９６に形成された切削溝９８とレーザー加工溝９４との位置ずれを検出して実施する。

具体的には、この位置合わせ工程では、レーザー加工溝未形成領域９６に形成された切削溝９８を切削ブレード８８の位置合わせ用基準線が形成された光学系を備えた撮像手段８２で撮像し、切削ブレード８８と基準線との位置ずれを検出して補正値を算出する。

そして、切削手段８４をＹ軸方向に移動してレーザー加工溝９４に基準線を位置合わせするとともに、切削ブレード８８のＹ座標に補正値を加算して切削ブレード８８とレーザー加工溝９４とを合致させる。

このようにレーザー加工溝未形成領域９６に形成された切削溝９８を利用したヘアライン合わせにより、切削溝９８をレーザー加工溝９４の中心に形成するように補正することができる。

上述した本発明の実施形態によると、ヘアライン合わせをレーザー加工溝未形成領域９６に形成した切削溝９８を利用して実施するため、撮像手段８２で切削溝９８を確実に検出することができる。更に、レーザー加工溝未形成領域９６はデバイスが形成されていない外周余剰領域９２の外周部分に形成されるため、デバイスの取り量を減らすことがない。

上述した実施形態では、加工途中のヘアライン合わせをレーザー加工溝未形成領域９６に形成した切削溝９８を利用して行っているが、レーザー加工溝未形成領域９６に切削溝を形成せずに切削痕を付け、その切削痕を元に撮像手段８２の基準線と切削ブレード８８を合わせるようにしても良い。

或いは、その切削痕とレーザー加工溝９４を撮像手段８２で撮像してずれ量を算出し、このずれ量を加味してレーザー加工溝９４に切削ブレード８８を位置付けるようにしても良い。

本発明の分割方法を実施するのに適したレーザー加工装置の概略斜視図である。 本発明の分割方法を実施するのに適した切削装置の外観斜視図である。 加工対象となるウエーハの表面側斜視図である。 ウエーハがダイシングテープを介して環状フレームに装着された状態を示す斜視図である。 全てのストリートにレーザー加工溝が形成された状態を示すウエーハの斜視図である。 全てのレーザー加工溝に沿って切削溝を形成した状態を示すウエーハの斜視図である。

符号の説明

２ レーザー加工装置
２８ チャックテーブル
３４ レーザービーム照射手段
３６ 集光器
３８ 撮像手段
４０ コントローラ
６２ 切削装置
７８ チャックテーブル
８０ アライメント手段
８２ 撮像手段
８４ 切削手段
８６ スピンドル
８８ 切削ブレード
９０ デバイス領域
９２ 外周余剰領域
９４ レーザー加工溝
９６ レーザー加工溝未形成領域
９８ 切削溝

Claims (3)

1. 表面に複数の分割予定ラインが格子状に形成されているとともに、該複数の分割予定ラインによって区画された複数の領域にそれぞれデバイスが形成されたデバイス領域と該デバイス領域を囲繞する外周余剰領域とを有する板状物を個々のデバイスに分割する板状物の分割方法であって、
   該外周余剰領域の外周部分を除いて、該分割予定ラインに沿ってレーザービームを照射してレーザー加工溝を形成するレーザービーム照射工程と、
   該レーザービーム照射工程によって形成された該レーザー加工溝に沿って該レーザー加工溝の底部及び該外周余剰領域の前記外周部分を切削ブレードで切削して、該レーザー加工溝より溝幅の狭い切削溝を形成する切削工程と、
   該レーザービーム照射工程で形成された前記レーザー加工溝と該外周余剰領域の前記外周部分に形成された前記切削溝との位置ずれを検出して、該レーザー加工溝に該切削ブレードを合致させる位置合わせ工程と、
   を具備したことを特徴とする板状物の分割方法。
2. 前記位置合わせ工程は、該外周余剰領域の前記外周部分に形成された前記切削溝を切削ブレードの位置合わせ用基準線が形成された光学系を備えた撮像手段で撮像し、
   該基準線と該切削溝との位置ずれを検出して補正値を算出し、
   該レーザー加工溝に該基準線を位置合わせするとともに、該切削ブレードの位置データに該補正値を加算して該切削ブレードと該レーザー加工溝とを合致させる、
   各工程を含むことを特徴とする請求項１記載の板状物の分割方法。
3. 前記レーザービーム照射工程は前記分割予定ラインに沿って複数条のレーザー加工溝を形成する請求項１又は２記載の板状物の分割方法。

Images