JP6422388B2 - 切削溝の形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハ等の被加工物に設定された分割予定ラインに切削溝を形成する切削溝の形成方法に関する。

半導体デバイス製造プロセスにおいては、略円板形状であるシリコンウェーハ、ガリウム砒素ウェーハ等の半導体ウェーハの表面に格子状に形成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、区画された各領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。

このような半導体ウェーハは研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、切削装置又はレーザー加工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、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。

切削装置としては一般にダイシング装置と呼ばれる切削装置が用いられており、この切削装置ではダイアモンドやＣＢＮ等の超砥粒をメタルやレジンで固めて厚さ２０〜３０μｍの切刃を有する切削ブレードが約３００００ｒｐｍ等の高速で回転しつつ半導体ウェーハへ切り込むことで切削が遂行される。

半導体ウェーハの表面に形成された半導体デバイスは、金属配線が何層にも積層されて信号を伝達しており、各金属配線間は主にＳｉＯ_２から形成された層間絶縁膜により絶縁されている。

近年、構造の微細化に伴い、配線間距離が近くなり、近接する配線間の電気容量は大きくなってきている。これに起因して信号の遅延が発生し、消費電力が増加するという問題が顕著になってきている。

各層間の寄生容量を軽減すべく、デバイス（回路）形成時に各層間を絶縁する層間絶縁膜として従来は主にＳｉＯ_２絶縁膜を採用していたが、最近になりＳｉＯ_２絶縁膜よりも誘電率の低い低誘電率絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）が採用されるようになってきている。

低誘電率絶縁膜としては、ＳｉＯ_２膜（誘電率ｋ＝４．１）よりも誘電率が低い（例えばｋ＝２．５乃至３．６程度）材料、例えばＳｉＯＣ，ＳｉＬＫ等の無機物系の膜、ポリイミド系、パリレン系、ポリテトラフルオロエチレン系等のポリマー膜である有機物系の膜、及びメチル含有ポリシロキサン等のポーラスシリカ膜を挙げることができる。

このような低誘電率絶縁膜を含む積層体を切削ブレードにより分割予定ラインに沿って切削すると、低誘電率絶縁膜は雲母のように非常に脆いことから積層体が剥離するという問題が生じる。

従来、この種の半導体ウェーハを個々のチップに良好に分割する方法として、レーザーダイシングとメカニカルダイシングを組み合わせた加工方法が知られている（例えば、特開２００５−１５０５２３号公報参照）。

このウェーハの加工方法では、ウェーハの表面側からレーザービームを照射してＬｏｗ−ｋ膜と機能膜とからなる積層体を分断したレーザー加工溝を形成し、次いで切削ブレードを用いてレーザー加工溝の底面から露出した基板を切削して半導体ウェーハを個々のデバイスチップに分割している。

このような加工方法により、Ｌｏｗ−ｋ膜の膜剥がれを防止しつつ、半導体ウェーハが個々のデバイスチップに分割される。しかしながら、この加工方法では、切削装置の他にレーザー加工装置を用いる必要があるため、装置コストが増大するという問題があった。

そこで、レーザー加工装置を用いないメカニカルダイシングでＬｏｗ−ｋ膜を剥がれなく切削する方法が日々研究の上開発され、先端がＵ形状又はＶ形状の切削ブレードを用いてＬｏｗ−ｋ膜を除去する非常に浅切りな加工方法が特開２０１５−１８９６５号公報に記載されている。

特開２００５−１５０５２３号公報 特開２０１５−１８９６５号公報

しかし、特許文献２に記載された加工方法では、切り込み深さを誤ると、溝幅が増大して分割予定ラインをオーバーし、デバイスを除去してしまったり、切削ブレード先端のＲ形状ではない部分がＬｏｗ−ｋ膜に接触して膜剥がれを発生させてしまうという課題があった。

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、被加工物の分割予定ラインに沿って正確な深さの溝を形成可能な切削溝の形成方法を提供することである。

本発明によると、被加工物に設定された分割予定ラインに沿って切削ブレードで所定の深さの切削溝を形成する切削溝の形成方法であって、切削ブレードで測定用部材を切削して第１の予備切削溝を形成し、該第１の予備切削溝の溝底からの距離と溝幅の関係式を割り出す関係式割り出しステップと、チャックテーブルの保持面と直交する切り込み送り方向に該切削ブレードと該チャックテーブルとを相対移動させる切り込み送り手段に対し、該切削ブレードの先端と該チャックテーブルの該保持面とが接触する位置を基準位置として設定する基準位置設定ステップと、該関係式割り出しステップと該基準位置設定ステップを実施した後、該基準位置と被加工物の厚みから被加工物への切り込み量を所定以下に設定し、該チャックテーブルで保持した被加工物に該切削ブレードで該分割予定ラインに沿った第２の予備切削溝を形成する予備切削溝形成ステップと、該予備切削溝形成ステップを実施した後、該第２の予備切削溝を撮像して該第２の予備切削溝の溝幅を測定し、該第２の予備切削溝の溝幅と該関係式とから、該第２の予備切削溝の深さを算出する深さ算出ステップと、該予備切削溝形成ステップで設定した切り込み量と、該深さ算出ステップで算出した該第２の予備切削溝の深さとの差を補正値とし、所定の深さの切削溝を形成する切り込み量を再設定する切り込み量再設定ステップと、該切り込み量再設定ステップを実施した後、該切り込み量再設定ステップで設定された該切削ブレードの切り込み量で被加工物に所定の深さの切削溝を該分割予定ラインに沿って形成する加工ステップと、を備えたことを特徴とする切削溝の形成方法が提供される。

好ましくは、加工ステップでは、第２の予備切削溝をなぞって該切削溝を形成する。好ましくは、該予備切削溝形成ステップ、該深さ算出ステップ及び該切り込み量再設定ステップは、該チャックテーブルに保持された被加工物について、異なる分割予定ラインで複数回実施する。

本発明の切削溝の形成方法によると、測定用部材に第１の予備切削溝を形成して、溝底からの距離と溝幅の関係式を事前に割り出しておき、その後、被加工物に加工予定よりも浅い切り込み深さで第２の予備切削溝を形成し、設定した切り込み量と実際の溝深さとの差から補正値を算出し、その補正値を用いて切り込み量を再設定して被加工物に切削溝を形成するため、被加工物に正確な深さの溝を形成することができる。

本発明の切削溝の形成方法を実施するのに適した切削装置の斜視図である。 ウェーハユニットの斜視図である。 第１の予備切削溝形成ステップを説明する一部断面側面図である。 第２の予備切削溝を形成する予備切削溝形成ステップを説明する一部断面側面図である。 撮像ステップを示す模式的斜視図である。 モニタ上に表示された第２の予備切削溝を示す撮像画像である。 加工ステップを説明する一部断面側面図である。 加工ステップで形成された切削溝を撮像ユニットで撮像している様子を示す模式的斜視図である。 モニタ上に表示された切削溝の撮像画像を示す図である。 先端がＵ形状の切削ブレードを用いて実施する予備切削溝形成ステップを説明する一部断面側面図である。

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を参照すると、本発明の切削溝の形成方法を実施するのに適した切削装置２の斜視図が示されている。切削装置２は２つの切削ブレードが対向して配設されたフェイシングデュアルスピンドルタイプの切削装置である。

切削装置２のベース４には、チャックテーブル６が図示しない加工送り機構によりＸ軸方向に往復動可能に配設されている。チャックテーブル６はＳＵＳ等の金属から形成された枠体８内にポーラスセラミックス等から形成された吸引保持部１０が配設されて構成されている。

チャックテーブル６の周囲には複数のクランプ１２及びウォーターカバー１４が配設されており、このウォーターカバー１４とベース４にわたり蛇腹１６が連結されている。チャックテーブル６に隣接して、ウォーターカバー１４上にダミーウェーハ等の測定用部材を保持するサブチャックテーブル１８が配設されている。

図２を参照すると、ウェーハユニット１７の斜視図が示されている。ウェーハユニット１７は、外周部が環状フレームＦに貼着されたダイシングテープＴに半導体ウェーハ（以下、単にウェーハと称することがある）１１の裏面を貼着して構成されている。ウェーハ１１の表面には格子状に形成された複数の分割予定ライン１３によって区画された各領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイス１５が形成されている。

図２に示したウェーハユニット１７では、被加工物として半導体ウェーハ１１を採用した例について示したが、被加工物は半導体ウェーハ１１に限定されるものではなく、表面に複数の光デバイスが形成された光デバイスウェーハ等の他のウェーハ等の板状の被加工物を含むものである。

再び図１を参照すると、ウェーハユニット１７はカセット２０内に複数枚収容され、複数枚のウェーハユニット１７を収容したカセット２０は上下動可能なカセットエレベータ２２上に載置される。

ベース４の後方には門型形状のコラム２４が立設されている。コラム２４にはＹ軸方向に伸長する一対のガイドレール２６が固定されている。コラム２４には第１Ｙ軸移動ブロック２８が、ボールねじ３０と図示しないパルスモータとからなる第１Ｙ軸移動機構３４によりガイドレール２６に案内されてＹ軸方向に移動可能に搭載されている。

第１Ｙ軸移動ブロック２８にはＺ軸方向に伸長する一対のガイドレール３６が固定されている。第１Ｙ軸移動ブロック２８上には、第１Ｚ軸移動ブロック３８がボールねじ４０とパルスモータ４２とからなる第１Ｚ軸移動機構４４によりガイドレール３６に案内されてＺ軸方向に移動可能に搭載されている。

第１Ｚ軸移動ブロック３８には第１切削ユニット４６及び第１撮像ユニット５２が取り付けられている。第１切削ユニット４６は、図３に示すように、図示しないモータにより回転駆動されるスピンドル４８の先端部に第１切削ブレード５０を着脱可能に装着して構成されている。

第１切削ブレード５０は先端５０ａが概略Ｖ形状をしており、Ｖ形状の頂部はＲ加工されているのが好ましい。第１切削ブレード５０は、切り刃の厚みが約５００μｍ程度の比較的厚い切削ブレードであるのが好ましい。

門型コラム２４には更に、第２Ｙ軸移動ブロック２８ａがボールねじ３０ａとパルスモータ３２ａとからなる第２Ｙ軸移動機構３４ａによりガイドレール２６に案内されてＹ軸方向に移動可能に搭載されている。

第２Ｙ軸移動ブロック２８ａにはＺ軸方向に伸長する一対のガイドレール３６ａが固定されている。第２Ｙ軸移動ブロック２８ａ上には、第２Ｚ軸移動ブロック３８ａがボールねじ４０ａ及びパルスモータ４２ａからなる第２Ｚ軸移動機構４４ａによりガイドレール３６ａに案内されてＺ軸方向に移動可能に搭載されている。

第２Ｚ軸移動ブロック３８ａには第２切削ユニット４６ａ及び第２撮像ユニット５２ａが取り付けられている。第２切削ユニット４６ａは、図示しないモータにより回転駆動されるスピンドルの先端部に図示しない第２切削ブレードが着脱可能に装着されて構成されている。第２切削ブレードは、例えば切り刃の厚みが３０μｍ程度の電鋳ブレードから構成される。

５４はスピンナーテーブル５６を有するスピンナー洗浄ユニットであり、切削加工後のウェーハ１１をスピンナーテーブル５６で吸引保持してスピンナー洗浄し、洗浄後更にスピン乾燥するものである。

切削装置２の各機構部は制御手段（コントローラ）５８により制御される。６０はタッチパネル式の表示モニタであり、図示しない切削装置２の外装パネルに装着されており、切削装置２の稼働状況が表示されると共に、切削装置２に対する制御コマンドを入力する為に使用される。

以下、本発明の切削溝の形成方法について詳細に説明する。チャックテーブル６の吸引保持部１０の上面である保持面は完全に水平ではなく、例えば３〜８μｍ程度の上面高さの誤差があるものである。

更に、ウェーハ１１の厚さばらつきは１〜３μｍ、各軸が温度によって２μｍ程度変動する条件のため、切削ブレード５０の切り込み深さを例えば±１μｍ程度の精度で管理するためには、被加工物に実際に切り込まないと正確な切削溝の深さが測定できない。

本発明の切削溝の形成方法は、チャックテーブル６の保持面高さ誤差、被加工物の厚さばらつき等を補正して正確な深さの切削溝を被加工物に形成するために開発されたものである。

本発明の切削溝の形成方法では、まず図３に示すように、サブチャックテーブル１８でダミーウェーハ等の測定用部材１９を吸引保持し、切削ブレード５０で測定用部材１９を切削して第１の予備切削溝２１を形成する測定用部材切削ステップを実施する。この第１の予備切削溝２１はＶ形状の先端部分５０ａで測定用部材１９に浅く切り込んで形成する。

測定用部材切削ステップを実施した後、第１の予備切削溝２１が形成された測定用部材１９をサブチャックテーブル１８から取り外して、第１の予備切削溝２１の断面形状を顕微鏡を使用して観察し、第１の予備切削溝２１の溝底からの距離Ｄと溝幅Ｗとの関係を複数箇所で検出し、表１に示すような関係式（テーブル）を形成し、この関係式を制御手段５８のメモリに格納する（関係式割り出しステップ）。

この関係式割り出しステップの前又は後に、切削ブレード５０の基準高さ位置を検出する切削ブレード５０のセットアップを実施する。即ち、チャックテーブル６の保持面と直交する切り込み送り方向（Ｚ軸方向）に切削ブレード５０とチャックテーブル６とを相対移動させる切り込み送り手段（第１Ｚ軸移動機構）４４に対し、切削ブレード５０の先端５０ａとチャックテーブル６の保持面とが接触する位置を基準位置として設定する基準位置設定ステップを実施する。

関係式割り出しステップと基準位置設定ステップとを実施した後、基準位置とウェーハ（被加工物）１１の厚みからウェーハ１１への切り込み量を所定以下に設定し、図４に示すように、チャックテーブル６で保持したウェーハ１１に高速回転する切削ブレード５０で分割予定ライン１３に沿った第２の予備切削溝２７を形成する予備切削溝形成ステップを実施する。

ここで、半導体ウェーハ１１は、シリコン基板２３上に低誘電率絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）及び機能膜をそれぞれ複数層積層した積層体１５が積層されて構成されている。積層体１５の格子状に形成された複数の分割予定ライン１３によって区画された各領域にデバイス１５が形成されている。この予備切削溝形成ステップで形成する第２の予備切削溝２７の深さＤ１は積層体２５の厚み未満であり、第２の予備切削溝２７はＷ１の溝幅を有している。

予備切削溝形成ステップを実施した後、図５に示すように、第２の予備切削溝２７を撮像ユニット５２で撮像し、図６に示すように、撮像画像を表示モニタ６０上に表示する。第２の予備切削溝２７の幅を検出し、この溝幅と関係式割り出しステップで割り出した関係式とから、第２の予備切削溝２７の深さを算出する（深さ算出ステップ）。

次いで、予備切削溝形成ステップで設定した切り込み量と、深さ算出ステップで算出した第２の予備切削溝の深さとの差を補正値とし、所定の深さの切削溝を形成する切り込み量を再設定する切り込み量再設定ステップを実施する。

切り込み量再設定ステップを実施した後、図７に示すように、高速回転する切削ブレード５０でウェーハ１１に再設定された切り込み量で切り込み、ウェーハ１１に分割予定ライン１３に沿って所定深さＤ２の切削溝２９を形成する加工ステップを実施する。この時の溝幅はＷ２となる。所定深さＤ２は、積層体２５を完全切断し基板２３の表面２３ａから基板２３内に僅かに切り込む深さとする。

加工ステップでは、第２の予備切削溝２７をなぞって所定深さＤ２の切削溝２９を形成する。このように加工ステップで形成した切削溝２９の深さＤ２が積層体２５を完全切断し基板２３に僅かに切り込む深さであるため、第２切削ユニット４６ａの切削ブレードでウェーハ１１を切削溝２９に沿ってダイシングしても、Ｌｏｗ−ｋ膜の膜剥がれが生じることがない。

図８を参照すると、所定深さＤの切削溝２９を撮像ユニット５２で撮像する様子を示す斜視図が示されている。切削溝２９の撮像画像は、図９に示すように、表示モニタ６０上に表示され、カーフチェックを行うことができる。図９に示す撮像画像から、所定深さの切削溝２９を形成した際、Ｌｏｗ−ｋ膜の膜剥がれが生じていないことが見て取れる。

図１０を参照すると、先端がＵ形状の切削ブレード５０Ａで本発明の切削溝の形成方法を実施する第２実施形態の一部断面側面図が示されている。上述した実施形態では、先端がＶ形状の切削ブレード５０で関係式割り出しステップと、予備切削溝形成ステップと、加工ステップを実施しているが、先端がＵ形状の切削ブレード５０Ａでこれらの各ステップを実施するようにしてもよい。

上述したように、チャックテーブル６の上面（保持面）高さは正確に水平ではないため、第２の予備切削溝２７を分割予定ライン１３に沿って形成する予備切削溝形成ステップは、第１切削ユニット４６をＹ軸方向に加工送りして複数箇所の分割予定ライン１３に沿って実施するのが好ましい。

複数箇所で予備切削溝形成ステップを実施した後、第２の予備切削溝２７の深さを算出する深さ算出ステップと、切り込み量再設定ステップを再度実施して、再度設定した切り込み量で該当する分割予定ライン１３以降の分割予定ライン１３について加工ステップを実施する。

ここで、ウェーハ１１の厚さばらつきが一般的に１〜３μｍ程度あるため、表面高さ測定装置でウェーハ１１の表面高さを測定し、その高さ変位に追従させつつ加工ステップを実施するようにしてもよい。

測定用部材切削ステップでは、切削した測定用部材を断面から顕微鏡で観察する例を示したが、測定用部材に例えば１μｍずつ切り込み深さが異なる複数の第１の予備切削溝２１を形成し、それぞれの溝幅を上面から撮像手段で撮像して測定子、表１に示すような関係式（テーブル）を形成してもよい。

６ チャックテーブル
１１ 半導体ウェーハ
１３ 分割予定ライン
１５ デバイス
１７ ウェーハユニット
１９ 測定用部材
２１ 第１の予備切削溝
２３ 基板
２５ 積層体
２７ 第２の予備切削溝
２９ 切削溝
５０，５０Ａ 切削ブレード
５２ 撮像ユニット
６０ 表示モニタ

Claims (3)

1. 被加工物に設定された分割予定ラインに沿って切削ブレードで所定の深さの切削溝を形成する切削溝の形成方法であって、
   切削ブレードで測定用部材を切削して第１の予備切削溝を形成し、該第１の予備切削溝の溝底からの距離と溝幅の関係式を割り出す関係式割り出しステップと、
   チャックテーブルの保持面と直交する切り込み送り方向に該切削ブレードと該チャックテーブルとを相対移動させる切り込み送り手段に対し、該切削ブレードの先端と該チャックテーブルの該保持面とが接触する位置を基準位置として設定する基準位置設定ステップと、
   該関係式割り出しステップと該基準位置設定ステップを実施した後、該基準位置と被加工物の厚みから被加工物への切り込み量を所定以下に設定し、該チャックテーブルで保持した被加工物に該切削ブレードで該分割予定ラインに沿った第２の予備切削溝を形成する予備切削溝形成ステップと、
   該予備切削溝形成ステップを実施した後、該第２の予備切削溝を撮像して該第２の予備切削溝の溝幅を測定し、該第２の予備切削溝の溝幅と該関係式とから、該第２の予備切削溝の深さを算出する深さ算出ステップと、
   該予備切削溝形成ステップで設定した切り込み量と、該深さ算出ステップで算出した該第２の予備切削溝の深さとの差を補正値とし、所定の深さの切削溝を形成する切り込み量を再設定する切り込み量再設定ステップと、
   該切り込み量再設定ステップを実施した後、該切り込み量再設定ステップで設定された該切削ブレードの切り込み量で被加工物に所定の深さの切削溝を該分割予定ラインに沿って形成する加工ステップと、
   を備えたことを特徴とする切削溝の形成方法。
2. 該加工ステップでは、該第２の予備切削溝をなぞって該切削溝を形成することを特徴とする請求項１記載の切削溝の形成方法。
3. 該予備切削溝形成ステップ、該深さ算出ステップ及び該切り込み量再設定ステップは、該チャックテーブルに保持された被加工物について、異なる分割予定ラインで複数回実施することを特徴とする請求項１又は２記載の切削溝の形成方法。