JP2009076823A

JP2009076823A - ウエーハの切削加工方法

Info

Publication number: JP2009076823A
Application number: JP2007246845A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Yodo; 良彰淀
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2009-04-09

Abstract

【課題】ウエーハの表面に切削屑が付着することを抑制可能なウエーハの切削加工方向を提供することである。
【解決手段】ウエーハの切削加工方法であって、ウエーハを第１の方向と第１の方向に直交する第２の方向に切削してウエーハを複数のチップに分割するフルカット工程を実施した後、高速回転する切削ブレードをウエーハから浮かせてカットライン上を沿うようにウエーハに対して相対移動させるクリーンカット工程を実施する。クリーンカット工程は、第１の方向のカットラインに沿って行い第１の方向のカットライン中の切削屑を洗浄する第１クリーンカット工程と、第２の方向のカットラインに沿って行い第２の方向のカットライン中の切削屑を洗浄する第２クリーンカット工程を含んでいる。
【選択図】図６

Description

本発明は、切削屑がウエーハ上に付着するのを抑制可能なウエーハの切削加工方法に関する。

ＩＣ，ＬＳＩ等の数多くのデバイスが表面に形成され、且つ個々のデバイスがカットライン（ストリート）によって格子状に区画された半導体ウエーハは、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、ダイシング装置（切削装置）によってカットラインを切削して個々のデバイスに分割され、携帯電話、パソコン等の電気機器に利用される。

ウエーハの切削時には高速回転する切削ブレードがストリートに切り込むため、切削により生じた切削屑（コンタミネーション、以下コンタミと略称する）が半導体ウエーハの表面に付着する。

そこで、コンタミの付着を防止するとともに付着したコンタミを除去するために、半導体ウエーハと切削ブレードとが接触する箇所に切削水とともにエアを噴出して、切削水が切削ブレードとウエーハとの接触部に集中するようにしたり（例えば、特許文献１参照）、ウエーハのダイシング終了後、ウエーハを洗浄する工程を追加したりしている（例えば、特許文献２参照）。

然しながら、切削対象とする被加工物が通常の半導体ウエーハではなく、ＭＥＭＳ（マイクロマシーン）ウエーハである場合は、表面に非常に脆いＭＥＭＳ構造体が形成されているため、特許文献１又は２に開示された技術のように比較的高圧の切削水をウエーハ上面にあてると、切削水や洗浄水の圧力によって、表面のＭＥＭＳ構造が破損するという問題がある。

一方、切削ノズルから噴出する切削水の圧力や流量を下げてしまうと、コンタミがウエーハ表面に付着してしまうという問題がある。また、通常ウエーハをダイシングした後に行われるスピン洗浄装置による洗浄工程をＭＥＭＳウエーハで実施すると、水圧や遠心力によってＭＥＭＳ構造の破損を招く恐れがあるという問題がある。

そのため、ＭＥＭＳの加工に適した切削水を供給するノズルとしてＶノズル、スプレーダクト、サイドフローノズル等の各種ノズルが開発され、ＭＥＭＳの破損は大きく抑制されるようになった（例えば、特許文献３，４，５参照）。
特開２００１−２６７２７２号公報特開２０００−３３３４６号公報特開２００７−９６７号公報特開２００６−２８９５０９号公報特開２００７−１１１８４０号公報特開２００６−５９９１４号公報

然しながら、特許文献３乃至５に開示されたノズルを使用するだけでは、特にカットライン中に滞留する切削屑の排出には依然として課題が残ることが判明した。

すなわち、第１の方向でカットライン（ストリート）をカット後、第１の方向に直交する第２の方向のカットラインをカットすると、第２の方向のカットで排出される切削屑（コンタミ）が、第１の方向のカットライン中に流れ出て滞留してしまうという問題が発生したためである。

この問題に対して、本願発明者は幾つかの対策を検討した。まず第１に、特許文献６に開示されているように、一本のカットラインをダウンカットとアップカットで２回に分けて切削ブレードを往復させてフルカットし、アップカットでコンタミの排出を促すという方法を検討した。

ここで、ダウンカットとは、ウエーハを切削する位置における切削ブレードの回転が下向きである切削方法であり、アップカットとは、ウエーハを切削する位置における切削ブレードの回転が上向きである切削方法を意味する。

このような切削方法では、直交するカットライン中にコンタミが滞留することの解決にはならない上、アップカットがもたらす加工品質の低下、具体的にはチッピングの増大もあり、新たな問題が発生してしまう。

また、特許文献６に開示の方法を参考に、ダウンカットでフルカットし、アップカットでは空切り（切削ブレードの刃先をウエーハ上面より高くして実際には切削を行わない）をし、アップカット時の切削水をウエーハの洗浄に利用するという切削方法を検討した。この方法によると、アップカット時の加工品質の低下は抑制されたが、直交するカットライン中にコンタミが滞留することの解決にはならなかった。

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、ウエーハの表面に切削屑が付着することを抑制可能なウエーハの切削加工方法を提供することである。

本発明によると、ウエーハを保持するチャックテーブルと、該ウエーハを切削する切削ブレードを回転可能に支持した切削手段と、該切削ブレードに切削水を供給する切削水供給手段と、該チャックテーブルを該切削ブレードに対して加工送り方向に移動する加工送り手段とを備えた切削装置を用い、ウエーハを複数のチップに切断するウエーハの切削加工方法であって、切削水を供給しながら前記ウエーハを第１の方向の複数のカットラインに沿って切断する第１フルカット工程と、切削水を供給しながら前記第１の方向のカットラインと直交する第２の方向の複数のカットラインに沿って、前記ウエーハを切断して複数のチップに分割する第２フルカット工程と、前記第１フルカット工程で切断された前記第１の方向のカットライン上を、前記切削ブレードが前記ウエーハから所定距離離れて沿うように前記ウエーハを移動させ、前記切削ブレードの高速回転によって加速された切削水を該第１の方向のカットライン周辺に当て、ウエーハの上面及び前記第１の方向のカットライン中の切削屑を洗浄する第１のクリーンカット工程と、前記第２フルカット工程で切断された前記第２の方向のカットライン上を、前記切削ブレードが前記ウエーハから所定距離離れて沿うように前記ウエーハを移動させ、前記切削ブレードの高速回転によって加速された切削水を該第２の方向のカットライン周辺に当て、前記ウエーハの上面及び前記第２の方向のカットライン中の切削屑を洗浄する第２のクリーンカット工程と、を具備したことを特徴とするウエーハの切削加工方法が提供される。

好ましくは、第１及び第２のクリーンカット工程は、切削ブレードの刃先をウエーハ上面より０．０１〜０．５ｍｍ高い位置に位置付けて実施する。

本発明のウエーハの切削加工方法によると、最後にフルカットした方向と直交する第１の方向のカットライン上に切削ブレードの回転によって高速に加速された切削水を当てて洗浄する第１のクリーンカット工程を実施するため、最後にカットした方向と直交する第１の方向に排出された切削屑が第１の方向のカットライン中に滞留しても、切削屑を効率的に洗い流すことが可能となる。

また、クリーンカット工程を、第１の方向の第１クリーンカット工程に加えて第２の方向の第２クリーンカット工程も行うことにより、第１クリーンカット工程で第２の方向のカットライン中に排出されて滞留する切削屑が発生しても確実に洗浄することができる。

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はウエーハをダイシングして個々のチップ（デバイス）に分割することのできる切削装置（ダイシング装置）２の外観を示している。

切削装置２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４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６が設けられている。

図２に示すように、ダイシング対象のウエーハＷの表面においては、第１のストリート（第１のカットライン）Ｓ１と第２のストリート（第２のカットライン）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て多数のデバイスＤがウエーハＷ上に形成されている。

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１に示したウエーハカセット８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８は上下動可能なカセットエレベータ９上に載置される。

ウエーハカセット８の後方には、ウエーハカセット８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８に搬入する搬出入手段１０が配設されている。ウエーハカセット８と搬出入手段１０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１２が設けられており、仮置き領域１２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１４が配設されている。

仮置き領域１２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１６が配設されており、仮置き領域１２に搬出されたウエーハＷは、搬送手段１６により吸着されてチャックテーブル１８上に搬送され、このチャックテーブル１８に吸引されるとともに、複数の固定手段（クランプ）１９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１８上に保持される。

チャックテーブル１８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１８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２０が配設されている。

アライメント手段２０は、ウエーハＷの表面を撮像する撮像手段２２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２２によって取得された画像は、表示手段６に表示される。

アライメント手段２０の左側には、チャックテーブル１８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２４が配設されている。切削手段２４はアライメント手段２０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２４は、回転可能なスピンドル２６の先端に切削ブレード２８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２８は撮像手段２２のＸ軸方向の延長線上に位置している。

図３を参照すると、切削手段２４の分解斜視図が示されている。図４は切削手段２４の斜視図である。２５は切削手段２４のスピンドルハウジングであり、スピンドルハウジング２５中に図示しないサーボモータにより回転駆動されるスピンドル２６が回転可能に収容されている。切削ブレード２８は電鋳ブレードであり、ニッケル母材中にダイヤモンド砥粒が分散されてなる切刃２８ａを外周部に有している。

３０は切削ブレード２８をカバーするブレードカバーであり、切削ブレード２８の側面に沿って延長する切削水ノズル３２が取り付けられている。切削水が、パイプ３４を介して切削水ノズル３２に供給される。ブレードカバー３０はねじ穴３６，３８を有している。

４０は着脱カバーであり、ブレードカバー３０に取り付けられた際、切削ブレード２８の側面に沿って伸長する切削水ノズル４２を有している。切削水は、パイプ４４を介して切削水ノズル４２に供給される。

ねじ４８を着脱カバー４０の丸穴４６に挿通してブレードカバー３０のねじ穴３６に螺合することにより、着脱カバー４０がブレードカバー３０に固定される。これにより、図４に示すように切削ブレード２８の概略上半分がブレードカバー３０及び着脱カバー４０により覆われる。

５０はブレード検出ブロックであり、ねじ５４によりブレードカバー３０に取り付けられる。ブレード検出ブロック５０には発光素子及び受光素子からなる図示しないブレードセンサが取り付けられており、このブレードセンサにより切削ブレード２８の切刃２８ａの状態を検出する。

ブレードセンサにより切刃２８ａの欠けを検出した場合には、切削ブレード２８を新たな切削ブレードに交換する。５５はブレードセンサの位置を調整するための調整ねじである。

切削ブレード２８を交換する際には、着脱カバー４０及びブレード検出ブロック５０を図３に示すようにブレードカバー３０から取り外し、この状態で切削ブレード２８を交換する。

このように構成された切削装置２において、ウエーハカセット８に収容されたウエーハＷは、搬出入手段１０によってフレームＦが挟持され、搬出入手段１０が装置後方（Ｙ軸方向）に移動し、仮置き領域１２においてその挟持が解除されることにより、仮置き領域１２に載置される。そして、位置合わせ手段１４が互いに接近する方向に移動することにより、ウエーハＷが一定の位置に位置づけられる。

次いで、搬送手段１６によってフレームＦが吸着され、搬送手段１６が旋回することによりフレームＦと一体となったウエーハＷがチャックテーブル１８に搬送されてチャックテーブル１８により保持される。そして、チャックテーブル１８がＸ軸方向に移動してウエーハＷはアライメント手段２０の直下に位置づけられる。

アライメント手段２０が切削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、切削前に予め取得しておく必要がある。そこで、ウエーハＷがアライメント手段２０の直下に位置づけられると、撮像手段２２がウエーハＷの表面を撮像し、撮像した画像を表示手段６に表示させる。

以下、撮像手段２２によるアライメントの概要について説明する。切削装置２のオペレータは、操作手段４を操作することにより、撮像手段２２で撮像し、表示手段６上に表示された画像をゆっくりと移動させながら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する。このキーパターンは、例えばデバイスＤ中の回路の特徴部分を利用する。

オペレータがキーパターンを決定すると、そのキーパターンを含む画像が切削装置２のアライメント手段２０に備えたメモリに記憶される。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に記憶させておく。

さらに、撮像画像を画面上でゆっくりと移動することにより、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）を座標値等によって求め、ストリートピッチの値についてもアライメント手段２０のメモリに記憶させておく。

ウエーハＷのストリートに沿った切断の際には、記憶させたキーパターンの画像と実際に撮像手段２２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アライメント手段２０にて行う。このパターンマッチングは、Ｘ軸方向に伸長する同一ストリートＳ１に沿った互いに離間した少なくとも２点で実施する。

まず、Ａ点で撮像した画像を画面上でゆっくりと移動させながら、記憶させたキーパターンと実際の画像のキーパターンとのパターンマッチングを行い、キーパターンがマッチングした状態で画面を固定する。

このようにＡ点での撮像画面からパターンマッチングを実施したら、チャックテーブル１８をＸ軸方向に移動させてＡ点とＸ軸方向に相当離れたＢ点でのパターンマッチングを行う。

このとき、Ａ点からＢ点まで一気に移動してパターンマッチングを行うのではなく、Ｂ点への移動途中の複数個所で必要に応じてパターンマッチングを実施してＹ軸方向のずれを補正すべくチャックテーブル１８を僅かに回転させてθ補正を行って、最終的にＢ点でのパターンマッチングを実施することが好ましい。

Ａ点及びＢ点でのパターンマッチングが完了すると、２つのキーパターンを結んだ直線はストリートＳ１と平行となったことになり、キーパターンとストリートＳ１の中心線との距離分だけ切削手段２４をＹ軸方向に移動させることにより、切削しようとするストリートと切削ブレード２８との位置合わせを行う。

切削しようとするストリートと切削ブレード２８との位置合わせが行われた状態で、チャックテーブル１８をＸ軸方向に移動させるとともに、切削ブレード２８を高速回転させながら切削手段２４を下降させると、位置合わせされたストリートが切削される。

切削ブレード２８によるストリートの切削の際に、切削水供給ノズル３２，４２から切削水を切削ブレード２８及びウエーハＷに向かって噴出しながらストリートの切削を遂行する。切削ブレード２８に切削水を噴出することにより切削ブレード２８を冷却する。

メモリに記憶されたストリートピッチずつ切削手段２４をＹ軸方向にインデックス送りにしながら切削を行うことにより、同方向のストリートＳ１が全て切削される。更に、チャックテーブル１８を９０°回転させてから、上記と同様の切削を行うと、ストリートＳ２も全て切削され、個々のデバイスＤに分割される。

以下、本発明のウエーハの切削加工方法について、図５及び図６を参照して説明する。まず、図５（Ａ）に示すように、切削水６４を供給しながらウエーハを第１の方向の複数のカットラインＳ１に沿って切断する第１フルカット工程を実施する。

図５及び図６において、２８は切削ブレード、６０は切削ブレードの回転方向、６２は見た目の切削ブレード進行方向、６４は切削水、６６は切削屑（コンタミ）をそれぞれ示している。さらに、１，２，３…１６，１７，１８はカット順序（切削順序）を示している。

ここでフルカット工程とは、図７に示すように、チャックテーブル１８を矢印６８で示すＸ軸方向に移動させながら切削ブレード２８を矢印６０方向に高速回転させて所定距離下降させ、ウエーハＷをダイシングテープＴの一部に切り込みを入れながらストリート（カットライン）に沿って切断する切削工程を言う。第１フルカット工程が終了すると、第１の方向のカットラインＳ１に沿って切削屑（コンタミ）６６が残留する。

第１フルカット工程が終了すると、図５（Ｂ）に示すように、切削水６４を供給しながら第１の方向のカットラインＳ１と直交する第２の方向の複数のカットラインＳ２に沿ってウエーハを切断して複数のチップに分割する第２フルカット工程を実施する。第２フルカット工程終了後には、切削屑が第１の方向のカットラインＳ１と第２の方向のカットラインＳ２の交点付近にしばしば滞留する。

第２のフルカット工程が終了すると、図６（Ａ）に示すように、第１フルカット工程で切断された第１の方向のカットラインＳ１上を、切削ブレード２８がウエーハから所定距離離れて沿うようにチャックテーブル１８によりウエーハを移動させ、切削ブレード２８の高速回転によって加速された切削水６４を第１の方向のカットラインＳ１周辺に当て、ウエーハの上面及び第１の方向のカットラインＳ１中の切削屑を洗浄する第１のクリーンカット工程を実施する。

ここで、クリーンカット工程とは、図８に示すように、切削ブレード２８の刃先をウエーハＷの上面より高くして実際には切削を行わない空切り工程を言う。図８で矢印７０はダウンカットのチャックテーブル１８の移動方向であり、矢印７２はアップカットのチャックテーブル１８の移動方向である。

第１のクリーンカット工程が終了すると、最後にフルカットした方向（第２のカットラインＳ２方向）と直交する方向（第１のカットラインＳ１方向）に排出されたコンタミが第１のカットラインＳ１中に滞留しても、それを効率的に洗い流すことが可能となる。

しかし、この第１のクリーンカット工程を実施しても、第１の方向のカットラインＳ１と第２の方向のカットラインＳ２の交点付近に若干のコンタミが滞留することがある。よって、第１のクリーンカット工程終了後に、図６（Ｂ）に示すように、第２のクリーンカット工程を実施する。

第２のクリーンカット工程では、第２フルカット工程で切断された第２の方向のカットラインＳ２上を、切削ブレード２８がウエーハＷから所定距離離れて沿うようにチャックテーブル１８でウエーハを移動させ、切削ブレード２８の高速回転によって加速された切削水６４を第２の方向のカットラインＳ２周辺に当て、ウエーハＷの上面及び第２の方向のカットラインＳ２中の切削屑を洗浄する。好ましくは、第１及び第２のクリーンカット工程は、切削ブレード２８の刃先をウエーハＷの上面より０．０１〜５ｍｍ高い位置に位置付けて行う。

このように、図６（Ａ）に示す第１の方向の第１クリーンカット工程を実施後、図６（Ｂ）に示す第２の方向の第２クリーンカット工程を実施することにより、第１クリーンカット工程で第２の方向のカットラインＳ２中に排出され滞留するコンタミが発生しても、このコンタミを確実に洗い流すことができる。

図９に示すように、クリーンカット工程時に、実線７４で示すダウンカットと、破線７６で示すアップカットとを交互に繰り返すことにより、ウエーハＷの移動距離を最短にすることができ、効率的なクリーンカット工程にするようにしても良い。

ここで、ダウンカットとは、ウエーハを切削する位置における切削ブレード２８の回転が下向き、すなわち切削ブレード２８の回転方向とウエーハの送り方向が順方向である切削方法であり、アップカットとは、ウエーハを切削する位置における切削ブレード２８の回転が上向き、すなわち切削ブレード２８の回転方向とウエーハの送り方向が逆方向である切削方法を言う。

以上説明した本発明のウエーハの切削加工方法は、特にＭＥＭＳ（マイクロマシーン）ウエーハに適用してその効果が大である。ＭＥＭＳウエーハを切削する場合には、切削水供給手段として上述した特許文献３〜５に開示されたＶノズル、スプレーダクト、サイドフローノズルを使用するのが望ましい。

これらのノズルを使用してＭＥＭＳウエーハの切削加工を行うことにより、ＭＥＭＳ構造の破損を大きく抑制することができ、更に切削屑（コンタミ）も綺麗に洗浄することができる。

本発明のウエーハの切削加工方法を実施可能な切削装置の外観斜視図である。フレームと一体化されたウエーハを示す斜視図である。切削手段（切削ユニット）の分解斜視図である。切削手段の斜視図である。図５（Ａ）は第１フルカット工程を説明する図であり、図５（Ｂ）は第２フルカット工程を説明する図である。図６（Ａ）は第１のクリーンカット工程を説明する図であり、図６（Ｂ）は第２のクリーンカット工程を説明する図である。ウエーハフルカット時の一部断面側面図である。ウエーハクリーンカット時の一部断面側面図である。クリーンカット工程においてダウンカットとアップカットと交互に行う場合の切削ブレードの軌跡を示す模式図である。

符号の説明

２切削装置
１８チャックテーブル
２４切削手段
２６スピンドル
２８切削ブレード
３２，４２切削水ノズル
６４切削水
６６切削屑（コンタミ）
７０ダウンカット時のチャックテーブル移動方向
７２アップカット時のチャックテーブル移動方向
７４ダウンカットのカットライン
７６アップカットのカットライン

Claims

ウエーハを保持するチャックテーブルと、該ウエーハを切削する切削ブレードを回転可能に支持した切削手段と、該切削ブレードに切削水を供給する切削水供給手段と、該チャックテーブルを該切削ブレードに対して加工送り方向に移動する加工送り手段とを備えた切削装置を用い、ウエーハを複数のチップに切断するウエーハの切削加工方法であって、
切削水を供給しながら前記ウエーハを第１の方向の複数のカットラインに沿って切断する第１フルカット工程と、
切削水を供給しながら前記第１の方向のカットラインと直交する第２の方向の複数のカットラインに沿って、前記ウエーハを切断して複数のチップに分割する第２フルカット工程と、
前記第１フルカット工程で切断された前記第１の方向のカットライン上を、前記切削ブレードが前記ウエーハから所定距離離れて沿うように前記ウエーハを移動させ、前記切削ブレードの高速回転によって加速された切削水を該第１の方向のカットライン周辺に当て、ウエーハの上面及び前記第１の方向のカットライン中の切削屑を洗浄する第１のクリーンカット工程と、
前記第２フルカット工程で切断された前記第２の方向のカットライン上を、前記切削ブレードが前記ウエーハから所定距離離れて沿うように前記ウエーハを移動させ、前記切削ブレードの高速回転によって加速された切削水を該第２の方向のカットライン周辺に当て、前記ウエーハの上面及び前記第２の方向のカットライン中の切削屑を洗浄する第２のクリーンカット工程と、
を具備したことを特徴とするウエーハの切削加工方法。
前記第１及び第２のクリーンカット工程は、前記切削ブレードの刃先を前記ウエーハの上面より０．０１〜０．５ｍｍ高い位置に位置付けて行うことを特徴とする請求項１記載のウエーハの切削加工方法。