(57)【要約】ウエハ製造プロセスによって、表面に多数の半導体素子がパターニングされたシリコンウエハ５０を準備して、シリコンウエハ５０の表面に形成された全ての半導体素子を覆うように、シリコンウエハ５０の表面に透明フィルムを貼り付ける。透明フィルムが貼り付けられたシリコンウエハを、回転テーブル２６上に裏面を上方に向けて載置して、シリコンウエハ５０の裏面を、各半導体チップに分断するためのスクライブ線の形成予定ラインに沿って、レーザスポットによって、連続的にシリコンウエハの軟化点より低い温度にて加熱しつつ、そのレーザスポットに近接した領域を、スクライブ線の形成予定ラインに沿って連続的に冷却する。
2003038880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ製造プロセスによって、表面に多数の半導体素子がパターニングされた半導体ウエハを準備する工程と、
該半導体ウエハの表面に形成された全ての半導体素子を覆うように、該半導体ウエハの表面に透明フィルムを貼り付ける工程と、
該透明フィルムが貼り付けられた半導体ウエハを、所定のテーブル上に裏面を上方に向けて載置する工程と、
該テーブル上に載置された半導体ウエハの裏面を、各半導体チップに分断するためのスクライブ線の形成予定ラインに沿って、レーザスポットによって連続的に半導体ウエハの軟化点よりも低い温度にて加熱しつつ、そのレーザスポットに近接した領域を、スクライブ線の形成予定ラインに沿って連続的に冷却する工程と、
を包含することを特徴とする半導体ウエハのスクライブ線の形成方法。
【請求項２】
前記半導体ウエハの表面における所定の位置にアライメントマークが設けられており、該アライメントマークを利用して、半導体ウエハが固定された前記テーブルの位置決めが行われる請求項１に記載の半導体ウエハのスクライブ線の形成方法。
【請求項３】
半導体ウエハが固定された前記テーブルの位置決めが、前記アライメントマークを、前記透明フィルムを透過して撮像した画像に基づいて行われる請求項２に記載の半導体ウエハのスクライブ線の形成方法。
【請求項４】
ウエハ製造プロセスによって、表面に多数の半導体素子がパターニングされるとともに、その表面にアライメントマークが設けられて、該表面が透明フィルムによって覆われた半導体ウエハが、その裏面を上方に向けて載置されるテーブルと、
レーザスポットを、スクライブ線の形成予定ラインに沿って該半導体ウエハの裏面に連続的に形成する手段と、
そのレーザスポットによって、該テーブル上に載置された半導体ウエハの軟化点よりも低い温度にて加熱される領域の近傍の領域を、スクライブ線の形成予定ラインに沿って連続的に冷却する手段とを具備し、
前記テーブルには、載置された半導体ウエハのアライメントマークを、前記透明フィルムを透過して撮像する撮像機構が設けられていることを特徴とする半導体ウエハのスクライブ線の形成装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、各種半導体素子がパターニングされたシリコンウエハ等の半導体ウエハを、所定サイズの半導体チップに分断するためのスクライブ線の形成方法およびそのスクライブ線の形成方法の実施に使用されるスクライブ線の形成装置に関する。
背景技術
各種半導体素子が表面にパターニングされたシリコンウエハは、パターニングの境界線に沿って所定サイズの半導体チップに分断される。シリコンウエハを半導体チップに分断する方法として、ダイシング、スクライビング等の方法が知られている。
スクライビングは、シリコンウエハの表面に、各半導体チップの境界に沿って刻線を形成するものであり、スクライビングの後に、シリコンウエハの結晶方位に配慮して、シリコンウエハを分断することにより、シリコンウエハは、複数の半導体チップに分割される。スクライブに際しては、シリコンウエハの表面にダイヤモンド片等を圧接させて刻線を付けるため、スクライブ条件によってはシリコンウエハの表面に刻線を形成する過程で、割れ、欠け等が多発するおそれがある。
このために、シリコンウエハを分断する際には、通常、ダイシングが広く実施されている。ダイシングでは、ダイヤモンド砥粒を埋め込んだブレードを高速回転させて、シリコンウエハを、各半導体チップの境界に沿って切削する。
しかしながら、ダイシングの場合にも、シリコンウエハを機械的に切削しているために、シリコンウエハの切削部分の周辺に、チッピング（ｃｈｉｐｐｉｎｇ）と呼ばれる欠けが発生するおそれがある。このような欠けが発生すると、欠けによって生じたウエハの細かい破片が、半導体素子内に異物として進入するおそれがある。異物が進入した半導体素子は、所定の機能を発揮することができなくなるおそれがある。
一方、液晶表示装置等のフラットディスプレイ装置の製造に際して、ガラス基板を分断するために、分断予定ラインに沿って、レーザビームを連続的に照射するとともに、レーザビームの近傍を連続的に冷却することにより、ガラス基板にスクライブ線を形成する方法が開発されている。このようにレーザビームによる加熱と冷却とを組み合せることを利用して、シリコンウエハにスクライブ線を形成することも考えられている。しかしながら、シリコンウエハの表面にレーザビームを連続的に照射しつつ冷却すると、シリコンウエハの表面に設けられた半導体素子の電気的機能が劣化させられるおそれがあり、実用化されていない。
本発明は、このような問題を解決するものであり、その目的は、シリコンウエハ等の半導体ウエハに、欠け、割れ等を発生させることなく、確実にシリコンウエハ等の半導体ウエハを分断することができるように、半導体ウエハにスクライブ線を形成する方法、および、その方法に使用されるスクライブ線の形成装置を提供することにある。
発明の開示
本発明の半導体ウエハのスクライブ線の形成方法は、ウエハ製造プロセスによって、表面に多数の半導体素子がパターニングされた半導体ウエハを準備する工程と、該半導体ウエハの表面に形成された全ての半導体素子を覆うように、該半導体ウエハの表面に透明フィルムを貼り付ける工程と、該透明フィルムが貼り付けられた半導体ウエハを、所定のテーブル上に裏面を上方に向けて載置する工程と、該テーブル上に載置された半導体ウエハの裏面を、各半導体チップに分断するためのスクライブ線の形成予定ラインに沿って、レーザスポットによって連続的に半導体ウエハの軟化点よりも低い温度にて加熱しつつ、そのレーザスポットに近接した領域を、スクライブ線の形成予定ラインに沿って連続的に冷却する工程と、を包含することを特徴とする。
また、前記半導体ウエハの表面における所定の位置にアライメントマークが設けられており、該アライメントマークを利用して、半導体ウエハが固定された前記テーブルの位置決めが行われることを特徴とする。
さらに、前記半導体ウエハが固定された前記テーブルの位置決めが、前記アライメントマークを、前記透明フィルムを透過して撮像した画像に基づいて行われることを特徴とする。
本発明の半導体ウエハのスクライブ線の形成装置は、ウエハ製造プロセスによって、表面に多数の半導体素子がパターニングされるとともに、その表面にアライメントマークが設けられて、該表面が透明フィルムによって覆われた半導体ウエハが、その裏面を上方に向けて載置されるテーブルと、レーザスポットを、スクライブ線の形成予定ラインに沿って該半導体ウエハの裏面に連続的に形成する手段と、そのレーザスポットによって、該テーブル上に載置された半導体ウエハの軟化点よりも低い温度にて加熱される領域の近傍の領域をスクライブ線の形成予定ラインに沿って連続的に冷却する手段とを具備し、前記テーブルには、載置された半導体ウエハのアライメントマークを、前記透明フィルムを透過して撮像する撮像機構が設けられていることを特徴とする。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。半導体ウエハとしてシリコンウエハを使用する場合を説明するが、他の半導体ウエハにも同様に適用できる。半導体素子を製造するウエハ製造プロセスでは、シリコンウエハの表面における各半導体チップ領域に、各種の半導体素子がそれぞれパターニングされる。その後、シリコンウエハ表面は、自然酸化膜、汚染等を除去するために洗浄される。このようにシリコンウエハが洗浄された後に、本発明のシリコンウエハのスクライブ線の形成方法によって、シリコンウエハには、各チップ領域毎に分割するスクライブ線が形成される。その後に、スクライブ線に沿ってシリコンウエハが分断されることにより、複数の半導体チップとされる。
本発明のスクライブ線の形成方法では、まず、図１に示すように、ウエハ製造プロセスにおいて、表面に半導体素子パターニングされて、表面が洗浄されたシリコンウエハ５０が準備される。なお、シリコンウエハ５０の表面には、一対のアライメントマークが設けられている。準備されたシリコンウエハ５０は、所定の作業テーブル６１上に、半導体素子がパターニングされた表面を上方に向けた状態で載置される。
シリコンウエハ５０が作業テーブル６１上に載置されると、シリコンウエハ５０における半導体素子がパターニングされた表面に、透明フィルム６２が、貼り付けられて、図２に示すように、シリコンウエハ５０の表面全体を、透明フィルム６２によって覆った状態とする。これにより、半導体素子がパターニングされたシリコンウエハ５０の表面が、透明フィルム６２によって保護された状態になる。
このような状態になると、シリコンウエハ５０は、本発明のスクライブ線の形成装置のテーブル上に搬送されて載置され、テーブル表面に保持される。
図３は、本発明のスクライブ線の形成装置の一例を示す概略構成図である。このスクライブ線の形成装置は、図３に示すように、水平な架台１１上に所定の水平方向（Ｙ方向）に沿って往復移動するスライドテーブル１２を有している。
スライドテーブル１２は、架台１１の上面にＹ方向に沿って平行に配置された一対のガイドレール１４および１５に、水平な状態で各ガイドレール１４および１５に沿ってスライド可能に支持されている。両ガイドレール１４および１５の中間部には、各ガイドレール１４および１５と平行にボールネジ１３が、モータ（図示せず）によって回転するように設けられている。ボールネジ１３は、正転および逆転可能になっており、このボールネジ１３にボールナット１６が螺合する状態で取り付けられている。ボールナット１６は、スライドテーブル１２に回転しない状態で一体的に取り付けられており、ボールネジ１３の正転および逆転によって、ボールネジ１３に沿って両方向にスライドする。これにより、ボールナット１６と一体的に取り付けられたスライドテーブル１２が、各ガイドレール１４および１５に沿ってＹ方向にスライドする。
スライドテーブル１２上には、台座１９が水平な状態で配置されている。台座１９は、スライドテーブル１２上に平行に配置された一対のガイドレール２１に、スライド可能に支持されている。各ガイドレール２１は、スライドテーブル１２のスライド方向であるＹ方向と直交するＸ方向に沿って配置されている。また、各ガイドレール２１間の中央部には、各ガイドレール２１と平行にボールネジ２２が配置されており、ボールネジ２２がモータ２３によって正転および逆転されるようになっている。
ホールネジ２２には、ボールナット２４が螺合する状態で取り付けられている。ボールナット２４は、台座１９に回転しない状態で一体的に取り付けられており、ボールネジ２２の正転および逆転によって、ボールネジ２２に沿って両方向に移動する。これにより、台座１９が、各ガイドレール２１に沿ったＸ方向にスライドする。
台座１９上には、回転機構２５が設けられており、この回転機構２５上に、スクライブ線の形成対象であるシリコンウエハ５０が載置される回転テーブル２６が、水平な状態で設けられている。回転機構２５は、回転テーブル２６を、垂直方向に沿った中心軸の周りに回転させるようになっており、基準位置に対して任意の回転角度θになるように、回転テーブル２６を回転させることができる。回転テーブル２６上には、シリコンウエハ５０が、透明フィルム６２によって覆われた表面を、回転テーブル２６の上面に接するように載置されて、例えば吸引チャックによって、回転テーブル２６に対して固定された後に、回転テーブル２６が位置決めされる。従って、回転テーブル２６上には、シリコンウエハ５０が、半導体素子がパターニングされていない裏面を上方に向けて載置されている。
図４は、回転テーブル２６の周辺部の概略拡大図、図５は、回転テーブル２６の概略平面図である。円板状の回転テーブル２６に載置されるシリコンウエハ５０の表面には、一対のアライメントマークが設けられており、回転テーブル２６には、載置されるシリコンウエハ５０の各アライメントマークに対向するように、円形状の貫通孔２６ａがそれぞれ設けられている。回転テーブル２６の下方には、各貫通孔２６ａの軸心と光軸をほぼ一致させた撮像機構３８が、回転テーブル２６と一体的に取り付けられている。
各撮像機構３８は、ＣＣＤカメラ３８ａと、各貫通孔２６ａを通して、回転テーブル２６上に載置されたシリコンウエハ５０の各アライメントマークをＣＣＤカメラ３８ａにて撮像し得る状態とする光学系３８ｂとをそれぞれ有している。各撮像機構３８の撮像結果は、それぞれ、不図示の画像処理装置に出力される。
回転テーブル２６の上方には、回転テーブル２６とは適当な間隔をあけて、支持台３１が配置されている。この支持台３１は、垂直状態で配置された光学ホルダー３３の下端部に水平な状態で支持されている。光学ホルダー３３の上端部は、架台１１上に設けられた取付台３２の下面に取り付けられている。取付台３２上には、レーザビームを発振するレーザ発振器３４が設けられており、レーザ発振器３４から発振されるレーザビームが、光学ホルダー３３内に保持された光学系に照射される。
レーザ発振器３４から発振されるレーザビームは、シリコンウエハ５０の半導体素子がパターニングされていない裏面に照射されることにより、シリコンウエハ５０における半導体チップとされる領域間に設けられたスクライブ線の形成予定ラインに沿って長くなった楕円形状のレーザスポットを形成する。
支持台３１における光学ホルダー３３とは、Ｘ方向に適当な間隔をあけた位置には、回転テーブル２６上に載置されたシリコンウエハ５０に対向して、冷却ノズル３７が配置されている。この冷却ノズル３７は、光学ホルダー３３から照射されるレーザビームによって、シリコンウエハの裏面に形成されるレーザスポットの長軸方向の一方の端部に対して適当な間隔をあけて、冷却水などの冷媒を吹き付けるようになっている。この冷却ノズル３７からは、水と圧縮空気の混合流体、冷却水、圧縮空気、Ｈｅガス、Ｎ２ガス、ＣＯ２ガス等の冷却媒体がシリコンウエハ５０に噴射されるようになっている。
支持台３１には、冷却ノズル３７に近接して、シリコンウエハ５０の裏面を撮像する撮像機構４０が設けられている。この撮像機構４０には、冷却ノズル３７からシリコンウエハ５０の裏面に吹き付けられる冷却媒体に近接した所定の領域に、光学系４２を介して対向して配置されたＣＣＤ（撮像素子）４１が設けられていて、スクライブ線が確実に形成されたどうかを検出する。ＣＣＤ４１の撮像領域は、シリコンウエハ５０に照射されるレーザビームによって、シリコンウエハ５０の裏面に形成される楕円形状のレーザスポットの長手方向に沿った線状であって、冷却ノズル３７から冷媒が吹き付けられる位置に近接した領域である。
また、支持台３１には、光学ホルダー３３から照射されるレーザビームによって、シリコンウエハ５０の裏面に形成されるレーザスポットに対して、冷却ノズル３７とは反対側に、ホイールカッタ３５が設けられている。ホイールカッタ３５は、光学ホルダー３３から照射されるレーザビームによってシリコンウエハ５０の裏面に形成されるレーザスポットの長軸方向に沿った状態で配置されており、回転テーブル２６上に載置されたシリコンウエハ５０の側縁部に、スクライブ線の形成予定ラインに沿う方向に切り目を形成する。また、ホイールカッタ３５はチップホルダーによって昇降可能に保持されている。
なお、スライドテーブル１２および台座１９の位置決め、回転機構２５の制御、レーザ発振器３４等に関する各種動作制御は、制御部（図示せず）によって制御される。
このような構成のシリコンウエハ５０のスクライブ線の形成装置では、シリコンウエハ５０にスクライブ線を形成する場合には、まず、シリコンウエハ５０のサイズ、スクライブ線の形成予定ラインの位置等の情報データが、制御部に入力される。
そして、シリコンウエハ５０が、透明フィルム６２にて覆われた表面を下側にして回転テーブル２６上に載置され、吸引手段によって固定された後、位置決めされる。この場合、シリコンウエハ５０における半導体素子等が形成された表面が透明フィルム６２によって覆われているために、表面に形成された半導体素子等が回転テーブル２６によって傷付き壊れるおそれがない。
シリコンウエハ５０は、シリコンウエハ５０の表面に設けられた一対のアライメントマークが、回転テーブル２６に設けられた各貫通孔２６ａにそれぞれ対向するように、回転テーブル２６に対して吸引固定され位置決めされる。
回転テーブル２６上に固定されたシリコンウエハ５０を位置決めする場合には、各撮像機構３８のＣＣＤカメラ３８ａによって、シリコンウエハ５０の表面に設けられた各アライメントマークがそれぞれ撮像される。そして、各撮像機構３８のＣＣＤカメラ３８ａによる撮像中心と、各アライメントマークの中心とのズレ量が不図示の画像処理装置によって演算され、その演算結果が制御部に与えられる。
制御部は、画像処理装置のズレ量の演算結果に基づいて、レーザスポットの長軸方向と、シリコンウエハ５０のスクライブ線の形成予定ラインとが一致するように、回転テーブル２６を位置決めする。そして、シリコンウエハ５０の側縁部におけるスクライブ線の形成予定ラインが、ホイールカッタ３５に対向されると、ホイールカッタ３５が下降されて、シリコンウエハ５０のスクライブ線の形成予定ラインの端部に沿って切り目が形成される。
その後、回転テーブル２６が、スクライブ線の形成予定ラインに沿ってＸ方向にスライドされつつ、レーザ発振装置３４から、レーザビームが発振されるとともに、冷却ノズル３７から冷却水が圧縮エアーとともに噴射される。
図６に示すように、レーザ発振装置３４から発振されるレーザビームにより、シリコンウエハ５０の裏面上には、スクライブ線の形成予定ラインＳＬに沿って長くなった楕円形状のレーザスポットＬＳが形成される。そして、そのレーザスポットＬＳの後方に、適当な間隔をあけて、冷媒がスクライブ線の形成予定ラインＳＬに沿って吹き付けられるとにより、冷却ポイントＣＰが形成される。
シリコンウエハ５０の裏面は、レーザスポットＬＳによって、シリコンウエハ５０が溶融される温度よりも低い温度、すなわち、シリコンウエハ５０の軟化点よりも低い温度に加熱される。これにより、レーザスポットＬＳが照射されたシリコンウエハ５０の裏面は、溶融されることなく加熱され、その加熱部分に圧縮応力が発生する。
また、シリコンウエハ５０の裏面におけるレーザスポットＬＳの形成領域の近傍には、冷却水等の冷却媒体が、冷却ノズル３７から吹き付けられることによって冷却スポットＣＰが形成されており、この冷却スポットＣＰによってシリコンウエハ５０の裏面が冷却される。これにより、冷却スポットＣＰには引張り応力が発生する。
このように、シリコンウエハ５０の裏面には、圧縮応力が生じた領域に近接して引張り応力が発生するために、両領域間に、それぞれの応力に基づく応力勾配が発生し、シリコンウエハ５０の裏面には、シリコンウエハ５０の端部に予め形成された切り目ＴＲからスクライブ線の形成予定ラインＳＬに沿ったシリコンウエハの厚み方向に向かう分断に必要な垂直クラックが形成される。
これにより、シリコンウエハ５０の裏面には、通常、肉眼では目視することができないシリコンウエハの厚み方向に向かう分断に必要な垂直クラックが、スクライブ線の形成予定ラインＳＬに沿って形成されることになる。この場合、シリコンウエハ５０は、熱歪み応力によって分断に必要な垂直クラックが形成されるため、分断に必要な垂直クラックが形成されるときに、シリコンウエハ５０に欠け、割れ等が生じるおそれがない。
以下、同様にして、シリコンウエハ５０の裏面には、半導体チップに分割するための各スクライブ線の形成予定ラインに沿って、分断に必要な垂直クラックのライン（スクライブ線）が順次形成される。そして、シリコンウエハ５０の裏面全体にわたって、全てのスクライブ線の形成予定ラインＳＬに沿って分断に必要な垂直クラックのライン（スクライブ線）が形成された状態になると、シリコンウエハ５０は、透明フィルム６２が貼り付けられた状態で、次の分断工程に供給されて、その分断工程において、分断に必要な垂直クラックのライン（スクライブ線）に沿って分断される。
全てのスクライブ線の形成予定ラインに沿ってシリコンウエハ５０が分断されると、透明フィルム６２上には、シリコンウエハ５０の分断によって複数の半導体チップが得られる。
なお、上記実施の形態では、シリコンウエハ５０を回転テーブル２６上に、吸引によって固定する構成であったが、シリコンウエハ５０の周面を機械的に把持することによって、回転テーブル２６上に固定するようにしてもよい。
上記の実施例ではシリコンウエハ５０の端部に切り目ＴＲを形成した後、スクライブ線の形成予定ラインに沿って、レーザスポット、冷却スポットをこの順に切り目ＴＲからシリコン基板の内側へ移動させて、分断に必要な垂直クラックのライン（スクライブ線）を形成する例を説明した。別の実施例として、シリコンウエハ５０にスクライブ線を形成する際、シリコンウエハ５０の端部に予め切り目を形成しておくのではなく、シリコンウエハ５０の端部をレーザスポットが通過した直後から冷却スポットがシリコンウエハの端部を通過する直前に切り目形成手段によりシリコンウエハの端部に切り目を形成しても上述の実施例と同様の深さの分断に必要な垂直クラック得ることができる。この場合にはウエハ端部から制御不能な意図しない不要なクラックの発生を防ぐことができる。
切り目形成手段としては、脆性材料をスクライブするためのダイヤモンド工具や超硬合金工具、あるいは、ＹＡＧレーザなどのパルスレーザを用いることができ、シリコンウエハの端部に限らず、シリコンウエハの裏面上の任意の位置に切り目を形成することができる。
さらに、冷却スポットの後に、引き続いて第２のレーザスポットをシリコンウエハの裏面に形成することで、既に形成された分断に必要な垂直クラックをシリコンウエハの表面（膜面）側に到達させることが可能である。この方法を採用すれば、分断工程の簡略化がはかれる。
産業上の利用可能性
本発明の半導体ウエハのスクライブ線の形成方法は、このように、半導体ウエハにおける半導体素子がパターニングされた表面が透明フィルムによって保護された状態で、裏面をレーザビームにより加熱し、冷却ノズルにより冷却することによって、半導体ウエハの分断に必要な垂直クラックのライン（スクライブ線）を形成しているため、半導体ウエハの表面が傷付くおそれがない。
そして、熱歪みを利用して半導体ウエハに、分断のためのスクライブ線を形成することで、分断面に不要なクラックが全く形成されないため、半導体ウエハの分断時において、従来と比較して発塵しにくくなった。
また、本発明の半導体ウエハのスクライブ線の形成装置は、このようなスクライブ線の形成方法を確実に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明のスクライブ線の形成方法の実施工程を説明するための概略側面図である。
図２は、その実施工程によって得られるシリコンウエハの側面図である。
図３は、本発明のスクライブ線の形成装置の一例を示す概略正面図である。
図４は、そのスクライブ線の形成装置の要部の概略拡大図である。
図５は、そのスクライブ線の形成装置の回転テーブルの概略平面図である。
図６は、そのスクライブ線の形成装置の動作説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2003038880.tif 000009
2003038880.tif 000010