JP2004209541A

JP2004209541A - 半導体ウェハーの穴あけ加工方法

Info

Publication number: JP2004209541A
Application number: JP2003001990A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Kato; 浩和加藤; Hiroyuki Shiraishi; 浩之白石; Ichiro Sekine; 一郎関根
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2003-01-08
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2023-01-08
Also published as: JP4211398B2

Abstract

【課題】ＤＲＡＭやＭＰＵなど各用途のチップを製造する際に適用する半導体ウェハーの穴あけ加工方法において、深い穴（貫通孔、止め穴）を精度よくあける。
【解決手段】エネルギー密度が４〜１５０Ｊ／ｃｍ^２の範囲内の４倍波紫外線パルスレーザを半導体ウェハーに照射して穴を形成する。これにより、４倍波紫外線パルスレーザが半導体ウェハーの構成要素を分子レベルで直接切断し、深い穴を形成する。その結果、設計変更への対応が容易で、クラックを生じにくく、加工深さの精密な制御が容易となる。穴のあけ始めとあけ終わりに紫外線パルスレーザのレーザ出力を弱めると、半導体ウェハーの表裏両面にチッピングが発生しなくなる。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＲＡＭやＭＰＵ、発光ダイオードなど各用途のチップを製造する際に適用するに好適な半導体ウェハーの穴あけ加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウェハーに穴をあける際には、ドライエッチングを用いて半導体ウェハーに穴あけ加工を行ったり、ＹＡＧレーザを使って半導体ウェハーに穴あけ加工を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２３９７６５号公報（段落〔０００９〕の欄）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ドライエッチングによる穴あけ加工では、あまり深い穴をあけることができないばかりか、複雑な工程を必要とするため設計変更に対応しづらい欠点があった。
【０００５】
一方、ＹＡＧレーザによる穴あけ加工では、光エネルギーを吸収して熱に変換し、溶融した後、蒸発するという熱的加工となるため、穴の周辺部が熱的影響を受けてクラックを発生しやすいことに加えて、レーザビームが半導体ウェハーの表面へ深く進入するので、加工深さを精密に制御することが困難になるという不都合があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、深い穴を精度よくあけることができ、設計変更への対応が容易で、クラックを生じにくく、しかも加工深さの精密な制御が容易な半導体ウェハーの穴あけ加工方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
まず、本発明のうち請求項１に係る発明は、半導体ウェハーに紫外線パルスレーザを照射して穴を形成するようにして構成される。ここで、この「穴」は貫通孔や止め穴を含む広い概念である。
【０００８】
また、本発明のうち請求項２に係る発明は、上記紫外線パルスレーザとして、エネルギー密度が４〜１５０Ｊ／ｃｍ^２（好ましくは２５〜８０Ｊ／ｃｍ^２）の範囲内の４倍波紫外線パルスレーザを用いて構成される。
【０００９】
これらの構成を採用することにより、紫外線パルスレーザが半導体ウェハーの構成要素を分子レベルで直接切断するように作用する。
【００１０】
さらに、本発明のうち請求項３に係る発明は、上記穴のあけ始めとあけ終わりに上記紫外線パルスレーザのレーザ出力を弱めるようにして構成される。例えば、穴のあけ始めに紫外線パルスレーザのエネルギー密度を３０Ｊ／ｃｍ^２以下（好ましくは５〜１０Ｊ／ｃｍ^２）とし、続いて２５〜８０Ｊ／ｃｍ^２のエネルギー密度で穴あけ加工を行い、穴のあけ終わりに紫外線パルスレーザのエネルギー密度を３０Ｊ／ｃｍ^２以下（好ましくは５〜１０Ｊ／ｃｍ^２）とする。また、穴のあけ始めにエネルギー密度を下げて加工する深さは、例えば１０μｍ以下（好ましくは５μｍ以下）とし、穴のあけ終わりの加工深さも同程度とすることが望ましい。穴のあけ始めから高エネルギー密度による穴あけ加工への移行は、エネルギー密度を傾斜的になめらかに変化させても、単一のステップで変化させても、複数のステップで段階的に変化させてもよい。なお、紫外線パルスレーザのパルス繰り返し数は１ｋＨｚ以上が好ましい。かかる構成により、半導体ウェハーの表裏両面にチッピングが発生しなくなる。また、穴が止め穴の場合は、そのあけ始めにチッピングを抑制することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体ウェハーの穴あけ加工方法の一実施形態について説明する。
【００１２】
この半導体ウェハーの穴あけ加工方法においては、シリコン、ヒ化ガリウム（ガリウムヒ素）、リン化インジウム（インジウムリン）などの単結晶基板からなる半導体ウェハーに対して、エネルギー密度が２８Ｊ／ｃｍ^２のＮｄ：ＹＡＧの４倍波紫外線パルスレーザを照射する。このときのレーザ照射条件は、レーザ出力１．０Ｗ、パルス繰り返し数１０ｋＨｚである。
【００１３】
すると、この４倍波紫外線パルスレーザが半導体ウェハーを穿孔して深い穴（貫通孔、止め穴）を形成する。このとき、４倍波紫外線パルスレーザは半導体ウェハーの構成要素を分子レベルで直接切断する作用が大きいので、熱的加工となるＹＡＧレーザと異なり、周辺部に及ぼす熱的影響が小さいため、クラックを生じることはほとんどなく、もし生じても規模が非常に小さいもので済む。また、レーザビームが半導体ウェハーの表面へ深く進入するＹＡＧレーザと違って、進入長が浅いため加工深さを精密に（パルス当たり数十〜数μｍに）制御することが容易である。しかも、レーザ照射という簡便な工程で加工が終了するので、設計変更にも容易に対応することができる。
【００１４】
また、穴の加工精度を一層高めるためには、この穴のあけ始めとあけ終わりに４倍波紫外線パルスレーザのレーザ出力を弱める。すなわち、穴のあけ始めに、エネルギー密度８．７Ｊ／ｃｍ^２の４倍波紫外線パルスレーザで深さ４μｍ程度まで加工した後、エネルギー密度５６．６Ｊ／ｃｍ^２の４倍波紫外線パルスレーザで残りの深さを加工し、穴のあけ終わりの深さ７μｍ程度をエネルギー密度８．７Ｊ／ｃｍ^２の４倍波紫外線パルスレーザで加工する。なお、エネルギー密度の調整は、パルス繰り返し数を変えることによって高速かつ容易に行うことができる。すると、半導体ウェハーの表裏両面にチッピングが発生しなくなり、半導体ウェハーの表裏両面において穴の周辺が剥離する事態が起きなくなる。また、再現性クラックの生じない貫通孔を形成することができる。
【００１５】
なお、上述の実施形態においては、単結晶基板からなる半導体ウェハーに紫外線パルスレーザを照射して穴を形成する場合について説明したが、その他の化合物半導体（窒化物も含む）やＳｉＧｅ、ＳｉＣなどの単結晶基板、酸化物単結晶基板に穴あけ加工を行う場合に本発明を適用して同様の効果を得ることも可能である。また、単結晶基板に限らず、一般的なガラス基板やセラミックス基板についても同様の効果を得ることが可能である。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、２に係る発明によれば、紫外線パルスレーザが半導体ウェハーの構成要素を分子レベルで直接切断することから、深い穴を精度よくあけることができ、設計変更への対応が容易で、クラックを生じにくく、しかも加工深さの精密な制御が容易な半導体ウェハーの穴あけ加工方法を提供することが可能となる。
【００１７】
また、請求項３に係る発明によれば、半導体ウェハーの表裏両面にチッピングが発生する事態を事前に回避することができるため、穴の加工精度が一層向上することになる。

Claims

半導体ウェハーに紫外線パルスレーザを照射して穴を形成することを特徴とする半導体ウェハーの穴あけ加工方法。
前記紫外線パルスレーザとして、エネルギー密度が４〜１５０Ｊ／ｃｍ^２の範囲内の４倍波紫外線パルスレーザを用いたことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェハーの穴あけ加工方法。
前記穴のあけ始めとあけ終わりに前記紫外線パルスレーザのレーザ出力を弱めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体ウェハーの穴あけ加工方法。