JP2007514328A

JP2007514328A - レーザーダイシングの方法及び装置

Info

Publication number: JP2007514328A
Application number: JP2006545702A
Authority: JP
Inventors: マリガン，ローズ; シャロン，スジット
Original assignee: インテルコーポレイション
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2004-12-01
Publication date: 2007-05-31
Also published as: KR20060101539A; WO2005062377A1; US20050136622A1; TWI246446B; KR100824466B1; CN1890796A; DE112004002374T5; TW200529961A

Abstract

陰イオンプラズマの存在下でマイクロエレクトロニクス素子のウエハの少なくとも相互接続層の部分をレーザーアブレーションすることでマイクロエレクトロニクス素子のウエハをダイシングする装置及び方法であって、陰イオンプラズマはレーザーアブレーションから発生する破片と反応して反応ガスを発生させる。

Description

本発明は個々のマイクロエレクトロニクス素子のウエハをダイシングして個々のマイクロエレクトロニクスダイスにすることに関する。特に、本発明は陰イオンプラズマの存在下でのレーザーダイシングの使用に関する。

マイクロエレクトロニクス素子の製造において、集積回路はマイクロエレクトロニクス素子のウエハ内又はウエハ中に形成される。ウエハは、GaAsやInPでも良いが、大抵の場合は基本的にSiで構成されている。図6で図示しているように、単一マイクロエレクトロニクス素子のウエハ200は複数の実質的に同一の集積回路202を有しても良い。集積回路は大抵の場合実質的に長方形であり、行と列に整列している。一般に、2組の互いに平行なダイシング路(dicing street)は、マイクロエレクトロニクス素子のウエハ200の全面にわたって、分離した各集積回路202間をお互いに垂直になるように延長する。

マイクロエレクトロニクス素子のウエハ200上の集積回路202が機能性の基本試験（ウエハ選別試験）経た後、機能性集積回路202がパッケージングされるマイクロエレクトロニクス素子を形成できるマイクロエレクトロニクスダイスになるように、マイクロエレクトロニクス素子のウエハ200はダイシング（切り離）される。ある典型的なマイクロエレクトロニクスウエハのダイシング過程では円盤状のダイアモンド添加されたダイサーが用いられる。このダイサーは、行と列に整列する各集積回路間にある、互いに垂直な2組のダイシング路204に沿って深く進行する。当然、ダイシング路204は、回路に損傷を与えることなく、隣接する集積回路202間をダイサーの刃が入るくらいのサイズである。

図7及び8で図示しているように、マイクロエレクトロニクス素子のウエハ200は集積回路202を実質的に取り囲むガードリング206を有しても良い。ガードリング206は相互接続層208（図8参照）を突き抜けて延長する。相互接続層208は基板ウエハ214上の誘電材料層によって隔離された金属トレース層を有する層212を有する。当業者には理解できるように、相互接続層208は集積回路内部の構成部間の電気的通信路及び、外部装置（図示していない）に付置されているフリップチップに使用される外部相互接続220への電気的接続を提供する。ガードリング206は一般に、相互接続層208が形成されるように層毎に形成される。ガードリング206は相互接続層208間の集積回路202に外部からの汚染が進入するのを防ぐ役割を果たす。

ダイシングの前に、マイクロエレクトロニクス素子のウエハ200は、リッジ型フレームに付着する粘着性で柔軟性のテープ216（図8に図示）上に取り付けられている。ダイシング操作後及び次のアセンブリ工程に移る間、テープ216はマイクロエレクトロニクスダイスを保持する。図9及び10で図示されているように、ダイサーは相互接続層208及び基板ウエハ214を突き抜けてダイシング路204内にチャネル218を形成する。形成中、ダイサーは一般的に、テープ216の厚さの約1/3の深さまで進行する。

しかし、マイクロエレクトロニクス素子のウエハ200のダイシングにおいて、産業用の標準的ダイサーの使用は相互接続層208に沿って粗い端部を発生させ、相互接続層208に応力をかけることになる。相互接続層208が延性のあるCuトレース又は相互接続を有するとき、この効果は最も進展する。この粗い端部及び荷された応力は、ガードリング206を介して相互接続層208へのクラック伝搬及び/又は相互接続層208の層間剥離の発生源であり、致命的な欠陥を引き起こす回路202へのクラック伝搬の発生源となる。

相互接続層208内の粗い端部を排除するため、たとえば355nmのNd:YAGレーザー（Ndドープのイットリウムアルミニウムガーネット(YAG)の増幅媒体）のようなレーザーをマイクロエレクトロニクス素子のウエハ200をダイシングし、又は少なくとも相互接続層208内にアブレーションによって溝を形成（レーザーは切断/アブレーションをゆっくりとマイクロエレクトロニクス素子のウエハの全厚さにおいて行うことが可能なので）し、引き続いてマイクロエレクトロニクス素子のウエハ200の残りの部分を標準的なダイサーで完全にダイシングするのに使用することが可能である。しかし、Si又はSi含有材料（たとえばSiO₂,Si₃N₄又はそれらと同様の相互接続層内の絶縁層として使用される材料）のレーザーアブレーションはSi元素の解放（他の元素との結合が切れる）を引き起こす。解放されたSiは直ちに酸化し、破片として溶融状態でマイクロエレクトロニクス素子のウエハ200上に堆積する。破片は外部装置（図示していない）間の外部相互接続220のウエッティングを防ぐように、この破片は最終製品に付着してしまうという問題が起こる可能性がある。

そのような汚染を防ぐため、図11に図示されているように、化学レジスト又は他の犠牲層222がマイクロエレクトロニクス素子のウエハ200全面にわたって堆積される。よって、破片224はレーザーアブレーション中（つまりレーザービーム226（矢印で示されている）でマイクロエレクトロニクス素子のウエハを切断する）に生成されるので、破片は犠牲層222上に堆積される。ダイシング後、図12で図示されているように、犠牲層222が除去され、実質的に破片のない最終製品であるマイクロエレクトロニクスダイス230となる。犠牲層222の使用が有効であるが、犠牲層222の成膜、パターニング（必要であれば）そして犠牲層222の除去といった付加的な工程を必要とする。これら付加的な工程は最終製品のマイクロエレクトロニクスダイス230のコストを引き上げることになる。

従って、最終製品のマイクロエレクトロニクスダイス上に堆積される破片の減少又は実質的な除去を実現した上でマイクロエレクトロニクス素子のウエハを有効にダイシングする装置及び技術の開発は効果があるだろう。

本発明は陰イオン存在下でのマイクロエレクトロニクス素子のウエハの少なくとも相互接続層のレーザーアブレーションによってマイクロエレクトロニクス素子のウエハをダイシングする装置及び方法を有する。本発明では、反応ガスを発生させるため、陰イオンはレーザーアブレーションから生じた破片と反応する。

以下の詳細な説明では、本発明の実行が可能な特定の実施例を例示する添付の図を参照する。これらの実施例については、当業者が本発明を実行するのに十分な程度に詳細な説明をしている。それぞれ異なるとはいえ、本発明の様々な実施例は必ずしも相互背反でないことを理解していただきたい。たとえば、一実施例と関連する特定の部位、構造又はここで説明されている特性は本発明の技術的思想及び範囲から離れることなく他の実施例にて実装可能である。加えて、各開示された実施例における個々の要素の位置又は配置は本発明の技術的思想及び範囲から離れることなく修正可能である。従って、以下の詳細な説明は限定的な意味と捉えるべきではなく、本発明の範囲は、請求項で表される等価なものの全範囲と合致するように概ね解釈される添付の請求項によってのみ定義される。図では、同様の数字は、複数の図にわたって同一又は同様の機能性を示す。

図1は図6及び7のマイクロエレクトロニクス素子のウエハ200に似たマイクロエレクトロニクス素子のウエハ100を図示している。ウエハ100は粘着性で柔軟性のテープ116に取り付けられている基板ウエハ114及び、基板ウエハ114上に堆積された相互接続層108を有する。基板ウエハ114はシリコン,ガリウムヒ素及びインジウム燐を含むがそれらに限定されるわけではない。当然、”ウエハ”という言葉を用いる場合、ウエハ全体のみを意味するのではなく、ウエハの一部をも含む。

相互接続層108は一般的に、たとえばSiO₂,Si₃N₄,フッ素処理したSiO₂,炭素ドープSiO₂,SiC,様々な高分子誘電材料（たとえばミシガン州のミッドランドにあるダウ・ケミカル（商標）から販売されているSiLK（商標））及びそれら同様の誘電層及びパターニングされた、たとえばCu,Al,Ag,Ti,それらの合金及びそれら同様の導電性材料が交互に積層された層112である。相互接続層108及び様々な層に含まれる主要ではない構成材料の製造方法及び過程は当業者には明らかである。

前述したように、複数のダイシング路104は個々の集積回路102を分離する。一般にダイシング路104はお互いが垂直になるように続き、集積回路102を行と列に分離する。先に図6及び7との関係で論じたように、少なくとも1つのガードリング106は集積回路102をダイシング路104から孤立させることが可能である。ダイシング路104内では、一般に相互接続層108の他の部分と同じ材料で構成される試験構造がある。ダイシング路104及びガードリング106内のこれらの試験構造間には、全く導電層を持たない誘電材料から構成される領域が存在しても良い。

本発明の一実施例はマイクロエレクトロニクス素子のウエハ100の少なくとも一部をアブレーションする（たとえば相互接続層108を突き抜いてアブレーションする）ためのたとえばNd:YAGレーザー（Ndドープのイットリウムアルミニウムガーネット(YAG)の増幅媒体）（たとえば、米国オレゴン州ポートランドにあるエレクトロサイエンティフィックインダストリ（商標）のマイクロマシニングシステム2700型（商標））のようなレーザーの使用を有する。しかし、このレーザーアブレーションは陰イオンプラズマ存在下で実行される。陰イオンプラズマの発生は当技術分野では公知である。たとえばフッ素(F₂)、塩素(Cl₂)及び/又はそれと同様なガスは電荷を帯びた陰イオンプラズマになる（それぞれ、F^-,Cl^-及び/又は同様なものになる）。当業者には理解してもらえると思うが、プラズマ発生装置の具体的な操作パラメータは使用ガスに依存して変化する。

一実施例では図2で図示されているように、陰イオンプラズマ118（破線で囲まれた楕円で示されている）はフッ素ガスに近接し、Siを含む相互接続層108の近く（たとえば相互接続層108から2〜3nm）に存在する環状のプラズマリングから生成される。ダイシング路104（図1参照）内で相互接続層108の所望の部分をアブレーションするため、レーザービーム124（破線で囲まれた長方形で示されている）は発振して、環状プラズマリング122及び陰イオンプラズマ118を通り抜ける。Siの破片（たとえばSi⁺⁴）がレーザーアブレーションで発生するので、Si破片が酸化されてマイクロエレクトロニクス素子のウエハ100上に堆積する恐れのある前に、陰イオンプラズマ118中でSi破片をイオン134（たとえばF^-)と反応させて反応ガス（たとえばSiF₄）を発生させる。化学式で表現すると、以下の反応が起こる。
Si⁺⁴+4F^-→SiF₄
結果として発生する反応ガス136は単純に系から排出される。勿論、反応ガス136は回収され、他のマイクロエレクトロニクスダイスの処理工程で再利用可能である。当然、この処理はマイクロエレクトロニクス素子製造に限定されるものではなく、Siを含む如何なる材料のレーザーアブレーションにも応用可能である。

レーザービーム124が滑らかな側面を有する溝142を切断/アブレーションで形成するので、溝内にはクラックは伝搬せず、又相互接続層108を有する層の層間剥離も起こらない。レーザーがマイクロエレクトロニクス素子のウエハ100を完全に突き抜いて切断可能とはいえ、切断は低速プロセスである。一実施例では、図3で図示されているように、相互接続層108を突き抜いて溝142を形成した後、レーザーアブレーションは中止され、図4で図示されているように、ダイサー144は基板ウエハ114を突き抜いて切断するのに使用することが可能である。よって、ダイサー144はクラックの形成が問題にならないような基板ウエハ114内でのみマイクロエレクトロニクス素子のウエハ100を切断する。溝の側壁に損傷を与えないように、当然ダイサー144の幅は溝142の幅よりも狭くなくてはならない。

図5は本発明に従った装置の概略図である。マイクロエレクトロニクス素子のウエハ100は格納チャンバ154内の台152上に設置することが可能である。プラズマシステム156のプラズマリング122はマイクロエレクトロニクス素子のウエハ100の近くに設置されている。レーザービーム124が発振し、プラズマリング122を通り抜けてマイクロエレクトロニクス素子のウエハ100を照射するため、レーザーシステム158は当該台の反対側に設置される。プラズマ発生に使用される供給ガス（矢印162で示されている）は、格納チャンバ154内部まで延び、プラズマリング122とレーザーシステム158との間の位置で終端するガス供給ライン164を通って供給される。プラズマリング122とレーザーシステム158との間の上記位置は、好適には供給ガス162をプラズマとして帯電させるため、プラズマリング122から好ましくは約20mmだが、マイクロエレクトロニクス素子のウエハ100のアブレーション領域に限るのが好ましい。格納チャンバ154はさらに排気口166を有する。この排気口166は反応ガス136（図2参照）、他の破片、余剰プラズマ118（図2参照）及び/又は反応しない供給ガス162を除去する。当業者が理解しているように、大気開放前の有毒ガス除去及び/又は他の処理工程での再利用される様々なガスの除去のため、洗浄装置168が排出口166に設置可能である。この場合についても、この装置は如何なるSi含有材料のアブレーションにも使用可能であることがわかる。

よって、本発明の詳細な実施例の説明を行ったことで、多くの明白な本発明の修正が本発明の技術的思想及び範囲から離れることなく可能なように、添付された請求項で限定される本発明は前述した特定の詳細に限定されるものではないことがわかる。

本発明に従ったマイクロエレクトロニクス素子のウエハの側面図である。本発明に従った陰イオン存在下でのマイクロエレクトロニクス素子のウエハの相互接続層のレーザーアブレーションを示す断面図である。本発明に従ったマイクロエレクトロニクス素子のウエハ内に形成された溝の断面図である。本発明に従ったマイクロエレクトロニクス素子のウエハの基板ウエハのダイシングを示す断面図である。本発明に従った装置の概略を示す断面図である。当技術分野で既知となっている、複数の切断されていないマイクロエレクトロニクス素子を有する従来のマイクロエレクトロニクス素子のウエハの上面図である。当技術分野で既知となっている、ダイシング路領域を示す図6の挿入部7の上面拡大図である。当技術分野で既知となっている、図7の線8-8に沿ったマイクロエレクトロニクス素子のウエハのダイシング路領域の断面図である。当技術分野で既知となっている、ダイシング後のマイクロエレクトロニクス素子の上面拡大図である。当技術分野で既知となっている、図9の線10-10に沿ったマイクロエレクトロニクス素子のウエハのダイシング路領域の断面図である。当技術分野で既知となっている、表面上に堆積される犠牲層を有するマイクロエレクトロニクス素子のウエハのレーザーアブレーションの断面図である。当技術分野で既知となっている、ダイシング及び犠牲層の剥離後における図11のマイクロエレクトロニクス素子のウエハの側面図である。

Claims

マイクロエレクトロニクス素子のウエハをダイシングする方法であって：
相互接続層が上に堆積されている基板ウエハを有するマイクロエレクトロニクス素子であって、前記マイクロエレクトロニクス素子は前記素子内に形成されていて、少なくとも1つのダイシング路によって隔離されている少なくとも2つの集積回路を有する、ことを特徴とするマイクロエレクトロニクス素子のウエハを提供する工程；
前記相互接続層近くで陰イオンプラズマを発生させる工程；及び、
レーザービームを発振させ、前記陰イオンプラズマを通り抜け、前記少なくとも1つのダイシング路内の前記相互接続層を突き抜けることで少なくとも1つの溝をレーザーアブレーションによって形成する工程；
を有する方法。
請求項1に記載の方法であって、前記相互接続層をアブレーションし、ダイサーによって前記少なくとも1つの溝内部の前記基板ウエハを突き抜いて切断した後に前記レーザーアブレーションを中止する工程を有する方法。
請求項1に記載の方法であって、前記の陰イオンプラズマ発生工程はフッ素ガスで前記陰イオンプラズマを生成する工程を有する、ことを特徴と有する方法。
請求項1に記載の方法であって、前記の陰イオンプラズマ発生工程は塩素ガスで前記陰イオンプラズマを生成する工程を有する、ことを特徴とする方法。
請求項1に記載の方法であって、前記の陰イオンプラズマ発生工程は前記相互接続層の近くに設置されるプラズマリングによって陰イオンプラズマを発生させる工程を有する、ことを特徴とする方法。
請求項5に記載の方法であって、レーザーアブレーションを行う工程は前記レーザービームを発振させて、前記プラズマリングを通り抜ける工程を有する、ことを特徴とする方法。
レーザーアブレーションを行う方法であって：
Si含有材料を提供する工程；
前記Si含有材料の近くに陰イオンプラズマを発生させる工程；及び、
レーザービームを発振させ、前記陰イオンプラズマを通り抜けることで前記Si含有材料をレーザーアブレーションする工程；
を有する方法。
請求項7に記載の方法であって、前記の陰イオンプラズマ発生工程はフッ素ガスで前記陰イオンプラズマを生成する工程を有する、ことを特徴と有する方法。
請求項7に記載の方法であって、前記の陰イオンプラズマ発生工程は塩素ガスで前記陰イオンプラズマを生成する工程を有する、ことを特徴と有する方法。
請求項7に記載の方法であって、前記の陰イオンプラズマ発生工程は前記Si含有材料の近くに設置されるプラズマリングによって陰イオンプラズマを発生させる工程を有する、ことを特徴とする方法。
請求項10に記載の方法であって、前記レーザーアブレーション工程は前記レーザービームを発振させて、前記プラズマリングを通り抜ける工程を有する、ことを特徴とする方法。
レーザーアブレーションの装置であって：
プラズマシステムのプラズマリング；及び、
レーザービームを発振し、前記プラズマリングを通り抜けるように設置されたレーザーシステム；
を有する装置。
請求項12に記載の装置であって、さらに前記プラズマリング及び前記レーザーシステムを内包する格納チャンバを有する装置。
請求項13に記載の装置であって、さらに前記格納チャンバに設置されている排出口を有する装置。
請求項14に記載の装置であって、さらに前記排出口に設置される洗浄装置を有する装置。
請求項13に記載の装置であって、さらに前記格納チャンバ内部に延長し、前記プラズマリングの近くで終端する供給ガスラインを有する装置。
請求項16に記載の装置であって、前記供給ガスラインは前記レーザーシステムと前記プラズマリングとの間で終端していることを特徴とする装置。
請求項12に記載の装置であって、さらに前記プラズマリングを有する前記レーザーシステムの、前記プラズマリングを挟んで反対側に設置されている台を有する装置。
請求項18に記載の装置であって、さらに前記台上に設置されたSi含有材料を有する方法。
請求項18に記載の装置であって、さらに前記台上に設置されたマイクロエレクトロニクス素子のウエハを有する装置。