JP2008068266A

JP2008068266A - ウエハ加工方法及び装置

Info

Publication number: JP2008068266A
Application number: JP2006246963A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Inamoto; 吉将稲本; Masashi Matsumori; 正史松森; Kazuhiro Inoue; 和弘井上; Hiroyuki Tsuji; 裕之辻; Shigeki Nakatsuka; 茂樹中塚
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2008-03-27

Abstract

【課題】レーザーを用いて割れを発生する恐れなく効率的にウエハを加工することができ、かつその加工に伴って発生した溶融付着物を簡単な構成にて他に悪影響を与えずに効率的に除去することができるウエハ加工方法及び装置を提供する。
【解決手段】シリコンを含むウエハ１をレーザー２により加工するウエハ加工方法において、ウエハ１にレーザー２を照射して加工するレーザー加工工程と、フッ素系ガスを含む大気圧プラズマ５をレーザー２による加工部位に照射するプラズマ照射工程とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウエハ加工方法及び装置に関し、特にウエハの加工をレーザー加工で行いかつそれに伴って発生する溶融付着物を除去するウエハ加工方法及び装置に関するものである。

従来、ウエハを個片の部品に分割して切り出すダイシング又はスクライブと呼ばれる加工は、ダイヤモンドを含むブレードを高速回転させてウエハの表面にメカニカルに溝加工して行われていたが、欠けが発生して電極部や動作領域部等に損傷を与える恐れがあったり、水のような冷却剤を使用しながら加工するために設備が複雑になるなどの問題があり、特に近年はウエハの厚みが数１０μｍから数１００μｍというように非常に薄くなっているので、メカニカルな加工で欠けを生じずに高速で効率的に加工することは極めて困難になっている。

この問題を解消する加工方法として、ウエハの加工線に沿ってレーザーを走査して加工する方法が知られている。例えば、発光ダイオードの製造方法において、炭化珪素からなるウエハをレーザーを使って加工し、さらにその際に加工溝の両側にスラグ状の溶融付着物が堆積付着し、分割された部品に悪影響を与えるという問題を解消するため、レーザー加工したウエハに対して、真空プラズマ処理装置にてフッ素を含むガスでドライエッチングを行うことで、溶融付着物を除去する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特表平１１−５０５６６６号公報

ところが、レーザーを用いた加工において、図１３（ａ）に示すように、ウエハ６１に加工線６１ｂに沿ってレーザー６２を照射して溝６３の加工を行うと、図１３（ｂ）に示すように、ウエハ６１の表面における溝６３の両側部に溶融付着物６４が付着し、この溶融付着物６４を除去するようにフッ素系ガスを使用してドライエッチングを行うと、図１３（ｃ）に示すように、ウエハ６１の表面６１ａが破線から実線で示すようにエッチングされてしまうとともに、溝６３のエッジ部６３ａもエッチングされてしまうという問題があった。また、ウエハ６１に形成されたトランジスター領域６１ｃが加工によりダメージを受ける問題も有していた。６１ｄは接合パッドである。

また、上記のようにレーザー加工工程とドライエッチング工程の２つの工程に分かれるため、その間の移動工程を含めて製造工程が複雑になり、また真空プラズマ処理装置を使用するため設備構成が大掛かりになるという問題があった。また、プラズマ処理時にチャージアップダメージを発生する恐れがあるという問題もあった。さらに、ドライエッチング工程においてマスク等を用いて処理するため、フォトマスク形成プロセス及び処理後の剥離工程が必要になるいう問題があった。

なお、レーザー加工に先だってウエハの表面に水溶性膜を付着させておき、レーザー加工後にその水溶性膜を洗い流すことで溶融付着物を除去する方法も考えられているが、水溶性膜を洗い流すためのウェット工程が必要となるため、排水処理を含めて処理工程が複雑になるという問題がある。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、レーザーを用いて割れを発生する恐れなく効率的にウエハを加工することができ、かつその加工に伴って発生した溶融付着物を簡単な構成にて他に悪影響を与えずに効率的に除去することができるウエハ加工方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明のウエハ加工方法は、シリコンを含むウエハをレーザーにより加工するウエハ加工方法において、ウエハにレーザーを照射して加工するレーザー加工工程と、フッ素系ガスを含む大気圧プラズマをレーザーによる加工部位に照射するプラズマ照射工程とを有するものである。なお、大気圧プラズマは、不活性ガスに高周波電界を印加することで発生し、その不活性ガスとしては、アルゴン、ヘリウム、キセノン、ネオン、窒素、又はこれらの１種又は複数種の混合ガスから選ばれたものであるのが好適であり、またそれに含ませるフッ素系ガスとしてはＳＦ₆やＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₄Ｆ₈等のフロン系ガスが好適である。

上記構成によれば、シリコンを含むウエハをレーザー照射によって割れを発生する恐れなく効率的に加工することができ、かつその加工部位にフッ素系ガスを含む大気圧プラズマを照射することによってレーザー加工に伴って発生した溶融付着物のみを効率的に除去することができ、品質の良い加工ができる。また、大気圧プラズマは簡単かつコンパクトな構成で発生することができるため、ウエハを高い位置決め精度で固定した状態でレーザー加工を行う際に、ウエハをそのまま固定した状態で大気圧プラズマの照射を行うことが可能であり、簡単な加工工程及び設備構成にて効率的にウエハの加工を行うことができ、高い生産性を実現することができる。

上記レーザー加工工程とプラズマ照射工程は、レーザー加工工程の後にプラズマ照射工程を行っても、レーザー加工工程とプラズマ照射工程を同時に行っても良い。レーザー加工工程の後にプラズマ照射工程を行う方法は、レーザー加工時の溶融物の飛散があまり広がらず、また溶融付着物の量が多く、レーザー加工の速度と大気圧プラズマの照射による処理の速度が異なる場合に好適である。因みに、レーザー加工の速度は、ウエハの材質や加工深さによるが、一般には５０ｍｍ／ｓ〜４００ｍｍ／ｓ程度である。

一方、照射する大気圧プラズマ中にレーザーを照射してレーザー加工工程とプラズマ照射工程を同時に行う方法は、レーザー加工時に溶融物が広く飛散し易く、また溶融付着物の量が少ないため大気圧プラズマの照射による処理の速度をレーザー加工の速度に合わせられる場合に、溶融物の飛散を防止できかつ一度に高速で処理できるので好適である。

また、フッ素系ガスを含む大気圧プラズマは、不活性ガスとフッ素系ガスの混合ガスに高周波電界を印加して発生させても、不活性ガスに高周波電界を印加して発生させたプラズマにフッ素系ガスを含むガスを混合して発生させても良い。

また、本発明のウエハ加工装置は、シリコンを含むウエハをレーザーにより加工するウエハ加工装置において、レーザーを発生するレーザー発生手段と、レーザーをウエハの加工線に沿って照射するレーザー照射手段と、フッ素系ガスを含む大気圧プラズマを発生して照射する大気圧プラズマ発生手段と、大気圧プラズマ発生手段を移動する三次元移動手段と、レーザー発生手段とレーザー照射手段と大気圧プラズマ発生手段と三次元移動手段を制御する制御手段とを備えたものである。

この構成によると、レーザー発生手段で発生させたレーザーをレーザー照射手段にてウエハの加工線に沿って照射することによって割れを発生する恐れなくウエハを効率的に加工することができ、かつ三次元移動手段にて大気圧プラズマ発生手段を移動してレーザーによる加工部位にフッ素系ガスを含む大気圧プラズマを照射することによって発生した溶融付着物のみを効率的に除去することができ、ウエハに対して効率的に高品質の加工を行うことができる。

また、大気圧プラズマ発生手段による大気圧プラズマの照射領域の移動に従って、レーザーを大気圧プラズマの照射領域に照射して加工するようにすると、上記のようにレーザー加工工程とプラズマ照射工程を同時に行うことで、溶融物の飛散を防止できかつ一度に高速で処理できるので好適である。

本発明のウエハ加工方法及び装置によれば、レーザー照射によって割れを発生する恐れなく効率的にウエハを加工することができ、かつその加工に伴って発生した溶融付着物を加工部位にフッ素系ガスを含む大気圧プラズマを照射することによって効率的に除去することができ、また大気圧プラズマは簡単かつコンパクトな構成で発生することができるため、ウエハを一定箇所に固定した状態で、レーザー加工と大気圧プラズマ照射の両者を行うことができるので、簡単な加工工程及び設備構成にて高い生産性をもって加工することができる。

以下、本発明のウエハ加工方法及び装置の各実施形態について、図１〜図１２を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
まず、本発明のウエハ加工方法及び装置の第１の実施形態について、図１〜図１０を参照して説明する。

まず、本実施形態のウエハ加工方法の基本的な工程を、図１を参照して説明する。まず、図１（ａ）に示すように、ウエハ１を所定位置に搬入し、加工に当たって要請される高い位置決め精度で固定する。ウエハ１は、シリコン（Ｓｉ）半導体や炭化珪素（ＳｉＣ）半導体などのシリコン（Ｓｉ）を含むウエハである。ウエハ１の厚さは、薄いものでは数１０〜数１００μｍ程度である。次に、図１（ｂ）に示すように、ウエハ１の加工線に沿ってレーザー２を照射することによって、図１（ｃ）に示すように、ウエハ１に加工線に沿った溝３を加工する。ウエハ１に対する溝３の加工状態の具体例を図２（ａ）に示す。溝３の幅は、数μｍ〜５０μｍ程度であり、深さは２０μｍ〜８０μｍ程度が一般的である。この溝３の加工に当たっては、高速回転するブレードを接触させてメカニカルに加工するものでないので、ウエハ１の厚さが上記のように薄いものであっても割れを発生する恐れなく、５０ｍｍ／ｓ〜４００ｍｍ／ｓの高速で加工することができる。その一方で、レーザー加工に伴って、ウエハ１の表面の溝３の両側部に溶融付着物４が付着する。

次に、図１（ｄ）に示すように、レーザー２による加工線に沿って、レーザー加工に伴って溶融付着物４が付着する可能性のある領域に、大気圧プラズマ発生手段６からフッ素系ガスの大気圧プラズマ５を照射する。ウエハ１における大気圧プラズマ５の照射状態の具体例を図２（ｂ）に示す。大気圧プラズマ５の照射領域（幅）は、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ前後であり、大気圧プラズマ発生手段６から照射される大気圧プラズマ５の幅寸法を上記範囲に制御することで、大気圧プラズマ５にて他の領域、すなわち動作領域部や電極部にダメージを与える恐れを確実に回避することができる。

以上のように、レーザー２による溝３の加工後に、大気圧プラズマ５を照射することで、図１（ｅ）に示すように、レーザー加工に伴って付着した溶融付着物４を効率的に除去できるとともに、溝３の両側の開口縁３ａの削れも殆どなく、高品質の溝３の加工が実現され、さらにトランジスター領域が直接プラズマに晒されないため、プラズマ処理によるチャージアップダメージの発生も抑制できる。図３に、ウエハ１を溝３で分割して各個片７にダイシングし、エキスパンドシート８にて個片７毎に分離した後のウエハ１の形状を示す。

次に、本実施形態の上記ウエハ加工方法を実施するウエハ加工装置について、図４〜図６を参照して説明する。図４において、ウエハ加工装置１１は、搬入手段（図示せず）にて搬入されたウエハ１を高い位置精度で位置決めして固定するウエハ固定手段１２と、レーザーを発生するレーザー発生手段１３と、レーザー２をウエハ１の加工線に沿って照射するレーザー照射手段１４と、フッ素系ガスを含む大気圧プラズマ５を発生して照射する大気圧プラズマ発生手段６と、大気圧プラズマ発生手段６を三次元方向に移動及び位置決めする三次元移動手段１５とを備えている。三次元移動手段１５は、水平な一方向のＸ軸方向に移動及び位置決めするＸ軸テーブル１６と、水平かつＸ軸方向に対して垂直なＹ軸方向に移動及び位置決めするＹ軸テーブル１７と、鉛直方向に移動及び位置決めするＺ軸テーブル１８から成り、Ｘ軸テーブル１６にてＹ軸テーブル１７を、Ｙ軸テーブル１７にてＺ軸テーブル１８を、Ｚ軸テーブル１８にて大気圧プラズマ発生手段６をそれぞれ移動及び位置決めするように構成されている。

上記ウエハ固定手段１２とレーザー発生手段１３とレーザー照射手段１４と大気圧プラズマ発生手段６と三次元移動手段１５は、図５に示すように、制御手段２０にて、操作部２２からの動作指令によって、記憶部２１に予め記憶された動作プログラム及び各種データに基づいて動作制御され、その動作状態が表示部２３に表示される。具体的には、制御手段２０は、図６に示すように、レーザー２をウエハ１の加工線に沿って速度Ｖ１（５０ｍｍ／ｓ〜４００ｍｍ／ｓ）で走査して上記溝３を加工するようにレーザー照射手段１４を動作制御し、その後大気圧プラズマ５をレーザー加工された溝３に沿って速度Ｖ２（＜Ｖ１）で走査して溶融付着物４を除去処理するように三次元移動手段１５を動作制御するように構成されている。なお、レーザー２の移動速度Ｖ１と大気圧プラズマ５の移動速度Ｖ２の差が過大になる場合には、図６に仮想線で示すように、大気圧プラズマ発生手段６として、その移動方向の長さが長く、大気圧プラズマ５が移動方向に広い範囲で照射されるようにしたものを採用し、大気圧プラズマ処理の時間が長く確保されるようにするのが好適である。

次に、大気圧プラズマ発生手段６の各種の構成例について、図７〜図１０を参照して説明する。図７（ａ）の例は、絶縁体から成る円筒状の反応容器３１の周囲にコイル状のアンテナ３２を配設し、アンテナ３２に高周波電源３３から１ＭＨｚ〜５００ＭＨｚ程度の周波数の高周波電圧を印加して反応容器３１内に高周波電界を印加し、反応容器３１の一端３１ａから不活性ガスにフッ素系ガスを混合した混合ガス３４を供給することで、反応容器３１の他端３１ｂから大気圧プラズマ５を吹き出すように構成されている。また、図７（ｂ）の例は、誘電体から成る反応管３５の内側に内側電極３６を、外周に外側電極３７を配設し、電極３６、３７間に高周波電源から１０ＫＨｚ〜１００ＭＨｚ程度の周波数の高周波電圧を印加し、反応管３５内に混合ガスを供給することで反応管３５内で大気圧プラズマ５を発生して吹き出し口３８から吹き出すように構成されている。また、図７（ｃ）の例は、断面形状が細長い長方形状の誘電体から成る反応管３９の外周に間隔をあけて一対の電極４０ａ、４０ｂを配設し、電極４０ａ、４０ｂ間に高周波電源４１から高周波電圧を印加し、反応管３９の一端３９ａから混合ガスを供給することで反応管３９の他端３９ｂからプラズマを吹き出すように構成されている。

また、図８の例は、図８（ａ）に示すように、断面形状が長方形の反応容器４２の一端４２ａから混合ガス４３を供給し、反応容器４２の他端４２ｂから大気圧プラズマ５を吹き出すように構成されたもので、反応容器４２の対向する長側壁には、図８（ｂ）に示すように、反応容器４２内の反応空間４４を挟んでその両側に誘電体４５を介して一対の電極４６ａ、４６ｂが配設されており、電極４６ａ、４６ｂ間に高周波電源４７から高周波電圧を印加するように構成されている。

また、図９の例は、図８に示した構成例において、反応容器４２の一端４２ａから不活性ガス４８を供給して反応容器４２の他端４２ｂから不活性ガス４８の大気圧プラズマ５を吹き出すようにするとともに、反応容器４２の他端４２ｂの一側方に、フッ素系ガス５０又は不活性ガスとフッ素系ガスの混合ガスを供給する供給ダクト４９が配設されている。供給ダクト４９は、反応容器４２とほぼ同じ幅で、反応容器４２の他端４２ｂの近傍に位置する先端部に、吹き出している大気圧プラズマ５に沿うように屈曲された吹き出し口４９ａを有しており、この供給ダクト４９内の供給通路を通して、反応容器４２の他端４２ｂから吹き出している大気圧プラズマ５の一側に向けてフッ素系ガス５０を供給することで、フッ素系ガス５０が大気圧プラズマ５と接触して重なり、フッ素系ガス５０を含む大気圧プラズマ５が形成されるように構成されている。

また、図１０の例は、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、誘電体からなる円筒状の反応容器５１の周囲にコイル状のアンテナ５２を配設し、アンテナ５２に高周波電源５３から高周波電圧を印加して反応容器５１内に高周波電界を印加し、反応容器５１の上端５１ａから第１の不活性ガス５４を供給することで、反応容器５１の下端５１ｂから一次プラズマ５５を吹き出すように構成されている。反応容器５１の下端５１ｂ近傍の周囲に、下方に向けて径が小さくなる倒立接頭円錐形状の混合ガス領域５７を形成する混合ガス容器５６が配設され、その周囲に第２の不活性ガスとフッ素系ガスの混合ガス５８を内部に供給する複数のガス供給口５９が配設されている。この構成により、混合ガス領域５７内で混合ガス５８に一次プラズマ５５が衝突することで二次プラズマ６０が発生し、混合ガス領域５７の下端開口５７ａから二次プラズマ６０（大気圧プラズマ５）が吹き出すように構成されている。

以上の構成の本実施形態によれば、シリコンを含むウエハ１にレーザー２を照射することによって効率的に、かつ高速回転ブレード等を用いてメカニカルに加工する場合のように割れを発生する恐れなく加工することができ、かつその加工部位にフッ素系ガスを含む大気圧プラズマ５を照射することによって、レーザー加工に伴って発生した溶融付着物４のみを効率的に除去することができ、品質の良い加工ができる。

また、大気圧プラズマ５を発生する大気圧プラズマ発生手段６は、真空プラズマ処理装置に比して、格段に簡単かつコンパクトな構成であるため、ウエハ１をウエハ固定手段１２で高い位置決め精度で固定した状態でレーザー加工した後、そのままの状態で引き続いて大気圧プラズマ５の照射を行うことが可能となり、簡単な加工工程及び設備構成にて効率的にウエハ１の加工を行うことができ、高い生産性を実現することができる。

また、レーザー２をウエハ１に照射して溝３を加工した後、その溝３に沿って大気圧プラズマ発生手段６を移動させて大気圧プラズマ５を照射し、ウエハ１の表面の溝３の両側部の溶融付着物４を除去するようにした本実施形態の方法は、レーザー加工時の溶融物の飛散があまり広がらず、また溶融付着物４の量が多くてレーザー加工の速度Ｖ１に対して大気圧プラズマの照射による処理の速度Ｖ２が小さい場合に効果的である。

（第２の実施形態）
次に、本発明のウエハ加工方法及び装置の第２の実施形態について、図１１、図１２を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略し、主として相違点についてのみ説明する。

上記第１の実施形態では、レーザー２にて加工した後、大気圧プラズマ５を照射して溶融付着物４を除去する例を示したが、本実施形態においては、図１１に示すように、大気圧プラズマ発生手段６による大気圧プラズマ５の照射領域の移動に従って、レーザー２を大気圧プラズマ５の照射領域に照射し、レーザー２による加工工程と大気圧プラズマ５の照射工程を同時に行うように、レーザー照射手段１４と三次元移動手段１５を同期して動作制御している。すなわち、制御手段２０は、図１２に示すように、レーザー２をウエハ１の加工線に沿って速度Ｖ１（５０ｍｍ／ｓ〜１００ｍｍ／ｓ程度）で走査して溝３を加工するようにレーザー照射手段１４を動作制御するとともに、大気圧プラズマ５を吹き出す大気圧プラズマ発生手段６を同じ速度Ｖ１（５０ｍｍ／ｓ〜１００ｍｍ／ｓ程度）で同期して走査して溶融付着物４を除去処理するように三次元移動手段１５にて動作制御するように構成されている。

本実施形態によれば、照射する大気圧プラズマ５中にレーザー２を照射してレーザー加工工程とプラズマ照射工程を同時に行うので、レーザー加工時の溶融物を化学的に分解除去でき、レーザー加工時に溶融物が広く飛散し易く、また溶融付着物４の量が少ないため大気圧プラズマ５の照射による処理の速度をレーザー２による加工速度に合わせられる場合に、溶融物の飛散を防止できかつ一度に高速で処理できるので好適である。

本発明のウエハ加工方法及び装置によれば、レーザー照射によって割れを発生する恐れなく効率的にウエハを加工することができ、かつその加工に伴って発生した溶融付着物を加工部位にフッ素系ガスを含む大気圧プラズマを照射することによって効率的に除去することができ、また大気圧プラズマは簡単かつコンパクトな構成で発生することができるため、ウエハを一定箇所に固定した状態で、レーザー加工と大気圧プラズマ照射の両者を行うことができるので、簡単な加工工程及び設備構成にて高い生産性をもって加工することができるので、シリコンを含む各種ウエハのレーザー加工に好適に利用することができる。

本発明の第１の実施形態のウエハ加工方法の工程説明図。同実施形態におけるウエハに対するレーザ加工状態と大気圧プラズマ照射状態を示す平面図。同実施形態における加工したウエハの斜視図。同実施形態のウエハ加工装置の構成図。同実施形態のウエハ加工装置の制御部の構成図。同実施形態の加工時の状態説明図。同実施形態における大気圧プラズマ発生装置の各種構成例を示し、（ａ）は第１の構成例の斜視図、（ｂ）は第２の構成例の断面図、（ｃ）は第３の構成例の斜視図。同実施形態における大気圧プラズマ発生装置の他の構成例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）はその基本構成を示す斜視図。同実施形態における大気圧プラズマ発生装置の別の構成例を示す斜視図。同実施形態における大気圧プラズマ発生装置のさらに別の構成例を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図。本発明の第２の実施形態のウエハ加工装置の構成図。同実施形態の加工時の状態説明図。従来例のウエハ加工工程とその問題点の説明図。

符号の説明

１ウエハ
２レーザー
３溝
４溶融付着物
５大気圧プラズマ
６大気圧プラズマ発生手段
１１ウエハ加工装置
１３レーザー発生手段
１４レーザー照射手段
１５三次元移動手段
２０制御手段

Claims

シリコンを含むウエハをレーザーにより加工するウエハ加工方法において、ウエハにレーザーを照射して加工するレーザー加工工程と、フッ素系ガスを含む大気圧プラズマをレーザーによる加工部位に照射するプラズマ照射工程とを有することを特徴とするウエハ加工方法。
レーザー加工工程の後に、プラズマ照射工程を行うことを特徴とする請求項１記載のウエハ加工方法。
照射する大気圧プラズマ中にレーザーを照射してレーザー加工工程とプラズマ照射工程を同時に行うことを特徴とする請求項１記載のウエハ加工方法。
フッ素系ガスを含む大気圧プラズマは、不活性ガスとフッ素系ガスの混合ガスに高周波電界を印加して発生させることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のウエハ加工方法。
フッ素系ガスを含む大気圧プラズマは、不活性ガスに高周波電界を印加して発生させたプラズマにフッ素系ガスを含むガスを混合して発生させることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のウエハ加工方法。
シリコンを含むウエハをレーザーにより加工するウエハ加工装置において、レーザーを発生するレーザー発生手段と、レーザーをウエハの加工線に沿って照射するレーザー照射手段と、フッ素系ガスを含む大気圧プラズマを発生して照射する大気圧プラズマ発生手段と、大気圧プラズマ発生手段を移動する三次元移動手段と、レーザー発生手段とレーザー照射手段と大気圧プラズマ発生手段と三次元移動手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするウエハ加工装置。
大気圧プラズマ発生手段による大気圧プラズマの照射領域の移動に従って、レーザーを大気圧プラズマの照射領域に照射して加工することを特徴とする請求項６記載のウエハ加工装置。