JP2009504432A - 先に作られたトレースを用いてレーザービームにより脆い平坦部材を裂く方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、例えばガラス、セラミック、シリコン、ガリウムヒ素又はサファイアなどの脆い平坦部材を裂く方法であって、平坦部材がレーザーにより溶融温度以下で所望の分割線に沿って加熱され、次いでクーラントジェットで衝撃を与えられ、熱誘起された機械的応力差により部材分離がなされる方法に関する。トレースが分割線に沿って平坦部材において先に作られ、それで平坦部材は未処理部材よりもトレースに沿う小さい破壊応力を有し、レーザーによる分離がこれらのトレースに沿って行なわれる。
Description
所望の分割線に沿う切込み（ノッチ）を作り、次いで分割線に沿って破壊力を機械的力に従順に作ることで、ガラス、サファイア、シリコン、ガリウムヒ素又はセラミックなどの脆い平坦部材を裂き、当該平坦部材を完全に分離することは、既に知られている。
このようにして平坦部材を裂くために、切込みの深さは平坦部材の厚さの少なくとも３分の１でなければならない。切込みは機械により又はレーザーを用いて作られる。特にサブストレート（ウェハ）からチップをダイシングするために、アブレーションにより部材に切込みを創出するレーザー方法が益々使用されている。一般的に切込みは数μｍの幅しかなく、平坦部材の厚さのほぼ３分の１の深さを有する。切込み深さは、その脆性に依存して、平坦部材の厚さ全体に比例して作られる。除去される部材が処理される部材の微視的な汚染に寄与することは望ましくない。切込み幅と切込み深さのアスペクト比はこれらのレーザープロセスにとって重大であるので、複雑な装置が必要になり、切込みは比較的ゆっくり作られる。よって、厚いウェハのための深い切込みは益々長いプロセス時間を要している。
このような方法は例えば特許文献１，２に開示されている。切込みの製造後、ウェハは機械的な（インパルス）エネルギー又は力を加えることで、例えば引張力（フィルムの伸張）、曲げ力（リッジを越えた破壊）又はこれらの組み合わせにより、完全に裂かれる。
破壊力の機械による付加は幾何学形状的に比較的不正確である。ゆえに、破壊線が部材の厚さに垂直に延びない場合又は一点で交差する２つの破壊線が意図した角度で互いに合わない場合、裂け目の欠陥が生じうる。特にチップ製造では、このような破断の欠陥は生産量の減少に繋がるため、避けなければならない。加えて、部材粒子が割れ、平坦部材の表面の巨視的汚染が生じる。
例えば、上述した切込みの形式の部材除去による平坦部材の切断に代えて、機械的に誘起される初期クラックを作り、次いでこれが熱誘起される機械的応力により平坦部材に広がっていく公知の方法がある。この方法（熱レーザー分離（ＴＬＳ））は特許文献３に記載されている。これは、特に、複数の平行なストリップに分割された平坦部材が例えば第１の分割方向と垂直な第２の方向に裂かれ、ウェハのダイシングにおいて個々の長方形、個々のチップにされる場合に不利である。それぞれの分割線の始めに新たな初期クラックが第１の分割方向に作られなければならないので、このプロセスは非常に時間がかかり、刻み目を入れる機械装置は非常に磨耗を受けやすい。
本発明の目的は、脆い平坦部材が複数の単一のコンポーネントに分離される方法、特に良好な時間効率と高いエッジクオリティでウェハをダイシングしチップにする方法を見出すことである。
この問題は請求項１に記載の方法により解決される。
有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
１つの実施形態を図面に基づいて説明する。
ウェハのダイシングのための本発明を以下に説明するが、これに限定されず、むしろいかなる砕けやすい平坦部材の切断にも応用できる。
ウェハのダイシングのための本発明を以下に説明するが、これに限定されず、むしろいかなる砕けやすい平坦部材の切断にも応用できる。
複数のｘ分割線２（Ｘ方向に延びる分割線）と複数のｙ分割線３（Ｙ方向に延びる分割線）からなる意図した分割線が図１で示されたウェハ１に示されている。ウェハ（このケースではサファイアウェハ）のダイシングのために、トレースが先ずｘ分割線２に沿って作られ、次いでｙ分割線３に沿って作られる。本発明によれば、トレースは平坦部材の部材除去（material removal）又は部材変形（material modification）により作られる。どちらの場合でも、トレースに沿う平坦部材の重大な破壊応力は、未処理の部材に比べて低くなる。部材除去の場合、分離すべき部材の厚さは切込み深さに従いさらに減少する。
当該方法は、平坦部材における応力条件が分割線に沿って変化する場合でも、平坦部材の厚さが変化する場合でも適用できる。分割クラックは、このような部材における位置の差と無関係に部材の分割を常に確実にもたらすので、切込み又は部材変形は分割線にわたって幾何学形状、特に深さの点で局所的に変更できる。
トレースは、実際の分離プロセスの直前、又はウェハの他の処理プロセスの前若しくは間に作られる。
第１実施形態では、トレースは第１レーザー放射６による部材除去により作られる（図２）。このために、例えばウェハ１の上面に向けられたＵＶレーザーからのレーザー放射６はそれぞれの分離方向に案内される。発達中の切込み４は２〜５μｍの幅、３〜１０μｍの深さを有する。切断速度は５０〜７０ｍｍ／ｓの範囲にある。３２０＊３２０μｍ２のチップサイズによって、２’’ウェハにほぼ３００のこれらの分割線、１５０のｘ分割線と１５０のｙ分割線がある。切込みの深さは従来技術における方法より明らかに小さく、例えば部材厚さの１０分の１以下に選択することができる。ＴＬＳ法を用いて特許文献３に示された機械スコアリングに比べて、本発明の方法の速度は明らかに速い。ｘ分割線、ｙ分割線に沿う全ての切込み４の作成後、切込みの頂点から始まり、熱誘起された機械的応力差が切込み４で作られる。これにより平坦部材は分離クラック５に沿って割れる。この応力差は、第２レーザー放射７、例えばＣＯ２レーザーを切込み４に沿って案内し（図３）（熱誘起された圧縮応力）、その後例えば水と空気の混合物（エアロゾル）によるクーラントジェット又は冷却ガスによって（熱誘起された引張応力）、誘起される。このプロセスは部材に対して３００〜４００ｍｍ／ｓの速度で行なわれる。
第１レーザー放射６、第２レーザー放射７のためのレーザー及びそれらの処理パラメータの選択は部材に依存する。第１レーザー放射６のためのレーザー及びその際作用する処理パラメータ（特に、レーザーパワー、パルスデューティ比、相対移動の速度）は、衝突領域内の部材が除去され、例えば溶解又は蒸発により押しのけられるように選択されるのに対し、第２レーザー放射７のためのレーザー及びその際作用する処理パラメータは、部材が全ての臨界破壊閾値以下でのみ温められるように選択される。様々なレーザー又は単一のレーザーが使用される。部材で異なって吸収される様々な波長を有するレーザーを使用して、又は時間若しくは空間エネルギー分布を変調して、例えばビーム形状、放射スポットの放射強度分布を変更して、又はレーザーパワーもしくはパルスデューティを変更して、様々な加熱が行なわれる。レーザーにより切込みが作られ、次いで部材が機械により裂かれる公知の方法と比較して、熱負荷はかなり小さく維持される。次に分離クラックが熱誘起された機械的応力で作られても、切込み４はより浅く維持され、侵食はほとんど起こらないからである。さらには、成長中の分離エッジはより滑らかで、割れ目欠陥は最小化される。徹底的に減らされた切込み深さにより粒子の開放が顕著に減少する。利用可能な手段を用いて他の製造ステップにおいて切込みを作ることができないとき、レーザーによるノッチングは特に有利である。
第２実施形態ではトレースは、半導体産業におけるフロントエンド処理で慣習的なエッチング技術、例えばウェットケミカルエッチングやプラズマエッチングにより作られる切込みである。やはり、ＴＬＳプロセスのために数μｍの最小切込み深さしか必要としないので、操作・プロセスステップにおいてウェハが未熟なまま破壊される恐れはない。切込み４の幾何学形状は、これらが実質的により険しい切込みフランクとより広い切込み谷を有する点でレーザー６で作られたものと異なる。５〜１０μｍの所望の切込み深さのためには、切込みの幅は２〜３．５μｍである。次いで、このようにして作られた切込みを有する平坦部材は、第１実施形態と同様にレーザー７で裂かれる。
原則的に、切込みが調製される態様は重大でないが、平坦部材を通るクラックを切込みの谷から突出させるために、この切込みが分割線に沿って創出されることは重要である。第３実施形態は、切込み４の形式の部材除去でなく、分割線に沿った部材変形によってトレースが作られる点でここまで説明した実施形態とは異なる。従って、部材構造はエネルギー入力により変更でき、又はイオン注入によりドープされ、局所的に部材特性を故意に変更し、トレースに沿う臨界破壊応力を減少できる。
１ ウェハ
２ ｘ分割線
３ ｙ分割線
４ 切込み
５ 分離クラック
６ 第１レーザー放射
７ 第２レーザー放射
２ ｘ分割線
３ ｙ分割線
４ 切込み
５ 分離クラック
６ 第１レーザー放射
７ 第２レーザー放射
Claims (7)
- 例えばガラス、セラミック、シリコン、ガリウムヒ素又はサファイアなどの脆い平坦部材を裂く方法であって、
平坦部材がレーザーにより溶融温度以下で所望の分割線に沿って加熱され、次いでクーラントジェットで衝撃を与えられ、熱誘起された機械的応力差により部材分離がなされる方法において、
トレースが分割線に沿って平坦部材において先に作られ、それで平坦部材は未処理部材よりもトレースに沿って小さい破壊応力を有し、レーザーによる分離がこれらのトレースに沿って行なわれることを特徴とする方法。 - トレースは部材除去により切込みの形式で作られることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 部材除去はレーザーにより行われることを特徴とする請求項２に記載の方法。
- 部材除去は、部材分離が実行されるのと同じレーザーにより行なわれることを特徴とする請求項３に記載の方法。
- 部材除去はプラズマエッチングにより行われることを特徴とする請求項２に記載の方法。
- トレースは部材変形により作られ、トレースに沿う臨界破壊応力が減少されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 分割線に沿う平坦部材の応力と部材厚さの差を補償するために、トレースの幾何学形状、特に深さが分割線に沿って局所的に変更されることを特徴とする請求項２又は６に記載の方法。
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