JP2012243927A - 半導体ウェハ及びその加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも一部に円形の外周端縁を有する半導体ウェハの分断不良を少なくする。
【解決手段】この半導体ウェハの加工方法は、少なくとも一部に円形の外周端縁を有するウェハを、格子状の分断予定ラインに沿って分断するための方法であって、第１工程及び第２工程を含んでいる。第１工程では、分断予定ラインに沿ってレーザ光を走査し、ウェハ表面にスクライブ溝を形成する。第２工程では、スクライブ溝の両側を押圧してスクライブ溝に沿ってウェハを分断する。そして、第１工程では、分断予定ラインとウェハ外周端縁とのなす角度が４５°以下である特定分断予定ラインに沿って形成されるスクライブ溝においては、少なくとも外周部の溝深さが特定分断予定ライン以外の他の分断予定ラインに沿って形成されるスクライブ溝に比較して深く形成される。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ウェハの加工方法、特に、少なくとも一部に円形の外周端縁を有するウェハを、格子状の分断予定ラインに沿って分断するための半導体ウェハの加工方法に関する。また、本発明は半導体ウェハに関する。

発光ダイオード等の発光素子は、サファイア基板上に窒化物半導体を積層することによって形成されている。このようなサファイア基板等から構成される半導体ウェハには、複数の発光ダイオード等の素子が、分断予定ラインにより区画されて形成されている。そして、半導体ウェハを分断予定ラインに沿って分断するために、レーザスクライブ方法が用いられている。

レーザスクライブ方法は、半導体ウェハにレーザ光を照射してスクライブする方法であり、例えば特許文献１に示されている。この特許文献１に示された方法では、まず、表面に保護シートが設けられたウェハが準備される。そして、このウェハの裏面側から分断予定ラインに沿ってレーザ光が照射され、裏面に加工溝が形成される。その後、溝に沿って分割され、さらに裏面を研削することによって研磨によって裏面の加工溝が除去される。

特開２００５−８６１６０号公報

以上のようなスクライブ溝が形成されたウェハを分断する場合は、スクライブ溝の両側をロッド等で受け、スクライブ溝の両側に圧力を加える。これにより、ウェハはスクライブ溝に沿って分断される。

ところで、半導体ウェハは一般的にオリフラを除く部分が円形に形成されている場合が多い。このような円形のウェハに対して、格子状の分断予定ラインに沿ってスクライブ溝が形成されると、図１に示すように、スクライブ溝ＳＬの両側における素子形成領域の面積が異なる部分（図１の斜線で示す領域）が生じる。そして、特に、スクライブ溝のうちのウェハ外周端縁とのなす角度が小さいスクライブ溝に沿って分断する場合は、そのスクライブ溝の内周側の部分が片持ちで受けられることになる。このような片持ち状態でウェハを受け、分断を行うと、分断不良が生じやすい。

本発明の課題は、少なくとも一部に円形の外周端縁を有する半導体ウェハの分断不良を少なくすることにある。

前述のように、スクライブ溝とウェハ外周端縁とのなす角度が小さい場合は、分断不良が起こりやすくなる。そこで、本件発明者は、種々の実験を繰り返して分析を行った結果、分断予定ラインあるいはスクライブ溝とウェハ外周端縁とのなす角度が４５°以下で分断不良が起こりやすいことを見出した。以下の発明は、この知見に基づくものである。

なお、分断予定ラインとウェハ外周端縁とのなす角度は、図２に示す角度αである。より具体的には、スクライブ溝の中心線Ｍと、この分断予定ラインより外周側の素子領域における外周端エッジＥにおける接線Ｎとのなす角度である。

第１発明に係る半導体ウェハの加工方法は、少なくとも一部に円形の外周端縁を有するウェハを、格子状の分断予定ラインに沿って分断するための方法であって、第１工程及び第２工程を含んでいる。第１工程では、分断予定ラインに沿ってレーザ光を走査し、ウェハ表面にスクライブ溝を形成する。第２工程では、スクライブ溝の両側を押圧してスクライブ溝に沿ってウェハを分断する。そして、第１工程では、分断予定ラインとウェハ外周端縁とのなす角度が４５°以下である特定分断予定ラインに沿って形成されるスクライブ溝においては、少なくとも外周部の溝深さが特定分断予定ライン以外の他の分断予定ラインに沿って形成されるスクライブ溝に比較して深く形成される。

ここでは、まず、分断予定ラインに沿ってレーザ光が照射され、分断予定ラインのウェハ領域が溶融されてスクライブ溝が形成される。このとき、分断予定ラインとウェハ外周端縁とのなす角度が４５°以下である特定分断予定ラインに沿ってスクライブ溝を形成する際には、少なくとも外周部の溝深さが他の分断予定ラインに沿って形成されたスクライブ溝に比較して深く形成される。このため、第２工程において分断する際には、深い溝が形成された部分はウェハの分断が容易になり、従来では分断不良が生じていた部分の分断不良が抑えられる。

第２発明に係る半導体ウェハの加工方法は、第１発明の加工方法において、第１工程では、特定分断予定ラインに沿って形成されるスクライブ溝は、少なくとも、特定分断予定ラインと他の分断予定ラインとが交差する複数の交点のうちのウェハ外周端に最も近い交点から外周側が、他の部分に比較して深く形成される。

ここでは、分断時において、特に片持ちで受けることになりやすい部分の溝深さが深く形成されるので、分断不良を抑えることができる。

第３発明に係る半導体ウェハの加工方法は、第２発明の加工方法において、第１工程では、特定分断予定ラインに沿って形成されるスクライブ溝は、少なくとも特定分断予定ラインと他の分断予定ラインとが交差する複数の交点のうちのウェハ外周端から２番目の交点から外周側が、他の部分に比較して深く形成される。

ここでは、特定分断予定ラインにおいては、第２発明に比較して、外周側のより長い部分において溝深さが深く形成されるので、分断不良をより抑えることができる。

第４発明に係る半導体ウェハの加工方法は、第３発明の加工方法において、第１工程では、特定分断予定ラインに沿って形成されるスクライブ溝は、全体にわたって他の分断予定ラインに沿って形成されるスクライブ溝より深く形成される。

ここでは、特定分断予定ラインについては、その全長にわたって溝深さが深く形成されるので、加工時の制御が容易になり、かつ分断不良をより抑えることができる。

第５発明に係る半導体ウェハの加工方法は、第１から第４発明のいずれかの加工方法において、第１工程では、レーザ光の走査速度を制御することによってスクライブ溝の深さが制御される。

ここでは、容易にスクライブ溝の深さを制御することができる。

第６発明に係る半導体ウェハの加工方法は、第１から第５発明のいずれかの加工方法において、特定分断予定ラインに沿って形成されるスクライブ溝において溝深さが深い部分は、ウェハ厚みの５０％以上の深さである。

ここでは、溝深さをウェハ厚みの５０％以上にすることによって、分断不良をより抑えることができる。

第７発明に係る半導体ウェハは、少なくとも一部に円形の外周端縁を有するベース基板と、ベース基板上に形成された複数の素子領域と、を備えている。複数の素子領域は格子状の分断予定ラインに沿って形成された複数のスクライブ溝により区画されている。そして、複数のスクライブ溝のうちの、分断予定ラインとウェハ外周端縁とのなす角度が４５°以下である特定分断予定ラインに沿って形成されたスクライブ溝においては、少なくとも外周部の溝深さが特定分断予定ライン以外の他の分断予定ラインに沿って形成されたスクライブ溝に比較して深い。

以上のような本発明では、円形の半導体ウェハをスクライブ溝に沿って分断する場合に、特に外周端部の分断不良を少なくすることができる。

従来の加工方法における分断不良を説明するための図。 分断予定ラインとウェハ外周端とのなす角度を説明するための図。 本発明の一実施形態による加工方法によって分断される半導体ウェハの外観斜視図。 本発明の一実施形態による加工方法を実施するためのレーザ加工装置の概略構成図。 ウェハ加工例及び分断結果を示す加工サンプル１の写真。 ウェハ加工例及び分断結果を示す加工サンプル２の写真。

［加工対象］
図３は、本発明の一実施形態による加工方法が適用される半導体ウェハの一例である。この図１に示す半導体ウェハ１は、サファイア基板２上に窒化物半導体が積層され、複数の発光ダイオード等の発光素子３が分断予定ライン４によって区画されて形成されたものである。

［レーザ加工装置］
図４は、本発明の一実施形態による加工方法を実施するためのレーザ加工装置５の概略構成を示したものである。レーザ加工装置５は、レーザ光線発振器６ａやレーザ制御部６ｂを含むレーザ光線発振ユニット６と、レーザ光を所定の方向に導くための複数のミラーを含む伝送光学系７と、伝送光学系７からのレーザ光を集光させるための集光レンズ８と、を有している。レーザ光線発振ユニット６からは、ビーム強度等の照射条件が制御されたパルスレーザ光（以下、単にレーザ光と記す）が出射される。なお、半導体ウェハ１はテーブル９に載置されている。テーブル９は、駆動制御部２０によって駆動制御され、水平面内で移動が可能である。すなわち、テーブル９に載置された半導体ウェハ１と集光レンズ８から照射されるレーザ光線とは水平面内で相対移動が可能である。また、レーザ光と半導体ウェハ１が載置されるテーブル９とは、相対的に上下方向に移動が可能である。レーザ制御部６ｂ及び駆動制御部２０は、加工制御部２１によって制御されるようになっている。

加工制御部２１は、マイクロコンピュータで構成されており、レーザ制御部６ｂ及び駆動制御部２０を制御して、以下のような処理を実行する。

（１）ビーム強度の調整されたレーザ光をウェハ１に照射するとともに分断予定ライン４に沿って走査し、分断予定ライン４に沿ってスクライブ溝を形成する。

（２）スクライブ溝の形成に際し、分断予定ライン４とウェハ外周端縁とのなす角度が４５°以下である特定分断予定ラインに沿って形成されるスクライブ溝においては、特定分断予定ライン以外の他の分断予定ラインに沿ってスクライブ溝を形成する場合に比較して走査速度を遅くし、スクライブ溝の溝深さを深くする。

［レーザ加工方法］
半導体ウェハ１を各素子領域に分断する場合は、まず、レーザ加工装置５によって各分断予定ライン４に沿ってスクライブ溝を形成する。このとき、前述のように、特定分断予定ラインにおいては、他の分断予定ラインに比べて溝深さの深いスクライブ溝が形成される。ここでは、特定分断予定ラインに沿って形成されるスクライブ溝の溝深さは、ウェハ厚みの５０％以上の深さで形成される。

次に、スクライブ溝の両側に圧力をかける。これにより、半導体ウェハ１はスクライブ溝に沿って分断され、複数の素子３が得られる。

［ウェハの分断の検証］
次に、ウェハを所定の条件で分断した場合の検証結果を示す。各条件は以下の通りであり、円形基板を分断したときの加工状態について検証した。

（１）レーザ条件
波長：２６６nm
集光径：１２μm
繰り返し周波数：９０kHz
出力：４．０W
走査速度：１２０mm/s、２８０mm/s
焦点位置：基板上面
走査回数：１回
（２）基板
種類：単結晶Ｓｉ（６inchウェハ×ｔ０．２mm）
加工サイズ：３．０mm×３．０mm
以上の条件で加工した結果を、図５及び図６に示す。各図において、（ａ）は基板上面の様子を示し、（ｂ）は分断面を示している。これらの図に示すように、走査速度が１２０mm/sの場合は、加工幅が２２μmで加工深さは１０２μm（基板厚みの５１％）である。また、走査速度が２８０mmの場合は、加工幅は２９μmで加工深さは２１μm（基板厚みの１０．５％）である。

以上の加工を行って分断を行った結果、分断不良が発生する範囲は、以下の通りであった。

（ａ）走査速度が１２０mm/s（加工深さ１０２μm）：基板端から１．１mm以下の範囲で分断不良。

（ｂ）走査速度が２８０mm/s（加工深さ２１μm）：基板端から２．３mm以下の範囲で分断不良。

以上から、スクライブ溝の加工深さを深くすると分断不良が発生する範囲は狭くなることがわかる。そして、基板端から１．１mm以下の範囲では、完全な素子が形成されているわけではないので、分断不良が生じても特に製品として問題はない。

したがって、特定分断予定ラインに沿ってスクライブ溝を形成する場合は、他の部分に比較して走査速度を遅くし、溝深さをウェハ厚みの５０％以上にすれば、分断不良を製品に影響のないレベルにすることができることになる。

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

（ａ）前記実施形態では、特定分断予定ラインに沿って形成されるスクライブ溝の全長にわたって溝深さを深くしたが、外周部の一部についてのみ、溝深さを深くするようにしてもよい。例えば、特定分断予定ラインにおいて、ウェハ外周端に最も近い交点（図１において、Ｘ方向及びＹ方向の分断予定ラインの交点Ｃ１）から外周側の部分の溝深さを、ウェハ厚みの５０％以上とし、他の部分の溝深さを浅くしてもよい。この場合は、タクトタイムを短くすることができる。

また、特定分断ラインにおいて、ウェハ外周端から２番目の交点（図１において交点Ｃ２）から外周側の部分の溝深さを、ウェハ厚みの５０％以上とし、他の部分の溝深さを浅くしてもよい。

（ｂ）前記実施形態では、スクライブ溝の深さを、走査速度を変えることによって制御したが、レーザ出力を変えることによって制御するようにしてもよい。

１ 半導体ウェハ
２ サファイア基板
３ 素子
４ 分断予定ライン

Claims (7)

1. 少なくとも一部に円形の外周端縁を有するウェハを、格子状の分断予定ラインに沿って分断するための半導体ウェハの加工方法であって、
   前記分断予定ラインに沿ってレーザ光を走査し、ウェハ表面にスクライブ溝を形成する第１工程と、
   前記スクライブ溝の両側を押圧して前記スクライブ溝に沿ってウェハを分断する第２工程と、
   を含み、
   前記第１工程では、前記分断予定ラインとウェハ外周端縁とのなす角度が４５°以下である特定分断予定ラインに沿って形成されるスクライブ溝においては、少なくとも外周部の溝深さが前記特定分断予定ライン以外の他の分断予定ラインに沿って形成されるスクライブ溝に比較して深く形成される、
   半導体ウェハの加工方法。
2. 前記第１工程では、前記特定分断予定ラインに沿って形成されるスクライブ溝は、少なくとも、前記特定分断予定ラインと他の分断予定ラインとが交差する複数の交点のうちのウェハ外周端に最も近い交点から外周側が、他の部分に比較して深く形成される、請求項１に記載の半導体ウェハの加工方法。
3. 前記第１工程では、前記特定分断予定ラインに沿って形成されるスクライブ溝は、少なくとも前記特定分断予定ラインと他の分断予定ラインとが交差する複数の交点のうちのウェハ外周端から２番目の交点から外周側が、他の部分に比較して深く形成される、請求項２に記載の半導体ウェハの加工方法。
4. 前記第１工程では、前記特定分断予定ラインに沿って形成されるスクライブ溝は、全体にわたって他の分断予定ラインに沿って形成されるスクライブ溝より深く形成される、請求項３に記載の半導体ウェハの加工方法。
5. 前記第１工程では、レーザ光の走査速度を制御することによってスクライブ溝の深さが制御される、請求項１から４のいずれかに記載の半導体ウェハの加工方法。
6. 前記特定分断予定ラインに沿って形成されるスクライブ溝において溝深さが深い部分は、ウェハ厚みの５０％以上の深さである、請求項１から５のいずれかに記載の半導体ウェハ加工方法。
7. 少なくとも一部に円形の外周端縁を有するベース基板と、
   格子状の分断予定ラインに沿って形成された複数のスクライブ溝により区画され、前記ベース基板上に形成された複数の素子領域と、
   を備え、
   前記複数のスクライブ溝のうちの、分断予定ラインとウェハ外周端縁とのなす角度が４５°以下である特定分断予定ラインに沿って形成されたスクライブ溝においては、少なくとも外周部の溝深さが前記特定分断予定ライン以外の他の分断予定ラインに沿って形成されたスクライブ溝に比較して深い、
   半導体ウェハ。