JP4781128B2 - 半導体ウェハのダイシング方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光の照射により形成される改質層に生じる割断によってそれぞれ分離され得る複数の半導体装置を備えた半導体ウェハのダイシング方法に関するものである。

従来、半導体集積回路やＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を形成したシリコンウェハ（以下、［背景技術］および［発明が解決しようとする課題］の欄において「ウェハ」という）を各々のチップに分離するダイシング工程では、ダイヤモンド砥粒を埋め込んだダイシングブレードを用いてチップに切り分けていた。

しかし、このようなブレードによるダイシング工程では、(1) ブレードでカットする際にその切りしろが必要になるため１枚のウェハから取れるチップ数が切りしろの分だけ減少しコストの増大を招く、(2) カットする際の摩擦熱による焼付き等を防ぐために用いられる水等が、チップに付着するのを防止する必要から、キャッピング等の保護装置を必要としその分メンテナンス工数が増大する、といった問題等が生じていた。

そこで、近年では、レーザを用いたダイシング工程（レーザダイシング）の検討や研究が進められており、例えば、下記特許文献１、２にレーザによるウェハの加工技術が開示されている。これらの特許文献に開示される技術では、所定条件のレーザ光を加工対象物に照射することにより改質層を形成し当該改質層を起点とした割断によって加工対象物を切断する（下記特許文献１；段落番号００２９〜００５５、特許文献２；段落番号００１１〜００２８）。
特開２００２−１９２３６８号公報 特開２００３−１０９８６号公報

しかしながら、前記特許文献１、２に開示される従来技術によると、ウェハに照射されるレーザ光は、ウェハ内部に改質層を形成可能にその焦点が設定され、そのウェハ表面には、半導体集積回路等が形成される平坦面の存在を前提としている。そのため、例えば、ウェハの周縁部のように面取加工等が施されることにより平坦面ではないウェハの部位に、このような焦点距離に設定されたレーザ光が照射されたときには、当該平坦面ではないウェハ表面（面取り部位）で焦点が合う場合が発生し得る。このような場合にはアブレーションによるパーティクルの発生から、当該パーティクルによるチップ不良が問題となる。

即ち、ウェハは、周縁部の欠けを防止するために、一般に、外周縁に面取加工が施されていることから、図３に示すように、ウェハＷの面取り部位（周縁部）Ｍにおいては、その表面でレーザ光Ｌの焦点ｐが合ってしまうことがある。そのため、当該レーザ照射によって溶融したウェハ表面のシリコンｑが飛散しパーティクル発生の原因となる。このようなパーティクルは、分離前または分離後のチップに付着することにより、半導体集積回路やＭＥＭＳの動作不良を招くことから、製品の歩留まり低下や品質低下に直結し得る。なお、図３において、符号Ｐは本来予定しているレーザ光の焦点を示し、符号Ｋは改質層を示し、符号ＣＶは集光レンズを示す。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、製品の歩留まりや品質を向上し得る半導体ウェハのダイシング方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１の半導体ウェハのダイシング方法では、レーザ光［Ｌ］の照射により改質層［Ｋ］を形成し、この改質層［Ｋ］による割断によって半導体ウェハをレーザダイシングする半導体ウェハのダイシング方法において、前記レーザ光［Ｌ］が照射されるべき当該半導体ウェハ［２１］の表面の外周曲面［２１ａ］の接線［Ｊ’］に対し垂直［θ＝９０°］に、前記レーザ光［Ｌ］を入射［Ｈ，Ｈ’］させ、当該半導体ウェハ［２１］内部に焦点を合わせて改質層［Ｋ］を形成することを技術的特徴とする。なお、［ ］内の数字等は、［発明を実施するための最良の形態］の欄で説明する符号に対応し得るものである（以下同じ）。

特許請求の範囲に記載の請求項２の半導体ウェハのダイシング方法では、請求項１記載の半導体ウェハのダイシング方法において、前記レーザ光［Ｌ］の入射角度は、前記レーザ光［Ｌ］を出射可能なレーザ装置［ＣＶ］のレーザ出射角度［α］および前記半導体ウェハ［２１］を支持可能な支持装置［ＳＴ］のウェハ支持角度［β］の少なくとも一方を変更することによって設定されることを技術的特徴とする。

請求項１の発明では、レーザ光［Ｌ］が照射されるべき当該半導体ウェハ［２１］の表面の外周曲面［２１ａ］の接線［Ｊ’］に対し垂直［θ＝９０°］に、レーザ光［Ｌ］を入射［Ｈ，Ｈ’］させる。これにより、半導体ウェハ［２１］に照射されるレーザ光［Ｌ］は、半導体ウェハ［２１］の外周縁部［Ｍ］においても表面に垂直に入射することができるため、半導体ウェハ［２１］の外周縁部［Ｍ］の表面で焦点が合うことがない。したがって、外周縁部［Ｍ］におけるアブレーションを防ぐので、当該アブレーションによるパーティクルの発生を防止することができる。よって、半導体装置［Ｄev］に付着するパーティクルを減少させるため、製品の歩留まりや品質を向上することができる（図２(A) 相当）。

請求項２の発明では、レーザ光［Ｌ］の入射角度は、レーザ光［Ｌ］を出射可能なレーザ装置［ＣＶ］のレーザ出射角度［α］および半導体ウェハ［２１］を支持可能な支持装置［ＳＴ］のウェハ支持角度［β］の少なくとも一方を変更する。これにより、半導体ウェハ［２１］に照射されるレーザ光［Ｌ］は、半導体ウェハ［２１］の外周縁部［Ｍ］においても表面に垂直に入射することができるため、半導体ウェハ［２１］の外周縁部［Ｍ］の表面で焦点が合うことがない。したがって、外周縁部［Ｍ］におけるアブレーションを防ぐので、当該アブレーションによるパーティクルの発生を防止することができる。よって、半導体装置［Ｄev］に付着するパーティクルを減少させるため、製品の歩留まりや品質を向上することができる（図２(B) 、図２(C) 相当）。

以下、本発明の半導体ウェハのダイシング方法の実施形態を各図に基づいて説明する。
図１(A) に示すように、半導体ウェハ（以下、［発明を実施するための最良の形態］の欄において「ウェハ」という）２１は、シリコンからなる薄板円盤形状のシリコン基板で外周の一部に結晶方位を示すオリエンテーションフラットが形成されている。このウェハ２１の表面には、拡散工程等を経て形成された複数の半導体装置としてのチップＤevが碁盤の目のように整列配置されているが、これらのチップＤevは、ダイシング工程により割断線ＤＬに沿ってそれぞれ分離された後、マウント工程、ボンディング工程、封入工程等といった各工程を経ることによってパッケージされたＩＣやＬＳＩとして完成する。なお、本実施形態では、ウェハ２１は、チップＤevの支持基板となるシリコン層を形成し得るものである。

図１(B) に示すように、このようなウェハ２１は、［発明が解決しようとする課題］の欄で述べたように、外周縁部Ｍの欠けを防止するために、通常、外周に面取加工が施された外周曲面部２１ｂを有する。このため、外周曲面部２１ｂにおいては、その表面でレーザ光Ｌの焦点が合うと、当該レーザ照射によって溶融したウェハ表面のシリコンが飛散してパーティクルが発生し、ひいてはその付着によりチップＤevの動作不良の原因となり得る。

そこで、本実施形態では、ウェハ２１自体の形状を変更することなく、またウェハ２１の形状にかかわらず、レーザ光Ｌが照射されるべきウェハ２１の表面の外周平面２１ｂに対し垂直に、またウェハ２１の表面の外周曲面２１ａの接線に対し垂直に、レーザ光Ｌを入射させてレーザダイシングを行う。

具体的には、図２(A) に示すように、ウェハ２１が固定されている場合には、レーザ光Ｌを出射可能な図略のレーザ装置（集光レンズＣＶ）のレーザ出射角度αを制御可能に構成し、レーザ光Ｌが照射されるべきウェハ２１の表面の外周平面２１ｂに対し垂直（θ＝９０）に、またウェハ２１の表面の外周曲面２１ａの接線Ｊ’に対し垂直（θ’＝９０）になるように、当該レーザ装置のレーザ出射角度αを制御する。これにより、ウェハ２１に照射されるレーザ光Ｌ（光軸Ｈ、Ｈ’）を、ウェハ２１の外周縁部Ｍ（図１(A) 参照）においても表面に垂直（θ＝９０°、θ’＝９０°）に入射させることが可能となり、ウェハ２１の外周縁部Ｍの表面で焦点Ｐが合うことを防止できる。

また、図２(B) および図２(C) に示すように、レーザ光Ｌを出射可能な図略のレーザ装置（集光レンズＣＶ）が固定されている場合には、ウェハ２１を載置するステージＳＴのウェハ支持角度βを制御可能に構成し、レーザ光Ｌが照射されるべきウェハ２１の表面の外周平面２１ｂに対し垂直（θ＝９０）に、またウェハ２１の表面の外周曲面２１ａの接線Ｊ”に対し垂直（θ”＝９０）になるように、当該ステージＳＴのウェハ支持角度βを制御する。これにより、ウェハ２１に照射されるレーザ光Ｌ（光軸Ｈ、Ｈ”）を、ウェハ２１の外周縁部Ｍ（図１(A) 参照）においても表面に垂直（θ＝９０°、θ”＝９０°）に入射させることが可能となり、ウェハ２１の外周縁部Ｍの表面で焦点Ｐが合うことを防止できる。なお、図２(C) には、ウェハ支持角度βが０°の場合が示されている。

したがって、このようなダイシング方法では、ウェハ２１の外周縁部Ｍの表面で焦点Ｐが合うことがないため、ウェハ２１の内部に改質層Ｋを形成可能にレーザ光Ｌの焦点Ｐが設定されることで、ウェハ２１内に多光子吸収による改質層を適正に形成することができるとともに、外周縁部Ｍにおけるアブレーションを防ぐことができる。なお、「多光子吸収」とは、物質が複数個の同種もしくは異種の光子を吸収することである。この多光子吸収により、焦点Ｐおよびその近傍では光学的損傷という現象が発生するので、これにより熱歪みが誘起され、その部分においてクラックが生じる。このクラックが集合した範囲を改質層という。

このように本実施形態に係るダイシング方法によると、当該アブレーションによるパーティクルの発生を防止できるので、レーザダイシングにより分離されたチップＤevや分離前のチップＤevに付着するパーティクルを減少させ、製品の歩留まりや品質を向上することができる。

なお、図２(A) に示す構成と図２(B) 、(C) に示す構成とを共に備える構成でも良い。即ち、レーザ光Ｌを出射可能な図略のレーザ装置（集光レンズＣＶ）のレーザ出射角度αを制御可能に、かつ、ウェハ２１を載置するステージＳＴのウェハ支持角度βを制御可能に、それぞれ構成しても良い。これにより、当該レーザ装置ではレーザ出射角度αを制御し、また当該ステージＳＴではウェハ支持角度βを制御し得るので、両角度の組み合わせによって、レーザ出射角度αおよびウェハ支持角度βの可変範囲を小さく設定することができる。つまり、レーザ出射角度αおよびウェハ支持角度βの自由度が比較的小さい場合においても、ウェハ２１に照射されるレーザ光Ｌを、ウェハ２１の外周縁部Ｍ（図１(A) 参照）においても表面に垂直に入射させることができる。

以上説明したように、本実施形態に係るウェハ２１のダイシング方法によると、レーザ光Ｌが照射されるべき当該ウェハ２１の表面の外周平面２１ｂに対し垂直（θ＝９０°）にレーザ光Ｌを入射Ｈさせ、また当該ウェハ２１の表面の外周曲面２１ａの接線Ｊ’に対し垂直（θ＝９０°）にレーザ光Ｌを入射Ｈ’させる。これにより、ウェハ２１に照射されるレーザ光Ｌは、ウェハ２１の外周縁部Ｍにおいても表面に垂直に入射することができるので、ウェハ２１の外周縁部Ｍの表面で焦点が合うことがない。したがって、外周縁部Ｍにおけるアブレーションを防ぎ、当該アブレーションによるパーティクルの発生を防止することが可能となる。よって、チップＤevに付着するパーティクルを減少させるため、製品の歩留まりや品質を向上することができる。

また、本実施形態に係るウェハ２１のダイシング方法によると、レーザ光Ｌの入射角度は、レーザ光Ｌを出射可能な集光レンズＣＶのレーザ出射角度αおよびウェハ２１を支持可能なステージＳＴのウェハ支持角度βの少なくとも一方を変更する。これにより、ウェハ２１に照射されるレーザ光Ｌは、ウェハ２１の外周縁部Ｍにおいても表面に垂直に入射することができるため、ウェハ２１の外周縁部Ｍの表面で焦点が合うことがない。したがって、外周縁部Ｍにおけるアブレーションを防ぐので、当該アブレーションによるパーティクルの発生を防止することが可能となる。よって、チップＤevに付着するパーティクルを減少させるため、製品の歩留まりや品質を向上することができる。

なお、上述した各実施形態では、各ウェハ２１等の基材をシリコンとしたものを例に説明したが、本発明の適用はこれに限られるものではなく、半導体材料であれば、例えば、ガリウム砒素等でも上述と同様の作用および効果を得ることができる。

ウェハの構成例を示す模式図で、図１(A) は当該ウェハの表側を示すもの、図１(B) は図１(A) に示す1B−1B線断面を示すものである。 本発明の一実施形態に係るウェハのダイシング方法を示す模式図で、図２(A) はウェハを固定しレーザ光の入射角度を変化させる場合を示すもの、図２(B) はレーザ光の入射角度を固定しウェハの支持角度を変化させる場合を示すもの、図２(C) は図２(B) に示すものでウェハの支持角度が０度になった場合を示すものである。 従来例におけるレーザダイシングの様子を示す説明図である。

符号の説明

２１…ウェハ（半導体ウェハ）
２１ａ…外周曲面
２１ｂ…外周平面
ＣＶ…集光レンズ（レーザ装置）
Ｄev…チップ（半導体装置）
ＤＬ…割断線
Ｈ、Ｈ’、Ｈ”…光軸
Ｊ、Ｊ’、Ｊ”…接線
Ｋ…改質層
Ｌ…レーザ光
Ｍ…外周縁部
Ｐ…焦点
ＳＴ…ステージ（支持装置）
α…レーザ出射角度
β…ウェハ支持角度
θ…入射角

Claims (2)

1. レーザ光の照射により改質層を形成し、この改質層による割断によって半導体ウェハをレーザダイシングする半導体ウェハのダイシング方法において、
   前記レーザ光が照射されるべき当該半導体ウェハの表面の外周曲面の接線に対し垂直に、前記レーザ光を入射させ、当該半導体ウェハ内部に焦点を合わせて前記改質層を形成することを特徴とする半導体ウェハのダイシング方法。
2. 前記レーザ光の入射角度は、前記レーザ光を出射可能なレーザ装置のレーザ出射角度および前記半導体ウェハを支持可能な支持装置のウェハ支持角度の少なくとも一方を変更することによって設定されることを特徴とする請求項１記載の半導体ウェハのダイシング方法。

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