JP5340807B2 - 半導体ウエーハの加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウエーハを個々のデバイスに分割してから、デバイスの外周にパルスレーザビームを照射して面取り加工を施す半導体ウエーハの加工方法に関する。
半導体デバイス製造プロセスにおいては、略円板形状であるシリコンウエーハ、ガリウム砒素ウエーハ等の半導体ウエーハの表面に格子状に形成されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、区画された各領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハは切削装置又はレーザ加工装置によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の各種電気機器に広く利用されている。
切削装置としては一般にダイシング装置と呼ばれる切削装置が用いられており、この切削装置ではダイアモンドやＣＢＮ等の超砥粒をメタルやレジンで固めて厚さ３０〜３００μｍ程度とした切削ブレードが約３００００ｒｐｍと高速回転しつつ半導体ウエーハへ切り込むことで切削が遂行される。
一方、レーザ加工装置は、半導体ウエーハを保持するチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持された半導体ウエーハにパルスレーザビームを照射するレーザビーム照射手段と、該チャックテーブルと該レーザビーム照射手段とを相対的に加工送りする加工送り手段とを少なくとも備えていて、半導体ウエーハの表面に形成された分割予定ラインに沿って半導体ウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームを照射してレーザ加工溝を形成し、次いで外力を付与してレーザ加工溝に沿って半導体ウエーハを破断して個々のデバイスに分割する（例えば、特開２００７−１９２５２号公報参照）。
特開２００７−１９２５２号公報
しかし、切削ブレードを備えたダイシング装置によって半導体ウエーハを切削して形成したデバイスの抗折強度が８００ＭＰａであるのに対して、従来のレーザ加工方法によって形成したデバイスの抗折強度は４００ＭＰａと低く、電気機器の品質の低下を招くという問題がある。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体ウエーハから分割されたデバイスの抗折強度を向上可能な半導体ウエーハの加工方法を提供することである。
本発明によると、交差して形成された複数のストリートによって区画された各領域にそれぞれデバイスを有する半導体ウエーハの加工方法であって、半導体ウエーハを個々のデバイスに分割する分割工程と、該分割工程を実施した後、デバイスの外周にパルス幅が２ｎｓ以下でありピークエネルギー密度が５ＧＷ／ｃｍ2〜２００ＧＷ／ｃｍ2のデバイスに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームを照射して面取り加工を施す面取り加工工程と、を備えたことを特徴とする半導体ウエーハの加工方法が提供される。
好ましくは、デバイスの外周に集光されるスポット径の１６／２０以上が重なるように半導体ウエーハを加工送りして面取り加工を施す。好ましくは、レーザビームのスポット径はφ５μｍ〜φ１５μｍの範囲内である。
本発明によると、デバイスに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームのパルス幅を２ｎｓ以下に設定し、更にパルスレーザビームの１パルス当たりのピークエネルギー密度を５ＧＷ／ｃｍ２〜２００ＧＷ／ｃｍ２に設定して、デバイスの外周に面取り加工を施すので、デバイスの抗折強度を８００ＭＰａ以上にすることができる。
本発明を実施するのに適したレーザ加工装置の外観斜視図である。 粘着テープを介して環状フレームにより支持された半導体ウエーハの斜視図である。 レーザビーム照射ユニットのブロック図である。 レーザ加工工程の斜視図である。 図５（Ａ）はレーザ加工工程の説明図、図５（Ｂ）はレーザ加工によりデバイスに分割された半導体ウエーハの断面図である。 ダイシング工程の説明図である。 面取り加工工程の説明図である。 ビームスポットの重なり量を説明する図である。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明のデバイスの加工方法を実施するのに適したレーザ加工装置の概略構成図を示している。
レーザ加工装置２は、静止基台４上にＸ軸方向に移動可能に搭載された第１スライドブロック６を含んでいる。第１スライドブロック６は、ボールねじ８及びパルスモータ１０から構成される加工送り手段１２により一対のガイドレール１４に沿って加工送り方向、すなわちＸ軸方向に移動される。
第１スライドブロック６上には第２スライドブロック１６がＹ軸方向に移動可能に搭載されている。すなわち、第２スライドブロック１６はボールねじ１８及びパルスモータ２０から構成される割り出し送り手段２２により一対のガイドレール２４に沿って割り出し方向、すなわちＹ軸方向に移動される。
第２スライドブロック１６上には円筒支持部材２６を介してチャックテーブル２８が搭載されており、チャックテーブル２８は加工送り手段１２及び割り出し送り手段２２によりＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。チャックテーブル２８には、チャックテーブル２８に吸引保持された半導体ウエーハをクランプするクランパ３０が設けられている。
静止基台４にはコラム３２が立設されており、このコラム３２にはレーザビーム照射ユニット３４を収容するケーシング３５が取り付けられている。レーザビーム照射ユニット３４は、図３に示すように、ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザを発振するレーザ発振器６２と、繰り返し周波数設定手段６４と、パルス幅調整手段６６と、パワー調整手段６８とを含んでいる。
レーザビーム照射ユニット３４のパワー調整手段６８により所定パワーに調整されたパルスレーザビームは、ケーシング３５の先端に取り付けられた集光器３６のミラー７０で反射され、更に集光用対物レンズ７２によって集光されてチャックテーブル２８に保持されている半導体ウエーハＷに照射される。
ケーシング３５の先端部には、集光器３６とＸ軸方向に整列してレーザ加工すべき加工領域を検出する撮像手段３８が配設されている。撮像手段３８は、可視光によって半導体ウエーハの加工領域を撮像する通常のＣＣＤ等の撮像素子を含んでいる。
撮像手段３８は更に、半導体ウエーハに赤外線を照射する赤外線照射手段と、赤外線照射手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、この光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する赤外線ＣＣＤ等の赤外線撮像素子から構成される赤外線撮像手段を含んでおり、撮像した画像信号はコントローラ（制御手段）４０に送信される。
コントローラ４０はコンピュータによって構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）４２と、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）４４と、演算結果等を格納する読み書き可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４６と、カウンタ４８と、入力インターフェイス５０と、出力インターフェイス５２とを備えている。
５６は案内レール１４に沿って配設されたリニアスケール５４と、第１スライドブロック６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される加工送り量検出手段であり、加工送り量検出手段５６の検出信号はコントローラ４０の入力エンターフェイス５０に入力される。
６０はガイドレール２４に沿って配設されたリニアスケール５８と第２スライドブロック１６に配設された図示しない読み取りヘッドとから構成される割り出し送り量検出手段であり、割り出し送り量検出手段６０の検出信号はコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。
撮像手段３８で撮像した画像信号もコントローラ４０の入力インターフェイス５０に入力される。一方、コントローラ４０の出力インターフェイス５２からはパルスモータ１０、パルスモータ２０、レーザビーム照射ユニット３４等に制御信号が出力される。
図２に示すように、レーザ加工装置２の加工対象である半導体ウエーハＷの表面においては、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とが直交して形成されており、第１のストリートＳ１と第２のストリートＳ２とによって区画された領域に多数のデバイスＤが形成されている。
ウエーハＷは粘着テープであるダイシングテープＴに貼着され、ダイシングテープＴの外周部は環状フレームＦに貼着されている。これにより、ウエーハＷはダイシングテープＴを介して環状フレームＦに支持された状態となり、図１に示すクランパ３０により環状フレームＦをクランプすることによりチャックテーブル２８上に支持固定される。
次に図４及び図５を参照して、図１に示したレーザ加工装置２を用いて実施する半導体ウエーハのレーザ加工方法について説明する。このレーザ加工方法では、図４及び図５（Ａ）に示すように、半導体ウエーハＷに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビーム３７を集光器３６で集光して半導体ウエーハＷの表面に照射しつつ、チャックテーブル２８を図５（Ａ）においてストリートＳ１の一端（図５（Ａ）で左端）から矢印Ｘ１で示す方向に所定の加工送り速度で移動させる。
そして、ストリートＳ１の他端（図５（Ａ）の右端）が集光器３６の照射位置に達したら、パルスレーザビームの照射を停止すると共にチャックテーブル２８の移動を停止する。半導体ウエーハＷは、図５（Ｂ）に示すようにストリートＳ１に沿った分割溝７４で分割される。
全ての第１のストリートＳ１に沿って分割溝７４を形成したら、チャックテーブル２８を９０度回転する。次いで、第１のストリートＳ１と直交する全ての第２のストリートＳ２に沿って同様な分割溝７４を形成する。その結果、半導体ウエーハＷには全てのストリートＳ１，Ｓ２に沿って分割溝７４が形成され、個々のデバイスＤに分割される。
尚、レーザ加工工程は、例えば以下の加工条件で実施される。
光源 ：ＹＡＧレーザ又はＹＶＯ４レーザ
波長 ：３５５ｎｍ（上記光源の第３高調波発生）
平均出力 ：７Ｗ
繰り返し周波数 ：１０ｋＨｚ
パルス幅 ：３０ｎｓ
加工送り速度 ：２００ｍｍ／ｓ
分割溝形成工程においては、分割溝７４が半導体ウエーハＷの裏面に達するとパルスレーザビームが粘着テープＴに照射されるが、粘着テープＴはポリオレフィン等の合成樹脂テープから構成されているため、パルスレーザビームは粘着テープＴを透過し、溶断されることはない。
半導体ウエーハＷの切削はよく知られているようにダイシング装置によっても実施される。図６に示すように、ダイシング装置の切削ユニット７６のスピンドルハウジング７８中にはスピンドル８０が回転可能に収容されており、スピンドル８０の先端部には切削ブレード８２が装着されている。
切削しようとする第１のストリートＳ１と切削ブレード２８との位置合わせが行われた状態で、チャックテーブルをＸ軸方向に移動させるとともに、切削ブレード８２を高速回転させながら切削ユニット７６を加工させると、位置合わせされたストリートＳ１が切削される。
メモリに記憶されたストリートピッチずつ切削ユニット７６をＹ軸方向にインデックス送りしながら切削を行うことにより、同方向のストリートＳ１が全て切削される。更に、チャックテーブルを９０度回転させてから、上記と同様の切削を行うと、ストリートＳ２も全て切削され、半導体ウエーハＷは個々のデバイスＤに分割される。
上述したように、切削ブレードを備えたダイシング装置によって半導体ウエーハＷを切削して形成したデバイスの抗折強度は８００ＭＰａである。ところが、図４及び図５を参照して説明したレーザ加工方法によって形成したデバイスの抗折強度は４００ＭＰａと低く、電気機器の品質を低下させるという問題がある。
本発明は、デバイスの外周に所定の条件下でパルスレーザビームを照射して、面取り加工を施すことにより、デバイスの抗折強度を向上させることができることを見出したものである。このデバイスの抗折強度の向上は、図６に示すダイシング装置によって分割されたデバイスＤにも適用可能である。
本発明のデバイスの加工方法では、図７に示すように、デバイスＤの外周に沿って、即ち分割溝８４のエッジに沿って半導体ウエーハＷに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームを照射して、デバイスＤに面取り加工を施すことにより、デバイスの抗折強度の向上を図るようにしたものである。
本発明のデバイスの加工方法では、集光器３６から出力されるパルスレーザビームの繰り返し周波数、パルス幅、スポット径Ｄ１及び加工送り速度を最適に設定することにより、図８に示すように、隣接するパルスレーザビームのスポットの加工送り方向の重なり量（オーバーラップ量）ＯＬを以下の範囲内に調整するのが好ましい。スポット径をＤ１とすると、１６Ｄ１／２０≦ＯＬ≦１９Ｄ１／２０
本発明のデバイスの加工方法では、半導体ウエーハＷを分割して得られたデバイスＤの抗折強度の向上が目的であり、レーザ加工方法で製造されたデバイスＤの抗折強度が８００ＭＰａ以上となる加工条件を調べるために以下の実験を行った。
波長１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、３５５ｎｍの各レーザビームについてパルス幅を３０ｎｓ、１０ｎｓ、５ｎｓ、３ｎｓ、２ｎｓ、１ｎｓ、１００ｐｓ、５０ｐｓ、１０ｐｓと変化させるとともに、各パルス幅において出力を変化させて所望のレーザ加工が施される１パルス当たりのエネルギーを実験で求め、そのエネルギーをパルス幅で割り算するとともに、スポットの面積で割り算してピークエネルギー密度を算出し、パルス幅とピークエネルギー密度と抗折強度との関係を調べた。
ここで、ピークエネルギー密度（Ｗ／ｃｍ２）＝平均出力（Ｗ）／（繰り返し周波数（Ｈｚ）×スポット面積（ｃｍ２）×パルス幅（ｓ））の関係がある。その結果、波長１０６４ｎｍ、５３２ｎｍ、３５５ｎｍの各レーザビームについてほとんど同様の以下の結果が得られた。
（実験１） 繰り返し周波数：１０ｋＨｚ、平均出力：０．１Ｗ、パルス幅：２ｎｓ、スポット径：φ１０μｍ、送り速度：１０ｍｍ／ｓ、ピークエネルギー密度：６．３５ＧＷ／ｃｍ２で半導体ウエーハにレーザ加工溝を形成してから個々のデバイスに分割し、デバイスの抗折強度を測定したところ８００ＭＰａであった。
（実験２） 繰り返し周波数：１００ｋＨｚ、平均出力：０．１Ｗ、パルス幅：１０ｐｓ、スポット径：φ１０μｍ、送り速度：１００ｍｍ／ｓ、ピークエネルギー密度：６３．６６ＧＷ／ｃｍ２で半導体ウエーハにレーザ加工溝を形成してから個々のデバイスに分割し、デバイスの抗折強度を測定したところ１８００ＭＰａであった。
（実験３） 繰り返し周波数：１００ｋＨｚ、平均出力：０．３Ｗ、パルス幅：１０ｐｓ、スポット径：φ１０μｍ、送り速度：１００ｍｍ／ｓ、ピークエネルギー密度：１９０．９ＧＷ／ｃｍ２で半導体ウエーハにレーザ加工溝を形成してから個々のデバイスに分割し、デバイスの抗折強度を測定したところ１０００ＭＰａであった。
（実験４） 繰り返し周波数：１００ｋＨｚ、平均出力：０．４Ｗ、パルス幅：１０ｐｓ、スポット径：φ１０μｍ、送り速度：１００ｍｍ／ｓ、ピークエネルギー密度：２５４．６ＧＷ／ｃｍ２で半導体ウエーハにレーザ加工溝を形成してから個々のデバイスに分割し、デバイスの抗折強度を測定したところ５００ＭＰａであった。
（実験５） 繰り返し周波数：１０ｋＨｚ、平均出力：１．０Ｗ、パルス幅：１０ｎｓ、スポット径：φ１０μｍ、送り速度：１０ｍｍ／ｓ、ピークエネルギー密度：１２．７ＧＷ／ｃｍ２で半導体ウエーハにレーザ加工溝を形成してから個々のデバイスに分割し、デバイスの抗折強度を測定したところ４００ＭＰａであった。
（実験６） 繰り返し周波数：１０ｋＨｚ、平均出力：１．０Ｗ、パルス幅：５ｎｓ、スポット径：φ１０μｍ、送り速度：１０ｍｍ／ｓ、ピークエネルギー密度：２５．４ＧＷ／ｃｍ２で半導体ウエーハにレーザ加工溝を形成してから個々のデバイスに分割し、デバイスの抗折強度を測定したところ５００ＭＰａであった。
（実験７） 繰り返し周波数：１０ｋＨｚ、平均出力：０．１Ｗ、パルス幅：３ｎｓ、スポット径：φ１０μｍ、送り速度：１０ｍｍ／ｓ、ピークエネルギー密度：４．２ＧＷ／ｃｍ２で半導体ウエーハにレーザ加工溝を形成してから個々のデバイスに分割し、デバイスの抗折強度を測定したところ５５０ＭＰａであった。
（実験８） 繰り返し周波数：１０ｋＨｚ、平均出力：０．２Ｗ、パルス幅：３ｎｓ、スポット径：φ１０μｍ、送り速度：１０ｍｍ／ｓ、ピークエネルギー密度：８．２ＧＷ／ｃｍ２で半導体ウエーハにレーザ加工溝を形成してから個々のデバイスに分割し、デバイスの抗折強度を測定したところ５００ＭＰａであった。
（実験９） 繰り返し周波数：１０ｋＨｚ、平均出力：０．０７Ｗ、パルス幅：２ｎｓ、スポット径：φ１０μｍ、送り速度：１０ｍｍ／ｓ、ピークエネルギー密度：４．５ＧＷ／ｃｍ２で半導体ウエーハにレーザ加工溝を形成してから個々のデバイスに分割し、デバイスの抗折強度を測定したところ５５０ＭＰａであった。
以上の実験結果から、抗折強度が８００ＭＰａ以上のデバイスを得るためには、照射されるパルスレーザビームのパルス幅が２ｎｓ以下であり、且つピークエネルギー密度が５ＧＷ／ｃｍ２〜２００ＧＷ／ｃｍ２の範囲内で面取り加工を施すことが必要であると結論される。
本発明のデバイスの加工方法は、レーザビームの照射により半導体ウエーハＷから分割されたデバイスＤの抗折強度を向上させるのに特に適しているが、ダイシング装置により半導体ウエーハＷから分割されたデバイスＤの外周に、本発明方法により面取り加工を施すようにしてもよい。この場合には、面取り加工前のデバイスの抗折強度８００ＭＰａを更に向上することができる。
本発明のデバイスの加工方法では、図８を参照して説明したように、隣接するスポットＳの加工送り方向におけるオーバーラップ率が１６／２０〜１９／２０の範囲内にあることが好ましい。更に、半導体ウエーハＷ上でのレーザビームのスポット径はφ５μｍ〜φ１５μｍの範囲内にあることが好ましい。
Ｗ 半導体ウエーハ
Ｔ 粘着テープ（ダイシングテープ）
Ｆ 環状フレーム
Ｄ デバイス
２ レーザ加工装置
２８ チャックテーブル
３４ レーザビーム照射ユニット
３６ 集光器
７４ 分割溝

Claims (3)

  1. 交差して形成された複数のストリートによって区画された各領域にそれぞれデバイスを有する半導体ウエーハの加工方法であって、
    半導体ウエーハを個々のデバイスに分割する分割工程と、
    該分割工程を実施した後、デバイスの外周にパルス幅が２ｎｓ以下であり、ピークエネルギー密度が５ＧＷ／ｃｍ2〜２００ＧＷ／ｃｍ2のデバイスに対して吸収性を有する波長のパルスレーザビームを照射して面取り加工を施す面取り加工工程と、
    を備えたことを特徴とする半導体ウエーハの加工方法。
  2. 前期面取り加工工程では、デバイスの外周に集光されるスポットがスポット径の１６／２０〜１９／２０の範囲内で重なるように半導体ウエーハを加工送りして面取り加工を施すことを特徴とする請求項１記載の半導体ウエーハの加工方法。
  3. 該スポット径はφ５μｍ〜φ１５μｍの範囲内である請求項２記載の半導体ウエーハの加工方法。
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