JP5601778B2 - 半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、薄い半導体ウェーハを切り出して製造する半導体ウェーハの製造方法に関するものである。

従来、シリコンウェーハに代表される半導体ウェーハを製造する場合には、図示しないが、石英るつぼのシリコン融液から凝固した円柱形のインゴットを適切な長さのブロックに切断してその周縁部を目標の直径になるよう研削し、その後、ブロック化されたインゴットをワイヤソーによりウェーハ形にスライスして半導体ウェーハを製造するようにしている（特許文献１、２、３参照）。

このようにして製造された半導体ウェーハは、前工程で回路パターンの形成等、各種の処理が順次施されて後工程に供され、この後工程で裏面がバックグラインド処理されて薄片化が図られることにより、厚さが約７５０μｍから１００μｍ以下、例えば７５μｍや５０μｍ程度に調整される。

特開２００５‐２７７１３６号公報 特開２００８‐２００７７２号公報 特開２００５‐２９７１５６号公報

従来における半導体ウェーハは、以上のように製造され、インゴットがワイヤソーにより切断され、しかも、切断の際にワイヤソーの太さ以上の切り代が必要となるので、厚さ０．１ｍｍ以下の薄い半導体ウェーハを製造することが非常に困難であり、製品率も向上しないという問題がある。また、半導体ウェーハにバックグラインド処理を施す場合には、作業に長時間を要し、微細な研削カスが半導体ウェーハの回路パターンを汚染するおそれがある。

また近年、次世代の半導体として、硬度が大きく、熱伝導率も高いシリコンカーバイトが鋭意検討・開発されているが、このシリコンカーバイトの場合には、シリコンよりも硬度が大きい関係上、インゴットをワイヤソーにより容易にスライスすることができない事態が予想される。

本発明は上記に鑑みなされたもので、薄い半導体ウェーハを比較的短時間で容易に製造することができ、しかも、製品率を向上させることのできる半導体ウェーハの製造方法を提供することを目的としている。

本発明においては上記課題を解決するため、半導体の表面にレーザ光線を集光手段を介して照射することにより、半導体ウェーハを製造する半導体ウェーハの製造方法であって、
半導体の表面と集光手段との間にパルスレーザ光用の収差増強材を介在し、この状態でパルスレーザ光を照射して半導体の内部に集光点を形成し、半導体と集光点とを相対的に移動させ、半導体の内部に加工領域を半導体の表面に平行に形成することにより、半導体ウェーハの中間品を形成し、その後、加工領域を境に中間品を剥離開始領域から剥離して半導体ウェーハを得るようにし、
中間品の剥離開始領域に対するパルスレーザ光を、剥離開始領域以外の他領域に対するパルスレーザ光に比べ、１回だけ重複照射することを特徴としている。

なお、中間品を剥離開始領域から剥離する前に、半導体の一部を除去して剥離開始領域の側面に加工領域を露出させることができる。
また、半導体と中間品のうち、少なくとも中間品の表面に剥離補助基材を固定し、この剥離補助基材と共に中間品を剥離して半導体ウェーハを得ることも可能である。

ここで、特許請求の範囲における半導体には、少なくとも適当な長さにブロック化されたインゴットや厚い半導体ウェーハが含まれる。また、集光手段には、少なくとも凹面鏡や各種レンズ等が含まれる。収差増強材として、必要数のガラス板を適宜使用することができる。さらに、剥離補助基材は、半導体や中間品に着脱自在に粘着する弾性変形可能なシートやフィルム、これらを備えた弾性変形可能な板等が該当する。

本発明によれば、切り代が不要で微細加工に適する非接触のレーザ光線により半導体ウェーハの中間品を形成し、この中間品を剥離することで、薄い半導体ウェーハを得ることができる。また、収差増強材を介在してレーザ光線の集光スポットの間隔を拡大するので、レーザ光線の照射回数を減少させることができる。

本発明によれば、半導体の肉厚に拘わらず、対応可能なパルスレーザ光を用いるので、薄い半導体ウェーハを比較的短時間で容易に製造することができ、しかも、製品率を向上させることができるという効果がある。また、半導体の表面と集光手段との間にパルスレーザ光用の収差増強材を介在するので、集光スポットを拡大してパルスレーザ光の照射回数を減少させることができる。さらに、中間品の剥離開始領域に対するパルスレーザ光を１回だけ重複照射するので、中間品を確実に剥離することができる。

また、剥離開始領域の側面に加工領域を露出させれば、剥離作業の基点を得ることができるので、半導体ウェーハの中間品を容易に剥離することができる。
さらに、半導体と中間品のうち、少なくとも中間品の表面に剥離補助基材を固定し、この剥離補助基材と共に中間品を剥離すれば、汚染を招くことなく、中間品全体を均一に剥離し、損傷部分の少ない薄い半導体ウェーハを得ることが可能になる。

本発明に係る半導体ウェーハの製造方法の実施形態における基本的な構成を模式的に示す説明図である。 本発明に係る半導体ウェーハの製造方法の実施形態における半導体ウェーハの中間品を剥離する状態を模式的に示す説明図である。 本発明に係る半導体ウェーハの製造方法の実施形態における収差増強ガラス板を介在させた状態を模式的に示す説明図である。 本発明に係る半導体ウェーハの製造方法の第２の実施形態におけるレーザ光線の集光スポットに関する問題点を模式的に示す説明図である。 本発明に係る半導体ウェーハの製造方法の第２の実施形態における半導体ウェーハの周面を一部除去し、剥離開始領域の側面に加工領域を露出させた状態を模式的に示す説明図である。 本発明に係る半導体ウェーハの製造方法の第２の実施形態における半導体ウェーハの表面を一部除去し、剥離開始領域の側面に加工領域を露出させた状態を模式的に示す説明図である。

以下、図面を参照して本発明に係る半導体ウェーハの製造方法の好ましい実施形態を説明すると、本実施形態における半導体ウェーハの製造方法は、基本的には図１や図２に示すように、厚い半導体ウェーハ１の表面にレーザ光線２を集光レンズ３を介して照射することにより、半導体ウェーハ１の内部に集光点４を形成し、半導体ウェーハ１と集光点４を相対的に移動させ、半導体ウェーハ１の内部に加工領域５を形成することにより、薄い半導体ウェーハの中間品６を形成し、その後、加工領域５を境界面として中間品６を剥離補助板７と共に剥離開始領域９から剥離して薄い半導体ウェーハを製造するようにしている。

厚い半導体ウェーハ１は、特に限定されるものではないが、例えばφ３００ｍｍの厚いシリコンウェーハからなり、レーザ光線２の照射される表面が予め平坦化されていることが好ましい。

レーザ光線２は、半導体ウェーハ１の周面ではなく、表面に照射装置から集光レンズ３を介して照射される。このレーザ光線２は、例えばパルス幅が１μｍｓ以下のパルスレーザ光からなり、８００ｎｍ以上の波長、好ましくは１０００ｎｍ以上の波長が選択され、ＹＡＧレーザ等が好適に使用される。

レーザ光線２の波長が８００ｎｍ以上なのは、８００ｎｍ以上であれば、半導体ウェーハ１に対するレーザ光線２の透過性を向上させ、半導体ウェーハ１の内部に加工領域５を確実に形成することができるからである。レーザ光線２は、半導体ウェーハ１の表面の周縁部に照射されたり、あるいは半導体ウェーハ１の表面の中心部から周縁部方向に照射される。

集光レンズ３は、半導体ウェーハ１の内部にレーザ光線２のエネルギーを効率的に集中させるよう機能する。この集光レンズ３の開口数（ＮＡ）は、半導体ウェーハ１の表面におけるアブレーション等による損失を防止する観点から、大きな数値、具体的には０．５以上、０．５〜０．８が好ましい。

半導体ウェーハ１と集光点４とは相対的に移動するが、この相対的な移動には、図示しない移動装置が使用される。移動装置は、特に限定されるものではないが、例えば半導体ウェーハ１を水平に搭載する回転可能なステージやＸＹステージ等が使用される。

剥離補助板７は、特に限定されるものではないが、例えば半導体ウェーハ１よりも大きい平板からなり、薄い半導体ウェーハの中間品６に対向する平坦な対向面に、自己粘着性のシート８が粘着される。この剥離補助板７として、アクリル板等を適宜使用することができる。

上記において、厚い半導体ウェーハ１を分割して薄い半導体ウェーハを製造する場合には、先ず、移動装置のステージに厚い半導体ウェーハ１を水平に搭載し、この半導体ウェーハ１の表面上方にレーザ光線２の照射装置を配置し、ステージを回転させつつ照射装置から半導体ウェーハ１の表面周縁部にレーザ光線２を集光レンズ３を介して照射する（図１参照）。

すると、集光されたレーザ光線２は、半導体ウェーハ１の表面で屈折し、この半導体ウェーハ１の内部に集光点４を形成して変質させ、半導体ウェーハ１の回転に伴い、半導体ウェーハ１の内部に加工領域５を半導体ウェーハ１の表面に平行に連続的に形成し、この加工領域５の連続形成により、薄い半導体ウェーハの中間品６が平面円形に区画形成される。

なお、レーザ光線２の照射量は、中間品６の剥離を確実にする観点から、中間品６の剥離開始領域９に対する照射量が剥離開始領域９以外の他領域に対する照射量の２倍以上に設定される。

こうして薄い半導体ウェーハの中間品６を区画形成したら、中間品６の全表面に剥離補助板７を着脱自在に粘着固定し、その後、連続した加工領域５を境界面として中間品６を剥離補助板７と共に剥離開始領域９から上方に剥離（図２参照）すれば、半導体ウェーハ１から中間品６が剥離することにより、中間品６が薄い半導体ウェーハとなる。

なお、剥離補助板７を粘着固定する際、移動装置のステージから取り外した半導体ウェーハ１の裏面に別の剥離補助板７を着脱自在に粘着固定し、中間品６の剥離を容易にしても良い。

上記製造方法によれば、インゴットをワイヤソーにより切断するのではなく、接触加工の限界を超えることのできるレーザ光線２により、半導体ウェーハ１を薄く形成して剥離するので、厚さ０．１ｍｍ以下の薄い半導体ウェーハをも短時間で容易に製造することができ、しかも、薄い半導体ウェーハを得ることができるので、無駄が少なく、製品率を著しく向上させることができる。

また、前工程の段階から薄い半導体ウェーハを容易に製造することができるので、半導体ウェーハにバックグラインド処理を長時間施す必要がなく、微細な研削カスが半導体ウェーハの回路パターンを汚染するおそれもない。また、半導体ウェーハ１やインゴットが硬度の大きいシリコンカーバイト製の場合にも、薄い半導体ウェーハを容易に製造することが可能になる。さらに、中間品６を指等で剥離するのではなく、中間品６の全表面に剥離補助板７を粘着固定して剥離するので、中間品６全体を均一に剥離し、損傷部分のない半導体ウェーハを得ることが可能になる。

さて、本実施形態においては集光レンズ３を使用するが、開口数が大きい集光レンズ３を使用する場合には、レーザ光線２の焦点の集光スポットが小さくなるので、半導体ウェーハ１の内部に加工領域５を連続形成するためには、レーザ光線２の照射回数を増やす必要がある。

そこで、本実施形態においては図３に示すように、厚い半導体ウェーハ１の表面と集光レンズ３との間に、レーザ光線２用の収差増強材である収差増強ガラス板１０を介在させ、この収差増強ガラス板１０を介在させた状態でレーザ光線２を照射することにより、レーザ光線２の照射回数を減少させるようにしている。
収差増強ガラス板１０は、特に限定されるものではないが、例えば厚いカバーガラスやスライドガラス等が使用される。

このように本実施形態によれば、レーザ光線２を単に照射するのではなく、収差増強ガラス板１０を介在して集光スポットを拡大し、集光スポットの間隔を大きくするので、上記効果の他、レーザ光線２の照射回数の削減が大いに期待できるのは明らかである。

次に、図４ないし図６は本発明の第２の実施形態を示すもので、この場合には、半導体ウェーハの中間品６を剥離開始領域９から剥離する前に、厚い半導体ウェーハ１の表面や周面を一部除去し、剥離開始領域９の側面（周面）に加工領域５を露出させて中間品６の剥離を容易化するようにしている。

加工領域５を露出させる方法としては、半導体ウェーハ１の表面から加工領域５までの深さを集光レンズ３の位置や屈折率から予測し、半導体ウェーハ１の周面にレーザ光線２を照射して一部除去する方法、半導体ウェーハ１の表面をダイヤモンドカッタやレーザーアブレーション等の手段により一部除去する方法等があげられる。その他の部分については、上記実施形態と略同様であるので説明を省略する。

本実施形態における効果を具体的に説明すると、一般的に集光されたレーザ光線２は、半導体ウェーハ１の表面で屈折し、大気中の焦点よりも深い位置で集光スポットを形成する（図４参照）。このため、半導体ウェーハ１の外部から表面にレーザ光線２を移して照射すると、大気中の焦点の集光スポットは、半導体ウェーハ１の内部でより深い位置に急速に移動することとなる。したがって、剥離開始領域９の側面に加工領域５が露出せず、中間品６の剥離が困難になるおそれがある。

本実施形態によれば、厚い半導体ウェーハ１の周面を一部除去（図５参照）したり、厚い半導体ウェーハ１の表面を一部除去（図６参照）し、剥離開始領域９の側面に加工領域５を露出させ、剥離作業の基点とするので、中間品６を円滑かつ容易に剥離することができるのは明らかである。

以下、本発明に係る半導体ウェーハの製造方法の実施例を比較例と共に説明する。

先ず、ＸＹステージに厚さ０．６２５ｍｍの半導体ウェーハを搭載し、この半導体ウェーハの表面に、レーザ光線を焦点距離が２ｍｍで開口数が０．８の集光レンズを介して照射した。
レーザ光線として、波長１０６４μｍ、パルス幅２００ｎ秒、１パルス当たりの照射エネルギーが５μＪのレーザ光線を選択した。このレーザ光線は、半導体ウェーハの表面ＸＹ方向に１パルス当たり１μピッチで照射した。また、集光レンズには、０．１５ｍｍの厚さを有する市販のカバーガラスを収差増強材として取り付けた。

レーザ光線の照射に際しては、半導体ウェーハの表面に集光レンズの焦点を結ばせた後、集光レンズを半導体ウェーハ側に０．１ｍｍ移動（ＤＥＦＯＣＵＳ）させ、レーザ光線１パルス当たり１μピッチでＸＹ方向に半導体ウェーハを移動させ、半導体ウェーハの内部に二次元の加工領域を半導体ウェーハの表面に平行に形成することにより、薄い半導体ウェーハの中間品を形成した。

次いで、集光レンズを半導体ウェーハから０．０３ｍｍ離し、レーザ光線の照射エリアの１辺を１パルス当たり１μピッチでレーザ光線を１回照射した（重複照射）。レーザ光線を照射したら、照射エリアを含むよう半導体ウェーハを劈開し、劈開面を顕微鏡で観察した。すると、加工領域が形成されているのを確認した。

次いで、半導体ウェーハの表裏面に、厚さ３ｍｍのアクリル板をシアノアクリレート系の接着剤を介してそれぞれ接着し、加工領域の露出面側から一対のアクリル板を剥離したところ、加工領域を境に薄い半導体ウェーハの中間品が剥離した。

重複照射を省略し、その他は実施例１と同様とした。レーザ光線を照射したら、照射エリアを含むよう半導体ウェーハを劈開し、劈開面を顕微鏡で観察したところ、加工領域が形成されているのを確認した。

半導体ウェーハの表裏面に、厚さ３ｍｍのアクリル板を接着剤を介してそれぞれ接着し、加工領域の露出面側から一対のアクリル板を剥離したところ、加工領域を境に薄い中間品の一部が剥離した。

比較例１

レーザ光線と集光レンズをそれぞれ変更し、その他は実施例１と同様とした。レーザ光線として、波長１０５０μｍ、パルス幅５００ｆ秒、１パルス当たりの照射エネルギーが３μＪのレーザ光線を選択した。また、集光レンズは、焦点距離を１．８ｍｍ、開口数を０．８とした。

レーザ光線の照射後、照射エリアを含むよう半導体ウェーハを劈開し、劈開面を顕微鏡で観察したところ、加工領域が形成されていなかった。
また、半導体ウェーハの表裏面に、厚さ３ｍｍの鋼板をバックグラインド用ワックスを介してそれぞれ接着し、その後、一対の鋼板を剥離したが、鋼板のみが剥離し、半導体ウェーハを二枚に割ることができなかった。

比較例２

レーザ光線のパルス幅を６０ｎ秒に変更し、その他は実施例１と同様とした。レーザ光線の照射後、照射エリアを含むよう半導体ウェーハを劈開し、劈開面を顕微鏡観察したが、加工領域の確認ができなかった。
また、半導体ウェーハの表裏面に、厚さ３ｍｍのアクリル板をシアノアクリレート系の接着剤を介してそれぞれ接着し、その後、一対のアクリル板を剥離したが、アクリル板のみが剥離し、半導体ウェーハを二枚に割ることができなかった。

１ 厚い半導体ウェーハ（半導体）
２ レーザ光線
３ 集光レンズ（集光手段）
４ 集光点
５ 加工領域
６ 中間品
７ 剥離補助板（剥離補助基材）
８ シート
９ 剥離開始領域
１０ 収差増強ガラス板（収差増強材）

Claims (3)

1. 半導体の表面にレーザ光線を集光手段を介して照射することにより、半導体ウェーハを製造する半導体ウェーハの製造方法であって、
   半導体の表面と集光手段との間にパルスレーザ光用の収差増強材を介在し、この状態でパルスレーザ光を照射して半導体の内部に集光点を形成し、半導体と集光点とを相対的に移動させ、半導体の内部に加工領域を半導体の表面に平行に形成することにより、半導体ウェーハの中間品を形成し、その後、加工領域を境に中間品を剥離開始領域から剥離して半導体ウェーハを得るようにし、
   中間品の剥離開始領域に対するパルスレーザ光を、剥離開始領域以外の他領域に対するパルスレーザ光に比べ、１回だけ重複照射することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
2. 中間品を剥離開始領域から剥離する前に、半導体の一部を除去して剥離開始領域の側面に加工領域を露出させる請求項１記載の半導体ウェーハの製造方法。
3. 半導体と中間品のうち、少なくとも中間品の表面に剥離補助基材を固定し、この剥離補助基材と共に中間品を剥離して半導体ウェーハを得る請求項１又は２記載の半導体ウェーハの製造方法。