JP5839391B2 - 半導体基板のアブレーション加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板にレーザビームを照射してアブレーション加工を施す半導体基板のアブレーション加工方法に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画され表面に形成されたシリコンウエーハ、サファイアウエーハ等のウエーハは、切削装置又はレーザ加工装置等の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。

ウエーハの分割には、ダイシングソーと呼ばれる切削装置を用いたダイシング方法が広く採用されている。ダイシング方法では、ダイアモンド等の砥粒を金属や樹脂で固めて厚さ３０μｍ程度とした切削ブレードを、３００００ｒｐｍ程度の高速で回転させつつウエーハへ切り込ませることでウエーハを切削し、ウエーハを個々のデバイスへと分割する。

一方、近年では、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ウエーハに照射してアブレーション加工によりレーザ加工溝を形成し、このレーザ加工溝に沿ってブレーキング装置でウエーハを割断して個々のデバイスへと分割する方法が提案されている（特開平１０−３０５４２０号公報）。

アブレーション加工によるレーザ加工溝の形成は、ダイシングソーによるダイシング方法に比べて加工速度を早くすることができるとともに、サファイアやＳｉＣ等の硬度の高い素材からなるウエーハであっても比較的容易に加工することができる。

また、加工溝を例えば１０μｍ以下等の狭い幅とすることができるので、ダイシング方法で加工する場合に比較してウエーハ１枚当たりのデバイスの取り量を増やすことができるという特徴を有している。

ところが、ウエーハ等の半導体基板に対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）のパルスレーザビームを照射すると、吸収されたレーザビームのエネルギーがバンドギャップエネルギーに達して原子の結合力が破壊されてアブレーション加工が行われるものの、半導体基板の上面でレーザビームのエネルギーの拡散及びレーザビームの反射が起こり、レーザビームのエネルギーがアブレーション加工に十分使用されずエネルギー損失が大きいという問題がある。また、エネルギー拡散によって半導体基板が溶融してデブリが発生し、このデブリが飛散してデバイスの表面を汚染するという問題が生じる。

そこで、特開２００４−１８８４７５号公報には、このようなデブリによる問題を解消するために、ウエーハの加工面にＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）等の水溶性樹脂を塗布して保護膜を形成し、この保護膜を通してウエーハにパルスレーザビームを照射するようにしたレーザ加工装置が提案されている。

特開平１０−３０５４２０号公報 特開２００４−１８８４７５号公報

ウエーハの加工面に保護膜を塗布することによりデブリがデバイス表面に付着する問題を解決できるが、保護膜によってレーザビームのエネルギーが拡散して加工効率が悪化するという問題がある。

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、エネルギーの拡散及びレーザビームの反射を抑制可能な半導体基板のアブレーション加工方法を提供することである。

本発明によると、シリコンからなる半導体基板にレーザビームを照射してアブレーション加工を施す半導体基板のアブレーション加工方法であって、少なくともアブレーション加工すべき半導体基板の領域にレーザビームの波長に対して吸収性を有する窒化物の微粉末を混入した液状樹脂を塗布して該微粉末入り保護膜を形成する保護膜形成工程と、該保護膜形成工程を実施した後、該保護膜が形成された半導体基板の領域にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すレーザ加工工程と、を備え、前記窒化物の微粉末の平均粒径はレーザビームのスポット径より小さく、且つレーザビームのスポット径は１０μｍ以下であり、前記レーザビームの波長は３５５ｎｍ以下であり、前記窒化物の微粉末は、ＡｌＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、六方晶ＢＮ及びＴｉＮからなる群から選択された窒化物を含み、前記液状樹脂はポリビニルアルコールを含むことを特徴とする半導体基板のアブレーション加工方法が提供される。

本発明の半導体基板のアブレーション加工方法は、少なくともアブレーション加工をすべき半導体基板の領域にレーザビームの波長に対して吸収性を有する窒化物の微粉末を混入した液状樹脂を塗布して保護膜を形成するので、レーザビームが窒化物の微粉末に吸収されてバンドギャップエネルギーに達して原子の結合力が破壊されることによって連鎖的に半導体基板のバンドギャップエネルギーに達してアブレーション加工が施され、エネルギーの拡散及びレーザビームの反射が抑制されて半導体基板のアブレーション加工が効率的に円滑に遂行される。

本発明のアブレーション加工方法を実施するのに適したレーザ加工装置の斜視図である。 レーザビーム照射ユニットのブロック図である。 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。 液状樹脂塗布工程を示す斜視図である。 アブレーション加工工程を示す斜視図である。 アブレーション加工が終了した状態の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。

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、本発明の半導体基板のアブレーション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に吸引保持されたセラミックス基板１１をクランプするクランプ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２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に保持されているセラミックス基板１１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ユニット３８が配設されている。撮像ユニット３８は、可視光によってセラミックス基板１１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。

撮像ユニット３８は更に、セラミックス基板１１に赤外線を照射する赤外線照射器と、赤外線照射器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ユニットを含んでおり、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。

撮像ユニット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３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に示すクランプ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。

本発明の半導体基板のアブレーション加工方法では、まず、半導体ウエーハ（半導体基板）Ｗのアブレーション加工すべき領域にレーザビームの波長に対して吸収性を有する窒化物の微粉末を混入した液状樹脂を塗布する液状樹脂塗布工程を実施する。

例えば、図４に示すように、液状樹脂供給源７６にはレーザビームの波長（例えば３５５ｎｍ）に対して吸収性を有する窒化物の微粉末（例えばＡｌＮ）を混入したＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等の液状樹脂８０が貯蔵されている。

ポンプ７８を駆動することにより、液状樹脂供給源７６に貯蔵されている液状樹脂８０を供給ノズル７４からウエーハＷの表面に供給し、液状樹脂８０をウエーハＷの表面に塗布する。そして、この液状樹脂８０を硬化させてレーザビームの波長に対して吸収性を有する窒化物の微粉末が混入された保護膜８２を形成する。

ウエーハＷの表面上への液状樹脂８０の塗布方法は、例えばウエーハＷを回転させながら塗布するスピンコート法を採用可能である。ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）等の液状樹脂中に混入される窒化物の微粉末として、本実施形態ではＡｌＮを採用した。

図４に示す実施形態では窒化物の微粉末を含有する液状樹脂８０をウエーハＷの全面に塗布して保護膜８２を形成しているが、液状樹脂８０をアブレーション加工すべき領域、即ち第１のストリートＳ１及び第２のストリートＳ２のみに塗布して保護膜を形成するようにしてもよい。

本実施形態では、半導体ウエーハＷはシリコンウエーハから形成されている。シリコンの吸収端波長は１１００ｎｍであるため、波長が３５５ｎｍ以下のレーザビームを用いるとアブレーション加工を円滑に遂行することができる。液状樹脂に混入する窒化物の微粉末の平均粒径はレーザビームのスポット径より小さいのが好ましく、例えば１０μｍより小さいのが好ましい。

本実施形態では、窒化物の微粉末として、ＡｌＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、六方晶ＢＮ、ＴｉＮを採用することができる。表１にこれらの窒化物の消光係数（消衰係数）ｋを示す。ちなみに、消光係数ｋと吸収係数αとの間には、α＝４πｋ／λの関係がある。ここで、λは使用する光の波長である。

液状樹脂塗布工程を実施してウエーハＷの表面に保護膜８２を形成後、アブレーション加工によるレーザ加工工程を実施する。このレーザ加工工程では、図５に示すように、半導体ウエーハＷ及び保護膜８２中の窒化物の微粉末に対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）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６で矢印Ｘ１方向に所定の加工送り速度で移動して、第１のストリートＳ１に沿ってアブレーション加工によりレーザ加工溝８４を形成する。

ウエーハＷを保持したチャックテーブル２８をＹ軸方向に割り出し送りしながら、全ての第１のストリートに沿ってアブレーション加工により同様なレーザ加工溝８４を形成する。

次いで、チャックテーブル２８を９０度回転してから、第１のストリートＳ１と直交する方向に伸長する全ての第２のストリートＳ２に沿ってアブレーション加工により同様なレーザ加工溝８４を形成する。全てのストリートＳ１，Ｓ２に沿ってレーザ加工溝８４を形成した状態の斜視図が図６に示されている。

本実施形態のレーザ加工条件は、例えば以下のように設定されている。

光源 ：ＹＡＧパルスレーザ
波長 ：３５５ｎｍ（ＹＡＧレーザの第３高調波）
平均出力 ：０．５〜１０Ｗ
繰り返し周波数 ：１０〜２００ｋＨｚ
スポット径 ：φ１〜１０μｍ
送り速度 ：１０〜１００ｍｍ／秒

尚、本発明の加工対象となる半導体基板は、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＡｌＮ、ＩｎＡｌＮ、ＩｎＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ基板を含む。更に、表面に半導体が積層されたＡｌ_２Ｏ₃を含む。

本実施形態の半導体基板のアブレーション加工方法によると、レーザビームの波長に対して吸収性を有する窒化物の微粉末を混入した液状樹脂８０をウエーハＷの表面に塗布して保護膜８２を形成してから、アブレーション加工を実施するので、レーザビームのエネルギーが窒化物の微粉末に吸収されてバンドギャップエネルギーに達し原子の結合力が破壊されることによって連鎖的にウエーハＷのバンドギャップエネルギーに達してアブレーション加工が施される。

よって、エネルギーの拡散及びレーザビームの反射が抑制されてアブレーション加工が効率的に円滑に遂行される。液状樹脂中に混入される窒化物の微粉末は、加工促進剤としての作用を成すことになる。

全てのストリートＳ１，Ｓ２に沿ってレーザ加工溝８４を形成後、良く知られたブレーキング装置を使用して、ダイシングテープＴを半径方向に拡張してウエーハＷに外力を付与し、この外力によりウエーハＷをレーザ加工溝８４に沿って個々のデバイスＤに分割する。

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
８０ 微粉末含有液状樹脂
８２ 保護膜
８４ レーザ加工溝

Claims (1)

1. シリコンからなる半導体基板にレーザビームを照射してアブレーション加工を施す半導体基板のアブレーション加工方法であって、
   少なくともアブレーション加工すべき半導体基板の領域にレーザビームの波長に対して吸収性を有する窒化物の微粉末を混入した液状樹脂を塗布して該微粉末入り保護膜を形成する保護膜形成工程と、
   該保護膜形成工程を実施した後、該保護膜が形成された半導体基板の領域にレーザビームを照射してアブレーション加工を施すレーザ加工工程と、を備え、
   前記窒化物の微粉末の平均粒径はレーザビームのスポット径より小さく、且つレーザビームのスポット径は１０μｍ以下であり、
   前記レーザビームの波長は３５５ｎｍ以下であり、前記窒化物の微粉末は、ＡｌＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、六方晶ＢＮ及びＴｉＮからなる群から選択された窒化物を含み、前記液状樹脂はポリビニルアルコールを含むことを特徴とする半導体基板のアブレーション加工方法。

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