JP5863264B2 - ウエーハの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、層間絶縁膜として低誘電率絶縁膜を使用した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。

このような半導体ウエーハは研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、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２０〜３０μｍの切刃を有する切削ブレードが約３００００ｒｐｍ等の高速で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。

半導体ウエーハの表面に形成された半導体デバイスは、金属配線が何層にも積層されて信号を伝達しており、各金属配線間は主にＳｉＯ_２から形成された層間絶縁膜により絶縁されている。

近年、構造の微細化に伴い、配線間距離が近くなり、近接する配線間の電気容量は大きくなってきている。これに起因して信号の遅延が発生し、消費電力が増加するという問題が顕著になってきている。

各層間の寄生容量を軽減すべく、デバイス（回路）形成時に各層間を絶縁する層間絶縁膜として従来は主にＳｉＯ_２絶縁膜を採用していたが、最近になりＳｉＯ_２絶縁膜よりも誘電率の低い低誘電率絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）が採用されるようになってきている。

低誘電率絶縁膜としては、ＳｉＯ_２膜（誘電率ｋ＝４．１）よりも誘電率が低い（例えばｋ＝２．５乃至３．６程度）材料、例えばＳｉＯＣ，ＳｉＬＫ等の無機物系の膜、ポリイミド系、パリレン系、ポリテトラフルオロエチレン系等のポリマー膜である有機物系の膜、及びメチル含有ポリシロキサン等のポーラスシリカ膜を挙げることができる。

このような低誘電率絶縁膜を含む積層体を切削ブレードにより分割予定ラインに沿って切削すると、低誘電率絶縁膜は雲母のように非常に脆いことから積層体が剥離するという問題が生じる。

この問題を解決するために、例えば特開２００３−３２０４６６号公報又は特開２００５−２０９７１９号公報では、切削ブレードでの切削に先立って、予め分割予定ライン上の積層体をレーザビームの照射により除去する半導体ウエーハの加工方法が提案されている。

特開２００３−３２０４６６号公報 特開２００５−２０９７１９号公報

ところが、予め分割予定ラインに沿ってレーザビームを照射してレーザ加工溝を形成することで分割予定ライン上の低誘電率絶縁膜を含む積層体を除去した後、レーザ加工溝に沿って切削ブレードで切削するようにしても、レーザ加工溝を越えるチッピングが発生する場合がある。チッピングがレーザ加工溝を越えて発生するとデバイスを損傷することとなり、問題となる。

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、レーザ加工溝を越えてチッピングが発生することを抑制し、デバイスを損傷させる恐れのない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、表面に低誘電率絶縁膜を含む積層体が積層され、該積層体によって格子状に交差する複数の分割予定ラインと該分割予定ラインで区画された各領域にデバイスが形成されたウエーハの加工方法であって、該積層体に対して吸収性を有する波長のレーザビームを該分割予定ラインに沿って照射して、該積層体を分断するレーザ加工溝を形成するレーザ加工溝形成ステップと、該レーザ加工溝形成ステップで形成されたレーザ加工溝に沿ってウエーハにレーザビームを照射して、該レーザ加工溝の底面に歪を形成する歪形成ステップと、該歪形成ステップを実施した後、該レーザ加工溝に沿って切削ブレードでウエーハを切削する切削ステップと、を具備したことを特徴とするウエーハの加工方法が提供される。

好ましくは、歪形成ステップで照射するレーザビームの出力は、レーザ加工溝形成ステップで照射するレーザビームの出力より大きく設定される。

本発明によると、歪形成ステップによりレーザ加工溝の底面に微小な歪（マイクロクラック）を形成して溝底の面状態を荒れた状態にしてから切削ブレードで切削するようにしたので、レーザ加工溝を越える大きな欠けやクラックが発生することを防止できる。

これは、切削ブレードによる切削時に発生した欠けやクラックの進行はこの歪（マイクロクラック）で止まり、その結果、レーザ加工溝を越える大きな欠けやクラックが発生しないためと考えられる。

レーザ加工装置の斜視図である。 ダイシング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。 レーザビーム発生ユニットのブロック図である。 図４（Ａ）はダイシングテープに貼着された半導体ウエーハの断面図、図４（Ｂ）は第１実施形態のレーザ加工溝形成ステップ実施後の断面図、図４（Ｃ）は歪形成ステップ実施後の断面図である。 図５（Ａ）は第２実施形態のレーザ加工溝形成ステップ実施後の断面図、図５（Ｂ）は歪形成ステップ実施後の断面図である。 切削ステップを示す斜視図である。 切削ステップを示す断面図である。

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を参照すると、本発明のウエーハの加工方法を実施するのに適したレーザ加工装置２の斜視図が示されている。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、即ち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にレーザビーム照射ユニット３４が取り付けられている。レーザビーム照射ユニット３４は、ケーシング３３中に収容された図４に示すレーザビーム発生ユニット３５と、ケーシング３３の先端に取り付けられた集光器３７とを含んでいる。

レーザビーム発生ユニット３５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。特に図示しないが、レーザ発振器６２はブリュースター窓を有しており、レーザ発振器６２から出射するレーザビームは直線偏光のレーザビームである。

ケーシング３３の先端部には、集光器３７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３９が配設されている。撮像手段３９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３９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３９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（分割予定ライン）Ｓ１と第２のストリート（分割予定ライン）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。

本実施形態の半導体ウエーハＷは、図４（Ａ）の断面図に示すように、ウエーハ形状のシリコン基板５上に低誘電率絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）を含む積層体１１が積層され、積層体１１にストリートＳ１，Ｓ２及びデバイスＤがパターニングによって形成されている。

ここで、低誘電率絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）としては、誘電率ｋ＝約４．１のＳｉＯ_２膜よりも誘電率が低い絶縁体を指し、例えばＳｉＯＣ、ＳｉＬＫ、ＢＳＧ（ＳｉＯＢ）等の無機物系の膜、ポリイミド系、パリレン系、ポリテトラフルオロエチレン系等のポリマー膜である有機物系の膜、及びメチル含有ポリシロキサン等のポーラスシリカ膜を挙げることができる。

半導体ウエーハ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、半導体ウエーハ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に示すチャックテーブル２８上にウエーハＷをダイシングテープＴを介して吸引保持し、環状フレームＦをクランプ３０により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。

本実施形態のウエーハの加工方法では、まずレーザビーム発生ユニット３５により積層体１１に対して吸収性を有する波長のレーザビームを発生し、このレーザビームを集光器３７によりウエーハ１１の第１のストリートＳ１に対応する積層体１１に集光して、積層体１１を分断するレーザ加工溝を形成するレーザ加工溝形成ステップを実施する。

このレーザ加工溝形成ステップを実施する前に、撮像手段３９で半導体ウエーハＷを撮像して、パターンマッチング等の画像処理を実施することによりレーザ加工すべき第１のストリートＳ１を検出するアライメントを実施する。第１のストリートＳ１のアライメントに続いて、チャックテーブル２８を９０度回転してから、第２のストリートＳ２についても同様なアライメントを実施する。

アライメント実施後、積層体１１に対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）のレーザビームを集光器３７で集光して第１のストリートＳ１に沿って照射しつつ、チャックテーブル２８を図１でＸ軸方向に所定の加工送り速度で移動させる。

その結果、図４（Ｂ）に示すように、半導体ウエーハＷの積層体１１が分断されてレーザ加工溝１３が形成される。このレーザ加工溝１３の幅は、第１のストリートＳ１の幅より狭く且つ後で説明する切削ブレードの切刃の幅（例えば３０μｍ）より広い幅を有している。

このレーザ加工溝１３の形成は、チャックテーブル２８をＹ軸方向に微小に移動させながら、一本の第１のストリートＳ１について複数パスレーザビームを照射することにより実施する。

チャックテーブル２８をストリートピッチずつ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Ｓ１に沿って同様なレーザ加工溝１３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と直交する全ての第２のストリートＳ２に沿って同様なレーザ加工溝１３を形成する。

尚、レーザ加工溝形成ステップでのレーザ加工条件は例えば以下のように設定される。

光源 ：ＹＡＧパルスレーザ又はＹＶＯ４パルスレーザ
波長 ：３５５ｎｍ
平均出力 ：７〜１０Ｗ
繰り返し周波数 ：１００〜１３０ｋＨｚ
加工送り速度 ：７０〜１００ｍｍ／ｓ

レーザ加工溝形成ステップ実施後の半導体ウエーハＷの断面図が図４（Ｂ）に示されている。レーザ加工溝形成ステップで形成するレーザ加工溝１３は、積層体１１を完全に分断せずに積層体が基板５上に薄く残っていても良い。

本実施形態のウエーハの加工方法では、レーザ加工溝形成ステップ実施後、レーザ加工溝形成ステップで形成したレーザ加工溝１３に沿って基板５に対して吸収性を有する波長（例えば３５５ｎｍ）のレーザビームをレーザ加工溝１３に沿って照射して、レーザ加工溝１３の底面に歪を形成する歪形成ステップを実施する。

好ましくは、この歪形成ステップで照射するレーザビームの波長はレーザ加工溝形成ステップで照射するレーザビームの波長と同一である。また、歪形成ステップで照射するレーザビームの出力はレーザ加工溝形成ステップで照射するレーザビームの出力より大きく設定する。

代替案として、歪形成ステップで照射するレーザビームの出力をレーザ加工溝形成ステップで照射するレーザビームの出力と同等か或いはより小さく設定し、歪形成ステップでの加工送り速度をレーザ加工溝形成ステップでの加工送り速度より速めるようにしてもよい。歪形成ステップを実施すると、図４（Ｃ）の部分拡大図に最もよく示されるように、レーザ加工溝１３の底面に微小な歪（マイクロクラック）１５が形成される。

歪形成ステップの第１のレーザ加工条件は以下のように設定される。

光源 ：ＹＡＧパルスレーザ又はＹＶＯ４パルスレーザ
波長 ：３５５ｎｍ
平均出力 ：１１〜１３Ｗ
繰り返し周波数 ：１００〜１３０ｋＨｚ
加工送り速度 ：７０〜１００ｍｍ／ｓ

歪形成ステップの第２のレーザ加工条件は以下のように設定される。

光源 ：ＹＡＧパルスレーザ又はＹＶＯ４パルスレーザ
波長 ：３５５ｎｍ
平均出力 ：７〜１０Ｗ
繰り返し周波数 ：１００〜１３０ｋＨｚ
加工送り速度 ：６００〜８００ｍｍ／ｓ

次に、図５を参照して、本発明第２実施形態のレーザ加工溝形成ステップ及び歪形成ステップについて説明する。本実施形態のレーザ加工溝形成ステップでは、図５（Ａ）に示すように、第１のストリートＳ１の両側に切削ブレードの切刃の幅より広い間隔の一対のレーザ加工溝１３を形成する。一対のレーザ加工溝１３で挟まれた部分の第１のストリートＳ１には積層体１１が残存する。

全てのストリートＳ１，Ｓ２に沿ってそれぞれ一対のレーザ加工溝１３を形成後、レーザ加工溝形成ステップで形成したレーザ加工溝１３に沿って基板５に対して吸収性を有する波長のレーザビームを照射して、図５（Ｂ）に示すように、レーザ加工溝１３の底面に歪１５を形成する歪形成ステップを実施する。この歪形成ステップのレーザ加工条件は、上述した第１実施形態の歪形成ステップと同様である。

レーザ加工溝１３の底面に歪１５を形成する歪形成ステップを実施した後、レーザ加工溝１３に沿って半導体ウエーハＷを切削する切削ステップを実施する。図６を参照すると、切削ステップを実施するのに適した切削装置２の要部斜視図が示されている。

半導体ウエーハＷの切削に際して、切削装置７０のチャックテーブル７２によりダイシングテープＴを介して半導体ウエーハＷに吸引保持する。７４は切削装置７０の切削ユニットであり、スピンドルハウジング７６中に収容された図示しないモータにより駆動されるスピンドルと、スピンドルの先端に着脱可能に装着された切削ブレード７８とを含んでいる。

切削ブレード７８は、ホイールカバー８０で覆われており、ホイールカバー８０のパイプ８２が純水等を供給する切削液供給源に接続されている。切削ブレード７８は円形基台の外周にニッケル母材又はニッケル合金母材中にダイアモンド砥粒が分散された切刃（砥石部）８２ａが電着されて構成されている。

半導体ウエーハＷの切削時には、切削水ノズル８４から切削水を噴出しながら、切削ブレード７８を矢印Ａ方向に高速（例えば３００００ｒｐｍ）で回転させて、チャックテーブル７２をＸ軸方向に加工送りすることにより、半導体ウエーハＷがストリートＳ１又はＳ２に形成されたレーザ加工溝１３に沿って切削されて切削溝１７が形成される。

チャックテーブル７２をＹ軸方向に割り出し送りしながら、第１の方向に伸長する全ての第１のストリートＳ１に形成されたレーザ加工溝１３に沿って切削溝１７を形成する。次いで、チャックテーブル７２を９０度回転した後、第２の方向に伸長する全ての第２のストリートＳ２に形成されたレーザ加工溝１３に沿って同様な切削溝１７を形成することにより、半導体ウエーハＷは個々の半導体デバイスＤに分割される。

切削加工時の断面図が図７に示されている。第１の実施形態のレーザ加工溝１３は切削ブレード７８の切刃７８ａの幅よりも広い幅を有しているため、切削ブレード７８による切削時に発生した欠けやクラックの進行がこの歪（マイクロクラック）１５で止まり、その結果、半導体デバイスＤを形成する積層体１１の層間絶縁膜にｌｏｗ−ｋ膜を含んでいても、レーザ加工溝１３を越える大きな欠けやクラックを発生することなくデバイスＤを損傷せずに、半導体ウエーハＷを個々の半導体デバイスＤに分割することができる。

図５に示した第２の実施形態では、第１のストリートＳ１の両側に一対のレーザ加工溝１３を形成し、積層体１１は第１のストリートＳ１に対応する部分で残存しているが、一対のレーザ加工溝１３の間隔が切削ブレード７８の切刃７８ａの幅よりも広いため、切削時に発生した欠けやクラックの進行が一対のレーザ加工溝１３の底面に形成した歪（マイクロクラック）１５で止まり、その結果、レーザ加工溝１３を超える大きな欠けやクラックが発生することを防止できる。

２ レーザ加工装置
５ 半導体基板
１１ 積層体
１３ レーザ加工溝
１５ 歪（マイクロクラック）
１７ 切削溝
２８ チャックテーブル
３５ レーザビーム発生ユニット
３７ 集光器
７８ 切削ブレード
７８ａ 切刃
Ｗ 半導体ウエーハ
Ｄ デバイス

Claims (3)

1. 表面に低誘電率絶縁膜を含む積層体が積層され、該積層体によって格子状に交差する複数の分割予定ラインと該分割予定ラインで区画された各領域にデバイスが形成されたウエーハの加工方法であって、
   該積層体に対して吸収性を有する波長のレーザビームを該分割予定ラインに沿って照射して、該積層体を分断するレーザ加工溝を形成するレーザ加工溝形成ステップと、
   該レーザ加工溝形成ステップで形成されたレーザ加工溝に沿ってウエーハにレーザビームを照射して、該レーザ加工溝の底面に歪を形成する歪形成ステップと、
   該歪形成ステップを実施した後、該レーザ加工溝に沿って切削ブレードでウエーハを切削する切削ステップと、
   を具備したことを特徴とするウエーハの加工方法。
2. 前記歪形成ステップで照射するレーザビームの波長は前記レーザ加工溝形成ステップで照射するレーザビームの波長と同一である請求項１記載のウエーハの加工方法。
3. 前記歪形成ステップで照射するレーザビームの出力は前記レーザ加工溝形成ステップで照射するレーザビームの出力より大きい請求項１又は２記載のウエーハの加工方法。

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